窒素ラジカルビーム源の開発と窒素系III-V族半導体薄膜の結晶成長

氮自由基束源研制及氮基III-V族半导体薄膜晶体生长

• 批准号: 05750010
• 负责人: 山口 浩一
• 金额: $ 0.58万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Encouragement of Young Scientists (A)
• 财政年份: 1993
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 1993 至 无数据
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-05750010/
• 关键词: ラジカルビーム源; 窒素; プラズマ

窒化物薄膜を結晶性良く成長させるには、基板結晶表面への窒素活性種の供給が重要である。本研究では、比較的短い寿命の窒素活性種を有効に供給する方法の一つとして、窒素ラジカルビーム源を開発し、窒素系の薄膜成長への可能性を検討した。作製したラジカルビーム源は、石英製の放電管、アパチャー、高周波(RF)電源、RFマッチングボックス、RFコイルから構成されている。放電管の寸法は長さ300mm,直径15mmで、その先端に取り付けたアパチャーは、厚さが1mmの石英板で、0.6mmphiの細孔を3mmの間隔で9個開けた構造にした。本ビーム源の放電管内の圧力は、0.05から0.1Torr程度になるように設計した。またRF電源には13.56MHzの最大出力300Wのものを用い、高周波誘導結合による無電極放電プラズマを噴出させる方式である。放電管へ導入される窒素ガスは、脱酸素フィルタを通して供給され、また放電状態をモニタするための光ファイバケーブルを取り付けた真空フランジも設置した。また本ラジカルビームは、成長室内の基板表面に対して60ﾟ傾いた方向から噴出され、出射面から基板表面までの距離は280mmとした。放電管内圧力は0.05から0.9Torr、RF出力は80から100Wでの実験を行った結果、窒素分子の第1正帯からの比較的強い発光(500nmから800nm)が確認された。ただし、第2正帯からの発光(300nmから400nm)は弱く、さらにプラズマ放電条件の最適化およびマイクロ波による励起を検討する必要があった。窒素系の薄膜成長への応対については十分な検討ができなかったが、本ラジカルビーム源による表面処理の効果についても検討を進めるために、走査型トンネル顕微鏡(STM)装置の試作も行い、スパッタ蒸着したチタン薄膜について窒素ビーム処理を行った試料表面のSTM観察を進めている。

为了生长具有高结晶度的稀薄氮化膜，向底物晶体表面提供氮活性物种很重要。在这项研究中，我们开发了一种氮自由基束源，是一种有效提供氮气活性物种的方法之一，并研究了氮系统薄膜生长的可能性。制造的自由基光束源由石英排放管，孔径，高频（RF）电源，RF匹配盒和RF线圈组成。放电管长300mm，直径为15mm，尖端连接的孔径为1mm厚的石英板，以3毫米的间隔打开了9张0.6mmphi孔。该梁源的放电管内的压力设计为约0.05至0.1托尔。此外，RF电源为13.56MHz，最大输出为300W，是一种通过高频电感耦合弹出无电排放等离子体的方法。通过脱氧过滤器提供了引入排放管中的氮气，并安装了带有光纤电缆的真空法兰，还安装了用于监测排放状态的光纤电缆。此外，相对于生长室中的底物表面，从倾斜60°的方向弹出了自由基梁，从发射表面到底物表面的距离设置为280 mm。实验以0.05至0.9 TORR的压力进行，RF输出为80至100 W，并确认了第一个正带的氮分子相对较强的发射（500至800 nm）。但是，第二个正带（300 nm到400 nm）的发射较弱，有必要进一步研究血浆放电条件和微波激发的优化。尽管尚未对基于氮的薄膜生长的反应进行足够的考虑，但为了进一步使用这种自由基束源研究表面处理的影响，也正在进行扫描隧道显微镜（STM）设备的原型，并进行了STM观察样品表面的STM观察结果，这些样品表面受到了硝基束处理对氮的薄膜摄影的影响。