(57)【要約】【課題】凸部が周期的に配置されたサファイア基板を用いて、表面に突出部が周期的に形成されたＡｌＮ層を成長させる技術を提供する。【解決手段】窒化アルミニウム積層部材は、高さが５００ｎｍ以下である凸部が周期的に配置された下地面を有するサファイア基板と、下地面上に設けられ、凸部の各々の頂部上方に突出部が形成された表面を有する、窒化アルミニウム層と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高さが５００ｎｍ以下である凸部が周期的に配置された下地面を有するサファイア基板と、
前記下地面上に設けられ、前記凸部の各々の頂部上方に突出部が形成された表面を有する、窒化アルミニウム層と、
を備える、窒化アルミニウム積層部材。
【請求項２】
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有する、請求項１に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項３】
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上である、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項４】
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満である、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項５】
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下である、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項６】
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超である、請求項１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項７】
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのｃ軸方向が、前記突出部同士で平行である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項８】
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのａ軸方向が、前記突出部同士で平行である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項９】
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのｍ軸方向が、前記突出部同士で平行である、請求項１〜８のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１０】
前記凸部の各々は、錘状である、請求項１〜９のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１１】
前記凸部は、三角格子、四角格子または六角格子の格子点上に配置されている、請求項１０に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１２】
前記凸部の各々は、尾根状であり、尾根の延在方向同士が平行となるように配置されている、請求項１に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１３】
前記凸部の各々は、錘状または尾根状であり、前記凸部の各々の斜面の平面視での幅が、５００ｎｍ以下である、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１４】
最も近くに隣り合う前記凸部同士のピッチが、１０００ｎｍ以下である、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【請求項１５】
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下であり、
前記突出部の外側の表面において、前記突出部の根元に凹みが形成されている、窒化アルミニウム層。
【請求項１６】
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超であり、
前記突出部の中央に、盛り上がり部が形成されている、窒化アルミニウム層。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化アルミニウム積層部材および窒化アルミニウム層に関する。
【背景技術】
【０００２】
