JPH0570935A - 薄膜製造方法 - Google Patents
薄膜製造方法Info
- Publication number
- JPH0570935A JPH0570935A JP23606491A JP23606491A JPH0570935A JP H0570935 A JPH0570935 A JP H0570935A JP 23606491 A JP23606491 A JP 23606491A JP 23606491 A JP23606491 A JP 23606491A JP H0570935 A JPH0570935 A JP H0570935A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- thin film
- substrate
- ion beam
- gan
- light source
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- Pending
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 光・イオン複合アシスト法を用いた良質の窒
化ホウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜の低温作製を可能
とする。 【構成】 主たる構成元素の堆積機構とは別に、光を含
む電磁波およびイオンの両者を基板上に照射して窒化ホ
ウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜を形成する。
化ホウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜の低温作製を可能
とする。 【構成】 主たる構成元素の堆積機構とは別に、光を含
む電磁波およびイオンの両者を基板上に照射して窒化ホ
ウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜を形成する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は低温で結晶性、電気特性
の良い結晶化窒化ホウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜を
製造する製造方法に関するものである。
の良い結晶化窒化ホウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜を
製造する製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】高温半導体材料、高熱伝導材料、短波長
発光素子など光学素子用材料として注目されている窒化
ホウ素薄膜は真空蒸着法、スパッタリング法、あるいは
ＣＶＤ法等の方法で作製されている。
発光素子など光学素子用材料として注目されている窒化
ホウ素薄膜は真空蒸着法、スパッタリング法、あるいは
ＣＶＤ法等の方法で作製されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】いずれの薄膜製造法に
おいても、ホウ素と窒素の反応により窒化ホウ素薄膜が
形成されるわけであるが、結晶性の良い窒化ホウ素薄膜
の作製のためには基板温度として８００℃〜１０００℃
以上の温度が必要であり、プロセス上大きな欠点となっ
ている。また、基板の熱エネルギーのみでは原料の分解
が不十分であったり、基板表面での原子のマイグレーシ
ョンが十分に行われないため結晶性の点で満足のゆく薄
膜が得られているとはいい難いのが現状である。
おいても、ホウ素と窒素の反応により窒化ホウ素薄膜が
形成されるわけであるが、結晶性の良い窒化ホウ素薄膜
の作製のためには基板温度として８００℃〜１０００℃
以上の温度が必要であり、プロセス上大きな欠点となっ
ている。また、基板の熱エネルギーのみでは原料の分解
が不十分であったり、基板表面での原子のマイグレーシ
ョンが十分に行われないため結晶性の点で満足のゆく薄
膜が得られているとはいい難いのが現状である。
【０００４】
【課題を解決するための手段】主たる構成元素の堆積機
構のエネルギーに加え、光を含む電磁波およびイオンの
いずれか、または両者を基板上に照射して窒化ホウ素薄
膜または窒化ガリウム薄膜を形成する。
構のエネルギーに加え、光を含む電磁波およびイオンの
いずれか、または両者を基板上に照射して窒化ホウ素薄
