JPH0855800A

JPH0855800A - プラズマ発生装置

Info

Publication number: JPH0855800A
Application number: JP10599795A
Authority: JP
Inventors: Hironori Tsukamoto; 弘範塚本; Masaharu Nagai; 政春長井; Koji Tamamura; 好司玉村; Masao Ikeda; 昌夫池田; Satoru Ito; 哲伊藤; Osamu Taniguchi; 理谷口; Hiroyuki Okuyama; 浩之奥山
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1994-06-09
Filing date: 1995-04-28
Publication date: 1996-02-27

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマ発生装置において、対象物例えば
被成膜基板に向かうイオン等の荷電粒子を効果的に排除
する。【構成】チェンバー４０内に開口するプラズマ放出口
４８を有するプラズマ発生源４４を有し、チェンバー４
０内のプラズマ放出口４８付近に、プラズマ中のイオン
種や電子等の荷電粒子を偏向ないしは除去する電界もし
くは磁界印加手段を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えばＭＢＥ（Molecu
lar Beam Epitaxy: 分子線エピタキシー）による成膜装
置、あるいはプラズマエッチング装置等に適用して好適
なプラズマ発生装置に係わる。

【０００２】

【従来の技術】光学的に記録もしくは再生、あるいはそ
の双方を行う光記録再生において、その記録密度、再生
解像度等の向上を図る上でその光源の短波長化が要求さ
れる。この短波長例えば５２０ｎｍ未満の波長の半導体
発光素子例えばレーザーダイオードあるいは発光ダイオ
ードとしては、エネルギーバンドギャップの大きいII−
VI族の化合物半導体発光素子、例えばその発光層にＺｎ
ＣｄＳｅを用いた半導体発光素子が注目されている。

【０００３】特に、Electronics Letters Vol.29 No.16
1993 には、ＧａＡｓ基板上に、ＺｎＭｇＳＳｅクラッ
ド層，ＺｎＳＳｅガイド層，ＺｎＣｄＳｅ活性層による
ＳＣＨ(Separate Confinement Heterostructure)構成に
よる半導体発光素子の波長523.5 ｎｍでの室温連続発振
についての報告がある。

【０００４】また、Applied Physics Letters Vol.57 N
o.20 1990 には、ＺｎＳｅ層のＭＢＥ成長を窒素原子の
フリーラジカルビームとともに行うことにより、Na−Nd
が１×１０¹⁷cm^-3( Naはアクセプタ濃度、Ndはドナー濃
度) のｐ型ＺｎＳｅが得られることが示されている。

【０００５】また、Japanease Journal of Applied Phy
sics Letters Vol.30 No.2A 1991には、窒素分子ラジカ
ルにより上述と同様にｐ型ＺｎＳｅが形成されたが、こ
のときのＺｎＳｅ中の窒素原子の活性化率は、僅か０．
２％であったことが示されている。

【０００６】このようにプラズマ化した窒素Ｎの照射に
よってｐ型II−VI族化合物半導体を成膜する成膜装置と
しては、例えば図１４にその概略構成を示すＭＢＥ装置
がある。このＭＢＥ装置は、真空蒸着装置の１種であ
り、超高真空排気装置（図示せず）を備えた真空（〜１
０^-10Torr)のチェンバー４０を有し、このチェンバー４
０内にII-VI 族化合物半導体を成膜する被成膜の基板４
１が保持される基板ホルダー４２が配置される。

【０００７】そして、チェンバー４０には、基板４１に
向かってそのII-VI 族化合物半導体の材料源の複数の分
子線源（Ｋセル）４３が配置される。また、このチェン
バー４０に、基板４１に対してプラズマ化した窒素を照
射するプラズマ発生源４４が設けられる。このプラズマ
発生源４４は、例えば図示のように、ＥＣＲ（電子サイ
クロトロン共鳴）セル構成による。このＥＣＲセル構成
によるプラズマ発生源４４はマグネット４５を有するプ
ラズマ発生室４４Ｒに、マイクロ波を供給するマイクロ
波端子４６が配置されるとともに、窒素ガスを供給する
窒素ガス導入管４７が設けられる。

【０００８】このようにして、分子線源４３からの基板
４１への分子線照射によって基板４１上に、例えばII-V
I 族化合物半導体をエピタキシーするものであるが、窒
素ドープによるｐ型のII-VI 族化合物半導体をエピタキ
シーする場合、プラズマ発生源４４において、磁界およ
びマイクロ波の印加によって電子サイクロトロン共鳴に
よって窒素ガスのプラズマ化を行い、このプラズマ化し
た窒素Ｎをプラズマ発生源４４のプラズマ放出口４８か
ら導出して上述の分子線照射とともに基板４１に照射す
ることによって基板４１上に窒素ドープII-VI 族化合物
半導体をエピタキシーすることができるようになされて
いる。尚、チェンバー４０には、このチェンバー４０に
対して基板４１を導入，導出するための基板配置のいわ
ゆる予備室４９が設けられている。

【０００９】ところで、このプラズマ化した窒素には、
イオン化したＮ₂ イオン，Ｎイオン，Ｎ₂ ラジカル，Ｎ
ラジカルと、更に多量の電子が存在する。このうちのイ
オン化した窒素Ｎについては、これがII-VI 族半導体中
で活性化せず導電性に寄与しないものであることの報告
がなされている（Journal of Crystal Growth 86巻(198
8)329 頁) 。

