(57)【要約】【課題】  ＧａＮ単結晶膜等被膜の成膜時温度を低下し、腐食性ガスを用いないでＧａＮ単結晶膜等被膜を成膜する。【解決手段】  大気圧以下の減圧状態に維持できる反応容器１０と、排気手段４０と、基板ホルダ７０と、基板加熱手段と、反応容器１０との間でガス拡散が可能なように反応容器１０に接続された第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０と、各プラズマ室に原料ガスを供給するガス供給手段と、を有し、各プラズマ室で生成された各プラズマが基板８０の表面を暴露しない距離にプラズマ室２０，３０を基板ホルダ７０から離間して配置し、基板８０の表面に形成する被膜の原料となる第１原料ガスおよび第２原料ガスの各々を第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０で生成した各プラズマＰ１，Ｐ２によって活性化する。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
その内部圧力を大気圧以下の減圧状態に維持できる反応容器と、
前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、
基板を保持する前記反応容器内の基板ホルダと、
前記基板の加熱手段と、
前記反応容器との間でガスの拡散が可能なように前記反応容器に接続された第１プラズマ室および第２プラズマ室と、
前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各々に第１原料ガスおよび第２原料ガスを供給するガス供給手段と、を有し、
前記第１および第２プラズマ室で生成された各プラズマが前記基板の表面を暴露しない距離に前記第１および第２プラズマ室を前記基板ホルダから離間して配置し、
前記基板の表面に形成する被膜の原料となる第１原料ガスおよび第２原料ガスの各々を前記第１プラズマ室および第２プラズマ室で生成した各プラズマによって活性化する被膜形成装置。
【請求項２】
前記基板に対し負のバイアス電圧を印加する手段をさらに有する請求項１記載の被膜形成装置。
【請求項３】
その内部圧力を大気圧以下の減圧状態に維持できる反応容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、基板を保持する前記反応容器内の基板ホルダと、前記基板の加熱手段と、前記反応容器との間でガスの拡散が可能なように前記反応容器に接続された第１プラズマ室および第２プラズマ室と、前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各々に第１原料ガスおよび第２原料ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記第１および第２プラズマ室で生成された各プラズマが前記基板の表面を暴露しない距離に前記第１および第２プラズマ室を前記基板ホルダから離間して配置する被膜形成装置を用いた被膜形成方法であって、
前記基板を前記基板ホルダに設置するとともに前記反応容器内を減圧状態にするステップと、
前記基板の温度を所定の温度に制御するステップと、
前記ガス供給手段から前記第１原料ガスを前記第１プラズマ室に導入するとともに前記第２原料ガスを前記第２プラズマ室に導入するステップと、
前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各空間に所定の電力を供給して前記第１プラズマ室および第２プラズマ室に前記第１原料ガスおよび第２原料ガスを活性化するプラズマを生成し、前記基板に被膜を形成するステップと、
所定時間の経過後に前記プラズマの生成を停止するステップと、
を有する被膜形成方法。
【請求項４】
前記被膜を形成するステップの間、前記基板に負のバイアス電圧を印加する請求項３に記載の被膜形成方法。
【請求項５】
前記被膜は窒化ガリウム膜である請求項３または４記載の被膜形成方法。
【請求項６】
前記第１原料ガスはガリウムを含む有機金属ガスと不活性ガスまたは水素ガスとの混合ガスであり、前記第２原料ガスは窒素ガスである請求項５記載の被膜形成方法。
【請求項７】
前記所定の温度は５００℃以上１０５０℃未満、好ましくは７００℃以上１０５０℃未満である請求項５または６記載の被膜形成方法。
