JP2000150504A - 薄膜形成方法および薄膜形成装置 - Google Patents
薄膜形成方法および薄膜形成装置Info
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- JP2000150504A JP2000150504A JP10327720A JP32772098A JP2000150504A JP 2000150504 A JP2000150504 A JP 2000150504A JP 10327720 A JP10327720 A JP 10327720A JP 32772098 A JP32772098 A JP 32772098A JP 2000150504 A JP2000150504 A JP 2000150504A
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- solid
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- Chemical Vapour Deposition (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】表面保護膜の堆積方法において、低基板温度で
高スループットの薄膜を同一チャンバ内で連続積層形成
する薄膜の形成方法および薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】レーザアブレーション法により固体原料か
ら生成したプルームと原料元素ガスからなるプラズマを
基板表面で反応せしめ、同一チャンバ内に複数装填した
レーザアブレーションに供する固体原料のチャンバ内で
交換することにより、異種の保護膜を連続的に形成可能
とした。
高スループットの薄膜を同一チャンバ内で連続積層形成
する薄膜の形成方法および薄膜形成装置を実現する。 【解決手段】レーザアブレーション法により固体原料か
ら生成したプルームと原料元素ガスからなるプラズマを
基板表面で反応せしめ、同一チャンバ内に複数装填した
レーザアブレーションに供する固体原料のチャンバ内で
交換することにより、異種の保護膜を連続的に形成可能
とした。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、レーザアブレーシ
ョン法およびプラズマ励起法を用いた薄膜の堆積法に係
り、特に低基板温度で高スループットおよび膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法および形成装置に関する。
ョン法およびプラズマ励起法を用いた薄膜の堆積法に係
り、特に低基板温度で高スループットおよび膜厚均一性
に優れた薄膜の形成方法および形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体レーザや電界効果トランジスタ等
の半導体装置の製造工程において、誘電体薄膜（窒化硅
素，二酸化硅素等）の形成工程に関しては、従来主に気
相化学堆積法（ＣＶＤ）或いは反応性スパッタリング法
が用いられていた。ＣＶＤ法においては、原料として供
給される気体分子は熱或いはプラズマによって分解或い
は励起され薄膜堆積に供されていた。熱分解によって誘
電体薄膜を形成する場合、基板温度は４００℃以上で成
膜している。プラズマ励起による方法では、基板温度は
２５０℃以上で成膜している。
の半導体装置の製造工程において、誘電体薄膜（窒化硅
素，二酸化硅素等）の形成工程に関しては、従来主に気
相化学堆積法（ＣＶＤ）或いは反応性スパッタリング法
が用いられていた。ＣＶＤ法においては、原料として供
給される気体分子は熱或いはプラズマによって分解或い
は励起され薄膜堆積に供されていた。熱分解によって誘
電体薄膜を形成する場合、基板温度は４００℃以上で成
膜している。プラズマ励起による方法では、基板温度は
２５０℃以上で成膜している。
【０００３】また、反応性スパッタリング法では、室温
付近で良質な膜が形成できるものの、異種の薄膜を積層
する場合、異種の固体ターゲットを具備した複数のチャ
ンバ間を試料を移送していた。
付近で良質な膜が形成できるものの、異種の薄膜を積層
する場合、異種の固体ターゲットを具備した複数のチャ
ンバ間を試料を移送していた。
【０００４】最近、上記ＣＶＤ或いは反応性スパッタリ
ング法に替わる方法として、プラズマ蒸着装置が提案さ
れた（（株）エンヤシステムの製品カタログ参照）。こ
の方式では、固体原料を電子線によって蒸発させるた
め、異種のターゲットを１つのチャンバ内にコンパクト
に収納することができる。これにより、１つのチャンバ
内で、例えば、酸化硅素膜と酸化アルミニウム膜を連続
的に成膜することが可能である。
ング法に替わる方法として、プラズマ蒸着装置が提案さ
れた（（株）エンヤシステムの製品カタログ参照）。こ
