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ガリウム(Ga)イオンビームを低エネルギーで試料基板に照射するため、負の高電圧でイオンを引き出して接地した試料に100eV以下のエネルギーで照射する光学系を作製し、既存の電子サイクロトロン共鳴(ECR)イオン源からのラジカル、イオン、または電子ビーム、と同時照射が可能なシステムを構築した。形成した薄膜表面はX線光電子分光(XPS)装置による真空中その場での分析が可能となった。
このシステムで実際にSi基板上にGaの堆積を試みた。高真空中でGaイオンビームを堆積させてXPS測定を行なったところ、下地のSiのシグナルは観測されず、Gaが面内に一様に付着していることが確認された。ごくわずかに検出された酸素のシグナルは、雰囲気の真空度を上げることによって低減することができると考えられる。これにより、低エネルギーGaイオン直接堆積による薄膜の形成が確認できた。
窒素ガスのみの雰囲気でGaを堆積させるとXPS測定では窒素のシグナルは観測されず、安定な窒素ガス雰囲気ではGa堆積膜中に窒素が取り込まれないことが示された。
ECRを作動させて中性の窒素ラジカルが基板に照射される条件下でGaを堆積させ、形成された薄膜のXPS測定を行なったところ、膜中(膜表面)に窒素が取り込まれており、さらにGaのシグナルが高エネルギー側にシフトすることが観測された。これはGaが化学的に他の元素と結合していることを示しているが、目的の窒素原子の他にも雰囲気の酸素と部分的に結合する場合でも同じようなシフトが見られるため、現段階ではGaの窒化物ができたとは断定できない。が、ECRイオン源によって生じた窒素ラジカルまたはイオンによってのみGa堆積膜中に窒素が取り込まれることが明らかとなり、雰囲気の改善やECRイオン源の最適化などを行なうことで本方法による窒化ガリウム薄膜形成の可能性が示された。
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