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JP2974879B2 - Synthesis method by plasma CVD - Google Patents

Synthesis method by plasma CVD

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JP2974879B2
JP2974879B2 JP10611093A JP10611093A JP2974879B2 JP 2974879 B2 JP2974879 B2 JP 2974879B2 JP 10611093 A JP10611093 A JP 10611093A JP 10611093 A JP10611093 A JP 10611093A JP 2974879 B2 JP2974879 B2 JP 2974879B2
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film
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明はプラズマCVDにより例
えばAlN(窒化アルミニウム)を合成する方法に関
し、特に反応室内の基板付近に磁界を与えてプラズマを
活性化させる合成方法、およびこの合成方法により得ら
れるエピタキシャルAlNに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for synthesizing, for example, AlN (aluminum nitride) by plasma CVD, and more particularly to a method for activating plasma by applying a magnetic field to a substrate near a substrate in a reaction chamber, and a method for synthesizing the plasma. Epitaxial AlN to be used.

【0002】[0002]

【従来の技術】AlN(窒化アルミニウム)は、電気抵
抗の高い安定した絶縁材料などとして注目されている
が、さらにその光学的特性も着目されている。本発明の
発明者らは、プラズマCVDを使用した合成方法により
Si基板表面にAlNを析出することに成功し、これに
ついて特願平2−103620号(特開平3−4797
1号公報)として特許出願している。このプラズマCV
Dによる合成方法では、基板温度が400℃よりもやや
高い程度の比較的低温にてAlN膜を析出させることが
できた。図11は、上記の方法によりSi基板上に合成
されたAlN膜の走査型電子顕微鏡写真である。図11
の写真で解るように、合成されたAlN膜は多結晶であ
る。
2. Description of the Related Art AlN (aluminum nitride) has attracted attention as a stable insulating material having a high electric resistance, and its optical characteristics have also attracted attention. The inventors of the present invention succeeded in depositing AlN on the surface of a Si substrate by a synthesis method using plasma CVD, which was disclosed in Japanese Patent Application No. 2-103620 (Japanese Patent Application Laid-Open No. 3-4797).
No. 1). This plasma CV
In the synthesis method using D, the AlN film could be deposited at a relatively low temperature, where the substrate temperature was slightly higher than 400 ° C. FIG. 11 is a scanning electron micrograph of the AlN film synthesized on the Si substrate by the above method. FIG.
As can be seen from the photograph, the synthesized AlN film is polycrystalline.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
り合成されたAlN膜は絶縁材料などとしては有効であ
るが、光学素子として使用するには問題がある。すなわ
ち上記AlNは、多結晶であるため、光導波路として使
用した場合に、導波する光が結晶粒界により散乱し、光
量が減衰する。したがって、光導波路などとして使用す
るAlN膜は、単結晶またはエピタキシャルであること
が必須である。従来、エピタキシャルAlN膜の合成例
として、有機金属材料を原料とした化学気相成長方法
(MOCVD)によるものが報告されている。これは、
筒状の炉の中に基板を設置して加熱し、炉内にトリメチ
ルアルミニウム((CH33Al)とアンモニア(NH
3)ガスを流し、基板表面にAlNを生成するものであ
る。
However, although the AlN film synthesized by the above method is effective as an insulating material, there is a problem in using it as an optical element. That is, since AlN is polycrystalline, when used as an optical waveguide, guided light is scattered by crystal grain boundaries, and the amount of light is attenuated. Therefore, it is essential that the AlN film used as an optical waveguide or the like be single crystal or epitaxial. Conventionally, as a synthesis example of an epitaxial AlN film, a method using a chemical vapor deposition method (MOCVD) using an organic metal material as a raw material has been reported. this is,
The substrate was placed in a cylindrical furnace and heated, and trimethyl aluminum ((CH 3 ) 3 Al) and ammonia (NH) were placed in the furnace.
3 ) Flowing a gas to generate AlN on the substrate surface.

【0004】しかしながらこの方法では、基板温度が1
400〜1600℃と非常に高くなる欠点がある。また
堆積速度も遅い。さらに合成されたエピタキシャルAl
N膜の表面平滑性が悪く、例えば光導波路として使用し
た場合に、内部を導波する光が膜の表面で散乱しやすく
なる。またトリメチルアルミニウムは、空気と爆発的に
反応する性質を有しているため、取り扱いが非常に困難
である。このように、従来の方法において低い合成温度
で平滑性のあるエピタキシャルAlNを合成できず、ま
た堆積速度を速くできないことの原因のひとつとして、
反応部において供給された気体が充分に活性化されてい
ないことが挙げられる。
However, in this method, when the substrate temperature is 1
There is a disadvantage that the temperature is extremely high at 400 to 1600 ° C. Also, the deposition rate is slow. Further synthesized epitaxial Al
The surface smoothness of the N film is poor. For example, when used as an optical waveguide, light guided inside tends to be scattered on the surface of the film. Trimethylaluminum is very difficult to handle because it has the property of reacting explosively with air. As described above, one of the causes of the inability to synthesize a smooth epitaxial AlN at a low synthesis temperature and to increase the deposition rate in the conventional method is as follows.
The reason is that the gas supplied in the reaction section is not sufficiently activated.

【0005】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、反応部での気体の活性化を促進できるようにし、
例えば高い平滑性を有するエピタキシャルAlNなどを
低温にて高い堆積速度にて合成できるようにしたプラズ
マCVDによる合成方法を提供することを第1の目的と
している。また上記合成方法によりエピタキシャルAl
Nを得ることを第2の目的としている。
[0005] The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and is intended to promote the activation of gas in a reaction section.
For example, it is a first object of the present invention to provide a plasma CVD method for synthesizing epitaxial AlN having high smoothness at a low deposition rate at a high deposition rate. Also, the epitaxial Al
The second object is to obtain N.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマC
VDによる合成方法は、アルミニウムのハロゲン化物と
窒素原子を含む気体を、減圧された反応室内に供給して
混合させ、この反応室内に設置された基板付近に、基板
を挟むようにして反応室の外に設けられた一対の磁石に
より磁界を与えながら、前記一対の磁石が対向する方向
とほぼ直交する方向へ放射されるマイクロ波により放電
させて混合気体をプラズマ化し、基板表面に六方晶系の
単一方向性結晶であるエピタキシャルAlNを含む層を
析出させることを特徴としている。
SUMMARY OF THE INVENTION A plasma C according to the present invention is provided.
Synthesis process according to VD includes aluminum halide
The gas containing nitrogen atoms, mixed by supplying the depressurized reaction chamber, in the vicinity of the substrate placed in the reaction chamber, the substrate
To a pair of magnets provided outside the reaction chamber
Direction in which the pair of magnets face each other while applying a more magnetic field
When a mixed gas by discharging into plasma by the microwave radiated in a direction substantially orthogonal, hexagonal on the substrate surface
It is characterized in that a layer containing epitaxial AlN which is a unidirectional crystal is deposited.