【請求項８】
前記第１原料ガスをトリメチルガリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスとし、前記第２原料ガスを窒素ガスとし、
前記トリメチルガリウムガスの質量流量に対する前記窒素ガスの質量流量を１３００倍以上とする請求項６または７記載の被膜形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被膜形成装置および被膜形成方法に関し、特に、腐食性ガスを用いない窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜の形成あるいは低温形成の技術に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ膜の形成技術として、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、有機金属化学気相成長法（ＭＯ−ＣＶＤ）あるいはプラズマ化学気相成長法（Ｐ−ＣＶＤ）が知られている。このうち、ＭＢＥおよびＭＯ−ＣＶＤではＧａＮ単結晶膜の成長が可能である。
【０００３】
ＭＢＥは、超高真空環境下でガリウム（Ｇａ）を電子ビーム溶解し、蒸発したガリウムを１０００℃程度に加熱した基板表面において別に導入した窒素源ガスと反応させてＧａＮ膜を得る方法である。ここで、ＧａＮとの格子定数を整合させるため、基板にはサファイア基板やＳｉＣ基板を用い、また、１０００℃程度の温度で蒸発Ｇａ原子との反応性が得られる必要があるため、窒素源ガスとしてアンモニア（ＮＨ３）を用いるのが一般的である。
【０００４】
ＭＯ−ＣＶＤは、常圧または減圧環境下でガリウム源ガスと窒素源ガスを１０００℃程度に加熱した基板表面に導入し、基板表面で熱反応させてＧａＮ膜を得る方法である。ここで、基板には、ＭＢＥと同様にＧａＮとの格子整合を考慮し、サファイア基板やＳｉＣ基板を用い、ガリウム源ガスとしてトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、窒素源ガスとしてアンモニアを用いるのが一般的である。
【０００５】
Ｐ−ＣＶＤは、減圧環境下で生成されたプラズマにガリウム源ガスと窒素源ガスを導入活性化し、基板表面にＧａＮを堆積させる方法である。Ｐ−ＣＶＤではプラズマ中で原料ガスが活性化されるため基板表面温度を１０００℃まで高める必要がないものの、プラズマにより基板表面がダメージを受けるためＧａＮ膜の単結晶成長は困難である。
【０００６】
なお、特許文献１には、真空中に設置したプラズマガスセルにより窒素ガスを活性化し、活性化した窒素を窒素源に用いてＧａＮ系半導体薄膜をガスソースＭＢＥなどの真空装置を使用して成膜する方法が開示されている。また、特許文献２には、窒素源のみをプラズマ活性化し、この窒素源と少なくともＩＩＩＡ族元素を含む有機金属化合物とを反応容器内に導入し、基板表面に窒素物系化合物半導体を成長させる技術が開示されている。
【特許文献１】特開平５−７４７１０号公報
【特許文献２】特開２００１−１６８０４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来のＰ−ＣＶＤは、前記の通りプラズマにより基板表面がダメージを受けるため、基板表面での単結晶成長は困難である。ＧａＮ単結晶膜を得ようとする場合には前記従来技術によればＭＢＥあるいはＭＯ−ＣＶＤによらざるを得ない。
【０００８】
しかし、従来のＭＢＥおよびＭＯ−ＣＶＤでは、基板表面での熱分解によりＧａと窒素を反応させるため、基板温度を１０００℃という高温に維持する必要がある。基板温度のこのような高温必要性は、耐熱性の高い基板や装置部品を必要とし、成膜過程におけるスループットの低下やエネルギー消費を来たす。よって反応温度はできるだけ低いことが好ましい。
【０００９】
また、従来のＭＢＥおよびＭＯ−ＣＶＤでは、窒素源ガスとしてアンモニアを用いるのが一般的である。アンモニアは腐食性が高いため、成膜装置や排気系に腐食性ガスに対する対策が必要になる。たとえば、成膜装置内の付着水分子を離脱させるためのベーキングやステンレス製の反応容器の採用、あるいは、排気ポンプとしてオイルフリーのドライポンプの採用等である。さらに排ガス処理設備も必要になる。これら腐食性ガス対策はいずれも成膜コストを上昇させる要因になることは明らかである。