膜または窒化ガリウム薄膜を形成する。
【０００５】
【作用】本発明による薄膜製造方法では、主たる構成元
素の堆積機構に加え、電磁波、およびイオンによるアシ
ストにより、基板上での反応、マイグレーションが促進
され、低温で結晶性、電気特性の優れた窒化ガリウム薄
膜の形成が可能になる。
素の堆積機構に加え、電磁波、およびイオンによるアシ
ストにより、基板上での反応、マイグレーションが促進
され、低温で結晶性、電気特性の優れた窒化ガリウム薄
膜の形成が可能になる。
【０００６】
【実施例】以下、図面を参照にして実施例にもとずき本
発明を詳細に説明する。
発明を詳細に説明する。
【０００７】図１に本発明の一実施例において用いた薄
膜形成装置を示す。主たる堆積機構として、イオン源１
によるイオンビームスパッタ法を用いており、アシスト
光源２、およびアシストイオン源３による電磁波（光）
・イオン複合アシスト機構が併設されている。ターゲッ
ト４には高純度のホウ素金属を用いた。スパッタリング
ガスには高純度（９９．９９９％）の窒素ガスを用い、
イオンビーム電流は２００ｍＡで一定とした。不純物
（おもに酸素）を減少させるため背圧を１０-6Torrまで
下げ、スパッタリングガスに２％の水素を混入させた。
膜形成装置を示す。主たる堆積機構として、イオン源１
によるイオンビームスパッタ法を用いており、アシスト
光源２、およびアシストイオン源３による電磁波（光）
・イオン複合アシスト機構が併設されている。ターゲッ
ト４には高純度のホウ素金属を用いた。スパッタリング
ガスには高純度（９９．９９９％）の窒素ガスを用い、
イオンビーム電流は２００ｍＡで一定とした。不純物
（おもに酸素）を減少させるため背圧を１０-6Torrまで
下げ、スパッタリングガスに２％の水素を混入させた。
【０００８】まずアシストを用いない通常のイオンビー
ムスパッタ法で、サファイア（０００１）基板５にＢＮ
を作製した。成膜速度はイオンビーム加速電圧に依存
し、0.8〜2.0kevで60〜85Ａ/分であった。基板温度８０
０℃においてｃ軸配向性のＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線
回折で薄膜の結晶性を調べたところ、００２反射のロッ
キングカーブの半値幅は３．０゜、標準偏差値は１．２
５゜でそこそこ良好な配向膜が得られていることがわか
った。
ムスパッタ法で、サファイア（０００１）基板５にＢＮ
を作製した。成膜速度はイオンビーム加速電圧に依存
し、0.8〜2.0kevで60〜85Ａ/分であった。基板温度８０
０℃においてｃ軸配向性のＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線
回折で薄膜の結晶性を調べたところ、００２反射のロッ
キングカーブの半値幅は３．０゜、標準偏差値は１．２
５゜でそこそこ良好な配向膜が得られていることがわか
った。
【０００９】イオンビームスパッタの条件は同一で、ア
シストイオン源３としてバケット型イオン源を用いて窒
素イオンの同時照射を行った。アシストイオンビームの
ビーム電流を３０ｍＡに固定し、加速電圧を２００〜８
００ｅＶとした。アシストイオンビームの加速電圧を１
ｋｅＶ以上にした場合は、スパッタリング反応により、
性膜速度が低下した。基板温度４００℃、アシストイオ
ンビーム加速電５００ｅＶにおいて、膜厚０．５μmの
ＢＮ薄膜が得られた。Ｘ線回折の結果、００２反射のロ
ッキングカ−ブの半値幅が２゜、標準偏差が０．８５゜
の良好なＢＮ薄膜が得られていることがわかった。
シストイオン源３としてバケット型イオン源を用いて窒
素イオンの同時照射を行った。アシストイオンビームの
ビーム電流を３０ｍＡに固定し、加速電圧を２００〜８
００ｅＶとした。アシストイオンビームの加速電圧を１
ｋｅＶ以上にした場合は、スパッタリング反応により、
性膜速度が低下した。基板温度４００℃、アシストイオ
ンビーム加速電５００ｅＶにおいて、膜厚０．５μmの
ＢＮ薄膜が得られた。Ｘ線回折の結果、００２反射のロ
ッキングカ−ブの半値幅が２゜、標準偏差が０．８５゜
の良好なＢＮ薄膜が得られていることがわかった。
【００１０】（実施例１）さらに、これらの条件は同一
で、さらにアシスト光源２を用いて光・イオン複合アシ
ストを行いながらＢＮ薄膜の成長を行った。光源として
発進波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い
