薄膜形成のための方法とシステム
【課題】第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜を形成する方法を提供する。
【解決手段】実施態様において、二成分化合物のエピタキシャル薄膜を形成するためのシステムと方法を含むエピタキシャル薄膜形成ためのシステムと方法が提供されている。本発明の実施形態の方法とシステムは、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮおよびＡｌＮ、ならびにこれらの化合物の混合合金、例えば、（Ｉｎ， Ｇａ）Ｎ、（Ａｌ， Ｇａ）Ｎ、（Ｉｎ， Ｇａ， Ａｌ）Ｎのような直接の禁止帯半導体二元素化合物エピタキシャル薄膜形成のために用いられる。前記方法および装置は、準単分子層薄膜蒸着の急速反復を可能にする多段階蒸着プロセスおよびシステムを含む。
【解決手段】実施態様において、二成分化合物のエピタキシャル薄膜を形成するためのシステムと方法を含むエピタキシャル薄膜形成ためのシステムと方法が提供されている。本発明の実施形態の方法とシステムは、例えば、ＧａＮ、ＩｎＮおよびＡｌＮ、ならびにこれらの化合物の混合合金、例えば、（Ｉｎ， Ｇａ）Ｎ、（Ａｌ， Ｇａ）Ｎ、（Ｉｎ， Ｇａ， Ａｌ）Ｎのような直接の禁止帯半導体二元素化合物エピタキシャル薄膜形成のために用いられる。前記方法および装置は、準単分子層薄膜蒸着の急速反復を可能にする多段階蒸着プロセスおよびシステムを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
高品質の結晶性半導体薄膜の成長は産業的にとても重要な科学技術であり、発光ダイオードおよびレーザを含む様々なマイクロエレクトロニクス並びに光電子工学的応用を伴う。窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜、これらの合金およびそれらのヘテロ構造（本願明細書において「ＩｎＧａＡｌＮ」とも記す）用の現在の最高水準の蒸着技術は、金属−有機化学蒸着法（「ＭＯＣＶＤ」）であり、基板が高温に保たれ、薄膜から成る要素を含む気体がウェファの表面を流れ、薄膜成長に組み込まれる。ＧａＮの場合、最高水準の技術はほぼ１０５０℃の成長温度と、アンモニア（ＮＨ３）および第ＩＩＩ属アルキル先駆体ガス（例えばトリメチルガリウム、トリエチルガリウム）の同時使用とを含み得る。
【０００２】
ＩｎＧａＡｌＮ膜を形成するための方法は存在するものの、現用の方法に関連する限界がある。第１に、ＭＯＣＶＤに伴う高処理温度は複雑な反応炉の設計、および耐火材や処理容積の工程ける高温でのみ不活性な材料の使用を必要とすることがある。第２に、ＩｎＧａＡｌＮ成長に伴う高温は、成長温度および化学的な環境にて化学的ならびに機械的に安定している基板、代表的にはサファイヤおよびシリコンカーバイド基板の可能性を限定し得る。特に、廉価で、経済的な製造用で大サイズにおいて利用できるシリコン基板は互換性が無い。第３に、乏しい消費量比と同様に伴うプロセスガスの費用は、特にアンモニアの場合、ＩｎＧａＡｌＮ系デバイスの低費用製造用には経済的に好ましくない。第４に、炭素含有先駆体（例えばトリメチルガリウム）の使用はＩｎＧａＡｌＮ膜の炭素汚染に帰結し得て、ＩｎＧａＡｌＮ系デバイスの電子的ならびに光電子的特性を損ない得る。第５に、ＭＯＣＶＤ反応炉は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族含有プロセスガス間の大量の気相反応を有し得る。気相反応は、反応容積内の全ての表面上の薄膜材料の望ましくない析出に帰結し、粒子の望ましくない生成に帰結し得る。後者は、製造されたデバイスの低い歩留まりに帰結し得る。前者は多数の実用的な問題に帰結し得て、内部光プローブおよびレンズ系のコーティングによる成長薄膜の直接の光学測定の有効性低減と、析出が反応炉の壁に積み重なるにつれて、反応炉の壁の放射率が変化し、多くの析出周期上の定常的な熱環境を維持することの困難とを含む。これらの問題はＭＯＣＶＤの全ての変形に共通で、プラズマ強化ＭＯＣＶＤおよび代表的な原子層析出（ＡＬＤ）または原子層エピタキシ（ＡＬＥ）と称する工程を含み得る。
【０００３】
ＩｎＧａＡｌＮ薄膜を形成するための他の方法は、プラズマ補助分子線エピタキシ（「ＰＡＭＢＥ」）を含み、蒸発したＧａ、ＩｎまたはＡｌの流束は、加熱した基板へ向けて同時に窒素ラジカル（活性分子状窒素、原子状窒素または単独でイオン化した窒素原子か分子）の流束を伴って窒素プラズマ源から高真空で導かれる。前記方法は、高品質ＩｎＧａＡｌＮ薄膜およびデバイスを生産可能であるが、前記方法は金属集合、例えば、成長する膜の表面上にナノから顕微鏡学的寸法のガリウム液滴を形成する傾向の害を被り得る。例えば、Ｅ． Ｊ． Ｔａｒｓａ他著、「Ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｕｎｄｅｒ Ｇａ−ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ Ｎ−ｓｔａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｂｙ ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ」Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ ８２， １１（１９９７）参照、 本書は、完全に本願明細書に引用したものとする。このように、プロセスは慎重に監視されることを必要とするかもしれず、それは製造されたデバイスの低歩留まりに本質的に帰結し得る。
【０００４】
ＧａＮ膜を作るために使用される他の方法は水素化物気相エピタキシを含み、加熱したガリウム上のＨＣｌガス流れが基板に対する塩化ガリウムの移送に帰結し、ここでアンモニアに対する同時露出がＧａＮ薄膜の成長を齎す。前記方法は腐食性化学物質を高温で使うことを必要とし、反応炉設計のための互換材料を制限する。その上、反応の副産物は腐食性ガスおよび固形物であり、排除および反応炉維持の必要性を増加する。前記方法は高成長速度（毎時何十何百ミクロンが呈示され、ＭＯＣＶＤによって共通に達成される数を上回る）で高品質ＧａＮ膜を生産することができるものの、炉設計および腐食性工程投与・産出は欠点である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様において、第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜を形成する方法を提供する。第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、薄膜汚染を消去せずとも最小に低減し得るので、高品質第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するための方法は、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触して準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成し； 第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成することを含む。
【０００７】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するための方法は、基板を第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と交互に、および逐次に接触させること含み、基板は、分離した反応空間内の第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と接触し、そして、基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触することにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【０００８】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、基板上に第ＩＩＩ族金属層を提供し、第ＩＩＩ族金属層は予湿法適用範囲にて１つ以上の第ＩＩＩ族金属を有し；第ＩＩＩ族金属層を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることを含む。
【０００９】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、（ａ）基板を第１反応空間に配置すること；（ｂ）第１反応空間に第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つを導くこと；（ｃ）基板を第２反応空間に配置すること；（ｄ）第２反応空間に第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つを導くこと；および、（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより予め定められた厚さの第ＩＩＩ族窒化金属薄膜を形成することを含み、第１の第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間または第２反応空間へ導くことにより準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。幾つかの実施形態において、基板を反応空間へ移動することによって基板は反応空間に配置してもよい（例えば、反応空間へ基板を有するサセプタを回転させることによって）。
他の実施形態において、反応空間を基板へ持って来ることによって基板を反応空間に配置してもよい（例えば、反応空間を有する反応チャンバを回転させることによって）。
【００１０】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、（ａ）基板を第１反応空間へ移動すること；（ｂ）基板を第１反応空間内の第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つと接触させること；（ｃ）基板を第２反応空間へ移動すること；（ｄ）基板を第２反応空間内の第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つと接触させること；そして、（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより予め定められた厚さの第ＩＩＩ族窒化金属薄膜を形成することを含み、基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体と接触させて準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【００１１】
一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は窒化ガリウムおよび／またはインジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含み得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は窒化アルミニウム、アルミニウ・ガリウム窒化物、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物またはアルミニウム・インジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含み得る。
【００１２】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するシステムおよび装置を提供する。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜をターゲット（例えば基板）に析出する装置は第１反応空間および第２反応空間を含み、第１反応空間は第２反応空間から流体的に分離され；ターゲットを第１および第２反応空間のそれぞれと接触させるためのサセプタと；および、第１露出にて第１反応空間に第ＩＩＩ族先駆体を導き、第２露出にて第２反応空間に第Ｖ族先駆体導く制御器とを含む。
【００１３】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜が提供される。一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定で、約１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有して提供される。幾つかの実施形態において、高低差実効値は、約５ｎｍ以下でもよく、約２ｎｍ以下でもよい。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有し得る。第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は、約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する。
【００１４】
実施形態において、本願明細書で提供される方法は、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するために用いてもよい。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、本願明細書において提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する光起電力太陽電池は、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する量子井戸型ヘテロ構造デバイスは、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する多重量子井戸型ヘテロ構造は、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。
参照文献による取込み
【００１５】
本願明細書で引用される、すべての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許および特許出願が十分に開示されているかの如く具体的かつ個別的に出典明示により本明細書の一部とする。
【００１６】
本発明の新規な特徴は、特に添付した特許請求の範囲で明らかに示されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、例示の実施形態で明示されている以下の詳細な説明を参照することによって得られるが、詳細な説明では本発明の原理が利用され、添付の図面については以下に記載する：
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に従った第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従い、分離された処理環境を経た１つ以上の基板の環式操作のための回転式システムを図式的に示す平断面図である。処理環境Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、明細書に記載されている環境のいずれででもあってもよく、様々な組み合わせにおいて第ＩＩＩ族環境、第Ｖ族環境、計測環境または水素含有種（例えばＨ２、水素の励起種）環境を含む。複数の場所が与えられた型の環境であり得る。図２に例示の実施形態において、環境は定常性であり、基板は担体構造（または「サセプタ」）上の多発性の環境を経て、本発明の実施形態に従って、中心軸の周りを回転する。
【図３】図３Ａ〜３Ｅは、本発明の様々な実施形態に従い、分離された反応空間による１つ以上の基板の操作（例えば環式操作）のための回転式システムの様々な配置を有する薄膜析出システムを図式的に示す平断面図である。図３Ａは、２つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。図３Ｂは、３つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。図３Ｃは４つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図であり、図３Ｄは５つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。そして、図３Ｅは、本発明の実施例に従い、６つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。
【図４】Ｎ２ガスの無線周波誘導結合プラズマ励起の光発光スペクトルであり、本発明の実施形態に従い、光遷移の大多数が励起したＮ２分子の最低エネルギー帯（第１正系列と称し、ほぼ６００〜８００ｎｍの発光帯）を示す。ほぼ３００〜４００ｎｍの範囲における強い放射の欠如は、第２正系列と称し、高エネルギー励起したＮ２分子の欠如を表し得る。
【図５】本発明の実施形態に従い、基板上に形成された第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の様々な実施形態が本願明細書において示され、記載されているものの、この種の実施形態が一例のみとして提供されていることは当業者にとって明らかである。多数の変形、変更および置換は、本発明から逸脱することなく、当業者に生じ得る。本願明細書において記載されている本発明の実施形態に対する様々な代用が本発明を実践する際に使用し得ることが理解されるべきである。
【００１９】
本願明細書において提供される方法とシステムは現行のシステムおよび方法と関連する問題を、消去せずとも、減少すると共に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の形成を可能にする。幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成方法が提供され、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の汚染は、消去せずとも、減少する。本願明細書において提供される方法とシステムによって形成される薄膜は、光起電力太陽電池、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスおよびシステムのような様々な応用において使用され得る。
【００２０】
実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成のシステム及び方法が提供される。幾つかの実施形態において、時空間等分のシステム及び方法が記載され、第１の先駆体を第１反応空間内の基板と接触させ、第２の先駆体を、第１反応空間から分離している第２反応空間内の基板と接触させる。一実施形態において、第１の先駆体は第ＩＩＩ族金属先駆体であり、第ＩＩＩ族金属先駆体に対する前記基板の露出は、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。他の実施形態において、前記基板は同一反応空間または異なる反応空間内の１つ以上の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触し、前記基板の第ＩＩＩ族金属先駆体の１つ以上に対する露出は、前記基板の第Ｖ族先駆体、水素含有種、または例えば薄膜の品質や組成を判定する分光学処理のような処理に対する露出によって分離される。
【００２１】
本願明細書において使われる用語「反応空間」は、基板上のもしくは基板を覆う材料膜または薄膜の析出、もしくは材料膜または薄膜の物理学的特性の測定に適しているいずれの環境をも意味する。一実施形態において、反応空間はチャンバを含み得る。他の実施形態において、反応空間は複数のチャンバを有するシステムにおけるチャンバを含み得る。他の実施形態において、反応空間は複数の流体的に分離されたチャンバを有するシステムにおけるチャンバを含み得る。他の実施形態において、システムは多重反応空間を含み、そこにおいて、各反応空間は他の反応空間から流体的に分離される。他の実施形態において、反応空間は基板における、または基板（またはターゲット）上に形成される薄膜における測定の実施に好適で有り得る。
【００２２】
本願明細書において使われる用語「窒化金属」は１つ以上の金属または１つ以上の半導体および窒素を含む材料を意味する。ある実施形態において、窒化金属（例えば窒化金属薄膜）は化学式ＭｘＮｙを有し、「Ｍ」は金属または半導体を表わし、「Ｎ」は窒素を表わし、そして、「ｘ」および「ｙ」は零より大きな数である。幾つかの実施形態において、「Ｍ」は１つ以上の金属および／または半導体を含み得る。実施形態において、ＭｘＮｙは第ＩＩＩ族窒化金属（例えば窒化ガリウム、窒化インジウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、インジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物）のような窒化金属を意味する。幾つかの実施形態において、窒化金属皮膜または薄膜は、例えば化学的ドーパントのような他の材料を含み得る。化学的ドーパントは、ｐ型ドーパント（例えばマグネシウム、亜鉛）およびｎ型ドーパント（例えばケイ素、酸素）を含み得る。
【００２３】
