JPH06329500A

JPH06329500A - 窒化ホウ素薄膜及び半導体素子の形成方法、その薄膜形成装置並びにそれらを用いた半導体素子

Info

Publication number: JPH06329500A
Application number: JP13984093A
Authority: JP
Inventors: Toshiyuki Oishi; 敏之大石; Akihiko Furukawa; 彰彦古川; Kazuyoshi Kojima; 一良児島
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1993-05-20
Filing date: 1993-05-20
Publication date: 1994-11-29

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザ薄膜形成装置を使った窒化ホウ素の薄
膜形成において、化学量論比を持った欠陥の無い窒化ホ
ウ素の薄膜を形成する。【構成】レーザ薄膜形成装置の窒素ガス１０をラジカ
ルにしてチャンバ５内へ導入することでエネルギーの高
い窒素を使い、窒化ホウ素の薄膜を形成する。この方法
によって作製された窒化ホウ素は化学量論比を持った欠
陥の無い薄膜となる。このため窒化ホウ素と銅の多層構
造が形成でき、この多層構造を用いて紫外発光素子、ト
ランジスタ等が作製される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザパルスを利用
して基板上に窒化ホウ素の薄膜を形成する窒化ホウ素薄
膜及び半導体素子の形成方法、その薄膜形成装置並びに
それらを用いた半導体素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図２（ａ）は、例えば、雑誌「エムア
ールエスブルティン（ＭＲＳＢＵＬＬＥＴＩ
Ｎ）、９２年２月号の第３１頁に示された従来のレーザ
光を用いた薄膜形成装置を示す概略図であり、図におい
て、１は窒化ホウ素のターゲットのバンドギャップと一
致した２４８ｍｍ（〜５ｅＶ）のＫｒＦのエキシマレー
ザ光（以下、レーザ光という）、２はレーザ光１をター
ゲット３に集光させるためのＭｇＦ₂ レンズ（ｆ／４）
（以下、レンズという）であり、ターゲット３はそのタ
ーゲット３の表面に均一にレーザ光１を照射するために
回転部材４により回転される。５は反応室であり、該反
応室５内には、レーザ光１をターゲット３に照射させる
ためレーザ光１を通過する窓６と、窒化ホウ素薄膜を形
成するためターゲット３と対向して試料７を載置するた
めの支持台８と、試料７を加熱するためのヒータ９と、
高純度の窒素ガス１０を反応室５内に導入するためのガ
ス導入管１１が配設されている。該反応室５は、真空ポ
ンプ１２で〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を得る。この装置
を用いて作製された窒化ホウ素薄膜は、雑誌「フィジカ
ルレビュー（Physical Review ）Ｂ」４３巻（９１年３
月１５日発行）、第６８１６頁に示されている。すなわ
ち、（１００）Ｓｉ基板に窒化ホウ素をエピタキシャル
成長させた場合、（１００）Ｓｉ面に平行な結晶面を有
する正六面体の（１００）窒化ホウ素薄膜が得られる。

【０００３】次に動作について説明する。レーザ光１が
反応室５内の窒化ホウ素からなるターゲット３に照射さ
れると、窒化ホウ素のターゲット３上のレーザ照射部に
おいて、急峻にプラズマ状態が生成される。該プラズマ
状態が、数１０ｎｓで消滅していく過程の中で、孤立し
た励起原子やイオンが生成される。これらの一群の励起
原子やイオンは数μｓ以上の寿命をもっており、空間へ
放出されて蝋燭の炎のようなプルーム１３を形成する。
プルーム１３中の励起原子やイオンは、試料７上に到達
した後、堆積しながら薄膜を形成していく。しかし、窒
素は蒸気圧が高いため、ターゲット３中の窒素のみでは
試料７に形成される窒化ホウ素薄膜中の窒素が不足し、
窒化ホウ素中の窒素とホウ素との化学量論比が１より小
さくなる。このため、作成される窒化ホウ素薄膜中の窒
素の不足分を補うため窒素ガスが反応室５内と導入され
る。

【０００４】図１２（ｂ）は、窒素ガスを窒化ホウ素薄
膜中に供給した場合の結晶成長機構を示す説明図であ
る。図において、２１は窒素原子２０が窒化ホウ素の結
晶格子に入る状況を、２２は窒素原子２０が窒化ホウ素
の結晶格子に入らずに飛散していく状況を示す。すなわ
ち、窒素原子２０がガスで導入された場合に、窒化ホウ
素の結晶格子の窒素の入る空孔２３に到達した窒素原子
２０のみが窒化ホウ素の結晶成長に寄与し、一方、窒化
ホウ素の結晶格子の窒素の入る空孔２３に到達しなかっ
た窒素原子２０は、再び真空中に飛散していき窒化ホウ
素の結晶成長に寄与しないことになる。２４はホウ素原
子である。このような現象が生ずるのは窒素原子２０が
試料７表面上を移動できるに十分なエネルギーを有して
いないためである。従って、窒素原子２０が試料７表面
上に到達しても窒素原子２０は移動エネルギーを持って
いないので試料７表面上を移動することができない。そ
こで、たまたま窒化ホウ素の窒素原子２０の結晶格子の
空孔２３に到達した窒素原子２０のみが窒化ホウ素の結
晶成長に寄与することになる。そして、窒化ホウ素の窒
素原子２０の結晶格子位置のうちで空孔２３になってい
る場所に真空中から飛来してきた窒素原子２０が入り込
む確率は非常に低い。このため、窒素ガス中の窒素原子
２０で窒化ホウ素の結晶成長に寄与できる窒素原子２０
は非常に少ない。よって、窒化ホウ素の組成比を化学量
論比である１にするためには窒素ガスを多量に供給する
必要がある。しかし、窒素ガスを多量に反応室５内へ供
給すると真空度が低くなりプルームを構成するイオンや
励起原子が励起状態から緩和される時間が短くなり、試
料７までプルームが到達できなくなる。プルームが試料
７まで到達できないと、ガス中で窒化ホウ素の微粒子が
でき、それが試料７に到達し、その試料７の表面に微粒
子が付着する。よって、試料７表面に細かな凹凸がで
き、良質な窒化ホウ素薄膜が成長できない。以上より、
窒化ガスを用いたレーザ薄膜形成装置の場合、窒素原子
２０の不足した窒化ホウ素薄膜か、膜質の悪い窒化ホウ
素薄膜しか作ることができない。なお、上記では試料７
上に窒化ホウ素薄膜を結晶成長させる機構について説明
したが、成膜された層上に窒化ホウ素を堆積する場合も
成長機構は同じである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ光を用い
た薄膜形成装置は以上のように構成されているので、試
料７表面に微粒子が付着するためその試料７表面に細か
な凹凸ができ、良質な窒化ホウ素薄膜を成長させること
ができないなどの問題点があった。

【０００６】請求項１の発明は上記のような問題点を解
消するためになされたもので、ホウ素の蒸気とエネルギ
ーを持った窒素とを試料に供給することにより、欠陥の
ない良好な結晶を有する窒化ホウ素薄膜の形成方法を提
供することを目的とする。

【０００７】請求項２の発明は、ホウ素の蒸気を発生さ
せるのにレーザ光を用いることにより、短時間に欠陥の
無い良好な結晶を有する窒化ホウ素薄膜の形成方法を提
供することを目的とする。

【０００８】請求項３の発明は、ホウ素の蒸気を発生さ
せるのにヒータ等の加熱装置を用いることにより、欠陥
の無い良好な結晶を有する窒化ホウ素薄膜の形成方法を
提供することを目的とする。

【０００９】請求項４の発明は、薄膜を形成すべき物質
のターゲットを複数個設置することにより、効率よく連
続して窒化ホウ素薄膜上に銅やシリコン等の薄膜をエピ
タキシャル成長させた半導体素子の形成方法を提供する
ことを目的とする。

【００１０】請求項５の発明は、ホウ素以外の物質をヒ
ータ等の加熱を用いて蒸発させることにより、欠陥のな
い窒化ホウ素薄膜中に均一に不純物が分布した窒化ホウ
素薄膜の形成方法を提供することを目的とする。

【００１１】請求項６の発明は、ｐ型もしくはｎ型形成
物質を蒸発させることにより、欠陥のない良好なｐ型も
しくはｎ型の窒化ホウ素薄膜の形成方法を容易に提供す
ることを目的とする。