周期的な凹凸形状が形成されたサファイア基板上に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）層を成長させる技術が、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）の作製手法として提案されている（例えば非特許文献１参照）。サファイア基板の凹凸形状としては、凹部が周期的に（そして離散的に）配置された形状と、凸部が周期的に（そして離散的に）配置された形状と、が知られている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ｈ．Ｍｉｙａｋｅ他、「ＨＶＰＥ  ｇｒｏｗｔｈ  ｏｆ  ｔｈｉｃｋ  ＡｌＮ  ｏｎ  ｔｒｅｎｃｈ−ｐａｔｔｅｒｎｅｄ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅ」、Ｐｈｙｓ  Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ｃ  ８、Ｎｏ．５、１４８３−１４８６（２０１１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の技術では、凸部が周期的に配置されたサファイア基板を用いると、不規則で乱雑なＡｌＮ結晶が成長するため、制御された態様でＡｌＮ層を成長させることはできなかった。
【０００５】
本発明の一目的は、凸部が周期的に配置されたサファイア基板を用いて、制御された態様、具体的には、表面に突出部が周期的に形成された態様のＡｌＮ層を成長させる技術を、提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、
高さが５００ｎｍ以下である凸部が周期的に配置された下地面を有するサファイア基板と、
前記下地面上に設けられ、前記凸部の各々の頂部上方に突出部が形成された表面を有する、窒化アルミニウム層と、
を備える、窒化アルミニウム積層部材
が提供される。
【０００７】
本発明の他の態様によれば、
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下であり、
前記突出部の外側の表面において、前記突出部の根元に凹みが形成されている、窒化アルミニウム層
が提供される。
【０００８】
本発明のさらに他の態様によれば、
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超であり、
前記突出部の中央に、盛り上がり部が形成されている、窒化アルミニウム層
が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
凸部が周期的に配置されたサファイア基板を用いて、表面に突出部が周期的に形成された態様のＡｌＮ層を成長させる技術が、提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態による積層部材１００の例示的な概略断面図である。
【図２】図２は、第１実施形態による基板１０の例示的な概略平面図である。
【図３】図３は、第１実施形態による層２０の例示的な概略平面図である。
【図４】図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、実験例１の結果を示す、ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像であり、図４（ｃ）は、実験例１の結果を示す、ＡＦＭ像およびＡＦＭのラインプロファイルである。
【図５】図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ、実験例２の結果を示す、ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像であり、図５（ｃ）は、実験例２の結果を示す、ＡＦＭ像およびＡＦＭのラインプロファイルである。
【図６】図６（ａ）および図６（ｂ）は、それぞれ、実験例３の結果を示す、ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像であり、図６（ｃ）は、実験例３の結果を示す、ＡＦＭ像およびＡＦＭのラインプロファイルである。
【図７】図７は、第２実施形態による積層部材１００の例示的な概略断面図である。
【図８】図８（ａ）および図８（ｂ）は、それぞれ、実験例４の結果を示す、ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像である。
【図９】図９は、凸部１２が配置された正三角格子の軸方向が、基板１０を構成するサファイアのａ軸方向と平行である他の実施形態を例示する、層２０の概略平面図である。
【図１０】図１０は、凸部１２が四角格子状に配置された他の実施形態を例示する、基板１０の概略平面図である。
【図１１】図１１は、凸部１２が六角格子状に配置された他の実施形態を例示する、基板１０の概略平面図である。
【図１２】図１２は、尾根状の凸部１２が配置された他の実施形態を例示する、基板１０の概略平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
＜第１実施形態＞