本願明細書において使われる用語「励起種」および「活性種」は、反応剤ガスまたは蒸気に対するエネルギーの適用（または結合）を経て生成されるラジカル、イオンおよび他の励起（または活性）種を意味する。一実施形態において、エネルギーは、例えば、紫外線、マイクロ波照射、誘導結合およびプラズマ発生器を用いた静電結合、のような様々な方法を経て適用され得る。プラズマ発生器は、直接プラズマ発生器（つまり直接プラズマ発生）または遠隔プラズマ発生器（つまり遠隔プラズマ発生）であり得る。結合エネルギーが無くなると、プラズマ発生は終了する。遠隔プラズマ発生では、特定の気相化学のプラズマ励起種（例えば窒素含有プラズマ種）は、処理される基板を有する反応空間との流体伝搬（または流体的な結合）におけるプラズマ発生器にて形成され得る。他の実施形態において、エネルギーは熱い（または加熱した）表面または金網に対するガス種の露出によって適用され、加熱した表面または金網とのガスの相互作用がガスの励起（または活性）種を生成する。
【００２４】
本願明細書において使われる用語「窒素含有種」は窒素ラジカル、窒素イオンおよび窒素の励起（または活性）中性種を含むが、これらに限定されない。一実施形態において、窒素含有種のガス状ソースとしては、Ｎ２、ＮＨ３および／またはヒドラジンを含むが、これらに限定されない。他の実施形態において、窒素含有種のガス状ソースは、Ｎ２とＨ２ガスとの混合物を含み得る。他の実施形態において、励起窒素含有種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供され得る。他の実施形態において、励起窒素含有種は、高温面または金網への露出による窒素含有種の熱分離によって提供され得る。Ｎ２とＨ２ガスとの混合物に対する結合エネルギーは励起ＮＨｘ分子を生成し、「ｘ」は１以上の数である。
【００２５】
本願明細書において使われる用語「水素含有種」は水素ラジカル、水素イオンおよび水素（Ｈ２）の励起（または活性）中性種を含むが、これらに限定されない。一実施形態において、水素含有種はＨ２を含む。他の実施形態において、水素含有種のガス状ソースは、Ｈ２、ＮＨ３および／またはヒドラジンを含むが、これらに限定されない。他の実施形態において、水素含有種のガス状ソースは、Ｈ２とＮ２ガスとの混合物を含み得る。他の実施形態において、励起水素含有種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供され得る。他の実施形態において、励起水素含有種は、高温面または金網への露出による水素含有種の熱分離によって提供され得る。励起水素含有種がＨ２のような中性水素含有種を含み得ることは言うまでもない。
【００２６】
本願明細書において使われる用語「吸着」は、基板表面または基板を覆う膜または薄膜の表面のような表面上への原子或いは分子の化学的または物理的付着を意味する。
【００２７】
本願明細書において使われる用語「基板」は、膜または薄膜形成が要望されるどの部材をも意味する。基板には、ケイ素、シリカ、サファイヤ、酸化亜鉛、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、尖晶石、被覆ケイ素、酸化物上のケイ素、酸化物上の炭化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウムおよび窒化アルミニウムおよびこれらの組み合わせ（または合金）が含まれるが、これらに限定されない。
【００２８】
本願明細書において使われる用語「表面」は、反応空間（または環境）と基板の特徴との間の境界を意味する。
【００２９】
本願明細書において使われる用語「単層」は、原子または分子の単一層を意味する。一実施形態において、単層は一原子層の厚さを有する単原子単層（ＭＬ）を含む。他の実施形態において、単層は表面上の特定種の最大適用範囲を含む。このような場合、表面吸着種の全ての個々のメンバーには、下部の基板、薄膜または膜の表面との直接の物理的接触があり得る。本願明細書において使われる用語「準単分子層適用範囲」は１つの単原子単層未満の適用範囲での特定種の層を意味する。一実施形態において、準単分子層適用範囲での特定種の層は、前記種または他の種の付加吸着を受容し得る。他の実施形態において、準単分子層適用範囲は、「予湿法」適用範囲と称してもよい。たとえば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）またはアルミニウム（Ａｌ）のような第ＩＩＩ族金属の層は、表面上に約０．５ＭＬの適用範囲を集合的に有するＧａ、ＩｎまたはＡｌ原子を含み得るが、表面へのＧａ、ＩｎまたはＡｌ原子の最大集合適用範囲に関して提供され得る。一実施形態において、表面上の種の最大適用範囲は表面上の吸着種間の吸引的ならびに反発的な相互作用によって決定される。他の実施形態において、１つの単層の適用範囲での種の層は、前記層における前記種の付加吸着を受容できない。他の実施形態において、１つの単層の適用範囲での特定種の層は、前記層の他の種の吸着を受容できる。
【００３０】
本願明細書において使われる用語「露出」は圧力（Ｐ）と時間（ｔ）との積（すなわちＰ×ｔ）を意味し、「Ｐ」および「ｔ」はそれぞれパスカルおよび秒を単位にして提供される。たとえば、６０秒の期間に１×１０−６トルの圧力で、第ＩＩＩ族金属先駆体に露出される基板は１×１０−６トル×６０秒、または６０×１０−６トル＊秒、 または６０ラングミュア（Ｌ）の露出（または投与）で第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。
【００３１】
本願明細書において使われる用語「先駆体」は基板表面上への析出用の注目種を有する液体又は気相化学物質を意味する。第ＩＩＩ族金属先駆体は、第ＩＩＩ族金属原子の１つ以上の（例えば１つ以上のＧａ、ＩｎおよびＡｌ）を含む化学物質を含み得る。第Ｖ族先駆体は、第Ｖ族原子の１つ以上（例えば１つ以上の窒素、ヒ素および亜リン酸）を含む化学物質を含み得る。基板表面と第ＩＩＩ族先駆体または第Ｖ族先駆体との間の相互作用が起こると、第ＩＩＩ族先駆体または第Ｖ族先駆体は解離して第ＩＩＩ族化学物質（または第ＩＩＩ族原子の吸着原子）または第Ｖ族化学物質（または第Ｖ族原子の吸着原子）を基板表面上に生ぜしめる。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜生成のための方法
【００３２】
本発明の一態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成する方法は、第１反応空間内に基板を提供することと、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体（本願明細書において「第ＩＩＩ族先駆体」とも記す）と接触させて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成することと、基板を第２反応空間へ移動することと、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成することとを含む。一実施形態において、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【００３３】
幾つかの実施形態において、基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板上の第ＩＩＩ族金属薄膜を含む基板は、水素含有種と接触させられる。一実施形態において、水素含有種はＨ２を含む。他の実施形態において、水素含有種は水素カチオン、水素アニオンおよび水素ラジカルの１つ以上を含む水素の励起種を含む。一実施形態において、水素の励起種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供される。他の実施形態において、水素の励起種は、高温面または金網へのＨ２ガスの露出による水素分子の熱分離によって提供される。
【００３４】
一実施形態において、基板は第１反応空間内の水素含有種と接触できる。このような場合に、第１反応空間は基板を水素含有種と接触させるに先立ち、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。
【００３５】
一実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板を第３反応空間へ移動して、第３反応空間内の水素含有種と接触させる。第３反応空間は、第１および第２反応空間の間に配置されてもよい。他の実施形態において、第ＩＩＩ族金属薄膜を水素の励起種と接触させることにより、多層第ＩＩＩ族島を単原子高さ（または厚さ）の島に低減できる。
【００３６】
実施形態において、第２反応空間に続いて、基板は第１反応空間へ移動する。他の実施形態において、第２反応空間に続いて、基板は第３反応空間へ移動する。一実施形態において、第３反応空間内で基板は第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、第３反応空間内の基板は第１反応空間内の基板に露出された第ＩＩＩ族金属先駆体とは異なる別の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、第３反応空間に続いて、基板は１つ以上の付加反応空間へ移動し、第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体への別の分離露出を受ける。他の実施形態において、第ＩＩＩ族または第Ｖ族先駆体に対する中間露出にて、基板は水素含有種のような他の種に露出でき、膜化学量論の維持および薄膜汚染の低減を補助できる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を基板上に形成した後に、基板上の第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を含む基板は水素含有種と接触する。他の実施形態において、基板は第２反応空間内の水素含有種と接触する。このような場合に、第２反応空間は基板を水素含有種と接触させるに先立ち、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。他の実施形態において、基板は第３反応空間へ移動して、第３反応空間内の水素含有種と接触する。第３反応空間は、第１および第２反応空間の間に配置されてもよい。一実施形態において、第３反応空間は第１および第２反応空間から異なっている。
【００３８】
本発明の実施形態の方法は、窒素およびアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）の１つ以上を含む薄膜のような第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成するために用いてもよい。一実施形態において、ＧａＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＧａＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。
他の実施形態において、ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜を形成する方法が提供される。
【００３９】
一実施形態において、第１反応空間内で基板は単一の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。
他の実施形態において、第１反応空間内で基板は、１つ以上のＡｌ、ＧａおよびＩｎ含有先駆体のような多発性第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、基板は分離した反応空間内の異なる第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。一実施形態において、基板は第ＩＩＩ族金属先駆体への露出間に第Ｖ族先駆体と接触する。
【００４０】
一実施形態において、第１反応空間は第２反応空間から異なっている。他の実施形態において、第１反応空間は第２反応空間から流体的に分離している。他の実施形態において、第１反応空間および第２反応空間は、分離した圧力制御環境である。他の実施形態において、第１反応空間からのガスは第２反応空間へ入ることを防止され、第２反応空間からのガスは第１反応空間へ入ることを防止される。
【００４１】
一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は約１ナノメータ（「ｎｍ」）〜１００マイクロメータ、または１ｎｍ〜１０マイクロメータ、または１０ｎｍ〜１０００ｎｍまたは２０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有し得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は約１００マイクロメータ未満、または約１０マイクロメータ未満、または約１０００ｎｍ未満、または約５００ｎｍ未満または約１００ｎｍ未満の厚さを有し得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は少なくとも約１０ｎｍ／時間、または少なくとも約１００ｎｍ／時間、または少なくとも約１０００ｎｍ／時間または少なくとも約５０００ｎｍ／時間の成長速度で形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は約５０００ｎｍ／時間未満、または約１０００ｎｍ／時間未満、または約５００ｎｍ／時間未満、または約４００ｎｍ／時間未満、または約３００ｎｍ／時間未満、または約２００ｎｍ／時間未満、または約１００ｎｍ／時間未満の成長速度で形成され得る。
【００４２】
図１に関して、本発明の実施形態に従って、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成する方法が例示されている。第一ステップ１０５において、第１反応空間に配置されている基板については、前記基板は第ＩＩＩ族金属先駆体（例えばトリメチルガリウム）と接触し、基板上に第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。基板は、基板を第１反応空間へ移動する（例えば、基板を有するサセプタを移動するかまたは回転させて）かまたは第１反応空間を基板へ移動する（例えば、第１反応空間を回転させて）ことによって第１反応空間に配置してもよい。
一実施形態において、前記基板は準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成するために必要な時間内で接触する。他の実施形態において、第１反応空間の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させることにより、約１単層（ＭＬ）未満、または０．９５ＭＬ未満、または０．９ＭＬ未満、または０．８５ＭＬ未満、または０．８ＭＬ未満、または０．７５ＭＬ未満、または０．７ＭＬ未満、または０．６５ＭＬ未満、または０．６ＭＬ未満、０．５５ＭＬ未満、または０．５ＭＬ未満、または０．４５ＭＬ未満、または０．４０ＭＬ未満、または０．３５ＭＬ未満、または０．３０ＭＬ未満、または０．２５ＭＬ未満、または０．１５ＭＬ未満、または０．１０ＭＬ未満、または０．０５ＭＬ未満の厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する。他の実施形態において、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、約０．０５ＭＬ、または０．１ＭＬ、または０．１５ＭＬ、または０．２ＭＬ、または０．２５ＭＬ、または０．３ＭＬ、または０．３５ＭＬ、または０．４ＭＬ、または０．４５ＭＬ、または０．５ＭＬ、または０．５５ＭＬ、または０．６ＭＬ、または０．６５ＭＬ、または０．７ＭＬ、または０．７５ＭＬ、または０．８ＭＬ、または０．８５ＭＬ、または０．９０ＭＬ、または０．９５ＭＬ、または１ＭＬに及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する。他の実施形態において、第１反応空間の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属層を形成する。
【００４３】
一実施形態において、第ＩＩＩ族金属先駆体の露出は、予め定められた適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜の提供のために選択され得る。適用範囲はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）のような様々な分光学用具（下記参照）によって評定できる。第ＩＩＩ族金属薄膜の予め定められた適用範囲を達成する際に、試行錯誤アプローチが予め定められた適用範囲に相当する第ＩＩＩ族金属先駆体の露出を見出すために用い得ることが理解される。たとえば、１つのシステムにおいて、０．３ＭＬ適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜適用範囲を達成することは基板（本願明細書においてターゲットとも記す）の約１Ｌでの第ＩＩＩ族金属先駆体に対する露出を必要とする。
【００４４】
次に、ステップ１１０において、前記基板は第２反応空間に配置される。幾つかの実施形態において、基板は第２反応空間へ移動し得る。他の実施形態において、第２反応空間は基板へ移動（例えば、回転）し得る。一実施形態において、第２反応空間に対する基板の移動は、第１反応空間から第２反応空間へサセプタを回転させることを含む。
【００４５】
次に、ステップ１１５において、第２反応空間内の基板については、基板は基板上の第ＩＩＩ族金属薄膜を含み、第Ｖ族先駆体と接触して第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜を形成する。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜は第ＩＩＩ−Ｖ族種を含む。他の実施形態において、基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板は水素含有種（例えばＨ２、水素の励起種）と接触できる。基板は、第１反応空間、第２反応空間または第３反応空間内の水素含有種と接触できる。一実施形態において、基板を水素含有種と接触させるに先立ち、基板を有する反応空間は、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。
【００４６】
一実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素含有種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素のプラズマ励起種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素の活性中性種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素の活性中性種を含み、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素種を含む。一実施形態において、前記基板は準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族金属薄膜を形成するために必要な時間内で接触する。他の実施形態において、第２反応空間の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、約１ＭＬ未満、または０．９５ＭＬ未満、または０．９ＭＬ未満、または０．８５ＭＬ未満、または０．８ＭＬ未満、または０．７５ＭＬ未満、または０．７ＭＬ未満、または０．６５ＭＬ未満、または０．６ＭＬ未満、または０．５５ＭＬ未満、または０．５ＭＬ未満、または０．４５ＭＬ未満、または０．４０ＭＬ未満、または０．３５ＭＬ未満、または０．３０ＭＬ未満、または０．２５ＭＬ未満、または０．１５ＭＬ未満、または０．１０ＭＬ未満、または０．０５ＭＬ未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。他の実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、約０．０５ＭＬ、または０．１ＭＬ、または０．１５ＭＬ、または０．２ＭＬ、または０．２５ＭＬ、または０．３ＭＬ、または０．３５ＭＬ、または０．４ＭＬ、または０．４５ＭＬ、または０．５ＭＬ、または０．５５ＭＬ、または０．６ＭＬ、または０．６５ＭＬ、または０．７ＭＬ、または０．７５ＭＬ、または０．８ＭＬ、または０．８５ＭＬ、または０．９０ＭＬ、または０．９５ＭＬ、または１ＭＬに及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。他の実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。
【００４７】
幾つかの実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、エネルギーをＮ２とＨ２ガスとの混合物、ＮＨ３、Ｎ２とＮＨ３との混合物、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）および／またはＮ２とＮ２Ｈ４との混合物に提供することによって形成される窒素および水素含有種を含み得る。一実施形態において、窒素のプラズマ励起種はＮＨｘを含み、「ｘ」は１以上の数である。たとえば、窒素のプラズマ励起種は、ＮＨ、ＮＨ２およびＮＨ３、例えばＮＨ＋、ＮＨ２＋、ＮＨ３＋の如きこのような種のイオンおよびラジカルの１つ以上を含み得る。他の実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、約０．５：１、または１：１、または２：１、または３：１、または４：１、または５：１のＮ２とＨ２との流量比を有するＮ２とＨ２ガスとの混合物に、エネルギーを誘導的に結合することによって形成される。他の実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、Ｎ２およびＨ２の全体流量の約１／３（または０．３３３）であるＨ２流量を有するＮ２とＨ２ガスとの混合物にエネルギーを誘導的に結合することによって形成される。
