(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空状態に密封可能とした容器の内部に設けた基板固定手段に基板を固定し、前記基板に対向して膜を構成する液体または固体の材料を保持する材料保持手段を設け、前記容器の内部に導入されたスパッタリング用ガスを放電機構部により電離して放電プラズマを生成し、該放電プラズマ中の荷電粒子を前記材料表面に照射することによりスパッタされた該材料の中性粒子および励起粒子を前記基板に堆積させて薄膜を形成する薄膜材料の形成装置において、
前記容器の内部に前記基板の面積と略等大の貫通穴を形成した仕切り板を取付けて基板収容部とプラズマ発生部とに区分し、
前記基板収容部に前記仕切り板の貫通穴と同心状にかつ該仕切り板に対し間隔をあけて平行状に基板を固定する基板固定手段を配置し、
前記プラズマ発生部の底部に設けた電極を陰極とする一方、該プラズマ発生部の内壁面部を陽極とする電極対間に放電を生起させて該プラズマ発生部内に導入されたスパッタリング用ガスを電離する放電機構部を配置するとともに前記陰極の上方で前記仕切り板の貫通穴と同心状に間隔をあけて前記材料を保持する材料保持手段を配置し、
前記材料保持手段に保持された材料表面を負電位に設定して前記放電プラズマ中のイオン引込みを促進する負バイアス電圧印加手段を配置し、
前記仕切り板の貫通穴の周辺部に該貫通穴を横断して前記基板固定手段に固定された基板面に平行状の直流磁界を発生する磁界発生部を配置し、
前記放電機構部に供給される放電電力と前記負バイアス電圧印加手段により前記材料表面に印加する負バイアス電圧とを調整することにより、前記プラズマ発生部から前記仕切り板の貫通穴に案内されるプラズマ中の中性粒子および励起された中性粒子の基板への流量を制御するとともに、前記貫通穴を横断する直流磁界と協働して該プラズマ中の高エネルギー電子の前記基板への入射量を抑制するように構成したことを特徴とする薄膜材料の形成装置。
【請求項２】
仕切り板に設ける貫通穴の内周面は、容器内の基板収容部側からプラズマ発生部側に向けて拡大するテーパ面としたことを特徴とする請求項１に記載の薄膜材料の形成装置。
【請求項３】
プラズマ発生部に設けた陰極の上方に配置される材料保持手段の材料保持部が仕切り板の貫通穴と同心状に間隔をあけて配置された基板に対し前記陰極を隠蔽するように設けたことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の薄膜材料の形成装置。
【請求項４】
プラズマ発生部に、材料保持部に保持される材料に対し反応性を有すると反応性ガスと希ガスから選択される少なくとも1種類のガスとを、それぞれ所定の割合で個別に導入するガス導入部を設けた請求項１〜請求項３のいずれかに記載の薄膜材料の形成装置。
【請求項５】
材料保持部材に保持される膜を構成する材料がＧａとされ、プラズマ発生部にガス導入部を介して導入されるスパッタリング用ガスが前記Ｇａ材料と反応可能な窒素Ｎ2ガスと希ガスとの混合ガスとされ、プラズマ発生部内の放電機構部により前記混合ガスの放電プラズマを生成し、前記放電機構部に供給される放電電力と負バイアス電圧印加手段により前記材料表面に印加する負バイアス電圧とを調整することにより、前記プラズマ発生部で放電プラズマ中の混合ガスの荷電粒子による前記Ｇａ材料のスパッタリングで生成されるＧａ材料の中性粒子、その励起中性粒子および該Ｇａ材料から放出された２次電子並びに前記混合ガスの放電プラズマに含まれる窒素ガスの中性粒子、その励起中性粒子および高エネルギー電子を含むプラズマが前記仕切り板の貫通穴に案内された際、前記プラズマ中の中性粒子および励起された中性粒子の基板への流量を制御するとともに前記貫通穴を横断する直流磁界と協働して前記プラズマ中の高エネルギー電子の前記基板への入射量を抑制して該基板面にＧａＮ薄膜を形成するように構成したことを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の薄膜材料の形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜材料の形成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
