JP2923753B2 - Ｉｉｉ族原子層の形成方法 - Google Patents

Ｉｉｉ族原子層の形成方法

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は次世代の高性能な光
素子ないし電子素子の基本構成として期待されているい
わゆる量子細線、量子箱等、総称して半導体量子ナノ構
造を作製する上で必要になる III族原子層の形成方法に
関し、特に、基板の所定の面部上に丁度一原子層の III
族原子層を形成するための方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体微細構造の低次元化によるエネル
ギ準位の離散化や状態密度の尖鋭化に伴い、低次元半導
体量子ナノ構造に関しては様々な新しい量子現象の出現
が理論的に予測されている。例えば、量子細線において
は電子の各種散乱過程が大幅に抑えられ、超高速の電界
効果トランジスタが実現するであろうとか、量子細線あ
るいは量子箱を活性層とした半導体レーザでは発振しき
い値が低くなり、その温度依存性も小さくなる等とさ
れ、実際、こうしたことから、このような半導体低次元
量子ナノ構造は次世代の大容量、超高速情報通信システ
ムの構築に欠かせないものになるとして、世界各国で盛
んに研究がなされている。
【０００３】しかるに、上記のような量子現象を観測す
るためには、低次元量子ナノ構造は次の諸条件を満たす
のが望ましいとされる。
【０００４】(1) 量子構造のサイズが十分小さいこと：
低次元半導体量子ナノ構造では、量子力学的な現象が顕
著に表れるためには電子の第１、第２量子準位のエネル
ギ差が電子の持つ熱エネルギkT（k:ボルツマン定数，T:
絶対温度）より十分大きくなくてはならない。例えばAl
GaAs／GaAs系に関し、室温でこの条件を満足させようと
すると、構造の寸法は 15nm以下にせねばならない。
【０００５】(2) 密度が十分高いこと：例えば量子細線
を利用した伝導素子では、電子のモードが単一化されて
くると一本の量子細線を流れる電流の量が制限される。
従って、次段の回路を駆動できる電流量にするために
は、細線の密度を上げて複数線路を並列に用いねばなら
ない。また、量子ナノ構造を活性層とする半導体レーザ
を構築する場合にも、光の閉じ込め係数を高めるために
量子ナノ構造の密度向上は重要な要素となる。
【０００６】(3) 均一性が十分高いこと：量子ナノ構造
中の全ての量子効果は、その尖鋭化した状態密度に起因
すると言える。しかし、そもそも状態の尖鋭性を保つた
めにはサイズの揃った量子ナノ構造が必要である。量子
効果を十分に観測するためには、量子ナノ構造のサイズ
の揺らぎ（バラ付き）は一般に10％程度以下に抑えねば
ならない。
【０００７】(4) 高品質であること：十分に高い電子移
動度や発光効率等を確保するためには、欠陥のない高品
質な量子ナノ構造が必要である。
【０００８】このような諸条件を満たすため、量子細
線、量子箱等、種々の半導体量子ナノ構造の作製に関し
ては、従来からも様々な方法が提案されており、例えば
電子線リソグラフィとエッチング技術による二次元構造
の直接加工法、有機金属気相エピタキシィ（MOCVD)法や
分子線エピタキシィ（MBE)法による非平坦基板上への選
択成長法等の外、自然形成法等もある。そしてこの中、
特に MOCVDによる選択成長法は、量子ナノ構造が結晶成
長中に形成されて行くため、欠陥のない高品質な構造が
作製できることから、最も有望な技術の一つと見られて
いる。
【０００９】しかし、この手法では、選択性を上げるた
めには例えば 700℃程度以上の成長温度を必要とするた
め、得られた量子ナノ構造のサイズの大きさ、均一性や
結晶の純度に関し、未だ不十分な点が多かった。
【００１０】そこで本発明者らは、本願に至る以前にお
いて、流量変調エピタキシィ（FME)法を利用したAlGaAs
／GaAs量子細線の作製法を提案した。これにつき若干説
明するに、そもそも当該 FME法とは、基本的には III族
原子とＶ族原子を交互に供給するもので、III族原子とし
てGaを、Ｖ族原子としてAsを取り上げるならば、図３に
示すように、一成長サイクルは、例えばトリエチルガリ
ウム(TEGa)等を用いたGa供給期間t1、H2パージ期間t2、
例えばAsH3によるAs供給期間t3、H2パージ期間t4から成
り、これを所定回数、繰返す。ここで、Ga供給期間t1の
間もH2パージ期間t2，t4の間も、バイアス流量ROとして
示しているように、結晶成長が起こらない程度の微量の
Asを供給し続けると、当該期間中の基板表面のAs分圧が
極めて低いためにGa原子の表面マイグレーションが促進
され、特に低温においてその傾向が顕著になる。微量の
AsH3の供給はまた、当該期間t1，t2，t4中の基板表面か
らのAs原子の抜けを抑え、不純物の混入を防ぐこともで
きるので、成長結晶も極めて高品質になる。
【００１１】ただし、FME法は、平坦で均一な物性の基板
表面上への適用では基本的には自己停止機能を有さない
ため、そうした基板上での結晶成長の場合、一原子層の
成長に必要な量以上の原子を供給すると（すなわち、一
成長サイクルでの予定成長膜厚を一原子層以上とする
と）余った原子が表面においていわゆるドロプットを形