本発明の第１実施形態による窒化アルミニウム（ＡｌＮ）積層部材１００（以下、積層部材１００ともいう）について説明する。図１は、第１実施形態による積層部材１００の例示的な概略断面図である。積層部材１００は、サファイア基板１０（以下、基板１０ともいう）と、基板１０上に成長されたＡｌＮ層２０（以下、層２０ともいう）と、を有する。本実施形態による層２０は、その表面２１に、成長により形成された突出部２２を有することを特徴とする。
【００１２】
基板１０は、単結晶のサファイアで構成され、層２０を成長させるための下地である下地面１１を有する。下地面１１は、周期的に（そして離散的に）配置された複数の凸部１２を有する。凸部１２の形状は、例えば錘状である。本実施形態において、錘状とは、円錐および角錐を含み、頂部が尖った形状だけでなく、頂部が平坦な形状（錘台）も含む。ここでは、凸部１２が円錐状である態様を例示する。
【００１３】
下地面１１の、凸部１２の外側の部分１３（以下、谷部１３ともいう）は、（仮想的な）平面１４上に配置されている。凸部１２は、平面１４上に配置されていると捉えることができ、平面１４の法線方向Ｎ１４が、凸部１２の高さ方向である。凸部１２の高さＨ１２は、平面１４から凸部１２の上端までの距離で規定される。凸部１２の高さ方向が、基板１０を構成するサファイアのｃ軸方向と平行となるように、凸部１２が形成されている。各凸部１２の頂部には、サファイアのｃ面が露出している。なお、本明細書において、「ある方向Ｄ１と他の方向Ｄ２とが平行である」とは、ある方向Ｄ１と他の方向Ｄ２とのなす角が、３°以下であることをいう。
【００１４】
図２は、基板１０の例示的な概略平面図である。本実施形態において、凸部１２は、例えば、三角格子、四角格子または六角格子の格子点上に配置されることで、２次元的に周期的に配置されている。ここでは、凸部１２が正三角格子の格子点上に配置されている態様を例示する。正三角格子の軸方向を、一点鎖線で示す。凸部１２が配置される三角格子等の格子の軸方向は、特に限定されないが、例えば、基板１０を構成するサファイアのｍ軸方向またはａ軸方向と平行である。
【００１５】
層２０は、基板１０の下地面１１上に成長されたＡｌＮで構成されている。層２０の表面（上面）２１は、層２０の成長時に形成された複数の突出部２２を有する。各突出部２２は、基板１０の各凸部１２の頂部上方に形成されている。突出部２２同士は、互いに離隔している。突出部２２を構成するＡｌＮは、凸部１２の頂部に露出したｃ面によって結晶方位が制御されることで、そのｃ軸方向が、凸部１２の高さ方向と平行である。これにより、突出部２２を構成するＡｌＮのｃ軸方向は、突出部２２同士で平行となる。
【００１６】
図３は、層２０の例示的な概略平面図である。ここでは、図２に対応して、突出部２２が正三角格子の格子点上に配置される態様を例示する。各突出部２２は、平面視で六角形の外形を有する。当該六角形の中心と頂点とを結ぶ方向（中心を挟んで対向する頂点同士を結ぶ対角線方向）が、突出部２２を構成するＡｌＮのａ軸方向である。ここでは、凸部１２が配置される（つまり突出部２２が配置される）正三角格子の軸方向が、基板１０を構成するサファイアのｍ軸方向と平行である場合を例示する。これにより、層２０を構成するＡｌＮのａ軸方向は、当該正三角格子の軸方向と平行となっている。つまり、突出部２２を構成するＡｌＮのａ軸方向は、突出部２２同士で平行となっている。なお、サファイアのｃ面上方へのＡｌＮのヘテロエピタキシャル成長において、サファイアのｍ軸方向とＡｌＮのａ軸方向とが平行となるように、換言すると、サファイアのａ軸方向とＡｌＮのｍ軸方向とが平行となるように、ＡｌＮが成長する。
【００１７】
本願発明者は、後述の実験例１〜３で示されるように、凸部１２の頂部上方に高い選択性で突出部２２を成長させるためには、凸部１２の高さＨ１２を低くすることが好ましいという知見を得ている。具体的には、凸部１２の高さＨ１２は、５００ｎｍ以下であることが好ましく、３００ｎｍ以下であることがより好ましい。なお、凸部１２の高さＨ１２の下限は、特に制限されないが、凸部１２を明確に規定する観点から、凸部１２の高さＨ１２は、例えば５０ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上とする。
【００１８】
凸部１２の高さＨ１２が低い方が好ましい理由は、例えば以下のようなものではないかと推測される。後述のように、層２０は、好ましくは気相成長、例えばハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）により成長され、層２０の成長の前に、下地面１１は、紫外線照射処理されている。紫外線照射処理された下地面１１は、紫外線照射により終端状態が変化することで、平滑性、つまり下地面１１上でのＡｌ原子の移動のしやすさが増していると考えられる。
【００１９】
凸部１２の頂部上方に選択的に突出部２２が成長するためには、下地面１１の各所に付着したＡｌ原子が、凸部１２の頂部近傍まで移動しやすいことが好ましいと考えられる。本実施形態では、凸部１２の高さＨ１２が充分に低く、さらに、下地面１１が紫外線照射処理されていることで、下地面１１の各所に付着したＡｌ原子が凸部１２の頂部近傍まで移動しやすいことにより、凸部１２の頂部上方に高い選択性で突出部２２を成長できるのではないかと考えられる。なお、突出部２２を成長させるための好適な成長条件（成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比等）については、後述する。