【００１２】請求項７の発明は、ゲルマニウムを蒸発さ
せることにより、欠陥のない良好なゲルマニウムを混合
した窒化ホウ素薄膜の形成方法を提供することを目的と
する。

【００１３】請求項８の発明は、レーザ光を照射するタ
ーゲットにゲルマニウムを含有させることにより、効率
よく欠陥のない良好なゲルマニウムをドープした窒化ホ
ウ素薄膜の形成方法を提供することを目的とする。

【００１４】請求項９の発明は、窒化ホウ素薄膜上に銅
をエピタキシャル成長させることにより、欠陥のない形
でエピタキシャル成長させることができる半導体素子の
形成方法を提供することを目的とする。

【００１５】請求項１０の発明は、窒素原子励起手段を
設けることにより、欠陥のない良好な結晶を有する窒化
ホウ素薄膜の薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【００１６】請求項１１の発明は、反応室内に窒素及び
窒素以外の物質を蒸発させる蒸気発生手段を設けること
により、効率よく欠陥のない良好な不純物を含有した窒
化ホウ素薄膜の薄膜形成装置を得ることを目的とする。

【００１７】請求項１２の発明は、発光層の側壁の窒化
ホウ素層の一部を覆って銅配線層を設けることにより放
熱の効率を上げ、大電流を流すことができる半導体レー
ザ素子を得ることを目的とする。

【００１８】請求項１３の発明は、層間絶縁膜に窒化ホ
ウ素を、配線に銅を用いた組合せとすることにより抵
抗、容量共に低い配線部分を構成でき、よって高周波特
性の優れた半導体素子を得ることを目的とする。

【００１９】請求項１４の発明は、電極間に窒化ホウ素
層を設けることにより、素子の温度上昇を抑えて、素子
の特性劣化を防止できる半導体発光素子を得ることを目
的とする。

【００２０】請求項１５の発明は、ベース電極を銅層と
窒化ホウ素層とで構成することにより、高速動作がで
き、しかも大電流密度の動作が可能な半導体素子を得る
ことを目的とする。

【００２１】請求項１６の発明は、銅電極間に窒化ホウ
素層を挟んで設けることにより、大電流動作が可能で、
しかもサイズを小さくできる半導体素子を得ることを目
的とする。

【００２２】請求項１７の発明は、銅電極間に窒化ホウ
素層を設けることにより、真空中に放出する電子が多数
できる半導体素子を得ることを目的とする。

【００２３】請求項１８の発明は、銅薄膜と窒化ホウ素
薄膜とをいずれも結晶構造としたことにより、窒化ホウ
素上に銅を欠陥のない結晶の形でエピタキシャル成長さ
せることができる半導体素子を得ることを目的とする。

【００２４】請求項１９の発明は、ゲルマニウムをドー
プした窒化ホウ素薄膜を形成したことにより、シリコン
基板上に該混晶薄膜をエピタキシャル成長した半導体素
子を得ることを目的とする。

【００２５】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る窒
化ホウ素薄膜の形成方法は、試料表面にホウ素の蒸気と
エネルギーを持った窒素とを供給するものである。

【００２６】請求項２の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、試料表面にレーザ光により発生したホウ素の
蒸気とエネルギーを持った窒素とを供給するものであ
る。

【００２７】請求項３の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、試料表面に加熱により発生したホウ素の蒸気
とエネルギーを持った窒素とを供給するものである。

【００２８】請求項４の発明に係る半導体素子の形成方
法は、ホウ素もしくは窒化ホウ素のターゲットと銅、シ
リコンなどのターゲットにレーザを照射して蒸気を発生
させて窒化ホウ素薄膜上に銅やシリコンなどの薄膜をエ
ピタキシャル成長させたものである。

【００２９】請求項５の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ホウ素蒸気をターゲット照射により発生さ
せ、ホウ素以外のドーピング物質をヒータ等を利用して
蒸発させて窒化ホウ素薄膜中に物質をドーピングするも
のである。

【００３０】請求項６の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ホウ素以外のドーピング物質をｐ型もしくは
ｎ型半導体を作るものとしたものである。

【００３１】請求項７の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ホウ素の蒸気とゲルマニウム蒸気を反応室内
で発生させて窒化ホウ素とゲルマニウムとを混合させた
ものである。

【００３２】請求項８の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ホウ素、窒素及びゲルマニウムを混合したタ
ーゲットにレーザ光を照射させて蒸気を発生させたもの
である。

【００３３】請求項９の発明に係る半導体素子の形成方
法は、窒化ホウ素薄膜上に銅を、又は銅薄膜上に窒化ホ
ウ素をエピタキシャル成長させたものである。

【００３４】請求項１０の発明に係る窒化ホウ素薄膜形
成装置は、窒素にエネルギーを持たせる窒素原子励起手
段を備えたものである。

【００３５】請求項１１の発明に係る窒化ホウ素薄膜形
成装置は、反応室内に窒素及び窒素以外の物質を蒸発さ
せる蒸気発生手段を設けたものである。

【００３６】請求項１２の発明に係る半導体素子は、発
光層の側壁に設けられた窒化ホウ素層の一部を覆って銅
配線層を設けたものである。

【００３７】請求項１３の発明に係る半導体素子は、窒
化ホウ素の層間絶縁膜と銅配線層とを備えたものであ
る。

【００３８】請求項１４の発明に係る半導体素子は、電
極間に窒化ホウ素の発光層を挟んで第１及び第２導電型
の窒化ホウ素層を設けたものである。

【００３９】請求項１５の発明に係る半導体素子は、銅
ベース電極と銅コレクタ電極及び銅エミッタ電極との間
にそれぞれ第１及び第２導電型の窒化ホウ素層を設けた
ものである。

【００４０】請求項１６の発明に係る半導体素子は、銅
ベース電極と銅コレクタ電極及び銅エミッタ電極との間
にそれぞれ窒化ホウ素層を設けたものである。

【００４１】請求項１７の発明に係る半導体素子は、電
極間に窒化ホウ素層を設けたものである。

【００４２】請求項１８の発明に係る半導体素子は、結
晶構造を有する銅と窒化ホウ素とを積層したものであ
る。

【００４３】請求項１９の発明に係る半導体素子は、シ
リコン層上に窒化ホウ素とゲルマニウムを混合した薄
膜、又は窒化ホウ素とゲルマニウムを混合した薄膜上に
シリコン層をエピタキシャル成長させたものである。

【００４４】

【作用】請求項１の発明における窒化ホウ素薄膜の形成
方法は、窒素にエネルギーを持たせて、窒素が試料の表
面に付着する時間を長くして試料表面を移動できるよう
にしたことにより、窒素原子が結晶格子に効率よく入る
ことができ、従って格子欠陥のない良好な結晶を得るこ
とができる。

【００４５】請求項２の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、ホウ素又は窒化ホウ素にレーザ光を照射し
ホウ素蒸気を発生させ、窒素にエネルギーを持たせるこ
とにより短時間に欠陥の無い良好な結晶を得る得ること
ができる。

【００４６】請求項３の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、加熱温度の応じた蒸気圧のホウ素の蒸気を
発生させ、窒素にエネルギーを持たせることにより欠陥
の無い良好な結晶を得ることができる。

【００４７】請求項４の発明における半導体素子の形成
方法は、薄膜を形成すべき物質のターゲットを複数個設
けることにより、窒化ホウ素膜と銅及びシリコン等の種
々の物質の膜とを交互に容易に作成することができる。

【００４８】請求項５の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、ホウ素又は窒化ホウ素のターゲットにレー
ザ光を照射しホウ素蒸気を発生させ、窒素にエネルギー
を持たせると同時に例えばシリコンを蒸発させることに
より、シリコンを窒化ホウ素膜中に均一にドーピングさ
せることができる。

【００４９】請求項６の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、窒化ホウ素膜に例えばシリコンがドープさ
れるとｎ型半導体に、またベリリウムがドープされると
ｐ型半導体とすることにより、容易に半導体の窒化ホウ
素薄膜を得ることができる。

【００５０】請求項７の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、ホウ素及びゲルマニウムの蒸気とエネルギ
ーを持った窒素とを用いることにより、窒化ホウ素とゲ
ルマニウムとを混合した欠陥のない良好な薄膜を得るこ
とができる。

【００５１】請求項８の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、ターゲットにホウ素及びゲルマニウムを含
んだものを用いることにより、効率よく欠陥のないゲル
マニウムをドープした薄膜を得ることができる。