窒化ガリウムは、既に発光素子として開発されており、実用化されている。発光素子として利用する場合の窒化ガリウム半導体薄膜作成法は既に公知で基板の温度管理が重要であることが指摘されている。
通常、品質のよい薄膜を形成するには、基板温度を３００℃以上の高温に保ち、アンモニアなどの有毒ガスを供給することによって、基板表面で化学反応を生じさせることが必要である（特許文献１等参照）。すなわち、高い基板温度は活発な反応と均一な薄膜材料の実現には不可欠な要素と考えられてきた。
【０００３】
しかしながら、これまでの製法のように常温に比べて高い温度にて薄膜材料を作製した場合、窒化ガリウムと基板の熱膨張係数の差に起因して、窒化ガリウム薄膜を常温まで下げる過程において多数のクラックが発生し、半導体としての特性が劣化するという問題があった。この問題により、均一で高品質な窒化ガリウム半導体が供給されないため、窒化ガリウム半導体が持つ高速・高熱伝導性半導体材料としての利用分野が限られていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平５−２０６５２０号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みて、低温で有毒ガス等を発生させることなく基板上に薄膜材料を形成することができる薄膜材料の形成装置を提供することを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の発明者は、上記種々の問題点を解消するために、鋭意検討を重ねた結果、基板表面に窒化ガリウムを堆積させるにあたり、熱平衡系とは異なるプラズマ状態を利用し、薄膜を構成する材料をスパッタするためのスパッタリング用ガスとかスパッタされた該材料の原子・分子が保有する運動エネルギーや、プラズマ内に生成される中性励起原子・分子の励起エネルギーを、該窒化ガリウムの化学反応エネルギーの供給源として利用すれば、基板を常温に保った状態で薄膜を形成できるとの推論に基づき、本発明を完成するに至った。
【００１２】
本発明の薄膜材料の形成装置は、真空状態に密封可能とした容器の内部に設けた基板固定手段に基板を固定し、前記基板に対向して膜を構成する液体または固体の金属材料を保持する材料保持手段を設け、前記容器の内部に導入されたスパッタリング用ガスを放電機構部により電離して放電プラズマを生成し、該放電プラズマ中の荷電粒子を前記材料表面に照射することによりスパッタされた該材料の中性粒子および励起粒子を前記基板に堆積させて薄膜を形成する薄膜材料の形成装置において、
前記容器の内部に前記基板の面積と略等大の貫通穴を形成した仕切り板を取付けて基板収容部とプラズマ発生部とに区分し、前記基板収容部に前記仕切り板の貫通穴と同心状にかつ該仕切り板に対し間隔をあけて平行状に基板を固定する基板固定手段を配置し、前記プラズマ発生部の底部に設けた電極を陰極とする一方、該プラズマ発生部の内壁面部を陽極とする電極対間に放電を生起させて該プラズマ発生部内に導入されたスパッタリング用ガスを電離する放電機構部を配置するとともに前記陰極の上方で前記仕切り板の貫通穴と同心状に間隔をあけて前記材料を保持する材料保持手段を配置し、前記材料保持手段に保持された材料表面を負電位に設定して前記放電プラズマ中のイオン引込みを促進する負バイアス電圧印加手段を配置し、
前記仕切り板の貫通穴の周辺部に該貫通穴を横断して前記基板固定手段に固定された基板面に平行状の直流磁界を発生する磁界発生部を配置し、
前記放電機構部に供給される放電電力と前記負バイアス電圧印加手段により前記材料表面に印加する負バイアス電圧とを調整することにより、前記プラズマ発生部から前記仕切り板の貫通穴に案内されるプラズマ中の中性粒子および励起された中性粒子の基板への流量を制御するとともに、前記貫通穴を横断する直流磁界と協働して該プラズマ中の高エネルギー電子の前記基板への入射量を抑制するように構成したことを特徴とする。
【００１３】
前記薄膜材料の形成装置では、仕切り板に設ける貫通穴の内周面は、容器内の基板収容部側からプラズマ発生部側に向けて拡大するテーパ面とされる。
また、プラズマ発生部に設けた陰極の上方に配置される材料保持手段の材料保持部が仕切り板の貫通穴と同心状に間隔をあけて配置された基板に対し前記陰極を隠蔽するように設けられる。
