(57)【要約】【課題】均一で大きい窒化アルミニウム結晶を、比較的容易に製造することができる窒化アルミニウム結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させ、ＧａＮ結晶中のＧａとＡｌとの置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成する。ＧａＮ結晶を、Ａｌの融液またはＡｌを含む合金の融液に浸漬させ、置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成してもよく、ＧａＮ結晶の表面にＡｌの膜を形成した後、熱処理を行い、置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成してもよい。【選択図】図６
2020011882.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させ、前記ＧａＮ結晶中のＧａと前記Ａｌとの置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項２】
所定の温度で前記ＧａＮ結晶と前記Ａｌとを接触させることにより、前記置換反応を起こさせて前記窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項３】
前記ＧａＮ結晶を、前記Ａｌの融液または前記Ａｌを含む合金の融液に浸漬させ、前記置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする請求項１または２記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項４】
１０７３Ｋ乃至１５７３Ｋの温度の前記融液に浸漬させることを特徴とする請求項３記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項５】
前記ＧａＮ結晶と固体の前記Ａｌとを接触させた状態で熱処理を行うことにより、前記置換反応を起こさせて前記窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする請求項１または２記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項６】
前記ＧａＮ結晶の表面に前記Ａｌの膜を形成した後、前記熱処理を行い、前記置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする請求項５記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理は、１３７３Ｋ乃至１７７３Ｋの温度に加熱することを特徴とする請求項５または６記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項８】
１０７３Ｋ乃至１７７３Ｋの温度で前記置換反応を起こさせることを特徴とする請求項１、２、３、５または６記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外発光素子は、殺菌光源や蛍光体と組み合わせた高輝度白色光源、高密度情報記録光源、樹脂硬化光源など、幅広い用途での使用が期待される次世代光源である。この紫外発光素子は、ＡｌＧａＮ系窒化物半導体から成っている。
【０００３】
このＡｌＧａＮ系窒化物半導体の基板材料の候補として、ＡｌＧａＮとの格子整合性の高さから、ＳｉＣ、ＧａＮ、およびＡｌＮが挙げられる。しかし、ＳｉＣやＧａＮは、それぞれ３８０ｎｍ、３６５ｎｍよりエネルギーの高い光を吸収してしまう。一方、ＡｌＮは、２１０ｎｍよりエネルギーが低い光に対して透明であるため、３６５ｎｍよりも広い波長領域のデバイスの基板材料として最も優れていると考えられるが、高温において高い解離圧を示すため、常圧下では融液状態にはならない。このため、シリコン単結晶のように、自身の融液からＡｌＮ単結晶を作製することは、極めて困難である。
【０００４】
そこで、従来、ＡｌＮ単結晶を作製するために、ハイドライド気相成長法や液相成長法、昇華法などの製造方法が試みられている。例えば、高圧下でIII族元素とアルカリ金属を含む融液に基板を接触させることにより、III族窒化物結晶を成長させる手法（例えば、特許文献１参照）や、III族金属元素の融液に、窒素原子を含有するアンモニアガスを注入して、III族元素の融液内でIII族窒化物微結晶を製造する手法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。しかし、これらのＡｌＮ結晶の製造方法では、高圧や高温が必要となり、サイズ、品質およびコストに対して、実用化に耐えうる結晶を製造することはできないという問題があった。
【０００５】
