JP3215674B2 - イオンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれを利用した窒化物薄膜形成方法 - Google Patents
イオンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれを利用した窒化物薄膜形成方法Info
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、薄膜形成方法に係
るもので、詳しくは、基板と蒸着物質との格子間距離の
差を減らして、高品位の薄膜を形成し得るイオンビーム
を用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれを利用し
た窒化物薄膜形成方法に関するものである。
るもので、詳しくは、基板と蒸着物質との格子間距離の
差を減らして、高品位の薄膜を形成し得るイオンビーム
を用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれを利用し
た窒化物薄膜形成方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】一般
に、基板と該基板に蒸着される薄膜とは、相互格子定数
が相異であり、基板に薄膜を蒸着するとき、各格子の大
きさの差により薄膜がエピタクシャル成長（Epitaxial
growth）されず、殆ど、多結晶の形態に成長するた
め、高品位の薄膜を形成することが難しいという欠点が
あった。特に、基板を加熱して、有機金属化合物を分解
し、有機金属を蒸着する有機化学気相蒸着（Chemical
vapordeposition）を施す場合は、薄膜層と基板の格子
構造とが非常に密接な関係があるので、基板の表面に蒸
着される物質の成長に大いに影響を及ぼす。
に、基板と該基板に蒸着される薄膜とは、相互格子定数
が相異であり、基板に薄膜を蒸着するとき、各格子の大
きさの差により薄膜がエピタクシャル成長（Epitaxial
growth）されず、殆ど、多結晶の形態に成長するた
め、高品位の薄膜を形成することが難しいという欠点が
あった。特に、基板を加熱して、有機金属化合物を分解
し、有機金属を蒸着する有機化学気相蒸着（Chemical
vapordeposition）を施す場合は、薄膜層と基板の格子
構造とが非常に密接な関係があるので、基板の表面に蒸
着される物質の成長に大いに影響を及ぼす。
【０００３】又、薄膜の成長は、主に、基板上における
核の形成、核の成長性及び方向性などにより影響を受け
るが、該核の形成は初期基板の形態に、及び方向性は初
期基板の主方向性に大きく影響を受けるため、基板に薄
膜を形成するとき、初期基板の形態は製造しようとする
薄膜に大いに影響を及ぼすようになっていた。
核の形成、核の成長性及び方向性などにより影響を受け
るが、該核の形成は初期基板の形態に、及び方向性は初
期基板の主方向性に大きく影響を受けるため、基板に薄
膜を形成するとき、初期基板の形態は製造しようとする
薄膜に大いに影響を及ぼすようになっていた。
【０００４】そこで、本発明の第1目的は、このような
従来の課題に鑑みてなされたもので、初期の薄膜形成時
に、重要な影響を及ぼす基板の表面を予め処理する前処
理方法を提供しようとするものである。即ち、基板に薄
膜を形成するとき、基板と蒸着物質との格子間距離の差
により高品位の薄膜を形成することが難しくなるため、
該各格子間の差を減らし得る基板の表面処理方法を提供
しようとするものである。
従来の課題に鑑みてなされたもので、初期の薄膜形成時
に、重要な影響を及ぼす基板の表面を予め処理する前処
理方法を提供しようとするものである。即ち、基板に薄
膜を形成するとき、基板と蒸着物質との格子間距離の差
により高品位の薄膜を形成することが難しくなるため、
該各格子間の差を減らし得る基板の表面処理方法を提供
しようとするものである。
【０００５】且つ、本発明の第2目的は、基板の表面を
改質するために予め処理された表面上に結晶性の優秀な
高品位の薄膜を形成し得る薄膜形成方法を提供しようと
するものである。
改質するために予め処理された表面上に結晶性の優秀な
高品位の薄膜を形成し得る薄膜形成方法を提供しようと
するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るため、本発明に係るイオンビームを用いた酸化物基板
の表面前処理方法においては、酸化物基板上に100eV〜1
0keVのエネルギーを有する反応性N2 +イオンビームを所
定量照射して、該酸化物基板の表面を窒化物に改質する
するようになっている。
るため、本発明に係るイオンビームを用いた酸化物基板
の表面前処理方法においては、酸化物基板上に100eV〜1
0keVのエネルギーを有する反応性N2 +イオンビームを所