【００２０】
凸部１２の頂部近傍へのＡｌ原子の移動を容易にするために（移動距離を短くするために）、凸部１２の斜面の平面視での幅Ｗ１２を狭くすることが、より好ましい。あるいは、最も近くに隣り合う凸部１２同士のピッチＰ１２を狭くすることが、より好ましい。具体的には、幅Ｗ１２は、５００ｎｍ以下とすることが好ましく、ピッチＰ１２は、１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。
【００２１】
突出部２２の平面視での外形の、六角形の中心を通る対角線の距離により、突出部２２の（平面的な）サイズＤ２２を規定する。層２０の表面２１における突出部２２の根元（下端）から、突出部２２の上端までの距離により、突出部２２の高さＨ２２を規定する。平面視において、最も近くに隣り合う突出部２２同士の中心間の距離により、突出部２２のピッチＰ２２を規定する。突出部２２のピッチＰ２２と、凸部１２のピッチＰ１２とは、等しいと考えてよい。
【００２２】
本願発明者は、後述の実験例２（図５（ａ）〜図５（ｃ）参照）および実験例３（図６（ａ）〜図６（ｃ）参照）で説明するような、細長いロッド状の突出部２２を形成することもでき、実験例４（図８（ａ）および図８（ｂ）参照）で説明するような、平たく大きい板状の突出部２２を形成することもできる、という知見を得ている。
【００２３】
ここでは、高さＨ２２がサイズＤ２２以上（Ｈ２２≧Ｄ２２）である場合を、突出部２２がロッド状であると称し、高さＨ２２がサイズＤ２２未満（Ｈ２２＜Ｄ２２）である場合を、突出部２２が板状であると称する。また、サイズＤ２２がピッチＰ２２の１／２以下（Ｄ２２≦（１／２）×Ｐ２２）である場合を、突出部２２が小径であると称し、サイズＤ２２がピッチＰ２２の１／２超（Ｄ２２＞（１／２）×Ｐ２２）である場合を、突出部２２が大径であると称する。
【００２４】
第１実施形態、および、第１実施形態に係る実験例２、３では、ロッド状の突出部２２について例示し、小径の突出部２２について例示する。後述の第２実施形態、および、第２実施形態に係る実験例４では、板状の突出部２２について例示し、大径の突出部２２について例示する。
【００２５】
次に、積層部材１００の製造方法について説明する。基板１０を準備する。基板１０の凸部１２の高さＨ１２は、５００ｎｍ以下とする。凸部１２の斜面の幅Ｗ１２は、５００ｎｍ以下とすることが好ましく、凸部１２のピッチＰ１２は、１０００ｎｍ以下とすることが好ましい。このような基板１０は、パターン化サファイア基板（ＰＳＳ）の形成技術により作製することができる。基板１０の下地面１１を、紫外線照射処理する。紫外線処理は、例えば低圧水銀ランプや高圧水銀ランプなど、３００ｎｍ以下の輝線を含む光源を用いて、１０ｍＷ／ｃｍ２以上の強度で１０分以上行うのが好ましい。
【００２６】
紫外線照射処理された下地面１１上に、気相成長法、好ましくはＨＶＰＥにより、ＡｌＮを成長させることで、層２０を形成する。アルミニウム（Ａｌ）原料ガスとしては、例えば、一塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ）ガスまたは三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ガスが用いられ、窒素（Ｎ）原料ガスとしては、アンモニア（ＮＨ３）ガスが用いられる。これらの原料ガスを、水素ガス（Ｈ２ガス）、窒素ガス（Ｎ２ガス）またはこれらの混合ガスを用いたキャリアガスと混合して供給してもよい。
【００２７】
第１実施形態の成長条件としては、以下が例示される。成長温度としては、９００〜１０５０℃が例示される。Ａｌ原料ガスに対するＮ原料ガスの供給量比であるＶ／ＩＩＩ比としては、２０〜２００が例示される。成長速度としては、２００〜５００ｎｍ／分が例示される。なお、ＨＶＰＥ装置の成長室内に各種ガスを導入するガス供給管のノズルへのＡｌＮの付着を防止するために、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを流してもよく、ＨＣｌガスの供給量は、ＡｌＣｌガスまたはＡｌＣｌ３ガスに対して０．１〜１００の比率となるような量が例示される。
【００２８】
すなわち、第１実施形態の成長条件として、（後述の第２実施形態の成長条件と比べて）比較的低温、高Ｖ／ＩＩＩ比かつ高速の条件で、層２０を成長させることにより、ロッド状で小径の突出部２２が形成されるように、凸部１２の頂部上方に、高い選択性で突出部２２が形成される。
【００２９】
次に、第１実施形態に係る実験例１〜３について説明する。これらの実験例では、凸部１２の高さＨ１２等を変化させることで、層２０の成長態様がどのように変化するか調べた。基板１０としては、円錐状の凸部１２が正三角格子状に配置されたものを用いた。当該正三角格子の軸方向は、基板１０を構成するサファイアのｍ軸方向と平行とした。