【００４８】
実施形態において、前記基板は、予め定められた厚さの第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜が基板上に形成されるまで、第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体と接触される。
【００４９】
引き続き図１を参照して、ステップ１２０において、基板は第１反応空間または第３反応空間へ移動される。一実施形態において、基板は第１反応空間へ移動して、第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、基板は、第１および第２反応空間から異なった第３反応空間へ移動する。第３反応空間において、基板は第ＩＩＩ族金属先駆体、第Ｖ族先駆体または他の種と接触し得る。たとえば、基板は気相化学物質と接触し得て、基板上に形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜から、汚染物（例えば炭素）の除去を補助する。
【００５０】
一実施形態において、予め定められた厚さおよび組成の薄膜が形成されるまで、基板は逐次的反応空間（下記参照）へ移動する。
【００５１】
一実施形態において、上述の通りに、基板は第１反応空間へ移動してステップ１０５〜１２０を繰り返し得る。
【００５２】
一実施形態において、第２反応空間の後、基板は基板上に形成される薄膜の物理学的特性（例えば伝導率、厚さ、長期の周期性、組成）および／または品質を評定する際の手助けとなる１つ以上の薄膜分光学手段のような１つ以上の薄膜診断手段を含む１つ以上の環境へ移動し得る。分光学手段は、反射−吸収赤外分光（ＲＡＩＲＳ）、低エネルギー電子線回折法（ＬＥＥＤ）分光、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、オージェ電子分光（ＡＥＳ）走査プローブ顕微鏡（ＳＴＭ、ＡＦＭ）、Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）、分光反射率および伝達、単一波長反射率および伝達、光学高温計（単一波長、二重波長またはスペクトル放射線分析使用）、エミッソメトリ、エリプソメトリ、表面光散乱および光学旋光分析を含み得る。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜形成のシステム
【００５３】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜をターゲットに配置するための装置が提供されている。前記装置は第１反応空間および第２反応空間を含み、第１反応空間は流体的に第２反応空間から分離されている。装置は、ターゲット（または基板）を各第１および第２反応空間のそれぞれと接触させるためのサセプタまたは基板保持器を更に含む。一実施形態において、前記装置は第１露出にて第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間へ導き、第２露出にて第Ｖ族先駆体を第２反応空間へ導くための制御器（例えば、図２参照）を含む。他の実施形態において、第１露出は準単分子層（または予湿法）適用範囲にて第ＩＩＩ族金属層を提供する。
【００５４】
実施形態において、二成分半導体薄膜の析出のための最高水準技術を伴う多くの実用的課題は環境（または反応空間）を分離することによって緩和でき、第ＩＩＩ族金属原子は環境から基板上へ析出し、これらの吸着した金属原子は第Ｖ族含有先駆体ガスに露出されて第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜または化合物を形成する。一実施形態において、基板は析出反応空間（または環境）の間で移動し、予め定められた厚さの膜を周期的に析出させる。図２は連結した逐次処理環境システムの一例であり、この目的のために建造し得る。
【００５５】
一実施形態において、個々の反応空間の流量および圧力制御の理由で第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体ガスは同一反応容積内に有意量は存在しないので、この技術は第ＩＩＩ族および第Ｖ族含有先駆体ガス間の気相反応を緩和できる。更に分離した環境を維持することにより、表面に第ＩＩＩ族吸着原子を送達する環境、および第Ｖ族先駆体の送達が所望のＩＩＩ−Ｖ化合物を形成する表面反応のために最適化される分離した環境（または反応空間）を最適化する。ＩｎＧａＡｌＮ薄膜の場合、第ＩＩＩ族金属送達は、他の方法においてトリメチルガリウムトリエチルガリウム、塩化ジエチルガリウムおよび有機的水素化ガリウム化合物等、水素化ジメチルガリウム等； 第ＩＩＩ族材料の熱蒸発；または、ガス上第ＩＩＩ族塩化物または第ＩＩＩ族水素化物のような金属有機先駆体（ここではガリウムの場合、同様に他の第ＩＩＩ族金属の場合が記載されている）の使用のために最適化され得る。一実施形態において、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜の場合、窒化硬化法環境は活性窒素をウェファ表面に送達するための窒素含有種のプラズマ励起または熱分離を含む様々な方法のために最適化され得る。
【００５６】
第ＩＩＩ族および第Ｖ族要素のための分離した析出環境は、各独立環境の両立し難い工程を可能にできる。たとえば、異なるガス流およびポンプの排気速度は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族環境において使用し得る。その上、反応性の第Ｖ族種の生成に役立つが、第ＩＩＩ族先駆体の送達に有害なメカニズムたとえば、プラズマ励起を経たイオン化および分離は、第Ｖ族反応環境における第ＩＩＩ族先駆体の欠如のために、強制なしで使われ得る。
【００５７】
Ｎ２ガスの様々な分子励起状態は、光学発光分光法の使用によって特徴づけられる。例えば、Ｒ． Ｗ． Ｂ． ＰｅａｒｓｅおよびＡ． Ｇ． Ｇａｙｄｏｎ著、分子スペクトルの識別、Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ、１９７６を参照のこと、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。光発光は、より高いエネルギー励起状態から低いエネルギー状態への移行の結果である。Ｎ２分子にとって、ほぼ６００ナノメータ（ｎｍ）〜８００ｎｍの領域の移行の群は（Ｎ２輝線の「第１正系列」と称する）ほぼ６電子ボルト（ｅＶ）の最小限の励起エネルギーを有する状態の帯域において、ここで終端する移行から生じる。これは、中性Ｎ２分子励起状態の最低内部エネルギーである。Ｎ２ガスの誘導結合プラズマ励起からの光発光スペクトルは、図４に示されている。これらの放出特性は、この個体群の励起Ｎ２分子の大多数がほぼ６ｅＶの内部エネルギーを有することを示す。一実施形態において、Ｎ２ガスのこの励起は、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜析出のために使われる。
【００５８】
分離した第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境のため、第ＩＩＩ族金属吸着原子は即座には第Ｖ族原子と反応されない。技術は吸着金属原子の表面移動度の増加に帰結し、高度に有機化された低エネルギー部位で生成される成長表面への添加を行うことによる結晶品質の改良を促進する。一般技術は、成長が原子ステップ縁で起こる二次元成長を促進する。たとえば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他著「２．６ μｍ／ｈｒ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｂｙ ＲＦ−Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ ｂｙ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｐｉｔａｘｙ，」Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １７６， ３２３ （１９９９）参照、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。一実施形態において、この技術は、二次元の島（すなわち一原子層の厚さを有する島）の成長を促進できる。他の実施形態において、この技術は、３次元の島（すなわち複数の原子層の厚さを有する島）の成長を促進できる。
【００５９】
本発明の実施形態の方法は、最高水準の技術であり、金属吸着原子の増加する表面移動から生じる改良された結晶品質によるＭＯＣＶＤにおいて代表的な温度より低い基板温度の使用を可能にすることができる。例えば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他は代表的ＭＯＣＶＤでのほぼ１０５０℃と比較して、ＧａＮ成長での７５０℃を報告している。最高水準の技術と関連する低減処理温度は、より廉価な基板および簡略化反応炉設計の使用を可能にする。
【００６０】
第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境の分離は、基板表面が一部の析出サイクルで第ＩＩＩ族原子の過剰を有する状況を必然的に創る。第ＩＩＩ族金属、特にＧａおよびＩｎは、第ＩＩＩ族要素が所望のＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成するために必要な第Ｖ族要素の化学量論的量を超えるときに、液滴を基板表面上に形成できる。たとえば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他、および、Ｓ． Ｈ． Ｃｈｏ 他著、「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ （０００１）Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ」Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３４， Ｌ２３６ （１９９５）を参照、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。処理の間に溶解せず、膜のままである第ＩＩＩ族金属液滴は、光電子工学的材料特性を損ない、デバイス製造と両立し難い。
【００６１】
各周期の間に第ＩＩＩ族金属の準単分子層適用範囲を析出させることによって、本発明の実施形態の方法は第ＩＩＩ族金属液滴形成を、消去せずとも、緩和することを可能にできる。この適用範囲にて、第ＩＩＩ族金属厚さは湿潤層の厚さ未満でもよく、金属液滴形成は抑制される。その上、金属吸着原子の準単分子層適用範囲は吸着原子間の相互作用の数を減らし、それらの自己散乱を減らして、吸着原子表面移動度を増やす。
【００６２】
実施形態において、水素含有種は、基板上の第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜形成の間に使用できる。水素含有種は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族反応環境から分離した環境において維持されることができて、第ＩＩＩ族環境の後、第Ｖ族環境の後、あるいは両方共に使用できる。一実施形態において、水素含有種は、基板、反応空間内の基板上の第ＩＩＩ族金属膜、または第ＩＩＩ族もしくは第Ｖ族先駆体を有する反応空間と分離した第ＩＩＩ−Ｖ族膜と接触させられる。一実施形態において、水素含有種を含む環境は第Ｖ族反応空間の後、順次に使用でき、そこで過剰な第ＩＩＩ族原子または液滴は第ＩＩＩ族水素化物（例えばＧａＨ３）に変換される。第ＩＩＩ族水素化物は揮発性であってもよく、液滴は各周期毎に前記表面から除去される。これによって、成長表面は各析出周期の開始時に正規組成とされる。他の実施形態において、水素含有種を含む環境は第ＩＩＩ族反応空間の後、順次に使用でき、水素の励起種は多層第ＩＩＩ族島を単原子高さ（または厚さ）の島に低減できる。
【００６３】
一実施形態において、膜を水素含有種に露出する付加的な利点は、水素の活性種が金属有機先駆体に存在するアルキル基からの残差汚染による炭素原子および／または炭化水素基を除去（またはゲッタ）することである。例えば、Ｂｏｒｎｓｃｈｅｕｅｒ他著、「Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｔｏｍｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｉｔｓ Ｕｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｌｅｖｅｌ」Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １５９， １３３ （１９９７），およびＫｉｍ他著「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｎ ＧａＮ Ｇｒｏｗｔｈ ｂｙ Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」 Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １７６， ３３７ （１９９９）を参照， これらは完全に本願明細書に引用したものとする。他の実施形態において、プラズマ励起水素含有種は、炭素、イオウおよび酸素から選択される１つ以上の不純物種を除去するために用いてもよい。これは、基板または基板上の薄膜の更なる汚染を、除去せずとも都合よく縮減し得る。
【００６４】
実施形態において、薄膜特性がその位置で測定されることができる所では、付加的環境は維持できる。この環境において、析出は起こらず、光学的表示域、レンズシステム、分光法および他のポートは安定している必要があり、正確な測定は維持できる。この環境において実行されてもよい測定は、反射−吸収赤外分光（ＲＡＩＲＳ）、低エネルギー電子線回折法（ＬＥＥＤ）分光、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、オージェ電子分光（ＡＥＳ）走査プローブ顕微鏡（ＳＴＭ、ＡＦＭ）、Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）、分光反射率および伝達、単一波長反射率および伝達、光学高温計（単一波長、二重波長またはスペクトル放射線分析使用）、エミッソメトリ、エリプソメトリ、表面光散乱および光学旋光分析を含み得る。本願明細書において提供される手段（例えば分光計）を用いた測定により集められる膜データは、厚さ、誘電率、伝導率（または比抵抗）、光減衰定数、温度および放射率を含み得る。このようなデータはリアルタイム閉ループ制御システムにおいて使われ、析出環境の態様は指定された許容度の範囲内で測定されたパラメータを維持する。この配置は、薄膜特性最適化、デバイス特性最適化、薄膜蒸着パラメータ最適化（例えば反応空間圧力、析出温度、流量の最適化）、ラン・ツー・ラン反復率、システム・ツー・システム反復率および整合を提供することができて、製造された商品の歩留まりを改善した。
【００６５】
図３は分離された処理環境を経た１つ以上の基板の環式操作のための回転式システムで可能な様々な配置の簡便化表現の幾つかの例を表し、環境は記載されているもののいずれでもよい。
【００６６】
要約すると、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成する第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境の分離、および、これらの分離された環境による基板の環式操作は、金属液滴の形成が１周期毎の金属吸着原子の準単分子層適用範囲を使用して抑制されるところ、第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体間の有害な気相反応のない比較的低温度工程を経て形成される高品質な結晶性の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物に帰結される。必要に応じて、励起水素含有種に対する露出は、金属液滴形成および／または炭素汚染低減を管理する際の助成に対する分離した環境においてなされる。必要に応じて、その場での薄膜測定は、最適の安定性のために維持される分離した環境および測定の反復率においてなされ、そして、これらの測定からのデータは、析出および水素環境のリアルタイム閉ループ制御のために使われる。
【００６７】
本発明の実施形態において、制御器およびシステムは第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成を制御し、規制するために提供される。一実施形態において、制御システムは、例えば、基板および／または基板ホルダ（またはサセプタ）温度、反応炉圧力、反応空間圧力、反応チャンバ圧力、プラズマ発生器圧力、プラズマ発生器へのガス（例えば、Ｎ２）の流量、反応空間へのガス（例えば、金属有機種）流量、基板を１つの反応空間から他の反応空間へ移動する速度、基板が薄膜形成の間に回転する割合、プラズマ発生器への電力（例えば、直流または高周波電力）、反応チャンバとの流体伝搬の真空システムのような様々な工程パラメータを制御するために提供される。真空システムは、機械的ポンプのような裏付けポンプに加えて、例えばターボ分子（「ターボ」）ポンプ、クライオポンプ、イオンポンプおよび拡散ポンプの１つ以上のような、反応チャンバに減圧を提供するために構成される様々なポンプを含み得る。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜
【００６８】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜が提供される。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、本願明細書において提供される方法によって形成される。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物、窒化アルミニウム、窒化インジウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、インジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物またはこれらの組み合わせから選択される１つ以上の材料を含み得る。
【００６９】
図５を参照して、構造（またはデバイス）は、本発明の実施形態に従って、基板５１０上に形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜５０５を有して図示されている。薄膜５０５は本願明細書において提供され、図１文脈において議論されるどの方法によっても形成され得る。加えて、薄膜５０５は図２の装置または図３のシステムのような、本願明細書において提供されるどのデバイス、装置またはシステムをも使用して形成される。基板５１０は、ケイ素、シリカ、サファイヤ、酸化亜鉛、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、尖晶石、被覆ケイ素、酸化物上のケイ素、酸化物上の炭化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウムおよびアルミニウム窒化物およびこれらの組み合わせ（または合金）から選択され得る。基板５１０は、化学的に不純物を添加した基板（例えば、不純物を添加したｎ型またはｐ型）または固有の基板であってもよい。
【００７０】
図５のデバイスは、様々な応用に適していてもよい。たとえば、図５の薄膜５０５は、光起電力太陽電池のような電子デバイスにおいて採用できる。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜５０５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、ＧａＮ系バイオレット・レーザダイオード）；金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）デバイスを含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む光電子工学応用；および高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含むトランジスタのような様々な半導体応用またはデバイスにおいて使われる。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜５０５および基板５１０の組成および厚さは、デバイス応用に従って選択される。