【0007】上記手段において、前記基板の表面が、前
記マイクロ波の通路中心より高い位置にあることが好ま
しい。なお、アルミニウムのハロゲン化物としては臭化
アルミニウムが挙げられる。
In the above means, the surface of the substrate may be
It is preferable to be higher than the center of the microwave path.
New In addition, aluminum bromide is mentioned as a halide of aluminum.

【0008】[0008]

【0009】[0009]

【作用】本発明では、混合気体を放電させプラズマ化す
るためにマイクロ波(例えば周波数が2.45GHzを
使用している。マイクロ波により混合気体をプラズマ化
すると、混合気体内の物質が、比誘電率と誘電体損失角
に関係して分極励起され、電離、活性化される。さらに
このプラズマは磁界を与えると、電子が励振されてより
活性なプラズマが得られる。よって基板付近の磁界を適
正に選ぶことにより、基板の広い範囲において均一な膜
が高い堆積速度により合成できることになる。
In the present invention, a microwave (for example, a frequency of 2.45 GHz is used) to discharge the mixed gas into plasma, and when the mixed gas is converted into plasma by the microwave, the substance in the mixed gas is reduced in specific ratio. Polarization is excited, ionized, and activated in relation to the dielectric constant and the dielectric loss angle, and when a magnetic field is applied to the plasma, electrons are excited to obtain a more active plasma. With proper choice, a uniform film can be synthesized at a high deposition rate over a wide area of the substrate.

【0010】例えば供給する気体として臭化アルミニウ
ムアルミ(AlBr3)と窒素ガス(N2)を使用し、こ
れをプラズマ化すると、AlBr3が分解して、AlB
rやAlになり、AlとBr 、AlとN、AlとBrと
などの組合わせの分子状のラジカル及びイオンが存在す
るようになる。これらの分子状ラジカルやイオンの一部
はマイクロ波によってさらに分解が促進されて原子状の
ラジカルやイオンになる。一般に窒素原子Nは金属と結
び付きにくいが、N2が励起されて、N2(+イオン)に
なるとAlラジカルと結び付きやすくなる。すなわち、
Al原子はプラズマ力で活性化されると最外殻にある電
子を発散しやすくなるため、この発散した電子に導かれ
てN2(+イオン)とAlラジカルが高いエネルギーで
結び付き共有結合率の高いAlN膜が合成できる。Al
N膜の生成に関係しているこれらのラジカルやイオン
は、プラズマに印加された磁界によって励振された高密
度電子によってその解離効率がさらに高まり、より高い
比率の共有結合性AlN膜が得られる。本発明の発明者
らは、上記の合成方法により、平滑性に優れたエピタキ
シャルAlNを高い堆積速度で合成することに成功し
た。
[0010] For example, aluminum aluminum bromide (AlBr 3 ) and nitrogen gas (N 2 ) are used as supplied gases, and when these are turned into plasma, AlBr 3 is decomposed and AlB 3 is decomposed.
r or Al, and a combination of molecular radicals and ions, such as Al and Br, Al and N, and Al and Br, is present. Some of these molecular radicals and ions are further decomposed by microwaves to become atomic radicals and ions. Generally, the nitrogen atom N is hardly bound to a metal, but when N 2 is excited to become N 2 (+ ion), it is easily bound to an Al radical. That is,
When activated by the plasma force, the Al atoms tend to emit electrons in the outermost shell, so that N 2 (+ ions) and Al radicals are linked by high energy and guided by the scattered electrons, resulting in a high covalent bond rate. A high AlN film can be synthesized. Al
The dissociation efficiency of these radicals and ions related to the formation of the N film is further enhanced by the high-density electrons excited by the magnetic field applied to the plasma, and a higher ratio of covalent AlN film is obtained. The inventors of the present invention have succeeded in synthesizing epitaxial AlN excellent in smoothness at a high deposition rate by the above synthesis method.

【0011】ただし、上記の合成方法は、エピタキシャ
ルAlN膜の合成にのみ適しているのではなく、供給す
る気体の種類により各種の膜や物質を合成できる。特に
基板付近に磁界を与えることにより、プラズマが広い範
囲において活性化されるため、広い面積にてより結合エ
ネルギーの高い安定した構造の膜や物質を合成できる。
この合成例としては、上記臭化アルミニウムと窒素ガス
に加え、酸素原子を有する気体として笑気ガス(N
2O)を供給することにより、酸窒化アルミニウム(A
l−O−N)を安定して合成でき、またさらにケイ素原
子を有する気体としてシランガス(SiH4)を供給す
ることにより、サイアロン(Si−Al−O−N)を合
成することも可能である。またより活性なプラズマ中で
合成が進行することから、合成された膜や物質はより高
い結合エネルギーを有しており、上記に例を挙げたもの
以外の種々の共有結合性の物質の合成が可能であり、例
えば種々の構造多形を有するダイアモンドの合成や立方
晶BNの合成などにも適している。
However, the above-mentioned synthesis method is not only suitable for the synthesis of an epitaxial AlN film, but can synthesize various films and substances depending on the kind of gas to be supplied. In particular, by applying a magnetic field to the vicinity of the substrate, the plasma is activated in a wide range, so that a film or a substance having a stable structure and higher binding energy can be synthesized over a wide area.
As an example of this synthesis, in addition to the above-mentioned aluminum bromide and nitrogen gas, laughing gas (N
By supplying 2 O), aluminum oxynitride (A
l-O-N) can stably synthesize and by further supplying silane gas (SiH 4) as a gas having a silicon atom, it is also possible to synthesize sialon (Si-Al-O-N ) . Also, since the synthesis proceeds in a more active plasma, the synthesized films and substances have higher binding energies, and the synthesis of various covalent substances other than those mentioned above is not possible. It is possible and suitable for, for example, synthesizing diamond having various structural polymorphisms and synthesizing cubic BN.

【0012】[0012]

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図1は本発明による合成方法に使用するプラズマC
VD装置の構造を示す断面図である。図1において、符
号1は石英管などによって形成された反応管であり、そ
の内部が反応室Aとなっている。符号2はマイクロ波プ
ラズマ発生装置である。2aはマイクロ波発振器であ
り、この実施例では、サイクロトロンにより2.45G
Hzのマイクロ波が発振される。2bは導波管、2cは
整合器、2dは反射板である。基板3は、反応室A内に
て支持部材4上に設置される。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a plasma C used in the synthesis method according to the present invention.
It is sectional drawing which shows the structure of a VD apparatus. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a reaction tube formed by a quartz tube or the like, and the inside thereof is a reaction chamber A. Reference numeral 2 denotes a microwave plasma generator. Reference numeral 2a denotes a microwave oscillator, and in this embodiment, 2.45 G by a cyclotron.
Hz microwaves are oscillated. 2b is a waveguide, 2c is a matching device, and 2d is a reflector. The substrate 3 is set on the support member 4 in the reaction chamber A.