定量照射して、該酸化物基板の表面を窒化物に改質する
するようになっている。
【０００７】且つ、本発明に係る窒化物薄膜形成方法に
おいては、酸化物基板上に100eV〜10keVのエネルギーを
有する反応性N2 +イオンビームを所定量照射して、該酸
化物基板の表面を窒化物に改質する基板の表面前処理段
階と、前記表面の改質された基板上に蒸着法を施し、前
記表面前処理段階で表面上に形成された中間窒化物とは
異なる他の種類の窒化物の薄膜を形成する段階と、を順
次行うようになっている。
おいては、酸化物基板上に100eV〜10keVのエネルギーを
有する反応性N2 +イオンビームを所定量照射して、該酸
化物基板の表面を窒化物に改質する基板の表面前処理段
階と、前記表面の改質された基板上に蒸着法を施し、前
記表面前処理段階で表面上に形成された中間窒化物とは
異なる他の種類の窒化物の薄膜を形成する段階と、を順
次行うようになっている。
【０００８】又、前記酸化物基板は、Al2O3基板であ
り、前記イオンビームは、1keVのエネルギーを有する1
×1016個／cm2の反応性N2 +イオンビームであり、表面の
改質により基板上に形成される前記中間窒化物は、AlN
であり、最終的に蒸着される前記窒化物薄膜は、GaN薄
膜であることが好ましい。
り、前記イオンビームは、1keVのエネルギーを有する1
×1016個／cm2の反応性N2 +イオンビームであり、表面の
改質により基板上に形成される前記中間窒化物は、AlN
であり、最終的に蒸着される前記窒化物薄膜は、GaN薄
膜であることが好ましい。
【０００９】更に、前記蒸着法は、有機化学気相蒸着法
（Chemical Vapor Deposition：CVD）、エピタキシ法
（Molecular Beam Epitaxy）、改良プラズマCVD又は
熱蒸着、イオンスパッタリング、高周波（RF）スパッタ
リング及び直流スパッタリングのような物理蒸気蒸着法
中、何れか一つの方法を選択して利用することが好まし
い。
（Chemical Vapor Deposition：CVD）、エピタキシ法
（Molecular Beam Epitaxy）、改良プラズマCVD又は
熱蒸着、イオンスパッタリング、高周波（RF）スパッタ
リング及び直流スパッタリングのような物理蒸気蒸着法
中、何れか一つの方法を選択して利用することが好まし
い。
【００１０】且つ、このような本発明によると、真空状
態下で、蒸着すべき物質に適合するように選択された反
応性ガスを酸化物の表面に直接吹きつけながら、エネル
ギーを有するN2 +イオンの粒子を該酸化物の表面に照射
して、該酸化物の表面を窒化物に改質し、該改質された
基板上にGaN薄膜を形成するようになっているため、高
品位の窒化物薄膜を形成することができる。
態下で、蒸着すべき物質に適合するように選択された反
応性ガスを酸化物の表面に直接吹きつけながら、エネル
ギーを有するN2 +イオンの粒子を該酸化物の表面に照射
して、該酸化物の表面を窒化物に改質し、該改質された
基板上にGaN薄膜を形成するようになっているため、高
品位の窒化物薄膜を形成することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態に対
し、図面を用いて説明する。図1は、本発明に係る表面
改質方法を行うためのイオンビーム照射装置を示した図
面で、図示されたように、イオンビームを生成するイオ
ン源（Ion source）１と、エネルギーを有して照射さ
れるイオン量を調節し、測定するためのイオンビーム電
流測定器（Amperemeter、A）と、基板の表面処理を行う
物質をつかむサンプルホルダー（Sample holder）２
と、イオンビームの発生を容易にさせる真空ポンプ３及
び真空度を測定する計器と、から構成されている。
し、図面を用いて説明する。図1は、本発明に係る表面
改質方法を行うためのイオンビーム照射装置を示した図
面で、図示されたように、イオンビームを生成するイオ
ン源（Ion source）１と、エネルギーを有して照射さ
れるイオン量を調節し、測定するためのイオンビーム電
流測定器（Amperemeter、A）と、基板の表面処理を行う
物質をつかむサンプルホルダー（Sample holder）２
と、イオンビームの発生を容易にさせる真空ポンプ３及
び真空度を測定する計器と、から構成されている。
【００１２】又、図2は、Al2O3基板に1keVのエネルギー
を有するN2 +イオンビームを1×1016/cm2だけ照射して、
Al2O3基板を表面処理した後、XPS（X-ray Photoelectr
onspectroscopy：以下、XPS）により表面の化学分析を
行ってスペクトルを示したグラフで、図中、結合エネル
ギー396.02eVのピーク値は、基板上に生成されたAlN中
の窒素に該当するピーク値であり、結合エネルギー398.