【００５２】請求項９の発明における半導体素子の形成
方法は、窒化ホウ素の結晶格子と銅の結晶格子の一辺の
長さは等しいことにより、その界面で歪のない、かつ銅
を欠陥のない結晶の形でエピタキシャル成長させること
ができる。

【００５３】請求項１０の発明における窒化ホウ素薄膜
形成装置は、窒素にエネルギーを持たせて、窒素をラジ
カル、イオン、又はイオンクラスターとすることによ
り、効率よく窒素を窒化ホウ素の結晶格子中に入れるこ
とができる。

【００５４】請求項１１の発明における窒化ホウ素薄膜
形成装置は、窒化ホウ素とゲルマニウムと反応室内で同
時に蒸発させるようにしたことにより、効率よくゲルマ
ニウムをドープした薄膜を得ることができる。

【００５５】請求項１２の発明における半導体素子は、
半導体層及び発光層で発生する大量の熱を窒化ホウ素を
通じて外部に逃がしてやることにより、放電の効果を上
げ、大電流を流すことができる。

【００５６】請求項１３の発明における半導体素子は、
層間絶縁膜と配線の配線部分にそれぞれ窒化ホウ素及び
銅を用いて抵抗及び容量を共に低くすることにより、優
れた高周波特性を得ることができる。

【００５７】請求項１４の発明における半導体素子は、
発光層で発生した熱を窒化ホウ素層を通じて外部に逃が
して該素子の温度の上昇を抑えることにしたことによ
り、特性の劣化を防止できる。

【００５８】請求項１５の発明における半導体素子は、
ベースを銅と窒化ホウ素とで構成してベース抵抗を減少
させることにより、高周波特性を改善できる。

【００５９】請求項１６の発明における半導体素子は、
窒化ホウ素の高い熱伝導率と銅の低い抵抗率により熱が
素子内部に留まることがないようにすることにより、大
電流動作が可能で、かつ寸法を小さくできる。

【００６０】請求項１７の発明における半導体素子は、
窒化ホウ素と銅との組合せでは大電流を素子の温度を上
昇させないで流すことができ、しかも電子を真空準位よ
りエネルギーの高い状態へ遷移させることにより、多数
の電子を真空中に放出することができる。

【００６１】請求項１８の発明における半導体素子は、
銅の結晶は面心立方構造、窒化ホウ素は立方硫化亜鉛構
造であり、どちらの結晶も単位格子の形は立方体となっ
ており、原子構造は銅と窒化ホウ素で共通であることに
より、窒化ホウ素上に銅を欠陥のない結晶の形でエピタ
キシャル成長させることができる。

【００６２】請求項１９の発明における半導体素子は、
ゲルマニウムと窒化ホウ素の混晶の格子定数は、おおよ
そそれぞれの結晶の値の内挿値であり、ゲルマニウム
０．９、窒化ホウ素０．１の割合の混晶を作製すればシ
リコンと格子定数が一致させることができることによ
り、シリコン上にエピタキシャル成長をさせることがで
きる。

【００６３】

【実施例】

実施例１．以下、この発明の一実施例を図１（ａ）につ
いて説明する。図１（ａ）は請求項１、２及び１０の発
明の一実施例による窒化ホウ素薄膜の形成方法及びその
薄膜形成装置を示す概略図、図１（ｂ）は窒化ホウ素結
晶の成長機構を示す説明図である。従来技術である図１
２（ａ）に示した相当部分には同一符号を付しその説明
は省略する。図１（ａ）において、１４は窒素ガス１０
を反応室５内に供給するためのガス導入管１１に設けら
れた高周波（ＲＦ）コイル、１５はＲＦコイル１４のＲ
Ｆ電源である（窒素原子励起手段）。なお、ＲＦを印加
するのにＲＦコイル１４ではなく、対向電極にＲＦを印
加する容量型結合回路を用いてもよい。

【００６４】次に動作について説明する。レーザ光１が
窒化ホウ素からなるターゲット３に当ると、対向するタ
ーゲット３と支持台８間にプルーム１３が形成される。
窒素ガス１０は反応室５に導入される前にＲＦコイル１
４によって励起されてエネルギーを持つ状態になる。こ
れによって、窒素原子２０はラジカルになる。ラジカル
となった窒素原子２０は、高いエネルギーを持っている
ため試料７の表面上を移動することができる。窒素原子
２０は、試料７表面上を移動している間に窒化ホウ素結
晶格子の空孔２３に到達する。窒化ホウ素結晶格子のう
ち空孔２３のポテンシャルは、他の部分に比べて低くな
っているため、移動してきた窒素原子２０は該空孔２３
に入り込むことができる（図１（ｂ））。以上の形成方
法で得られた窒化ホウ素薄膜は、窒素とホウ素の化学量
論比が１となり、良好な結晶体である。良好な結晶体と
は、試料７上に窒化ホウ素薄膜をエピタキシャル成長さ
せた時に、格子欠陥の無い結晶体が得られることであ
る。良好な結晶体を形成するためには、窒化ホウ素の結
晶中で窒素原子２０とホウ素原子２４とを所定の結晶格
子位置に収める必要がある。ホウ素原子２４は蒸気圧が
低いため、試料７表面に到達したホウ素原子２４は試料
７表面に一度吸着すると表面から離脱することはなく、
所定の格子位置に落ち着くことができる。しかし、窒素
原子２０は蒸気圧が高く、試料７表面に吸着している時
間が非常に短く、しかも表面上を移動することなく真空
中に離脱してしまうが、窒素原子２０をラジカルにし、
窒素原子２０にエネルギーを持たせてやることで窒素原
子２０を試料７表面に付着する時間を長く保つことがで
き、よって表面上を移動することができる。これによ
り、窒素原子２０は、その窒素原子２０の結晶格子の空
孔２３内に効率よく入ることができる。

【００６５】なお、上記では窒素原子励起手段としてＲ
Ｆコイル１４を用いたが、これ以外にも窒素ガス１０に
紫外光を照射してもよく、また窒素ガス１０の代わりア
ンモニア、あるいはヒドラジン（Ｎ₂ Ｈ₂ ）を用いても
よい。

【００６６】また、上記ではラジカルな窒素原子２０を
用いたが、窒素原子２０のイオンやイオンクラスターを
用いてもよい。窒素原子２０のイオンやイオンクラスタ
ーは、ラジカルと同様にエネルギーを持っている。イオ
ンを発生させるためにはラジカルを発生させるのと同様
の方法を用いることができる。

【００６７】また、上記ではターゲット３として窒化ホ
ウ素を用いたが、ホウ素を用いてもよい。上述では、窒
化ホウ素又はホウ素のターゲット３にレーザ光１を照射
してホウ素原子２４を試料７に供給しているが、ホウ素
原子２４を供給する他の方法として、ホウ素をるつぼに
入れてこれをヒータ等により加熱することで加熱温度に
応じた蒸気圧のホウ素を試料７に供給するようにしても
よい（第１の蒸気発生手段、請求項３）。

【００６８】この実施例１の構成によれば、ホウ素の蒸
気とエネルギーを持った窒素とを試料７に供給すること
により、欠陥のない良好な結晶を作ることができる。

【００６９】実施例２．図２は請求項４の発明の一実施
例による窒化ホウ素を含む多層半導体を形成するための
薄膜形成装置を示す概略図であり、図１（ａ）に示した
相当部分には同一符号を付しその説明を省略する。図に
おいて、３は窒化ホウ素又はホウ素のターゲット、３０
は銅のターゲット、３１はシリコンのターゲットであ
り、これらターゲットは支持棒４に回転可能に取り付け
られている。なお、ターゲットの個数は３つに限らず複
数個設けることができる。

【００７０】次に動作について説明する。支持棒４を回
転させて所定のターゲットにレーザ光１を照射し、試料
７上にそれぞれの薄膜を作成することができる。すなわ
ち、試料７上に窒化ホウ素の薄膜を形成するにはレーザ
光１を窒化ホウ素のターゲット３に当て、かつラジカル
な窒素ガス１０を加えればよい。次に、該窒化ホウ素薄
膜上に銅の薄膜を形成するには、窒素ガス１０の供給を
止め高周波（ＲＦ）電源１５を切り、支持棒４を回転さ
せてレーザ光１が銅のターゲット３０に当るようにし、
またシリコン薄膜を形成する場合はレーザ光１がシリコ
ンのターゲット３１に当るようにする。

