JPS6232608A - 超格子素子の製造方法 - Google Patents
超格子素子の製造方法Info
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- JPS6232608A JPS6232608A JP17257085A JP17257085A JPS6232608A JP S6232608 A JPS6232608 A JP S6232608A JP 17257085 A JP17257085 A JP 17257085A JP 17257085 A JP17257085 A JP 17257085A JP S6232608 A JPS6232608 A JP S6232608A
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Landscapes
- Chemical Vapour Deposition (AREA)
- Junction Field-Effect Transistors (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
(イ)産業上の利用分野
本発明は、光エネルギにより原料ガスを分解する光CV
D法を用d)た超落子素子の製造方法に関する。
D法を用d)た超落子素子の製造方法に関する。
(ロ)従来の技術
一般に異なった漿[I:幅帯(バンドギャップ)及びま
たは導電型を有する2種以上の半導体薄膜を周期的に積
層した超格子素子は、その量子井戸効果によってキャリ
アを高速に移動させることができる。このような超格子
素子が結晶性半導体にょって製造される場合には、各種
半導体の結晶構造が異なる為、異種半導体間で格子不整
合が生じ素子の寿命が短くなる等の問題が生しる。
たは導電型を有する2種以上の半導体薄膜を周期的に積
層した超格子素子は、その量子井戸効果によってキャリ
アを高速に移動させることができる。このような超格子
素子が結晶性半導体にょって製造される場合には、各種
半導体の結晶構造が異なる為、異種半導体間で格子不整
合が生じ素子の寿命が短くなる等の問題が生しる。
一方非晶質半導体によって超格子素子を製造する場合に
は、非晶質半導体は構造上の自由度が太きいために異種
半導体間の格子不整合による上記問題は緩和きれること
になる。
は、非晶質半導体は構造上の自由度が太きいために異種
半導体間の格子不整合による上記問題は緩和きれること
になる。
従来このような非晶質半導体による超格子素子の製造方
法としては、例えば第30回応用物理学会関係連合講演
回予稿集P377の6P−B−17に記載されているよ
うな方法があった。これは原料ガスを反応室に充満させ
、このガスにグロー放電によって分解反応をおこさせる
ことにより支持体上に半導体薄膜を形成し、次に該反応
室の原料ガスを別の原料ガスと入れ換え、再びグロー放
電を行い前記半導体薄膜の表面上にさらに別の半導体薄
膜を形成し、順次これを周期的に繰返すことによって超
格子素子を製造する方法である。
法としては、例えば第30回応用物理学会関係連合講演
回予稿集P377の6P−B−17に記載されているよ
うな方法があった。これは原料ガスを反応室に充満させ
、このガスにグロー放電によって分解反応をおこさせる
ことにより支持体上に半導体薄膜を形成し、次に該反応
室の原料ガスを別の原料ガスと入れ換え、再びグロー放
電を行い前記半導体薄膜の表面上にさらに別の半導体薄
膜を形成し、順次これを周期的に繰返すことによって超
格子素子を製造する方法である。
(ハ) 発明が解決しようとする問題点然し乍ら、前記
グロー放電によるプラズマCvD法の場合、高エネルギ
荷室粒子が形成きれつつある膜を衝撃して当該膜に損傷
(ダメージ)を与えるおそれがある。特に異種半導体膜
の界面に於いて膜がプラズマダメージを被ると、不純物
の混入や膜組成の相互拡散が発生し、周期性が不明確と
なる。
グロー放電によるプラズマCvD法の場合、高エネルギ
荷室粒子が形成きれつつある膜を衝撃して当該膜に損傷