【0013】この実施例では、基板3としてサファイヤ
基板を使用している。図5は基板3となるサファイヤC
面の原子配列と、合成するエピタキシャルAlNのC面
の原子配列とを示している。符号3で示しているのがサ
ファイヤであり、塗りつぶしにて示している丸は酸素原
子である。点線と白丸とで示しているのが合成しようと
するエピタキシャルAlNであり白丸は窒素原子または
アルミニウム原子を示している。本実施例にて合成する
AlNは6回対称の結晶すなわち六方晶系の単一方向性
結晶である。そのため図5に示すように、サファイヤの
C面とAlNのC面との格子のマッチングがよいことが
わかり、そのミスマッチ率は約5%程度にすぎない。
In this embodiment, a sapphire substrate is used as the substrate 3. FIG. 5 shows sapphire C as substrate 3
2 shows the atomic arrangement of the plane and the atomic arrangement of the C plane of the epitaxial AlN to be synthesized. The reference numeral 3 denotes sapphire, and the circles filled in are sapphire. The dotted line and the white circle indicate the epitaxial AlN to be synthesized, and the white circle indicates a nitrogen atom or an aluminum atom. The AlN synthesized in this embodiment is a six-fold symmetric crystal, that is, a hexagonal unidirectional crystal. Therefore, as shown in FIG. 5, the lattice matching between the C plane of sapphire and the C plane of AlN is found to be good, and the mismatch ratio is only about 5%.

【0014】前記支持部材4は、その上端にホルダ4a
が設けられ、このホルダ4aに前記基板3が設置され
る。ホルダ4aは、窒化シリコン(Si34)などによ
って形成されている。ホルダ4aの支持部4bは石英管
ならびに金属管により構成されており、その内部に赤外
線放射温度計の検出ヘッドが収納されている。この検出
ヘッドは光ファイバ5を介して検出回路部(図示せず)
に接続されている。上記検出ヘッドから発せられる赤外
線は石英管内を通過し、ホルダ4a内にて基板3に照射
される。よって反応室A内のプラズマの影響を受けるこ
となく、基板3の温度測定が正確に行われるようにな
る。反応室Aの上端にはガス供給ノズル6が配置されて
いる。このガス供給ノズル6は多重管であり、この実施
例の場合には三重管となっている。
The support member 4 has a holder 4a at its upper end.
Is provided, and the substrate 3 is set on the holder 4a. The holder 4a is formed of silicon nitride (Si 3 N 4 ) or the like. The support portion 4b of the holder 4a is composed of a quartz tube and a metal tube, and houses the detection head of the infrared radiation thermometer inside. The detection head is connected to a detection circuit (not shown) via an optical fiber 5.
It is connected to the. The infrared rays emitted from the detection head pass through the quartz tube and are irradiated on the substrate 3 in the holder 4a. Therefore, the temperature of the substrate 3 can be accurately measured without being affected by the plasma in the reaction chamber A. A gas supply nozzle 6 is provided at the upper end of the reaction chamber A. The gas supply nozzle 6 is a multiple tube, and in this embodiment, a triple tube.

【0015】本実施例においてエピタキシャルAlNの
合成に際しては、図1にて実線で示す経路にて供給され
るソースが使用される。恒温室11内はサーモスタット
により常に一定の温度に保たれる。恒温室11の内部に
はバブラ12が配置されている。このバブラ12内にア
ルミニウム原子を含む反応性ガス源として臭化アルミニ
ウム(AlBr3)が充填されている。また13は導入ガ
スとして使用される水素ガス(H2)のボンベである。
また符号14は窒素原子を供給するための窒素ガス(N
2)のボンベである。さらに16はプラズマを活性化す
るためのアルゴンガス(Ar)のボンベである。
In this embodiment, when synthesizing the epitaxial AlN, a source supplied along a path shown by a solid line in FIG. 1 is used. The inside of the constant temperature chamber 11 is always kept at a constant temperature by a thermostat. A bubbler 12 is arranged inside the constant temperature chamber 11. The bubbler 12 is filled with aluminum bromide (AlBr 3 ) as a reactive gas source containing aluminum atoms. Reference numeral 13 denotes a cylinder of hydrogen gas (H 2 ) used as an introduction gas.
Reference numeral 14 denotes a nitrogen gas (N
2 ) The cylinder. Reference numeral 16 denotes a cylinder of argon gas (Ar) for activating plasma.

【0016】符号17a,17b,17dは上記3種類
の気体の供給経路に設けられた流量調節器で、18a,
18b,18dはバルブである。前記ガス供給ノズル6
は6aないし6cで示す管が同心円状に配置された三重
管であるが、窒素ガス(N2)は中間の管6bから、臭
化アルミニウム(AlBr3)は外側の管6cからそれぞ
れ反応室Aへ供給される。このように各気体を別々の経
路にて反応室Aへ供給することにより、管内にて各ガス
が混合されるのを防止でき、またプラズマにより管内壁
に合成物が析出されるのを防止できる。
Reference numerals 17a, 17b, and 17d denote flow controllers provided in the three gas supply paths, respectively.
18b and 18d are valves. The gas supply nozzle 6
Is a triple tube in which tubes denoted by reference numerals 6a to 6c are concentrically arranged, and nitrogen gas (N 2 ) is supplied from the middle tube 6b, and aluminum bromide (AlBr 3 ) is supplied from the outer tube 6c to the reaction chamber A. Supplied to Thus, by supplying each gas to the reaction chamber A through a separate path, it is possible to prevent each gas from being mixed in the tube, and to prevent a compound from being deposited on the inner wall of the tube by plasma. .

【0017】またアルゴンガス(Ar)は前記ガス供給
ノズル6とは別の経路にて反応室Aの上方(図では左上
方)から供給される。これはアルゴンガスを反応室A内
のプラズマ発生領域の外側から供給するためである。プ
ラズマ中にその外部からアルゴンガスを供給することに
より、プラズマ中における中性粒子、イオン、エレクト
ロンなどへの解離が促進されるようになる。しかも同軸
線路型マイクロ波プラズマCVDの場合、プラズマが磁
界の影響を受けやすく、反応室の管壁部分で磁界が強
く、反応させる基板が設置されている中心部では弱くな
ってプラズマの領域が不均一となるが、アルゴンガスを
プラズマ域外から供給することにより、プラズマ域が拡
大するようになる。またアルゴンガスなどのような単原
子分子の場合には、プラズマ中にて分解されると再結合
しにくく、また再結合する場合であっても周囲のエネル
ギーを奪うことがなく、安定して分解を継続する。
The argon gas (Ar) is supplied from above the reaction chamber A (upper left in the figure) through a route different from the gas supply nozzle 6. This is because the argon gas is supplied from outside the plasma generation region in the reaction chamber A. By supplying argon gas from the outside of the plasma, dissociation into neutral particles, ions, electrons, etc. in the plasma is promoted. In addition, in the case of the coaxial line type microwave plasma CVD, the plasma is easily affected by the magnetic field, the magnetic field is strong at the tube wall of the reaction chamber, and weak at the center where the substrate to be reacted is installed, and the plasma region is not good. Although uniform, the plasma region is expanded by supplying argon gas from outside the plasma region. In addition, in the case of monoatomic molecules such as argon gas, if they are decomposed in plasma, they are not easily recombined, and even if they are recombined, they do not deprive the surrounding energy and decompose stably. To continue.