【００７１】この実施例２の構成によれば、ターゲット
を複数個反応室５内に設けてあるので、効率よく連続し
て積層させることができる。

【００７２】実施例３．図３は請求項５、１１の発明の
一実施例による窒化ホウ素薄膜に不純物をドープするた
めの薄膜形成装置の概略図であり、図１（ａ）に示した
相当部分には同一符号を付しその説明を省略する。図に
おいて、４０は反応室５内に配設されたるつぼであり、
このるつぼ４０は、例えばシリコンやベリリウム４１が
設けられている。４２はるつぼ４０を加熱するためのヒ
ータ（第２の蒸気発生手段）であり、該ヒータ４２によ
ってるつぼ４０は所定の温度に加熱され、シリコン，ベ
リリウム４１が蒸発する。このるつぼ４０は、反応室５
内に幾つ配置してもよい。例えばシリコン用るつぼとベ
リリウム用るつぼの２つを配設することも可能である。
なお、４３はるつぼ４０に取り付けられているシャッタ
ーである。

【００７３】次に動作について説明する。ホウ素又は窒
化ホウ素のターゲット３にレーザ光１を照射し、窒素ガ
ス１０にＲＦコイル１４により高周波（ＲＦ）を印加し
てラジカル又はイオンの窒素とし、同時にシリコンを蒸
発させて窒化ホウ素薄膜中にシリコンをドープする。シ
リコンがドープされた窒化ホウ素はｎ型の半導体、また
ベリリウムがドープされた窒化ホウ素はｐ型の半導体と
なる（請求項６）。

【００７４】また、上記ではシリコンを窒化ホウ素のド
ーピング材料とする例について述べたが、シリコン用る
つぼでシリコン基板を作成し、その後連続して該シリコ
ン基板上に窒化ホウ素薄膜を形成するようにしてもよ
い。

【００７５】この実施例３の構成によれば、ドーピング
物質を加熱蒸発させることにより欠陥のない均一な不純
物分布を作ることができる。

【００７６】実施例４．また、図３は請求項７の発明の
一実施例による窒化ホウ素との混晶を形成するための薄
膜形成装置を示すの概略図であり、図において、反応室
５内に設けられたるつぼ（蒸気発生手段）４０の中には
窒化ホウ素薄膜と混晶を形成するゲルマニウムが設けら
れている。その他の構成については実施例３と同じであ
り、その説明を省略する。

【００７７】次に動作について説明する。窒化ホウ素の
ターゲット３にレーザ光１を照射し、窒素ガス１０に高
周波（ＲＦ）を印加して窒素原子をラジカルにすると同
時にゲルマニウムを蒸発させると、ゲルマニウムが窒化
ホウ素薄膜中に取り込まれ、窒化ホウ素とゲルマニウム
とが混合した混晶薄膜が得られる。また、窒化ホウ素薄
膜にゲルマニウムが混合した混晶薄膜は、シリコン基板
上にエピタキシャル成長させることができる（請求項１
９）。図４はゲルマニウムと窒化ホウ素の割合とその混
晶薄膜の格子定数及びバンドギャップの関係を示す。該
混晶薄膜の格子定数は、ゲルマニウムと窒化ホウ素のそ
れ値の内挿値となる。該図より、ゲルマニウム０．９、
窒化ホウ素０．１の割合の混晶薄膜を作成すればシリコ
ンの格子定数と一致し、よってシリコン基板上にエピタ
キシャル成長させることができる。また、バンドギャッ
プに関しても該混晶薄膜のそれは、ゲルマニウムと窒化
ホウ素のそれ値の内挿値となる。すなわち、シリコンと
格子整合する混晶薄膜のバンドギャップは１．２９ｅＶ
となる。よって、格子定数はシリコンと等しいが、バン
ドギャップは異なる混晶薄膜が形成できる。

【００７８】なお、ホウ素の供給方法としては、ホウ素
をるつぼ４０に入れてこれをヒータ４２により加熱する
ことで温度に応じた蒸気圧のホウ素を供給してもよい。

【００７９】この実施例４の構成によれば、ゲルマニウ
ムを蒸発させることにより欠陥のない良好なゲルマニウ
ムを混合させることができる。

【００８０】実施例５．図１は請求項８の発明の一実施
例による混晶窒化ホウ素薄膜を形成するための薄膜形成
装置の概略図であり、該装置は実施例１の図１（ａ）と
同じ構造であるためその説明を省略する。該実施例で
は、ターゲット３にホウ素と窒素とゲルマニウムを混合
したものを用いて、このターゲット３にレーザ光１を照
射し発生する各元素の蒸気とラジカルな又はイオンの窒
素とを試料７上に導き、窒化ホウ素とゲルマニウムの混
合物を作成する。

【００８１】この実施例５の構成によれば、ターゲット
３にゲルマニウムを含有させてレーザ光１を照射させて
蒸発させることにより、効率よく均一にゲルマニウムを
ドープすることができる。

【００８２】実施例６．図５は請求項９の発明の一実施
例による窒化ホウ素層と銅層とを積層した半導体素子の
断面図及び銅及びホウ素の結晶構造を示す図である。該
半導体素子は、実施例１に記載された薄膜形成装置図１
（ａ）を用いて窒化ホウ素薄膜上にエピタキシャル成長
して銅薄膜を積層して作られる。５０は窒化ホウ素層で
あり、５１は銅層である。図５において、５２は銅原
子、５３は銅原子５２に隠されている銅原子、５４はホ
ウ素原子、５５はホウ素原子５４に隠されている原子、
５６は窒素原子である。

【００８３】次に動作について説明する。銅の結晶構造
は面心立方構造、窒化ホウ素の結晶構造は立方硫化亜鉛
構造である。該図に示すように、どちらの結晶構造も単
位格子の形は立方体となっている。その立方体の１つの
面に注目すると、原子はそれぞれの辺の交わった部分と
面の中心に配置されている。この原子構造は、銅と窒化
ホウ素で共通である。更に、単位格子の立方体の一辺の
長さは、銅、窒化ホウ素共に３．６１５オングストロー
ムと等しい。よって、窒化ホウ素薄膜と銅薄膜とを接続
した場合、余る原子はない。以上のように、窒化ホウ素
と銅は非常に類似した結晶構造を有するため、窒化ホウ
素上に銅を欠陥のない結晶の形でエピタキシャル成長さ
せることができる（請求項１８）。しかも、窒化ホウ素
の結晶格子と銅の結晶格子のそれぞれの一辺の長さは等
しいため、窒化ホウ素と銅の界面での歪の無い結晶が成
長できる。

【００８４】この実施例６の構成によれば、窒化ホウ素
薄膜上に銅をエピタキシャル成長させて欠陥のない形で
エピタキシャル成長させることができる。

【００８５】実施例７．図６は請求項１２の発明の一実
施例による半導体レーザ素子を示す断面図であり、図に
おいて、６０は基板であり、該基板６０上に半導体層６
１を形成し、該層は発光層に電子とホールを注入するた
めに電子とホールを供給する役割を果たす。該半導体層
６１，６１間に発光層６２が形成されており、該半導体
層６１及び発光層６２の両側壁に電流阻止層６３が形成
されている。６４は発光層６２に電子とホールを注入す
るための上部電極であり半導体層６１上に設けられ、６
５は基板に設けられた下部電極である。６６は半導体層
６１及び発光層６２で発生した熱を該装置外へ逃がすた
めの窒化ホウ素層である。該窒化ホウ素層６６は、実施
例１に記載した如くラジカルな窒素とホウ素蒸気とを用
いて形成される。６７は上部の電極６４及び窒化ホウ素
層の一部を覆ってエピタキシャル成長して設けられた銅
からなる配線層である。

