JPS60500860A - 原子束の発生法ならびにその原子線エピタキシ−プロセスおよび同装置における利用法 - 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】 本発明は、元素の原子東を発生させる方法に関し、特に■−Ｖ族化合物半導体ま たはその３元ならびに４元誘導体を主体とした層を、エピタキシーｌたは超高真 空下で成長させるプロセスおよび装置に好適な原子東発生法に関する。

ここ数年来、オプトエレクトロニクス用２よびマイクロエレクトロニクス用の素 子の開発に２いて、ｍ−ｖ族化合物手導体ｌたはその３元誘導体もしくは４元誘 導体を主体とした薄層を形成する必要がめった。一般に、そのような薄層は、エ ピタキシーによシ２元すクストレート上に作られるが、現在使用されているエピ タキシーは液相エピタキシー、気相化学的エピタキシー、および分子線エピタキ シーである。分子線エピタキシーは本質的に高水準の方法であり、特に、例えば 厚ざが数万ングストローム、極めて平坦で化学量論的に多様、かつ界面が非常に 急減な極薄層を得る場合に好適である。しかし、このようなエピタキシーによる 成長を実際に行うことは難しく、ある種の問題が生じる。これに、層の汚染防止 が難しく、またド−プ元素および元素周期律表のＶ族元素の混合を正確にチェッ クすることが困難でめるからである。

このような分子線エピタキシーに２いて、■族元素、例えば燐や砒素の分子線を 発生させるには、その元素ｌたはその化合物の固体を入れたクヌーセン・セルを 使用するか、あるいは、それらの分解ガスを使用するが、これは、「３．Ｌ、　 Ｗｒｉｇｈｔαｎｄ　Ｈ，Ｋｒｏｅｍｅｒ、　Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｔ ｃｈｎｏｌＯ（２）、１４３’（１９８２）Ｊ、 「ＬＢ、Ｐａｎ１ｚｈ、　；ｆ、Ｅｔｅｃｔｒｏｃｈｅ７７１．Ｓｏｃ、１２７ （１２）。

２７２９（１９８１）ｊおよび ［Ａ、Ｌ、Ｃａｒｕα、ＡｐＨ，Ｐんｙｓ、Ｌｅｔｔ、３８（９）７０１（１９ ８１）Ｊの各文献に述べられている。このような方法では、■族元素が原子線− ４ｆｃは分子線としてアブストレートへ供給さ扛るが、その原子縁ま′ｆｃは分 子帝は純粋な竺該元素を入ｔたるつぼを加熱することによシ得られる。したかっ て、とｔらの方法は、成長装置が複雑化したジ、あるいは成長基円に高温炉を設 けるために汚染制御が点しいという欠点がある。また、るる元素は分子の形でサ ブストレートに供給ぢれるのに対し、他の元素は原子の形で供給されるので、分 子線２よび原子線のサブストレートとの表面反応が複雑で、意図しないド−ピン グが起こったり、深いセンターが生じることが多い。

ＧｃＬＡｓなどのｍ−ｖ族化合物の層の成長に関しては、パルスレーザ−を用・ いてＧｃＬｋｇターゲットからＧａ　Ａｓ膜を作ることも考えられており、これ ば論文「すｙｓｔａＬ　Ｒｅ５ｔαｒｃｈαルｄＴｅｃｈｒＬｏｌｏｇｙ　Ｖｏ ｌ、　１６．ＪＫＬ８．１９８１．　ＰＰ、　８８７−８９１　Ｊに述べられて いる。

し〃ユし、この論文に述べらｎている条件の下では、■族元素の原子縁を得るこ とにでさず、フた回連したサブストレートとの複雑な辰面反応全除云できない。

本発明は、エピタキシーｌたは超高真空下で層を成長ぢせる用途に好適で、前述 の欠点を除去できる元素の原子東発生法に３ 関する。

本発明による元素の原子東発生法は、パルスレーザ−により該元素の化合物から 成るターゲットを照射し、そのノξルスレーザーの工おルギー密度を該元素の原 子放射閾値以上でかつ該元素″Ｌまたはその化合物の爵融閾１直未滴とすること を特徴とする。