の方式では、固体原料を電子線によって蒸発させるた
め、異種のターゲットを１つのチャンバ内にコンパクト
に収納することができる。これにより、１つのチャンバ
内で、例えば、酸化硅素膜と酸化アルミニウム膜を連続
的に成膜することが可能である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】前記従来技術の内、熱
分解によるＣＶＤ法では、４００℃以上の高基板温度を
要するため、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電
体薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的
反応により、電気的特性が著しく劣化する。また、プラ
ズマ励起ＣＶＤ法の場合、熱分解によるＣＶＤ法に比し
て低温で形成可能であるが、基板温度の低下に伴い、膜
質も低下する。また、プラズマ中のイオンが半導体表面
に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく素
子の特性が劣化する。反応性スパッタリング法では、室
温で成膜できるが、異種の薄膜を積層する場合、異種の
固体ターゲットを具備した複数のチャンバ間を試料を移
送するため、スループットが極めて悪い。
分解によるＣＶＤ法では、４００℃以上の高基板温度を
要するため、半導体装置の電極金属形成工程の後、誘電
体薄膜を形成した場合、電極金属と半導体基板との熱的
反応により、電気的特性が著しく劣化する。また、プラ
ズマ励起ＣＶＤ法の場合、熱分解によるＣＶＤ法に比し
て低温で形成可能であるが、基板温度の低下に伴い、膜
質も低下する。また、プラズマ中のイオンが半導体表面
に照射されることにより、表面層に欠陥を生じやすく素
子の特性が劣化する。反応性スパッタリング法では、室
温で成膜できるが、異種の薄膜を積層する場合、異種の
固体ターゲットを具備した複数のチャンバ間を試料を移
送するため、スループットが極めて悪い。
【０００６】プラズマ蒸着法は、異種のターゲットを１
つのチャンバ内にコンパクトに収納できるため、反応性
スパッタリング法に比して高スループットで積層膜の形
成が可能であるが、電子線を用いるため構造が複雑とな
り、ターゲットを交換した場合の安定性に問題がある。
つのチャンバ内にコンパクトに収納できるため、反応性
スパッタリング法に比して高スループットで積層膜の形
成が可能であるが、電子線を用いるため構造が複雑とな
り、ターゲットを交換した場合の安定性に問題がある。
【０００７】本発明の目的は、イオン衝撃が小さく、か
つ低温形成が可能であり、かつ、半導体装置の表面保護
工程において要請される連続積層膜形成において、スル
ープットの高い、薄膜の形成方法および薄膜形成装置を
実現することにある。
つ低温形成が可能であり、かつ、半導体装置の表面保護
工程において要請される連続積層膜形成において、スル
ープットの高い、薄膜の形成方法および薄膜形成装置を
実現することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の薄膜形成法にお
いては、薄膜原料として、固体および気体を用いる。固
体原料を蒸発させる手段としてレーザアブレーション法
を用いる。レーザアブレーション法においては、光学窓
を通して真空槽外部から集束したレーザ光を導入し真空
槽内に設置された固体原料表面に照射することによって
原料が気相に放出される。電子ビーム用フィラメントを
用いないため、真空槽の汚染を抑止することができる。
また、原料の蒸発量は、レーザの強度および周波数で真
空槽外部より安定に制御できる。さらに、レーザアブレ
ーションに供する固体原料は、複数個装置内に装填で
き、固体原料の変更が極めて容易であり、相互の汚染も
ない。
いては、薄膜原料として、固体および気体を用いる。固
体原料を蒸発させる手段としてレーザアブレーション法
を用いる。レーザアブレーション法においては、光学窓
を通して真空槽外部から集束したレーザ光を導入し真空
槽内に設置された固体原料表面に照射することによって
原料が気相に放出される。電子ビーム用フィラメントを
用いないため、真空槽の汚染を抑止することができる。
また、原料の蒸発量は、レーザの強度および周波数で真
空槽外部より安定に制御できる。さらに、レーザアブレ
ーションに供する固体原料は、複数個装置内に装填で
き、固体原料の変更が極めて容易であり、相互の汚染も
ない。
【０００９】レーザアブレーションにより生成したプル
ームと外部から導入した気体分子をプラズマ励起し、真
空槽内に装填した基板表面に照射することにより、化合
物薄膜が基板表面に形成される。
ームと外部から導入した気体分子をプラズマ励起し、真
空槽内に装填した基板表面に照射することにより、化合
物薄膜が基板表面に形成される。
【００１０】本方式では、レーザアブレーションに供す
る固体原料を複数個同一チャンバ内に装填することによ
