JPH07105340B2 - 完全無欠陥表面を作成する方法 - Google Patents

完全無欠陥表面を作成する方法

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JPH07105340B2
JPH07105340B2 JP4267470A JP26747092A JPH07105340B2 JP H07105340 B2 JPH07105340 B2 JP H07105340B2 JP 4267470 A JP4267470 A JP 4267470A JP 26747092 A JP26747092 A JP 26747092A JP H07105340 B2 JPH07105340 B2 JP H07105340B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、完全無欠陥表面を作成
する方法と、その方法を用いて欠陥のない薄膜結晶を作
成する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】欠陥の少ない半導体結晶を作成すること
は半導体技術者の夢である。今まで、高純度の原料で作
成し高温で焼鈍した結晶から作ったウェファや、サブス
トレート上に分子を堆積して作成したエピタキシャル層
が利用されている。
【０００３】しかし前者では成長及び焼鈍の過程におけ
る熱欠陥の導入、後者では成長の際の構造欠陥の導入を
避けることができない。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、欠陥のない
表面を作成する方法を提供し、合わせてその方法で欠陥
のない層を堆積して完全薄膜結晶を作成する方法を提供
することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明の完全無欠陥表面
を作成する方法は、超高真空容器内に表面を有する基礎
試料を設置する設置ステップと、前記基礎試料の前記表
面に、前記試料を構成する原子を堆積して空格子型欠陥
を除去すると共に、前記基礎試料に所定波長で且つ所定
の強度のレーザビームを照射して付加型欠陥とステップ
型欠陥を除去する除去ステップと、を具備することを特
徴とする。
【０００６】本発明の欠陥のない薄膜結晶を作成する方
法は、超高真空容器内に表面を有する基礎試料を設置す
る設置ステップと、前記基礎試料の前記表面に、前記試
料を構成する原子を堆積して空格子型欠陥を除去すると
共に、前記基礎試料に所定波長で且つ所定の強度のレー
ザビームを照射して付加型欠陥とステップ型欠陥を除去
する第１除去ステップと、欠陥を除去された前記表面
に、基礎試料と同じ材料からなる層を堆積する堆積ステ
ップと、堆積された層の表面に関して、前記第１除去ス
テップと同じステップにより欠陥を除去する第２除去ス
テップと、を具備することを特徴とする。
【０００７】
【作用】表面上の欠陥には、付加型欠陥、ステップ型欠
陥及び空格子型欠陥がある。前二者は、それぞれその欠
陥を構成する原子の結合が表面の完全部分の原子に比べ
て弱く、従ってこの結合を切断することによってこれら
欠陥を取り除くことができる。
【０００８】本発明は、化合物半導体等の表面にレーザ
を照射して原子を放出せしめ、放出原子を測定する高感
度測定すれば、これら原子の結合が切断され、原子が放
出されるという発見に基づくものである。
【０００９】本発明は、表面に所定の強度のレーザを照
射することにより、付加型欠陥及びステップ型欠陥を取
り除き、更に構成原子を微量堆積させることによって、
空格子型欠陥を取り除く。こうして完全無欠陥表面を作
成できる。
【００１０】更に、完全表面上にエピタキシャル層を一
層堆積し、それを上記の方法で完全無欠陥化した後、逐
次同様の方法で一層ずつ堆積させれば、完全無欠陥薄膜