【００８６】次に動作について説明する。電極６４，６
５間に電流を流すと発光層６２に電子とホールが注入さ
れる。発光層６２に注入された電子とホールは結合して
光を発生する。半導体レーザ装置は、光を発生させるた
めに大量の電子とホールを発光層６２に注入させる必要
がある。大量の電子、ホールを発光層６２に注入させる
ためには半導体層６１，６１を通じて大電流を流さなく
てはならない。このため、半導体層６１は、大量の熱
（ジュール熱）を発生する。発光層６２においても結合
した電子とホールが全て光に変換されることは無く、光
にならない非発光成分は熱となる。このため、半導体レ
ーザ装置は、駆動時に半導体層６１及び発光層６２で大
量の熱を発生する。大量に発生した熱を外部に逃がさな
いと発光層６２、半導体層６１に熱が溜まり半導体レー
ザ装置の温度が上昇して半導体レーザ装置の特性を劣化
させて寿命を短くする。熱の発生する発光層６２、半導
体層６１の側壁を覆って窒化ホウ素層を設けることによ
り、窒化ホウ素の熱伝導率は１３Ｗ／ｃｍ・Ｋと低いた
め、発生した熱を窒化ホウ素層６６を通じて外部に効率
よく逃がすことができる。しかも、窒化ホウ素層は、実
施例１で上述した方法で作成されることにより、良好な
結晶ができ、その抵抗は高い。このため、上部と下部の
電極６４，６５間を窒化ホウ素層を通じてリーク電流が
流れることは無い。また、窒化ホウ素層６６上の配線層
としての銅層６７は、結晶の形で堆積されるため抵抗の
小さい配線が可能となり、大量の電流を流すことができ
る。

【００８７】この実施例７の構成によれば、窒化ホウ素
層上の配線層に銅を用いたため、放熱の効果を上げて、
しかも大電流を流すことができる。

【００８８】実施例８．図７は請求項１３の発明の一実
施例によるＭＯＳ型トランジスタを示す断面図であり、
図において、７０はｐ型シリコン基板であり、７１はｐ
型シリコン基板７０に形成された高ドープｎ型拡散領域
であり、該拡散領域７１，７１間にゲート酸化膜７２が
設けられている。７３は拡散領域７１及びゲート絶縁膜
上に形成された電極である。７４は銅からなる配線層で
ある。該銅配線層７４とシリコン基板７０間に層間絶縁
膜７５が設けられている。この層間絶縁膜７５は窒化ホ
ウ素から作られている。また、この窒化ホウ素は、実施
例１に記載した如くラジカルな窒素とホウ素蒸気とによ
って形成される。配線層の銅は、層間絶縁膜上にエピタ
キシャル成長して形成される。

【００８９】次に動作について説明する。ゲート電極７
３に電圧が印加されると、ゲート酸化膜７２とｐ型シリ
コン基板７０の間にできるチャンネル層の大きさが変化
する。これによって、高ドープｎ型拡散領域７１，７１
間に流れる電流が変化する。これによって、ゲート電極
に信号を入れることにより信号の増幅が行われる。ＭＯ
Ｓトランジスタの高周波特性を改善するためにはＭＯＳ
トランジスタのＲＣ積（抵抗と容量の積）と配線部分の
ＲＣ積を小さくすることが必要となる。一般に、ＭＯＳ
トランジスタのサイズが小さくなるとＲＣ積は減少し、
配線部分のＲＣ積がＭＯＳトランジスタの高周波特性を
決める要因となる。配線部分は銅配線層７４と層間絶縁
膜７５とからなる。配線部分のＲＣ積のうち抵抗Ｒは、
配線の抵抗によって、容量Ｃは層間絶縁膜の容量によっ
て決定される。銅の抵抗率は１．７Ω・ｃｍ、また容量
は材料の誘電率に比例するので窒化ホウ素の誘電率は
２．８である。従って、窒化ホウ素と銅とを組合せにす
ることにより抵抗、容量共に低い配線部分を構成でき
る。しかも窒化ホウ素は、実施例１で上述した方法で作
成されることにより良好な結晶ができる。

【００９０】上述ではＭＯＳトランジスタの配線部分に
ついて述べたが、バイポーラトランジスタや堆積回路の
配線部分として用いてもよい。また、シリコンのトラン
ジスタや集積回路に限らず、ガリウムヒ素、インジウム
リンなどのトランジスタや集積回路にも適用できる。

【００９１】この実施例８の構成によれば、層間絶縁層
に窒化ホウ素を、配線に銅を用いたことにより優れた高
周波特性を得ることができる。

【００９２】実施例９．図８（ａ）は請求項１４の発明
の一実施例による半導体発光素子を示す断面図であり、
図８（ｂ）は該発光素子のバンドギャップを示す概略図
である。図８（ａ）において、該発光素子は窒化ホウ素
層８０上に下部銅層８１、ｎ型窒化ホウ素層８２、ドー
ピングされていない窒化ホウ素層８３、ｐ型窒化ホウ素
層８４及び上部銅層８５をそれぞれエピタキシャル成長
させて積層して形成される。窒化ホウ素層８０，８３
は、実施例１に記載した如くラジカルな窒素とホウ素蒸
気とによって形成される。また、ｎ型及びｐ型窒化ホウ
素層８２，８４は、ラジカルな窒素とホウ素蒸気と、シ
リコンやベリリウム等のｎ型及びｐ型を形成する不純物
蒸気とによって形成される。８６は上部及び下部銅層の
第１、第２電極８１，８５間に所定の電圧を印加するた
めの電源である。

【００９３】次に動作について説明する。電源８６から
銅電極８１，８５を通じてｎ型窒化ホウ素層８２に電子
が、ｐ型窒化ホウ素層８４にホールがそれぞれ注入され
る。注入された電子８７とホール８８は、窒化ホウ素層
８３内で再結合されて光８９を発生する。この光の波長
は図８（ｂ）に示すように電子とホールが再結合する部
分のバンドギャップの大きさとなる。窒化ホウ素層のバ
ンドギャップは２００ｎｍ（６．２ｅＶ）であるので発
光波長は２００ｎｍとなる。これは紫外領域の波長に対
応する。発光素子に注入された電流が光に換わる割合
（発光効率）が大きいほど良い発光素子となる。発光効
率をよくするためには結晶の欠陥を介して非発光再結合
する電子とホールの数を減らす必要がある。このために
は結晶性の良好な窒化ホウ素を作製する必要がある。実
施例１のレーザ薄膜形成装置（図１（ａ））によって作
製すれば、従来の窒化ホウ素より結晶性の良い窒化ホウ
素ができるため、高効率の発光素子が作製可能である。
また、この発光素子は窒化ホウ素と銅の組合せで構成さ
れているため熱の発生を抑え、大電流を流すことが可能
であるため、輝度の高い発光素子が得られる。窒化ホウ
素８０は発光素子で発生した熱を外に逃がしてやるため
に配置されている。窒化ホウ素８０により発光素子で発
生した熱を効率よく外に伝えることができるため、発光
素子の温度の上昇を抑えることができる。このため、大
電流により発光素子の温度が上昇し、特性劣化が起こる
ことを防止できる。また図５（ａ）において、ｐ型窒化
ホウ素をｎ型窒化ホウ素に、ｎ型窒化ホウ素をｐ型窒化
ホウ素としても同じ効果が期待される。また、発光層と
してドーピングしない窒化ホウ素について述べたが、ド
ーピングをした窒化ホウ素を用いてもよい。ドーピング
を行うことにより発生したバンド間準位を介した発光が
起きる。このため、ドーピングの種類を変化させること
により発光波長を変化させることができる。

【００９４】この実施例９の構成によれば、電極間に窒
化ホウ素を設けることにより素子の温度上昇を抑えて素
子の特性劣化を防止できる。

【００９５】実施例１０．図９（ａ）は請求項１５の発
明の一実施例によるバイポーラトランジスタを示す断面
図であり、図９（ｂ）は該トランジスタのバンドギャッ
プを示す概略図である。図９（ａ）において、該トラン
ジスタは、窒化ホウ素層９０上に第１銅層９１、ｎ型窒
化ホウ素層９２、ｐ型窒化ホウ素層９３、第２銅層９
４、ｐ型窒化ホウ素層９５、ｎ型窒化ホウ素層９６及び
第３銅層９７をそれぞれこの順にエピタキシャル成長さ
せて積層して形成される。上記窒化ホウ素層は、実施例
１に記載した如くラジカルな窒素とホウ素蒸気とによっ
て形成される。第１、第２及び第３の銅層は、それぞれ
エミッタ、ベース、コレクタ電極である。また、第１、
第２及び第３の銅層をそれぞれコレクタ、ベース、エミ
ッタ電極としてもよい。９８は銅層９１，９４，９７に
所定の電圧を印加するための電源である。また、図９
（ｂ）において、９９はポテンシャル井戸である。ま
た、８７は窒化ホウ素層に注入された電子、８８は窒化
ホウ素層に注入されたホールである。