【００７１】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、約１０６転位／ｃｍ２に及び、または約１０７転位／ｃｍ２に及び、または約１０８転位／ｃｍ２に及び、または約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥（例えば、不整合転位（例えばスレッディング および／または刃状転位））密度を有し得る。幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の欠陥密度は、約１０６転位／ｃｍ２〜１０１０転位／ｃｍ２の間にあってもよい。
【００７２】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜（例えばＧａＮ薄膜）は、約０．５ナノメータ（「ｎｍ」）以下、または約１．０ｎｍ以下、または約１．５ｎｍ以下、または約２ｎｍ以下、または約２．５ｎｍ以下、または約３ｎｍ以下、または約３．５ｎｍ以下、または約４ｎｍ以下、または約４．５ｎｍ以下、または約５ｎｍ以下、または約５．５ｎｍ以下、または約６ｎｍ以下、または約７ｎｍ以下、または約８ｎｍ以下、または約９ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定される高低差の実効値を有し得る。
【００７３】
本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の結晶特性は（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅のようなＸ線回折計測によって探査される。幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の（０００２）または（１０１２）結晶学的反射の半最大値における全値幅は、約１００秒角以下、または約２００秒角以下、または約３００秒角以下、または約４００秒角以下、または約５００秒角以下、または約６００秒角以下であり得る。
【００７４】
幾つかの実施形態において、インジウム含有第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は部分的インジウム濃度ＩｎｘＺ（１−ｘ）Ｎ（「ＩｎＺＮ））を有し、「ｘ」は零より大で１未満の数であり、「Ｎ」は窒素であり、そして、「Ｚ」は第ＩＩＩ族種である。幾つかの実施形態において、「ｘ」は、約０．９９に及び、または約０．９に及び、または約０．８に及び、または約０．７に及び、または約０．６に及び、または約０．５に及び、または約０．４に及び、または約０．３に及び、または約０．２に及び、または約０．１に及ぶ。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、多重量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。
【００７５】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成されるＩｎＧａＮ薄膜は部分的インジウム濃度ＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎを有し、「ｘ」は零より大で１未満の数である。幾つかの実施形態において、「ｘ」は、約０．９９に及び、または約０．９に及び、または約０．８に及び、または約０．７に及び、または約０．６に及び、または約０．５に及び、または約０．４に及び、または約０．３に及び、または約０．２に及び、または約０．１に及ぶ。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、多重量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。
実施例
【００７６】
図２のシステムのようなシステムは、円周に沿ってお互いに隣接して配置されている４つの反応空間を含む。約７００℃の温度に加熱された基板は第１反応空間において提供され、約０．５トルの圧力にてトリメチルガリウムと接触した。トリメチルガリウムの第１露出は、約０．５ＭＬの適用範囲で、ガリウム薄膜を形成するのに十分である。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第２反応空間へ回転させられ、水素ラジカルおよびイオンを含む励起水素含有種と約０．５トルの圧力で接触した。Ｈ２に約５００ワットのプラズマ電力を提供することによって励起水素含有種が形成される。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第３反応空間に回転させられて、約０．５トルの圧力で、Ｎ２およびＨ２の混合物と接触した。前記混合物に約５００ワットのプラズマ電力を提供することによってＮ２およびＨ２の励起種が生成される。プラズマ電力は、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素の活性中性種を生成するのに十分である。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第４反応空間に回転させられ、水素ラジカルおよびイオンを含む励起水素含有種と約０．５トルの圧力で接触した。次に、基板は第１反応空間に回転させられ、上記のステップは、全体で、約４０００ナノメータ（「ｎｍ」）の厚さを有する第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を提供するために繰り返される。
【００７７】
本発明の実施形態の方法およびシステムは、他のシステム及び方法と組み合わされ、または他のシステム及び方法により設計変更できる。たとえば、本発明の実施形態の方法とシステムは、米国特許第６，３０５，３１４号、米国特許第６，４５１，６９５号、米国特許第６，０１５，５９０号、米国特許第５，３６６，５５５号、米国特許第５，９１６，３６５号、米国特許第６，３４２，２７７号、米国特許第６，１９７，６８３号、米国特許第７，１９２，８４９号、米国特許第７，５３７，９５０号、米国特許第７，３２６，９６３号、米国特許第７，４９１，６２６号、米国特許第６，７５６，３１８号、米国特許第６，００１，１７３号、米国特許第６，８５６，００５号、米国特許第６，８６９，６４１号、米国特許第７，３４８，６０６号、米国特許第６，８７８，５９３号、米国特許第６，７６４，８８８号、米国特許第６，６９０，０４２号、米国特許第４，６１６，２４８号、米国特許第４，６１４，９６１号、米国特許公開番号２００６／００２１５７４号、米国特許公開番号２００７／０１４１２５８号、米国特許公開番号２００７／０１８６８５３号、米国特許公開番号２００７／０２１５０３６号、米国特許公開番号２００７／０２１８７０１号、米国特許公開番号２００８／０１７３７３５号、米国特許公開番号２００９／００９０９８４号、米国特許公開番号２０１０／０２１００６７号、特許協力条約（「ＰＣＴ」）公開番号ＷＯ／２００３／０４１１４１号、ＰＣＴ公開番号ＷＯ／２００６／０３４５４０号およびＰＣＴ公開番号ＷＯ／２０１０／０９１４７０号、および、ＰＣＴ公開番号ＷＯ／２０１０／０９２４８２号に記載された方法およびシステムと組み合わされ、またはこれらのシステム及び方法により設計変更でき、これらは完全に本願明細書に引用したものとする。
【００７８】
特定の実施が例示され、記載されているものの、様々な設計変更が可能であり、本願明細書において熟慮されることが上述の記載から理解されるべきである。本発明が明細書内で提供される具体例によって限定されることも意図されていない。本発明は上述した仕様に関して記載されるものの、本発明の実施形態の記述および図解は本願明細書において限定的に解釈されるものではない。さらに、本発明の全ての態様が、様々な条件および変数に依存し、本願明細書において記載される特異的な描写、構成または相対的比率に限定されないことが理解されるものとする。本発明の実施形態の形式および細目の様々な設計変更は、当業者にとって明白である。したがって、本発明がどの種類の設計変更、変形および均等物を保護することもまた熟慮されよう。
【技術分野】
【０００１】
高品質の結晶性半導体薄膜の成長は産業的にとても重要な科学技術であり、発光ダイオードおよびレーザを含む様々なマイクロエレクトロニクス並びに光電子工学的応用を伴う。窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）および窒化アルミニウム（ＡｌＮ）薄膜、これらの合金およびそれらのヘテロ構造（本願明細書において「ＩｎＧａＡｌＮ」とも記す）用の現在の最高水準の蒸着技術は、金属−有機化学蒸着法（「ＭＯＣＶＤ」）であり、基板が高温に保たれ、薄膜から成る要素を含む気体がウェファの表面を流れ、薄膜成長に組み込まれる。ＧａＮの場合、最高水準の技術はほぼ１０５０℃の成長温度と、アンモニア（ＮＨ３）および第ＩＩＩ属アルキル先駆体ガス（例えばトリメチルガリウム、トリエチルガリウム）の同時使用とを含み得る。
【０００２】
ＩｎＧａＡｌＮ膜を形成するための方法は存在するものの、現用の方法に関連する限界がある。第１に、ＭＯＣＶＤに伴う高処理温度は複雑な反応炉の設計、および耐火材や処理容積の工程ける高温でのみ不活性な材料の使用を必要とすることがある。第２に、ＩｎＧａＡｌＮ成長に伴う高温は、成長温度および化学的な環境にて化学的ならびに機械的に安定している基板、代表的にはサファイヤおよびシリコンカーバイド基板の可能性を限定し得る。特に、廉価で、経済的な製造用で大サイズにおいて利用できるシリコン基板は互換性が無い。第３に、乏しい消費量比と同様に伴うプロセスガスの費用は、特にアンモニアの場合、ＩｎＧａＡｌＮ系デバイスの低費用製造用には経済的に好ましくない。第４に、炭素含有先駆体（例えばトリメチルガリウム）の使用はＩｎＧａＡｌＮ膜の炭素汚染に帰結し得て、ＩｎＧａＡｌＮ系デバイスの電子的ならびに光電子的特性を損ない得る。第５に、ＭＯＣＶＤ反応炉は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族含有プロセスガス間の大量の気相反応を有し得る。気相反応は、反応容積内の全ての表面上の薄膜材料の望ましくない析出に帰結し、粒子の望ましくない生成に帰結し得る。後者は、製造されたデバイスの低い歩留まりに帰結し得る。前者は多数の実用的な問題に帰結し得て、内部光プローブおよびレンズ系のコーティングによる成長薄膜の直接の光学測定の有効性低減と、析出が反応炉の壁に積み重なるにつれて、反応炉の壁の放射率が変化し、多くの析出周期上の定常的な熱環境を維持することの困難とを含む。これらの問題はＭＯＣＶＤの全ての変形に共通で、プラズマ強化ＭＯＣＶＤおよび代表的な原子層析出（ＡＬＤ）または原子層エピタキシ（ＡＬＥ）と称する工程を含み得る。
【０００３】
ＩｎＧａＡｌＮ薄膜を形成するための他の方法は、プラズマ補助分子線エピタキシ（「ＰＡＭＢＥ」）を含み、蒸発したＧａ、ＩｎまたはＡｌの流束は、加熱した基板へ向けて同時に窒素ラジカル（活性分子状窒素、原子状窒素または単独でイオン化した窒素原子か分子）の流束を伴って窒素プラズマ源から高真空で導かれる。前記方法は、高品質ＩｎＧａＡｌＮ薄膜およびデバイスを生産可能であるが、前記方法は金属集合、例えば、成長する膜の表面上にナノから顕微鏡学的寸法のガリウム液滴を形成する傾向の害を被り得る。例えば、Ｅ． Ｊ． Ｔａｒｓａ他著、「Ｈｏｍｏｅｐｉｔａｘｉａｌ ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｕｎｄｅｒ Ｇａ−ｓｔａｂｌｅ ａｎｄ Ｎ−ｓｔａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｂｙ ｐｌａｓｍａ−ａｓｓｉｓｔｅｄ ｍｏｌｅｃｕｌａｒ ｂｅａｍ ｅｐｉｔａｘｙ」Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ ８２， １１（１９９７）参照、 本書は、完全に本願明細書に引用したものとする。このように、プロセスは慎重に監視されることを必要とするかもしれず、それは製造されたデバイスの低歩留まりに本質的に帰結し得る。
【０００４】
ＧａＮ膜を作るために使用される他の方法は水素化物気相エピタキシを含み、加熱したガリウム上のＨＣｌガス流れが基板に対する塩化ガリウムの移送に帰結し、ここでアンモニアに対する同時露出がＧａＮ薄膜の成長を齎す。前記方法は腐食性化学物質を高温で使うことを必要とし、反応炉設計のための互換材料を制限する。その上、反応の副産物は腐食性ガスおよび固形物であり、排除および反応炉維持の必要性を増加する。前記方法は高成長速度（毎時何十何百ミクロンが呈示され、ＭＯＣＶＤによって共通に達成される数を上回る）で高品質ＧａＮ膜を生産することができるものの、炉設計および腐食性工程投与・産出は欠点である。
【発明の概要】
【０００５】
本発明の一態様において、第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜を形成する方法を提供する。第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、薄膜汚染を消去せずとも最小に低減し得るので、高品質第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するための方法は、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触して準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成し； 第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成することを含む。
【０００７】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するための方法は、基板を第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と交互に、および逐次に接触させること含み、基板は、分離した反応空間内の第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と接触し、そして、基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触することにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【０００８】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、基板上に第ＩＩＩ族金属層を提供し、第ＩＩＩ族金属層は予湿法適用範囲にて１つ以上の第ＩＩＩ族金属を有し；第ＩＩＩ族金属層を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることを含む。
【０００９】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、（ａ）基板を第１反応空間に配置すること；（ｂ）第１反応空間に第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つを導くこと；（ｃ）基板を第２反応空間に配置すること；（ｄ）第２反応空間に第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つを導くこと；および、（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより予め定められた厚さの第ＩＩＩ族窒化金属薄膜を形成することを含み、第１の第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間または第２反応空間へ導くことにより準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。幾つかの実施形態において、基板を反応空間へ移動することによって基板は反応空間に配置してもよい（例えば、反応空間へ基板を有するサセプタを回転させることによって）。
他の実施形態において、反応空間を基板へ持って来ることによって基板を反応空間に配置してもよい（例えば、反応空間を有する反応チャンバを回転させることによって）。
【００１０】
他の実施形態において、基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法は、（ａ）基板を第１反応空間へ移動すること；（ｂ）基板を第１反応空間内の第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つと接触させること；（ｃ）基板を第２反応空間へ移動すること；（ｄ）基板を第２反応空間内の第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つと接触させること；そして、（ｅ）ステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すことにより予め定められた厚さの第ＩＩＩ族窒化金属薄膜を形成することを含み、基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体と接触させて準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【００１１】
一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は窒化ガリウムおよび／またはインジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含み得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は窒化アルミニウム、アルミニウ・ガリウム窒化物、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物またはアルミニウム・インジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含み得る。
【００１２】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するシステムおよび装置を提供する。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜をターゲット（例えば基板）に析出する装置は第１反応空間および第２反応空間を含み、第１反応空間は第２反応空間から流体的に分離され；ターゲットを第１および第２反応空間のそれぞれと接触させるためのサセプタと；および、第１露出にて第１反応空間に第ＩＩＩ族先駆体を導き、第２露出にて第２反応空間に第Ｖ族先駆体導く制御器とを含む。
【００１３】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜が提供される。一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）測定で、約１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有して提供される。幾つかの実施形態において、高低差実効値は、約５ｎｍ以下でもよく、約２ｎｍ以下でもよい。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有し得る。第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は、約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する。
【００１４】
実施形態において、本願明細書で提供される方法は、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成するために用いてもよい。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）は、本願明細書において提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する光起電力太陽電池は、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する量子井戸型ヘテロ構造デバイスは、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する多重量子井戸型ヘテロ構造は、本願明細書で提供される方法を使用して形成され得る。
参照文献による取込み
【００１５】
本願明細書で引用される、すべての刊行物、特許および特許出願は、個々の刊行物、特許および特許出願が十分に開示されているかの如く具体的かつ個別的に出典明示により本明細書の一部とする。
【００１６】
本発明の新規な特徴は、特に添付した特許請求の範囲で明らかに示されている。本発明の特徴および利点のより良い理解は、例示の実施形態で明示されている以下の詳細な説明を参照することによって得られるが、詳細な説明では本発明の原理が利用され、添付の図面については以下に記載する：
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に従った第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に従い、分離された処理環境を経た１つ以上の基板の環式操作のための回転式システムを図式的に示す平断面図である。処理環境Ａ、Ｂ、ＣおよびＤは、明細書に記載されている環境のいずれででもあってもよく、様々な組み合わせにおいて第ＩＩＩ族環境、第Ｖ族環境、計測環境または水素含有種（例えばＨ２、水素の励起種）環境を含む。複数の場所が与えられた型の環境であり得る。図２に例示の実施形態において、環境は定常性であり、基板は担体構造（または「サセプタ」）上の多発性の環境を経て、本発明の実施形態に従って、中心軸の周りを回転する。