単結晶を作成できる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を参照しながら実施例を説明す
る。
【００１２】作成及び測定装置 図１には、本発明の一実施例に係る完全無欠陥表面を作
成する方法及び欠陥のない薄膜結晶を作成する方法を実
行する装置が示されている。
【００１３】真空チャンバー１０内には、試料１２が載
置されている。試料１２の表面上には、試料からの放出
原子をカウントするチャネルプレートまたはチャネルト
ロン１４が設けられ、試料１２の裏面には、試料１２の
表面を観察するためのリード(low-energy electron-dif
fraction) ・オージェ１６が設けられている。試料載置
台１８は回転可能であり、チャネルトロン１４を使用す
る場合にはその方向に試料１２の表面を向け、リード・
オージェ１６を使用する際にはその方向に試料１２の表
面を対向させるように回転させる。また、チャンバー１
０内には、試料１２の表面にアルゴンイオンボンバード
を行うためのイオンガン２０が設置されている。
【００１４】図１の右側には、ポンピングレーザとして
機能するレーザ系２２が設けられている。このレーザ系
２２は、エキシマレーザ２４と、エキシマレーザ２４に
よりポンピングされ、波長600nm 付近のレーザを出力す
る色素レーザ２６と、色素レーザ２６からのレーザ光を
試料１２に導く光学系２８と、色素レーザ２６のレーザ
光の強度を測定するための光検出器３０とを具備してい
る。色素レーザ２６からのレーザ光は光学系２８を通
り、試料１２の表面に45度の角度で送られるが、それは
スポットサイズが0.5mm 径であり、28-ns のパルス状の
レーザビームである。パルス周期はコンピュータ３２に
より制御される。このレーザ系２２から送られるレーザ
ビームは、試料１２の表面に照射され、試料１２の表面
から原子を放出せしめる機能を有している。なお、光検
出器３０の出力はコンピュータ３２に供給され、試料１
２の表面に入射したレーザビームの強度が記憶される。
【００１５】図１の左側には、プローブレーザとして機
能するレーザ系３４が設けられている。このレーザ系３
４は、エキシマレーザ３６と、エキシマレーザ３６によ
りポンピングされる色素レーザ３８と、色素レーザ３８
からのレーザ光を試料１２の表面上に導く光学系４０と
を具備している。色素レーザ３８からのレーザ光は光学
系４０を通り、試料１２の表面から2.0mm 離れて平行に
なるように送られるが、それはスポット径が約1.0mm で
あり、28-ns のパルス状のレーザビームであり、この周
期はコンピュータ３２により制御される。コンピュータ
３２の出力は遅延回路４２により遅延されるので、この
レーザ系３４から送られるレーザビームは、レーザ系２
２から送られるレーザビームより3.3 μｓ遅れて試料１
２の表面に平行に供給される。即ち、レーザ系２２から
レーザビームが試料１２の表面に照射され、試料１２の
表面から原子の放出があった後に、レーザ系３４からの
レーザビームが試料１２の表面に平行に供給され、試料
１２の表面から放出した原子をイオン化して検出する機
能を有している。この方法を共鳴イオン化法という。共
鳴イオン化法によりイオン化された原子はチャネルトロ
ン１４に供給されて増倍され、その電流がＡＤＣ回路４
４によりアナログ・ディジタル変換され、その出力はコ
ンピュータ３２に送られて放出原子数がカウントされ、
こうして放出原子の収量Ｙが求められる。チャネルトロ
ン１４、ＡＤＣ回路４４とコンピュータ３２の系を測定
系４６と以下の説明では呼ぶこととする。
【００１６】また、真空チャンバー１０には、試料１２
の表面上に試料１２を構成する原子を堆積する、例えば
ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法或いは蒸着法を実行する