このように、使用するパルスレーザ〜のエイ・ルギーとパルス待伏時間全適切に 選ぶことにより、ある元素の化合物■きら取るターゲットη・ら、はぼその元素 の原子束だけ全敗シ出すことができる。固体ターゲットに高出力のレーザー光線 に照射すると、ターゲット表面が蒸発し、同時にターゲットの原子が様々な原子 群として脱着することが知られている。ターゲット全連続発去ンーザーで照射し た場合、ターゲット表面が加熱さ扛、そこから粒子が出るが、これは普通に加熱 すｎば得られる粒子と同等である。しかし、パルスレーザ−を用いた場合、極め て短い時間内に極端な温度勾配、例えば１０１０〜１０１４０　Ｋ、／Ｓの温度 の上昇下降がターゲット内に生じる。そして、レーザーのパルス当りエネルギー 密度を適切に制御することにより、ターゲット構成元素中の１種類の元素たけ全 原子側２よひ／またはイオン線の形で取シ出すことができる。さらにパルスレー ザ−全周いた場合、特足の反応を引き起こ丁ことかでさる。こｎに、エネルギー 密度全一時的に増即でせること炉でさるためであり、このようなことは連続照射 でに不可能でろる。

好ましくは、・ξルスレーザーのパルス時間は１μＳ以下の憧に匍」御される。

Ｑ　（ＬＡ　ｓのターゲットをパルスレーザ−で照射した時、そのパルスレーザ −のエネルギー密度か元素の断融上閾値未約でりれは、ガリウムと鉦素の両方の 原子様が得られる〃・、［ＣｒｙｓｔａｔＲｅｓｅａｒｃｈ　ａｎｄ　Ｔｅｃｈ ｎｏｌｏｇｙ、　Ｖｏｌ−１６＋　１ｆｉ８　、１９８１　Ｊの前記論文に指摘 ざｎているように、ガリウムが支配的でめる。

本発明によｎば、パルス当りエネルギー密度の低いパルスレーザ−が利用てれる が、こｎＤターゲットｉ形阪している化合物の１種類の元素の電子たけ数量でｎ 、再乙（集合し分子になる前に排出さｎるような条件内で作用金付伏でせるたの である。

なお、ターゲット２照躬している元素ミたに同元素の化合物の溶融閾値は、ター ゲット〃・ら放射さｎるものの種類←原子、分子−一よび／１ｆｃはイオン）と 対応する。

本発明の好ｌしい笑漉例によれば、元素は元素周期律表のＶ族の元素であり、タ ーゲットにその元素のｍ−ｖ族２元化合物である。同元素が燐の場合、ターゲッ トはＩｎＰまたはＧａ４とすることができる。同元素が砒素の場合、ターゲット はＧａＡｓで作られる。

以上説明した２ように、・々ルス当りエイ・ルギー密度は、Ｖ７元素の原子放射 閾値以上とし、〃≧つ■族元素またほその化合物の溶融閾値未満にしなけれはな らない。

例えば、ＩｎＰのターゲットを用いる一合、このターケントから燐原子を放射さ せるｆｃＩＯの下閾伍は０．２　Ｊ／ａｍ２、溶融下制値な約１．６　Ｊ／ｃＩ ＩＬ２でるる。Ｇ＋ｚＡｙのターゲットの一合、砒素放射のための下閾値は０５ Ｊ／ｃＴＬ２でめり、浴融上閾値は約１．８Ｊ〆兼２である。

このように本発明によれは、パルスレーザ−のパルス当シェネルギー密度は、上 記２つの閾値の間の優に制御され、その伍は乃ｆ望の成長速度に応じて選ばｎる 。

前述のように、レーサーのエネルギー密度によってターゲットの蒸発速度が左右 される。■ｎＰターゲットの場合、パルス当りエネルギー密度か０３Ｊ／ｃ７ｒ Ｌ２のとぎに燐の蒸発速度は５・１０１３原子／ｃｒＩＬ２となる。

パルスレーザ−としては、碌々な種類のもの２使用でさる。

例えば、紫外レーザを初め、ＹＡＧレーザ−、二重ＹＡＧレーザ−、ルビーレー ザーなどである。

ρ・クシて、例えＤｏ、３Ｊ／ｃｆＬ”のパルスを数ナノ秒間供給するパルスレ ーザ−を用いて、元素周期律衣のＶ涙のめる元素の■−Ｖ族化合物から収るター ゲット２照躬することによプ、同Ｖ族元累の原子束を得ること炉できる。