【００３０】
凸部１２の高さＨ１２は、実験例１、２および３のそれぞれで、１６００ｎｍ、４４０ｎｍおよび２２０ｎｍとした。凸部１２の斜面の幅Ｗ１２は、実験例１、２および３のそれぞれで、１２００ｎｍ、３５０ｎｍおよび２５０ｎｍとした。凸部１２のピッチＰ１２は、実験例１、２および３のそれぞれで、３０００ｎｍ、１０００ｎｍおよび６００ｎｍとした。層２０の成長条件は、上記で例示した第１実施形態の成長条件である。層２０は、平坦な下地面上に成長させたとした場合の厚さが７００ｎｍとなるような厚さ分、成長させた。
【００３１】
図４（ａ）、図４（ｂ）および図４（ｃ）に、実験例１の結果を示し、図５（ａ）、図５（ｂ）および図５（ｃ）に、実験例２の結果を示し、図６（ａ）、図６（ｂ）および図６（ｃ）に、実験例３の結果を示す。図４（ａ）、図５（ａ）および図６（ａ）は、層２０の表面２１の走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）による斜視像（ＳＥＭ斜視像）であり、図４（ｂ）、図５（ｂ）および図６（ｂ）は、層２０の表面２１のＳＥＭによる平面像（ＳＥＭ平面像）である。図４（ｃ）、図５（ｃ）および図６（ｃ）は、層２０の表面２１の原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）像およびＡＦＭのラインプロファイルである。
【００３２】
実験例２（凸部高さ４４０ｎｍ）および実験例３（凸部高さ２２０ｎｍ）では、ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像から分かるように、層２０の表面２１において、凸部１２の頂部上方に対応する正三角格子の格子点上に、選択的に、突出部２２が形成されている。これに対し、実験例１（凸部高さ１６００ｎｍ）では、層２０の表面２１において、正三角格子の格子点上に明確な突出部２２が形成されていない。このことから、凸部１２の頂部上方に高い選択性で突出部２２を成長させるには、凸部１２の高さＨ１２が、例えば５００ｎｍ以下であることが好ましいといえる。
【００３３】
実験例２および３において、ロッド状で小径の突出部２２が形成されている。突出部２２の平面視での外形は、ほぼ正六角形である。凸部１２が配置された正三角格子の軸方向が、基板１０を構成するサファイアのｍ軸方向と平行であることに対応して、突出部２２を構成するＡｌＮのａ軸方向が、つまり突出部２２の六角形の中心と頂点とを結ぶ方向が、当該正三角格子の軸方向と平行になっている。
【００３４】
実験例２および３において、ＡＦＭのラインプロファイルから分かるように、高さＨ２２が少なくとも１００ｎｍ以上の突出部２２が形成されている。なお、ラインプロファイルの測定方向が、突出部２２が配置された正三角格子の軸方向からずれているため、ラインプロファイルに現れた突出部２２同士の間隔は、突出部２２のピッチＰ２２とは、一致していない。
【００３５】
実験例２および３において、凸部１２間の谷部１３は、ＡｌＮにより概ね埋め込まれている。これにより、突出部２２間の表面２１は、下地面１１の凹凸形状と比べて、概ね平坦に近くなっている。なお、層２０が凸部１２間の谷部１３を完全に埋め込んでいなくともよく、層２０の内部にボイドが存在してもよい。
【００３６】
実験例２と実験例３とを比較すると、実験例２における突出部２２間の表面２１は、凹凸の程度が大きく、また、斜め方向に突出する付随的な突出部も観察される。これに対し、実験例３における突出部２２間の表面２１は、凹凸の程度が小さく、より平坦化されており、また、斜め方向に突出する付随的な突出部が観察されなくなっている。このことから、凸部１２の高さＨ１２がより低い方が、凸部１２の高さ方向に突出する突出部２２を、より高い選択性で成長できるものと考えられる。追加で行った凸部１２の高さＨ１２を様々に変えた実験からも、凸部１２の高さＨ１２としては、例えば５００ｎｍ以下であれば、実験例２に示す様に比較的高い選択性が得られ、３００ｎｍ以下であれば、実験例３に示す様に非常に高い選択性が得られるということが言える。
【００３７】
実験例２および３において、突出部２２間の表面２１は、完全に平坦とはなっていない。特にＳＥＭ平面像からわかるように、突出部２２の外側の表面２１において、突出部２２の根元の周囲には、凹みが形成されやすい（凹みが残りやすい）傾向が観察される。このような凹みは、突出部２２が成長で形成されたことの痕跡（表面２１がアズグロウンであることの特徴）と捉えることができる。
【００３８】
このように、実験例２および３を参照して説明したように、本願発明者は、周期的に形成された突出部２２を有する層２０を、成長により得ることができるという新規な知見を得た。なお、実験例１では、このような突出部２２は形成されていないものの、以下に説明するように、表面２１に特徴的な凹凸形状を有する層２０が形成される。実験例１に係るこのような知見も、本願発明者が得た新規な知見である。
【００３９】