堆積装置５０が設けられている。この堆積装置５０を動
作させる場合には、載置台１８を回転して、試料１２の
表面が堆積装置５０の方を向くように設定する。
【００１７】無欠陥表面と無欠陥結晶の作成 図２を参照して、GaP 試料に関する本発明の実施例を説
明する。まずステップＳＳ１において、真空度約10-10
トルの超高真空チャンバー１０内にGaP 試料１２を設置
する。
【００１８】次にステップＳＳ２において、イオンガン
２０を用いて試料１２の表面に、0.5keVのエネルギーの
アルゴンイオンを2-3 μＡのビーム電流で30分間照射
し、更に試料台１８に設置されている熱源（図示せず）
を用いて、500-600 ℃において10分間の時間間隔で熱ア
ニールを行う。このアルゴンイオン照射と熱アニールを
繰り返し、試料１２の表面を清浄化する。この状態で、
リード・オージェ１６を用いて試料１２の表面の低エネ
ルギー電子線回折像を確認し、試料１２の表面状態を調
べる。
【００１９】次にステップＳＳ３に進み、堆積装置５０
を用いてをGa原子を試料１２の表面に蒸着または堆積
し、Ga原子に起因する表面の空格子型欠陥を除去する。
【００２０】更にステップＳＳ４に進み、堆積装置５０
を用いてP 原子を試料１２の表面に蒸着または堆積し、
P 原子に起因する表面の空格子型欠陥を除去する。とこ
ろで、GaP 結晶表面では、Ga及びP 原子が移動できるこ
とがよく知られていて、表面上を移動するGaまたはP 原
子は空格子型欠陥に捕らえられ、空格子点に各原子が埋
まり、空格子型欠陥が除去される。
【００２１】次にステップＳＳ５に進み、レーザ系２２
を用いて試料１２の表面にレーザビームを照射し、表面
から突出している突出型欠陥（付加型欠陥とステップ型
欠陥）に起因する原子放出を行わせる。使用するレーザ
ビームの波長は600nm であり、パルス幅は10nsである。
このレーザビーム照射により、試料１２の表面に存在す
る付加型欠陥とステップ型欠陥を構成する原子が表面か
ら放出されて、欠陥が除去される。ところで、レーザビ
ームパルスを表面に照射すると、図４の(a) に示すよう
に、領域Ａにおいて放出原子収量Ｙがまず速やかに減少
し、そして続いて徐々に減少する。この測定は、レーザ
系３４と測定系４２とを用いて行う。この場合、レーザ
ビームパルスの強度は、アブレーション（表面破壊）を
起こさない程度に小さくする必要がある。GaP では、ア
ブレーション閾値は1.0 J/cm2 である。
【００２２】表面欠陥の内、速やかに減少する部分Ａ
は、表面付加型欠陥によるもので、レーザビームを約１
００回照射することにより付加型欠陥が除去できる。徐
々に減少する部分Ｂはステップ型欠陥によるものであ
り、レーザビームを約5000回照射することにより欠陥の
数を約１／２にできる。このステップ型欠陥の除去効率
を上げるには、ハロゲン雰囲気中でレーザビーム照射を
行えばよい。例えばBr2 （臭素）中でレーザビーム照射
を実行すると、放出収量Ｙが約１００倍程度増加する。
ステップ型欠陥を完全に除去するには、約10,000回のレ
ーザビーム照射を行えばよい。
【００２３】なお、試料１２がGaAsの場合には、レーザ
ビームパルス波長900nm 、パルス幅10ns、アブレーショ
ン閾値0.4 J/cm2 で行えばよい。
【００２４】また、空格子型欠陥除去の際に行った原子
堆積に起因して、原子がステップ型欠陥や付加型欠陥に
捕らえられることが起こり得るが、このステップＳＳ５
におけるレーザビーム照射により、この捕らえられた原
子も同時に放出される。
【００２５】また、空格子型欠陥除去の際の原子堆積に
起因して、原子が別の種類の空格子点、例えばGa原子が
P 原子の空格子点に捕らえられる場合（anti-site 型空
格子点）もあるが、このような原子も、レーザビーム照