この問題を解決するために、本発明者等は、Ｇａ−Ａｌ合金融液をフラックスとした液相成長法として、Ｇａ−Ａｌ合金融液にＮ原子を含有するガスを導入し、Ｇａ−Ａｌ合金融液中に配置された種結晶基板上に、窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させる方法（例えば、特許文献３または非特許文献１参照）や、Ｇａ−Ａｌ合金融液に、窒素を含むガスを吹き込んでＡｌを含む蒸気を発生させ、Ｇａ−Ａｌ合金融液の外部に配置したテンプレート基板に、その蒸気をあてることにより、テンプレート基板の表面に窒化アルミニウム結晶を成長させる方法（例えば、特許文献４参照）を開発している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−２２４６００号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４９８号公報
【特許文献３】国際公開ＷＯ２０１２／００８５４５号
【特許文献４】特開２０１７−１６０１０６号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Masayoshi Adachi, et. al., “High-Quality AlN Layer Homoepitaxially Grown on Nitrided a-Plane Sapphire Using a Ga-Al Flux”, Applied Physics Express, 2013, vol.6, p.091001
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献３、４および非特許文献１に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法によれば、低温・常圧下で、安価かつ良質な窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶を得ることができる。しかし、特許文献３および非特許文献１に記載の方法では、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を製造するためには、Ｇａ−Ａｌ合金融液に導入するＮ原子を含有するガスの流れや、融液の流れを精密に制御する必要があり、その制御が非常に難しいという課題があった。また、特許文献４に記載の方法でも、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を製造するためには、Ｇａ−Ａｌ合金融液に吹き込む窒素を含むガスの流れや、反応炉内でのＡｌを含む蒸気の流れを精密に制御する必要があり、その制御が非常に難しいという課題があった。
【０００９】
本発明は、このような課題に着目してなされたもので、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を、比較的容易に製造することができる窒化アルミニウム結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させ、前記ＧａＮ結晶中のＧａと前記Ａｌとの置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成することを特徴とする。
【００１１】
本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、以下の原理により、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶を製造することができる。すなわち、図１に示すように、少なくとも５００Ｋ〜１７５０Ｋの温度範囲では、ＡｌＮの標準生成自由エネルギーの方がＧａＮの標準生成自由エネルギーよりも小さく、ＡｌＮのほうがＧａＮよりも安定である。また、ＧａＮとＡｌＮは、同じウルツ鉱構造を有している。このため、ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させたとき、（１）式に示す置換反応が進み、ＧａＮ結晶のＧａサイトにＡｌが入り、ウルツ鉱構造を保ちながらＡｌＮが生成される。
ＧａＮ（ｓ）＋Ａｌ（ｌ）→ＡｌＮ（ｓ）＋Ｇａ（ｌ）              （１）
【００１２】
このように、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させることにより、ＡｌＮ結晶を製造することができ、原料ガス等の流れの制御が不要である。このため、原料ガス等を使用する方法と比べ、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を容易に製造することができる。なお、製造されるＡｌＮ結晶は、ウルツ鉱構造を有する単結晶であると考えられる。
【００１３】