り、異種の薄膜を連続的に高速積層できる。
る固体原料を複数個同一チャンバ内に装填することによ
り、異種の薄膜を連続的に高速積層できる。
【００１１】
【発明の実施の形態】＜実施例１＞図１を用いて第１の
実施例について説明する。本実施例では、固体原料とし
て硅素（Ｓｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を用いてＧ
ａＡｓ（００１）基板上に酸化硅素膜および窒化アルミ
ニウム膜を連続形成する形成方法および形成装置につい
て説明する。
実施例について説明する。本実施例では、固体原料とし
て硅素（Ｓｉ）およびアルミニウム（Ａｌ）を用いてＧ
ａＡｓ（００１）基板上に酸化硅素膜および窒化アルミ
ニウム膜を連続形成する形成方法および形成装置につい
て説明する。
【００１２】まず、チャンバ内に設置されたサセプタ１
にＧａＡｓ（００１）基板２を装填する。サセプタ２に
は基板加熱用ヒータが設置されている。基板２は、回転
機構により毎分１０回転させた。反応槽は、ターボ分子
ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を３×１０-8Torrまで
排気されている。次に、基板２をヒータにより加熱し１
５０℃に保持する。続いて、バルブ４を開きＯ2ガス(流
量５０sccm）を導入する。この時、チャンバの真空度は
１ｍTorrに保つ。導入されたＯ2 ガスは、ヘリコンアン
テナ５にＲＦ電源(１３.５６ＭＨｚ）６から印加された
電力５００Ｗおよび磁気コイル７から発生させた磁場５
０ガウスによりヘリコンプラズマ８が発生し、電離され
る。この時の真空度は５×１０-4Torrであった。続い
て、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ，強度１Ｊ
／cm2 ，周波数１００Ｈｚ）を合成石英製光学窓９を介
してＳｉターゲット１０に照射する。この時、Ｓｉター
ゲット１０からＳｉが蒸発し、プルーム１１が生成す
る。プルーム１１は、ヘリコンプラズマ８と共にプラズ
マ流１２となって、基板２表面に供給され、ＳｉＯ2 膜
が堆積する。この時、合成石英製光学窓９への薄膜の堆
積を防止する目的で、バルブ１３を介して窒素ガスを導
入した。
にＧａＡｓ（００１）基板２を装填する。サセプタ２に
は基板加熱用ヒータが設置されている。基板２は、回転
機構により毎分１０回転させた。反応槽は、ターボ分子
ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を３×１０-8Torrまで
排気されている。次に、基板２をヒータにより加熱し１
５０℃に保持する。続いて、バルブ４を開きＯ2ガス(流
量５０sccm）を導入する。この時、チャンバの真空度は
１ｍTorrに保つ。導入されたＯ2 ガスは、ヘリコンアン
テナ５にＲＦ電源(１３.５６ＭＨｚ）６から印加された
電力５００Ｗおよび磁気コイル７から発生させた磁場５
０ガウスによりヘリコンプラズマ８が発生し、電離され
る。この時の真空度は５×１０-4Torrであった。続い
て、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎｍ，強度１Ｊ
／cm2 ，周波数１００Ｈｚ）を合成石英製光学窓９を介
してＳｉターゲット１０に照射する。この時、Ｓｉター
ゲット１０からＳｉが蒸発し、プルーム１１が生成す
る。プルーム１１は、ヘリコンプラズマ８と共にプラズ
マ流１２となって、基板２表面に供給され、ＳｉＯ2 膜
が堆積する。この時、合成石英製光学窓９への薄膜の堆
積を防止する目的で、バルブ１３を介して窒素ガスを導
入した。
【００１３】上記成膜条件下での堆積速度は、４０ｎｍ
／分であった。また、膜の組成をＲＢＳ法にて分析した
ところ、ほぼ化学量論比組成のＳｉＯ2 膜となっている
ことが判明した。通常のスパッタリング法で成膜した場
合、不純物として％オーダーのアルゴンが混入するが、
本実施例で形成したＳｉＯ2 膜は、反応系にアルゴンを
用いていないため、アルゴンの含有量は検出限界以下で
あった。
／分であった。また、膜の組成をＲＢＳ法にて分析した
ところ、ほぼ化学量論比組成のＳｉＯ2 膜となっている
ことが判明した。通常のスパッタリング法で成膜した場
合、不純物として％オーダーのアルゴンが混入するが、
本実施例で形成したＳｉＯ2 膜は、反応系にアルゴンを
用いていないため、アルゴンの含有量は検出限界以下で
あった。
【００１４】上記方法で、ＳｉＯ2 膜を形成した後、タ
ーゲットをＳｉからＡｌターゲット１４に変更し、ま
た、ヘリコンプラズマに供するガスを、酸素から窒素に
変更することにより容易にＳｉＯ2 膜上に連続的にＡｌ
Ｎ膜を形成することができる。このＡｌＮ膜の弗化水素
酸によるエッチング速度は、ほぼゼロであった。屈折率
は、２.０５ であり、ＭＯＣＶＤで形成した単結晶のＡ