射或いはハロゲン雰囲気でのレーザビーム照射により放
出できることが確認されている。この場合には、レーザ
ビーム照射により新たに空格子型欠陥が生じるが、後に
述べるようにステップＳＳ４に戻って再度P 原子を堆積
することにより、逐次表面から欠陥を除去できる。
【００２６】次にステップＳＳ６において、試料１２の
表面に欠陥が存在するか否かを判断する。このステップ
は、以下に”レーザによる欠陥量の測定”の項で詳述す
る。ステップＳＳ６において、欠陥が存在すると判定さ
れた場合にはステップＳＳ３に戻り、ステップＳＳ３な
いしステップＳＳ５を欠陥がなくなるまで繰り返す。
【００２７】欠陥がないとステップＳＳ６で判断された
場合にはステップＳＳ７に進み、試料１２の表面にエピ
タキシャル層を形成する必要があるかを判断する。エピ
タキシャル層の形成が必要ない場合には、ここでステッ
プを終わる。こうして試料１２の表面の完全無欠陥化が
達成された。
【００２８】ステップＳＳ７においてエピタキシャル層
の形成を必要とする場合には、ステップＳＳ８に進み、
堆積装置５０を用いて試料１２の表面に第１のエピタキ
シャル層を形成する。
【００２９】そして、ステップＳＳ３に戻り、ステップ
ＳＳ３からステップＳＳ６を繰返して、第１のエピタキ
シャル層の表面を完全無欠陥化する。そして再びステッ
プＳＳ７に進み、第２のエピタキシャル層の堆積の必要
性を判断し、必要な場合には第２のエピタキシャル層を
堆積する。そして再び第２のエピタキシャル層の表面の
完全無欠陥化を実行する。こうして、これらのステップ
を繰返し所望の層数を有する欠陥のない薄膜結晶を作成
する。
【００３０】レーザによる欠陥量の測定 次に図３を参照して表面微量欠陥量の測定方法を説明す
る。
【００３１】まずステップＳ１では、高真空チャンバー
１０内で作成された試料１２のアブレーション閾値が決
定される。アブレーション閾値とは、空格子型欠陥の生
成が開始するレーザビームの強度であり、１個のレーザ
パルスによって空格子点近傍の原子の結合が切断される
確率がほぼ１のときのレーザビームの強度である。アブ
レーション閾値以下では付加型及びステップ型欠陥から
の原子の放出のみがあるが、それ以上では空格子型欠陥
の生成が行われる。従って、このアブレーション閾値を
決定することにより、付加型及びステップ型欠陥の定量
と、空格子型欠陥の定量を分離できる。
【００３２】アブレーション閾値の決定は、以下のよう
に行われる。レーザ系２２を用いて、レーザビームを試
料１２の表面にパルス状に照射し、試料１２の表面から
の放出原子収量Ｙをレーザ系３４と測定系４６とを用い
て測定する。図４は、試料１２の表面に照射するレーザ
ビームの強度をインデックスとした測定例であり、(a)
はレーザビーム密度1.0 J/cm2 における、レーザ照射回
数とGa原子の放出原子収量Ｙとの関係を示し、(b) はレ
ーザビーム密度1.2 J/cm2 における、レーザ照射回数と
Ga原子の放出原子収量Ｙとの関係を示す。
【００３３】(a) において、Ａに対応する領域は付加型
欠陥からのGa原子の放出量を示し、Ｓに対応する部分は
ステップ型欠陥からのGa原子の放出量を示している。従
って、レーザビーム密度1.0 J/cm2 においては空格子型
欠陥の生成は行われておらず、レーザビーム密度1.0 J/
cm2 は、アブレーション閾値以下であることを示してい
る。
【００３４】ところで、レーザビーム密度が1.2 J/cm2
になると、(b) に示すようなGa原子の放出原子収量Ｙの
照射回数依存性が得られる。この照射回数依存性は(a)
が示す照射回数依存性と全く異なっていて、このレーザ
強度では空格子欠陥の生成が行われていることを示して
いる。従って、レーザビーム密度1.2 J/cm2 はアブレー
ション閾値以上であることを示している。
【００３５】このようにして、レーザビーム強度を変え