ま尼不発明は、るる元素ｌｆｃは２元もしくに４元の化合物、ならひにそれに適 当な不純物をドープしたもの、例えＲＩｎＰ、Ｇ（ＬＰ、ＧａＡｓ　のような■ −■族化合物半轟体、金属テたに絶縁化合物から成る絶縁層、半導体層１だは金 属層をエピタキシーによシ成長させる方法にも関係する。

この方法は、１つまたは複数の原子束から、加熱し罠すツストレート上に前記元 素または化合物のエピタキシャル層を成長させるもので、少なくとも１つのＪ− Ｆ−＆東ｌ；パルスレーザーでターゲットを照射することにより作られる。

ｍ−ｖ涙２元化合吻の層１７′ｉ：は七の３元％）Ｌ＜は４元誘導体の層を成長 させる場合、ｍ−ｖｉ化合物のターゲット？、パルス当りエネルギー密度がＶａ 元素の原子放射閾値以上で、かつそのＶ族元素またはその化合物の浴融閾値未満 のパルスレーザ−によって照射することにより、Ｖ族元素の原子束を発生させる 。また■族元素の原子束も、ＵＮ同元素ターゲラトラパルスレーザ−で照射する ことによシ発生できる。

しかし、このようなレーザー照射はそれ単独で、蒸発セルを用いる方法などの在 来方法によってＶ族２よび■族元素の原子束を発生するために使用することかで さる。

分子線の代わシに原子様をエピタキシーにオリ用すると、幾つかの町井を得られ る。第１に、原子束は非常に反応的でるるため、サブストレート内部への混入に 関する問題が減少する。また、パルスレーザ−を使用するため、在米方法によジ ターゲットや蒸発るつぼを加熱した場合に生じる汚染の問題全解消できる。前述 のように、ノぐルスレーザーを用いた場合、サブストレートは成長室内で最も高 温となるため、温度保護系および排気系を単純化できる。普通は原子巌源と接触 するるつぼの汚染も防止され、また原子線源は蒸発期間に低温状態でめることか ら、るつはの腐食、合金化またはガス抜きによる問題が起こらなくなる。ｌた、 レーザー光線？操作するだけで原子束全容易迅速に制御できるため、ターゲット を入れたるつほを適温１で上昇させ平衡させることに関連した問題も解消し、し たがって時間も相当に節約でさる。

最後に、原子緑エピタそ／−法によれば、分子線エピタキシー法と同様に、堆積 層の厚さを単分子膜のヌケールでチェックできる。

また本発明によれば、ドープ元索互たは七の化合物から成る７ ターゲットを加熱し、パルスレーザ−にょシ照射することによって発生した四ド −プ元素の原子祿またはイオン線全制御することにより、同ドープ元素をエビタ ギソヤル層に注入できる。

この場合、イオン線たけを用いたければ、ノξルスレーザー照射でターゲットか ら引き出さｎたビームのイオンを偏向させ、また必要なら加速する手段全使用す ることによジ、放出イオンを分離できる。

前辺のように、パルスレーザによりターゲット全照射している期間に引き出され るビーム千には、約１０００分の１の割合でイオンが含まれており、これは無視 できない量であるが、適切な電界を利用してイ万ンを分離することによりド−プ 元素源を得ることができる。

パルスレーザ−全角いて金属ｌたは絶縁物の層も堆積させることができるので、 異種の層を何層か重ねる必要のめる１面別部品、さらには集積回路も向−システ ムで形成できる。

また本発明は、原子線エピタキシー装置にも関する。この装ＲＭ、、エピタキン ーを行うべきサブストレートを支持する手段、このサブストレートを加熱する手 段、およびエピタキシャル層を形成するだめの元素および／またはその元素の化 合物から取る一連のターゲットを支持する手段を備える密封容器と、パルスレー ザ−と、上記密封容器内の少なくとも１つのターゲットにパルスレーザ−光線を 向けて焦点を結ばせる手段と、上記ターゲット全照射してその再生を促す手段と から構成さｎる。