成し、結晶品質の低下を来たす。そこで従来は、成長速
度を一成長サイクル当たり一原子層以下、一般には 0.7
〜 0.9原子層以下に抑えることが重要とされてきた。本
発明者等による本願以前の量子細線作製法においてもそ
のような従来の常識は踏襲し、一成長サイクル当たり
0.9原子層以下の成長速度に抑えてではあるが、基板に
穿ったＶ溝内にAlGaAs／GaAs量子細線を成長させた所、
作製された量子細線の横方向幅の縮小と結晶品質の向上
にはかなりな成果が認められた。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】このように、例えば F
ME法の援用により、量子ナノ構造のサイズや結晶品質に
関してはおおよそ実用レベルに達したと見ることができ
る。しかし、密度や均一性に関しては未だ実用レベルに
は程遠く、実際、これらが実用化を阻む大きな要因とな
っている。特にこの密度と均一性はトレードオフの関係
にあり、従前の技術では双方を共に改善することが極め
て難しかった。例えば密度に関しては、電子線露光等の
先端技術を用いれば十分高いものが得られる。しかし、
露光パタンに従い実際にエッチングすることを考える
と、原子レベルで均一な構造を得ることは極めて困難
で、かなり大きな「サイズの揺らぎ」が発生する。基板
パタンのサイズが一般に 1μm 程度以下となり、基板表
面における原料の拡散長より小さくなってくると、基板
サイズ揺らぎの結晶成長過程に与える影響が顕著にな
り、最終的に量子ナノ構造のサイズに大きな揺らぎをも
たらす。
【００１３】こうしたことから、実用レベルの量子ナノ
構造を作製するためには、基板パタンのサイズ揺らぎに
影響されにくく、原子層レベルで制御し得る結晶成長方
法が望まれるが、これまでの所、そうした方法は全く提
供されていなかった。本願発明はこの点に鑑みてなされ
たもので、少なくとも III族原子層を含む量子ナノ構造
の作製に好適な手法として、基板パタン密度に影響され
難く、サイズ揺らぎに対する許容度も高くて、III族原子
層を正しく一原子層のみ形成し得る新規なる手法を提供
せんとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するため、FME法により供給される原料の基板上での
表面マイグレーションに関し鋭意研究を重ねた結果、基
板上に結晶成長の速い面部と遅い面部とが隣接してある
場合、速い面部上に III族原子の一原子層が成長すると
その表面に III族安定面が形成され、さらに III族原子
を供給しても当該安定面上には最早結晶成長が起こらず
にそこで成長が止まり（成長の自己停止を起こし)、余剰
分は結晶成長の遅い面部にマイグレーションして行くこ
とをつきとめた。つまり、基板に前もって成長速度の異
なる高速成長面部と低速成長面部とを隣接して設けてお
き、高速成長面部を量子ナノ構造を作製する所定の面部
とするならば、従前の常識と異なり、一成長サイクル当
たり一原子層を成長させる量以上の III族原子を供給し
ても、当該所定の面部にあっては正しく一原子層のIII
族原子層をのみ成長させることができる。
【００１５】そして、この方法に従う場合、原子供給量
の上限に関しては、高速成長面部に遅れて原子層が形成
されて行く低速成長面部の上に一原子層が形成される量
以下とすれば良く、また、低速成長面部が成長速度が異
なる複数の隣接する面部から成っている場合には、原理
的には最も成長速度の遅い面部の上に一原子層が形成さ
れる量以下とすれば良い。
【００１６】さらに、限定的ではないが、低速成長面部
は基板の平坦な表面部分として構成し、対して高速成長
面部は基板に穿たれたＶ溝の底部分として構成すること
ができるし、また III族原子がGa原子である場合には特
に、基板の平坦な表面部分は(001)面、Ｖ溝の傾斜側面
は(111)A面とすることで、当該Ga原子にとって適当なる
領域分けとして、低速成長面部と高速成長面部とを振り
分け形成できる。ただし、Ｖ溝による場合には、実質的
に当該Ｖ溝の傾斜側面が成長速度に関し最も遅い面とな
る。従って当該傾斜側面に III族原子の一原子層が形成
されるより少ない量であればＶ溝の底の部分にのみ III
族原子の一原子層が形成される。ただ、既述のように、
平坦面を低速成長面部として捕え、ここに一原子層が形
成されるより少ない量の III族原子を供給するようにす
ればより確実である。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、図１，２に即し本発明の望
ましい実施形態につき説明する。図１(A) にはまず、平
坦面13が (001)面のGaAs基板11に対し、所定のピッチ
（横方向離間間隔）でＶ溝を[0,-1,1]方向に形成するこ
とで、当該Ｖ溝の傾斜側面が(111)A面となっている構造
が示されている。ここで、当該基板11の平坦面13が III
族原子としてこの場合で想定しているGa原子の成長に関
し相対的に低速成長となる低速成長面部13を構成し、Ｖ
溝の底部分12が相対的に高速成長となる高速成長面部12
に相当する。ただし、図１(A) においては言わば途中工
程の状況が示されていて、既にＶ族原子としてのAsの一