【００９６】次に動作について説明する。エミッタ端子
（第１銅層）９１から注入された電子８７は窒化ホウ素
エミッタ（窒化ホウ素層）９２を経てベースである窒化
ホウ素（窒化ホウ素層）９３に注入される。ベースは窒
化ホウ素９３と銅９４で構成される。ベース中で電子８
７の一部はホール８８と再結合したり、ポテンシャル井
戸９９に捕まりベース電流となる。ベースで再結合をし
なかった電子は窒化ホウ素コレクタ（窒化ホウ素層）９
６に到達しコレクタ電流となる。ベース中で再結合した
電子の数よりコレクタに到達した電子の数が多ければ増
幅率は１より大きくなり、トランジスタとして動作す
る。ベース中での再結合を減少させるためにはエミッタ
・ベース界面や窒化ホウ素９３と銅の界面、窒化ホウ素
（窒化ホウ素層）９５の欠陥を少なくする必要がある。
実施例１で述べたレーザ薄膜形成装置を用いることで欠
陥の少ない窒化ホウ素の結晶ができること、また銅と窒
化ホウ素の格子定数が一致（図５）していて界面の欠陥
が少ないことにより実現できる。図９（ａ）に示したト
ランジスタはベースを窒化ホウ素のみで構成するのでは
なく、銅９４と窒化ホウ素９３，９５により構成してい
る。窒化ホウ素９３，９５の間に銅９４を挿入すること
によりベース抵抗を減少させることができる。ベース抵
抗が減少すればトランジスタのＲＣ積が減少するため高
周波特性を改善できる。従来のトランジスタのベースは
半導体のみで構成されているため、抵抗が高くなり、こ
れにより高周波特性が制限される場合がある。以上より
実施例１のレーザ薄膜形成装置により銅と窒化ホウ素を
エピタキシャル成長させ、高速なトランジスタを作製で
きる。また、このトランジスタは金属とした銅を用いて
いるため抵抗の低い電極が得られ、実施例７で述べたよ
うに、大電流動作が可能である。また、実施例９で述べ
たように、窒化ホウ素は熱伝導率が高いためトランジス
タで発生した熱を効率よく外部に伝えることができるの
で、トランジスタに熱がこもることが少なく、大電流密
度の動作が可能となる。大電流動作が可能であるため、
同じ電流動作を行うトランジスタを作製する場合、より
小さい面積の素子が可能となる。上記ではエミッタとコ
レクタがｎ型、ベースがｐ型の窒化ホウ素の組合せにつ
いて述べたが、エミッタとコレクタがｐ型、ベースがｎ
型の窒化ホウ素の組合せとしても同様の効果が得られ
る。また、図９（ａ）ではベース構造として銅を窒化ホ
ウ素で挟み込んだ構造について説明したが、窒化ホウ素
を銅で挟み込んだ構造のベース構造としても同じ効果が
期待される。また、ベース構造を銅と窒化ホウ素を互い
違いに積層した構造、銅のみで構成した構造についても
同じ効果が期待される。

【００９７】この実施例１０の構成によれば、ベース電
極を銅と窒化ホウ素とで構成することにより高速動作が
でき、しかも大電流密度の動作が可能となる。

【００９８】実施例１１．図１０（ａ）は請求項１６の
発明の一実施例によるバイポーラトランジスタを示す断
面図であり、図１０（ｂ）は該トランジスタのバンドギ
ャップを示す説明図である。図１０（ａ）において、該
トランジスタは、メタルベーストランジスタであり、窒
化ホウ素層１００上に第１銅層（第１電極）１０１、窒
化ホウ素層１０２、第２銅層（第２電極）１０３、窒化
ホウ素層１０４、及び第３銅層（第３電極）１０５をそ
れぞれエピタキシャル成長させて積層して形成される。
上記窒化ホウ素層は、実施例１に記載した如くラジカル
な窒素とホウ素蒸気とによって形成される。１０６は第
１、第２及び第３の銅層１０１，１０３，１０５に電流
を供給するための電源である。ここで、銅層１０１はエ
ミッタ電極、銅層１０５はコレクタ電極、銅層１０３は
ベース電極として作用する。

【００９９】次に動作について説明する。銅エミッタ電
極１０１から注入された電子８７はトンネル現象によっ
てベースに注入される。銅ベース１０３に注入された電
子の中でエネルギーを失った電子はベース電流としてベ
ース電極に入るが、ほとんどの電子はベース領域で再結
合せず、コレクタ領域に達し、コレクタ電流となる。コ
レクタ電流がベース電流より大きければ増幅率が１より
大きくなり、トランジスタとして動作する。ベース電流
に信号を加え、変調をかけるとコレクタ電流は増幅され
て変調される。実施例９と同様に、このトランジスタに
おいても、窒化ホウ素の高い熱伝導率と銅の低い抵抗率
により熱が素子内部に溜まることがないので、大電流動
作が可能となる。また、実施例１０と同様に電流密度が
高くできるため、その分面積を小さくできる。図１０
（ａ）では銅の間に窒化ホウ素を２層挟んだメタルベー
ストランジスタについて説明したが、上記の動作（エミ
ッタから注入された電子のうち、ほとんどの電子はベー
ス領域で再結合せず、コレクタ領域に達し、コレクタ電
流となる）が満たされる範囲であれば銅の間に窒化ホウ
素を幾層でも挟んでよい。

【０１００】この実施例１１の構成によれば、銅電極間
に窒化ホウ素層を挟んで設けることにより大電流動作が
可能で、しかもサイズを小さくできる。

【０１０１】実施例１２．図１１（ａ）は請求項１７の
発明の一実施例による半導体素子を示す断面図であり、
図１１（ｂ）は該素子のバンドギャップを示す説明図で
ある。図１１（ａ）において、該素子は窒化ホウ素層１
１１上に上部銅層１１２、窒化ホウ素層１１３、及び下
部銅層１１４をそれぞれエピタキシャル成長させて積層
して形成される。上記窒化ホウ素層は、実施例１に記載
した如くラジカルな窒素とホウ素蒸気とによって形成さ
れる。上記銅層１１２，１１４は、それぞれ第１、第２
電極として作用し、電源１１５から所定の電圧が印加さ
れる。図１１（ｂ）において、１１６は真空準位、１１
７は真空中に飛び出した電子である。

【０１０２】電極１１２，１１４間に高電圧を印加する
と窒化ホウ素１１３のバンドが曲がり電子が窒化ホウ素
１１３をトンネルする。トンネルした電子は高いエネル
ギーを持っている。この時、電子のエネルギーが真空準
位１１６より高ければ電子は真空中に飛び出す。電子に
エネルギーを与えるのは電極１１２，１１４間の電圧を
高くすることにより実現できる。真空中に放出された電
子のエネルギーは電圧により制御できる。実施例９で述
べたように、窒化ホウ素と銅の組合せでは大電流を素子
の温度上昇なしに流せるため、真空中に放出する電子の
数を多くできる。図１１（ａ）ではドーピングをしない
窒化ホウ素１１３を用いた例について述べたが、電子を
真空準位よりエネルギーの高い状態へ遷移させることが
できればよいので、ドーピングをしない窒化ホウ素１１
３のかわりにｐ型窒化ホウ素とｎ型窒化ホウ素の接合を
用いた電界により電子にエネルギーを与えてもよい。

【０１０３】この実施例１２の構成によれば、銅電極間
に窒化ホウ素層を設けることにより真空中に放出する電
子の数を多くすることができる。

【０１０４】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、ホウ素の蒸気とエネルギーを持った窒素とによって
窒化ホウ素薄膜を構成したので、欠陥のない良好な結晶
が得られる効果がある。

【０１０５】請求項２の発明によれば、レーザ光により
発生したホウ素の蒸気とエネルギーを持った窒素とによ
って成膜するように構成したので、短時間に欠陥のない
良好な結晶が得られる効果がある。

【０１０６】請求項３の発明によれば、ヒータ加熱によ
り発生したホウ素の蒸気とエネルギーを持った窒素とに
よって成膜するように構成したので、欠陥のない良好な
結晶が得られる効果がある。

【０１０７】請求項４の発明によれば、窒化ホウ素層の
ターゲットと銅及びシリコン等のターゲットを設置する
ように構成したので、効率よく連続して薄膜を積層でき
る効果がある。

【０１０８】請求項５の発明によれば、ターゲットにレ
ーザ光を照射してホウ素を蒸発させ、ドーピング物質を
ヒータ加熱で蒸発させて成膜するように構成したので、
欠陥のない窒化ホウ素薄膜中に均一にドーピング物質を
分布できる効果がある。