【００１０】一方、II-VI 族化合物半導体例えばＺｎＭ
ｇＳＳｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＣｄＳｅによる半導体発光
素子例えば半導体レーザ、発光ダイオードにおいては、
信頼性、寿命を高めることが大きな問題であり、このた
めには欠陥密度を下げ、結晶性を上げることが重要であ
る。

【００１１】しかしながら、II-VI 族化合物半導体にお
いてその成膜中にｐ型不純物の窒素をプラズマ化して照
射することによってドーピングする場合、上述したよう
に、このプラズマ中にＮ₂ イオンや、Ｎイオン、電子な
どの荷電粒子が存在すると、基板４１が電気的に接地さ
れている場合、これらのイオンが加速されて基板に注入
されることから、基板およびエピタキシャル成長層の結
晶に損傷を来すとともに、結晶中に導入された窒素Ｎの
活性化率を低下させる。また、この活性化しなかったＮ
が点欠陥となり結晶性を低下させ、半導体発光素子の特
性劣化、信頼性の低下、寿命の低下を来す。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本発明においては、上
述したＭＢＥ装置等のプラズマ発生装置において、目的
とする対象物例えば被成膜基板に向かうイオン等の荷電
粒子を効果的に排除して、例えばII−VI族化合物半導体
による発光素子等の製造における窒素Ｎのプラズマドー
ピングを、結晶性の低下を来すことなく高い活性化率を
もって行うことができるようにする。

【００１３】また、本発明は、例えばプラズマエッチン
グ装置において、プラズマ化によって中性ラジカルを発
生させ、これを被エッチング体に反応させてそのエッチ
ングを行う場合において、プラズマ化によって発生した
イオン等の荷電粒子が被エッチング面に衝撃することに
よるエッチング特性の阻害等の回避が望まれるプラズマ
エッチング装置に適用して、その不都合の回避を可能に
する。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、チェンバー内
に開口するプラズマ放出口を有するプラズマ発生源を有
し、チェンバー内のプラズマ放出口付近に、電界印加手
段もしくは磁界印加手段によるプラズマ中のイオン種や
電子等の荷電粒子を偏向ないしは除去する手段を設け
る。

【００１５】

【作用】上述の本発明方法および本発明装置によれば、
チェンバー内のプラズマ発生源のプラズマ放出口近傍に
プラズマ中のイオン種や電子等の荷電粒子を偏向ないし
は除去する手段を設けたことにより、プラズマ中のラジ
カル種だけを目的とする対象物例えば被成膜体、被エッ
チング体等の対象物に向かわすことができる。

【００１６】

【実施例】本発明によるプラズマ発生装置の一実施例を
図１の構成図を参照して説明する。この例では窒素ドー
プII-VI 族化合物半導体の成膜工程を含むＥＣＲプラズ
マ発生源を具備するＭＢＥ成膜装置に適用した場合であ
る。

【００１７】この成膜装置は、II−VI族化合物半導体発
光素子を製造する場合に適用できるものであり、その理
解を容易にするために、まず、このII−VI族化合物半導
体発光素子の一例を、図２の概略断面図を参照して説明
する。この半導体発光素子は、ＳＣＨ(Separate Confin
ement Heterostructure)型とした場合であるが、この構
成によらず各種構造および組成による窒素ドープII-VI
族化合物半導体の成膜を伴う半導体素子（装置）の作製
に本発明を適用できることはいうまでもない。

【００１８】図２においては、基板４１例えばｎ型のII
I-V 族のＧａＡｓ基板上に、順次例えばＧａＡｓ、Ｚｎ
Ｓｅまたは（および）ＺｎＳＳｅによるバッファ層２、
ｎ型不純物のＣｌがドープされたＺｎＭｇＳＳｅによる
ｎ型の第１のクラッド層３、ＺｎＳＳｅによる第１のガ
イド層４、ＺｎＣｄＳｅによる活性層（発光層）５、Ｚ
ｎＳＳｅによる第２のガイド層６、ｐ型不純物の窒素Ｎ
をドープしたＺｎＭｇＳＳｅによるｐ型の第２のクラッ
ド層７、同様にＮをドープしたＺｎＳｅによるキャップ
層８をＭＢＥし、さらに続いてこれの上にＺｎＳｅ薄膜
層とＺｎＴｅ薄膜層との繰り返し積層による超格子層９
と、ＮドープのＺｎＴｅによる電極コンタクト層１０と
をＭＢＥ成長する。

【００１９】そして、ストライプ状に一部を残してその
両側に、電極コンタクト層１０からキャップ層８に至る
深さにエッチングによって溝形成を行い、この溝内にポ
リイミド等の絶縁層１１を充填する。絶縁層１１には、
ストライプ部の電極コンタクト層１０を外部に露呈させ
る電極窓１１Ｗが開口され、この電極窓１１Ｗを通じて
電極コンタクト層１０に、例えばＰｄ，Ｐｔ，Ａｕの多
層構造によるｐ側電極１２をオーミックにコンタクトす
る。