２元化合物よ構成るターゲットの表面は、パルスレーザ−により照射されると、 その化合物元素中の一方の元素の濃度が高まるので、成長の継続勿可能にするた めにターゲット表面全再生する必要がある。この再生は、ターゲソＨ−適切な温 度すなわち約１００Ｃに加熱することにより行い得る。好１しくは、上記サブス トレートｍ熱手段はレーザーにて構成される。

不発明の電子組二ビタキンー装置に、も・に、エピタキシャル層全構成するため の異種元素の原子線をいくつか同時に放射でさるという；ｉ′すＡを狩っている 。した炉って、適切な制御・偏向手段全使用することにより、単一の冒出力パル スレーザーを用いて異なったターケソＩｆ照射および走査し、幾つかの元素の原 子文全同時に得ることができる。原子末の強度は、レーダーの強さを調節するか 、るるいは各ターゲットの照射時間を調節することにより制御でさる。このよう に不発明のエピタキンー成長装置は、分子線エビタ千シー装置に比戟し、構成が 極めて単純である。不発明の装置は小型化も可籠であり、互だ同じレーザーを順 番に幾つかの成長容器で使用できる。また、そのレーザーを用いてサブストレー トの予備クリーニングを行うこともできる。さらに、不発明の装置は、不買的に 柔軟性と清浄性に優れているので、成長層の品質および寸法精度を向上でさ、ま た多様な成長層を形成できる。

不発明によれば、電子線やレーサー元栂によるラフストレート表面の加熱状態全 修正して同表面温度を部分的に変化させることに二り、選択的エビタ干シーを行 ったり、層の組成をその成長期間に槓方岡に髪化させることができる。し７ｊが って、本発明によるエピタ千７−・プロセスのめる実施例に８つでは、サブスト レートは表面温度が部分的に変化するようにエネルギー線により加熱される。す なわち、サブストレートのめる領域は温度Ｔまで加熱されるが、他の領域は温度 Ｔ＋ΔＴ−ｊで加熱さｎる。必要ならば、サメストレートの温度Ｔｌでの加熱は 、在来の方法で行ってもよい。

このような部分的温度変更（２、干渉パターン、回折パターンまたはマスクパタ ーンをサブストレート表面に形成して二坏ルキー線を照射することによっても行 い得る。

また同様の温度ひらに、二坏ルギー線全アブストレート表面上で移動させ、その 移動と同期をとって工不ルイー組の強さを変化させることによっても得られる。

しかし、この場合には、エネルギー線の移動速度を熱拡散速度より速くする必要 がある。

本発明によれば、温度変動量ΔＴは、Ｔ十ΔＴがエピタキシャル層の成長速度が ゼロになるような温度に相当するような値に選ばれる。

ここで指摘すれば、エピタキシー期間に、原子または分子の線束Ｊ。がサブスト レートに照射されるが、この時サブストレートは高温に加熱される。例えばＱ　 ａ　Ａ　ｇのサブストレートの場合は、約６００Ｃに加熱される。このような条 件の下では、サブストレート表面において、サブストレート温度によって次ｌる 線束Ｊ１で熱脱着が起こる。成長速度■は＜；ｒｏ−；ｆｌ）　に比例するので 、結局Ｔに依存する。したがって、温度上てらに上げろと、Ｊｌの値はＪ。ｔｌ −越え、成長速度が負になる。Ｔを変更すると、Ｊｌが変化し、その結果成長速 度Ｖも変化する。

さらに、サブストレート上に選択的エビタキソー七行２うとする場合、つ捷りサ ブストレート表面のある領域にだけエピタ０ キシャル層を成長でせたい場合（／ｃは、層葡形成しない領域の温度にゼロ成長 速度に相当する温度にするのが適切である。