【0018】よって、これが一種の着火源になってプラ
ズマ域が拡大されるものと予測される。これは従来のプ
ラズマCVDにおいて真空度を高くしたのと同じ状態で
あり、しかも真空圧を単純に上げた場合のようなデメリ
ット、例えば電子の密度が上がり成膜速度が低下するよ
うな不都合が生じるのを避けることができるようにな
る。このようなプラズマ域の拡大とラジカル解離率の向
上により、安定した合成ができ、また成膜速度も速まる
ことになる。ただし、アルゴンガスをプラズマ域外から
供給することが必要であり、仮にアルゴンガスなどをノ
ズルからプラズマ中にて基板に直接吹きかけたりする
と、逆にスパッタ状態となり成膜速度が低下することに
なる。
Therefore, it is expected that this will be a kind of ignition source and the plasma area will be expanded. This is the same state as when the degree of vacuum is increased in the conventional plasma CVD, and has disadvantages such as a case where the vacuum pressure is simply increased, for example, an inconvenience such as an increase in electron density and a decrease in the film forming rate. You can avoid it. By expanding the plasma region and improving the radical dissociation rate, stable synthesis can be performed and the film formation rate can be increased. However, it is necessary to supply the argon gas from outside the plasma region. If the argon gas or the like is directly blown from the nozzle to the substrate in the plasma, a sputtering state occurs, and the film forming rate is reduced.

【0019】また、上記反応管1の外周の上下2ヶ所
に、反応管1を囲む形状のリング状の電磁石21と22
が設けられている。この電磁石21と22により反応室
A内に磁界が与えられる。電磁石21と22は基板3の
付近に所定の磁界が与えられるように配置したものであ
り、電磁石21と22への通電量を調整することによ
り、基板3付近での磁界の強さが調整される。エピタキ
シャルAlN膜を合成するために、本実施例では、磁界
の強さを0.1(tesla)に設定するようにし、実際の
基板3付近での磁界強度を0.0785(tesla)に設
定した。符号23は反応室A内を真空圧にするための排
気管であり、ターボ分子ポンプ,メカニカルブースタポ
ンプ及びロータリポンプが接続されている。
Further, ring-shaped electromagnets 21 and 22 surrounding the reaction tube 1 are provided at two upper and lower positions on the outer periphery of the reaction tube 1.
Is provided. The electromagnets 21 and 22 apply a magnetic field to the reaction chamber A. The electromagnets 21 and 22 are arranged so as to provide a predetermined magnetic field in the vicinity of the substrate 3, and the intensity of the magnetic field in the vicinity of the substrate 3 is adjusted by adjusting the amount of electricity to the electromagnets 21 and 22. You. In this embodiment, in order to synthesize an epitaxial AlN film, the magnetic field strength was set to 0.1 (tesla), and the actual magnetic field strength near the substrate 3 was set to 0.0785 (tesla). . Reference numeral 23 denotes an exhaust pipe for evacuating the reaction chamber A to a vacuum pressure, and is connected to a turbo molecular pump, a mechanical booster pump, and a rotary pump.

【0020】なお、実施例の装置では、基板3の表面位
置をマイクロ波の通路中心よりL1だけ高くし、ガス供
給ノズル6の下端位置を基板表面よりもL2 だけ高くし
て、L1 とL2 を共に40mmに設定している。これは
反応室A内ではプラズマ発生領域の中心から外れた上部
または下部が最も合成が促進されやすく、しかもプラズ
マの下部に基板を設置した場合には、ガス供給ノズル6
の噴出口がプラズマ領域中となり、管内で反応が生じ、
管内面に合成物が析出してしまうからである。
In the apparatus of the embodiment, the surface position of the substrate 3 is higher than the center of the microwave passage by L1 and the lower end position of the gas supply nozzle 6 is higher than the substrate surface by L2, so that L1 and L2 are higher. Both are set to 40 mm. This is because, in the reaction chamber A, the synthesis is most easily promoted at the upper or lower part deviated from the center of the plasma generation region, and when the substrate is installed under the plasma, the gas supply nozzle 6
Is in the plasma region, a reaction occurs in the tube,
This is because the composite precipitates on the inner surface of the tube.

【0021】次に、図1に示すCVD装置を使用して、
エピタキシャルAlNの合成に成功した際の合成例を示
す。表1は、ソースおよびその他の条件を示したもので
ある。
Next, using the CVD apparatus shown in FIG.
An example of the synthesis when the epitaxial AlN is successfully synthesized is shown. Table 1 shows the source and other conditions.

【0022】[0022]

【表1】 [Table 1]

【0023】また各気体の流量は以下の表2で示す通り
である。
The flow rate of each gas is as shown in Table 2 below.

【0024】[0024]

【表2】 [Table 2]

【0025】上記条件によりサファイヤ(C面カット)
基板3の表面に合成された膜の走査型電子顕微鏡写真を
図10に示す。従来の方法により合成された図11の写
真に示されるものと比較してわかるように、上記条件に
より生成された膜は、膜断面に粒界がみられず、単結晶
に近い膜が合成されていることが解る。
Sapphire (C surface cut) under the above conditions
FIG. 10 shows a scanning electron micrograph of the film synthesized on the surface of the substrate 3. As can be seen from comparison with the one shown in the photograph of FIG. 11 synthesized by the conventional method, the film generated under the above conditions has no grain boundary in the film cross section, and a film close to a single crystal is synthesized. I understand that

【0026】次に、図12(A)は上記条件により合成
された膜(図10に示すもの)の透過型電子顕微鏡(T
EM)写真であり、同図(B)は制限視野電子線回折パ
ターン(SADパターン)の写真である。図13は比較
のためのもので、従来のプラズマCVD法により合成さ
れた図11に示す写真の膜に関するものであり、同図
(A)は透過型電子顕微鏡写真であり、(B)は制限視
野電子線回折パターンのX線写真である。前記条件によ
り合成された膜の図12(A)に示すTEM写真では、
図13(A)に示したものと異なり、粒界が明瞭に現れ
ておらず、エピタキシャルな膜である可能性が高くなっ
ている。また図13(B)のSADパターンでは、多結
晶の膜であり、それぞれの結晶の方向性が異なるために
リングパターンで現れているが、前記条件で合成された
膜では、図12(B)で示すように、スポットパターン
からなり、単一方向に配向した膜であることが解る。
Next, FIG. 12A shows a transmission electron microscope (T) of the film (shown in FIG. 10) synthesized under the above conditions.
EM) and FIG. (B) is a photograph of a selected area electron diffraction pattern (SAD pattern). FIG. 13 is for comparison, and relates to the film shown in FIG. 11 synthesized by the conventional plasma CVD method, in which FIG. 13A is a transmission electron micrograph, and FIG. It is an X-ray photograph of a visual field electron beam diffraction pattern. In the TEM photograph shown in FIG. 12A of the film synthesized under the above conditions,
Unlike the one shown in FIG. 13A, the grain boundary does not clearly appear, and the possibility of an epitaxial film is high. Further, the SAD pattern in FIG. 13B is a polycrystalline film, and appears in a ring pattern because the directions of the respective crystals are different. However, in the film synthesized under the above conditions, FIG. As shown by, it can be seen that the film is composed of a spot pattern and oriented in a single direction.