原子層の上にGa原子層が一原子層分形成され、さらにそ
の上にAs原子層が一原子層、形成されている状態が示さ
れているが、もちろん、Ga原子層の最初の一層から、本
発明を適用することができる。
【００１８】しかるに、基本的には既述の FME法に従
い、AsH3の供給停止後、Asにより終端されている基板表
面にこれも既述のようにTEGaを供給すると、Ga原子がＶ
溝の傾斜側面からまずは高速成長面部12であるＶ溝の底
12に溜る。ここで、GaAs成長膜厚のTEGa供給量依存性を
考えて見るに、Ｖ溝の底12で丁度一原子層のGa層が形成
される量のTEGaを供給すると、当該TEGaの供給時（図３
中の期間t1に相当）及びH2パージ期間中（図３中の期間
t2，t4に相当）におけるAsH3の分圧は一般に非常に低く
されるので、Ｖ溝の底12が実質的にGa終端面に変わる。
一方、平坦面13上ではその成長速度がＶ溝の底12よりも
遅いため、完全にGa終端面になることはなく、図１(B)
中に示すようにGa原子と結合しないAsサイトがまだ残っ
ている。
【００１９】この状態でさらにTEGaを供給すると（すな
わち、高速成長面部12上にて一原子層のGa原子層が形成
される以上のTEGaを供給すると)、Ga終端面上におけるGa
原子の拡散長が、As終端面及びAsとGaの混在面（Gaの被
覆率が 100％以下の面）におけるGa原子の拡散長より長
いため、Ｖ溝の底12における余分な原子は、図１(B)中
に矢印をもって移動の模様を示すように、Ｖ溝の底12で
止まらずにAs結合手の残っている (001)平坦面13にまで
マイグレーションして行き、そこでAsと結合する。Ga原
子の拡散長は十分長いので、後に実施例につき説明する
ように、(111)A面の寸法をそれより短く形成することは
容易にできるし、Ｖ溝のピッチを例えば2μm 以下程度
にもすれば、このような表面マイグレーションを利用す
る条件は簡単に満たすことができる。
【００２０】こうしたことから、あるTEGaの供給量範囲
において、従来の常識とは異なり、Ｖ溝の底12の所定の
面部において一原子層が形成される以上の III族原子を
供給しても、TEGaの供給量には依存せず、図１(C) に示
すように、当該所定の面部上には正しく一原子層のみの
III族原子層を形成できることになり、つまりは自己停
止成長が実現することを意味する。もっとも、図示のよ
うな基板断面構造の場合、低速成長面部13である平坦面
13上においてもGa原子が一杯になった後では、さらに余
ったGa原子が最も遅い低速成長面部であるＶ溝の傾斜側
面を介した後、再び高速成長面部12に落ち込んで行くこ
とは考えられる。従って、このような恐れのある場合の
Ga原子の最大供給量は、原理的には最も遅い低速成長面
部である傾斜側面上にて一原子層が形成される量以下、
より望ましくは低速成長面部である平坦面13の上に一原
子層が形成される量以下とするのが良い。
【００２１】図１(C) に示すように、本発明に従い量子
ナノ構造を作製すべき所定の面部であるＶ溝の底12に一
原子層のGa原子層を形成した後、図３に示すシーケンス
に従い期間t3にてAsH3を供給すると、一つ一つのGa原子
に対しAsが結合するので、図１(D) に示すように、少な
くとも所定の面部上にては一原子層のAs原子層を形成す
ることができる。このAs原子に代表されるように、Ｖ族
原子に関しては、一般に結晶成長時における蒸気圧を高
く採れるので、 III族原子の一つ一つについてのみ結合
して行く関係を生じ易く、所定面部上にて一原子層に制
約しての膜成長を行ない易い。この後は、再度図１(A)
の状態に戻り、本発明に従いGa原子層を形成する工程を
含む手順を繰り返せば、所定の面部12上に必要な積層数
のGaAs量子ナノ構造を形成することができる。
【００２２】してみるに、本発明では、FME法によるにし
ても、表面マイグレーション過程を積極的に利用し、制
御された態様で III族原子層の自己停止成長を実現する
ことができる。従って、本方法は、既存の通常の吸着飽
和型の原子層エピタキシィと明確に区別することもで
き、「表面マイグレーション型」原子層エピタキシィと
呼ぶことができる。通常の吸着飽和型エピタキシィで
は、周知のように、有機金属材料が分解していない分子
の形で基板表面に供給されるため、有機金属分子中の炭
素が多量に結晶中に取り込まれ、純度の高い結晶が得難
い欠点がある。これに対し、ここで提案する表面マイグ
レーション型原子層エピタキシィでは、そのようなこと
もなく、結晶の純度が MOCVDの最適条件で成長した場合
と殆ど変わらない程度に高いものが得られる。
【００２３】
【実施例】次に、本発明のより具体的な実施例を挙げて
説明する。まず、面方位 (001)のGaAs基板に対し、通常
のフォトリソグラフィと、NH4OH:H2O2:H2O=1:3:50 での
ウエットエッチングにより、基板の一表面側にあって周
期 2μm のピッチで方向が[0,-1,1]のＶ溝を形成した。
III族原料としてTEGa,TMAl(トリメチルアルミニウム）
を、またＶ族原料としてH2希釈20％のAsH3を用い、一成
長サイクル中のAsH3の供給量は約2.98μmol/min、供給時
間t3は 1秒とし、図３に示したバイアス流量ROに相当す