互た、温度変動量ΔＴの選び万によって、温度Ｔ＋ΔＴ！で加熱した領域と温度 Ｔまで即熱した領域との間の層の組成を変えることができる。

この＝うに、２元、３元Ｈｆｃは４元の化合抜の成長期間ンこおけるエビタ千ン ヤル層の挙動は、アブストレートの表面＠度に犬さく依存するが、そのような温 度範囲は狭い。こ３；グ、エピタキシャル層の各構成元素の熱脱着が同一温度で （−生しないからでるる。したがって、エピタキシャル層構成元素のめる１つの 特定元素の脱着が油の元素より強く生じる′ＪｊＡ度を選択することができ、そ の場合、その特定元素はエピタキシャル層〃１ら排除される。

以上の通りでるるかり、ＧａｐｓサンストレートにＧ　ａ　Ａ　Ｉ　Ａ　ｓをエ ビタイシャル成長石せる期間Ｖこおいては、Ｇαの熱脱着がＡｔより低い温度で 起るので、温度が上昇するど成長層からＧαが併除さｔてしｌうことになる。同 様なことが、エフＬＡｔＡｓのエピタキシャル成長期間に２いても起こる。

したかつて、サブストレート表面温度を慎重に市：ｊ１ｍ＋１．て髪化さぜｎａ 、エビタイシー中の層の成分構成を変化ざぜることがでさる。いずｎＶｃしても 、ブープストレート表面温度ｌ一連続琵掘レーザーぼたにパルスレーザ−によっ て変化ざぜゐことがでさる。

連続発振レーサーを用いてサブストレート＃７１Ｌ熱する場合には、＝Ｗパター ンの関数としてサブストレート表面への照射を１１ 変化させることにより、かかる温度差を得ることができる。

例えは、エピタキシャル・・ξターンをＸ。間隔の格子または網にする必要かめ る場合、普通の方法でサブストレートを温度Ｔまで加熱し、目的のパターンにし たがった成長を生じさせるに適した周期がＸ。で振幅がΔＦの温度変化を加える ことができる。こうすれは、光学装置により、ｌたに回折もしくは干渉パターン あるいはマスクにより、サブストレートに与えられる連続見損レーザー出力を次 式のように変化させた場合と同号になる。

連続発振レーザーの場合、熱平衡状態の簡単なモデルにおいては、温度変動量Δ Ｔは、 にほぼ等しい。ここでαは光吸収係数、Ｋはサブストレートの熱伝４率である。

ＧｃＬＡＪ′のサブストレートの場合、α＝１０ｃＴＬであシ、Ｋ＝０．１３　 Ｗ−ｃｒＩＬ−１，に−１である。

したがって、１０μｍの分解能を得ようとするならば、サブストレートの異なっ た領域の間の温ｒ＋＝ΔＴ（５）全０．０２ΔＰ（Ｗ）にする必要ｗｉｈる。Ｇ ｃＬＡ、ｒサブストレートに２いて、７１０Ｃ以上に加熱さｎたサブストレート 領域での成長を打ち消丁たのに、ΔＦを約４０°に、Ｔを６７０Ｃにしなけれは ならない場合、レーザーの出力差ΔＰは５・１０　Ｗ／ｃｍ　にする必要がある 。

このような条件は実現可能であるが、Ｇａｐｓ　のサブストレートの光学的破壊 閾値（約１０４Ｗ／ｃｎＬ２）に達してしまう。それ故、連続発振レーザーを使 用するときは、この閾値１０’Ｗ〆ｉ　を越えないようにパターンの間隔を３μ ｍＫ割眼しなければならない。

しかし、ノぞルスレーザー全使用して、サブストレートの加熱全行い、同時にエ ピタキシーの対象である層を構成する元素の原子線を発生ぢせる場合に２いてに 、成長２よび加熱時間ｔがＸｏ”／Ｄ未満ならば、成長期間内に高温領域から低 温領置への熱拡散によって熱平衡に達するだけの時間がない。ここで、Ｄは熱拡 散率でるり、ｌ友Ｘ。は格子ｌたは網の間隔である。このような条件の下でに、 温度変動量ΔＴにエネルギー密度Ｆ（Ｊ／ｃｎＬ２）に正比例し、ΔＦ・・Δα ／Ｋに等しい。