【0027】次に、図2は前記条件により合成されたA
lN膜のX線回折(XRD)パターンである。このXR
Dパターンは、X線の散乱状態を示すものであり、横軸
がX線ビームの入射角度(2θ)であり、縦軸がディテ
クタのカウント値(CPS)である。図2から、AlN
のC面の格子間隔に相当する回折ピークが支配的である
ことが解る。その他の回折ピークは基板であるサファイ
ヤのものである。さらに図3は、上記のAlN(00
2)のX線回折におけるロッキングカーブを示してい
る。このロッキングカーブにおけるピーク波形の半値幅
Δは非常に小さくなり結晶配向性が高いことが解る。こ
の半値幅は、上記(002)配向のAlN膜の配向性が
エピタキシャル膜の配向性と同等であることを意味して
いる。
Next, FIG. 2 shows the A synthesized under the above conditions.
3 is an X-ray diffraction (XRD) pattern of the 1N film. This XR
The D pattern indicates the state of X-ray scattering. The horizontal axis indicates the incident angle (2θ) of the X-ray beam, and the vertical axis indicates the detector count value (CPS). From FIG.
It can be seen that the diffraction peak corresponding to the lattice spacing of the C plane is dominant. The other diffraction peaks are for the substrate sapphire. FIG. 3 further shows that the AlN (00
The rocking curve in the X-ray diffraction of 2) is shown. It can be seen that the half width Δ of the peak waveform in this rocking curve is very small and the crystal orientation is high. This half width means that the orientation of the (002) oriented AlN film is equivalent to the orientation of the epitaxial film.

【0028】図14ないし図17は、前記条件により合
成されたAlN膜をAlN結晶のC軸を中心として回転
させたときの高速反射電子線回折(RHEED)による
パターンを示している。C軸を中心としたときの回転角
度をψとすると、図14はψ=0度、図15はψ=20
度、図16はψ=30度、図17はψ=60度の条件で
の回折パターンである。図14から図17にかけてのR
HEEDパターンを見ると、いずれもスポットパターン
を示している。さらにAlNのC軸に対して60度の回
転間隔で同一のスポットパターンが現れることが解る。
このことはAlNのC面が、6回対称性の結晶、すなわ
ち六方晶系の単一方向性結晶であることを意味してい
る。よって合成されたAlN膜は、エピタキシャルであ
ることが予測できる。なお図14から図17にかけての
AlN〔1010〕などは、結晶に対してどの方向から
電子線が入っているかを示しているものである。
FIGS. 14 to 17 show patterns by high-speed reflection electron beam diffraction (RHEED) when the AlN film synthesized under the above conditions is rotated around the C-axis of the AlN crystal. Assuming that the rotation angle around the C axis is ψ, FIG. 14 shows ψ = 0 degrees, and FIG. 15 shows ψ = 20.
FIG. 16 shows the diffraction pattern under the condition of ψ = 30 °, and FIG. 17 shows the diffraction pattern under the condition of ψ = 60 °. R in FIGS. 14 to 17
Each of the HEED patterns shows a spot pattern. Further, it can be seen that the same spot pattern appears at a rotation interval of 60 degrees with respect to the C axis of AlN.
This means that the C plane of AlN is a six-fold symmetric crystal, that is, a hexagonal unidirectional crystal. Therefore, it can be predicted that the synthesized AlN film is epitaxial. The AlN [1010] and the like in FIGS. 14 to 17 indicate from which direction the electron beam enters the crystal.

【0029】ここまでの解析により、合成されたAlN
膜は、粒界がなく、またAlNの各結晶軸に対して単一
配向性のエピタキシャルな膜であることを充分に予測で
きる結果となっている。しかしながら合成された膜が部
分的にエピタキシャルであることも考えられる。そこ
で、3軸型回転式のX線回折を用いて、合成されたAl
N膜の広範囲の3次元的な結晶配向性について調べた。
その結果を図4に示す。
By the above analysis, the synthesized AlN
The results show that the film has no grain boundaries and can be sufficiently predicted to be an epitaxial film having a single orientation with respect to each crystal axis of AlN. However, it is also conceivable that the synthesized film is partially epitaxial. Therefore, the synthesized Al is synthesized by using a three-axis rotary X-ray diffraction.
A wide range of three-dimensional crystal orientation of the N film was examined.
FIG. 4 shows the results.

【0030】図2におけるXRDパターンでは、合成さ
れたAlN膜のC軸が基板の表面に対して垂直に配向し
ていることが明らかである。そこで基板を水平軸に対し
て回転させ、AlN(1011)のポールフィギュアを
測定した。その結果は、図4に示すように、6箇所にボ
ールポイントが得られた。仮に合成された膜の広い範囲
において、様々な配向の結晶が存在する場合には、例え
ば検出出力がリングパターンとなって現れる。ところが
図4における測定結果を見ると、6箇所にのみボールポ
イントが現れており、広い範囲に渡って三次元的に単一
配向性の結晶構造となっていることが解る。
It is clear from the XRD pattern in FIG. 2 that the C axis of the synthesized AlN film is oriented perpendicular to the surface of the substrate. Then, the substrate was rotated with respect to the horizontal axis, and a pole figure of AlN (1011) was measured. As a result, as shown in FIG. 4, six ball points were obtained. If crystals of various orientations exist in a wide range of the synthesized film, for example, the detection output appears as a ring pattern. However, from the measurement results shown in FIG. 4, it can be seen that ball points appear only at six places, and that the crystal structure has a three-dimensionally unidirectional crystal structure over a wide range.

【0031】図4のポールフィギュアによると、合成さ
れた膜は広い範囲でエピタキシャルAlNであることが
解った。またTEM及びSEMによる観察結果から単結
晶に近いものであることが解った。また図10の走査型
電子顕微鏡写真からも解るように、合成されたAlN膜
は表面の平滑性が非常に高いものであることが解る。
According to the pole figure of FIG. 4, the synthesized film was found to be epitaxial AlN over a wide range. In addition, it was found from the results of observation by TEM and SEM that the material was close to a single crystal. Also, as can be seen from the scanning electron micrograph of FIG. 10, the synthesized AlN film has a very high surface smoothness.