【００２０】また、基板１の裏面には、例えばＩｎによ
るｎ側電極１３がオーミックに被着される。

【００２１】このようにして半導体発光素子、例えば緑
ないし青色発光がなされる半導体レーザあるいは発光ダ
イオードを構成する。

【００２２】本発明は、このような例えば窒素ドープII
-VI 族化合物半導体の成膜を伴う半導体発光素子の製造
等に用いられるプラズマ発生源、例えばＥＣＲプラズマ
源を有する成膜装置に適用することのできるプラズマ発
生装置である。

【００２３】図１を参照して本発明によるプラズマ発生
装置を適用したＥＣＲプラズマ源を有するＭＢＥ成膜装
置の一例を説明する。図１において、図１４と対応する
部分には同一符号を付す。

【００２４】このＭＢＥ装置は、図１４で説明したと同
様に、超高真空排気装置（図示せず）を備え例えば１０
^-10Torr 程度の高真空度とすることのできる真空のチェ
ンバー４０を有し、このチェンバー４０内にII-VI 族化
合物半導体を成膜する被成膜の基板４１が保持される基
板ホルダー４２が配置される。このチェンバー４０に
は、このチェンバー４０に対して基板４１を導入，導出
するための基板配置のいわゆる予備室４９が設けられて
いる。

【００２５】そして、チェンバー４０には、基板４１に
向かってそのII-VI 族化合物半導体の材料源の複数の分
子線源（Ｋセル）４３が配置される。この分子線源４３
は、図２で説明した半導体発光素子を作製する場合、II
族およびVI族の各半導体材料源Ｚｎ，Ｓｅ，Ｍｇ，Ｚｎ
Ｓ，Ｔｅ，Ｃｄの各分子線源とさらにｎ型の不純物Ｃｌ
の分子線源ＺｎＣｌ₂ が用意される。基板４１に対する
上述したバッファ層２、第１のクラッド層３、第１のガ
イド層４、活性層５、第２のガイド層６、第２のクラッ
ド層７、キャップ層８、超格子層９、電極コンタクト層
１０の成膜、すなわちII−VI族半導体層の成膜は、基板
４１に向かって照射する各分子線４３の分子線発生を切
換えることによってそれぞれの組成のII−VI族化合物半
導体のエピタキシャル成長を行う。

【００２６】また、このチェンバー４０に、プラズマ発
生源４４が設けられる。このプラズマ発生源４４は、プ
ラズマ発生室４４Ｒを有し、このプラズマ発生室４４Ｒ
にチェンバー４０内に開口し、基板４１に対してプラズ
マ化した窒素を照射するプラズマ放出口４８が設けられ
て成り、チェンバー４０内のプラズマ放出口４８付近
に、荷電粒子を偏向ないしは除去する手段としての電界
印加手段５０が配置されて成る。

【００２７】プラズマ発生源４４は、例えばＥＣＲセル
構成による。すなわちこの場合プラズマ発生源４４は、
マグネット４５が配置されたプラズマ発生室４４Ｒを有
し、マイクロ波を供給するマイクロ波端子４６が配置さ
れるとともに、窒素ガスを供給する窒素ガス導入管４７
が設けられる。

【００２８】電界印加手段５０は、プラズマ発生源４４
によるプラズマによって発生させたＮのラジカルを基板
４１に向かわせる途上、すなわちプラズマ放出口４８
と、基板４１との間のプラズマの通路上に、この通路を
挟んで対向する一対の電極５１および５２によって構成
する。

【００２９】この電界印加手段５０は、図３にその斜視
図を示すように、プラズマ照射方向に沿って、すなわち
プラズマ発生源４４からのプラズマフラックスＦＬの通
路に沿って、この通路を挟んで、それぞれ板状の電極５
１および５２が例えば互いに平行に対向されて配置され
た構成とすることができる。この電界印加手段５０、す
なわちその電極５１および５２は、例えば図１に示すよ
うに、プラズマ発生源４４すなわちＥＣＲセルに、石
英、アルミナ等の絶縁体５３を介して電気的に絶縁され
て固定される。

【００３０】電極５１および５２間には、所要の電圧が
印加されて、両電極５１および５２間に所要の電界を発
生させ、この電界によってプラズマ発生源４４のプラズ
マ放出口４８から基板４１に向けて放出されたプラズマ
の粒子のうち、電荷をもったイオン種や、電子の方向を
偏向もしくはいずれか一方の電極５１または５２に吸引
させて排除して、これら荷電粒子が基板４１に到達させ
ないようにする。ここで印加する電界は、例えば１Ｖ／
ｃｍ〜１ｋＶ／ｃｍに選定する。これは、１Ｖ／ｃｍ未
満では、荷電粒子の偏向ないしは除去を充分行い難くな
ること、１ｋＶ／ｃｍを越えると放電の問題が生じてく
ることによる。