【図３】図３Ａ〜３Ｅは、本発明の様々な実施形態に従い、分離された反応空間による１つ以上の基板の操作（例えば環式操作）のための回転式システムの様々な配置を有する薄膜析出システムを図式的に示す平断面図である。図３Ａは、２つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。図３Ｂは、３つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。図３Ｃは４つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図であり、図３Ｄは５つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。そして、図３Ｅは、本発明の実施例に従い、６つの反応空間を含むシステムを図式的に示す平面図である。
【図４】Ｎ２ガスの無線周波誘導結合プラズマ励起の光発光スペクトルであり、本発明の実施形態に従い、光遷移の大多数が励起したＮ２分子の最低エネルギー帯（第１正系列と称し、ほぼ６００〜８００ｎｍの発光帯）を示す。ほぼ３００〜４００ｎｍの範囲における強い放射の欠如は、第２正系列と称し、高エネルギー励起したＮ２分子の欠如を表し得る。
【図５】本発明の実施形態に従い、基板上に形成された第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する構造を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の様々な実施形態が本願明細書において示され、記載されているものの、この種の実施形態が一例のみとして提供されていることは当業者にとって明らかである。多数の変形、変更および置換は、本発明から逸脱することなく、当業者に生じ得る。本願明細書において記載されている本発明の実施形態に対する様々な代用が本発明を実践する際に使用し得ることが理解されるべきである。
【００１９】
本願明細書において提供される方法とシステムは現行のシステムおよび方法と関連する問題を、消去せずとも、減少すると共に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の形成を可能にする。幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成方法が提供され、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の汚染は、消去せずとも、減少する。本願明細書において提供される方法とシステムによって形成される薄膜は、光起電力太陽電池、発光ダイオード（ＬＥＤ）デバイスおよびシステムのような様々な応用において使用され得る。
【００２０】
実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成のシステム及び方法が提供される。幾つかの実施形態において、時空間等分のシステム及び方法が記載され、第１の先駆体を第１反応空間内の基板と接触させ、第２の先駆体を、第１反応空間から分離している第２反応空間内の基板と接触させる。一実施形態において、第１の先駆体は第ＩＩＩ族金属先駆体であり、第ＩＩＩ族金属先駆体に対する前記基板の露出は、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。他の実施形態において、前記基板は同一反応空間または異なる反応空間内の１つ以上の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触し、前記基板の第ＩＩＩ族金属先駆体の１つ以上に対する露出は、前記基板の第Ｖ族先駆体、水素含有種、または例えば薄膜の品質や組成を判定する分光学処理のような処理に対する露出によって分離される。
【００２１】
本願明細書において使われる用語「反応空間」は、基板上のもしくは基板を覆う材料膜または薄膜の析出、もしくは材料膜または薄膜の物理学的特性の測定に適しているいずれの環境をも意味する。一実施形態において、反応空間はチャンバを含み得る。他の実施形態において、反応空間は複数のチャンバを有するシステムにおけるチャンバを含み得る。他の実施形態において、反応空間は複数の流体的に分離されたチャンバを有するシステムにおけるチャンバを含み得る。他の実施形態において、システムは多重反応空間を含み、そこにおいて、各反応空間は他の反応空間から流体的に分離される。他の実施形態において、反応空間は基板における、または基板（またはターゲット）上に形成される薄膜における測定の実施に好適で有り得る。
【００２２】
本願明細書において使われる用語「窒化金属」は１つ以上の金属または１つ以上の半導体および窒素を含む材料を意味する。ある実施形態において、窒化金属（例えば窒化金属薄膜）は化学式ＭｘＮｙを有し、「Ｍ」は金属または半導体を表わし、「Ｎ」は窒素を表わし、そして、「ｘ」および「ｙ」は零より大きな数である。幾つかの実施形態において、「Ｍ」は１つ以上の金属および／または半導体を含み得る。実施形態において、ＭｘＮｙは第ＩＩＩ族窒化金属（例えば窒化ガリウム、窒化インジウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、インジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物）のような窒化金属を意味する。幾つかの実施形態において、窒化金属皮膜または薄膜は、例えば化学的ドーパントのような他の材料を含み得る。化学的ドーパントは、ｐ型ドーパント（例えばマグネシウム、亜鉛）およびｎ型ドーパント（例えばケイ素、酸素）を含み得る。
【００２３】
本願明細書において使われる用語「励起種」および「活性種」は、反応剤ガスまたは蒸気に対するエネルギーの適用（または結合）を経て生成されるラジカル、イオンおよび他の励起（または活性）種を意味する。一実施形態において、エネルギーは、例えば、紫外線、マイクロ波照射、誘導結合およびプラズマ発生器を用いた静電結合、のような様々な方法を経て適用され得る。プラズマ発生器は、直接プラズマ発生器（つまり直接プラズマ発生）または遠隔プラズマ発生器（つまり遠隔プラズマ発生）であり得る。結合エネルギーが無くなると、プラズマ発生は終了する。遠隔プラズマ発生では、特定の気相化学のプラズマ励起種（例えば窒素含有プラズマ種）は、処理される基板を有する反応空間との流体伝搬（または流体的な結合）におけるプラズマ発生器にて形成され得る。他の実施形態において、エネルギーは熱い（または加熱した）表面または金網に対するガス種の露出によって適用され、加熱した表面または金網とのガスの相互作用がガスの励起（または活性）種を生成する。
【００２４】
本願明細書において使われる用語「窒素含有種」は窒素ラジカル、窒素イオンおよび窒素の励起（または活性）中性種を含むが、これらに限定されない。一実施形態において、窒素含有種のガス状ソースとしては、Ｎ２、ＮＨ３および／またはヒドラジンを含むが、これらに限定されない。他の実施形態において、窒素含有種のガス状ソースは、Ｎ２とＨ２ガスとの混合物を含み得る。他の実施形態において、励起窒素含有種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供され得る。他の実施形態において、励起窒素含有種は、高温面または金網への露出による窒素含有種の熱分離によって提供され得る。Ｎ２とＨ２ガスとの混合物に対する結合エネルギーは励起ＮＨｘ分子を生成し、「ｘ」は１以上の数である。
【００２５】
本願明細書において使われる用語「水素含有種」は水素ラジカル、水素イオンおよび水素（Ｈ２）の励起（または活性）中性種を含むが、これらに限定されない。一実施形態において、水素含有種はＨ２を含む。他の実施形態において、水素含有種のガス状ソースは、Ｈ２、ＮＨ３および／またはヒドラジンを含むが、これらに限定されない。他の実施形態において、水素含有種のガス状ソースは、Ｈ２とＮ２ガスとの混合物を含み得る。他の実施形態において、励起水素含有種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供され得る。他の実施形態において、励起水素含有種は、高温面または金網への露出による水素含有種の熱分離によって提供され得る。励起水素含有種がＨ２のような中性水素含有種を含み得ることは言うまでもない。
【００２６】
本願明細書において使われる用語「吸着」は、基板表面または基板を覆う膜または薄膜の表面のような表面上への原子或いは分子の化学的または物理的付着を意味する。
【００２７】
本願明細書において使われる用語「基板」は、膜または薄膜形成が要望されるどの部材をも意味する。基板には、ケイ素、シリカ、サファイヤ、酸化亜鉛、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、尖晶石、被覆ケイ素、酸化物上のケイ素、酸化物上の炭化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウムおよび窒化アルミニウムおよびこれらの組み合わせ（または合金）が含まれるが、これらに限定されない。
【００２８】
本願明細書において使われる用語「表面」は、反応空間（または環境）と基板の特徴との間の境界を意味する。
【００２９】
本願明細書において使われる用語「単層」は、原子または分子の単一層を意味する。一実施形態において、単層は一原子層の厚さを有する単原子単層（ＭＬ）を含む。他の実施形態において、単層は表面上の特定種の最大適用範囲を含む。このような場合、表面吸着種の全ての個々のメンバーには、下部の基板、薄膜または膜の表面との直接の物理的接触があり得る。本願明細書において使われる用語「準単分子層適用範囲」は１つの単原子単層未満の適用範囲での特定種の層を意味する。一実施形態において、準単分子層適用範囲での特定種の層は、前記種または他の種の付加吸着を受容し得る。他の実施形態において、準単分子層適用範囲は、「予湿法」適用範囲と称してもよい。たとえば、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）またはアルミニウム（Ａｌ）のような第ＩＩＩ族金属の層は、表面上に約０．５ＭＬの適用範囲を集合的に有するＧａ、ＩｎまたはＡｌ原子を含み得るが、表面へのＧａ、ＩｎまたはＡｌ原子の最大集合適用範囲に関して提供され得る。一実施形態において、表面上の種の最大適用範囲は表面上の吸着種間の吸引的ならびに反発的な相互作用によって決定される。他の実施形態において、１つの単層の適用範囲での種の層は、前記層における前記種の付加吸着を受容できない。他の実施形態において、１つの単層の適用範囲での特定種の層は、前記層の他の種の吸着を受容できる。
【００３０】
本願明細書において使われる用語「露出」は圧力（Ｐ）と時間（ｔ）との積（すなわちＰ×ｔ）を意味し、「Ｐ」および「ｔ」はそれぞれパスカルおよび秒を単位にして提供される。たとえば、６０秒の期間に１×１０−６トルの圧力で、第ＩＩＩ族金属先駆体に露出される基板は１×１０−６トル×６０秒、または６０×１０−６トル＊秒、 または６０ラングミュア（Ｌ）の露出（または投与）で第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。
【００３１】
本願明細書において使われる用語「先駆体」は基板表面上への析出用の注目種を有する液体又は気相化学物質を意味する。第ＩＩＩ族金属先駆体は、第ＩＩＩ族金属原子の１つ以上の（例えば１つ以上のＧａ、ＩｎおよびＡｌ）を含む化学物質を含み得る。第Ｖ族先駆体は、第Ｖ族原子の１つ以上（例えば１つ以上の窒素、ヒ素および亜リン酸）を含む化学物質を含み得る。基板表面と第ＩＩＩ族先駆体または第Ｖ族先駆体との間の相互作用が起こると、第ＩＩＩ族先駆体または第Ｖ族先駆体は解離して第ＩＩＩ族化学物質（または第ＩＩＩ族原子の吸着原子）または第Ｖ族化学物質（または第Ｖ族原子の吸着原子）を基板表面上に生ぜしめる。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜生成のための方法
【００３２】
本発明の一態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成する方法は、第１反応空間内に基板を提供することと、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体（本願明細書において「第ＩＩＩ族先駆体」とも記す）と接触させて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成することと、基板を第２反応空間へ移動することと、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成することとを含む。一実施形態において、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。
【００３３】
幾つかの実施形態において、基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板上の第ＩＩＩ族金属薄膜を含む基板は、水素含有種と接触させられる。一実施形態において、水素含有種はＨ２を含む。他の実施形態において、水素含有種は水素カチオン、水素アニオンおよび水素ラジカルの１つ以上を含む水素の励起種を含む。一実施形態において、水素の励起種は、遠隔プラズマ発生または直接プラズマ発生を経て提供される。他の実施形態において、水素の励起種は、高温面または金網へのＨ２ガスの露出による水素分子の熱分離によって提供される。
【００３４】
一実施形態において、基板は第１反応空間内の水素含有種と接触できる。このような場合に、第１反応空間は基板を水素含有種と接触させるに先立ち、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。
【００３５】
一実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板を第３反応空間へ移動して、第３反応空間内の水素含有種と接触させる。第３反応空間は、第１および第２反応空間の間に配置されてもよい。他の実施形態において、第ＩＩＩ族金属薄膜を水素の励起種と接触させることにより、多層第ＩＩＩ族島を単原子高さ（または厚さ）の島に低減できる。
【００３６】
実施形態において、第２反応空間に続いて、基板は第１反応空間へ移動する。他の実施形態において、第２反応空間に続いて、基板は第３反応空間へ移動する。一実施形態において、第３反応空間内で基板は第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、第３反応空間内の基板は第１反応空間内の基板に露出された第ＩＩＩ族金属先駆体とは異なる別の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、第３反応空間に続いて、基板は１つ以上の付加反応空間へ移動し、第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体への別の分離露出を受ける。他の実施形態において、第ＩＩＩ族または第Ｖ族先駆体に対する中間露出にて、基板は水素含有種のような他の種に露出でき、膜化学量論の維持および薄膜汚染の低減を補助できる。
【００３７】
幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を基板上に形成した後に、基板上の第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を含む基板は水素含有種と接触する。他の実施形態において、基板は第２反応空間内の水素含有種と接触する。このような場合に、第２反応空間は基板を水素含有種と接触させるに先立ち、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。他の実施形態において、基板は第３反応空間へ移動して、第３反応空間内の水素含有種と接触する。第３反応空間は、第１および第２反応空間の間に配置されてもよい。一実施形態において、第３反応空間は第１および第２反応空間から異なっている。
【００３８】
本発明の実施形態の方法は、窒素およびアルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）の１つ以上を含む薄膜のような第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成するために用いてもよい。一実施形態において、ＧａＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＧａＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＡｌＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。
他の実施形態において、ＧａＩｎＮ薄膜を形成する方法が提供される。他の実施形態において、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜を形成する方法が提供される。
【００３９】
一実施形態において、第１反応空間内で基板は単一の第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。
他の実施形態において、第１反応空間内で基板は、１つ以上のＡｌ、ＧａおよびＩｎ含有先駆体のような多発性第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、基板は分離した反応空間内の異なる第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。一実施形態において、基板は第ＩＩＩ族金属先駆体への露出間に第Ｖ族先駆体と接触する。
【００４０】
一実施形態において、第１反応空間は第２反応空間から異なっている。他の実施形態において、第１反応空間は第２反応空間から流体的に分離している。他の実施形態において、第１反応空間および第２反応空間は、分離した圧力制御環境である。他の実施形態において、第１反応空間からのガスは第２反応空間へ入ることを防止され、第２反応空間からのガスは第１反応空間へ入ることを防止される。
【００４１】
一実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は約１ナノメータ（「ｎｍ」）〜１００マイクロメータ、または１ｎｍ〜１０マイクロメータ、または１０ｎｍ〜１０００ｎｍまたは２０ｎｍ〜５００ｎｍの厚さを有し得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜は約１００マイクロメータ未満、または約１０マイクロメータ未満、または約１０００ｎｍ未満、または約５００ｎｍ未満または約１００ｎｍ未満の厚さを有し得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は少なくとも約１０ｎｍ／時間、または少なくとも約１００ｎｍ／時間、または少なくとも約１０００ｎｍ／時間または少なくとも約５０００ｎｍ／時間の成長速度で形成され得る。他の実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は約５０００ｎｍ／時間未満、または約１０００ｎｍ／時間未満、または約５００ｎｍ／時間未満、または約４００ｎｍ／時間未満、または約３００ｎｍ／時間未満、または約２００ｎｍ／時間未満、または約１００ｎｍ／時間未満の成長速度で形成され得る。
【００４２】
図１に関して、本発明の実施形態に従って、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を形成する方法が例示されている。第一ステップ１０５において、第１反応空間に配置されている基板については、前記基板は第ＩＩＩ族金属先駆体（例えばトリメチルガリウム）と接触し、基板上に第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する。基板は、基板を第１反応空間へ移動する（例えば、基板を有するサセプタを移動するかまたは回転させて）かまたは第１反応空間を基板へ移動する（例えば、第１反応空間を回転させて）ことによって第１反応空間に配置してもよい。
一実施形態において、前記基板は準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成するために必要な時間内で接触する。他の実施形態において、第１反応空間の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させることにより、約１単層（ＭＬ）未満、または０．９５ＭＬ未満、または０．９ＭＬ未満、または０．８５ＭＬ未満、または０．８ＭＬ未満、または０．７５ＭＬ未満、または０．７ＭＬ未満、または０．６５ＭＬ未満、または０．６ＭＬ未満、０．５５ＭＬ未満、または０．５ＭＬ未満、または０．４５ＭＬ未満、または０．４０ＭＬ未満、または０．３５ＭＬ未満、または０．３０ＭＬ未満、または０．２５ＭＬ未満、または０．１５ＭＬ未満、または０．１０ＭＬ未満、または０．０５ＭＬ未満の厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する。他の実施形態において、第１反応空間内の基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、約０．０５ＭＬ、または０．１ＭＬ、または０．１５ＭＬ、または０．２ＭＬ、または０．２５ＭＬ、または０．３ＭＬ、または０．３５ＭＬ、または０．４ＭＬ、または０．４５ＭＬ、または０．５ＭＬ、または０．５５ＭＬ、または０．６ＭＬ、または０．６５ＭＬ、または０．７ＭＬ、または０．７５ＭＬ、または０．８ＭＬ、または０．８５ＭＬ、または０．９０ＭＬ、または０．９５ＭＬ、または１ＭＬに及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する。他の実施形態において、第１反応空間の基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属層を形成する。