【０１０９】請求項６の発明によれば、ｐ型もしくはｎ
型半導体素子を作るドーピング物質をを反応室内で蒸発
させるように構成したので、欠陥のない良好な半導体素
子が得られる効果がある。

【０１１０】請求項７の発明によれば、ホウ素の蒸気と
ゲルマニウムの蒸気を反応室内で発生させるように構成
したので、欠陥のない良好なゲルマニウムを混合した窒
化ホウ素薄膜が得られる効果がある。

【０１１１】請求項８の発明によれば、ホウ素、窒素及
びゲルマニウムを有するターゲットを構成したので、効
率よく欠陥のないゲルマニウムドープの窒化ホウ素薄膜
が得られる効果がある。

【０１１２】請求項９の発明によれば、窒化ホウ素薄膜
上に銅を、又は銅薄膜上に窒化ホウ素をエピタキシャル
成長するように構成したので、欠陥のない形でエピタキ
シャル成長できる効果がある。

【０１１３】請求項１０の発明によれば、窒素原子励起
手段を設けるように構成したので、欠陥のない良好な結
晶を得る効果がある。

【０１１４】請求項１１の発明によれば、反応室内に窒
素及び窒素以外の物質を蒸発させる蒸気発生手段を設け
るように構成したので、欠陥のない良好な不純物ドープ
の窒化ホウ素薄膜を効率よく得られる効果がある。

【０１１５】請求項１２の発明によれば、発光層の側壁
に設けられた窒化ホウ素層の一部を覆って銅配線層を設
けるように構成したので、放熱の効率を上げ、大電流を
流すことができる効果がある。

【０１１６】請求項１３の発明によれば、層間絶縁膜を
窒化ホウ素、配線層を銅で構成したので、抵抗、容量を
低くでき、優れた高周波特性を有する効果がある。

【０１１７】請求項１４の発明によれば、電極間に窒化
ホウ素の発光層を挟んで第１及び第２導電型の窒化ホウ
素層を設けるように構成したので、温度上昇を抑えて素
子の特性劣化を防止できる効果がある。

【０１１８】請求項１５の発明によれば、ベース領域を
銅と窒化ホウ素の層で構成したので高速動作ができ、し
かも大電流密度の動作が可能となる効果がある。

【０１１９】請求項１６の発明によれば、銅電極間に窒
化ホウ素層を２層挟んで構成したので、大電流動作が可
能で、サイズを小さくできる効果がある。

【０１２０】請求項１７の発明によれば、銅電極間に窒
化ホウ素層を設けるように構成したので、多数の電子を
真空中に放出できる効果がある。

【０１２１】請求項１８の発明によれば、結晶構造を有
する銅と窒化ホウ素とを積層するように構成したので、
窒化ホウ素上に銅を欠陥のない結晶形でエピタキシャル
成長できる効果がある。

【０１２２】請求項１９の発明によれば、シリコン上に
ゲルマニウムを含む窒化ホウ素を、またゲルマニウムを
含む窒化ホウ素上にシリコンをエピタキシャル成長させ
るように構成したので、欠陥のない積層体が得られる効
果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は請求項１、２、８及び１０の発明の一
実施例による窒化ホウ素薄膜を形成するための薄膜形成
装置を示す概略図である。（ｂ）は窒化ホウ素結晶の成
長機構を示す説明図である。

【図２】請求項４の発明の一実施例による多層半導体を
形成するための薄膜形成装置を示す概略図である。

【図３】請求項５、７及び１１の発明の一実施例による
ドープもしくは混晶窒化ホウ素薄膜を形成するための薄
膜形成装置を示す概略図である。

【図４】請求項１９の発明の一実施例による混晶薄膜の
原理を説明するためのゲルマニウムと窒化ホウ素の割合
とその混晶薄膜の格子定数及びバンドギャップの関係を
示す図である。

【図５】請求項９の発明の一実施例による窒化ホウ素と
銅とを積層した半導体素子を示す断面図及び窒化ホウ素
と銅の結晶構造を示す図である。

【図６】請求項１２の発明の一実施例による半導体レー
ザ素子を示す断面図である。

【図７】請求項１３の発明の一実施例によるＭＯＳ型ト
ランジスタを示す断面図である。

【図８】（ａ）は請求項１４の発明の一実施例による半
導体発光素子を示す断面図である。（ｂ）は該半導体発
光素子のバンドギャップを示す概略図である。

【図９】（ａ）は請求項１５の発明の一実施例によるバ
イポーラトランジスタを示す断面図である。（ｂ）は該
バイポーラトランジスタのバンドギャップを示す概略図
である。

【図１０】（ａ）は請求項１６の一実施例によるバイポ
ーラトランジスタを示す断面図である。（ｂ）は該バイ
ポーラトランジスタのバンドギャップを示す概略図であ
る。

【図１１】（ａ）は請求項１７の発明の一実施例による
半導体素子を示す断面図である。（ｂ）は該半導体素子
のバンドギャップを示す概略図である。

【図１２】（ａ）は従来の窒化ホウ素薄膜を形成するた
めの薄膜形成装置を示す概略図である。（ｂ）は窒化ホ
ウ素薄膜の結晶成長機構を示す説明図である。

【符号の説明】

１レーザ光３，３０，３１ターゲット５反応室（チャンバ）７試料１０窒素ガス（窒素）１２ＲＦ電源（窒素原子励起手段）１４ＲＦコイル（窒素原子励起手段）４０るつぼ（蒸気発生手段）５０，８３，１００，１０２，１０４，１１１，１１３
窒化ホウ素層５１銅層５２，５３銅原子５４，５５ホウ素原子５６窒素原子６１半導体層６２発光層６３電流阻止層６４，６５，７３電極６７，７４銅配線層７０シリコン基板（ｐ型）７１高ドープｎ型シリコン（拡散領域）７２ゲート酸化膜８１，８５銅層（第１，第２電極）８２，９２，９６窒化ホウ素層（ｎ型）８４，９３，９５窒化ホウ素層（ｐ型）９１，９４，９７第１，第２，第３銅層１０１，１１２第１電極１０３，１１４第２電極１０５第３電極

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成５年１１月２５日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、レーザ光を利用して
基板上に窒化ホウ素の薄膜を形成する窒化ホウ素薄膜及
び半導体素子の形成方法、その薄膜形成装置並びにそれ
らを用いた半導体素子に関するものである。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】図１２（ａ）は、例えば、雑誌「エム
アールエスブルティン（ＭＲＳＢＵＬＬＥＴＩ
Ｎ）、９２年２月号の第３１頁に示された従来のレーザ
光を用いた薄膜形成装置を示す概略図であり、図におい
て、１は２４８ｍｍ（〜５ｅＶ）のＫｒＦのエキシマレ
ーザ光（以下、レーザ光という）、２はレーザ光１をタ
ーゲット３に集光させるためのＭｇＦ₂ レンズ（ｆ／
４）（以下、レンズという）であり、ターゲット３はそ
のターゲット３の表面に均一にレーザ光１を照射するた
めに回転部材４により回転される。５は反応室であり、
該反応室５内には、レーザ光１をターゲット３に照射さ
せるためレーザ光１を通過する窓６と、窒化ホウ素薄膜
を形成するためターゲット３と対向して試料７を載置す
るための支持台８と、試料７を加熱するためのヒータ９
と、高純度の窒素ガス１０を反応室５内に導入するため
のガス導入管１１が配設されている。該反応室５は、真
空ポンプ１２で〜１０^-7Ｔｏｒｒの真空度を得る。この
装置を用いて作製された窒化ホウ素薄膜は、雑誌「フィ
ジカルレビュー（Physical Review ）Ｂ」４３巻（９
１年３月１５日発行）、第６８１６頁に示されている。
すなわち、（１００）Ｓｉ基板に窒化ホウ素をエピタキ
シャル成長させた場合、（１００）Ｓｉ面に平行な結晶
面を有する立方硫化亜鉛構造の（１００）窒化ホウ素薄
膜が得られる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】請求項１９の発明は、ゲルマニウムを混合
した窒化ホウ素薄膜を形成したことにより、シリコン基
板上に該混晶薄膜をエピタキシャル成長した半導体素子
を得ることを目的とする。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２９】請求項５の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ホウ素蒸気をターゲット照射により発生さ
せ、ドーピング物質をヒータ等を利用して蒸発させて窒
化ホウ素薄膜中に物質をドーピングするものである。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３０】請求項６の発明に係る窒化ホウ素薄膜の形
成方法は、ドーピング物質でｐ型もしくはｎ型半導体を
作るものとしたものである。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００３５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００３５】請求項１１の発明に係る窒化ホウ素薄膜形
成装置は、反応室内にホウ素及び窒化ホウ素以外の物質
を蒸発させる蒸気発生手段を設けたものである。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４５】請求項２の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、ホウ素又は窒化ホウ素にレーザ光を照射し
ホウ素蒸気を発生させ、窒素にエネルギーを持たせるこ
とにより短時間に欠陥の無い良好な結晶を得ることがで
きる。