【0032】以上の分析から、図1に示すCVD装置に
おいて合成された膜はシングルクリスタルに近いエピタ
キシャルAlNであり、表面の平滑性の優れたものとな
る。このAlNは、内部に粒界が存在しないため、光導
電性に優れたものとなり、光導波路として有効に使用で
きる。また表面は平滑である。さらに結晶が三次元的に
配向していることから、光スイッチとして有効に使用で
きるとともに、SHG素子として紫外線領域のレーザー
光を取り出すことも可能である。また、図1にて点線で
供給経路を示しているように、上記臭化アルミニウムと
窒素ガスに加え、酸素原子を有する気体として笑気ガス
(N2O)を供給することにより、酸窒化アルミニウム
(Al−O−N)を安定して合成できる。
From the above analysis, the film synthesized in the CVD apparatus shown in FIG. 1 is epitaxial AlN close to a single crystal, and has excellent surface smoothness. This AlN has excellent photoconductivity because there is no grain boundary inside, and can be effectively used as an optical waveguide. The surface is smooth. Further, since the crystal is three-dimensionally oriented, it can be effectively used as an optical switch, and can extract laser light in an ultraviolet region as an SHG element. Also, as shown by a dotted line in FIG. 1, in addition to the aluminum bromide and nitrogen gas, laughing gas (N 2 O) is supplied as a gas having an oxygen atom, so that aluminum oxynitride can be obtained. (Al-ON) can be synthesized stably.

【0033】さらにこれに加えシランガス(SiH4
を、窒素ガス(N2)を導入ガスとして供給することに
より、サイアロン(Si−Al−O−N)を合成するこ
とも可能である。特に前記電磁石21と22により基板
付近に磁界を与えることにより、広い範囲にて安定した
種々の膜を合成できる。そこで、図6ないし図9は、図
1に示すCVD装置を使用し、電磁石21と22で磁界
を与えあるいは磁界を与えずに、合成できる膜の応用例
について説明する。
In addition, silane gas (SiH 4 )
By supplying nitrogen gas (N 2 ) as an introduction gas, sialon (Si—Al—ON) can be synthesized. In particular, by applying a magnetic field near the substrate by the electromagnets 21 and 22, various stable films can be synthesized over a wide range. FIGS. 6 to 9 illustrate application examples of films that can be synthesized using the CVD apparatus shown in FIG. 1 and applying or not applying a magnetic field with the electromagnets 21 and 22. FIG.

【0034】図6は例えばガラスレンズをプレス成形す
るための金型を示している。この金型は、超硬材料によ
る型本体31と、この型本体31の成形凹部表面に形成
された保護膜32とから成る。この保護膜32が要求さ
れる条件を上げると以下の通りである。 ガラスとの濡れ性が低いこと、 耐酸化性に優れること、 膜表面(プレス面)が平滑であること、 高温における硬度が高いこと、 型本体31の材料である超硬との密着性がよいこと、 熱伝導率が高いこと、
FIG. 6 shows a mold for press-molding a glass lens, for example. This mold includes a mold body 31 made of a super-hard material and a protective film 32 formed on the surface of the molding recess of the mold body 31. The conditions required for the protective film 32 are as follows. Low wettability with glass, excellent oxidation resistance, smooth film surface (pressed surface), high hardness at high temperatures, good adhesion to the super hard material of the mold body 31 High thermal conductivity,

【0035】ここでAlNは、熱伝導率が高く、また熱
線膨張係数が4.8×10-6であるため、超硬材料とも
密着性がよい。しかしながらAlNは、硬度が低く、ま
た耐酸化性においても劣っている。これに対しサイアロ
ン(Si−Al−O−N)は、耐酸化性に優れ、熱伝導
率が高く、硬度も高く、しかもガラスとの濡れ性も低
い。そこで、図1に示すCVD装置と同等の装置を用
い、基板3として型本体31を設置し、プラズマCVD
法により最適な保護膜32を形成できるようにした。そ
の方法は、まず最初に図1にて実線で示すように、反応
室にAlBr3/H2と、N2とArを供給して、プラズ
マCVD法により型本体31の表面にAlN膜を合成す
る。このAlN膜は超硬に対して密着性がよい。
Here, AlN has a high thermal conductivity and a coefficient of linear thermal expansion of 4.8 × 10 -6 , so that it has good adhesion to super-hard materials. However, AlN has low hardness and is inferior in oxidation resistance. In contrast, sialon (Si-Al-ON) has excellent oxidation resistance, high thermal conductivity, high hardness, and low wettability with glass. Therefore, using a device equivalent to the CVD device shown in FIG.
The optimum protective film 32 can be formed by the method. First, as shown by the solid line in FIG. 1, AlBr 3 / H 2 , N 2 and Ar are supplied to the reaction chamber, and an AlN film is synthesized on the surface of the mold body 31 by the plasma CVD method. I do. This AlN film has good adhesion to the superhard.

【0036】AlN膜が所定の厚さにて合成された後
に、N2の供給経路に徐々にシランガス(SiH4)を加
えてその流量を増加させていき、さらに点線で示す経路
にて三重管6の中心の管6aに笑気ガス(N2O)を供
給しその流量を増加させていく。これにより型本体31
の凹部に形成されたAlNの表面に積層されていく膜中
のO原子とSi原子が含まれる率が徐々に増加してい
く。そして最終的に保護膜32の表面がサイアロン(S
i−Al−O−N)になる。このように超硬の型本体3
1に密着する部分は密着性のよいAlNで、表面(プレ
ス面)が硬度の優れたサイアロンとなった保護膜32が
形成される。
After the AlN film is synthesized to a predetermined thickness, silane gas (SiH 4 ) is gradually added to the supply path of N 2 to increase the flow rate, and furthermore, the triple pipe is provided along the path shown by the dotted line. The laughing gas (N 2 O) is supplied to the tube 6a at the center of the tube 6 to increase its flow rate. This allows the mold body 31
The rate at which O atoms and Si atoms are contained in the film laminated on the surface of AlN formed in the concave portion gradually increases. Finally, the surface of the protective film 32 is made of sialon (S
i-Al-ON). Thus, the super hard mold body 3
The portion that is in close contact with 1 is made of AlN having good adhesion, and a protective film 32 whose surface (pressed surface) is sialon having excellent hardness is formed.