実験例１では、実験例２および３と比べて、凸部１２間の谷部１３がＡｌＮによって埋め込まれにくい傾向が見られる。層２０の表面２１には、凸部１２の凸形状に概ね沿うような凸形状が観察される。表面２１の各凸形状において、以下のような微細な構造が観察される。凸部１２の斜面の上方に、凸部１２の周方向に並んだヒレ部が形成されている。凸部１２の周方向に並んだヒレ部同士の間に、凸部１２の斜面と交差する方向に成長した複数の微細なロッド部が形成されている。追加で行った凸部１２の高さＨ１２を様々に変えた実験からは、凸部１２の高さＨ１２が１０００ｎｍ以上に高い場合に、顕著なヒレ部を伴う凹凸形状が形成されることが判明している。
【００４０】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態による積層部材１００について説明する。図７は、第２実施形態による積層部材１００の例示的な概略断面図である。第２実施形態の積層部材１００は、層２０の突出部２２の形態が、第１実施形態と異なる。第２実施形態、および、第２実施形態に係る実験例４において、具体的には、上述のように、板状の突出部２２について例示し、大径の突出部２２について例示する。
【００４１】
基板１０は、第１実施形態と同様なものである。また、凸部１２の高さＨ１２を５００ｎｍ以下とし、紫外線照射処理された下地面１１上に、例えばＨＶＰＥにより層２０を成長させることで、突出部２２を形成することも、第１実施形態と同様である。ただし、層２０の成長条件を、第１実施形態と異ならせることで、突出部２２の形態を、第１実施形態と異ならせている。
【００４２】
第２実施形態の成長条件としては、以下が例示される。成長温度としては、１０５０〜１３００℃が例示される。Ａｌ原料ガスに対するＮ原料ガスの供給量比であるＶ／ＩＩＩ比としては、０．２〜２０が例示される。成長速度としては、０．５〜２００ｎｍ／分が例示される。なお、ＨＶＰＥ装置の成長室内に各種ガスを導入するガス供給管のノズルへのＡｌＮの付着を防止するために、塩化水素（ＨＣｌ）ガスを流してもよく、ＨＣｌガスの供給量は、ＡｌＣｌガスまたはＡｌＣｌ３ガスに対して０．１〜１００の比率となるような量が例示される。
【００４３】
すなわち、第２実施形態の成長条件として、（上述の第１実施形態の成長条件と比べて）比較的高温、低Ｖ／ＩＩＩ比かつ低速の条件で、層２０を成長させることにより、板状で大径の突出部２２が形成されるように、凸部１２の頂部上方に、高い選択性で突出部２２が形成される。
【００４４】
次に、第２実施形態に係る実験例４について説明する。基板１０としては、実験例３と同様なものを用いた。つまり、基板１０として、凸部１２の高さＨ１２が２２０ｎｍのものを用いた。層２０の成長条件は、上記で例示した第２実施形態の成長条件である。層２０は、平坦な下地面上に成長させたとした場合の厚さが７００ｎｍとなるような厚さ分、成長させた。
【００４５】
図８（ａ）および図８（ｂ）に、実験例４の結果を示す。図８（ａ）は、層２０の表面２１のＳＥＭ斜視像であり、図８（ｂ）は、層２０の表面２１のＳＥＭ平面像である。ＳＥＭ斜視像およびＳＥＭ平面像から分かるように、第２実施形態に係る実験例４においても、第１実施形態に係る実験例２および３と同様に、層２０の表面２１において、凸部１２の頂部上方に対応する正三角格子の格子点上に、選択的に、突出部２２が形成されている。
【００４６】
実験例２および３において、ロッド状で小径の突出部２２が形成されているのに対し、実験例４では、板状で大径の突出部２２が形成されている。実験例４においても、実験例２および３と同様に、突出部２２の平面視での外形が、ほぼ正六角形である。そして、突出部２２を構成するＡｌＮのａ軸方向が、つまり突出部２２の六角形の中心と頂点とを結ぶ方向が、当該正三角格子の軸方向と平行になっている。
【００４７】
実験例４においても、実験例２および３と同様に、凸部１２間の谷部１３は、ＡｌＮにより概ね埋め込まれている。これにより、突出部２２間の表面２１は、下地面１１の凹凸形状と比べて、概ね平坦に近くなっている。なお、層２０が凸部１２間の谷部１３を完全に埋め込んでいなくともよく、層２０の内部にボイドが存在してもよい。
【００４８】
実験例４で形成された突出部２２において、突出部２２の中央に、不規則な形状を有する盛り上がり部が形成されやすい傾向が観察される。このような盛り上がり部は、突出部２２が成長で形成されたことの痕跡（表面２１がアズグロウンであることの特徴）と捉えることができる。このように、実験例４によっても、突出部２２を成長により得ることができるという知見が確認される。
【００４９】
以上説明したように、第１および第２実施形態によれば、突出部２２が周期的に形成された表面２１を有する層２０を、成長により得ることができる。つまり、アズグロウンの表面として、突出部２２が周期的に形成された表面２１を得ることができる。したがって、突出部２２を形成するための煩雑な加工が、不要である。また、このような加工が不要であるため、当該加工に起因するＡｌＮ結晶へのダメージを、防ぐことができる。
【００５０】