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４６】請求項３の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、加熱温度に応じた蒸気圧のホウ素の蒸気を
発生させ、窒素にエネルギーを持たせることにより欠陥
の無い良好な結晶を得ることができる。

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００４９

【補正方法】変更

【補正内容】

【００４９】請求項６の発明における窒化ホウ素薄膜の
形成方法は、窒化ホウ素膜に例えばシリコンがドープさ
れるとｎ型半導体に、またベリリウムがドープされると
ｐ型半導体とすることにより、容易にドーピングされた
窒化ホウ素薄膜を得ることができる。

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５５】請求項１２の発明における半導体素子は、
半導体層及び発光層で発生する大量の熱を窒化ホウ素を
通じて外部に逃がしてやることにより、発光の効果を上
げ、大電流を流すことができる。

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００５６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００５６】請求項１３の発明における半導体素子は、
層間絶縁膜と配線にそれぞれ窒化ホウ素及び銅を用いて
容量及び抵抗を共に低くすることにより、優れた高周波
特性を得ることができる。

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７４】また、上記ではシリコンを窒化ホウ素のド
ーピング材料とする例について述べたが、シリコン用る
つぼでシリコン薄膜を作成し、その後連続して該シリコ
ン薄膜上に窒化ホウ素薄膜を形成するようにしてもよ
い。

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００７６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００７６】実施例４．また、図３は請求項７の発明の
一実施例による窒化ホウ素との混晶を形成するための薄
膜形成装置を示す概略図であり、図において、反応室５
内に設けられたるつぼ（蒸気発生手段）４０の中には窒
化ホウ素薄膜と混晶を形成するゲルマニウムが設けられ
ている。その他の構成については実施例３と同じであ
り、その説明を省略する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/90 Ｋ 7514−4Ｍ // Ｃ３０Ｂ 23/08 Ｚ 9040−4ＧＨ０１Ｌ 21/31

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ホウ素より発生した蒸気を試料表面に堆
積させると共に、エネルギーを持たせた窒素を上記試料
表面に供給することを特徴とする窒化ホウ素薄膜の形成
方法。
【請求項２】ホウ素又は窒化ホウ素にレーザ光を照射
することにより発生した蒸気を試料表面に堆積させると
共に、ラジカル又はイオンにした窒素を上記試料表面に
供給することを特徴とする窒化ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項３】ホウ素又は窒化ホウ素を加熱することに
より発生した蒸気を試料表面に堆積させると共に、ラジ
カル又はイオンにした窒素を上記試料表面に供給するこ
とを特徴とする窒化ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項４】ホウ素又は窒化ホウ素のターゲットと銅
及びシリコンのターゲットにレーザ光を照射することに
より発生した蒸気を試料表面に堆積させると共に、エネ
ルギーを持たせた窒素を上記試料表面に供給することに
より薄膜を形成することを特徴とする半導体素子の形成
方法。
【請求項５】ホウ素又は窒化ホウ素を含むターゲット
にレーザ光を照射して発生した蒸気を試料表面に堆積さ
せる工程と、ラジカル又はイオンにした窒素を上記試料
表面に供給する工程と、ホウ素以外のドーピング物質を
加熱して蒸気を発生させ、上記試料表面の窒化ホウ素薄
膜中に前記ホウ素以外の不純物をドーピングする工程と
を備えた窒化ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項６】ホウ素以外のドーピング物質は、窒化ホ
ウ素をｐ型もしくはｎ型とするものであることを特徴と
する請求項５記載の窒化ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項７】ホウ素の蒸気を発生させ試料表面に堆積
させる工程と、エネルギーを持たせた窒素を上記試料表
面に供給する工程と、ゲルマニウムの蒸気を発生させ窒
化ホウ素とゲルマニウムの混合薄膜を形成させる工程と
を備えた窒化ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項８】ホウ素と窒素とゲルマニウムとを混合し
たターゲットにレーザ光を照射することにより発生した
蒸気を試料表面に堆積させる工程と、エネルギーを持た
せた窒素を上記試料表面に供給する工程とを備えた窒化
ホウ素薄膜の形成方法。
【請求項９】ホウ素の蒸気とエネルギーを持たせた窒
素とを用いて窒化ホウ素薄膜を形成する工程と、該薄膜
上に銅をエピタキシャル成長させる工程と、又は銅薄膜
上にホウ素の蒸気とエネルギーを持たせた窒素とを用い
て窒化ホウ素薄膜をエピタキシャル成長させる工程とを
備えた半導体素子の形成方法。
【請求項１０】反応室内に設けられホウ素の蒸気を発
生させその発生した蒸気を試料表面に堆積させる第１の
蒸気発生手段と、窒素にエネルギーを持たせその窒素を
上記試料表面に供給する窒素原子励起手段とを備えた窒
化ホウ素薄膜の薄膜形成装置。
【請求項１１】シリコン、ゲルマニウム及びベリリウ
ムのうち１つ以上の元素を加熱し蒸発させる第２の蒸気
発生手段を備えたことを特徴とする請求項１０記載の窒
化ホウ素薄膜の薄膜形成装置。
【請求項１２】基板上に形成した発光層の側壁に形成
された窒化ホウ素膜と、該窒化ホウ素膜の一部を覆って
形成された銅配線膜とを備え、前記窒化ホウ素膜は、ホ
ウ素の蒸気とエネルギーを持った窒素とによって形成さ
れてなる半導体素子。
【請求項１３】シリコン基板に形成された拡散領域
と、該領域間で前記基板上に形成されたゲート酸化膜
と、前記拡散領域及びゲート酸化膜上に形成された電極
と、該電極に接続された銅配線層と、該配線層と前記基
板間に配設された窒化ホウ素の層間絶縁膜とを備え、前
記窒化ホウ素の層間絶縁膜は、ホウ素の蒸気とエネルギ
ーを持った窒素とによって形成されてなる半導体素子。
【請求項１４】窒化ホウ素層上に下部銅電極と、第１
導電型の窒化ホウ素層と、窒化ホウ素層と、第２導電型
の窒化ホウ素層と、上部銅電極とをこの順に積層してな
り、前記窒化ホウ素層は、ホウ素の蒸気とエネルギーを
持った窒素とによって形成されてなる半導体素子。
【請求項１５】窒化ホウ素層上に第１銅電極と、第１
導電型の窒化ホウ素層と、第２導電型の窒化ホウ素層
と、第２銅電極と、第２導電型の窒化ホウ素層と、第１
導電型の窒化ホウ素層と、第３銅電極とをこの順に積層
してなり、前記窒化ホウ素層は、ホウ素の蒸気とエネル
ギーを持った窒素とによって形成されてなる半導体素
子。
【請求項１６】窒化ホウ素層上に第１銅電極と、窒化
ホウ素層と、第２銅電極と、窒化ホウ素層と、第３銅電
極とをこの順に積層してなり、前記窒化ホウ素層は、ホ
ウ素の蒸気とエネルギーを持った窒素とによって形成さ
れてなる半導体素子。
【請求項１７】窒化ホウ素層上に第１銅電極と、窒化
ホウ素層と、第２銅電極とをこの順に積層してなり、前
記窒化ホウ素層は、ホウ素の蒸気とエネルギーを持った
窒素とによって形成され、前記第１及び第２電極間に電
圧を印加して電子を第２銅電極から放出してなる半導体
素子。
【請求項１８】銅層と窒化ホウ素層とを積層してな
り、前記銅と前記窒化ホウ素は、いずれも結晶構造を有
する半導体素子。
【請求項１９】シリコン層上にエピタキシャル成長し
て形成された窒化ホウ素とゲルマニウムとからなる半導
体層を備えた半導体素子、又は窒化ホウ素とゲルマニウ
ムとからなる半導体層上にエピタキシャル成長して形成
されたシリコン層とを備え、前記半導体層は、ホウ素の
蒸気とエネルギーを持った窒素と、ゲルマニウムの蒸気
を用いて形成される半導体素子。