本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、所定の温度で前記ＧａＮ結晶と前記Ａｌとを接触させることにより、前記置換反応を起こさせて前記窒化アルミニウム結晶を生成することが好ましい。この場合、（１）式に示す置換反応を促進することができ、効率良くＡｌＮ結晶を製造することができる。所定の温度は、１０７３Ｋ乃至１７７３Ｋであることが好ましい。１０７３Ｋより低い温度では、置換反応の反応速度が小さく、１７７３Ｋより高い温度では、ＧａＮ結晶が分解してしまう。また、熱処理時間が長いほど置換領域が広がるため、ＡｌＮ結晶に置換したい範囲に合わせて、熱処理時間を調整することが好ましい。
【００１４】
本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、いかなる方法でＧａＮ結晶とＡｌとを接触させて置換反応を起こさせてもよく、例えば、前記ＧａＮ結晶を、前記Ａｌの融液または前記Ａｌを含む合金の融液に浸漬させ、前記置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成してもよい。この場合でも、均一で大きいＡｌＮ結晶を製造することができる。ＧａＮ結晶は、ＧａＮ単結晶基板であることが好ましい。また、より製造効率を高めるために、１０７３Ｋ乃至１７７３Ｋの温度の前記融液に浸漬させることが好ましい。
【００１５】
また、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、前記ＧａＮ結晶と固体の前記Ａｌとを接触させた状態で熱処理を行うことにより、前記置換反応を起こさせて前記窒化アルミニウム結晶を生成してもよい。特に、前記ＧａＮ結晶の表面に前記Ａｌの膜を形成した後、前記熱処理を行い、前記置換反応により窒化アルミニウム結晶を生成することが好ましい。これらの場合にも、均一で大きいＡｌＮ結晶を製造することができる。ＧａＮ結晶の表面にＡｌの膜を形成する方法は、例えば、スパッタリングなどの物理気相成長法（ＰＶＤ）や化学気相成長法（ＣＶＤ）など、いかなる方法であってもよい。また、より製造効率を高めるために、前記熱処理は、１３７３Ｋ乃至１７７３Ｋの温度に加熱することが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を、比較的容易に製造することができる窒化アルミニウム結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法に関し、ＧａＮおよびＡｌＮの標準生成自由エネルギーの温度依存性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、ＧａＮ結晶を、Ａｌを含む合金融液に浸漬させる方法で使用する反応装置の全体構成を示す縦断面図である。
【図３】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、図２に示す反応装置を使用して、窒素ガス雰囲気中で、１１７３Ｋの合金融液中に１時間浸漬した後の試料基板のＸ線回折パターンである。
【図４】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、図２に示す反応装置を使用して、窒素ガス雰囲気中で、１４７３Ｋの合金融液中に１時間浸漬した後の試料基板のＸ線回折パターンである。
【図５】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、図２に示す反応装置を使用して、アルゴンガス雰囲気中で、１４７３Ｋの合金融液中に１時間浸漬した後の試料基板のＸ線回折パターンである。
【図６】図５に示す試料基板の断面の（ａ）走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真、（ｂ）エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）によるＧａの元素マップ、（ｃ）Ａｌの元素マップである。
【図７】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）のＧａＮ基板の表面にＡｌ膜を形成した後、（ａ）８２３Ｋ、１０７３Ｋ、１４７３Ｋ、１５７３Ｋ、および、１６７３Ｋで０時間の熱処理、（ｂ）１４７３Ｋで０時間、１時間、および、３時間の熱処理を行ったときの、ＧａＮ基板のＸ線回折パターンである。
【図８】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）のＧａＮ基板の表面にＡｌ膜を形成した後、８２３Ｋ、１０７３Ｋ、１４７３Ｋ、１５７３Ｋ、および、１６７３Ｋで、０時間、１時間、または、３時間の熱処理を行ったときの、ＧａＮ基板の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【図９】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）およびＮ極性（(-c)-polar GaN）のＧａＮ基板の表面にＡｌ膜を形成した後、１６７３Ｋで０時間の熱処理を行ったときの、ＧａＮ基板のＸ線回折パターンである。