【００１０】
本発明の目的は、ＧａＮ単結晶膜等被膜の成膜時温度を低下できる被膜形成技術を提供することである。また、本発明は、腐食性ガスを用いないでＧａＮ単結晶膜等被膜を成膜できる技術の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本明細書で開示する発明は、以下の通りである。すなわち、本発明の被膜形成装置は、その内部圧力を大気圧以下の減圧状態に維持できる反応容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、基板を保持する前記反応容器内の基板ホルダと、前記基板の加熱手段と、前記反応容器との間でガスの拡散が可能なように前記反応容器に接続された第１プラズマ室および第２プラズマ室と、前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各々に第１原料ガスおよび第２原料ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記第１および第２プラズマ室で生成された各プラズマが前記基板の表面を暴露しない距離に前記第１および第２プラズマ室を前記基板ホルダから離間して配置し、前記基板の表面に形成する被膜の原料となる第１原料ガスおよび第２原料ガスの各々を前記第１プラズマ室および第２プラズマ室で生成した各プラズマによって活性化するものである。
【００１２】
また、本発明の被膜形成方法は、その内部圧力を大気圧以下の減圧状態に維持できる反応容器と、前記反応容器内のガスを排気する排気手段と、基板を保持する前記反応容器内の基板ホルダと、前記基板の加熱手段と、前記反応容器との間でガスの拡散が可能なように前記反応容器に接続された第１プラズマ室および第２プラズマ室と、前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各々に第１原料ガスおよび第２原料ガスを供給するガス供給手段と、を有し、前記第１および第２プラズマ室で生成された各プラズマが前記基板の表面を暴露しない距離に前記第１および第２プラズマ室を前記基板ホルダから離間して配置する被膜形成装置を用いた被膜形成方法であって、前記基板を前記基板ホルダに設置するとともに前記反応容器内を減圧状態にするステップと、前記基板の温度を所定の温度に制御するステップと、前記ガス供給手段から前記第１原料ガスを前記第１プラズマ室に導入するとともに前記第２原料ガスを前記第２プラズマ室に導入するステップと、前記第１プラズマ室および第２プラズマ室の各空間に所定の電力を供給して前記第１プラズマ室および第２プラズマ室に前記第１原料ガスおよび第２原料ガスを活性化するプラズマを生成し、前記基板に被膜を形成するステップと、所定時間の経過後に前記プラズマの生成を停止するステップと、を有する。
【００１３】
このような被膜形成装置および被膜形成方法によれば、被膜の原料となる第１原料ガスと第２原料ガスとを共にプラズマにより活性化する。この結果、予め活性化された原子あるいは分子が原料元素として基板表面に拡散してくるので、低い基板温度においても良好な単結晶被膜の形成が可能になる。また、被膜の原料となる第１原料ガスと第２原料ガスとを共にプラズマにより活性化するため、腐食性に低いガスを原料として用いることが可能になる。すなわち、腐食性の高さは一般に反応性の高さを意味し、単に加熱するだけで被膜形成のための十分な活性エネルギーを与えるためには反応性の高い（すなわち腐食性の高い）原料ガスを選択する必要があるところ、本発明では原料ガスをプラズマで活性化するため腐食性の低い（反応性の低い）原料ガスを利用することが可能になる。また、プラズマで活性化するため、全てを熱により活性化する必要がなく、反応温度を低下することが可能になるのである。
【００１４】
一方、本発明では従来のＰ−ＣＶＤのような不具合は発生しない。すなわち、第１プラズマ室と第２プラズマ室とを個別に基板から遠ざけて配置することにより、原料ガスを個別に活性化し、活性化された原料元素を基板表面に輸送することができるため、基板表面がプラズマに暴露されることが無く基板表面の損傷が防止でき、活性化された原料元素を基板表面に適切に輸送して基板表面での表面反応すなわち単結晶成長を実現できる。