【００３１】そして、エピタキシャル成長において、ｐ
型半導体層のエピタキシャル成長に際しては、プラズマ
発生源４４において磁界およびマイクロ波の印加によっ
て電子サイクロトロン共鳴によって窒素ガスのプラズマ
化を行い、このプラズマ化した窒素Ｎを上述の分子線照
射とともにプラズマ発生源４４のプラズマ放出口４８か
ら導出して基板４１に照射するものであり、このように
こするとによって基板４１上に窒素ドープのすなわちｐ
型のII-VI 族化合物半導体層をエピタキシーすることが
できる。この場合、プラズマ発生源４４と基板４１との
間には、電界印加手段５０が配置されていることによっ
てＮ₂ ⁺イオン等の荷電粒子は、これが偏向もしくは電
界印加手段５０の電極に吸引されて基板４１に向かうこ
とが回避されるので、電荷を持たない励起された中性粒
子のＮラジカルのみが基板４１に照射され、II−VI族化
合物半導体の成膜中にドーピングされることになる。

【００３２】次に、本発明装置における電界印加手段５
０の構成を、図４の模式図を参照して詳細に説明する。
この場合、簡単のためにＮ₂ ⁺イオンは基板に対して垂
直に飛着すると仮定し、分子の速度はMaxwell-Bolzmann
（マックスウエル−ボルツマン）分布の平均熱速度を用
いる。またＮ₂以外のイオン種は存在しないとする。図
４に示すように、プラズマ発生源４４で生成されたプラ
ズマは先端のプラズマ放出口４８から放出され、その中
に含まれるＮ₂ ⁺イオンは電界印加手段５０の長さ
ｌ₀、間隔ｄを有する平行電極５１および５２間を通過
する際に、その電界Ｅによってクーロン力を受けてマイ
ナス極へ曲げられる。いま電界Ｅが印加されている電極
５１および５２間を一個のＮ₂ ⁺イオンが基板４１に対
して垂直にアパーチャから放出された場合について考え
る。

【００３３】プラズマセルから飛び出す水平速度を
Ｖ_h、電界によって加速される電極に垂直な方向の速度
をＶ_nとすると、イオンの偏向角θは次式の数１で表わ
せる。

【００３４】

【数１】ｔａｎθ＝Ｖ_n／Ｖ_h

【００３５】一方、プラズマ発生源の電極先端から基板
４１までの距離をＬ、基板４１半径をｒとすると、基板
４１の中心に向かって飛来するイオンを基板の円周外へ
曲げるためにはその偏向角が次式の数２を満足すればよ
い。

【００３６】

【数２】ｔａｎθ＞ｒ／Ｌ

【００３７】次にＶ_n，Ｖ_hを求める。ある熱平衡状態
の下でMaxwell-Bolzmann分布にしたがって熱運動してい
る分子の平均熱速度Ｖ_thはＶ_hと等しく次式の数３で与
えられる。

【００３８】

【数３】Ｖ_th＝（２／√π）√（２ｋＴ／ｍ）

【００３９】ここでｋ：ボルツマン定数、Ｔ：絶対温
度、ｍ：分子質量である。したがってｍにＮ₂の質量を
入れれば異なるＴに対して平均熱速度を求めることがで
きる。

【００４０】次に電界Ｅによって電極方向に加速される
速度Ｖ_nを求める。電荷ｑを持つイオンが電界Ｅから受
ける力Ｆは、Ｆ＝ｑＥである。Ｎ₂ ⁺イオンが電界の影
響を受ける時間Δｔは、極板の端効果を無視するとその
間を通過する時間だけである。したがってΔｔ間の力積
がＮ₂ ⁺イオンのＶ_nを決める。よってその関係は次式
の数４となる。

【００４１】

【数４】Ｖ_n＝（ｑＥ／ｍ）Δｔ

【００４２】ここでｑ＝１．６０２×１０^-19〔Ｃ〕で
ある。また印加する電圧をＶとすると、Ｅ＝Ｖ／ｄ，Δ
ｔ＝ｌｏ／Ｖｎであるから、数１，数３，数４と合わせ
て整理すると、数５となる。

【００４３】

【数５】ｔａｎθ＝（ｑｌ₀Ｖ）／（ｍｄＶ_n ²）＝
（ｑπｌ₀Ｖ／８ｋＴｄ）

【００４４】上式においてイオン軌道を曲げる条件は
（２）式より次の数６となる。

【００４５】

【数６】（ｑπｌ₀Ｖ／８ｋＴｄ）＞ｒ／Ｌ

【００４６】いま、例えばｌ₀＝２ｃｍ，ｄ＝１ｃｍ，
ｒ＝２．５４ｃｍ，Ｌ＝２０ｃｍとすれば、ｋ＝１．３
８×１０^-23Ｊ／Ｋとして数７となる。

【００４７】

【数７】ｔａｎθ＝９．１１７×１０³・Ｖ／Ｔ

【００４８】一方、ｒ／Ｌ＝０．１２７すなわちθ＝
７．２４°である。仮にプラズマの温度が１００００Ｋ
（約０．９ｅＶ程度）であれば、印加電圧Ｖ＝１（Ｖ）
（電界Ｅ＝１００（Ｖ／ｍ））でθ＝４２．２６゜とな
り条件を満足することが分かる。一般にグロー放電など
の場合、その温度が数ｅＶ程度（数万゜Ｋ）と言われて
いることを考えるとＥＣＲプラズマ発生装置を用いた場
合の温度も同様なオーダーと考えられる。ここではオー
ダーを掴むために熱平均速度によって近似を行ったが、
実際の速度は平均速度より数倍大きく分布していること
を考えると、厳密にはMaxwell-Bolzmann分布について考
察する必要がある。