る微小なAsH3流量は約 0.9μmol/min として、成長温度
は約 640℃とした。この温度ならば、AlGaAs障壁層の成
長プロファイルが成長膜厚に依存せずに安定し、AlGaAs
障壁層の成長プロファイルの変化によるGaAs成長速度へ
の影響は排除できる。
【００２４】この条件でTEGaの供給量を変化させながら
AlGaAs／GaAs量子細線の積層構造を成長させ、GaAs細線
層の成長速度を試料断面の走査電子顕微鏡観察により求
めた所、Ｖ溝中心部の１サイクル当たりのGaAs成長速度
とTEGa流量との関係は図２に示されるようになった。明
らかなように、GaAsの成長がかなり広いTEGa流量の変化
範囲において止まっており、自己停止成長が実証されて
いる。
【００２５】特に、この成長の止まっている範囲におけ
るTEGa流量の変化幅は、止まり始めた所の流量に対しほ
ぼ70％増し程度までにもなっている。従って換言する
と、その範囲内で多めにGa原子を供給することで、その
分、基板パタンサイズの揺らぎは大きく吸収、許容でき
ることになる。自己停止成長の起きている範囲内であれ
ば、小さなサイズ部分に多めのGa原子を供給しても一原
子層以上が形成されることはないので、結局、大きなサ
イズ部分にも小さなサイズ部分にも、共に一原子層を形
成した状態に止めることができる。通常の MOCVD法や、
これまでのように一成長サイクル当たり 0.9原子層以下
に抑えての原料供給による FME法を採用した場合には、
このような基板パタンサイズ揺らぎに対する極めて高い
吸収、許容効果は到底期待できない。
【００２６】なお、本質的には本発明は同じ III族原子
であるAl原子についても適用は可能である。しかし、Al
原子の拡散長はGa原子に比し相当に小さいので、上述の
実施例においてAlGaAs構造中のAl原子層に関しては本発
明の適用を考えていない。これにつき本発明を適用する
場合には、例えばＶ溝をサブミクロンオーダ程度以下の
ピッチで刻む等の方策は必要になる。
【００２７】なお、高速成長面部12と低速成長面部13
は、図示のようにＶ溝と平坦面との関係に限定されな
い。要は III族原子の成長速度に相違のあるように基板
を構成すれば良く、他の凹凸形状であっても良いし、見
た目に平坦であっても下地層の物性的な相違により III
族原子の成長に関し成長速度に相違があるように構成さ
れていても良い。ただし、高速成長面部上の原子が表面
マイグレーションにより低速成長面部に移行できるよう
に、高速成長面部の寸法は対象となる III族原子の拡散
長に鑑みて、当該 III族原子が当該高速成長面部上を最
長距離移行する場合にもその移行距離が当該 III族原子
の拡散長よりは短くなる寸法となっている必要はある。
さらに、低速成長面部上の最も遠いＶ族サイトにまで至
るためには、そこまでの距離も、用いる III族原子の拡
散長より短い必要はある。しかし、換言すると、本発明
により表面マイグレーションを利用して高速成長面部か
ら低速成長面部に III族原子をマイグレーションさせる
と言うことは、下位の概念ではこのような寸法関係にあ
ることを当然に予定しているものである。
【００２８】また、本発明の上記メカニズムから明らか
なように、低速成長面部13は成長速度が異なる複数の隣
接する面部から成っていても良く、その場合には、原則
としては、供給する III族原子の供給量の最大量を、当
該複数の面部の中、最も成長速度の遅い面部の上に一原
子層が形成される量以下とすれば良い。従って既述のよ
うに、Ｖ溝の傾斜側面を最も遅い低速成長面部として捕
えることもできるが、望ましくは上記実施例におけるよ
うに、平坦面13の上に一原子層が形成される量以下とす
るのが確実である。その外、本発明の適用対象とする I
II族原子の如何は任意であり、上述の実施例におけるよ
うに適用対象としてGa原子を供給するにしても、図示の
場合のTEGaと言う形態での供給に変え、他の供給形態を
採っても良いことはもとより、基板についても、上記実
施例ではGaAs基板を用いたが、例えばInP 基板等、他の
基板の使用も考えられる。もちろん、本発明により作製
される立体構造物は、上述した量子細線に限らず、量子
箱その他、原子層制御を要する任意の半導体量子ナノ構
造であって良い。
【００２９】
【発明の効果】本発明によると、FME法において表面マイ
グレーションを積極的に利用することで III族原子層の
成長に関し自己停止成長を起こすことができるため、正
しく一原子層にのみ成長を規制でき、原子層オーダで均
一かつ高品質な半導体量子ナノ構造を得ることができ
る。特に、基板パタンにかなりな揺らぎがあってもこれ
を十分許容でき、最終的に全ての量子構造を原子層の精
度で均一に揃え得る。このような効果は、全くにして本
発明により始めて得られたものと言え、将来的に見てこ
の種の半導体量子ナノ構造の発展に多大なる貢献をな
し、様々な新しい量子現象の発見や光、電子デバイスへ
の種々の応用を期待することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の望ましい実施形態を各工程に即して説
明する説明図である。
【図２】本発明の実施例において得られた原料供給量と
原子層成長速度との関係を表す特性図である。
