JPH03205393A - 薄膜製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、基板上にＧａＡｓｉ膜等を形成する方法に関
する。

〈従来の技術〉 ＧａＡｓは半導体として高速機能デバイス、光機能デバ
イスへの応用が考えられている。このＧａＡｓは、例え
ばＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法等の種々の方法で薄膜化が試
みられている。これらの場合、薄膜を形成する基板とし
てはＧａＡｓ基板あるいはＳｉ基板等が用いられている
。特に、Ｓｉ基板の場合、現在実用化されている半導体
素子の殆どがＳｔデバイスであるため、これらのデバイ
スの機能とＧａＡデバイスの機能とを結合できることか
ら、様々の応用が考えられている。（１９８９年５月２
６日　応用物理学会・結晶工学分科会，第９２会研究会
テキスト） ところで、ＧａおよびＡｓをＳｔ基板上にヘテロエピタ
キシャル或長させると、その格子定数の不整合、極性や
熱膨張係数の相違等により、良質のＧａＡｓ薄膜が得ら
れない。そこで、従来では例えば、低温で基板表面にバ
ッファ層を積層した後、高温でそのバッファ層上に威膜
する、いわゆる２段階戒長法や、歪み超格子をバッファ
として用いる方法、あるいはＭＥＥ法（マイグレーショ
ン・エンハンスト・エピタキシ）等の種々の方法が試み
られている。

く発明が解決しようとする課題〉 ところが、上述の三つの方法によれば、いずれも得られ
るＧａＡｓ薄膜の表面に現れる転位つまり貫通転位の数
が非常に多く、実用可能な膜質が得られていないのが現
状である。

本発明の目的は、貫通転位等の少ない良質なＧａＡｓ等
の薄膜を製造することのできる方法を提供することにあ
る。

く課題を解決するための手段〉 本発明の薄膜製造方法は、蒸着材料を真空雰囲気中で加
熱することにより蒸発させ、その蒸発粒子を基板表面に
照射することによって、その基板表面上に薄膜を形成す
る方法において、蒸発粒子の基板への照射エネルギを変
化させて、その基板表面上に、先に高エネルギ照射によ
る層を次いで低エネルギ照射による層の順で、その高・
低エネルギ照射による層を交互に積層して成膜を行うこ
とを特徴としている。

〈作用〉 蒸発粒子の基板への照射エネルギを変更して、基板表面
に高エネルギ照射による層と低エネルギ照射による層と
を交互に積層すると、その第１層目の積層時に基板との
界面で発生した転位は、その上層との界面でこの界面に
沿う方向に曲がり、これにより貫通転位が減少する。

く実施例〉 本発明の実施例を、以下、図面に基づいて説明する。

第２図は本発明方法を実施に使用する薄膜製造装置の概
略構或図である。

真空チャンバ１内に二つの蒸発源、Ｇａ蒸発源２および
Ａｓ蒸発源３が配設されている。この各蒸発源２，３は
、それぞれ内部に蒸着材料ＧａまたはＡｓを収容し、か
つ、上部壁体に噴射孔２１ａ３１ａを備えたるつぼ２１
．３１と、その各るつぼ２１．３１の側方周辺を囲って
なる加熱用フィラメント２２．３２等を備え、るつぼ２
１．３１それぞれを加熱用フィラメント２２．３２によ
り加熱することによって内部の蒸着材料を蒸気化するよ
う構威されている。そして、蒸気化した蒸着材料は、噴
射孔２１ａ，３１ａから吹き出してクラスタ（塊状原子
集団）どなって真空チャンバ１内を進行腰そのクラスタ
はともに同じ真空チャンバ１に設置された同一の基板Ｓ
に到達する。

各蒸発源２．３と基板Ｓ間のクラスタ進行路上には、そ
れぞれイオン化部４．５および加速電極６，７が順次配
設されている。さらに、各加速電極６．７と基板Ｓとの
間には、それぞれシャッタ８．９が配設されており、こ
の各シャッタ８，９の操作により各蒸発源２．３からの
クラスタの基板Ｓへの進行を選択できるようになってい
る。

各イオン化部４，５は、イオン化フィラメン１・４ａ，
５ａおよびグリッド４ｂ，５ｂ等を備え、各イオン化フ
ィラメント４ａ，５ａに通電することにより発生する熱
電子を、グリッド４ｂ５ｂにより各蒸発源２，３からの
クラスタへと引き寄せ衝突させることによって、そのク
ラスタを陽イオン化するよ・う構威されている。

基板Ｓおよび加速電極６，７は接地電位に置かれている
。また、各加速電極６．７と各蒸発源２，５ ３との間には、それぞれ可変直流電源（図示せず）が設
けられており、蒸発源２．３が正電位になるよう、その
両者間にそれぞれ任意の大きさの電位差を付与すること
ができる。そして、この電位差によって形威される電場
によって、イオン化部４５において陽イオン化されたク
ラスタは、それぞれ加速されてイオンビームとなって基
板ｓ表ｍに衝突する。