【００４９】実際にプラズマを生成し、電極５１および
５２間に電界を発生させ、これら電極５１および５２間
に流れる電流を測定した結果を図５に示す。この場合、
Ｎ₂ガス流量０．１０ｓｃｃｍ、プラズマ放出口の開口
径φが０．５ｍｍのものである。この電流は電極に捕獲
されるイオン種に起因し、電流量は電極に捕獲されたイ
オン種の数に比例する。

【００５０】図５より電極間の電界は２０Ｖ／ｃｍ程度
で６０％程度の荷電粒子が電極に捕獲されると考えられ
るが、大部分を捕獲によって取り除くためには１００Ｖ
／ｃｍ以上の電界が必要であることがわかる。しかしな
がら、荷電粒子を基板４１に到達させないように、偏向
させる効果は１００Ｖ／ｃｍ未満の約１０Ｖ／ｃｍ以上
で達成できる。プラズマ放出口の開口径、Ｎ₂ガス流
量、さらにプラズマ発生源のアノード電流Ｉ_Aにより電
極に捕獲されるイオンの数量は異なるが、図５に示され
た曲線１５１，１５２，１５３，１５４は、それぞれＩ
_A＝１５ｍＡ，２０ｍＡ，３０ｍＡ，３５ｍＡとした場
合で、これら曲線はほぼ同様のカーブを描いている。

【００５１】実際に１００Ｖ／ｃｍ以上の電界を電極間
に印加してＭＢＥ成長法によりＺｎＳｅを成長し、Ｎを
ドーピングした場合についてその結果を示す。

【００５２】図６は、ＧａＡｓ基板上にＮドーピングＺ
ｎＳｅ膜を１．５μｍ成長したときのＺｎＳｅ膜におけ
るＮ原子濃度のＳＩＭＳ（２次イオン質量分析）の深さ
方向のプロファイルを示したものである。この場合、横
軸にＺｎＳｅ成膜の表面を原点とする深さをとったもの
である。また、測定試料は、ＧａＡｓ基板に初期におい
てはすなわち下層領域では電界を印加せずにＺｎＳｅの
成膜を行い続いてこれの上に上層領域（厚さ０．５μ
ｍ）で１００Ｖ／ｃｍの電界を印加したものである。こ
れら上層および下層領域の窒素濃度〔Ｎ〕と有効アクセ
プタ濃度〔Ｎａ−Ｎｄ〕（Ｎａはアクセプタ濃度、Ｎｄ
はドナー濃度）を表１に示す。

【００５３】

【表１】

【００５４】この場合、窒素流量は０．２０ｓｃｃｍ、
プラズマ発生源４４のプラズマ放出口４８の開口径は、
２．０ｍｍ、アノード電流Ｉ_Aは１５ｍＡとした。図６
より電界を印加することにより、結晶中の窒素濃度
〔Ｎ〕が減少することがわかり、窒素イオンが電界によ
り除去されていることが確認できる。一方、有効アクセ
プタ濃度Ｎａ−Ｎｄ値は電界をかけなかった場合の２．
２×１０¹⁷ｃｍ ^-3から３．５×１０¹⁷ｃｍ^-3へと上昇
し、これにともない活性化率は表１に示すように２０％
から５５％へと上昇した。

【００５５】更に、図１のＭＢＥ装置によって異なる成
長条件で、ＧａＡｓ基板上にＺｎＳｅ成膜を行った場合
の各試料１〜５について、電界印加手段５０において、
上述したと同様にそれぞれ１００Ｖ／cmの電界印加を行
って成膜した上層領域と、電界印加を行うことなく成膜
した下層領域とに関してのＳＩＭＳによる窒素濃度[N]
と[Na −Nd] との関係の測定結果を図７に示す。図７に
おいて直線ａは活性化率が１００％を示し、黒丸印ａ₁
〜ａ₅はそれぞれ試料番号１〜５における電界を印加し
なかった下層領域における各測定結果をプロットしたも
のであり、白丸印ａ₁'〜ａ₅'はそれぞれ試料番号１〜５
における電界を印加しなかった下層領域における各測定
結果をプロットしたものである。

【００５６】尚、ＭＢＥ法において、ＥＣＲプラズマ発
生源を用いた窒素Ｎのドーピングでは、[Na −Nd] の値
は、５×１０¹⁷cm^-3程度で飽和することが知られている
ものであり、図７においても５×１０¹⁷cm^-3程度で飽和
することが示されている。

【００５７】また、上述の試料番号１〜５の各上述の電
圧印加を行った領域と、行わなかった領域におけるそれ
ぞれの有効アクセプタ濃度[Na −Nd] 、窒素濃度[N] と
活性率の各値を表２に示す。

【００５８】

【表２】

【００５９】また、図８に上述の電圧印加を行った領域
と、行わなかった領域におけるそれぞれの各活性化率を
それぞれ図８中の白抜きグラフおよび斜線を付したグラ
フで示す。これら図７および図８より明らかなように、
電圧印加の下でＺｎＳｅの成膜を行った場合は、電圧印
加を行わない場合に比し、格段に活性率の向上がはから
れ、その活性化率は、６０％近くにも及んでいる。この
ことは、活性化されなかった窒素Ｎ原子による結晶中の
点欠陥の減少を意味するものであり、後述するところか
ら明らかなように、電気的特性（移動度）および光学的
特性（半導体発光素子における発光強度）の向上、すな
わち結晶性の向上がはかられる。