ＧｃＬＡ、ｒ　の場合、α＝　１　ｏ５ｃａ　”、Ｋ＝ｏ、１３Ｗ−ｃＴＬ−１ ・Ｋ−１、またＤ≧００５α２　／、でめる。

以上の条件下で、４０Ｃの温度変化を得るためには、レーザーのエネルギー密度 変化量を”１０−３Ｊ／ｉ漂２にする必要がある。

この値は、サブストレートの光学的破壊閾値（０，１Ｊ／ＣｎＬ２）の１００分 の１である。したがって、このような温度変動ケ得るのは、連続発振レーザーよ りも・ξルスレーザーを用いるｅ＝うが容易である。

であるということだけである。高速レーザー光線を用いる場合、ｔはほぼ１０　 Ｓであるから、０．３μｍのＸ。が可能であり、これは標準的レーザーの幾何光 学的な限界ヶなす。したがって、３ パルスレーザ−を・ξルス化源と結合して用いることにょシ、分解能を著しく改 善でさる。

間隔Ｘ。＝１０μｍ　の網上基準にして、ＧａＡＩＡ、ｒ層の組成ｅ　％Ｇａｚ −ｙ　Ａ　ｔ　ｙ　Ａ　ｓからＧａ４−９−０．１　３／＋０．１”に変化Ｚ させたい場合、温度差ΔＴｒｃＴ＝６９００より５°高くなければならない。し たがって、同時に成長速度が大幅に変化しない工うにするために必要なΔＦに、 比較回小さい。この場合、連続発振レーザー光線いると、レーザー員力差ΔＰＬ ２・１０２Ｗ／ｃｒＬ２以上でなけｎ（ゲならない。連続発振レーザーの場合、 光学的破壊閾値１０　Ｗ／ｃＩＩＬ　を超過しないだのには、間隔ｔ０．７μｒ ＩＬ′＆でに制限しなければならない。

パルスレーザ−を用いる場合、レーザー・エネルギー変動量は１．５・１０−’ ／ｃｒｒｔ２にする必要があるが、これはサブストレートの光学的破壊閾値（０ ，Ｉ　Ｊ／ａｍ　）のＳＯＯ分のｌでａる。したがって、以上の説明から明らか なよりＶｃ、メルスレーザーを用いると、高分解能を得ることができる。

本発明の他の特徴と利点は、本発明によるエピタキシー装置を示す添付図面を参 照しつつ以下の記述を読むことによシ、一層間らかになるであろう。たたし、以 下の記述ｎｈ＜まで本発明を説明するだめのものであり、不発明はそれに限定さ 扛るものではない。

図において明らかなように、このエピタキシー装置に密封容器１を備え、こ牡は 排気装置３を用いて真壁状態にして２くことができる。この密封容器には、第１ の透明遮蔽窓５と第２の透明遮蔽窓７が設けられている。密封容器の同幅におい て、ブ４ ポート９がエピタキシーを行りためのサブストレート１１を支持している。この サブストレート１１は、加熱装置１３により適切な温度に加熱することができる 。

サブストレート１１と対問して、もう１つのすｚ−）１５が複数のターゲット１ ７α、１７ｈ・・・・・・１７ｒＬｆＪ：皮付している。

これらのターゲットは、加熱装置１９によって加熱できる。密封容器の外セ：ｊ に１つ目のパルスレーザ−２１が設けらユている。

このパルスレーザ−は、その光ｂｆメタ−ット１７α、１７ｂ・・・・・・１７ ｒＬに対して焦点を合わせて投射できるもので、エピタキシーに必要な原子綴を 発生さぜるた６ｊＤに用いら几る。この目面で、パルスレーザ−２１は゛ワンス ２３２よびミラー２５と組み合わされている。このレンズとミラーの向きに、レ ーザー光Ｓｔ−ターゲット１７α、１７ｈ・・・・・・１フルへ指向させ、ター ゲット中の１つまたＩｒｉ複数のも・のの表面金達絖的に定食させるように、適 切なプログラムにしたがって変化させ得る。

このエピタキシー装置はもう１つのレーザー２７を備えでいる。このレーザーは 、パルスレーザ−でも連続発振レーザーでもよく、サブストレート１１の加熱に 用いられる。このレーザーも同様にレンズ２９およびミラー３１と組み合わされ ている。

このレンズとミラーの向きは、レーザー光線を遮蔽窓７全通じてサブストレート １１に投射させ、サブストレート５’ａ’ｅ走査さぜるように時間の関数として 変化でくることができる。