【００４３】
一実施形態において、第ＩＩＩ族金属先駆体の露出は、予め定められた適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜の提供のために選択され得る。適用範囲はＸ線光電子分光（ＸＰＳ）のような様々な分光学用具（下記参照）によって評定できる。第ＩＩＩ族金属薄膜の予め定められた適用範囲を達成する際に、試行錯誤アプローチが予め定められた適用範囲に相当する第ＩＩＩ族金属先駆体の露出を見出すために用い得ることが理解される。たとえば、１つのシステムにおいて、０．３ＭＬ適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜適用範囲を達成することは基板（本願明細書においてターゲットとも記す）の約１Ｌでの第ＩＩＩ族金属先駆体に対する露出を必要とする。
【００４４】
次に、ステップ１１０において、前記基板は第２反応空間に配置される。幾つかの実施形態において、基板は第２反応空間へ移動し得る。他の実施形態において、第２反応空間は基板へ移動（例えば、回転）し得る。一実施形態において、第２反応空間に対する基板の移動は、第１反応空間から第２反応空間へサセプタを回転させることを含む。
【００４５】
次に、ステップ１１５において、第２反応空間内の基板については、基板は基板上の第ＩＩＩ族金属薄膜を含み、第Ｖ族先駆体と接触して第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜を形成する。一実施形態において、第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜は第ＩＩＩ−Ｖ族種を含む。他の実施形態において、基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、基板は水素含有種（例えばＨ２、水素の励起種）と接触できる。基板は、第１反応空間、第２反応空間または第３反応空間内の水素含有種と接触できる。一実施形態において、基板を水素含有種と接触させるに先立ち、基板を有する反応空間は、一掃および／またはポンプ送出の補助により、減圧され得る。
【００４６】
一実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素含有種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素のプラズマ励起種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素の活性中性種を含む。他の実施形態において、第Ｖ族先駆体は窒素の活性中性種を含み、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素種を含む。一実施形態において、前記基板は準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族金属薄膜を形成するために必要な時間内で接触する。他の実施形態において、第２反応空間の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、約１ＭＬ未満、または０．９５ＭＬ未満、または０．９ＭＬ未満、または０．８５ＭＬ未満、または０．８ＭＬ未満、または０．７５ＭＬ未満、または０．７ＭＬ未満、または０．６５ＭＬ未満、または０．６ＭＬ未満、または０．５５ＭＬ未満、または０．５ＭＬ未満、または０．４５ＭＬ未満、または０．４０ＭＬ未満、または０．３５ＭＬ未満、または０．３０ＭＬ未満、または０．２５ＭＬ未満、または０．１５ＭＬ未満、または０．１０ＭＬ未満、または０．０５ＭＬ未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。他の実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、約０．０５ＭＬ、または０．１ＭＬ、または０．１５ＭＬ、または０．２ＭＬ、または０．２５ＭＬ、または０．３ＭＬ、または０．３５ＭＬ、または０．４ＭＬ、または０．４５ＭＬ、または０．５ＭＬ、または０．５５ＭＬ、または０．６ＭＬ、または０．６５ＭＬ、または０．７ＭＬ、または０．７５ＭＬ、または０．８ＭＬ、または０．８５ＭＬ、または０．９０ＭＬ、または０．９５ＭＬ、または１ＭＬに及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。他の実施形態において、第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する。
【００４７】
幾つかの実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、エネルギーをＮ２とＨ２ガスとの混合物、ＮＨ３、Ｎ２とＮＨ３との混合物、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）および／またはＮ２とＮ２Ｈ４との混合物に提供することによって形成される窒素および水素含有種を含み得る。一実施形態において、窒素のプラズマ励起種はＮＨｘを含み、「ｘ」は１以上の数である。たとえば、窒素のプラズマ励起種は、ＮＨ、ＮＨ２およびＮＨ３、例えばＮＨ＋、ＮＨ２＋、ＮＨ３＋の如きこのような種のイオンおよびラジカルの１つ以上を含み得る。他の実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、約０．５：１、または１：１、または２：１、または３：１、または４：１、または５：１のＮ２とＨ２との流量比を有するＮ２とＨ２ガスとの混合物に、エネルギーを誘導的に結合することによって形成される。他の実施形態において、窒素のプラズマ励起種は、Ｎ２およびＨ２の全体流量の約１／３（または０．３３３）であるＨ２流量を有するＮ２とＨ２ガスとの混合物にエネルギーを誘導的に結合することによって形成される。
【００４８】
実施形態において、前記基板は、予め定められた厚さの第ＩＩＩ−Ｖ族含有薄膜が基板上に形成されるまで、第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体と接触される。
【００４９】
引き続き図１を参照して、ステップ１２０において、基板は第１反応空間または第３反応空間へ移動される。一実施形態において、基板は第１反応空間へ移動して、第ＩＩＩ族金属先駆体と接触する。他の実施形態において、基板は、第１および第２反応空間から異なった第３反応空間へ移動する。第３反応空間において、基板は第ＩＩＩ族金属先駆体、第Ｖ族先駆体または他の種と接触し得る。たとえば、基板は気相化学物質と接触し得て、基板上に形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜から、汚染物（例えば炭素）の除去を補助する。
【００５０】
一実施形態において、予め定められた厚さおよび組成の薄膜が形成されるまで、基板は逐次的反応空間（下記参照）へ移動する。
【００５１】
一実施形態において、上述の通りに、基板は第１反応空間へ移動してステップ１０５〜１２０を繰り返し得る。
【００５２】
一実施形態において、第２反応空間の後、基板は基板上に形成される薄膜の物理学的特性（例えば伝導率、厚さ、長期の周期性、組成）および／または品質を評定する際の手助けとなる１つ以上の薄膜分光学手段のような１つ以上の薄膜診断手段を含む１つ以上の環境へ移動し得る。分光学手段は、反射−吸収赤外分光（ＲＡＩＲＳ）、低エネルギー電子線回折法（ＬＥＥＤ）分光、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、オージェ電子分光（ＡＥＳ）走査プローブ顕微鏡（ＳＴＭ、ＡＦＭ）、Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）、分光反射率および伝達、単一波長反射率および伝達、光学高温計（単一波長、二重波長またはスペクトル放射線分析使用）、エミッソメトリ、エリプソメトリ、表面光散乱および光学旋光分析を含み得る。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜形成のシステム
【００５３】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜をターゲットに配置するための装置が提供されている。前記装置は第１反応空間および第２反応空間を含み、第１反応空間は流体的に第２反応空間から分離されている。装置は、ターゲット（または基板）を各第１および第２反応空間のそれぞれと接触させるためのサセプタまたは基板保持器を更に含む。一実施形態において、前記装置は第１露出にて第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間へ導き、第２露出にて第Ｖ族先駆体を第２反応空間へ導くための制御器（例えば、図２参照）を含む。他の実施形態において、第１露出は準単分子層（または予湿法）適用範囲にて第ＩＩＩ族金属層を提供する。
【００５４】
実施形態において、二成分半導体薄膜の析出のための最高水準技術を伴う多くの実用的課題は環境（または反応空間）を分離することによって緩和でき、第ＩＩＩ族金属原子は環境から基板上へ析出し、これらの吸着した金属原子は第Ｖ族含有先駆体ガスに露出されて第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜または化合物を形成する。一実施形態において、基板は析出反応空間（または環境）の間で移動し、予め定められた厚さの膜を周期的に析出させる。図２は連結した逐次処理環境システムの一例であり、この目的のために建造し得る。
【００５５】
一実施形態において、個々の反応空間の流量および圧力制御の理由で第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体ガスは同一反応容積内に有意量は存在しないので、この技術は第ＩＩＩ族および第Ｖ族含有先駆体ガス間の気相反応を緩和できる。更に分離した環境を維持することにより、表面に第ＩＩＩ族吸着原子を送達する環境、および第Ｖ族先駆体の送達が所望のＩＩＩ−Ｖ化合物を形成する表面反応のために最適化される分離した環境（または反応空間）を最適化する。ＩｎＧａＡｌＮ薄膜の場合、第ＩＩＩ族金属送達は、他の方法においてトリメチルガリウムトリエチルガリウム、塩化ジエチルガリウムおよび有機的水素化ガリウム化合物等、水素化ジメチルガリウム等； 第ＩＩＩ族材料の熱蒸発；または、ガス上第ＩＩＩ族塩化物または第ＩＩＩ族水素化物のような金属有機先駆体（ここではガリウムの場合、同様に他の第ＩＩＩ族金属の場合が記載されている）の使用のために最適化され得る。一実施形態において、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜の場合、窒化硬化法環境は活性窒素をウェファ表面に送達するための窒素含有種のプラズマ励起または熱分離を含む様々な方法のために最適化され得る。
【００５６】
第ＩＩＩ族および第Ｖ族要素のための分離した析出環境は、各独立環境の両立し難い工程を可能にできる。たとえば、異なるガス流およびポンプの排気速度は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族環境において使用し得る。その上、反応性の第Ｖ族種の生成に役立つが、第ＩＩＩ族先駆体の送達に有害なメカニズムたとえば、プラズマ励起を経たイオン化および分離は、第Ｖ族反応環境における第ＩＩＩ族先駆体の欠如のために、強制なしで使われ得る。
【００５７】
Ｎ２ガスの様々な分子励起状態は、光学発光分光法の使用によって特徴づけられる。例えば、Ｒ． Ｗ． Ｂ． ＰｅａｒｓｅおよびＡ． Ｇ． Ｇａｙｄｏｎ著、分子スペクトルの識別、Ｃｈａｐｍａｎ ａｎｄ Ｈａｌｌ、１９７６を参照のこと、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。光発光は、より高いエネルギー励起状態から低いエネルギー状態への移行の結果である。Ｎ２分子にとって、ほぼ６００ナノメータ（ｎｍ）〜８００ｎｍの領域の移行の群は（Ｎ２輝線の「第１正系列」と称する）ほぼ６電子ボルト（ｅＶ）の最小限の励起エネルギーを有する状態の帯域において、ここで終端する移行から生じる。これは、中性Ｎ２分子励起状態の最低内部エネルギーである。Ｎ２ガスの誘導結合プラズマ励起からの光発光スペクトルは、図４に示されている。これらの放出特性は、この個体群の励起Ｎ２分子の大多数がほぼ６ｅＶの内部エネルギーを有することを示す。一実施形態において、Ｎ２ガスのこの励起は、ＩｎＧａＡｌＮ薄膜析出のために使われる。
【００５８】
分離した第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境のため、第ＩＩＩ族金属吸着原子は即座には第Ｖ族原子と反応されない。技術は吸着金属原子の表面移動度の増加に帰結し、高度に有機化された低エネルギー部位で生成される成長表面への添加を行うことによる結晶品質の改良を促進する。一般技術は、成長が原子ステップ縁で起こる二次元成長を促進する。たとえば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他著「２．６ μｍ／ｈｒ Ｈｉｇｈ−Ｓｐｅｅｄ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｂｙ ＲＦ−Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ ａｎｄ Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｑｕａｌｉｔｙ ｂｙ Ｍｉｇｒａｔｉｏｎ Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｅｐｉｔａｘｙ，」Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １７６， ３２３ （１９９９）参照、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。一実施形態において、この技術は、二次元の島（すなわち一原子層の厚さを有する島）の成長を促進できる。他の実施形態において、この技術は、３次元の島（すなわち複数の原子層の厚さを有する島）の成長を促進できる。
【００５９】
本発明の実施形態の方法は、最高水準の技術であり、金属吸着原子の増加する表面移動から生じる改良された結晶品質によるＭＯＣＶＤにおいて代表的な温度より低い基板温度の使用を可能にすることができる。例えば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他は代表的ＭＯＣＶＤでのほぼ１０５０℃と比較して、ＧａＮ成長での７５０℃を報告している。最高水準の技術と関連する低減処理温度は、より廉価な基板および簡略化反応炉設計の使用を可能にする。
【００６０】
第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境の分離は、基板表面が一部の析出サイクルで第ＩＩＩ族原子の過剰を有する状況を必然的に創る。第ＩＩＩ族金属、特にＧａおよびＩｎは、第ＩＩＩ族要素が所望のＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成するために必要な第Ｖ族要素の化学量論的量を超えるときに、液滴を基板表面上に形成できる。たとえば、Ｄ． Ｓｕｇｉｈａｒａ他、および、Ｓ． Ｈ． Ｃｈｏ 他著、「Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｏｎ Ｓａｐｐｈｉｒｅ （０００１）Ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ ｂｙ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ」Ｊｐｎ． Ｊ． Ａｐｐｌ． Ｐｈｙｓ． ３４， Ｌ２３６ （１９９５）を参照、本書は完全に本願明細書に引用したものとする。処理の間に溶解せず、膜のままである第ＩＩＩ族金属液滴は、光電子工学的材料特性を損ない、デバイス製造と両立し難い。
【００６１】
各周期の間に第ＩＩＩ族金属の準単分子層適用範囲を析出させることによって、本発明の実施形態の方法は第ＩＩＩ族金属液滴形成を、消去せずとも、緩和することを可能にできる。この適用範囲にて、第ＩＩＩ族金属厚さは湿潤層の厚さ未満でもよく、金属液滴形成は抑制される。その上、金属吸着原子の準単分子層適用範囲は吸着原子間の相互作用の数を減らし、それらの自己散乱を減らして、吸着原子表面移動度を増やす。
【００６２】
実施形態において、水素含有種は、基板上の第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜形成の間に使用できる。水素含有種は、第ＩＩＩ族および第Ｖ族反応環境から分離した環境において維持されることができて、第ＩＩＩ族環境の後、第Ｖ族環境の後、あるいは両方共に使用できる。一実施形態において、水素含有種は、基板、反応空間内の基板上の第ＩＩＩ族金属膜、または第ＩＩＩ族もしくは第Ｖ族先駆体を有する反応空間と分離した第ＩＩＩ−Ｖ族膜と接触させられる。一実施形態において、水素含有種を含む環境は第Ｖ族反応空間の後、順次に使用でき、そこで過剰な第ＩＩＩ族原子または液滴は第ＩＩＩ族水素化物（例えばＧａＨ３）に変換される。第ＩＩＩ族水素化物は揮発性であってもよく、液滴は各周期毎に前記表面から除去される。これによって、成長表面は各析出周期の開始時に正規組成とされる。他の実施形態において、水素含有種を含む環境は第ＩＩＩ族反応空間の後、順次に使用でき、水素の励起種は多層第ＩＩＩ族島を単原子高さ（または厚さ）の島に低減できる。
【００６３】
一実施形態において、膜を水素含有種に露出する付加的な利点は、水素の活性種が金属有機先駆体に存在するアルキル基からの残差汚染による炭素原子および／または炭化水素基を除去（またはゲッタ）することである。例えば、Ｂｏｒｎｓｃｈｅｕｅｒ他著、「Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ａｔｏｍｉｃ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ａｎｄ ｉｔｓ Ｕｓｅ ｆｏｒ ｔｈｅ Ｇｒｏｗｔｈ ｏｆ ＧａＮ ｗｉｔｈ Ｌｏｗ Ｃａｒｂｏｎ Ｌｅｖｅｌ」Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １５９， １３３ （１９９７），およびＫｉｍ他著「Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ Ｈｙｄｒｏｇｅｎ ｏｎ ＧａＮ Ｇｒｏｗｔｈ ｂｙ Ｒｅｍｏｔｅ Ｐｌａｓｍａ−Ｅｎｈａｎｃｅｄ Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ」 Ｐｈｙｓ． Ｓｔａｔ． Ｓｏｌ． （ａ） １７６， ３３７ （１９９９）を参照， これらは完全に本願明細書に引用したものとする。他の実施形態において、プラズマ励起水素含有種は、炭素、イオウおよび酸素から選択される１つ以上の不純物種を除去するために用いてもよい。これは、基板または基板上の薄膜の更なる汚染を、除去せずとも都合よく縮減し得る。
【００６４】
実施形態において、薄膜特性がその位置で測定されることができる所では、付加的環境は維持できる。この環境において、析出は起こらず、光学的表示域、レンズシステム、分光法および他のポートは安定している必要があり、正確な測定は維持できる。この環境において実行されてもよい測定は、反射−吸収赤外分光（ＲＡＩＲＳ）、低エネルギー電子線回折法（ＬＥＥＤ）分光、Ｘ線光電子分光（ＸＰＳ）、オージェ電子分光（ＡＥＳ）走査プローブ顕微鏡（ＳＴＭ、ＡＦＭ）、Ｘ線吸収微細構造（ＮＥＸＡＦＳ）、分光反射率および伝達、単一波長反射率および伝達、光学高温計（単一波長、二重波長またはスペクトル放射線分析使用）、エミッソメトリ、エリプソメトリ、表面光散乱および光学旋光分析を含み得る。本願明細書において提供される手段（例えば分光計）を用いた測定により集められる膜データは、厚さ、誘電率、伝導率（または比抵抗）、光減衰定数、温度および放射率を含み得る。このようなデータはリアルタイム閉ループ制御システムにおいて使われ、析出環境の態様は指定された許容度の範囲内で測定されたパラメータを維持する。この配置は、薄膜特性最適化、デバイス特性最適化、薄膜蒸着パラメータ最適化（例えば反応空間圧力、析出温度、流量の最適化）、ラン・ツー・ラン反復率、システム・ツー・システム反復率および整合を提供することができて、製造された商品の歩留まりを改善した。
【００６５】
図３は分離された処理環境を経た１つ以上の基板の環式操作のための回転式システムで可能な様々な配置の簡便化表現の幾つかの例を表し、環境は記載されているもののいずれでもよい。
【００６６】