【図３】FME法の特徴を原料の供給に関して時系列的に
説明する説明図である。
【符号の説明】
11 GaAs基板， 12 高速成長面部（Ｖ溝の底), 13 低速成長面部（平坦部）．
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/205 H01L 21/20

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基板の所定の面部上に選択的に III族原
    子の一原子層を形成するための III族原子層の形成方法
    であって；該 III族原子層の成長に関し、上記所定の面
    部が相対的に成長速度の速い高速成長面部となり、該所
    定の面部に隣接する面部が相対的に成長速度の遅い低速
    成長面部となるように上記基板を形成し；該高速成長面
    部上に該 III族原子層が一層分成長する以上の量の III
    族原子を供給し；表面マイグレーション現象に従い該高
    速成長面部上に乗った余剰な III族原子が上記低速成長
    面部上に移行することにより、該高速成長面部上にては
    成長の自己停止を起こさせ、該高速成長面部上に該 III
    族原子層の一層分をのみ、形成すること；を特徴とする
    III族原子層の形成方法。
  2. 【請求項２】 請求項１記載の方法であって；上記供給
    される上記 III族原子の供給量は、上記高速成長面部に
    遅れて上記原子層が形成されて行く上記低速成長面部の
    上に一原子層が形成される量以下であること；を特徴と
    する方法。
  3. 【請求項３】 請求項１記載の方法であって；上記低速
    成長面部は、上記 III族原子層の成長に関し成長速度が
    異なる複数の隣接する面部から成り；上記供給される上
    記 III族原子の供給量は、上記複数の面部の中、最も成
    長速度の遅い面部の上に一原子層が形成される量以下で
    あること；を特徴とする方法。
  4. 【請求項４】 請求項１，２または３記載の方法であっ
    て；上記低速成長面部は上記基板の平坦な表面部分であ
    り；上記高速成長面部は該基板に穿たれたＶ溝の底部分
    であること；を特徴とする方法。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の方法であって；上記 III
    族原子はガリウム原子であり；上記基板の平坦な表面部
    分は (001)面、上記Ｖ溝の傾斜側面は(111)A面であるこ
    と；を特徴とする方法。
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Families Citing this family (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000183457A (ja) 1998-12-10 2000-06-30 Sony Corp 半導体レーザとその製造方法
US6620723B1 (en) 2000-06-27 2003-09-16 Applied Materials, Inc. Formation of boride barrier layers using chemisorption techniques
US7964505B2 (en) * 2005-01-19 2011-06-21 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of tungsten materials
US6551929B1 (en) * 2000-06-28 2003-04-22 Applied Materials, Inc. Bifurcated deposition process for depositing refractory metal layers employing atomic layer deposition and chemical vapor deposition techniques
US7405158B2 (en) * 2000-06-28 2008-07-29 Applied Materials, Inc. Methods for depositing tungsten layers employing atomic layer deposition techniques
US7101795B1 (en) * 2000-06-28 2006-09-05 Applied Materials, Inc. Method and apparatus for depositing refractory metal layers employing sequential deposition techniques to form a nucleation layer
US7732327B2 (en) 2000-06-28 2010-06-08 Applied Materials, Inc. Vapor deposition of tungsten materials