(ダメージ)を与えるおそれがある。特に異種半導体膜
の界面に於いて膜がプラズマダメージを被ると、不純物
の混入や膜組成の相互拡散が発生し、周期性が不明確と
なる。
(ニ) 問題点を解決するための手段
本発明は上記問題点を解決すべく、光エネルギにより反
応室内に周期的に導入される原料ガスを分解して複数の
半導体薄膜を支持体上に積層することを特徴とする。
応室内に周期的に導入される原料ガスを分解して複数の
半導体薄膜を支持体上に積層することを特徴とする。
(ホ)作用
上述の如く複数の半導体薄膜は光エネルギによるN科ガ
スの分解によって形成諮れるので、高速荷電粒子による
プラズマダメージは回避される。
スの分解によって形成諮れるので、高速荷電粒子による
プラズマダメージは回避される。
(へ)実施例
第1図は本発明製造方法を説明するための光CVD装置
の概念図であって、反応室(1)の天面に光照射窓とし
ての石英板(2)により閉本し、その石英板(2)のさ
らに上方に波長1849人と2537大の紫外光を輻射
する低圧水銀ランプの光tA(3)が設けられ、断る光
!(3)から輻射きれた前記紫外光は石英板(2)を透
過して反応室(1)内に到達する6反応室(1)内の中
央には予めガラス、セラミック、金属板或いは前記ガラ
スやセラミック表面にs、0.やITOに代表ごれる透
光性導電膜や金属膜がコーティングされた導電性ガラス
や導電性セラミック等の膜厚サブミクロン−数ミクロン
程度の薄膜を支持するに好適な支持体(4)がヒータ(
5)を内蔵した載置台(6)上に配置され、前記石英板
(2)と反応空間を挾んで対峙している。前記紫外光の
光エネルギにより分解される原料ガスは断る原料ガスを
貯蔵するガスボンベ<7a)(7b)(7C)・・・ヲ
出発し、バルブ(8a)<8b)<8c)・・・、マス
フローコントローラ(9a)(9b) (9c)・・・
及び選択された原料ガスのみを周期的に導出するガス選
択器(lO)を介して、所定温度例えば室温〜80°C
程度に制御された水銀槽(11)を通過して、増感材と
して作用する水銀蒸気と共に反応室(1)内に導入され
る。このように水銀蒸気を利用した方法は水銀増感法と
称仕られ、これ自体は広く知られた技術であり、紫外光
を吸収しない或いは吸収率の低い分子に分解反応を起こ
させるときに用いられる。すなわち、反応ガスは紫外光
により直接分解されるのではなく、水銀蒸気が斯る紫外
光を吸収して励起され高エネルギ状態となり、高エネル
ギ状態の水銀が反応ガス分子と衝突することによって分
解反応を起すものである。
の概念図であって、反応室(1)の天面に光照射窓とし
ての石英板(2)により閉本し、その石英板(2)のさ
らに上方に波長1849人と2537大の紫外光を輻射
する低圧水銀ランプの光tA(3)が設けられ、断る光
!(3)から輻射きれた前記紫外光は石英板(2)を透
過して反応室(1)内に到達する6反応室(1)内の中
央には予めガラス、セラミック、金属板或いは前記ガラ
スやセラミック表面にs、0.やITOに代表ごれる透
光性導電膜や金属膜がコーティングされた導電性ガラス
や導電性セラミック等の膜厚サブミクロン−数ミクロン
程度の薄膜を支持するに好適な支持体(4)がヒータ(
5)を内蔵した載置台(6)上に配置され、前記石英板
(2)と反応空間を挾んで対峙している。前記紫外光の
光エネルギにより分解される原料ガスは断る原料ガスを
貯蔵するガスボンベ<7a)(7b)(7C)・・・ヲ
出発し、バルブ(8a)<8b)<8c)・・・、マス
フローコントローラ(9a)(9b) (9c)・・・
及び選択された原料ガスのみを周期的に導出するガス選
択器(lO)を介して、所定温度例えば室温〜80°C
程度に制御された水銀槽(11)を通過して、増感材と
して作用する水銀蒸気と共に反応室(1)内に導入され
る。このように水銀蒸気を利用した方法は水銀増感法と
称仕られ、これ自体は広く知られた技術であり、紫外光
を吸収しない或いは吸収率の低い分子に分解反応を起こ
させるときに用いられる。すなわち、反応ガスは紫外光
により直接分解されるのではなく、水銀蒸気が斯る紫外