ミラー２５．３１の制御装置３３．３５はそれそｎ、コンピュータｌたけマイク ロプロセッサ３７江よシブログラムすることかでさる。同様に、加熱炉１３２よ ひミラー２５の＝１４御にマ１５ イクロプロセッサを用いることができる。

このような形式の装置において、ガリウムから成るターゲットとＧａｐｓのター ゲットおよびパルスレーザ−を用い、パルスレーザ−の焦点ｋ　Ｉ　Ｃｍ　２の 面Ｓに合わせ、そのパルス当シエネルギー密度金ＩＪ／／ＣＩｒＬ２、パルス時 間を２０ナノ秒、・２ルス周波数ｆをｌＯＨ２、サブストレート１１とターゲッ ト１７との距離’ｒ−１ｃｒｔとすることにより、ＧαＡ♂のエビメそシでル層 を成長させることができる。

このような条件の下で、各パルス期間に瓦射さｎる砒素原子の密度は１０１４原 子／α２でａる。成長速度Ｖ（の・５−１）はＤ　−Ｓ　−ｆ／π、１２ＨＫ等 しい。ここで、Ｎはエピタキシャル層の１α３当りの原子数でろ９、ＧａＡｓの 場合はＮ＝２．２・１０２２ｃ！ＩＬ−３である。

した〃）って、１．５　・１０−８ｃａ／、Ｐつま’）　０．５　μｍ／ｈの成 長速度が得られる。この成長速度は、分子線を用いてエビタチシーを行う場合に 匹敵する。

このよう１Ｍ、長を行うには、ｌず密封容器１門が約１Ｏ−１１Ｔｏｒｒまで真 空にてれる。次に、加熱装置１３が始批してＧαＡｚサブストレートは約６００ Ｃに加熱さｆ、そして、ＧａＡｓのターゲットとガリウムのターゲラｌ所望の周 波数およびエネルギーのパルスにてた食して、砒累凛子稼とガ゛ノワム原子腺同 時に抽田するようにレーザー２１が制御で３る。刀ユクシて、ＧｃＬＡ、？層が サブストレート１１上＜成長する。

この装置ＵＩ　ｎｐのエピタキシャル成長にも使用でさる。上記条件の下で、燐 のターゲットが工ｒＬＰの（１００）年結晶によって作られ、また色素またに染 料を用いた波長が５４０ＯＡで禁制帯鳴が約２．３ｅＶのパルスレーザ−が使用 −ａｈる。てのレーザー光線は、パルス持続時間がｆＪ５ナノ秒、周波数が２０ Ｈｚで約２００ＭＷ／３２のピーク出力レベル、すなわちＩＪ／ｃＩｒＬ２のエ ネルギー密度が得ら扛るように焦点調節される。このような条件で侍られる懺東 に、での９５％以上が燐原子であり、初期にに１０単分子膜／秒つＩす１０μｍ ／Ａの脱着速度ケ得られることもめる。

コＬＤ　、５ｉ長手、＠ハ、工ｒＬＰサブストレートが約３００ＣＶＣ７１Ｄ熱 加熱されることを除けば、前述のＧａＡｓの場合と同じでめる。

いずれの場合に２いても、ターゲットは照射後に約１００Ｃに加熱され、ＩｒＬ Ｐ　ｊたはＱａＡｓのターゲットの表面の再生が図られる。照射して燐または砒 素を放出させた後は、狭面にインジウムｌたはガリウムが非常に豊富になる。

しかし、その後の１００Ｃ加熱で、この過剰なインジウムｌたはガリウムは集合 して大きな島になる。この島と島の間の表面は初期の表面と同一でめる。かくし て、ターゲットの沓生がなされる。