US20020083897A1 (en) * 2000-12-29 2002-07-04 Applied Materials, Inc. Full glass substrate deposition in plasma enhanced chemical vapor deposition
US6765178B2 (en) 2000-12-29 2004-07-20 Applied Materials, Inc. Chamber for uniform substrate heating
US6825447B2 (en) * 2000-12-29 2004-11-30 Applied Materials, Inc. Apparatus and method for uniform substrate heating and contaminate collection
US20020127336A1 (en) * 2001-01-16 2002-09-12 Applied Materials, Inc. Method for growing thin films by catalytic enhancement
US6811814B2 (en) 2001-01-16 2004-11-02 Applied Materials, Inc. Method for growing thin films by catalytic enhancement
US6951804B2 (en) * 2001-02-02 2005-10-04 Applied Materials, Inc. Formation of a tantalum-nitride layer
US6660126B2 (en) 2001-03-02 2003-12-09 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US6878206B2 (en) * 2001-07-16 2005-04-12 Applied Materials, Inc. Lid assembly for a processing system to facilitate sequential deposition techniques
US6734020B2 (en) 2001-03-07 2004-05-11 Applied Materials, Inc. Valve control system for atomic layer deposition chamber
US6849545B2 (en) 2001-06-20 2005-02-01 Applied Materials, Inc. System and method to form a composite film stack utilizing sequential deposition techniques
US20070009658A1 (en) * 2001-07-13 2007-01-11 Yoo Jong H Pulse nucleation enhanced nucleation technique for improved step coverage and better gap fill for WCVD process
US7211144B2 (en) * 2001-07-13 2007-05-01 Applied Materials, Inc. Pulsed nucleation deposition of tungsten layers
US7049226B2 (en) * 2001-09-26 2006-05-23 Applied Materials, Inc. Integration of ALD tantalum nitride for copper metallization
US20030059538A1 (en) * 2001-09-26 2003-03-27 Applied Materials, Inc. Integration of barrier layer and seed layer
US6936906B2 (en) * 2001-09-26 2005-08-30 Applied Materials, Inc. Integration of barrier layer and seed layer
US6916398B2 (en) 2001-10-26 2005-07-12 Applied Materials, Inc. Gas delivery apparatus and method for atomic layer deposition
US6729824B2 (en) 2001-12-14 2004-05-04 Applied Materials, Inc. Dual robot processing system
US6827978B2 (en) * 2002-02-11 2004-12-07 Applied Materials, Inc. Deposition of tungsten films
US6833161B2 (en) * 2002-02-26 2004-12-21 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of tungsten nitride for metal oxide gate electrode