てレーザ照射回数に対する原子収量Ｙの依存性を求め、
分布の形態が変化する境界のレーザ強度値を求めれば、
それがアブレーション閾値となる。
【００３６】なお、アブレーション閾値以上であると、
試料１２の表面に存在する空格子型欠陥が起点となって
空格子の生成が行われるが、実験によるとこの空格子型
欠陥の生成量は、試料１２の表面にもともと存在した空
格子型欠陥量に比例することが分かっている。従って、
もともと存在した空格子型欠陥量は空格子型欠陥の生成
量を測定することにより決定できる。この知見に基づい
て、ステップＳ２，Ｓ３において空格子型欠陥量を測定
する。
【００３７】ステップＳ２では、（アブレーション閾
値）×αの強度を有するレーザビームをレーザ系２２を
用いて試料１２の表面に多数回照射し、レーザ系３４と
測定系４６とを用いて放出原子収量Ｙを求める。ここ
で、αは例えば1.1 位の大きさである。即ち、アブレー
ション閾値より若干高い強度のレーザビームを照射して
いる。
【００３８】ステップＳ３では、この放出収量Ｙの照射
回数に対する増加率から空格子型欠陥量を決定する。と
ころで、空格子型欠陥量を示すものとして空格子型欠陥
生成放出係数ｑｒを導入し、レーザビーム強度をφと
し、指数をｎ、欠陥量をＮｒとすると、 Ｙ＝ｑｒφｎＮｒ （１） の関係が成立する。この式を用いて、予備実験を行い、
ｑｒ、ｎを決定しておく。この予備実験は、まず走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ、図示せず）を試料１２の広い
範囲に亘ってスキャンさせて、空格子型欠陥量Ｎｒを決
定する。また、レーザビーム強度φをアブレーション閾
値より高くし、レーザビーム強度φを変化させて収量Ｙ
を測定する。そして式（１）の両辺の対数を取れば、図
５に示すようなグラフが描かれる。このグラフの傾きか
ら指数ｎが定まり、縦軸との接点からｑｒが定まる。こ
うして、ステップＳ２における測定で得られた放出収量
Ｙの任意目盛りを絶対値に校正できるので、（１）式を
用いて、空格子型欠陥量Ｎｒが求められる。
【００３９】次にステップＳ４において、（アブレーシ
ョン閾値）／αの強度を有するレーザビームをレーザ系
２２を用いて試料１２の表面に多数回照射し、レーザ系
３４と測定系４６とを用いて放出原子収量Ｙを求める。
αは上述したように1.1 位の大きさであるので、アブレ
ーション閾値より若干低い強度のレーザビームを照射し
ている。このようにアブレーション閾値より若干低い強
度のレーザビームを照射すると、付加型欠陥とステップ
型欠陥からの原子放出が開始される。このステップで得
られるデータは、図４の(a) に示すようなレーザ照射回
数に対する原子収量の関係であり、速やかに減衰する部
分Ａと、徐々に減少する部分Ｂとに分離できる。
【００４０】次にステップＳ５に進み、速やかに減衰す
る部分Ａの面積（放出原子総数量）を求めて、付加型欠
陥量を決定する。ところで、図４の縦軸は任意目盛りで
あるので、これを絶対量に校正する必要がある。そのた
めには、シリコン基板上に例えばGa原子を一定量、例え
ば１０-4ＭＬ（単原子層）付着させ、ステップＳ４で用
いた同じ強度のレーザビームをGa原子に照射して、Ga原
子を全部放出させ、得られたグラフにおける対応する面
積を計算することにより縦軸の放出原子収量Ｙの単位を
決定する。なお、シリコン基板上に付着されたGA原子の
定量は、0.1 ＭＬ程度まで測定可能な膜厚計（図示せ
ず）を用いて行い、付着時間を用いて内挿する。
【００４１】次に、ステップＳ６に進み、ステップＳ４
で得られた徐々に減衰する部分Ｂの放出収量の大きさを
決定して、ステップ型欠陥量を求める。なお、ステップ
型欠陥量は、空格子型欠陥量と同じく放出係数ｑｓを用
いて表現される。即ち、レーザビーム強度をφとし、指