光を吸収して励起され高エネルギ状態となり、高エネル
ギ状態の水銀が反応ガス分子と衝突することによって分
解反応を起すものである。
第2図は本発明製造方法によって製造された超格子素子
の構造及びエネルギバンドを略示している。そして、第
2図(イ〉は斯る超格子素子の断面構造であって、前記
支持体(4)の−主面上に膜厚50人程度以下の水素化
非晶質シリコン(a−5i:H)膜(12)及びP型の
水素化非晶質シリコンカーバイド(a−5iC’H)膜
(13)が交互に周期性をもって積層きれている。第2
図(ロ)は前記各膜(13)(12)、(13)(12
)、・・・に対応するエネルギバンドプロファイルであ
り、各膜(13)(12)、(13)(12)、・・・
の伝導帯のエネルギレベルEC1,Ec*は周期的に変
動する量子井戸を形成している。
の構造及びエネルギバンドを略示している。そして、第
2図(イ〉は斯る超格子素子の断面構造であって、前記
支持体(4)の−主面上に膜厚50人程度以下の水素化
非晶質シリコン(a−5i:H)膜(12)及びP型の
水素化非晶質シリコンカーバイド(a−5iC’H)膜
(13)が交互に周期性をもって積層きれている。第2
図(ロ)は前記各膜(13)(12)、(13)(12
)、・・・に対応するエネルギバンドプロファイルであ
り、各膜(13)(12)、(13)(12)、・・・
の伝導帯のエネルギレベルEC1,Ec*は周期的に変
動する量子井戸を形成している。
上述の如きバンドプロファイルを持つ超格子素子を第1
図の光CVD装置を用いて製造するには、先ずぶ料ガス
として、5iHs、5it)Is、Si*Hs等のシラ
ン系ガスを貯蔵した第1ガスボンベ(7a)と、C−H
!、5i)1.(CHn)−−−(n −1,2,3)
等の炭素源ガスを貯蔵した第2ガスボンベ〈7b)と、
BtHa、B(CHI)3等のP型不純物であるポロン
源ガスを貯蔵した第3ガスボンベ(7c)とを用意し、
装置のガス供給にセツティングする。この実施例に於い
ては、第1ガスボンベ(7a)は5iJsを貯蔵し、第
2ガスボンベ(7b)はCtHtを、また第3ガスボン
ベ(7c)はB、H,を各々貯蔵していることにする。
図の光CVD装置を用いて製造するには、先ずぶ料ガス
として、5iHs、5it)Is、Si*Hs等のシラ
ン系ガスを貯蔵した第1ガスボンベ(7a)と、C−H
!、5i)1.(CHn)−−−(n −1,2,3)
等の炭素源ガスを貯蔵した第2ガスボンベ〈7b)と、
BtHa、B(CHI)3等のP型不純物であるポロン
源ガスを貯蔵した第3ガスボンベ(7c)とを用意し、
装置のガス供給にセツティングする。この実施例に於い
ては、第1ガスボンベ(7a)は5iJsを貯蔵し、第
2ガスボンベ(7b)はCtHtを、また第3ガスボン
ベ(7c)はB、H,を各々貯蔵していることにする。
反応室(1)内には形成すべき薄膜がa−5i:H膜(
12)であるのか或いはP型a−5iC:H膜(13)
であるのかに応じてガス選択器(10)によって周期的
に選択されたSi*Hsガス或いは斯るSiJgガスに
CtHt及びBtHaを添加せしめた混合ガスを、50
℃に温度制御きれた水銀槽(11)を通して毎分1o〜
tooccの割合で供給される。斯る原料ガスの流値及
び混合比率は各々のガス供給系に設けられたマスフロー
コントローラ(9a)(9b)<9c)により制御され
る6反応室(1)内に導入される原料ガスの圧力は0.
1〜10Torrとし支持体(4)をヒータ(5)から
の加熱により200〜300℃程度に保持する。
12)であるのか或いはP型a−5iC:H膜(13)
であるのかに応じてガス選択器(10)によって周期的
に選択されたSi*Hsガス或いは斯るSiJgガスに
CtHt及びBtHaを添加せしめた混合ガスを、50
℃に温度制御きれた水銀槽(11)を通して毎分1o〜
tooccの割合で供給される。斯る原料ガスの流値及
び混合比率は各々のガス供給系に設けられたマスフロー
コントローラ(9a)(9b)<9c)により制御され
る6反応室(1)内に導入される原料ガスの圧力は0.