【００１５】
前記発明において、基板に対し負のバイアス電圧を印加することができる。基板への負バイアス電圧の印加により、陽イオン化された原料元素を効率よく基板表面に引き寄せ、被膜の成長速度を高めることができる。ただしイオンによる基板へのアタックにより膜の結晶性が低下する場合があるので、成膜圧力や必要な結晶性に応じた適切な値に設定する必要がある。なお、基板への負バイアスの印加機構として、基板ホルダへの負電圧の印加を例示できる。
【００１６】
上記発明において、被膜は窒化ガリウム膜とすることができ、この場合、第１原料ガスとしてガリウムを含む有機金属ガスと不活性ガスまたは水素ガスとの混合ガスを、第２原料ガスとして窒素ガスを例示できる。さらに、所定の温度として５００℃以上１０５０℃未満好ましくは７００℃以上１０５０℃未満を例示できる。前記の通り、腐食性の高いガスを腐食性の低いガスに代替でき、成膜温度を低温化できるため、ＧａＮ単結晶膜形成の場合においてこれらを具体的に規定したものである。なお、第１原料ガスをトリメチルガリウムガスとアルゴンガスとの混合ガスとし、第２原料ガスを窒素ガスとする場合、トリメチルガリウムガスの質量流量に対する窒素ガスの質量流量を１３００倍以上とすることができる。これにより結晶性の良好な窒化ガリウム単結晶膜を得ることができる。
また、特許文献１や特許文献２では窒素源のみをプラズマで活性化しているのに対し、本発明ではガリウム原料ガスもプラズマで活性化させて基板表面に輸送しているため、表面反応をより促進することができ、基板温度の低下や結晶性の向上が可能となっている。
【発明の効果】
【００１７】
本願の発明によれば、ＧａＮ単結晶膜等被膜の成膜時温度を低下でき、腐食性ガスを用いないでＧａＮ単結晶膜等被膜を成膜できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態である被膜形成装置の一例を模式的に示した図である。本実施の形態の被膜形成装置は、反応容器１０、第１プラズマ室２０、第２プラズマ室３０、真空排気系４０、ＴＭＧガスボンベ５０、アルゴンガスボンベ５５、窒素ガスボンベ６０、基板８０を保持する基板ホルダ７０、第１プラズマ電源Ｐ１ＰＳ、第２プラズマ電源Ｐ２ＰＳ、直流電圧源ＤＣＶを有する。
【００１９】
反応容器１０は、たとえばステンレス製の真空容器であり、その内部圧力を減圧状態に維持できる程度の機械的強度を有する。図示はしないが、反応容器１０には、高真空状態を保持したまま基板８０をロード／アンロードするためのロードロック室を備えることもできる。また、反応容器１０には、図示はしないペニングゲージ等の真空計を備える。
【００２０】
第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０は、反応容器１０に接続されるプラズマ発生のための容器である。反応容器１０と同様その内部圧力を減圧状態に維持できる程度の機械的強度を有する。第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０と反応容器１０との接続は、互いの内部ガスが拡散できるような状態で実現される。たとえば、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０と反応容器１０との間を適当なコンダクタンスを有する配管等で接続し、あるいは、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０を反応容器１０に接続される配管状の形状として構成することができる。
【００２１】
第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０の各プラズマ室内部では、第１プラズマ電源Ｐ１ＰＳおよび第２プラズマ電源Ｐ２ＰＳの各電源から電力を受けて、第１プラズマＰ１および第２プラズマＰ２の各々が生成される。プラズマ生成のためには、たとえば容量結合電極や誘導結合コイル等の空間への電力投入機構が必要である。本実施の形態においては周知の電力投入機構を適用できる。たとえば、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０の内部に平行平板型等の容量結合電極を配置し、この容量結合電極にＲＦ周波数の電力を供給してプラズマを生成できる。