数をｎ、欠陥量をＮｓとすると、 Ｙ＝ｑｓφｎＮｓ （２） の関係が成立する。この式を用いて、予備実験を行い、
ｑｓ、ｎを決定しておく。この予備実験は、まず走査型
トンネル顕微鏡（ＳＴＭ）を試料１２の広い範囲に亘っ
てスキャンさせて、ステップ型欠陥量Ｎｓを決定する。
そして、レーザビーム強度φをアブレーション閾値より
低くして変化させ、収量Ｙを測定する。そして式（１）
の両辺の対数を取れば、図５に示すようなグラフが描か
れる。このグラフの傾きから指数ｎが定まり、縦軸との
接点からｑｓが定まる。こうして、ステップＳ４におけ
る測定で得られた放出収量Ｙの任意目盛りを絶対値に校
正できるので、（２）式を用いて、ステップ型欠陥量Ｎ
ｓが求められる。
【００４２】なお、上記実施例では、まず空格子型欠陥
量を定量し、その後付加型欠陥の定量、ステップ型欠陥
の定量を行っているが、定量の順序はこれに限定されな
い。空格子型欠陥の定量、付加型欠陥の定量、ステップ
型欠陥の定量を適宜な順序にして実行できることは、当
業者なら明白な事項である。
【００４３】欠陥量測定の感度向上法 ところで、上記説明ではレーザ系２２からの１個のパル
スによって放出された原子をレーザ系３４によりイオン
化し、そのイオン電流パルスを測定系４６によって測定
して、１個のパルスにより１０-5ＭＬの放出原子の測定
を行っている。この際、１回のイオン電流パルス中に含
まれるイオンの数は１０4 個程度であるが、これを計数
法に切り替え、１回のイオン電流パルス中に0.1 個のイ
オンを放出させるようにして測定を行えば、測定感度を
１０５倍増大でき、最高感度を１０-10 ＭＬにできる。
【００４４】欠陥の種類 なお、上記説明で述べた付加型欠陥、ステップ型欠陥及
び空格子型欠陥とは、図６の（ａ），（ｂ），（ｃ）に
それぞれ示されるような構造を有する欠陥である。付加
型欠陥は表面に突出して付着している欠陥、ステップ型
欠陥は表面にステップ状に形成されている欠陥、空格子
型欠陥は表面にあるべき格子点が欠如している欠陥であ
る。
【００４５】もっと詳細に説明すると、欠陥の周辺には
結合の弱い原子が存在する。これをＷＢＡ(weakly bond
ed atom)と呼ぶ。欠陥の周辺のＷＢＡを１個取り除くと
き、それに伴う変化によって次の３種類に分類できる。
【００４６】（１）付加型欠陥：完全表面に単独または
島状に付加した欠陥であり、取り除くことによってほぼ
完全な表面が現れる。
【００４７】（２）ステップ型欠陥：欠陥から原子を放
出させると、それに隣接した位置に新たに同様の欠陥が
生じる。表面ステップ上のキンクがその一例である。表
面から突き出た部分を多数取り除いて初めて消滅する欠
陥。
【００４８】（３）空格子型欠陥：欠陥から原子を放出
すると、その欠陥領域が拡大するような欠陥。
【００４９】適用材料 また、本発明の方法法が適用できる材料は、以下の要件
を満たす必要がある。 （１）非金属材料であること。この様な非金属材料にお
いては、電子正孔対が再結合することによって、禁止帯
の幅のエネルギーが格子系に付与され得るからである。
【００５０】（２）電子正孔対が欠陥を介してのみ再結
合する材料であること。ハロゲン化銀、ハロゲン化アル
カリ、アルカリ土類弗化物、ＳｉＯ２などでは、電子正
孔対や励起子が、その存在によって発生する格子歪によ
って再結合（自己捕獲による再結合）するので不可であ
る。
【００５１】（３）シリコンを含まない有極性結晶であ
ること。シリコン等の無極性結晶においては、表面に１
ＭＬのハロゲンを吸着させることによって同様のことを
起こさせ、測定可能にする可能性がある。
【００５２】適用できる具体的材料は、３族・５族化合
物、２族・６族化合物、ＺｎＯ、ＭｇＯ、ＣａＯ等であ
る。
【００５３】レーザ波長 次に本発明の方法に使用される適切なレーザ波長につい
て説明する。本発明においては、上述したように、付加
型欠陥、ステップ型欠陥、空格子型欠陥を扱っている。