た。レーザの仕様は周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎ
ｓ、パルスエネルギー１５０ｍＪ、ビーム形状は２５ｍ
ｍｘ１０ｍｍである。集光光学系によりエネルギー密度
を５Ｊ／cm2まで高めることができる。エネルギー密度
が０．５Ｊ／cm2以上のときはレーザ蒸発が起こり、成
膜速度が減少する傾向が見られたが、それ以下の時は薄
膜最表面での局所的加熱により実効的に基板温度を下げ
ることが出来た。本実施例では０．３Ｊ／cm2のエネル
ギー密度のレーザ照射により、基板温度が１５０℃にお
いて、００２反射のロッキングカーブの半値幅が１．０
゜、標準偏差０．４４゜のさらに良好な配向性を示すＢ
Ｎ薄膜が得られた。また、その薄膜表面を干渉顕微鏡で
観察したが、表面は平滑で何等構造が観察されなかっ
た。
で、さらにアシスト光源２を用いて光・イオン複合アシ
ストを行いながらＢＮ薄膜の成長を行った。光源として
発進波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い
た。レーザの仕様は周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎ
ｓ、パルスエネルギー１５０ｍＪ、ビーム形状は２５ｍ
ｍｘ１０ｍｍである。集光光学系によりエネルギー密度
を５Ｊ／cm2まで高めることができる。エネルギー密度
が０．５Ｊ／cm2以上のときはレーザ蒸発が起こり、成
膜速度が減少する傾向が見られたが、それ以下の時は薄
膜最表面での局所的加熱により実効的に基板温度を下げ
ることが出来た。本実施例では０．３Ｊ／cm2のエネル
ギー密度のレーザ照射により、基板温度が１５０℃にお
いて、００２反射のロッキングカーブの半値幅が１．０
゜、標準偏差０．４４゜のさらに良好な配向性を示すＢ
Ｎ薄膜が得られた。また、その薄膜表面を干渉顕微鏡で
観察したが、表面は平滑で何等構造が観察されなかっ
た。
【００１１】この他、光源として周波数２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を用いた場合でも同様な結果が得られた。
また、本実施例ではイオンビームスパッタの場合につい
て示したが、Ｂをクヌーセンセルを用いて基板上に供給
した場合でも同様の結果が得られた。また、ホウ素をヘ
リウムで希釈したＢ2Ｈ6の気体で供給し、窒素をアンモ
ニアガスで供給し、いわゆるＭＯＣＶＤ法でＢＮの成膜
を行ったが、同様に結晶性の優れたＢＮ薄膜が得られ
た。
のマイクロ波を用いた場合でも同様な結果が得られた。
また、本実施例ではイオンビームスパッタの場合につい
て示したが、Ｂをクヌーセンセルを用いて基板上に供給
した場合でも同様の結果が得られた。また、ホウ素をヘ
リウムで希釈したＢ2Ｈ6の気体で供給し、窒素をアンモ
ニアガスで供給し、いわゆるＭＯＣＶＤ法でＢＮの成膜
を行ったが、同様に結晶性の優れたＢＮ薄膜が得られ
た。
【００１２】次に、図１と同様の薄膜形成装置を用い、
ターゲット４として、高純度のガリウム金属を用いて成
膜を行なった。スパッタリングガスには高純度（９９．
９９９％）の窒素ガスを用い、イオンビーム電流は２０
０ｍＡで一定とした。不純物（おもに酸素）を減少させ
るため背圧を１０-6Torrまで下げ、スパッタリングガス
に２％の水素を混入させた。
ターゲット４として、高純度のガリウム金属を用いて成
膜を行なった。スパッタリングガスには高純度（９９．
９９９％）の窒素ガスを用い、イオンビーム電流は２０
０ｍＡで一定とした。不純物（おもに酸素）を減少させ
るため背圧を１０-6Torrまで下げ、スパッタリングガス
に２％の水素を混入させた。
【００１３】まずアシストを用いない通常のイオンビー
ムスパッタ法で、サファイア（０００１）基板５にＧａ
Ｎを作製した。成膜速度はイオンビーム加速電圧に依存
し、0.8〜2.0kevで60〜85Ａ/分であった。基板温度８０
０℃においてｃ軸配向性のＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線
回折で薄膜の結晶性を調べたところ、００２反射のロッ
キングカーブの半値幅は３．０゜、標準偏差値は１．２
５゜でそこそこ良好な配向膜が得られていることがわか
った。
ムスパッタ法で、サファイア（０００１）基板５にＧａ
Ｎを作製した。成膜速度はイオンビーム加速電圧に依存
し、0.8〜2.0kevで60〜85Ａ/分であった。基板温度８０