【００６０】更に、図１で示した本発明によるプラズマ
発生装置を具備するすなわち電界印加手段５０を有する
ＭＢＥ装置によって１００Ｖ／cmの電界印加のもとでｐ
型のＺｎＳｅをエピタキシャル成長によって成膜した場
合と、図１４で示した従来のＭＢＥ装置によって電界印
加なしで同様のｐ型のＺｎＳｅをエピタキシャル成長に
よって成膜した場合の電子の移動度の測定結果を表３に
示す。この場合、ＥＣＲセルすなわちプラズマ発生源４
４への窒素Ｎガスの供給量を０．１０sccmとし、アノー
ド電流Ｉ_Aを３５ｍＡ、膜厚を１．２μｍとした。

【００６１】

【表３】

【００６２】これより明らかなように、本発明装置を具
備したＭＢＥ装置によって形成したＺｎＳｅ膜はその移
動度が、従来のそれの約２倍に向上している。つまり、
本発明装置を具備したＭＢＥ装置によって形成したＺｎ
Ｓｅ膜は、その結晶性が向上していることがわかる。

【００６３】また、本発明によるプラズマ発生装置を具
備するすなわち電界印加手段５０を有するＭＢＥ装置に
よって１００Ｖ／cmの電界印加のもとでエピタキシャル
成長したｐ型のＺｎＳｅ層と、図１４で示した従来のＭ
ＢＥ装置によって電界印加なしで同様のエピタキシャル
成長によって成膜したｐ型ＺｎＳｅ層の光学的特性を、
それぞれフォトルミネッセンス法により評価した結果を
図９に示す。図９において丸印は１００Ｖ／cmの電界印
加を行った場合、三角印は電界印加がなされない場合の
各測定結果をプロットしたものである。図９で横軸は、
窒素濃度[N] をとり、縦軸にフォトミネッセンスの発光
強度Ｉ_PLを相対的に示したものである。

【００６４】図９から明らかなように電界印加によって
成膜した場合、電界印加によらない場合に比し、窒素濃
度[N] ＝１×１０¹⁸cm^-3で、約４倍の発光強度が得られ
る。尚、窒素濃度[N] があまり高くなると、活性化率が
飽和することから、発光強度は低下してくる。

【００６５】上述したように、結晶性にすぐれた窒素ド
ープII-VI 族化合物半導体の成膜を行うことができるの
は、その成膜において基板４１に向かう少なくとも荷電
粒子を排除するので、プラズマ発生に伴って発生し、生
成される成膜においてその導電性に関与しない、すなわ
ち活性化がなされないなど不要な窒素イオン、更に多量
の電子が基板４１に向かい、成膜された半導体膜への導
入ないしは衝撃を回避でき、これによって結晶を構成す
る原子間に不要な異物の混入、破壊を回避できたことに
よるものと考えられる。

【００６６】尚、上述した例では窒素ドーピングによる
ｐ型のＺｎＳｅ膜をエピタキシャル成長させる場合につ
いて主として説明したが、ＺｎＳｅのみならず、Ｚｎ，
Ｍｇ，Ｃｄ，Ｈｇ，Ｂｅ等のII族元素のうちの少なくと
も１種と、Ｓ，Ｓｅ，Ｔｅ等のVI族元素のうちの少なく
とも１種とからなるII−VI族化合物半導体層例えばＺｎ
Ｔｅ，ＺｎＳＳｅ，ＺｎＭｇＳＳｅ等の成膜に関しても
同様にすぐれた結晶性、すなわち電気的特性、光学的特
性にすぐれた成膜を行うことができる。したがって、例
えば図２で説明した半導体発光素子の製造において、そ
の各バッファ層２、第１のクラッド層３、第１のガイド
層４、活性層５、第２のガイド層６、第２のクラッド層
７、キャップ層８、超格子層９、電極コンタクト層１０
の成膜を本発明装置を具備する例えば図１で示したＭＢ
Ｅ成膜装置によって形成することができる。

【００６７】上述したように、本発明によるプラズマ発
生装置が設けられた成膜装置によれば、対象物の基板４
１に向かう荷電粒子を、電界印加手段５０によって偏向
ないしは除去によって排除したことによって結晶性にす
ぐれた窒素ドープのII-VI 族化合物半導体を成膜するこ
とができることから、発光特性にすぐれ、信頼性が高
く、長寿命化された短波長発光がなされるII−VI族化合
物半導体発光素子例えば半導体レーザーを作製すること
ができる。

【００６８】上述の例では、荷電粒子を偏向ないしは除
去する手段を構成する電界印加手段５０が、プラズマ照
射方向に沿って電極５１および５２を配置してプラズマ
照射方向に交叉する方向の電界を印加する構成とした場
合であるが、この電界印加方向をプラズマ照射方向と平
行方向に電界を印加する構成とすることもできる。この
場合は、例えば図１０あるいは図１１に示すように、プ
ラズマ放出口４８と基板４１との間に、メッシュ電極５
１Ｍをその面方向が、プラズマ放出口４８と基板４１と
を結ぶ直線、すなわちプラズマ照射方向と交叉例えば直
交するように、例えばプラズマ放出口４８と対向して配
置する。