45eVのピーク値は、表面に存在するアルミニウム及び結
合していない窒素のピーク値を表す。このとき、注目す
べき変化は、402.4eVでのAlONの窒素ピークであって、
窒素がアルミナ基板の酸素と結合して形成されたもので
ある。
を有するN2 +イオンビームを1×1016/cm2だけ照射して、
Al2O3基板を表面処理した後、XPS（X-ray Photoelectr
onspectroscopy：以下、XPS）により表面の化学分析を
行ってスペクトルを示したグラフで、図中、結合エネル
ギー396.02eVのピーク値は、基板上に生成されたAlN中
の窒素に該当するピーク値であり、結合エネルギー398.
45eVのピーク値は、表面に存在するアルミニウム及び結
合していない窒素のピーク値を表す。このとき、注目す
べき変化は、402.4eVでのAlONの窒素ピークであって、
窒素がアルミナ基板の酸素と結合して形成されたもので
ある。
【００１３】更に、図3は、Al2O3の単結晶基板を常圧水
平有機化学蒸着装置を用いて、1slmの窒素流量及び1040
℃の窒素ガス雰囲気下で、5分の間、窒化処理を行った
後、表面に生成された窒化物に対して、XPS表面化学分
析を行ってスペクトルを示したグラフで、図示されたよ
うに、397.24eVでの窒素に対するピーク値から多量の窒
素が表面に吸着され、394.12eVのピーク値の窒素はAlN
中の窒素であって、該窒素の一部がAlNに変化されたこ
とが分かる。
平有機化学蒸着装置を用いて、1slmの窒素流量及び1040
℃の窒素ガス雰囲気下で、5分の間、窒化処理を行った
後、表面に生成された窒化物に対して、XPS表面化学分
析を行ってスペクトルを示したグラフで、図示されたよ
うに、397.24eVでの窒素に対するピーク値から多量の窒
素が表面に吸着され、394.12eVのピーク値の窒素はAlN
中の窒素であって、該窒素の一部がAlNに変化されたこ
とが分かる。
【００１４】且つ、前記XPS表面化学分析法により窒素
結合エネルギーを分析した結果、本発明では、Al2O3基
板をイオンビーム処理するようになっているため、窒素
雰囲気下で基板を窒化処理した場合よりも、表面に多量
の窒化アルミニウムAlNを形成することができ、このよ
うに形成された窒化物AlNの上に高品位の窒化物薄膜を
形成することができる。
結合エネルギーを分析した結果、本発明では、Al2O3基
板をイオンビーム処理するようになっているため、窒素
雰囲気下で基板を窒化処理した場合よりも、表面に多量
の窒化アルミニウムAlNを形成することができ、このよ
うに形成された窒化物AlNの上に高品位の窒化物薄膜を
形成することができる。
【００１５】又、図4は、化学気相蒸着法を施してGaN薄
膜を形成するとき現れる二重結晶X-線回折結果中、GaN
（200）の方向のピークを示した図面で、図示されたよ
うに、表面を処理していない基板上に形成されたGaN薄
膜は、結晶性が低いが、本発明に係るイオンビーム照射
により表面処理の施されたAl2O3基板上に形成されたGaN
薄膜は、結晶性が相対的に高い。
膜を形成するとき現れる二重結晶X-線回折結果中、GaN
（200）の方向のピークを示した図面で、図示されたよ
うに、表面を処理していない基板上に形成されたGaN薄
膜は、結晶性が低いが、本発明に係るイオンビーム照射
により表面処理の施されたAl2O3基板上に形成されたGaN
薄膜は、結晶性が相対的に高い。
【００１６】従って、本発明により表面の改質された基
板上に薄膜を成長すると、結晶性が向上し、このような
薄膜の形成された物質の結晶性の変化は、物性の変化に
も大いに影響を及ぼす。
板上に薄膜を成長すると、結晶性が向上し、このような
薄膜の形成された物質の結晶性の変化は、物性の変化に
も大いに影響を及ぼす。
【００１７】更に、図5は、発光能力に対し、本発明に
係る窒化物の薄膜と従来技術のGaN薄膜とを比較したグ
ラフであって、図示されたように、絶対温度の10K下
で、発光能力を比較すると、結合エネルギー3.4eVで特
性発光ピークが形成され、表面の改質されていない基板