０℃においてｃ軸配向性のＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線
回折で薄膜の結晶性を調べたところ、００２反射のロッ
キングカーブの半値幅は３．０゜、標準偏差値は１．２
５゜でそこそこ良好な配向膜が得られていることがわか
った。
【００１４】イオンビームスパッタの条件は同一で、ア
シストイオン源３としてバケット型イオン源を用いて窒
素イオンの同時照射を行った。アシストイオンビームの
ビーム電流を３０ｍＡに固定し、加速電圧を２００〜８
００ｅＶとした。アシストイオンビームの加速電圧を１
ｋｅＶ以上にした場合は、スパッタリング反応により、
性膜速度が低下した。基板温度４００℃、アシストイオ
ンビーム加速電５００ｅＶにおいて、膜厚０．５μmの
ＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線回折の結果、００２反射の
ロッキングカ−ブの半値幅が２゜、標準偏差が０．８５
゜の良好なＧａＮ薄膜が得られていることがわかった。
シストイオン源３としてバケット型イオン源を用いて窒
素イオンの同時照射を行った。アシストイオンビームの
ビーム電流を３０ｍＡに固定し、加速電圧を２００〜８
００ｅＶとした。アシストイオンビームの加速電圧を１
ｋｅＶ以上にした場合は、スパッタリング反応により、
性膜速度が低下した。基板温度４００℃、アシストイオ
ンビーム加速電５００ｅＶにおいて、膜厚０．５μmの
ＧａＮ薄膜が得られた。Ｘ線回折の結果、００２反射の
ロッキングカ−ブの半値幅が２゜、標準偏差が０．８５
゜の良好なＧａＮ薄膜が得られていることがわかった。
【００１５】（実施例２）さらに、これらの条件は同一
で、さらにアシスト光源２を用いて光・イオン複合アシ
ストを行いながらＧａＮ薄膜の成長を行った。光源とし
て発進波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い
た。レーザの仕様は周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎ
ｓ、パルスエネルギー１５０ｍＪ、ビーム形状は２５ｍ
ｍｘ１０ｍｍである。集光光学系によりエネルギー密度
を５Ｊ／cm2まで高めることができる。エネルギー密度
が０．５Ｊ／cm2以上のときはレーザ蒸発が起こり、成
膜速度が減少する傾向が見られたが、それ以下の時は薄
膜最表面での局所的加熱により実効的に基板温度を下げ
ることが出来た。本実施例では０．３Ｊ／cm2のエネル
ギー密度のレーザ照射により、基板温度が１５０℃にお
いて、００２反射のロッキングカーブの半値幅が１．０
゜、標準偏差０．４４゜のさらに良好な配向性を示すＧ
ａＮ薄膜が得られた。また、その薄膜表面を干渉顕微鏡
で観察したが、表面は平滑で何等構造が観察されなかっ
た。
で、さらにアシスト光源２を用いて光・イオン複合アシ
ストを行いながらＧａＮ薄膜の成長を行った。光源とし
て発進波長３０８ｎｍのＸｅＣｌエキシマレーザを用い
た。レーザの仕様は周波数１００Ｈｚ、パルス幅３０ｎ
ｓ、パルスエネルギー１５０ｍＪ、ビーム形状は２５ｍ
ｍｘ１０ｍｍである。集光光学系によりエネルギー密度
を５Ｊ／cm2まで高めることができる。エネルギー密度
が０．５Ｊ／cm2以上のときはレーザ蒸発が起こり、成
膜速度が減少する傾向が見られたが、それ以下の時は薄
膜最表面での局所的加熱により実効的に基板温度を下げ
ることが出来た。本実施例では０．３Ｊ／cm2のエネル
ギー密度のレーザ照射により、基板温度が１５０℃にお
いて、００２反射のロッキングカーブの半値幅が１．０
゜、標準偏差０．４４゜のさらに良好な配向性を示すＧ
ａＮ薄膜が得られた。また、その薄膜表面を干渉顕微鏡
で観察したが、表面は平滑で何等構造が観察されなかっ
た。
【００１６】この他、光源として周波数２．４５ＧＨｚ
のマイクロ波を用いた場合でも同様な結果が得られた。
また、本実施例ではイオンビームスパッタの場合につい
て示したが、Ｇａをクヌーセンセルを用いて基板上に供
給した場合でも同様の結果が得られた。また、Ｇａをト
リメチルガリウムの気体で供給し、窒素をアンモニアガ
スで供給し、いわゆるＭＯＣＶＤ法でＧａＮの成膜を行
ったが、同様に結晶性の優れたＧａＮ薄膜が得られた。
のマイクロ波を用いた場合でも同様な結果が得られた。
また、本実施例ではイオンビームスパッタの場合につい
て示したが、Ｇａをクヌーセンセルを用いて基板上に供