【００６９】このメッシュ電極５１Ｍは、例えば金属板
をフォトリソグラフィによるエッチング等によって各辺
が０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度の方形透孔が配列された
構成とすることができる。そして、このメッシュ電極５
１Ｍに、例えば−５０Ｖが印加されたプラズマ発生室４
４Ｒに対し、更に負の深い電圧例えば−１００Ｖを印加
する。この構成によれば、荷電粒子、例えば電子はプラ
ズマ発生室４４からの導出が阻止され、窒素イオンはメ
ッシュ電極５１Ｍに吸引されるか押し戻され、いづれも
基板４１に向かうことが回避される。

【００７０】上述の各例は、荷電粒子除去を偏向ないし
は手段が、電界印加手段５０である場合であるが、磁界
印加手段による構成とし、プラズマ中の基板４１に向か
うすなわち運動する荷電粒子を磁界によって偏向して、
基板４１への照射を回避することもできる。

【００７１】例えば図１２にこの磁界印加手段９０の一
例の要部の断面図を示すように、例えば相対向する対の
永久磁石による磁石９１および９２を、プラズマ発生室
４４Ｒのプラズマ放出口４８と基板４１とを結ぶプラズ
マ照射通路を挟んで配置して、このプラズマ照射通路に
このプラズマ照射方向と交叉例えば直交する方向の磁界
を印加する構成とする。

【００７２】このようにすると、この磁界内を移動する
荷電粒子例えば窒素イオン、電子がこの磁界により力を
受けこれが偏向される。この偏向方向は予め基板４１に
向かうことのない方向に、つまり磁界の向きおよび磁界
強度の選定すなわち磁石の配置関係および強さの選定が
なされる。

【００７３】また、磁界印加手段９０は、上述した永久
磁石による場合に限られるものではなく、電磁石構成例
えば図１３に示すように、それぞれ磁性コアにコイルが
巻回され、これに通電することによって、磁界を発生す
る電磁石による対の磁石９１および９２をプラズマ発生
室４４Ｒのプラズマ放出口４８と基板４１とを結ぶ本来
のプラズマ照射通路を挟んでその両側に配置対向させ、
前述したと同様に、プラズマ放出口４８と基板４１とを
結ぶプラズマ照射方向と交叉例えば直交する方向の磁界
を印加する構成とする。

【００７４】この場合においても、この磁界内を移動す
る荷電粒子例えば窒素イオン、電子がこの磁界により力
を受けこれが偏向される。また、この場合においても、
その偏向方向は予め基板４１に向かうことのない方向
に、つまり磁界の向きおよび磁界強度の選定すなわち電
磁石の配置関係および通電量等の発生磁界の強さの選定
がなされる。

【００７５】磁界印加手段９０の磁界は中心部で例えば
１０^-2〜１０^-3Ｔ程度に選定し、このとき、電荷粒子を
基板４１に向うことを回避することができた。

【００７６】上述したように、プラズマ発生室４４Ｒか
ら導出され基板４１に向かうプラズマ中の低速および高
速の荷電粒子の排除を行うことができるが、更に荷電粒
子のみならず、中性の高速粒子を排除する構成とするこ
とが望ましい。

【００７７】この構成は、例えば図１０に示すように、
プラズマ発生室４４Ｒのプラズマガス導出口４８の開口
方向を、基板４１に対向する方向から他の方向に向ける
ように、例えばプラズマ発生室４４Ｒの断面図形状を基
板４１と対向する側において凹の字状とし、その凹部内
の相対向する側壁にそれぞれプラズマ放出口４８を形成
して、開口方向（導出口の中心軸方向）を方向とほぼ直
交する向きに選定する。

【００７８】この場合、そのプラズマ放出口４８の開口
方向を基板４１に向う方向とは異る向きとしたことによ
り、プラズマ化とともに発生する高速の中性粒子は、こ
れが通常殆どそのプラズマ放出口４８の開口方向に勢い
良く直進することから、これが直接的に基板４１に向か
うことが回避される。

【００７９】そして、このようにプラズマ発生室４４Ｒ
のプラズマガス導出口４８の開口方向を、基板４１に対
向する方向から他の方向に向ける構成においても、電荷
粒子の偏向ないしは除去手段を配設するものであり、図
１０に示した例では、メッシュ電極５１Ｍによる電界印
加手段とした場合であるが、この構成に限られるもので
はなく、図１、図１２、図１３で説明した電界もしくは
磁界印加手段の構成を採ることもできる。尚、図１０、
図１１、図１２、および図１３において図１対応する部
分には同一符号を付して重複説明を省略する。

【００８０】尚、上述した各例では、プラズマ発生源４
４がＥＣＲ励起による構成とした場合であるが、高周波
ＲＦ励起によってプラズマを発生させる構成とすること
もできるなど、上述した例に限られるものではなく、種
々の構成を採ることができる。