国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、元素の原子束を発生する方法であって、該元素の化合物から成るターゲット を、７ぐルス当りエネルギー線度が該元素の原子放射閾値以上で、かつ該元素ま たは該化合物の溶融閾値未満ノパルスレーサーにより照射することを特徴とする 方法。 ２、該パルスレーサーのパルス持続時開は１マイクロ秒以下の１＠に制御さｎる こと全特徴とする詣釆の範囲第１項に記載の原子線形成１伝。 ３、該元素に元素周期律表の■族の元素でめり、該ターゲットはｍ−ｖ涙２元化 合賽から成ること全特徴とする請求の範囲第１項または第２項のいずｔか１項に 記載の方法。 ４、該元素は燐であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ５、該ターゲットにエルＰから成ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の 方法。 ６、該ターゲットはＧａＰから成ることを特徴とする請求の範囲第４項に記載の 方法。 ７、該元素は砒素であることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の方法。 ８、該ターゲットはＧａＡｔから成ることを特徴とする請求の範囲第７項に記載 の方法。 ９．２元、３元でたに４元の元素％Ｌ＜は化合物めるいはそｎに適宜不純物をド −プしたものから成る絶縁層、半導体層または金属層をエビタ斤シーにより成長 さぞる方法でめって、加熱されたサブストレート上に１つまたは複数の原子束か ら８ 該元素ｌたは化合物のエピタキシャル層を成長させ、該原子束の少なくとも１つ はターゲットヲノルスレーザーにより熱射することによって発生させること全特 徴とする方法。 １０、該エビタチシャル半導体層はｒｎ−ｖ化合勧学導体またはその３元もしく は４元の＝４体を主体として成り、故にｖＨ元累の該原子束が請求の範囲第３項 ないし第８項のいず３か１項に記載の方法により発生ぜしのらｎることｋｍ徴と する請求の範囲第９項に記載の方法。 １１、■族元素のターゲットをパルスレーザ−により照射することによって■族 元素の該原子束が発生ぞしのらｎることｔ％徴とする請求の範囲第１０項に記載 の方法。 １２、ｙ−プ元累ｌたはその化合物から成るターゲツＩｆパルスレーザ−によっ て照射することＶこより発生さぜた該ドープ元素の原子線および／ｌたはイ万ン 祿を加熱された該サブストレートへ当てることによシ、該トゝ−プ元累が眠エピ タキシャル層に注入でれることを特徴とする請求の範囲第９項ないし第１１項の いずｒＬ、ｉ＞１項に記載の方法。 １３、該サブストレートはその表面に温度むら金主じるようにエネルギー線によ って加熱され、該サブストレートのおる領域は温度Ｔまで温度上昇せしのられる が、該サブストレートの他の領域は温度Ｔ＋ΔＴフで温度上昇せしめらｎること 全特徴とする請求の範囲第９項ないし第１２項のいず庇か１項に記載の方法。 １４、該温度むらは、干渉パターン、回折パターンｌｆＪ：、はマスク画像？該 サメストレートの表面に形成することによジＶ工不ルギー線に基づいて得られる ことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。 １５、該温度ひらは、該エネルギー線を該サブストレート表面で移動し、かつ該 移動と同期して該エネルギー耐の強ざを変化させることにより得られることで特 徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。 １６、温度変動量ΔＴは、温度Ｔ＋ΔＴが該エピタキシャル層のゼロ成長速度に 河応する：うな）のでりること全特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。 １７、温度変動量ΔＴζ、該エピタキシャル層の組成が該エピタキシャル層の温 度Ｔ十ΔＴＫ加熱された領域と温度Ｔに加熱された領域との間で相異するような ものであることｉ特徴とする請求の範囲第１３項に記載の方法。 １８、該エネルギー蔵はパルスレーザ−により発生されるこトラ特徴とする請求 の範囲第１３項ないし第１７項のいず牡か１項に記載の方法。 １９、エピタキシーを行うべきサブストレートを支持する手段、該サブストレー トを加熱する手段およびエビタチシャル［−形成するための元素および／または 七の化合物から成る一連のターゲットを支持する手段を有する否海容器と、パル スレーザ−と、該密封容器内の少なくとも１つの該ターゲットに該ノルスレーザ ーの光融を指間させ黒点ビ頑はぞる手段と、該ターゲットを加熱して再生させる 手段とにより構成されることを特徴とするエピタキシー装置。 加、該サブストレート加熱手段はパルスレーザ−（２７）　’ｅ備え　２５２０ １積Ｂ３　ＧＯ−５００８ＧＯ’　（２）ることを特徴とする請求の範囲第１９ 項に記載の装置。