本願発明者により新規に見出された、突出部２２が周期的に形成された層２０は、どのような用途に用いられてもよい。突出部２２のサイズＤ２２または高さＨ２２を、１μｍ未満のナノサイズとすることができるため、ナノサイズの構造を利用するデバイスの材料としての利用が、見込まれる。例えば、各突出部２２におけるウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）を用いた光共振器、より具体的には、例えば、可視光が入射され、ＡｌＮの非線形光学効果による波長変換により紫外光が出射されるような光共振器への利用が期待される。層２０は、基板１０上に積層された積層部材１００の態様で利用されてもよいし、基板１０から分離された態様で利用されてもよい。
【００５１】
＜他の実施形態＞
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を行ってもよい。また、種々の実施形態は、適宜組み合わせてよい。
【００５２】
上述の第１、第２実施形態では、凸部１２が正三角格子の格子点上に配置され、正三角格子の軸方向が、基板１０を構成するサファイアのｍ軸方向と平行である基板１０を例示した。つまり、これに対応して、突出部２２を構成するＡｌＮのａ軸方向が、当該正三角格子の軸方向と平行である層２０を例示した。ただし、正三角格子の軸方向は、上述のように、サファイアのｍ軸方向に限定されず、他の方向としてもよい。
【００５３】
図９は、凸部１２が正三角格子の格子点上に配置され、正三角格子の軸方向が、基板１０を構成するサファイアのａ軸方向と平行である態様を例示する、層２０の概略平面図である。この態様では、層２０を構成するＡｌＮのｍ軸方向が、当該正三角格子の軸方向と平行となることで、突出部２２を構成するＡｌＮのｍ軸方向が、突出部２２同士で平行となっている。
【００５４】
上述の第１、第２実施形態では、凸部１２の２次元的な周期的配置として、三角格子（例えば正三角格子）を例示した。ただし、凸部１２の２次元的な周期的配置は、上述のように、三角格子に限定されず、例えば四角格子としてもよく、また例えば六角格子としてもよい。図１０および図１１は、それぞれ、凸部１２の２次元的な周期的配置として、四角格子（例えば正方格子）、および、六角格子（例えば正六角格子）を例示する、基板１０の概略平面図である。
【００５５】
上述の第１、第２実施形態では、錘状の凸部１２を例示したが、凸部１２は、錘状のものに限定されない。また、上述の第１、第２実施形態では、凸部１２が２次元的に周期的に配置されている態様を例示したが、凸部１２の周期的配置は、２次元的なものに限定されない。図１２は、尾根状の凸部１２が、尾根の延在方向同士が平行となるように、１次元的に周期的に配置されている基板１０を例示する概略平面図である。紙面上下方向に延在する実線および破線が、それぞれ、凸部１２の稜線および谷線を示している。
【００５６】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５７】
（付記１）
高さが５００ｎｍ以下である凸部が周期的に配置された下地面を有するサファイア基板と、
前記下地面上に設けられ（成長され）、前記凸部の各々の頂部上方に突出部が形成された表面を有する、窒化アルミニウム層と、
を備える、窒化アルミニウム積層部材。
【００５８】
（付記２）
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有する、付記１に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００５９】
（付記３）
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６０】
（付記４）
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６１】
（付記５）
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６２】
（付記６）
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６３】
（付記７）
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６４】
（付記８）
前記突出部の外側の前記表面において、前記突出部の根元に凹みが形成されている、付記７に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６５】
（付記９）
前記突出部の高さが１００ｎｍ以上である、付記７または８に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６６】
（付記１０）
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超である、付記１または２に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６７】
（付記１１）
前記突出部の中央に、盛り上がり部が形成されている、付記１０に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６８】