上に形成された従来GaN薄膜の発光強度よりも本発明に
係る表面の改質された基板上に成長されたGaNの発光強
度が一層強く、本発明に係る窒化物薄膜は、半値幅
（Full width at half maximum）が減少されて、Ga
N薄膜の結晶性が改善されている。このように、本発明
に係る表面の改質された基板上に薄膜を成長すると、そ
の物性が、表面の改質されていない場合よりも格段に優
秀である。
係る窒化物の薄膜と従来技術のGaN薄膜とを比較したグ
ラフであって、図示されたように、絶対温度の10K下
で、発光能力を比較すると、結合エネルギー3.4eVで特
性発光ピークが形成され、表面の改質されていない基板
上に形成された従来GaN薄膜の発光強度よりも本発明に
係る表面の改質された基板上に成長されたGaNの発光強
度が一層強く、本発明に係る窒化物薄膜は、半値幅
（Full width at half maximum）が減少されて、Ga
N薄膜の結晶性が改善されている。このように、本発明
に係る表面の改質された基板上に薄膜を成長すると、そ
の物性が、表面の改質されていない場合よりも格段に優
秀である。
【００１８】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイオ
ンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれ
を利用した窒化物薄膜形成方法においては、真空状態下
で、蒸着すべき物質に適合するように選択した反応性ガ
スを酸化物の表面に直接吹き入れながら、エネルギーを
有するN2 +イオン粒子を該酸化物の表面に照射して、該
酸化物の表面を窒化物に改質するようになっているた
め、従来表面の改質されていない基板上に形成された薄
膜よりも結晶性などの物性特性が格段に優秀であるとい
う効果がある。
ンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれ
を利用した窒化物薄膜形成方法においては、真空状態下
で、蒸着すべき物質に適合するように選択した反応性ガ
スを酸化物の表面に直接吹き入れながら、エネルギーを
有するN2 +イオン粒子を該酸化物の表面に照射して、該
酸化物の表面を窒化物に改質するようになっているた
め、従来表面の改質されていない基板上に形成された薄
膜よりも結晶性などの物性特性が格段に優秀であるとい
う効果がある。
【図１】 本発明に係る酸化物基板の表面を改質するた
めの前処理方法を施すとき利用される表面処理装置を示
した概略断面図である。
めの前処理方法を施すとき利用される表面処理装置を示
した概略断面図である。
【図２】 本発明に係る基板にイオンビームを照射して
形成した試片の分析スペクトルを示したグラフである。
形成した試片の分析スペクトルを示したグラフである。
【図３】 従来におけるように、窒素雰囲気下で、1040
℃下で5分の間、窒化処理を施した試片の分析スペクト
ルを示した図面である。
℃下で5分の間、窒化処理を施した試片の分析スペクト
ルを示した図面である。
【図４】 本発明に係る薄膜形成方法により成長された
GaN薄膜と従来の薄膜形成方法により成長された薄膜GaN
とを比較して示したグラフである。
GaN薄膜と従来の薄膜形成方法により成長された薄膜GaN
とを比較して示したグラフである。
【図５】 本発明に係る表面処理方法により形成された
GaN薄膜の発光度と従来GaN薄膜の発光度と、を比較して
示したグラフである。
GaN薄膜の発光度と従来GaN薄膜の発光度と、を比較して
示したグラフである。
１：イオン源、 ２：サンプルホルダー、 ３：真空ポンプ。