【0037】ここで、図1に示す電磁石21と22に通
電して、合成域に磁界を与えることにより、AlNおよ
びこれからサイアロンになるまでの膜が広い範囲にて均
一に合成される。特にガラスレンズのプレス用金型で
は、プレス面のRが小さく、通常は均一な膜が形成しず
らいが、前記の磁界を与えることにより、Rの小さいプ
レス面に広い範囲に渡って均一な膜が形成できるように
なる。また磁界を与えての合成では表面の平滑性がよく
なるため、保護膜32に表面のサイアロンは平滑な面を
有し、プレス金型として適したものとなる。
Here, by energizing the electromagnets 21 and 22 shown in FIG. 1 and applying a magnetic field to the synthesis region, AlN and the film from now on to sialon are uniformly synthesized over a wide range. In particular, in a pressing mold for a glass lens, the R of the pressed surface is small, and it is usually difficult to form a uniform film. However, by applying the magnetic field, the pressed surface with a small R can be uniformly formed over a wide range. A film can be formed. In addition, since the surface smoothness is improved in the synthesis by applying a magnetic field, the sialon on the surface of the protective film 32 has a smooth surface and is suitable for a press die.

【0038】また金型としてはガラスプレス用に限られ
ず、ダイキャストなどの金型としても有用である。また
上記のようにAlN層から徐々にOとSiを増加して最
終的にサイアロンの表面を有する膜は、金型以外にも実
施できる。AlNの熱線膨張係数はガリウムヒ素などの
熱線膨張係数に近く、これらに対しての密着性がよい。
しかも表面のサイアロンは硬度、耐摩耗性、熱伝導率に
おいて優れるため、例えば図7に示すように平面的に膜
を合成し、ガリウムヒ素などの基板33に合成された膜
32をサーマルヘッドの加熱ヘッド部として使用しても
よい。
The mold is not limited to a glass press but is also useful as a mold for die casting or the like. Further, as described above, the film having O and Si gradually increased from the AlN layer and finally having the surface of Sialon can be used other than the mold. The thermal expansion coefficient of AlN is close to the thermal expansion coefficient of gallium arsenide and the like, and the adhesion to these is good.
Moreover, since the sialon on the surface is excellent in hardness, wear resistance and thermal conductivity, for example, as shown in FIG. 7, a film is synthesized in a plane, and the film 32 synthesized on the substrate 33 such as gallium arsenide is heated by a thermal head. You may use as a head part.

【0039】次に、図1に示すCVD装置により、ソー
スとAlBr3、SiH4/N2、N2O、およびArを供
給し、合成条件を所定に設定することにより非晶質のサ
イアロン(Si−Al−O−N)を合成することができ
る。図8は、この非晶質のサイアロンを光導波路のクラ
ッド層として使用したものである。図8に示す光導波装
置は、Si基板41の表面にSiO2などのバッファ層
42が形成され、その表面に非晶質のサイアロンのクラ
ッド層43が形成されている。またこの実施例では、ク
ラッド層43を挟むSiNまたはSi−O−Nまたは結
晶性サイアロンなどのコア層44が形成されている。そ
して表面にはSiO2などの保護層45が形成されてい
る。
Next, the source and AlBr 3 , SiH 4 / N 2 , N 2 O, and Ar are supplied by the CVD apparatus shown in FIG. 1, and the amorphous sialon ( Si-Al-ON) can be synthesized. FIG. 8 shows the use of this amorphous sialon as a cladding layer of an optical waveguide. In the optical waveguide device shown in FIG. 8, a buffer layer 42 such as SiO 2 is formed on the surface of a Si substrate 41, and an amorphous sialon cladding layer 43 is formed on the surface. In this embodiment, a core layer 44 such as SiN, Si-ON, or crystalline sialon sandwiching the cladding layer 43 is formed. A protective layer 45 such as SiO 2 is formed on the surface.

【0040】クラッド層43の両側にコア層44を形成
することにより、全体の面積を広くでき、さらにその上
に重ねて光導波路を形成できるようになる。ここで非晶
質のサイアロンをクラッド層43として使用すると、こ
れを導波する光が粒界にて散乱することがなく、光導波
効率を高めることができる。図9は横軸に酸素(O)原
子と窒素(N)原子の含有率の比率と屈折率nの変化と
の関係を示している。
By forming the core layer 44 on both sides of the cladding layer 43, the entire area can be increased, and an optical waveguide can be formed on the core layer. Here, when an amorphous sialon is used as the cladding layer 43, the light guided therethrough is not scattered at the grain boundaries, and the light guiding efficiency can be increased. FIG. 9 shows the relationship between the ratio of the content of oxygen (O) atoms and the content of nitrogen (N) atoms and the change in the refractive index n on the horizontal axis.

【0041】図9に示すように、非晶質のサイアロンで
はOとNの比を変えることにより、屈折率nが大きく変
化する。よって図1のCVD装置において、窒素ガスN
2と笑気ガス(N2O)との供給流量の比をコントロール
することにより、クラッド層としての屈折率nを自由に
広い範囲にて選択できる。またサイアロンの場合に内部
応力がSiとAlの金属原子どうしの比率により変化す
る。よってAlBr3とSiH4の供給流量の比を変える
ことにより、内部応力を任意に設定できる。このように
屈折率は酸素原子と窒素原子の比により、内部応力はS
iとAlの金属原子の比により、それぞれ独立して決め
ることができるため、光導波装置全体の応力緩和とクラ
ッド層43の屈折率とを自由度を広くして決めることが
できる。
As shown in FIG. 9, in the case of an amorphous sialon, the refractive index n greatly changes by changing the ratio of O to N. Therefore, in the CVD apparatus of FIG.
By controlling the ratio of the supply flow rates of 2 and the laughing gas (N 2 O), the refractive index n as the cladding layer can be freely selected in a wide range. In the case of sialon, the internal stress changes depending on the ratio between metal atoms of Si and Al. Therefore, the internal stress can be arbitrarily set by changing the ratio of the supply flow rates of AlBr 3 and SiH 4 . Thus, the refractive index depends on the ratio of oxygen atoms to nitrogen atoms, and the internal stress is S
Since it can be determined independently by the ratio of metal atoms of i and Al, the stress relaxation of the entire optical waveguide device and the refractive index of the cladding layer 43 can be determined with a wide degree of freedom.

【0042】これに対し、従来光導波路材料として一般
に用いられているSi−O−Nは、図9に示すように、
酸素原子と窒素原子の比率を変えたとしても、屈折率n
の変動が小さく、よって屈折率の選択幅が広くなってい
る。またSi−O−Nでは酸素原子と窒素原子との比を
変えると内部応力が変動するため、屈折率と応力とを別
々にコントロールすることはできなかった。この点から
図8に示すように、非晶質のサイアロンを光導波路のク
ラッド層として使用することにより、従来にない優れた
光導波装置を構成できる。
On the other hand, Si—O—N, which has been generally used as a conventional optical waveguide material, is as shown in FIG.
Even if the ratio of oxygen atoms to nitrogen atoms is changed, the refractive index n
Is small, and the range of selection of the refractive index is wide. Further, in Si-ON, when the ratio of oxygen atoms to nitrogen atoms is changed, the internal stress fluctuates, so that the refractive index and the stress cannot be controlled separately. From this point, as shown in FIG. 8, by using an amorphous sialon as the cladding layer of the optical waveguide, an excellent optical waveguide device which has not existed conventionally can be constructed.