US7439191B2 (en) * 2002-04-05 2008-10-21 Applied Materials, Inc. Deposition of silicon layers for active matrix liquid crystal display (AMLCD) applications
US6720027B2 (en) 2002-04-08 2004-04-13 Applied Materials, Inc. Cyclical deposition of a variable content titanium silicon nitride layer
US6846516B2 (en) * 2002-04-08 2005-01-25 Applied Materials, Inc. Multiple precursor cyclical deposition system
US20030194825A1 (en) * 2002-04-10 2003-10-16 Kam Law Deposition of gate metallization for active matrix liquid crystal display (AMLCD) applications
US6869838B2 (en) * 2002-04-09 2005-03-22 Applied Materials, Inc. Deposition of passivation layers for active matrix liquid crystal display (AMLCD) applications
US7279432B2 (en) 2002-04-16 2007-10-09 Applied Materials, Inc. System and method for forming an integrated barrier layer
US7335908B2 (en) 2002-07-08 2008-02-26 Qunano Ab Nanostructures and methods for manufacturing the same
US6821563B2 (en) 2002-10-02 2004-11-23 Applied Materials, Inc. Gas distribution system for cyclical layer deposition
US20040065255A1 (en) * 2002-10-02 2004-04-08 Applied Materials, Inc. Cyclical layer deposition system
WO2004113585A2 (en) * 2003-06-18 2004-12-29 Applied Materials, Inc. Atomic layer deposition of barrier materials
WO2006025793A1 (en) * 2004-08-31 2006-03-09 Agency For Science, Technology And Research Nanostructures and method of making the same
JP2007194450A (ja) * 2006-01-20 2007-08-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd 半導体装置及びその製造方法
US8821637B2 (en) * 2007-01-29 2014-09-02 Applied Materials, Inc. Temperature controlled lid assembly for tungsten nitride deposition
JP5100919B2 (ja) * 2011-03-22 2012-12-19 日本碍子株式会社 窒化ガリウム層の製造方法およびこれに用いる種結晶基板
WO2014136416A1 (ja) * 2013-03-08 2014-09-12 国立大学法人山口大学 半導体装置の製造方法及びｉｉｉ－ｖ族半導体の結晶成長方法
US11120990B2 (en) * 2019-07-19 2021-09-14 Alliance For Sustainable Energy, Llc Methods for depositing III-V compositions on silicon

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5925217A (ja) * 1982-07-31 1984-02-09 Sony Corp 半導体装置の製法
US4987094A (en) * 1989-06-02 1991-01-22 Bell Communications Research, Inc. Method of making a macroscopic stepped structure on a vicinally cut crystal
JPH08172056A (ja) * 1994-12-20 1996-07-02 Mitsubishi Electric Corp 化合物半導体層の成長方法

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