フロントページの続き (72)発明者 琴 同和 大韓民国ソウル特別市陽川区木５洞903 新市街地アパート327−501 (72)発明者 邊 東進 大韓民国ソウル特別市永登浦区汝矣島洞 30 三富アパート８−12 (56)参考文献 特開 平３−193681（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−227027（ＪＰ，Ａ) 特開 平１−157494（ＪＰ，Ａ) 特開 平６−340973（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−87496（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01L 21/203,21/363 C23C 14/00 - 14/58 C04B 41/80
Claims (5)
- 【請求項１】 酸化物と反応する反応性ガスの雰囲気を
維持しながら、酸化物基板上に100eV〜10keVのエネルギ
ーを有する反応性Ｎ2 +イオンビームを照射して、該酸化
物基板の表面を窒化物に改質することを特徴とするイオ
ンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法であっ
て、 前記酸化物基板はAl2O3基板である表面前処理方法。 - 【請求項２】 前記反応性イオンビームは、1keVのエネ
ルギーを有するN2 +イオンビームであり、表面改質によ
り基板上に形成される前記窒化物は、AlNであることを
特徴とする請求項１記載のイオンビームを用いた酸化物
基板の表面前処理方法。 - 【請求項３】 酸化物基板上に100eV〜10keVのエネルギ
ーを有する反応性Ｎ2 +イオンビームを照射して、該酸化
物基板の表面を窒化物に改質する基板の表面前処理段階
と、 前記表面の改質された基板上に蒸着法を施し、前記表面
前処理段階で表面上に形成された中間窒化物及び他の種
類の窒化物の薄膜を形成する段階と、を順次行うことを
特徴とする窒化物薄膜形成方法。 - 【請求項４】 前記酸化物基板は、Al2O3基板であり、
前記反応性イオンビームは、１keVのエネルギーを有す
るＮ2 +イオンビームであり、表面の改質により基板上に
形成される前記中間窒化物は、AlNであり、前記窒化物
薄膜は、GaN薄膜であることを特徴とする請求項３記載
の窒化物薄膜形成方法。 - 【請求項５】 前記蒸着法は、化学気相蒸着法（Chemic
al Vapor Deposition：CVD）、分子線エピタキシ法
（Molecular Beam Epitaxy）、改良プラズマCVD及び
熱蒸着、イオンスパッタリング、高周波スパッタリン
グ、直流スパッタリングのような物理蒸気蒸着法中、何
れか一つの方法を選択して利用することを特徴とする請
求項３又は請求項４記載の窒化物薄膜形成方法。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019970061766A KR100287362B1 (ko) | 1997-11-21 | 1997-11-21 | 이온빔을이용한산화물기판표면의전처리방법및이를이용한질화물박막형성방법 |
| KR1997-61766 | 1997-11-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11251245A JPH11251245A (ja) | 1999-09-17 |
| JP3215674B2 true JP3215674B2 (ja) | 2001-10-09 |
Family
ID=19525250
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP32507198A Expired - Fee Related JP3215674B2 (ja) | 1997-11-21 | 1998-11-16 | イオンビームを用いた酸化物基板の表面前処理方法及びそれを利用した窒化物薄膜形成方法 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6099917A (ja) |
| JP (1) | JP3215674B2 (ja) |
| KR (1) | KR100287362B1 (ja) |
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