1〜10Torrとし支持体(4)をヒータ(5)から
の加熱により200〜300℃程度に保持する。
この状態で反応室(1)内を図示していないロークリポ
ンプ及びターボモリキュラポンプ等により10” 〜1
0−’ Torr程度まで排気し、先ずP型のa−5i
C:H膜(13〉を膜厚にして約50人形成すべくガス
選択器(10)によって選択された5iJsガス+C,
H,ガス+BtH= ガスを前記条件通りに反応室(1
)に導入し、光源(2)としての低圧水銀ランプから波
長1849人と2537人の共鳴線である照射強度50
mW/ cm ’の紫外光を約45秒間照射する0次い
で原料ガスの供給を停止し、ロータリポンプ等による1
0−5〜10”’ Torr程度の排気を行なう。排気
が終了するとガス選択器(10)により5iJsガスの
みを選択し膜厚約50人のa−5i : H膜(12)
の形成に入る。光分解に使用される波長は前記P型a−
5iC:H膜(13)と同様1849人と2537人の
紫外光であり、照射強度50mW/ cm ’の前記紫
外光を約30秒照射することにより膜厚約50人のa−
5CH膜(12)が得られる。
ンプ及びターボモリキュラポンプ等により10” 〜1
0−’ Torr程度まで排気し、先ずP型のa−5i
C:H膜(13〉を膜厚にして約50人形成すべくガス
選択器(10)によって選択された5iJsガス+C,
H,ガス+BtH= ガスを前記条件通りに反応室(1
)に導入し、光源(2)としての低圧水銀ランプから波
長1849人と2537人の共鳴線である照射強度50
mW/ cm ’の紫外光を約45秒間照射する0次い
で原料ガスの供給を停止し、ロータリポンプ等による1
0−5〜10”’ Torr程度の排気を行なう。排気
が終了するとガス選択器(10)により5iJsガスの
みを選択し膜厚約50人のa−5i : H膜(12)
の形成に入る。光分解に使用される波長は前記P型a−
5iC:H膜(13)と同様1849人と2537人の
紫外光であり、照射強度50mW/ cm ’の前記紫
外光を約30秒照射することにより膜厚約50人のa−
5CH膜(12)が得られる。
そして、再び反応室(1)内の排気を行なった後、P型
のa−5iC二H膜(13)を5ixHsガス+CJs
ガス十Btusガスの光分解により得、排気後5ill
sガスのみによりa−5i:HII(12)を得る。こ
の様な工程の繰返しによって、P型a−5tCiH膜(
13)とa−5i:H膜(12〉とを周期的に積層した
超格子素子が製造される。
のa−5iC二H膜(13)を5ixHsガス+CJs
ガス十Btusガスの光分解により得、排気後5ill
sガスのみによりa−5i:HII(12)を得る。こ
の様な工程の繰返しによって、P型a−5tCiH膜(
13)とa−5i:H膜(12〉とを周期的に積層した
超格子素子が製造される。
さて、上記実施例にあっては原料ガスを水銀槽(11)
を通して反応室(1)に導いていたが、この実施例に用
いられる原料ガス即ち5tlH*、C□H,BtHaは
水銀増感法を用いることなく光分解することができるの
で、この場合上記原料ガスをバイパス路(BL)を介し
て直接反応室(1)に導入きせることができる。ただこ
の実施例にあっては膜厚約50人のa−5iC: H膜
(13)の成長に約2分間の時間を必要とし、膜厚約5
0人のa−5i:H膜(12)については約1分〜1分
30秒の時間を要した。
を通して反応室(1)に導いていたが、この実施例に用
いられる原料ガス即ち5tlH*、C□H,BtHaは
水銀増感法を用いることなく光分解することができるの
で、この場合上記原料ガスをバイパス路(BL)を介し
て直接反応室(1)に導入きせることができる。ただこ
の実施例にあっては膜厚約50人のa−5iC: H膜
(13)の成長に約2分間の時間を必要とし、膜厚約5
0人のa−5i:H膜(12)については約1分〜1分
30秒の時間を要した。
斯る製造方法により得られた周期構造体が超格子素子で
あるは否かを評価すべく、タックプロットにより光学的
禁止帯幅E optを測定したところ1.86eVなる
値を得た。一方、平均組成比による原料ガスを用いて形
成したアロイ膜のEoptは1.82eVであり、従っ
て同一の原料ガスを使用してもそれらを製造過程に於い
て周期的に切替えて得た周期構造体は僅かながらもF、
optの増加が見られることから、量子井戸効果が出
現し超格子素子を形成していることが判明した。
あるは否かを評価すべく、タックプロットにより光学的
禁止帯幅E optを測定したところ1.86eVなる
値を得た。一方、平均組成比による原料ガスを用いて形
成したアロイ膜のEoptは1.82eVであり、従っ
て同一の原料ガスを使用してもそれらを製造過程に於い
て周期的に切替えて得た周期構造体は僅かながらもF、
optの増加が見られることから、量子井戸効果が出
現し超格子素子を形成していることが判明した。
第3図は本発明の実施例である光CVD法により得た超
格子素子と、従来のプラズマCVD法による超格子素子
との膜質の比較をフォトルミネッセンスの強度に於いて
、その強度が弱いのは欠陥に起因する非発光の再結合中
心によるものであり、斯るフォトルミネッセンス強度が
強いものほど良質な膜であることを意味する。従って、
本発明製造方法により得られた超格子素子の膜はフォト
ルミネッセンス強度が強いことから膜中の欠陥がプラズ
マCVD法による膜に比して少ないことが判る。