さらに、プラズマ発生部に、材料保持部に保持される材料に対し反応性を有すると反応性ガスと希ガスから選択される少なくとも1種類のガスとを、それぞれ所定の割合で個別に導入するガス導入部を設けられる。
【００１４】
また、本発明の形成装置では、材料保持部材に保持される膜を構成する材料がＧａとされ、プラズマ発生部に導入されるスパッタリング用ガスが前記Ｇａ材料と反応可能な窒素Ｎ2ガスと希ガスとの混合ガスとされ、プラズマ発生部内の放電機構部により前記混合ガスの放電プラズマを生成し、該放電機構部に供給される放電電力と負バイアス電圧印加手段により前記材料表面に印加する負バイアス電圧とを調整することにより、前記プラズマ発生部で放電プラズマ中の混合ガスの荷電粒子による前記Ｇａ材料のスパッタリングで生成されるＧａ材料の中性粒子、その励起中性粒子および該Ｇａ材料から放出された２次電子並びに前記混合ガスの放電プラズマに含まれる窒素ガスの中性粒子、その励起中性粒子および高エネルギー電子を含むプラズマが前記仕切り板の貫通穴に案内された際、前記プラズマ中の中性粒子および励起された中性粒子の基板への流量を制御するとともに前記貫通穴を横断する直流磁界と協働して前記プラズマ中の高エネルギー電子の前記基板への入射量を抑制して該基板面にＧａＮ薄膜が形成される。
【００１６】
【発明の効果】
本発明の薄膜材料の形成装置によれば、膜を構成する材料のスパッタ粒子はプラズマ発生部に発生させたスパッタリング用ガスの放電プラズマに含まれる高エネルギーの励起荷電粒子を用いるものであり、プラズマ発生部１２に設けた放電機構部に供給する放電電力および前記材料表面の負電位を設定する負バイアス電圧印加手段による負バイアス電圧を増大して前記材料をスパッタするイオン生成量および材料７のスッパタ量を増大する場合でも、材料表面部と仕切り板の貫通穴の周縁部との間の浮遊イオン層、いわゆる、イオンシースを形成することにより、該イオンシースを構成するプラズマ中の高エネルギー電子を含む荷電粒子密度を自動的に低下させてスパッタされた材料原子、その励起原子、反応性ガスの原子およびその励起原子等の中性粒子の基板４への流量を増大し、成膜速度を高めることができます。これと同時に、前記直流磁界Ｇ１と協働して該プラズマ中の高エネルギー電子の基板４への入射量を抑制することができ、基板は高エネルギー電子の衝突による加熱が抑制されることから、基板４を比較的低温に保持したまま薄膜材料を形成することができ、薄膜形成後に室温（常温）まで自然冷却しても当該形成薄膜にクラックを生じるといった不具合を回避することができます。
また、成膜工程時、高エネルギーのプラズマを利用するので、特に有毒なガス、危険なガスの使用が不必要となるため、安全上においても好ましい技術が実現できる。プラズマ内部の電位分布を適切に制御できるので劣化の少ない薄膜を作製できる。
【００１７】
仕切り板３の貫通穴３１の内周面は、基板収容部１１側からプラズマ発生部１２側に向かって径が徐々に拡大するテーパ面となっているので、仕切り板３の貫通穴３１の内周面がプラズマ中のイオンの照射によりスパッタされても、該仕切り板３の不純物粒子がプラズマ側に戻り、基板側に到達しにくい。したがって、基板上の薄膜への不純物の混入を抑制することができる。
更に、基板面が材料保持手段の保持部により放電機構部の陰極から隠蔽されるように設けたから、、放電機構部が放電を行う際、陰極材料の蒸発粒子が放出されても、該蒸発粒子の基板面への入射が阻止され、薄膜への陰極材料不純物の混入を防止することができる。
更にまた、筒状容器のプラズマ発生部に少なくとも２以上のガス導入部を設けた薄膜形成装置によれば、１つのガス導入部に希ガスから選択したスパッタリング用ガスと、薄膜の構成成分を含む少なくとも1つの反応性ガスとをプラズマ発生部に導入することができ、窒素ガスのプラズマイオンでスパッタリングしにくいプラズマ中で金属ガリウム表面に形成された窒素過多の黒化窒化ガリウムがアルゴン等の希ガスのプラズマイオンによるスパッタリングによって排除され、窒化皮膜のない金属ガリウムが表面に露出し、ガリウム原子が基板側へ効率よく供給される。
【００１８】