【図１０】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、ＧａＮ基板の表面にＡｌ膜を形成した後、１６７３Ｋで０時間の熱処理を行ったときの、（ａ）Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）のＧａＮ基板のＡｌＮ（０００２）反射、（ｂ）ＡｌＮ（１０−１２）反射、（ｃ）Ｎ極性（(-c)-polar GaN）のＧａＮ基板のＡｌＮ（０００２）反射、（ｄ）ＡｌＮ（１０−１２）反射のロッキングカーブである。
【図１１】本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法の、ＧａＮ基板の表面にＡｌ膜を形成した後、１６７３Ｋで０時間の熱処理を行ったときの、（ａ）Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）のＧａＮ基板の熱処理前、（ｂ）熱処理後、（ｃ）Ｎ極性（(-c)-polar GaN）のＧａＮ基板の熱処理前、（ｄ）熱処理後の、断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面および実施例等に基づいて、本発明の実施の形態について説明する。
本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、所定の温度でＧａＮ結晶とＡｌとを接触させることにより、（１）式に示す、ＧａＮ結晶中のＧａとＡｌとの置換反応を起こさせて窒化アルミニウム結晶を生成する。
【００１９】
（１）式の置換反応を起こさせる方法としては、例えば、ＧａＮ結晶を、Ａｌの融液またはＡｌを含む合金の融液に浸漬させる方法や、ＧａＮ結晶の表面にＡｌの膜を形成した後、ＧａＮ結晶とＡｌ膜とを接触させた状態で熱処理を行う方法などである。ＧａＮ結晶の表面にＡｌの膜を形成する方法は、例えば、スパッタリングなどの物理気相成長法（ＰＶＤ）や化学気相成長法（ＣＶＤ）などである。
【００２０】
本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、ＧａＮ結晶とＡｌとを接触させることにより、ＡｌＮ結晶を製造することができ、原料ガス等の流れの制御が不要である。このため、原料ガス等を使用する方法と比べ、均一で大きい窒化アルミニウム結晶を容易に製造することができる。
【００２１】
以下では、実施例として、本発明の実施の形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法のうち、ＧａＮ結晶を、Ａｌを含む合金融液に浸漬させる方法（第１の方法）、および、ＧａＮ結晶の表面にＡｌ膜を形成した後、熱処理を行う方法（第２の方法）を用いて、ＡｌＮ結晶の製造を行った。
【実施例１】
【００２２】
［ＧａＮ結晶を、Ａｌを含む合金融液に浸漬させる方法（第１の方法）］
ＡｌＮを製造するために、図２に示す反応装置１０を用いた。図２に示すように、反応装置１０は、反応容器１１とヒーター１２と雰囲気ガス導入管１３とガス排気管１４とるつぼ１５と基板ホルダー１６とを有している。
【００２３】
反応容器１１は、密閉可能な容器から成っている。ヒーター１２は、反応容器１１の外部側方に配置され、反応容器１１の内部を加熱可能になっている。雰囲気ガス導入管１３は、反応容器１１の内部に雰囲気ガスを導入可能に、反応容器１１の上部を貫通して設けられている。ガス排気管１４は、反応容器１１の内部のガスを排出可能に、反応容器１１の下部を貫通して設けられている。また、ガス排気管１４は、真空ポンプ（図示せず）にも接続されており、反応容器１１の内部を真空引き可能になっている。
【００２４】
るつぼ１５は、反応容器１１の内部に配置され、内部にＡｌまたはＡｌを含む合金の融液１７を収納可能になっている。るつぼ１５は、耐熱性であり、例えば、酸化アルミニウム製、窒化アルミニウム製、窒化ホウ素製である。また、るつぼ１５は、内部に温度計（図示せず）が配置されており、るつぼ１５の内部に収納された融液１７の温度を測定可能になっている。なお、ヒーター１２は、るつぼ１５の内部に配置された温度計の測定値に基づいて、るつぼ１５の内部に収納された融液１７の温度を制御可能になっている。
【００２５】
基板ホルダー１６は、直線導入機構を有し、試料基板１を先端に保持した状態で、反応容器１１の上部から下降させ、るつぼ１５の内部の融液１７に浸漬可能、かつ、試料基板１を上昇させて、融液１７から反応後の試料基板１を取り出し可能になっている。
【００２６】
図２に示す反応装置１０を用いて、以下のようにしてＡｌＮ結晶の製造を行った。るつぼ１５の内部に収納する融液１７として、Ｇａ−４０ｍｏｌ％Ａｌの合金融液を用い、試料基板１として、ＧａＮ単結晶基板を用いた。ＧａＮ単結晶基板は、縦10.0mm×横10.5mm、厚み350μmで、m軸に対して0.35°の角度で切り出したものである。まず、ガス排気管１４により反応容器１１の内部を真空引きした後、反応容器１１の内部に雰囲気ガス導入管１３から雰囲気ガスを供給し、反応容器１１の内部を雰囲気ガスで満たしておく。次に、るつぼ１５の内部にＡｌを含む合金を入れ、ヒーター１２により加熱して融解し、融液１７にした後、基板ホルダー１６によりＧａＮ結晶から成る試料基板１を、Ａｌを含む融液１７の中に浸漬させる。ヒーター１２により融液１７を所定の温度に保持した状態で、所定の時間浸漬させ、（１）式の置換反応を起こさせる。その後、基板ホルダー１６により融液１７から反応後の試料基板１を取り出す。