格子素子と、従来のプラズマCVD法による超格子素子
との膜質の比較をフォトルミネッセンスの強度に於いて
、その強度が弱いのは欠陥に起因する非発光の再結合中
心によるものであり、斯るフォトルミネッセンス強度が
強いものほど良質な膜であることを意味する。従って、
本発明製造方法により得られた超格子素子の膜はフォト
ルミネッセンス強度が強いことから膜中の欠陥がプラズ
マCVD法による膜に比して少ないことが判る。
(ト) 発明の効果
本発明製造方法は以上の説明から明らかな如く、周期的
に積層される複数の半導体薄膜を光エネルギによる原料
ガスの分解により形成することによって、形成されつつ
ある半導体薄膜をプラズマに曝すことなく製造すること
ができるので、高速荷電粒子によるプラズマダメージを
回避することができ、周期秩序を持つ超格子素子が得ら
れる。
に積層される複数の半導体薄膜を光エネルギによる原料
ガスの分解により形成することによって、形成されつつ
ある半導体薄膜をプラズマに曝すことなく製造すること
ができるので、高速荷電粒子によるプラズマダメージを
回避することができ、周期秩序を持つ超格子素子が得ら
れる。
第1図は本発明製造方法に用いられる光CVD装置の概
念図、第2図(イ)は本発明製造方法により製造される
超格子素子の断面図、第2図(ロ)は第2図くイ)のバ
ンドエネルギ図、第3図は本発明製造方法の超格子素子
と従来方法の超格子素子との膜質を比較するためのフォ
トルミネッセンス特性図、を夫々示している。
念図、第2図(イ)は本発明製造方法により製造される
超格子素子の断面図、第2図(ロ)は第2図くイ)のバ
ンドエネルギ図、第3図は本発明製造方法の超格子素子
と従来方法の超格子素子との膜質を比較するためのフォ
トルミネッセンス特性図、を夫々示している。
Claims (1)
- (1)異なった禁止帯幅及びまたは導電型を有する複数
の半導体薄膜を周期的に積層した超格子素子の製造方法
であって、光エネルギにより反応室内に周期的に導入さ
れる原料ガスを分解して前記複数の半導体薄膜を支持体
上に積層することを特徴とした超格子素子の製造方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17257085A JPS6232608A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超格子素子の製造方法 |
| US06/891,758 US4719123A (en) | 1985-08-05 | 1986-07-31 | Method for fabricating periodically multilayered film |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP17257085A JPS6232608A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超格子素子の製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6232608A true JPS6232608A (ja) | 1987-02-12 |
Family
ID=15944284
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP17257085A Pending JPS6232608A (ja) | 1985-08-05 | 1985-08-05 | 超格子素子の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6232608A (ja) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60130822A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 発光半導体装置の作製方法 |
| JPS60211076A (ja) * | 1984-04-05 | 1985-10-23 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 多層導電膜パタ−ンの形成方法 |
| JPS61222215A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Canon Inc | 超格子体 |
-
1985
- 1985-08-05 JP JP17257085A patent/JPS6232608A/ja active Pending
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60130822A (ja) * | 1983-12-19 | 1985-07-12 | Semiconductor Energy Lab Co Ltd | 発光半導体装置の作製方法 |
| JPS60211076A (ja) * | 1984-04-05 | 1985-10-23 | Fuji Electric Corp Res & Dev Ltd | 多層導電膜パタ−ンの形成方法 |
| JPS61222215A (ja) * | 1985-03-28 | 1986-10-02 | Canon Inc | 超格子体 |
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