付加型欠陥、ステップ型欠陥がレーザビーム照射により
試料１２の表面から除去されるためには、表面電子正孔
対をできるだけ多く作る必要がある。
【００５４】GaAsについての放出収量Ｙのエネルギー
（波長）依存性を図７に示す。図７において、波長λ１
はバルク荷電子帯からバルク伝導帯への励起断面積が増
大する波長であり、λ２は表面荷電子帯からバルク伝導
帯への励起断面積が増大する波長であり、λ３は表面荷
電子帯から表面伝導帯への励起断面積が増大する波長で
ある。この図７から、表面荷電子帯電子を励起できる波
長を越えることによって、放出収量が飛躍的に増加して
いることが分かる。従って、本発明の方法を適用するに
は、波長λ３の光子が有するエネルギーよりも大きなエ
ネルギーを有する波長をレーザビーム波長として使用し
た方が効率的に原子放出を達成でき、また感度よく欠陥
量の測定が可能であり、好ましい。
【００５５】GaP については、図８に示すような表面と
バルクのエネルギー準位が存在する。この図から明らか
なように、表面電子正孔対をできるだけ多く作るために
は、レーザの光量子エネルギーｈνをバルクのバンドギ
ャップＥＧより小さく、且つ表面バンドギャップＥGSよ
り大きくすると好ましい（ＥGS＜ｈν＜ＥＧ）。光量子
エネルギーがＥＧを越えるとバルク荷電子帯からバルク
伝導帯への励起が大きくなり収量が減少する。GaP で
は、非直接型励起であるから荷電子帯の電子正孔対の生
成収量が小さいので、ＥＧより大きなエネルギーでは、
２Ｄ電子正孔対は３Ｄへ散乱されるからである。
【００５６】この様に、それぞれ使用する材料に応じ
て、表面電子正孔対をできるだけ多く作るような適切な
レーザ波長を選択する必要がある。
【００５７】本発明は上記実施例に限定されない。種々
変更して実施できる。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば、表面に所定の強度のレ
ーザを照射することにより、付加型欠陥及びステップ型
欠陥を取り除き、更に構成原子を微量堆積させることに
よって、空格子型欠陥を取り除いているので、従来達成
できなかった完全無欠陥表面を作成できる。
【００５９】更に、完全表面上にエピタキシャル層を一
層堆積し、それを上記の方法で完全無欠陥化した後、逐
次同様の方法で一層ずつ堆積させているので、完全無欠
陥薄膜単結晶を作成できる。この様な材料を使用して、
例えば半導体装置を作成すると、装置の特性を向上でき
る。
【００６０】更に、基礎試料表面を完全にした後に、そ
の上に完全結晶を作成すると、基礎試料と完全結晶との
界面は無欠陥となり、界面特性の飛躍的な改善が期待で
きる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る完全無欠陥表面を作成
する方法を実行するための装置の概略図である。
【図２】本発明の一実施例に係る完全無欠陥表面を作成
する方法のフローチャートである。
【図３】本発明における表面微量欠陥の定量方法のフロ
ーチャートである。
【図４】レーザビーム強度をインデックスとした、レー
ザ照射回数に対する放出原子収量の関係を示す図であ
る。
【図５】レーザビーム強度に対する放出原子収量の関係
を示す図である。
【図６】付加型欠陥、ステップ型欠陥及び空格子型欠陥
の構造を示す概略図である。
【図７】GaAsについての放出収量Ｙのエネルギー依存性
を示す図である。
【図８】GaP の表面とバルクのエネルギーバンド図であ
る。
【符号の説明】
１０…真空チャンバー １２…試料 １
４…チャネルトロン １６…リード・オージェ １８…試料載置台 ２
０…イオンガン ２２…レーザ系 ２４…エキシマレーザ ２
６…色素レーザ ２８…光学系 ３０…光検出器 ３
２…コンピュータ ３４…レーザ系 ３６…エキシマレーザ ３