ｌＮ膜とほぼ同等であった。吸収端波長は２５０ｎｍ以
下であった。即ち、赤色レーザ（６５０ｎｍ），青紫色
レーザ（４１０ｎｍ）のレーザ光を吸収することはな
い。膜組成は、ラザフォード後方散乱法を用いて調べ
た。ＡｌとＮの比はほぼ１対１であり、その他の含有不
純物濃度は、１％以下であった。
ーゲットをＳｉからＡｌターゲット１４に変更し、ま
た、ヘリコンプラズマに供するガスを、酸素から窒素に
変更することにより容易にＳｉＯ2 膜上に連続的にＡｌ
Ｎ膜を形成することができる。このＡｌＮ膜の弗化水素
酸によるエッチング速度は、ほぼゼロであった。屈折率
は、２.０５ であり、ＭＯＣＶＤで形成した単結晶のＡ
ｌＮ膜とほぼ同等であった。吸収端波長は２５０ｎｍ以
下であった。即ち、赤色レーザ（６５０ｎｍ），青紫色
レーザ（４１０ｎｍ）のレーザ光を吸収することはな
い。膜組成は、ラザフォード後方散乱法を用いて調べ
た。ＡｌとＮの比はほぼ１対１であり、その他の含有不
純物濃度は、１％以下であった。
【００１５】上記方法で連続形成した２種類の膜をそれ
ぞれ、ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板およびサファイア
基板およびＳｉ基板に堆積させた実験では、膜厚８００
ｎｍまでクラック等の発生は見られなかった。
ぞれ、ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板およびサファイア
基板およびＳｉ基板に堆積させた実験では、膜厚８００
ｎｍまでクラック等の発生は見られなかった。
【００１６】また、ＳｉＯ2 膜（膜厚３００ｎｍ）／Ａ
ｌＮ膜（膜厚５００ｎｍ）の２層積層膜を堆積させた試
料を湿度８５％の条件下で１００℃，２００時間の加湿
試験を行なったところ、何れの基板においても、クラッ
クや剥離は生じなかった。
ｌＮ膜（膜厚５００ｎｍ）の２層積層膜を堆積させた試
料を湿度８５％の条件下で１００℃，２００時間の加湿
試験を行なったところ、何れの基板においても、クラッ
クや剥離は生じなかった。
【００１７】本実施例では、ＳｉＯ2 膜およびＡｌＮ膜
の形成方法について示したが、ヘリコンプラズマに供す
るガス種を変更することにより、様々な酸化膜，窒化膜
の連続堆積が可能である。ＳｉＮ／ＡｌＮ或いはＳｉＯ
2 ／ＳｉＮ或いはＡｌ2Ｏ3／ＡｌＮ：Ｈの何れの膜の積
層構造においても、上記試験において膜剥がれは生じな
かった。
の形成方法について示したが、ヘリコンプラズマに供す
るガス種を変更することにより、様々な酸化膜，窒化膜
の連続堆積が可能である。ＳｉＮ／ＡｌＮ或いはＳｉＯ
2 ／ＳｉＮ或いはＡｌ2Ｏ3／ＡｌＮ：Ｈの何れの膜の積
層構造においても、上記試験において膜剥がれは生じな
かった。
【００１８】＜実施例２＞図１を用いて第２の実施例に
ついて説明する。本実施例では、固体原料として硅素
（Ｓｉ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いてＧ
ａＡｓ（００１）基板上に酸化硅素膜および水素化Ａｌ
Ｎ膜を連続形成する形成方法および形成装置について説
明する。第１の実施例と同様に、まず、チャンバ内に設
置されたサセプタ１にＧａＡｓ（００１）基板２を装填
し、基板２は、回転機構により毎分１０回転させた。反
応槽は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を
３×１０-8Torrまで排気されている。次に、基板２をヒ
ータにより加熱し１５０℃に保持する。続いて、バルブ
４を開きＯ2 ガス（流量５０sccm）を導入する。この
時、チャンバの真空度は１ｍTorrに保つ。次に、ヘリコ
ンアンテナ５にＲＦ電源(１３.５６ＭＨｚ）６から印加
された電力５００Ｗおよび磁気コイル７から発生させた
磁場５０ガウスにより酸素のヘリコンプラズマ８が発生
し、電離される。この時の真空度は５×１０-4Torrであ
った。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ，強度１Ｊ／cm2 ，周波数１００Ｈｚ）を合成石英製
光学窓９を介してＳｉターゲット１０に照射する。この
時、Ｓｉターゲット１０からＳｉが蒸発し、プルーム１
１が生成する。プルーム１１は、ヘリコンプラズマ８と
共にプラズマ流１２となって、基板２表面に供給され、
ＳｉＯ2 膜が堆積する。
ついて説明する。本実施例では、固体原料として硅素
（Ｓｉ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）を用いてＧ
ａＡｓ（００１）基板上に酸化硅素膜および水素化Ａｌ
Ｎ膜を連続形成する形成方法および形成装置について説
明する。第１の実施例と同様に、まず、チャンバ内に設
置されたサセプタ１にＧａＡｓ（００１）基板２を装填
し、基板２は、回転機構により毎分１０回転させた。反
応槽は、ターボ分子ポンプ（ＴＭＰ）により、真空度を