なお、基板Ｓは、例えば加熱器および熱電対等を備えた
ホルダ１０によって、真空チャンバ１内の所定位置に保
持されるとともに、成膜に適した温度に維持される。

さて、以上説明した装置を使用して、Ｓｔ基根上にＧａ
Ａｓ薄膜を形成する場合の手順を、第１図を参照して説
明する。

まず、前処理を施した３３基板Ｓを真空チャンバ１内の
ホルダ１０に装着し、チ，ヤンバ内の真空引きを行った
後、基板Ｓの温度を成膜に適した温度に保つ。次いで、
各蒸発源２，３および各イオン化部４．５をそれぞれ駆
動した状態で、Ａｓ蒸６ 発源３例のシャッタ９だけを開き、基板Ｓ表面に電圧１
．３ｋＶ程度で加速されたＡｓクラスタ・イオンを照射
して基板Ｓ表面のクリーニングを行う（ａ）。

次に、Ｇａ蒸発源２例のシャッタ８を開いて、基板Ｓ表
面に電圧１．３ｋＶ程度で加速されたＧａおよびＡｓク
ラスタ・イオンをそれぞれ照射して基板Ｓ表面上にバッ
ファ層Ｂを積層する（ｂ）。このバッファ層Ｂの膜厚は
１．５μｍ程度とする。

次いで、各イオン化部４，５の駆動を停止し、かつ、各
蒸発源２，３を接地電位に落とすことによって、Ｇａお
よびＡｓクラスタをイオン化・加速せずに基板Ｓ表面に
照射して、先に積層したバッファ層Ｂ上にＧａＡｓ薄膜
Ｔを威長させる（Ｃ）。

この薄膜の膜厚も１．５μｍ程度とする。

以上の手順により、Ｓｉ基板上に或長させたＧａＡｓ薄
膜のＴＥＭ　（透過電子顕微鏡）像の写生図を第３図に
示す。

Ｓｔ基板とＧａＡｓ膜（バッファ層）との界面で発生し
た転位は、イオン化・力Ｗ速の変化による界面、すなわ
ちバッファ層と本成膜層との界面付近で減少している。

これは、バッファ層と本成膜層との界面で転位を横方向
に曲げる力が作用するためである。従って、このＴＥＭ
像から明らかなように、本発明方法は、貫通転位の少な
い良質のＧａＡｓｌ膜を得るための有効な方法であるこ
とが判る。

なお、以上の手順において、（ｂ）および（Ｃ）の工程
を繰り返して行えば、転位を横方向に曲げる機会が多く
なり、貫通転位をさらに減少させることが可能となる。

また、（Ｃ）工程においては、ＧａおよびＡｓクラスタ
をイオン化・加速を行わないで基板に照射しているが、
例えば、その各クラスタのイオンを低エネルギ加速、例
えば０．１ｋＶ程度で加速して基板表面に照射してもよ
い。要するに、（Ｃ）工程における各クラスタの基板へ
の入射エネルギは、良質な薄膜を得ることのできる最適
値を選定すればよいわけである。

なお、以上は、イオン・クラスタ・ビーム法に基づく薄
膜製造装置を使用して本発明方法を実施した例について
説明したが、これに限られることなく、例えばイオン・
プレーティング法に基づく薄膜製造装置等、蒸発粒子の
基板への照射エネルギを任意に変化させることが可能な
他の薄膜製造装置を使用しても実施できることは勿論で
ある。

く発明の効果〉 以上説明したように、本発明方法によれば、蒸発粒子の
基板への照射エネルギを変更して、高エネルギ照射によ
る層と低エネルギ照射による層を交互に積層したので、
貫通転位の数が極めて少ない良質な薄膜を得ることがで
き、これにより、例えばＳｉ基板上に実用可能なＧａＡ
ｓｉ膜を形成することが可能となる。このことは、Ｓｉ
デバイスの機能とＧ　ａ　Ａ　ｓデバイス機能とを結合
した様々な半導体装置の実現化への可能性を広げる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の手順の説明図で、また、第２図は
本発明の実施に使用する装置の概略構威図である。 ９ 第３図は本発明方法によりＳｉ基板上に或長させたＧａ
Ａｓ薄膜のＴＥＭ像の写生図である。 １・・・真空チャンバ ２・・・Ｇａ蒸発源 ３・・・Ａｓ蒸発源 ４．５・・・イオン化部 ６．７・・・加速電極 Ｓ・・・Ｓｔ基板 Ｂ・　・　・バッファ層 Ｔ・・・ＧａＡｓ薄膜

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 蒸着材料を真空雰囲気中で加熱することにより蒸発させ
   、その蒸発粒子を基板表面に照射することによって、そ
   の基板表面上に薄膜を形成する方法において、上記蒸発
   粒子の基板への照射エネルギを変化させて、その基板表
   面上に、先に高エネルギ照射による層を次いで低エネル
   ギ照射による層の順で、その高・低エネルギ照射による
   層を交互に積層して成膜を行うことを特徴とする、薄膜
   製造方法。