（付記１２）
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのｃ軸方向が、前記突出部同士で平行である、付記１〜１１のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００６９】
（付記１３）
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのｃ軸方向が、前記凸部の高さ方向と平行である、付記１〜１２のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７０】
（付記１４）
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのａ軸方向が、前記突出部同士で平行である、付記１〜１３のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７１】
（付記１５）
前記突出部を構成する窒化アルミニウムのｍ軸方向が、前記突出部同士で平行である、付記１〜１４のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７２】
（付記１６）
前記凸部の高さ方向が、前記サファイア基板を構成するサファイアのｃ軸方向と平行である、付記１〜１５のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７３】
（付記１７）
前記凸部の各々は、錘状である、付記１〜１６のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７４】
（付記１８）
前記凸部は、三角格子、四角格子または六角格子の格子点上に配置されている、付記１７に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７５】
（付記１９）
前記三角格子、四角格子または六角格子の軸の方向が、前記サファイア基板を構成するサファイアのｍ軸方向またはａ軸方向と平行である、付記１８に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７６】
（付記２０）
前記凸部の各々は、尾根状であり、尾根の延在方向同士が平行となるように配置されている、付記１に記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７７】
（付記２１）
前記凸部の各々は、錘状または尾根状であり、前記凸部の各々の斜面の平面視での幅が、５００ｎｍ以下である、付記１〜２０のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７８】
（付記２２）
最も近くに隣り合う前記凸部同士のピッチが、１０００ｎｍ以下である、付記１〜２１のいずれか１つに記載の窒化アルミニウム積層部材。
【００７９】
（付記２３）
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ以上であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２以下であり、
前記突出部の外側の表面において、前記突出部の根元に凹みが形成されている、窒化アルミニウム層。
【００８０】
（付記２４）
突出部が周期的に形成された表面を有し、
前記突出部の各々は、平面視で六角形の外形を有し、
前記突出部の各々において、前記突出部の高さが、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズ未満であり、
前記突出部の各々において、前記六角形の中心を通る対角線の距離で規定される前記突出部のサイズが、最も近くに隣り合う前記突出部同士のピッチの１／２超であり、
前記突出部の中央に、盛り上がり部が形成されている、窒化アルミニウム層。
【００８１】
（付記２５）
高さが１０００ｎｍ以上であり斜面を有する凸部が周期的に配置された下地面を有するサファイア基板と、
前記下地面上に成長され、前記凸部の各々の前記斜面の上方に前記凸部の周方向に並んだヒレ部が形成された表面であって、前記凸部の周方向に並んだヒレ部同士の間に前記斜面と交差する方向に成長した複数のロッド部が形成された表面を有する、窒化アルミニウム層と、
を備える、窒化アルミニウム積層部材。
【符号の説明】
【００８２】
１０…サファイア基板、１１…下地面、１２…凸部、１３…谷部、１４…平面、２０…ＡｌＮ層、２１…表面、２２…突出部、１００…ＡｌＮ積層部材
【図１】
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【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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【図１２】
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