８…色素レーザ ４０…光学系 ４２…遅延回路 ４
４…ＡＤＣ回路 ４６…測定系 ５０…堆積装置

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 超高真空容器内に表面を有する基礎試料
    を設置する設置ステップと、 前記基礎試料の前記表面に、前記試料を構成する原子を
    堆積して空格子型欠陥を除去すると共に、前記基礎試料
    に所定波長で且つ所定の強度のレーザビームを照射して
    付加型欠陥とステップ型欠陥を除去する除去ステップ
    と、 を具備することを特徴とする完全無欠陥表面を作成する
    方法。
  2. 【請求項２】 前記所定強度のレーザビームは、アブレ
    ーション閾値以下の強度を有するレーザビームであるこ
    とを特徴とする請求項１に記載の方法。
  3. 【請求項３】 前記基礎試料の表面に関するアブレーシ
    ョン閾値より少し大きな強度のレーザビームを前記表面
    に照射して、前記表面からの原子の第１の放出収量を測
    定して空格子型欠陥量を決定すると共に、前記アブレー
    ション閾値より少し低い強度のレーザビームを前記表面
    に回照射して、前記表面からの原子の第２の放出収量を
    求め、この第２の放出収量を基に、速やかに減衰する部
    分の面積（放出原子総数量）を決定することにより付加
    原子型欠陥量を求め、徐々に減衰する部分の放出収量の
    大きさを決定することによりステップ型欠陥量を求める
    欠陥量決定ステップと、を更に具備し、 前記欠陥量決定ステップにおいて欠陥量が存在すること
    が判明した場合には、前記除去ステップを再び実行する
    ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
  4. 【請求項４】 超高真空容器内に表面を有する基礎試料
    を設置する設置ステップと、 前記基礎試料の前記表面に、前記試料を構成する原子を
    堆積して空格子型欠陥を除去すると共に、前記基礎試料
    に所定波長で且つ所定の強度のレーザビームを照射して
    付加型欠陥とステップ型欠陥を除去する第１除去ステッ
    プと、 欠陥を除去された前記表面に、基礎試料と同じ材料から
    なる層を堆積する堆積ステップと、 堆積された層の表面に関して、前記第１除去ステップと
    同じステップにより欠陥を除去する第２除去ステップ
    と、 を具備することを特徴とする欠陥のない薄膜結晶を作成
    する方法。
  5. 【請求項５】 前記所定強度のレーザビームは、アブレ
    ーション閾値以下の強度を有するレーザビームであるこ
    とを特徴とする請求項４に記載の方法。
  6. 【請求項６】 前記基礎試料の表面に関するアブレーシ
    ョン閾値より少し大きな強度のレーザビームを前記表面
    に照射して、前記表面からの原子の第１の放出収量を測
    定して空格子型欠陥量を決定すると共に、前記アブレー
    ション閾値より少し低い強度のレーザビームを前記表面
    に回照射して、前記表面からの原子の第２の放出収量を
    求め、この第２の放出収量を基に、速やかに減衰する部
    分の面積（放出原子総数量）を決定することにより付加
    原子型欠陥量を求め、徐々に減衰する部分の放出収量の
    大きさを決定することによりステップ型欠陥量を求める
    欠陥量決定ステップと、を更に具備し、 前記欠陥量決定ステップにおいて欠陥量が存在すること
    が判明した場合には、前記除去ステップを前記第１除去
    ステップ及び前記第２除去ステップの後に再び実行する
    ことを特徴とする請求項４に記載の方法。
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