要約すると、第ＩＩＩ−Ｖ族化合物を形成する第ＩＩＩ族および第Ｖ族析出環境の分離、および、これらの分離された環境による基板の環式操作は、金属液滴の形成が１周期毎の金属吸着原子の準単分子層適用範囲を使用して抑制されるところ、第ＩＩＩ族および第Ｖ族先駆体間の有害な気相反応のない比較的低温度工程を経て形成される高品質な結晶性の第ＩＩＩ−Ｖ族化合物に帰結される。必要に応じて、励起水素含有種に対する露出は、金属液滴形成および／または炭素汚染低減を管理する際の助成に対する分離した環境においてなされる。必要に応じて、その場での薄膜測定は、最適の安定性のために維持される分離した環境および測定の反復率においてなされ、そして、これらの測定からのデータは、析出および水素環境のリアルタイム閉ループ制御のために使われる。
【００６７】
本発明の実施形態において、制御器およびシステムは第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜形成を制御し、規制するために提供される。一実施形態において、制御システムは、例えば、基板および／または基板ホルダ（またはサセプタ）温度、反応炉圧力、反応空間圧力、反応チャンバ圧力、プラズマ発生器圧力、プラズマ発生器へのガス（例えば、Ｎ２）の流量、反応空間へのガス（例えば、金属有機種）流量、基板を１つの反応空間から他の反応空間へ移動する速度、基板が薄膜形成の間に回転する割合、プラズマ発生器への電力（例えば、直流または高周波電力）、反応チャンバとの流体伝搬の真空システムのような様々な工程パラメータを制御するために提供される。真空システムは、機械的ポンプのような裏付けポンプに加えて、例えばターボ分子（「ターボ」）ポンプ、クライオポンプ、イオンポンプおよび拡散ポンプの１つ以上のような、反応チャンバに減圧を提供するために構成される様々なポンプを含み得る。
第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜
【００６８】
本発明の別の態様において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜が提供される。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、本願明細書において提供される方法によって形成される。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物、窒化アルミニウム、窒化インジウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、インジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物またはこれらの組み合わせから選択される１つ以上の材料を含み得る。
【００６９】
図５を参照して、構造（またはデバイス）は、本発明の実施形態に従って、基板５１０上に形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜５０５を有して図示されている。薄膜５０５は本願明細書において提供され、図１文脈において議論されるどの方法によっても形成され得る。加えて、薄膜５０５は図２の装置または図３のシステムのような、本願明細書において提供されるどのデバイス、装置またはシステムをも使用して形成される。基板５１０は、ケイ素、シリカ、サファイヤ、酸化亜鉛、ＳｉＣ、ＡｌＮ、ＧａＮ、尖晶石、被覆ケイ素、酸化物上のケイ素、酸化物上の炭化ケイ素、ガラス、窒化ガリウム、窒化インジウムおよびアルミニウム窒化物およびこれらの組み合わせ（または合金）から選択され得る。基板５１０は、化学的に不純物を添加した基板（例えば、不純物を添加したｎ型またはｐ型）または固有の基板であってもよい。
【００７０】
図５のデバイスは、様々な応用に適していてもよい。たとえば、図５の薄膜５０５は、光起電力太陽電池のような電子デバイスにおいて採用できる。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜５０５は、発光ダイオード（ＬＥＤ）（例えば、ＧａＮ系バイオレット・レーザダイオード）；金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）および金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）デバイスを含む電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）を含む光電子工学応用；および高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）を含むトランジスタのような様々な半導体応用またはデバイスにおいて使われる。第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜５０５および基板５１０の組成および厚さは、デバイス応用に従って選択される。
【００７１】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は、約１０６転位／ｃｍ２に及び、または約１０７転位／ｃｍ２に及び、または約１０８転位／ｃｍ２に及び、または約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥（例えば、不整合転位（例えばスレッディング および／または刃状転位））密度を有し得る。幾つかの実施形態において、第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の欠陥密度は、約１０６転位／ｃｍ２〜１０１０転位／ｃｍ２の間にあってもよい。
【００７２】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜（例えばＧａＮ薄膜）は、約０．５ナノメータ（「ｎｍ」）以下、または約１．０ｎｍ以下、または約１．５ｎｍ以下、または約２ｎｍ以下、または約２．５ｎｍ以下、または約３ｎｍ以下、または約３．５ｎｍ以下、または約４ｎｍ以下、または約４．５ｎｍ以下、または約５ｎｍ以下、または約５．５ｎｍ以下、または約６ｎｍ以下、または約７ｎｍ以下、または約８ｎｍ以下、または約９ｎｍ以下、または約１０ｎｍ以下の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定される高低差の実効値を有し得る。
【００７３】
本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の結晶特性は（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅のようなＸ線回折計測によって探査される。幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成される第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜の（０００２）または（１０１２）結晶学的反射の半最大値における全値幅は、約１００秒角以下、または約２００秒角以下、または約３００秒角以下、または約４００秒角以下、または約５００秒角以下、または約６００秒角以下であり得る。
【００７４】
幾つかの実施形態において、インジウム含有第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜は部分的インジウム濃度ＩｎｘＺ（１−ｘ）Ｎ（「ＩｎＺＮ））を有し、「ｘ」は零より大で１未満の数であり、「Ｎ」は窒素であり、そして、「Ｚ」は第ＩＩＩ族種である。幾つかの実施形態において、「ｘ」は、約０．９９に及び、または約０．９に及び、または約０．８に及び、または約０．７に及び、または約０．６に及び、または約０．５に及び、または約０．４に及び、または約０．３に及び、または約０．２に及び、または約０．１に及ぶ。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＺＮ薄膜は、多重量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。
【００７５】
幾つかの実施形態において、本願明細書において提供される方法によって形成されるＩｎＧａＮ薄膜は部分的インジウム濃度ＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎを有し、「ｘ」は零より大で１未満の数である。幾つかの実施形態において、「ｘ」は、約０．９９に及び、または約０．９に及び、または約０．８に及び、または約０．７に及び、または約０．６に及び、または約０．５に及び、または約０．４に及び、または約０．３に及び、または約０．２に及び、または約０．１に及ぶ。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、発光ダイオード（ＬＥＤ）ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。幾つかの実施形態において、ＩｎＧａＮ薄膜は、多重量子井戸ヘテロ構造デバイスの１つ以上の層を含み得る。
実施例
【００７６】
図２のシステムのようなシステムは、円周に沿ってお互いに隣接して配置されている４つの反応空間を含む。約７００℃の温度に加熱された基板は第１反応空間において提供され、約０．５トルの圧力にてトリメチルガリウムと接触した。トリメチルガリウムの第１露出は、約０．５ＭＬの適用範囲で、ガリウム薄膜を形成するのに十分である。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第２反応空間へ回転させられ、水素ラジカルおよびイオンを含む励起水素含有種と約０．５トルの圧力で接触した。Ｈ２に約５００ワットのプラズマ電力を提供することによって励起水素含有種が形成される。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第３反応空間に回転させられて、約０．５トルの圧力で、Ｎ２およびＨ２の混合物と接触した。前記混合物に約５００ワットのプラズマ電力を提供することによってＮ２およびＨ２の励起種が生成される。プラズマ電力は、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素の活性中性種を生成するのに十分である。次に、約７００℃の温度に加熱された基板は第４反応空間に回転させられ、水素ラジカルおよびイオンを含む励起水素含有種と約０．５トルの圧力で接触した。次に、基板は第１反応空間に回転させられ、上記のステップは、全体で、約４０００ナノメータ（「ｎｍ」）の厚さを有する第ＩＩＩ‐Ｖ族薄膜を提供するために繰り返される。
【００７７】
本発明の実施形態の方法およびシステムは、他のシステム及び方法と組み合わされ、または他のシステム及び方法により設計変更できる。たとえば、本発明の実施形態の方法とシステムは、米国特許第６，３０５，３１４号、米国特許第６，４５１，６９５号、米国特許第６，０１５，５９０号、米国特許第５，３６６，５５５号、米国特許第５，９１６，３６５号、米国特許第６，３４２，２７７号、米国特許第６，１９７，６８３号、米国特許第７，１９２，８４９号、米国特許第７，５３７，９５０号、米国特許第７，３２６，９６３号、米国特許第７，４９１，６２６号、米国特許第６，７５６，３１８号、米国特許第６，００１，１７３号、米国特許第６，８５６，００５号、米国特許第６，８６９，６４１号、米国特許第７，３４８，６０６号、米国特許第６，８７８，５９３号、米国特許第６，７６４，８８８号、米国特許第６，６９０，０４２号、米国特許第４，６１６，２４８号、米国特許第４，６１４，９６１号、米国特許公開番号２００６／００２１５７４号、米国特許公開番号２００７／０１４１２５８号、米国特許公開番号２００７／０１８６８５３号、米国特許公開番号２００７／０２１５０３６号、米国特許公開番号２００７／０２１８７０１号、米国特許公開番号２００８／０１７３７３５号、米国特許公開番号２００９／００９０９８４号、米国特許公開番号２０１０／０２１００６７号、特許協力条約（「ＰＣＴ」）公開番号ＷＯ／２００３／０４１１４１号、ＰＣＴ公開番号ＷＯ／２００６／０３４５４０号およびＰＣＴ公開番号ＷＯ／２０１０／０９１４７０号、および、ＰＣＴ公開番号ＷＯ／２０１０／０９２４８２号に記載された方法およびシステムと組み合わされ、またはこれらのシステム及び方法により設計変更でき、これらは完全に本願明細書に引用したものとする。
【００７８】
特定の実施が例示され、記載されているものの、様々な設計変更が可能であり、本願明細書において熟慮されることが上述の記載から理解されるべきである。本発明が明細書内で提供される具体例によって限定されることも意図されていない。本発明は上述した仕様に関して記載されるものの、本発明の実施形態の記述および図解は本願明細書において限定的に解釈されるものではない。さらに、本発明の全ての態様が、様々な条件および変数に依存し、本願明細書において記載される特異的な描写、構成または相対的比率に限定されないことが理解されるものとする。本発明の実施形態の形式および細目の様々な設計変更は、当業者にとって明白である。したがって、本発明がどの種類の設計変更、変形および均等物を保護することもまた熟慮されよう。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
第１反応空間内の基板を準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成し；そして、
第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成することを含む、方法。
【請求項２】
前記第１反応空間が前記第２反応空間から流体的に分離されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、基板上に第ＩＩＩ族金属の非自己限定層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第Ｖ族先駆体が窒素含有種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒素含有種が窒素の活性中性種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記窒素の活性中性種が、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素種である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記窒素含有種がＮ２とＨ２との混合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記窒素含有種がＮ２， ＮＨ３および Ｎ２Ｈ４から選択される１つ以上の種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第Ｖ族先駆体が第Ｖ族含有分子のプラズマ活性化種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第Ｖ族先駆体がプラズマ活性化窒素含有種を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２反応空間の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることが第Ｖ族先駆体および水素含有種を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第Ｖ族先駆体がＮ２、ＮＨ３および Ｎ２Ｈ４から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第ＩＩＩ族先駆体がガリウム含有種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第ＩＩＩ族先駆体がホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）から選択される１つ以上の種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第ＩＩＩ族先駆体が金属有機種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１反応空間内の前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）に及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ族半導体層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２反応空間内の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ 族薄膜を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１反応空間内の前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２反応空間内の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が第ＩＩＩ族金属窒化物薄膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウム薄膜である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族膜を形成する間に前記基板を加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２反応空間の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、第ＩＩＩ族金属薄膜を第３反応空間内の水素含有種と接触させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を第３反応空間内の水素含有種と接触させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定で１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記高低差実効値が５ｎｍ以下である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記高低差実効値が２ｎｍ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、ＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎを含み、「ｘ」は０より大きく、１未満の数である、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
「ｘ」が約０．９９に及ぶ、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１の方法によって形成される、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜デバイス。
【請求項３５】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項３６】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する光起電力太陽電池。
【請求項３７】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する量子井戸型ヘテロ構造デバイス。
【請求項３８】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する多重量子井戸型ヘテロ構造デバイス。
【請求項３９】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定で１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記高低差実効値が５ｎｍ以下である、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記高低差実効値が２ｎｍ以下である、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４４】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
（ａ） 第１反応空間内に基板を配置すること；
（ｂ） 第１反応空間内で基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つと接触させること；
（ｃ） 第２反応空間内に前記基板を配置すること；
（ｄ） 第２反応空間内で基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つと接触させること；および、
（ｅ）予め定められた厚さの第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すこと、を含み、
準単分子層適用範囲にて前記基板を他の第ＩＩＩ族先駆体と接触させ、第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する、方法。
【請求項４５】