更にまた、本発明の装置によれば、低温度条件下で窒化ガリウムＧａＮ膜を形成することができる。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明を、その実施の形態をあらわす図面を参照しつつ詳しく説明する。
図１および図２は本発明にかかる薄膜材料形成装置の１つの実施の形態をあらわしている。
【００２２】
図１および図２に示すように、この形成装置１は、円筒を立てた形状の容器２の内部に仕切り板３を取付けて基板収容部１１とプラズマ発生部１２とに区分され、たとえば、薄膜材料としての窒化ガリウム膜の形成に用いられる。
基板収容部１１に基板固定手段が配置され、該基板固定手段に薄膜材料を堆積させるシリコン等で形成された基板４の堆積面をプラズマ発生部１２側に向けて固定され、基板収容部１１の壁面に内部を高真空状態に減圧できる排気経路１３が開口している。
【００２３】
仕切り板３は、ステンレス鋼、窒化ホウ素、石英ガラス等を用いて形成され、反応部１１に固定された基板４と対向する部分に、最小径部が基板４の面と略等大の貫通穴３１が形成され、該貫通穴３１の内周面がプラズマ発生部側に向かって徐々に拡大される、すなわち、テーパ面となっている。このテーパ面の傾斜角度は、特に限定されないが、３０°〜６０°、好ましくは、略４５°とされる。
また、仕切り板３の貫通穴３１の周辺部に、２つの永久磁石Ｍ１が埋め込まれ、図１中、反応部１１に収容された基板４の前方で該基板面に平行状に貫通穴３１を横断する直流磁界Ｇ１を形成している。
【００２４】
なお、この仕切り板３は、貫通穴３１に案内されるプラズマの密度、特に、該プラズマ中の荷電粒子密度を減少させるために用いられるもので、１ｃｍ程度以上の厚みを有することが望ましい。
プラズマ発生部１２には、その周囲に８つの永久磁石Ｍ２がその周囲にプラズマ発生部１２側に向かってＮ極とＳ極とを交互に向けるように放射状に設けられ、２点鎖線で示すようなプラズマ閉じ込め用の磁界Ｇ２がプラズマ発生部１２の内部に形成される。
【００２５】
また、プラズマ発生部１２には、材料保持手段５と、放電機構の一方を構成する陰極６とが設けられている。
材料保持手段５は、円盤状をしていて、上面に材料である金属ガリウム７を受ける凹部５３を備えた保持部５１が後述するプラズマの略中央部に位置するように支柱部５２を介してプラズマ発生部１２の底１２ａに支持されている。
【００２６】
また、材料保持手段５は、保持部５１が保持される液体金属ガリウムと反応しないモリブデンなどの材質で形成されるとともに、保持部５１および支柱部５２の外面が、プラズマの直接照射を避けるためにアルミナや石英ガラス等で被覆されている。
なお、基板４と保持部５１上の金属ガリウム７との間隔を短くすることにより、スパッタされたガリウム原子の流れが基板に到達する割合を増大させることができるが、あまり近づけると保持部５１と仕切り板３との間でプラズマが挟まれ、ガリウム表面の前方部のプラズマ密度が減少し、スパッタの絶対量が減少するために、全体としてガリウム原子の流量が減少することになる。また、プラズマ密度の減少は窒素イオンや混入したガス種の励起原子・分子の流れも減少させるので距離の設定は運転圧力、プラズマの電子温度、密度に応じて決める必要があるが、スパッタ粒子の平均自由行程などから１０ｃｍ程度の間隔が適当である。
【００２７】
陰極６は、基板４に対して材料保持部５１がブラインドになる位置に設けられていて、放電機構の一方を構成する陽極であるプラズマ発生部１２の周壁面との間で放電するようになっている。
さらに、プラズマ発生部１２の底１２ａには、２つの流量調節機能付きのガス導入経路８が開口している。
【００２８】
つぎに、この形成装置１を用いた本発明の薄膜材料の形成方法の１つの実施の形態である窒化ガリウム薄膜の形成方法を詳しく説明する。
この窒化ガリウム薄膜の形成方法は、まず、容器２内が０．００００１Ｐａ程度になるまで真空ポンプ（図示せず）によって、排気経路１３を介して容器内のガスを排気するとともに、十分な焼きだしを行って容器２内の炭素や酸素不純物を除去した後、０．１Ｐａ程度まで一方のガス導入経路８を用いて流量調整しながら窒素ガスを導入する。また、必要に応じて他方のガス導入経路８を介して流量調整しながらアルゴン等の希ガスを導入する。
【００２９】