あるいは、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０を石英等の誘電材料で構成し、外部に誘導結合コイルを配置して、この誘導コイルにＲＦ周波数の電力を供給してプラズマを生成できる。さらに、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０をアルミナ等の電波透過性材料で構成し、外部からマイクロ波帯の電波を照射してプラズマを生成できる。その他プラズマ生成のための公知の技術、たとえばＥＣＲ（エレクトロンサイクロトロン共鳴）を利用したプラズマ、ヘリコン波プラズマ等各種のプラズマ生成技術を適用できる。
【００２２】
真空排気系４０は、反応容器１０、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０の内部のガスを排気する。真空排気系４０はメインバルブＭＶを介して反応容器１０に接続され、第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０からの排気は反応容器１０を介して実現する。真空排気系４０として公知の真空ポンプを適用できる。たとえば、高真空域の真空ポンプとしてのターボ分子ポンプ、中低真空域の真空ポンプとしてドライポンプ、ロータリーポンプを例示できる。
【００２３】
ＴＭＧガスボンベ５０、アルゴンガスボンベ５５および窒素ガスボンベ６０は、各々ガリウム（Ｇａ）源ガスであるトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、キャリアガスであるアルゴン（Ａｒ）ガスおよび窒素（Ｎ）源ガスである窒素（Ｎ２）ガスを供給するガス供給手段である。各ガスボンベからのガスは、レギュレータＲＶ１，ＲＶ２，ＲＶ３によって減圧され、マスフローコントローラＭＦＣ１，ＭＦＣ２，ＭＦＣ３およびバルブＶ１，Ｖ２，Ｖ３を介してプラズマ室に供給される。本実施の形態ではガス供給手段としてガスボンベを例示しているが、ガスボンベに限る必要はない。たとえば各ガスの精製装置から直接供給されるものであっても良い。
【００２４】
本実施の形態ではガリウム源ガスとしてＴＭＧガスを例示しているが、たとえばトリエチルガリウム（ＴＥＧ）等他のガリウム元素を含む有機金属ガスや塩化ガリウム等のハロゲン化ガス、水素化ガリウム等を用いることもできる。また、本実施の形態ではＴＭＧガスに混合するキャリアガスとしてアルゴンガスを例示しているがアルゴンガスに限る必要はなく、たとえばヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）等他の希ガスあるいは不活性ガス、水素（Ｈ２）ガス等を用いることができる。なお、キャリアガスは、少流量しかＴＭＧガスを供給しない場合であっても安定なプラズマを得るための圧力調整用として供給されるものであるが、プラズマ生成のための機構としてたとえばＥＣＲ方式のように低圧力で安定なプラズマが得られる機構を採用する場合や、大流量のＴＭＧガスを供給してガリウム源ガスのみで適切なプラズマ生成圧力に調整するような場合には、キャリアガスは必ずしも必要ではないが、プラズマの安定化のために使用することが望ましい。
【００２５】
また、本実施の形態では窒素源ガスとして窒素（Ｎ２）ガスを例示している。窒素ガスはアンモニアと異なり腐食性がない。よって反応容器１０としてアルミニウム製容器を用いたり排気系４０に腐食性ガスのための対策を施したりする必要がなく、排ガス処理設備もアンモニアガスの排出に対処する必要がない。ただし、これらアンモニア対策を前提とするなら窒素源ガスとしてアンモニアガスの使用を否定するものではない。また、窒素源ガスは窒素（Ｎ２）ガスに限られず他の窒素含有ガスたとえばトリメチルアミン（ＴＭＡ）等の有機窒素ガスを用いることも可能である。なお、本実施の形態では窒素源ガスのみでプラズマを生成する例を示しているが、水素ガス等を窒素源ガスに混合してプラズマを生成するようにしても良い。
【００２６】
基板ホルダ７０は、基板８０を保持する基板保持部材である。基板ホルダ７０には、基板８０を加熱する加熱機構を備える。加熱機構としては、たとえば電熱ヒータ、赤外線ヒータ等を例示できる。また、後に説明する直流電圧源ＤＣＶにより基板ホルダにバイアス電圧を印加し、基板８０に直流バイアスを印加する機構を備える。なお、基板８０は、窒化ガリウムとの格子整合性を考慮してサファイアやＳｉＣを用いるのが好ましい。シリコン基板等に窒化アルミニウム等の中間層を形成したものを用いることもできる。