３×１０-8Torrまで排気されている。次に、基板２をヒ
ータにより加熱し１５０℃に保持する。続いて、バルブ
４を開きＯ2 ガス（流量５０sccm）を導入する。この
時、チャンバの真空度は１ｍTorrに保つ。次に、ヘリコ
ンアンテナ５にＲＦ電源(１３.５６ＭＨｚ）６から印加
された電力５００Ｗおよび磁気コイル７から発生させた
磁場５０ガウスにより酸素のヘリコンプラズマ８が発生
し、電離される。この時の真空度は５×１０-4Torrであ
った。続いて、ＡｒＦエキシマレーザ（波長１９３ｎ
ｍ，強度１Ｊ／cm2 ，周波数１００Ｈｚ）を合成石英製
光学窓９を介してＳｉターゲット１０に照射する。この
時、Ｓｉターゲット１０からＳｉが蒸発し、プルーム１
１が生成する。プルーム１１は、ヘリコンプラズマ８と
共にプラズマ流１２となって、基板２表面に供給され、
ＳｉＯ2 膜が堆積する。
【００１９】続いて、水素化ＡｌＮ膜の連続形成法につ
いて説明する。ＳｉＯ2 膜を形成した後、ターゲットを
ＳｉからＡｌＮターゲット１５に変更し、また、ヘリコ
ンプラズマに供するガスを、酸素から水素に変更する。
ＡｌＮは、エキシマレーザ照射により蒸発し、水素のヘ
リコンプラズマと共に基板２の表面に供給され、水素化
ＡｌＮ膜が形成される。この水素化ＡｌＮ膜の堆積速度
は、３０ｎｍ／min であった。水素の含有量は、１０％
程度であり、Ｘ線回折の結果から、アモルファス状態で
あることが判明した。屈折率は、２.０３ であり、Ａｌ
Ｎ膜とほぼ同等であった。吸収端波長は２５０ｎｍ以下
であった。即ち、赤色レーザ（６５０ｎｍ），青紫色レ
ーザ（４１０ｎｍ）のレーザ光を吸収することはない。
いて説明する。ＳｉＯ2 膜を形成した後、ターゲットを
ＳｉからＡｌＮターゲット１５に変更し、また、ヘリコ
ンプラズマに供するガスを、酸素から水素に変更する。
ＡｌＮは、エキシマレーザ照射により蒸発し、水素のヘ
リコンプラズマと共に基板２の表面に供給され、水素化
ＡｌＮ膜が形成される。この水素化ＡｌＮ膜の堆積速度
は、３０ｎｍ／min であった。水素の含有量は、１０％
程度であり、Ｘ線回折の結果から、アモルファス状態で
あることが判明した。屈折率は、２.０３ であり、Ａｌ
Ｎ膜とほぼ同等であった。吸収端波長は２５０ｎｍ以下
であった。即ち、赤色レーザ（６５０ｎｍ），青紫色レ
ーザ（４１０ｎｍ）のレーザ光を吸収することはない。
【００２０】上記方法で形成した水素化ＡｌＮ(ＡｌＮ
Ｈ)膜を、ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板およびサファ
イア基板およびＳｉ基板に堆積させた実験では、膜厚１
０００ｎｍまでクラック等の発生は見られなかった。
Ｈ)膜を、ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板およびサファ
イア基板およびＳｉ基板に堆積させた実験では、膜厚１
０００ｎｍまでクラック等の発生は見られなかった。
【００２１】また、ＳｉＯ2 膜（膜厚３００ｎｍ）／水
素化ＡｌＮ膜（膜厚７００ｎｍ）の２層積層膜を堆積さ
せた試料を湿度８５％の条件下で１００℃，２００時間
の加湿試験を行なったところ、何れの基板においても、
クラックや剥離は生じなかった。
素化ＡｌＮ膜（膜厚７００ｎｍ）の２層積層膜を堆積さ
せた試料を湿度８５％の条件下で１００℃，２００時間
の加湿試験を行なったところ、何れの基板においても、
クラックや剥離は生じなかった。
【００２２】＜実施例３＞本発明の第３の実施例を図２
〜図３を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送
システムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添
加光ファイバ増幅器励起用０.９８μｍ 帯高出力半導体
レーザに適用したものである。図２はファブリ・ペロー
型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図３
（ａ）は断面構造を、図３（ｂ）は活性層の拡大図を示
している。
〜図３を用いて説明する。本実施例は、本発明を光伝送
システムで中継器あるいは受信器に用いられる希土類添
加光ファイバ増幅器励起用０.９８μｍ 帯高出力半導体
レーザに適用したものである。図２はファブリ・ペロー
型共振器を有する半導体レーザの平面構造を、図３
（ａ）は断面構造を、図３（ｂ）は活性層の拡大図を示
している。
【００２３】次に、素子の作製方法について述べる。ｎ
−ＧａＡｓ基板４０５上にＧａＡｓバッファ層４０６，
ＧａＡｓに格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層４０
７，Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y障壁層(ｘ＝０.８２，ｙ＝
