(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空容器と、光もしくは荷電粒子線を発生する気相励起光源と、同気相励起光源から上記の光もしくは荷電粒子線を上記真空容器へ導入する照射管と、同照射管に接続された原料ガス導入管とを具え、上記照射管において、上記気相励起光源と上記原料ガス導入管の接続部分との間に排気手段を具えたことを特徴とする、気相励起装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、気相からの薄膜結晶成長において、原料ガスを高効率で励起し、結晶成長温度の低減，結晶成長速度の向上及び結晶性の向上を図る気相励起装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶性の良い薄膜を低温でなるべく速い結晶成長速度で得るためには、従来、気相成長法における原料ガスの励起が様々な方法で行われている。
ところで、そのほとんどは、図２縦断面図に示すように、ガスを高真空中（＜１０-8Ｔｏｒｒ）に分子線で噴出させるためのノズル０３に対して、直交する方向からレーザ等の光０４をレンズ等で集束し、１点における励起を行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この１点における励起では、光を絞り込む必要性から、その励起領域は小さくならざるを得ず、またガス分子と光との衝突断面積があまり大きくない場合などは、効率的な励起を行うことができない。
さらに、ガスの流れる軸と光の軸とが別々になっているため、励起条件を最適化して、それを再現性良く維持するためには、その位置合せに際して多大の労力が必要である。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みて提案されたもので、ガス分子線の励起を簡便にかつ効率的に行うことを可能とする気相励起装置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】
このような目的を達成するために、本発明の気相励起装置は、真空容器と、光もしくは荷電粒子線を発生する気相励起光源と、同気相励起光源から上記の光もしくは荷電粒子線を上記真空容器へ導入する照射管と、同照射管に接続された原料ガス導入管とを具え、上記照射管において、上記気相励起光源と上記原料ガス導入管の接続部分との間に排気手段を具えたことを特徴とする。
【０００６】
【作用】
一般に、分子密度ｎの気体中を１個の高速粒子が通過するとき、その粒子が気体分子と衝突して励起される確率Ｐはｎ及び高速粒子の通過距離Ｌに比例し、式（１）となる。
Ｐ＝σe ｎＬ    ・・・・・（１）
ここで、σe は励起の衝突断面積と呼ばれる量で、分子の種類や高速粒子のエネルギーに依存している。したがって、σe とｎが一定の系を仮定すると、励起確率は通過距離のみに依存するので、本発明で用いた同軸の配置はガス導入の際に最大の励起効果をもたらすことが明らかである。
すなわち、光あるいは荷電粒子線を原料ガスの導入方向に沿って照射すると、励起源によってガス分子は解離され、エネルギー的に励起される。この原料ガス導入管を気相励起光源と結合させて真空容器に接続することにより、原料ガスを流れの揃った分子間の衝突の内分子線としてその容器中に導入する。
このとき、気相励起光源に設けられた差動排気系により、原料ガスを発光源に逆流させて発光特性を悪化させることなく、その光源は安定に動作する。
【０００７】
【実施例】
まず、本発明の第１実施例を図面について説明すると、図１はその全体縦断面図である。
同図は、Ｓｉ2Ｈ6をガス分子線源として導入し、Ｓ1 薄膜を形成させる反応装置を示すもので、１は図示省略の支持手段により支持された基板２上に薄膜を成長させる成長装置であり、図示省略の排気手段を備えた真空容器１３を具えている。４は成長装置１に貫通接続した気相励起光照射管であり、一端は成長装置１に、他端は気相励起光源としての放電室７にそれぞれ接続される。
放電室７内には、圧力調整されたＸｅ，Ａｒ，Ｈｅなど希ガスを導入するための希ガス導入管８と、放電電圧を印加するための放電電極１１が設けられて、気相励起光源を構成している。
【０００８】
このような装置において、所定の放電電圧を印加することにより発光した光は、１段目，２段目差動排気手段９，１０の接続位置を通過した後、ガス噴出ノズル３より基板２に照射される。
すなわち、上記の光は放電室７の発光部分から基板２まで一直線の構造になっており、光の導入口の途中から原料ガス導入管５の導入口を交差させることにより、ガスの流れの軸と光の軸とを同軸に配置することが可能になる。
このとき、原料ガス導入管５からこの光と同軸方向に導入されたガスは効率的に励起された後、基板２に到達し、成長の源となる。
励起光は、前記の希ガスの種類を成膜したい結晶質（単結晶，多結晶，非晶質）によって変えることができる。
その際、２段の差動排気手段９，１０は、希ガスの反応装置への混入によって膜質の低下及び原料ガスの放電室への逆拡散による放電特性の低下を防いでいる。
【０００９】
ちなみに、この第１実施例において、基板温度６００°Ｃ，原料ガス導入圧５Ｔｏｒｒで成長させたところ、同じ光（Ｘｅ：λ＝１４７ｎｍ，２０Ｗ）をガスの流れの軸に対して垂直に照射したときに比べて、大きな成長速度が得られ、かつ単結晶としての結晶性も維持されていることが確認された。
【００１０】
次に、本発明の第２実施例を説明すると、図１において、Ｓｉ2Ｈ6 ＋ＳｉＨ4／ＰＨ3 及びＳｉ2Ｈ6 ＋ＳｉＨ4／Ｂ2Ｈ6 混合ガスを第１実施例と同一の励起分子線源から導入する。
この第２実施例では、Ｓｉ薄膜の結晶成長を行うとともに、その薄膜中に半導体化するための不純物（Ｐ，Ｂ）を効率的に薄膜中に添加している。
このとき、添加するためのガス種に対して最も効率的なエネルギーをもつ光を自由に選択できる。
【００１１】
この第２実施例において、基板温度５００°Ｃ，原料ガス導入圧５Ｔｏｒｒ（ＰｏｒＢ：１００ｐｐｍ）で成長させたところ、同じ光（Ｘｅ：１４７ｎｍ，２０Ｗ）をガスの流れの軸に対して垂直に照射したときに比べて、大きな成長速度と添加濃度が得られ、かつ単結晶としての結晶性も維持されていることが確認された。
【００１２】
【発明の効果】
本発明は、気相による薄膜結晶成長において、導入する原料ガスの流れの軸と励起する光の軸を同軸に位置するとともに、気相励起光源と原料導入管の照射管への接続部との間で同照射管に排気手段を接続したことにより、気相の励起効率を向上させ、低温で高速に良質の薄膜結晶を得ることを可能にした。
【００１３】
要するに、本発明によれば、真空容器と、光もしくは荷電粒子線を発生する気相励起光源と、同気相励起光源から上記の光もしくは荷電粒子線を上記真空容器へ導入する照射管と、同照射管に接続された原料ガス導入管とを具え、上記照射管において、上記気相励起光源と上記原料ガス導入管の接続部分との間に排気手段を具えたことにより、希ガスの薄膜結晶を成長させた際、大きな成長速度と添加濃度が得られるとともに、単結晶としての結晶性も維持できるものであり、これにより本発明は産業上極めて有益なものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例で使用したＳｉ薄膜成長装置の概略縦断面図である。
【図２】  従来の気相励起装置を示す概略縦断面図である。
【符号の説明】
１  成長装置
２  基板
３  ガス噴出ノズル
４  気相励起光照射管
５  原料ガス導入管
６  励起ガス分子線
７  放電室
８  希ガス導入管
９  １段目差動排気手段
１０  ２段目差動排気手段
１１  放電電極
１２  高圧電源
１３  真空容器
【図１】
0003702005.tif 000002
【図２】
0003702005.tif 000003