【００２７】
まず、反応容器１１の内部の雰囲気を１ｂａｒ（１０５Ｐａ）の窒素ガスとし、試料基板１を、１１７３Ｋに保持した融液１７の中に１時間浸漬した。浸漬後の試料基板１に対して、Ｘ線回折法により結晶構造の解析を行った。Ｘ線回折法によるＸ線回折パターンを、図３に示す。図３に示すように、３４．６°および７２．９°に、それぞれＧａＮ単結晶基板の（０００２）および（０００４）のピークが認められ、さらに、３６．０°にＡｌＮ（０００２）のピークが認められた。このことから、ｃ軸に配向したＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。なお、６４．４°のピークは、Ｘ線回折装置の試料保持台の原料であるＡｌのピークであり、試料基板由来のピークではない。
【００２８】
次に、反応容器１１の内部の雰囲気を１ｂａｒ（１０５Ｐａ）の窒素ガスとし、試料基板１を、１４７３Ｋに保持した融液１７の中に１時間浸漬した。浸漬後の試料基板１に対して、Ｘ線回折法により結晶構造の解析を行った。Ｘ線回折法によるＸ線回折パターンを、図４に示す。図４に示すように、３４．６°および７２．９°に、それぞれＧａＮ単結晶基板の（０００２）および（０００４）のピークが認められ、さらに、３５．９°にＡｌＮ（０００２）、７６．４°にＡｌＮ（０００４）のピークが認められた。このことから、ｃ軸に配向したＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。また、図３に示すＸ線回折パターンと比べて、ＡｌＮのピーク強度が大きくなっており、図３に示す場合よりも効率よくＡｌＮが生成していることが確認された。
【００２９】
次に、反応容器１１の内部の雰囲気を１ｂａｒ（１０５Ｐａ）のアルゴンガスとし、試料基板１を、１４７３Ｋに保持した融液１７の中に１時間浸漬した。浸漬後の試料基板１に対して、Ｘ線回折法により結晶構造の解析、および、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）による元素分析を行った。Ｘ線回折法によるＸ線回折パターンを、図５に示す。また、試料基板１の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図６（ａ）に、図６（ａ）と同じ視野におけるエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）による元素分析結果（元素マップ）を図６（ｂ）および（ｃ）に示す。
【００３０】
図５に示すように、３４．６°および７２．９°に、それぞれＧａＮ基板の（０００２）および（０００４）のピークが認められ、さらに、３５．９°にＡｌＮ（０００２）、７６．３°にＡｌＮ（０００４）のピークが認められた。このことから、ｃ軸に配向したＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。また、ＡｌＮのピークが、図４に示すＸ線回折パターンとほぼ同じ強度であり、図４に示す場合と同程度の効率でＡｌＮが生成していることが確認された。
【００３１】
また、図６（ａ）乃至（ｃ）に示すように、試料基板１の表面から深さ０．４μｍの領域にＡｌが認められ、それより深い試料基板１の範囲でＧａが多く認められた。このことから、試料基板１の表面に、厚みが約０．４μｍのＡｌＮ膜が製造されていることが確認された。
【実施例２】
【００３２】
［ＧａＮ結晶の表面にＡｌ膜を形成した後、熱処理を行う方法（第２の方法）］
ＡｌＮを製造するために、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）およびＮ極性（(-c)-polar GaN）のＧａＮ基板の表面に、アルゴンガス雰囲気（アルゴンの流量；10 mL/min at 20℃）中で、マグネトロンスパッタ装置（島津エミット株式会社製「HSR-552」）を用いて、スパッタリング（直流電源、600W、27分間）によりＡｌ膜を成膜した。ＧａＮ基板は、縦10.0mm×横10.5mm、厚み350μmで、m軸に対して0.35°の角度で切り出したものである。また、Ａｌターゲットとして、Ａｌ濃度が99.999 mass％で、直径が101.6 mmのものを用いた。Ａｌ膜の成膜後、Ａｌ膜を下にして設置し、所定温度で所定時間の熱処理（Heat treatment）を行った。
【００３３】