【００２７】
第１プラズマ電源Ｐ１ＰＳおよび第２プラズマ電源Ｐ２ＰＳは、各々第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０で生成するプラズマＰ１，Ｐ２への電力源である。プラズマを生成する機構に応じて、ＲＦ電源やマイクロ波発振器が適用される。
【００２８】
直流電圧源ＤＣＶは、基板８０に直流バイアスを印加するための電圧源である。直流電圧源ＤＣＶの出力は基板ホルダ７０に印加され、結果として基板８０に直流バイアスを印加することになる。なお、基板８０への直流バイアスの印加方式は基板ホルダ７０への直流電圧の印加に限られず、たとえば基板８０の近傍に配置したグリッドに直流電圧を印加する方式であっても良い。
【００２９】
上記した被膜形成装置によれば、窒素源ガスのみならずガリウム源ガスについてもプラズマにより活性化するため、基板温度を低温化しても良質の単結晶窒化ガリウムが生成できる利点がある。また、窒素源ガスをプラズマにより活性化するため、腐食性ガスであるアンモニアを窒素源ガスとして使用する必要がなく、腐食性のない窒素ガスを窒素源ガスに用いることができる。このため、設備メンテナンスの負荷を低減し設備の初期コストおよびランニングコストを低減できる。さらに、本実施の形態の被膜形成装置では、プラズマの生成される第１プラズマ室２０および第２プラズマ室３０が、基板８０（基板ホルダ７０）から十分に離間した位置に配置されるため、プラズマによる基板表面の損傷を抑制することができる。
【００３０】
次に、上記した被膜形成装置を用いた被膜形成方法について説明する。図２は、本発明の一実施の形態である被膜形成方法の一例を示したフローチャートである。
【００３１】
まず、基板ホルダ７０に基板をセットする（ステップ１１０）。基板のセットは、反応容器１０内を真空破壊してセットする方法、反応容器１０内を真空破壊することなく、図示しないロードロック室を介して基板を導入しセットする方法がある。反応容器および各プラズマ室内の大気による汚染、特に酸素や水の付着を防止する観点から真空破壊することなく基板８０をセットすることが好ましい。
【００３２】
次に、真空排気系４０により反応容器１０内およびそれに連なる各プラズマ室内を排気する（ステップ１２０）。
【００３３】
次に、基板８０の温度を適切な基板温度に調節する（ステップ１３０）。基板温度はたとえば７００℃〜１０５０℃に調整する。なお、基板温度の設定は前記した真空排気と同時に進行できる。真空中で基板を加熱するこのステップにより、基板表面に付着した水や酸素等の不要成分が除去される。
【００３４】
次に、原料ガスを導入する（ステップ１４０）。原料ガスの導入により、原料ガスの供給流量と排気系のコンダクタンスによってプラズマ室の圧力が調整されることになる。逆に言えば、プラズマ室の圧力が適切な圧力になるよう真空排気系のコンダクタンスを調整すればよい。
【００３５】
次にプラズマ電源をＯＮにし基板に所定のバイアス電圧を印加し（ステップ１５０）、所定時間の経過を待って（ステップ１６０）、原料ガスを止めてプラズマ電源とバイアス電圧をＯＦＦにする（ステップ１７０）。プラズマ電源をＯＮにしている間被膜形成反応が行われる。
【００３６】
その後真空排気を行い（ステップ１８０）、基板８０を取り出して（ステップ１９０）処理を終了する。
【００３７】
上記した被膜形成方法によって形成した被膜の例を表１に示し、本発明者らが探索した適切な被膜形成条件について説明する。
【表１】
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【００３８】
表１に示した実験Ｎｏ．１〜７の実験に先立ち、本発明者らは、窒化ガリウム被膜の形成に対する以下のパラメータ依存性を検討した。すなわち、ＴＭＧ流量、バイアス電圧、Ｐ２電源出力（窒素プラズマへの投入電力）、Ｐ１電源出力（ＴＭＧ側アルゴンプラズマへの投入電力）の各パラメータを変化させた場合、窒化ガリウム被膜が形成されるか、形成される場合には各パラメータの依存性が見られるかを検討した。その結果を以下に示す。
（１）ＴＭＧ流量