前記円筒状容器２のプラズマ発生部１２の底部に設けられた棒状電極を陰極６とする一方、プラズマ発生部１２の内壁面部を陽極とする電極対間に直流電圧を印加して放電を生起させ、プラズマ発生部１２内に導入されたスパッタリングプロセスガスのプラズマを発生させる。
発生したプラズマは、プラズマ発生部１２の内壁面部の周囲を取り囲むように配置された永久磁石Ｍ２によって生じる磁界Ｇ２内に閉じ込められ、材料保持手段５の保持部５１によって水平状に保持された金属ガリウムＧａ７が位置する中心部に２ｅＶ以上の高電子温度（高エネルギー）のプラズマ部が形成される。なお、プラズマの閉じ込めは、取り付けられた永久磁石Ｍ２により効率の改善が可能であるが、必ずしも必須の要素ではない。この構成により、プラズマの空間電位は陽極に対し数ボルト高い正電位となる。
【００３０】
つぎに、図示しない直流電源により金属ガリウム７の表面部に負のバイアス電圧を加えて該表面部を負電位に設定する。すなわち、該電圧が１００Ｖ以上であれば、該表面部にプラズマからイオンを引込み、スパッタリングが起こることによってガリウム原子が金属ガリウム表面に対して垂直な方向に生成される。そして、加える電圧を大きくすることにより、生成されるガリウム原子の流れは大きくなるが、材料保持手段５と容器２の間に放電が生じると不純物が生成され、基板４を汚染するので、３００Ｖから５００Ｖ程度が適切である。生成されるガリウム原子の流れは、材料保持手段５の真上に位置した基板４に到達する。
【００３１】
一方、プラズマ発生部１２に発生されたプラズマには、励起された窒素原子および窒素分子が含まれ、これらの活性種は、励起された高電子温度の荷電粒子、すなわち、スパッタリング用ガスのイオンおよび励起電子の一部と一緒に基板に向けて飛翔し、基板４上で、後述するように、スパッタされたガリウム金属のＧａ原子およびその励起原子と化学反応を起こして窒化ガリウムＧａＮの薄膜を形成する。この際の化学反応に必要なエネルギーは、励起された窒素原子のエネルギー、スパッタされたガリウム金属材料のＧａ原子および励起されたＧａ原子の運動エネルギーおよびそれらから放出される光子から付与される。なお、プラズマ発生部１２に、反応性ガスとして窒素ガスに加えてスパッタリング用ガスとして希ガスを混入する場合、準安定励起状態の希ガス原子も基板表面での反応エネルギー供給源となりえる。
また、プラズマ発生部１２と基板４を収容する基板収容部１１との間に設けられた仕切り板３により円筒状容器２が区分され、仕切り板３の貫通穴３１は、図１に示すように、反応部１１に配置された基板４面と同心状に間隔をあけて配置され、プラズマ発生部１２内に発生されたプラズマは、該仕切り板３の貫通穴３１を介してのみ基板収容部１１側に向かって流れるプラズマ流束を形成する。しかも、仕切り板３の貫通穴３１の径が基板収納部１１側からプラズマ発生部１２側に向かって徐々に拡大するテーパ面になっているので、プラズマ発生部１２で発生されたプラズマ中のイオン粒子等が該テーパ面に照射されてスパッタリングが生じても、生成された荷電粒子は基板収容部１１側に進入すること無く、プラズマ発生部１２側に戻る。すなわち、この構成により、スパッタされた仕切り板３の粒子（不純物）の基板４への堆積量を減少させることができる。
【００３２】
さらに、仕切り板３に設けられた永久磁石Ｍ１によって、貫通穴３１を横断する、つまり、基板４の前面と平行状の直流磁界Ｇ１が形成されているので、基板４近傍のプラズマの密度が下げられ、密度とともに電子温度も引き下げられる。これは水素の負イオン源などに多用される磁気フィルター構造であり、電子密度が小さくなることによって基板４に照射されるイオンの量が減少する。また、窒化ガリウムのように抵抗率が大きな薄膜を作成する場合、あるいは基板４が絶縁体である場合には、堆積した薄膜材料である窒化ガリウムの表面電位はプラズマの浮遊電位となるので、電子温度の減少に応じて薄膜に到達するイオンのエネルギーが減少することになる。
【００３３】
以上のように、上記形成装置１を用いた本発明の形成方法によれば、基板４の前方を横切る磁界Ｇ１を設けることによって、基板４に到達するイオンの流れの量を小さく保ち、基板表面の電位が深い負電位にならぬようにしたので、基板４上に生成した窒化ガリウムをプラズマからのイオン照射により損傷することなく成長させることができる。