０.６３，障壁層厚３５ｎｍ)４１７とＩｎzＧａ1-zＡｓ
歪量子井戸層(ｚ＝０.１６，井戸層厚７ｎｍ）４１８か
ら構成される歪量子井戸活性層４０８，ＧａＡｓ基板に
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４０９，ｐ−Ｇ
ａＡｓ光導波路層４１０，ＧａＡｓに格子整合したｐ−
ＩｎＧａＰクラッド層４１１，ｐ−ＧａＡｓキャップ層
４１２をＭＯＶＰＥ法、またはガスソースＭＢＥ法、ま
たはＣＢＥ法により順次形成する。
−ＧａＡｓ基板４０５上にＧａＡｓバッファ層４０６，
ＧａＡｓに格子整合したｎ−ＩｎＧａＰクラッド層４０
７，Ｉｎ1-xＧａxＡｓyＰ1-y障壁層(ｘ＝０.８２，ｙ＝
０.６３，障壁層厚３５ｎｍ)４１７とＩｎzＧａ1-zＡｓ
歪量子井戸層(ｚ＝０.１６，井戸層厚７ｎｍ）４１８か
ら構成される歪量子井戸活性層４０８，ＧａＡｓ基板に
格子整合したｐ−ＩｎＧａＰクラッド層４０９，ｐ−Ｇ
ａＡｓ光導波路層４１０，ＧａＡｓに格子整合したｐ−
ＩｎＧａＰクラッド層４１１，ｐ−ＧａＡｓキャップ層
４１２をＭＯＶＰＥ法、またはガスソースＭＢＥ法、ま
たはＣＢＥ法により順次形成する。
【００２４】次に、酸化膜をマスクに、ホトエッチング
工程により図３（ａ）に示すようなリッジを形成する。
このときのエッチングはウエット，ＲＩＥ，ＲＩＢＥ，
イオンミリング等、方法を問わない。エッチングはＰ−
ＧａＡｓ光導波路層４１０を完全に除去し、かつ歪量子
井戸活性層４０８に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラ
ッド層４０９の途中で止まるようにする。
工程により図３（ａ）に示すようなリッジを形成する。
このときのエッチングはウエット，ＲＩＥ，ＲＩＢＥ，
イオンミリング等、方法を問わない。エッチングはＰ−
ＧａＡｓ光導波路層４１０を完全に除去し、かつ歪量子
井戸活性層４０８に達しないようにｐ−ＩｎＧａＰクラ
ッド層４０９の途中で止まるようにする。
【００２５】次に、エッチングマスクとして用いた酸化
膜を選択成長のマスクとして、図３（ａ）に示すように
ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層４１３をＭＯＶＰＥ法により
選択成長する。その後成長炉からウエハを取り出し、選
択成長マスクとして用いた酸化膜をエッチングにより除
去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１４をＭ
ＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側オーミ
ック電極４１５，ｎ側オーミック電極４１６を形成した
後、劈開法により共振器長約９００μｍのレーザ素子を
得る。
膜を選択成長のマスクとして、図３（ａ）に示すように
ｎ−ＩｎＧａＰ電流狭窄層４１３をＭＯＶＰＥ法により
選択成長する。その後成長炉からウエハを取り出し、選
択成長マスクとして用いた酸化膜をエッチングにより除
去する。その後、ｐ−ＧａＡｓコンタクト層４１４をＭ
ＯＶＰＥ法またはＭＢＥ法により形成する。ｐ側オーミ
ック電極４１５，ｎ側オーミック電極４１６を形成した
後、劈開法により共振器長約９００μｍのレーザ素子を
得る。
【００２６】この後、素子の前面（ｚ＝Ｌ）に実施例２
に示した方法で形成した、厚さ１０ｎｍのＡｌＮＨ膜３
０１と厚さλ／４（λ：発振波長）の酸化硅素（ＳｉＯ
2 ）薄膜３０２とからなる２層膜による低反射（ＡＲ）
膜３０３を、素子の後面（ｚ＝０）にＳｉＯ2 薄膜とＡ
ｌＮＨ膜とからなる８層膜による高反射（ＨＲ）膜３０
４を形成した。その後、素子を接合面を下にして、ヒー
トシンク上にボンディングした。
に示した方法で形成した、厚さ１０ｎｍのＡｌＮＨ膜３
０１と厚さλ／４（λ：発振波長）の酸化硅素（ＳｉＯ
2 ）薄膜３０２とからなる２層膜による低反射（ＡＲ）
膜３０３を、素子の後面（ｚ＝０）にＳｉＯ2 薄膜とＡ
ｌＮＨ膜とからなる８層膜による高反射（ＨＲ）膜３０
４を形成した。その後、素子を接合面を下にして、ヒー
トシンク上にボンディングした。
【００２７】試作した素子は、しきい値電流約１０ｍＡ
で室温連続発振し、その発振波長は約０.９８μｍ であ
った。また、素子は６００ｍＷまで安定に横単一モード
発振した。また、光出力を増加させても端面劣化は起こ
らず、最大光出力９５０ｍＷは熱飽和により制限され
た。また、５０素子について環境温度８０°Ｃの条件下
で２００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動
電流は約２８０ｍＡであり、全ての素子で１０万時間以
上安定に動作した。
で室温連続発振し、その発振波長は約０.９８μｍ であ
った。また、素子は６００ｍＷまで安定に横単一モード
発振した。また、光出力を増加させても端面劣化は起こ