【００８１】また、本発明を主としてＭＢＥ成膜装置に
適用する場合について説明したが、本発明によるプラズ
マ発生装置は、ＭＢＥ成膜装置に限られるものではな
く、高真空度下で成膜のなされるすなわち高真空度チェ
ンバーが保持される成膜装置に適用して同様の効果を奏
することができる。また、本発明は、成膜装置に限られ
るものではなく、その他プラズマ発生装置を具備する各
種装置例えばプラズマエッチング装置に適用することが
できる。例えばＳｉに対してのエッチングにおいて、エ
ッチングガスとして例えばＣＦ₄を用いて１３．５６MH
z の高周波印加によってＦラジカルを発生させ、これを
被エッチング面に反応させてそのエッチングを行うプラ
ズマエッチング装置に適用することができる。

【００８２】

【発明の効果】上述したように、本発明によるプラズマ
発生装置によれば、プラズマ励起によって発生する荷電
粒子が、対象物例えば被エピタキシャル成長基板あるい
は被エッチング基体に対して、この対象物が接地された
り、所要の電位が与えられた状態とされている場合にお
いても、正もしくは負の荷電粒子がこれら対象物に向か
って加速されて衝撃することが回避できる。

【００８３】したがって、例えばII−VI族化合物半導体
におけるプラズマ励起によって窒素Ｎドーピングを行う
場合におけるＮ₂ イオン，Ｎイオン、電子等の荷電粒子
の衝撃、もしくはＮラジカル以外のＮ₂ イオン，Ｎイオ
ン等の成膜への入り込みによる活性化率の低下、点欠陥
の発生を効果的に回避できる。したがって、例えばII−
VI族化合物半導体による半導体発光素子の製造における
成膜装置に適用して、発光特性にすぐれ、信頼性の高
い、長寿命の半導体発光素子を製造できる。

【００８４】また、プラズマ化によって中性ラジカルを
発生させ、これを被エッチング体に反応させてそのエッ
チングを行うプラズマエッチング装置に適用することに
よって、プラズマ化によって発生したイオン等の荷電粒
子が被エッチング面に衝撃することによるエッチング面
の阻害等を回避でき、鮮鋭度等にすぐれたエッチングを
可能にする。

【００８５】上述したように、本発明装置を各種プラズ
マ発生装置を具備する装置に適用してすぐれた機能を発
揮できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置
の一例の構成図である。

【図２】本発明によるプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置
によって製造することのできる半導体発光素子の一例の
概略断面図である。

【図３】本発明によるプラズマ発生装置の一例の斜視図
である。

【図４】本発明によるプラズマ発生装置の説明に供する
模式図である。

【図５】本発明装置における電界印加手段の電界と電流
の関係の測定結果を示す図である。

【図６】ＺｎＳｅ成膜中の厚さ方向の窒素濃度[N] の分
布図である。

【図７】本発明によるプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置
と従来のＭＢＥ装置によって成膜したＺｎＳｅ成膜の窒
素濃度[N] と有効アクセプタ濃度の測定結果を示す図で
ある。

【図８】本発明によるプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置
と従来のＭＢＥ装置によって成膜したＺｎＳｅ成膜の各
試料における活性化率を対比した図である。

【図９】本発明によるプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置
と従来のＭＢＥ装置によって成膜したＺｎＳｅ成膜のフ
ォトルミネッセンス法によって測定した発光強度の測定
結果を示す図である。

【図１０】本発明によるプラズマ装置の他の例の要部の
概略断面図である。

【図１１】本発明によるプラズマ装置の他の例の要部の
概略断面図である。

【図１２】本発明によるプラズマ装置の他の例の要部の
概略断面図である。

【図１３】本発明によるプラズマ装置の他の例の要部の
概略断面図である。

【図１４】従来のプラズマ装置を用いたＭＢＥ装置の構
成図である。

【符号の説明】

４０チェンバー４１基板４３分子線源４４プラズマ発生源４８プラズマ放出口５０電界印加手段５１，５２電極９０磁界印加手段９１，９２磁石

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者池田昌夫東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者伊藤哲東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者谷口理東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者奥山浩之東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】チェンバー内に開口するプラズマ放出口
を有するプラズマ発生源を有し、上記チェンバー内の上記プラズマ放出口付近に、プラズ
マ中の荷電粒子を偏向ないしは除去する手段を有するこ
とを特徴とするプラズマ発生装置。
【請求項２】上記チェンバーが、高真空チェンバーで
あることを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装
置。
【請求項３】上記プラズマが、窒素プラズマであるこ
とを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項４】上記チェンバー内に、更に半導体材料源
を有することを特徴とする請求項１に記載のプラズマ発
生装置。
【請求項５】上記半導体材料源が、II族およびVI族の
化合物半導体材料源であることを特徴とする請求項４に
記載のプラズマ発生装置。
【請求項６】上記プラズマ中の荷電粒子を偏向ないし
は除去する手段が、電界印加手段であることを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマ発生装置。
【請求項７】上記電界印加手段が、一対の電極よりな
ることを特徴とする請求項２に記載のプラズマ発生装
置。
【請求項８】上記プラズマ中の荷電粒子を偏向ないし
は除去する手段が、磁界印加手段であることを特徴とす
る請求項１に記載のプラズマ発生装置。