【００３４】
本発明は、上記の実施の形態に限定されない。たとえば、金属ガリウムＧａに対し反応性ガスを有する窒素ガスには予めスパッタリングを助長する希ガスを混ぜて容器内に導入してもよい。上記の実施の形態では、プラズマ中央部が略無磁界の領域となっているが、後述するように特に中央部の無磁界部分の有無が効果に大きな影響を与えるものではない。
【００３５】
上記の実施の形態では、薄膜材料が窒化ガリウムであったが、この形成方法によれば、たとえば、酸化亜鉛等も形成することができる。
また、材料保持手段には、保持部に保持された材料の基板との距離を変更可能にする保持部の位置変更機構を設けるようにしても構わない。
【００３６】
【実施例】
以下に、本発明の実施例を詳しく説明する。
【００３７】
（実施例１）
上記形成装置１を用いて以下のような形成条件で薄膜材料としての窒化ガリウム薄膜を得た。そして、得られた窒化ガリウム薄膜は、亀裂もなかった。また、得られた窒化ガリウム薄膜をＸ線回折により調査したところ図３に示すように単一の構造を示した。そして、図示された角度は立方晶系（１，１，１）、若しくは六方晶系（０，０，０，２）に対応しているが、集束イオンビーム顕微鏡により得られた画像から立方晶系を有していると結論付けられる。また、膜厚から逆算した窒化ガリウム粒子の基板正面到達率は１平方センチメートル、１秒当り１０の１４乗個程度であり、スパッタリング率と形状因子から計算されるガリウム原子粒子束の値とほぼ一致する値であった。
【００３８】
〔形成条件〕
容器の内径：１６ｃｍ
容器の高さ：２０ｃｍ
仕切り板の厚み：２ｃｍ
仕切り板の孔の最小径：５ｃｍ
孔のテーパ：４５°
基板の材質：シリコン
基板温度：３０℃（常温）
基板とガリウムとの距離：１０ｃｍ
容器内の窒素ガス圧：０．０５Ｐａ
容器内のアルゴンガス圧：０．０１Ｐａ
ガリウムへの印加電圧：３００Ｖ
放電電圧：５０Ｖ
処理時間：５〜６時間
【００３９】
なお、窒素ガス圧は、分光器を用いてガリウム表面周囲のプラズマからの発光を観測することにより、ガリウム原子から放出される線スペクトル強度と励起窒素原子・分子の発光は一定圧力（０．０５Ｐａ）付近で緩やかな極大値を取ることが判ったので、この極大値付近に設定した。
【００４０】
（実施例２）
窒素ガスとアルゴンガスとの混合比を変化させた場合のＧａ（４１７ｎｍ），Ｇａ（４０３ｎｍ）およびＮ2（３９１ｎｍ）の励起スペクトル強度の変化を分光器を用いて測定し、その結果を図４に示した。
図４から、窒素ガスのみでは、材料保持手段とプラスマ発生部の壁面とが直接放電を発生しない状況で最大の窒化ガリウム層が表面を覆うため、その抵抗率の高さから表面電位をプラズマ浮遊電位程度に落としてしまう。したがって、大きな負電圧をガリウム保持機構に与えても、窒素イオンによるスパッタ減少によって除去することができない。しかし、窒素プラズマ中にアルゴンなどの希ガスを導入すると、希ガスイオンが窒化層をスパッタリングによって除去しガリウム原子の生成を回復することができることがわかる。すなわち、窒素ガスとアルゴンガスとを混合して用いるが有用であり、好適な成膜条件を実現できることがわかる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明にかかる薄膜材料形成装置の１つの実施の形態を概略的にあらわす説明図である。
【図２】図１のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】実施例１で得た窒化ガリウム薄膜のＸ線回折データである。
【図４】アルゴン濃度とガリウム原子生成量の変化を調べた分光機によるガリウム線スペクトルデータである。
【符号の説明】
１  形成装置
１１  基板収容部
１２  プラズマ発生部
２  容器
３  仕切り板
３１  貫通穴
４  基板
５  材料保持手段
６  陰極
７  金属ガリウムＧａ（材料）
８  ガス導入経路
Ｍ１、Ｍ２  永久磁石（磁界発生手段）
Ｇ１、Ｇ２  磁界
【図１】
0004448664.tif 000002
【図２】
0004448664.tif 000003
【図３】
0004448664.tif 000004
【図４】
0004448664.tif 000005