【0043】[0043]

【発明の効果】以上のように、請求項1記載の発明で
は、基板付近の合成域において磁界をマイクロ波と直交
する方向へ与えることによりプラズマを活性化させるこ
とができ、広い範囲に渡って均一な組成の物質の合成が
可能になる。
As described above, according to the first aspect of the present invention, the magnetic field is orthogonal to the microwave in the combining area near the substrate.
When applied in the direction, the plasma can be activated, and a material having a uniform composition can be synthesized over a wide range.

【0044】[0044]

【0045】すなわち、請求項に記載した、上記方法
により合成されるエピタキシャルAlNは、シングルク
リスタルに近い単結晶ライクであり、また表面が平滑で
あるため、光導波路などとしての使用に適している。
らに、請求項2記載の発明では、AlNを含む層の析出
において合成が促進されやすい。
[0045] That is, according to claim 1, epitaxial AlN synthesized by the above method, a single crystal-like close to a single crystal, and because the surface is smooth and suitable for use as such an optical waveguide . Sa
Further, according to the second aspect of the present invention, the deposition of a layer containing AlN is performed.
, The synthesis is easily promoted.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明による合成方法に使用されるCVD装置
の構成図、
FIG. 1 is a configuration diagram of a CVD apparatus used in a synthesis method according to the present invention,

【図2】図1の装置にて合成されたAlNのXRDパタ
ーンを示す線図、
FIG. 2 is a diagram showing an XRD pattern of AlN synthesized by the apparatus of FIG. 1;

【図3】図1の装置にて合成されたAlNのロッキング
カーブを示す線図、
FIG. 3 is a diagram showing a rocking curve of AlN synthesized by the apparatus of FIG. 1;

【図4】図1の装置にて合成されたAlNのポールフィ
ギュアを示す線図、
FIG. 4 is a diagram showing a pole figure of AlN synthesized by the apparatus of FIG. 1;

【図5】図1の装置において合成されたAlNとサファ
イヤ基板の原子配列を示す模式図、
FIG. 5 is a schematic diagram showing an atomic arrangement of AlN and a sapphire substrate synthesized in the apparatus of FIG. 1;

【図6】金型のプレス面に保護膜を合成した例を示す断
面図、
FIG. 6 is a cross-sectional view illustrating an example in which a protective film is synthesized on a pressing surface of a mold.

【図7】サーマルヘッドなどの層を合成した例を示す断
面図、
FIG. 7 is a sectional view showing an example in which layers such as a thermal head are synthesized.

【図8】非晶質サイアロンによるクラッド層を有する光
導波装置の断面図、
FIG. 8 is a cross-sectional view of an optical waveguide device having a cladding layer made of amorphous sialon.

【図9】非晶質サイアロンなどの屈折率の変化を示す線
図、
FIG. 9 is a diagram showing a change in refractive index of an amorphous sialon or the like;

【図10】図1の装置にて合成されたAlN膜の結晶構
造を示す走査型電子顕微鏡写真、
FIG. 10 is a scanning electron micrograph showing a crystal structure of an AlN film synthesized by the apparatus of FIG. 1,

【図11】従来例にて合成されたAlN膜の結晶構造を
示す走査型電子顕微鏡写真、
FIG. 11 is a scanning electron micrograph showing a crystal structure of an AlN film synthesized in a conventional example,

【図12】(A)は図1の装置により合成されたAlN
膜の結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真、(B)は制
限視野電子線回折パターンを示すX線写真、
FIG. 12A shows AlN synthesized by the apparatus of FIG.
A transmission electron micrograph showing the crystal structure of the film, (B) an X-ray photograph showing a selected area electron diffraction pattern,

【図13】(A)は従来例により合成されたAlN膜の
結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真、(B)は制限視
野電子線回折パターンを示すX線写真、
13A is a transmission electron micrograph showing the crystal structure of an AlN film synthesized according to a conventional example, FIG. 13B is an X-ray photograph showing a selected area electron diffraction pattern,

【図14】高速反射電子線回折によるRHEEDパター
ンを示すX線写真、
FIG. 14 is an X-ray photograph showing a RHEED pattern obtained by high-speed reflection electron beam diffraction,

【図15】高速反射電子線回折によるRHEEDパター
ンを示すX線写真、
FIG. 15 is an X-ray photograph showing a RHEED pattern obtained by high-speed reflection electron diffraction,

【図16】高速反射電子線回折によるRHEEDパター
ンを示すX線写真、
FIG. 16 is an X-ray photograph showing a RHEED pattern by high-speed reflection electron diffraction,

【図17】高速反射電子線回折によるRHEEDパター
ンを示すX線写真、
FIG. 17 is an X-ray photograph showing a RHEED pattern by high-speed reflection electron beam diffraction,

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 反応管 A 反応室 2 マイクロ波発振器 3 基板 4 支持部材 6 供給管 21,22 電磁石 REFERENCE SIGNS LIST 1 reaction tube A reaction chamber 2 microwave oscillator 3 substrate 4 support member 6 supply tube 21, 22 electromagnet

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平2−141496(JP,A) 特開 平4−132683(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C30B 25/02 C23C 16/00 - 16/34 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (56) References JP-A-2-141496 (JP, A) JP-A-4-132683 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 6 , DB name) C30B 25/02 C23C 16/00-16/34

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 アルミニウムのハロゲン化物と窒素原子
を含む気体を、減圧された反応室内に供給して混合さ
せ、この反応室内に設置された基板付近に、基板を挟む
ようにして反応室の外に設けられた一対の磁石により
界を与えながら、前記一対の磁石が対向する方向とほぼ
直交する方向へ放射されるマイクロ波により放電させて
混合気体をプラズマ化し、基板表面に六方晶系の単一方
向性結晶であるエピタキシャルAlNを含む層を析出さ
せることを特徴とするプラズマCVDによる合成方法。
1. An aluminum halide and a nitrogen atom
The gas containing, mixed and supplies the decompressed reaction chamber, in the vicinity of the substrate placed in the reaction chamber, sandwiching the substrate
Thus, while giving a magnetic field by a pair of magnets provided outside the reaction chamber , the pair of magnets are substantially in the opposite direction.
Discharge by microwave radiated in orthogonal direction
The gas mixture is turned into plasma and a single hexagonal
A synthesis method by plasma CVD, wherein a layer containing epitaxial AlN , which is a directional crystal, is deposited.
【請求項2】 前記基板の表面が、前記マイクロ波の通
路中心より高い位置にある請求項1記載のプラズマCV
Dによる合成方法。
2. The method according to claim 1 , wherein the surface of the substrate is provided with a microwave passage.
2. The plasma CV according to claim 1, which is located at a position higher than the center of the road.
D. Synthesis method.
【請求項3】 アルミニウムのハロゲン化物は臭化アル
ミニウムである請求項1または2記載のプラズマCVD
による合成方法。
3. A plasma CVD halides aluminum claim 1 or 2, wherein the aluminum bromide
Synthesis method.
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