まず、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）のＧａＮ基板を用い、0.6Pa、294Kのアルゴンガス雰囲気中でスパッタリングを行ってＡｌ膜（厚み；７．６μｍ）を成膜し、それぞれ次の熱処理温度および熱処理時間の熱処理を、アルゴンガス雰囲気（アルゴンの流量；30 mL/min at 20℃）中で行った。なお、所定の熱処理温度に達した時点で熱処理を終了し、温度保持をしないものを、熱処理時間  ０時間とした。
熱処理温度：１６７３Ｋ        熱処理時間：０時間、１時間、３時間
熱処理温度：１５７３Ｋ        熱処理時間：０時間、１時間
熱処理温度：１４７３Ｋ        熱処理時間：０時間、１時間、３時間
熱処理温度：１０７３Ｋ        熱処理時間：０時間
熱処理温度：  ８２３Ｋ        熱処理時間：０時間
【００３４】
各温度で０時間の熱処理後、および、１４７３Ｋで各時間の熱処理後のＧａ極性のＧａＮ基板に対して、Ｘ線回折法により結晶構造の解析を行った。Ｘ線回折法によるＸ線回折パターンを、図７（ａ）および（ｂ）に示す。なお、比較のため、ＧａＮ基板（Bare；Ａｌ膜なし、熱処理なし）、および、Ａｌ成膜後のＧａＮ基板（sputtered Al；熱処理なし）のＸ線回折パターンも、図７中に示す。また、各温度、各時間で熱処理後のＧａ極性のＧａＮ基板の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を、図８に示す。
【００３５】
０時間の熱処理では、図７（ａ）に示すように、１６７３Ｋのときだけ、ＡｌＮ（０００２）、ＡｌＮ（０００４）のピークが認められ、ＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。また、図８に示すように、０時間の熱処理では、図７（ａ）と同様に、１６７３Ｋのときだけ、ＧａＮの表面にＡｌＮが認められた。
【００３６】
１４７３Ｋの熱処理では、図７（ｂ）に示すように、３時間のときだけ、ＡｌＮ（０００２）のピークが認められ、ＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。また、図８に示すように、１４７３Ｋの熱処理では、０時間のときには、ＧａＮの表面にＡｌＮは認められず、また、図７（ｂ）とは異なり、３時間のときにも、ＧａＮの表面にＡｌＮを認めるのは困難であった。
【００３７】
図８に示すように、ＧａＮの表面にＡｌＮが認められるのは、それぞれ、１６７３Ｋで０時間（ＡｌＮの厚みは、０．６７μｍ）、１６７３Ｋで１時間（ＡｌＮの厚みは、１．０９μｍ）、および、１５７３Ｋで１時間（ＡｌＮの厚みは、１．０８μｍ）のときであった。
【００３８】
次に、Ｇａ極性（(+c)-polar GaN）およびＮ極性（(-c)-polar GaN）のＧａＮ基板を用い、6.5 kPa、294Kのアルゴンガス雰囲気（アルゴンの流量；10 mL/min at 20℃）中でスパッタリングを行ってＡｌ膜を成膜し、１６７３Ｋで０時間の熱処理を、アルゴンガス雰囲気（アルゴンの流量；30 mL/min at 20℃）中で行った。なお、Ｇａ極性およびＮ極性のＧａＮ基板に成膜したＡｌ膜の厚みは、Ｇａ極性のＧａＮ基板で７．３μｍ、Ｎ極性のＧａＮ基板で７．８μｍである。
【００３９】
熱処理後の各ＧａＮ基板に対して、Ｘ線回折法による結晶構造の解析、および、Ｘ線ロッキングカーブ法による結晶性評価を行った。Ｘ線回折法によるＸ線回折パターンを図９に、Ｘ線ロッキングカーブ法によるＡｌＮ（０００２）反射およびＡｌＮ（１０−１２）反射のロッキングカーブを図１０に、熱処理前後の各極性のＧａＮ基板の断面の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真を図１１に示す。なお、比較のため、ＧａＮ基板（Bare；Ａｌ膜なし、熱処理なし）、および、Ａｌ成膜後の各極性のＧａＮ基板（sputtered Al；熱処理なし）のＸ線回折パターンも、図９中に示す。
【００４０】
図９に示すように、Ｇａ極性およびＮ極性のＧａＮ基板ともに、熱処理後に、ＡｌＮ（０００２）、ＡｌＮ（０００４）のピークが認められ、ＡｌＮ単結晶が得られていることが確認された。また、図１０に示すように、Ｇａ極性およびＮ極性のＧａＮ基板は、ロッキングカーブがほぼ同じ形状をしており、得られたＡｌＮの結晶品質には、ほとんど違いがないことが確認された。また、図１１に示すように、Ｇａ極性およびＮ極性のＧａＮ基板ともに、熱処理前にはＡｌＮは認められず、熱処理によってＡｌＮが得られることが確認された。熱処理後のＡｌＮの厚みは、Ｇａ極性ＧａＮ基板で０．７μｍ、Ｎ極性のＧａＮ基板で１．４μｍであった。
【符号の説明】
【００４１】
１  試料基板
１０  反応装置
１１  反応容器
１２  ヒーター
１３  雰囲気ガス導入管
１４  ガス排気管
１５  るつぼ
１６  基板ホルダー
１７  融液
【図１】
2020011882.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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