らず、最大光出力９５０ｍＷは熱飽和により制限され
た。また、５０素子について環境温度８０°Ｃの条件下
で２００ｍＷ定光出力連続駆動させたところ、初期駆動
電流は約２８０ｍＡであり、全ての素子で１０万時間以
上安定に動作した。
【００２８】
【発明の効果】本発明によれば、同一チャンバ内で、酸
化膜および窒化膜を連続成長することができる。レーザ
アブレーションと反応性プラズマを同時に用いることに
より、相互汚染のない薄膜を連続積層することができ、
従来の半導体素子の表面保護膜に比して、素子の高寿命
化を達成することができる。
化膜および窒化膜を連続成長することができる。レーザ
アブレーションと反応性プラズマを同時に用いることに
より、相互汚染のない薄膜を連続積層することができ、
従来の半導体素子の表面保護膜に比して、素子の高寿命
化を達成することができる。
【図１】第１および第２の実施例に用いた薄膜形成装置
の断面図。
の断面図。
【図２】第３の実施例に用いた半導体レーザの平面図。
【図３】第３の実施例に用いた半導体レーザの断面図。
１…サセプタ、２…基板、３…ヒータ、４…ガス導入口
バルブ、５…ヘリコンアンテナ、６…ＲＦ電源、７…磁
気コイル、８…ヘリコンプラズマ、９…合成石英窓、１
０…Ｓｉターゲット、１１…プルーム、１２…プラズマ
流、１３…パージガス導入口バルブ、１４…Ａｌターゲ
ット、３０１…ＡｌＮＨ層、３０２…ＳｉＯ2 層、３０
３…ＡＲ膜、３０４…ＨＲ膜、４０５…基板、４０６…
バッファ層、４０７…クラッド層、４０８…活性層、４
０９…クラッド層、４１０…光導波路層、４１１…クラ
ッド層、４１２…キャップ層、４１３…電流狭窄層、４
１４…コンタクト層、４１５…ｐ型オーミック層、４１
６…ｎ型オーミック層、４１７…障壁層、４１８…歪量
子井戸層。
バルブ、５…ヘリコンアンテナ、６…ＲＦ電源、７…磁
気コイル、８…ヘリコンプラズマ、９…合成石英窓、１
０…Ｓｉターゲット、１１…プルーム、１２…プラズマ
流、１３…パージガス導入口バルブ、１４…Ａｌターゲ
ット、３０１…ＡｌＮＨ層、３０２…ＳｉＯ2 層、３０
３…ＡＲ膜、３０４…ＨＲ膜、４０５…基板、４０６…
バッファ層、４０７…クラッド層、４０８…活性層、４
０９…クラッド層、４１０…光導波路層、４１１…クラ
ッド層、４１２…キャップ層、４１３…電流狭窄層、４
１４…コンタクト層、４１５…ｐ型オーミック層、４１
６…ｎ型オーミック層、４１７…障壁層、４１８…歪量
子井戸層。
フロントページの続き Ｆターム(参考） 4K029 AA04 BA46 BA58 BB02 BD01 CA04 DB20 DD02 5F045 AA12 AA16 AB10 AB32 AB40 AC11 AC15 AD05 AE13 AF04 AF09 BB13 CA12 DC64 DP05 EH16 GB12 HA22 5F058 BA04 BB02 BC02 BC09 BF07 BF09 BJ03
Claims (8)
- 【請求項１】少なくとも２つの元素から構成される薄膜
の第１の構成元素原料が固体であって、第２の構成元素
原料が気体分子である薄膜の形成方法において、第１の
構成元素の固体原料をレーザアブレーション法によって
蒸発せしめ、第２の構成元素の気体原料をプラズマ励起
し、基板表面に上記２種の原料を供給し、基板表面に薄
膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項２】少なくとも３つの元素から構成される薄膜
の第１および第２の構成元素原料が第１および第２の元
素から成る固体化合物であって、第３の構成元素原料が
気体分子である薄膜の形成方法において、第１および第
２の構成元素の固体化合物原料をレーザアブレーション
法によって蒸発せしめ、第３の構成元素の気体原料をプ
ラズマ励起し、基板表面に上記３種の原料を供給し、基
板表面に薄膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形
成方法。 - 【請求項３】少なくとも３つの元素から構成される薄膜
の第１の構成元素原料が固体であって、第２および第３
の構成元素原料が気体分子である薄膜の形成方法におい
て、第１および第２の構成元素の固体原料をレーザアブ
レーション法によって蒸発せしめ、第２および第３の構
成元素の気体原料をプラズマ励起し、基板表面に上記３
種の原料を供給し、基板表面に薄膜を堆積せしめること
を特徴とする薄膜の形成方法。 - 【請求項４】請求項１ないし３のいずれか記載の方法に
おいて、レーザアブレーションによって生成されたプル
ームを、プラズマ励起した後に基板表面に供給し、基板
表面に薄膜を堆積せしめることを特徴とする薄膜の形成
方法。 - 【請求項５】固体原料蒸発装置と気体原料導入部とプラ
ズマ励起装置と基板サセプタを具備した薄膜形成装置に
おいて、レーザ光導入用光学窓とレーザ光集束用光学系
と固体ターゲットからなる固体原料蒸発装置を具備した