前記第Ｖ族先駆体が窒素含有種を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記１つ以上の第ＩＩＩ族金属がホウ素、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウム薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜がインジウム・ガリウム窒化物薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化アルミニウム薄膜、窒化インジウム薄膜、アルミニウム・ガリウム窒化物薄膜またはインジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウムおよびインジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化アルミニウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物またはアルミニウム・インジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
第３反応空間に前記基板を配置し、前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、前記第ＩＩＩ族金属薄膜を水素含有種と接触させることを更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
前記水素含有種が、水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
第３反応空間に前記基板を配置して前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を水素含有種と接触させることを更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５５】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
基板を第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と交互におよび逐次に接触させることを含み、
前記基板は、分離した反応空間内で第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と接触し、そして、
前記基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させて準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する、方法。
【請求項５７】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
基板上に第ＩＩＩ族金属層を提供すること、前記第ＩＩＩ族金属層は予湿法適用範囲にて１つ以上の第ＩＩＩ族金属を有する；そして、
前記第ＩＩＩ族金属層を第Ｖ族先駆体と接触させること、を含む方法。
【請求項５８】
ターゲット上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を配置する装置であって、
第１反応空間および第２反応空間、第１反応空間は、流体的に第２反応空間と分離し；
ターゲットを各第１および第２の反応空間と接触させているサセプタ；および、
第１露出において第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間へ導き、第２露出において第Ｖ族先駆体を第２反応空間へ導くための制御器、第１露出は、準単分子層適用範囲にて前記ターゲット上へ第ＩＩＩ族金属層を提供する、を含む、装置。
【請求項５９】
前記第２露出が、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を提供する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
流体的に前記第１および第２反応空間から分離している第３反応空間を更に含み、前記第３反応空間は前記基板を水素含有種と接触させる、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
流体的に前記第１、第２および第３反応空間から分離している第４反応空間を更に含み、前記第４反応空間では前記ターゲット上に形成した第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の膜特性の１つ以上を測定する、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
流体的に前記第１、第２反応空間から分離している第３反応空間を更に含み、前記第３反応空間では前記ターゲット上に形成した第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の膜特性の１つ以上を測定する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
前記サセプタが、前記サセプタを有する平面に垂直な軸の周りを回転可能である、請求項５８に記載の装置。
【請求項６４】
前記サセプタが、前記サセプタを有する平面に垂直な軸に沿って上方位置および下方位置の間で移動可能である、請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記第１反応空間および前記第２反応空間が隔壁によって分離されている、請求項５８に記載の装置。
【請求項６６】
前記隔壁が前記サセプタの中心軸から放射状に延びている、請求項６５に記載の装置。
【請求項１】
第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
第１反応空間内の基板を準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成し；そして、
第２反応空間内の基板を第Ｖ族先駆体と接触させて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成することを含む、方法。
【請求項２】
前記第１反応空間が前記第２反応空間から流体的に分離されている、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより、基板上に第ＩＩＩ族金属の非自己限定層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記第Ｖ族先駆体が窒素含有種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記窒素含有種が窒素の活性中性種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項６】
前記窒素の活性中性種が、分子状窒素（Ａ３Σｕ＋）の最低励起状態を有する窒素種である、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記窒素含有種がＮ２とＨ２との混合物を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項８】
前記窒素含有種がＮ２， ＮＨ３および Ｎ２Ｈ４から選択される１つ以上の種を含む、請求項４に記載の方法。
【請求項９】
前記第Ｖ族先駆体が第Ｖ族含有分子のプラズマ活性化種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１０】
前記第Ｖ族先駆体がプラズマ活性化窒素含有種を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記第２反応空間の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることが第Ｖ族先駆体および水素含有種を提供することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記第Ｖ族先駆体がＮ２、ＮＨ３および Ｎ２Ｈ４から選択される、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第ＩＩＩ族先駆体がガリウム含有種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記第ＩＩＩ族先駆体がホウ素（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）およびインジウム（Ｉｎ）から選択される１つ以上の種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
前記第ＩＩＩ族先駆体が金属有機種を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第１反応空間内の前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）に及ぶ厚さを有する第ＩＩＩ族半導体層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１７】
前記第２反応空間内の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ 族薄膜を形成する、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記第１反応空間内の前記基板を第ＩＩＩ族先駆体と接触させることにより約１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ族金属層を形成する、請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
前記第２反応空間内の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させることにより１単層（ＭＬ）未満の厚さを有する第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が第ＩＩＩ族金属窒化物薄膜である、請求項１に記載の方法。
【請求項２１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウム薄膜である、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族膜を形成する間に前記基板を加熱することを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２３】
前記第２反応空間の前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、第ＩＩＩ族金属薄膜を第３反応空間内の水素含有種と接触させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２４】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項２３に記載の方法。
【請求項２５】
第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を第３反応空間内の水素含有種と接触させることを更に含む、請求項１に記載の方法。
【請求項２６】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定で１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項２８】
前記高低差実効値が５ｎｍ以下である、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
前記高低差実効値が２ｎｍ以下である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する、請求項１に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、ＩｎｘＧａ（１−ｘ）Ｎを含み、「ｘ」は０より大きく、１未満の数である、請求項１に記載の方法。
【請求項３３】
「ｘ」が約０．９９に及ぶ、請求項３２に記載の方法。
【請求項３４】
請求項１の方法によって形成される、第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜デバイス。
【請求項３５】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する発光ダイオード（ＬＥＤ）。
【請求項３６】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する光起電力太陽電池。
【請求項３７】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する量子井戸型ヘテロ構造デバイス。
【請求項３８】
請求項１の方法によって形成される第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を有する多重量子井戸型ヘテロ構造デバイス。
【請求項３９】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）による測定で１０ナノメータ（ｎｍ）以下の高低差実効値を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４０】
前記高低差実効値が５ｎｍ以下である、請求項３９に記載のデバイス。
【請求項４１】
前記高低差実効値が２ｎｍ以下である、請求項４０に記載のデバイス。
【請求項４２】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約１０１０転位／ｃｍ２に及ぶ欠陥密度を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４３】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が約６００秒角以下の（０００２）または（１０１２）Ｘ線反射のオメガ走査半最大値における全値幅を有する、請求項３４、３５、３６、３７または３８に記載のデバイス。
【請求項４４】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
（ａ） 第１反応空間内に基板を配置すること；
（ｂ） 第１反応空間内で基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの１つと接触させること；
（ｃ） 第２反応空間内に前記基板を配置すること；
（ｄ） 第２反応空間内で基板を第１の第ＩＩＩ族先駆体および第１の第Ｖ族先駆体のうちの他の１つと接触させること；および、
（ｅ）予め定められた厚さの第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が形成されるまでステップ（ａ）〜（ｄ）を繰り返すこと、を含み、
準単分子層適用範囲にて前記基板を他の第ＩＩＩ族先駆体と接触させ、第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する、方法。
【請求項４５】
前記第Ｖ族先駆体が窒素含有種を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項４６】
前記１つ以上の第ＩＩＩ族金属がホウ素、アルミニウム、ガリウムおよびインジウムから選択される、請求項４４に記載の方法。
【請求項４７】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウム薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４８】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜がインジウム・ガリウム窒化物薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項４９】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化アルミニウム薄膜、窒化インジウム薄膜、アルミニウム・ガリウム窒化物薄膜またはインジウム・ガリウム・アルミニウム窒化物薄膜である、請求項４４に記載の方法。
【請求項５０】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化ガリウムおよびインジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５１】
前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜が窒化アルミニウム、アルミニウム・ガリウム窒化物、窒化ガリウム、インジウム・ガリウム窒化物またはアルミニウム・インジウム・ガリウム窒化物のエピタキシャル層を含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５２】
第３反応空間に前記基板を配置し、前記基板を第Ｖ族先駆体と接触させるに先立ち、前記第ＩＩＩ族金属薄膜を水素含有種と接触させることを更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５３】
前記水素含有種が、水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
第３反応空間に前記基板を配置して前記第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を水素含有種と接触させることを更に含む、請求項４４に記載の方法。
【請求項５５】
前記水素含有種が水素（Ｈ２）および水素の励起種から選択される、請求項５４に記載の方法。
【請求項５６】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
基板を第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と交互におよび逐次に接触させることを含み、
前記基板は、分離した反応空間内で第ＩＩＩ族金属先駆体および第Ｖ族先駆体と接触し、そして、
前記基板を第ＩＩＩ族金属先駆体と接触させて準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ族金属薄膜を形成する、方法。
【請求項５７】
基板上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を形成する方法であって、
基板上に第ＩＩＩ族金属層を提供すること、前記第ＩＩＩ族金属層は予湿法適用範囲にて１つ以上の第ＩＩＩ族金属を有する；そして、
前記第ＩＩＩ族金属層を第Ｖ族先駆体と接触させること、を含む方法。
【請求項５８】
ターゲット上に第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を配置する装置であって、
第１反応空間および第２反応空間、第１反応空間は、流体的に第２反応空間と分離し；
ターゲットを各第１および第２の反応空間と接触させているサセプタ；および、
第１露出において第ＩＩＩ族先駆体を第１反応空間へ導き、第２露出において第Ｖ族先駆体を第２反応空間へ導くための制御器、第１露出は、準単分子層適用範囲にて前記ターゲット上へ第ＩＩＩ族金属層を提供する、を含む、装置。
【請求項５９】
前記第２露出が、準単分子層適用範囲にて第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜を提供する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６０】
流体的に前記第１および第２反応空間から分離している第３反応空間を更に含み、前記第３反応空間は前記基板を水素含有種と接触させる、請求項５８に記載の装置。
【請求項６１】
流体的に前記第１、第２および第３反応空間から分離している第４反応空間を更に含み、前記第４反応空間では前記ターゲット上に形成した第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の膜特性の１つ以上を測定する、請求項６０に記載の装置。
【請求項６２】
流体的に前記第１、第２反応空間から分離している第３反応空間を更に含み、前記第３反応空間では前記ターゲット上に形成した第ＩＩＩ−Ｖ族薄膜の膜特性の１つ以上を測定する、請求項５８に記載の装置。
【請求項６３】
前記サセプタが、前記サセプタを有する平面に垂直な軸の周りを回転可能である、請求項５８に記載の装置。
【請求項６４】
前記サセプタが、前記サセプタを有する平面に垂直な軸に沿って上方位置および下方位置の間で移動可能である、請求項６３に記載の装置。
【請求項６５】
前記第１反応空間および前記第２反応空間が隔壁によって分離されている、請求項５８に記載の装置。
【請求項６６】
前記隔壁が前記サセプタの中心軸から放射状に延びている、請求項６５に記載の装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−１６９６２２（Ｐ２０１２−１６９６２２Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２５７９４（Ｐ２０１２−２５７９４）
【出願日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【出願人】（５１２０３３２６８）インターモレキュラー，インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年２月９日（２０１２．２．９）
【出願人】（５１２０３３２６８）インターモレキュラー，インコーポレーテッド (1)
【Ｆターム（参考）】
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