給した場合でも同様の結果が得られた。また、Ｇａをト
リメチルガリウムの気体で供給し、窒素をアンモニアガ
スで供給し、いわゆるＭＯＣＶＤ法でＧａＮの成膜を行
ったが、同様に結晶性の優れたＧａＮ薄膜が得られた。
【００１７】
【発明の効果】本発明による薄膜形成装置では、光・イ
オンの複合アシストを行うことにより、低温で結晶性に
優れたＢＮ薄膜を提供するもので、巾広い工業的応用が
期待される。
オンの複合アシストを行うことにより、低温で結晶性に
優れたＢＮ薄膜を提供するもので、巾広い工業的応用が
期待される。
【図１】本発明の一実施例において用いた薄膜製造装置
の構成を示す断面図
の構成を示す断面図
１ イオン源 ２ アシスト光源 ３ アシストイオン源 ４ ターゲット ５ 基板
Claims (6)
- 【請求項１】主たる構成元素の堆積機構のエネルギーに
加え、光を含む電磁波およびイオンの両者を基板上に照
射して窒化ホウ素薄膜または窒化ガリウム薄膜を形成す
ることを特徴とする薄膜製造方法。 - 【請求項２】主たる構成元素の堆積機構としてイオンビ
ームスパッタ法を用いることを特徴とする請求項１記載
の薄膜製造方法。 - 【請求項３】主たる構成元素の堆積機構としてＣＶＤ法
を用いることを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方
法。 - 【請求項４】電磁波光源としてエキシマレーザを用いる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。 - 【請求項５】電磁波光源として炭酸ガスレーザを用いる
ことを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。 - 【請求項６】電磁波光源としてマイクロ波源を用いるこ
とを特徴とする請求項１記載の薄膜製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23606491A JPH0570935A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 薄膜製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP23606491A JPH0570935A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 薄膜製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0570935A true JPH0570935A (ja) | 1993-03-23 |
Family
ID=16995194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP23606491A Pending JPH0570935A (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 薄膜製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0570935A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6013130A (en) * | 1995-03-22 | 2000-01-11 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Process and device for the production of epitaxial layers |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP23606491A patent/JPH0570935A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6013130A (en) * | 1995-03-22 | 2000-01-11 | Deutsche Forschungsanstalt Fuer Luft- Und Raumfahrt E.V. | Process and device for the production of epitaxial layers |
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