薄膜形成装置。 - 【請求項６】請求項５の薄膜形成装置において、固体原
料蒸発装置と基板サセプタの間にプラズマ励起装置を配
置したことを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項７】請求項５または６記載の装置において、固
体原料蒸発装置のターゲット保持部に少なくとも２つの
ターゲットと基板サセプタの間にプラズマ励起装置を配
置したことを特徴とする薄膜形成装置。 - 【請求項８】請求項１ないし４のいずれか記載の方法に
より形成された薄膜を、光共振器端面に設けたことを特
徴とする半導体発光素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10327720A JP2000150504A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10327720A JP2000150504A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000150504A true JP2000150504A (ja) | 2000-05-30 |
Family
ID=18202244
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10327720A Pending JP2000150504A (ja) | 1998-11-18 | 1998-11-18 | 薄膜形成方法および薄膜形成装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000150504A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005035440A1 (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Japan Science And Technology Agency | 軽元素錯体水素化物膜及びその合成方法 |
| JP2006063432A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Japan Science & Technology Agency | 成膜装置用マルチソース機構 |
| JP2008504433A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-02-14 | セムテクノロジー カンパニー リミテッド | 固体元素プラズマ生成方法及びそのプラズマソース |
| CN107884918A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种强磁场下高能紫外激光导入装置 |
-
1998
- 1998-11-18 JP JP10327720A patent/JP2000150504A/ja active Pending
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2005035440A1 (ja) * | 2003-10-10 | 2005-04-21 | Japan Science And Technology Agency | 軽元素錯体水素化物膜及びその合成方法 |
| JPWO2005035440A1 (ja) * | 2003-10-10 | 2006-12-21 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 軽元素錯体水素化物膜及びその合成方法 |
| JP4576337B2 (ja) * | 2003-10-10 | 2010-11-04 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 軽元素錯体水素化物膜及びその合成方法 |
| JP2008504433A (ja) * | 2004-05-28 | 2008-02-14 | セムテクノロジー カンパニー リミテッド | 固体元素プラズマ生成方法及びそのプラズマソース |
| JP2006063432A (ja) * | 2004-08-30 | 2006-03-09 | Japan Science & Technology Agency | 成膜装置用マルチソース機構 |
| JP4678620B2 (ja) * | 2004-08-30 | 2011-04-27 | 独立行政法人科学技術振興機構 | 成膜装置用マルチソース機構 |
| CN107884918A (zh) * | 2017-11-13 | 2018-04-06 | 中国科学院合肥物质科学研究院 | 一种强磁场下高能紫外激光导入装置 |
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