基板温度を約８５０℃、バイアス電圧を−２００Ｖ、アルゴン流量を２００ｃｃｍ、Ｐ１電源出力を１０ｗ、窒素流量を２０ｃｃｍ、Ｐ２電源出力を１０ｗとして、ＴＭＧ流量が１、０．５、０．３ｃｃｍの場合を検討した。その結果、全てのＴＭＧ流量で被膜の形成が確認された。放電管への被膜付着量を低減させるため、ＴＭＧ流量は０．３ｃｃｍが適当であると判断し、ＴＭＧ流量は０．３ｃｃｍに固定することとした。
（２）バイアス電圧
（１）と同様な条件で、バイアス電圧が−１００Ｖ、−２００Ｖの場合を検討した。その結果、−２００Ｖの場合の方が成膜レートは高いことが確認された。より高い成膜レートの方が好ましいので、バイアス電圧は−２００Ｖに固定することとした。
（３）Ｐ２電源出力
基板温度を約１０００℃、バイアス電圧を−２００Ｖ、ＴＭＧ流量を０．３ｃｃｍ、アルゴン流量を２００ｃｃｍ、Ｐ１電源出力を１０ｗ、窒素流量を２０ｃｃｍとしてＰ２電源出力の依存性を検討した。５０Ｗの場合と１８０Ｗの場合を検討した結果、５０Ｗでは不透明な被膜が形成され、１８０Ｗでは透明な被膜が形成された。窒化ガリウム膜は透明膜であることから、所定の膜質を得るためにはＰ２電源出力が５０Ｗでは不足すると判断し、Ｐ２電源出力を１８０Ｗにすることとした。
（４）Ｐ１電源出力
（３）同様の条件でＰ１電源出力の依存性を検討した。３０Ｗと１５０Ｗの場合を検討した結果、成膜レートに対する有意な効果は見られず、放電管の汚染を考慮して、Ｐ１電源出力は３０Ｗが適当であると判断した。
以上の結果から、ＴＭＧ流量は０．３ｃｃｍ、バイアス電圧は−２００Ｖ、Ｐ１電源出力は３０Ｗ、Ｐ２電源出力は１８０Ｗが適切な値であると判断できる。ただし、ＴＭＧ流量、Ｐ１電源出力については、本発明者らが検討した範囲では膜質および成膜レートに大きな依存性が見られないため、その値は任意である。
【００３９】
表１の実験Ｎｏ．１〜３を参照する。各々窒素流量が２０、４００、７００ｃｃｍの場合を検討している。いずれの場合も透明な被膜が形成された。なお、基板はサファイア基板である。窒素流量が２０ｃｃｍの場合の被膜と窒素流量が７００ｃｃｍの場合の被膜とを、ＸＲＤ（Ｘ線回折）分析によりその結晶性を評価した。窒化ガリウム結晶の（００２）面ピークが本来２θ＝３４．７度付近に見られるところ、２０ｃｃｍの被膜では低角側に０．２〜０．２５度のシフトが見られ、７００ｃｃｍの被膜では低角度側シフトは０．０４度に止まる。この結果から、窒素流量が多いほど窒化ガリウムの結晶性が向上していると判断できる。なお、本発明者らの検討によれば、窒素流量が２００ｃｃｍでは２０ｃｃｍの特性に近く、４００ｃｃｍでは低角側シフト量が０．１度以内に入る。よって、窒素流量は４００ｃｃｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
表１の実験Ｎｏ．４〜７を参照する。各々基板温度が３００、５００、約７５０、約１０００℃の場合を検討している。その結果、３００℃、５００℃では被膜が形成されず、７５０℃以上の実験Ｎｏ．６および７で同様な被膜が形成された。この結果から、基板温度を７５０℃まで低減しても従来技術と同様の高温度である１０００℃で成膜した被膜と同様な被膜が得られることが判った。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は、青色発光ダイオードへの適用が可能な窒化ガリウム被膜の形成技術に適用が可能である。その利用可能は産業は直接的には電子デバイス産業および電子デバイス製造装置産業に及ぶ。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施の形態である被膜形成装置の一例を模式的に示した図である。
【図２】本発明の一実施の形態である被膜形成方法の一例を示したフローチャートである。
【符号の説明】
【００４３】
１０…反応容器、２０…第１プラズマ室、３０…第２プラズマ室、４０…真空排気系、５０…ＴＭＧガスボンベ、５５…アルゴンガスボンベ、６０…窒素ガスボンベ、７０…基板ホルダ、８０…基板、ＤＣＶ…直流電圧源、ＭＶ…メインバルブ、Ｐ１…第１プラズマ、Ｐ１ＰＳ…第１プラズマ電源、Ｐ２…第２プラズマ、Ｐ２ＰＳ…第２プラズマ電源。
【図１】
2007141993.tif 000004
【図２】
2007141993.tif 000005