(57)【要約】  【課題】  窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を有する窒化アルミニウム積層基板を提供する。  【解決手段】  サファイア等の単結晶α−アルミナ基板を、窒素、カーボンおよび一酸化炭素の存在下に加熱、窒化処理して結晶性窒化アルミニウム膜を同基板上に積層するとともに、同一工程で同時に該α−アルミナ基板と結晶性窒化アルミニウム膜層との界面に気孔を不規則に点在せしめることを特徴とする結晶性窒化アルミニウム積層基板の製法と当該積層基板。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶α−アルミナ基板上に窒化アルミニウム膜が積層されてなり、当該α−アルミナ基板と窒化アルミニウム膜層との界面に気孔が点在してなることを特徴とする窒化アルミニウム積層基板。
【請求項２】
単結晶α−アルミナ基板の結晶面が、Ｒ面であることを特徴とする請求項１記載の窒化アルミニウム積層基板。
【請求項３】
単結晶α−アルミナのＲ結晶面を、カーボン、窒素および一酸化炭素の存在下に窒化処理してＲ結晶面上に窒化アルミニウム膜を形成させ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積層基板の製造方法。
【請求項４】
単結晶α−アルミナのＲ結晶面を、カーボン、窒素および一酸化炭素の存在下に窒化処理してＲ結晶面上に窒化アルミニウム膜を形成させることを特徴とする窒化アルミニウム膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面に窒化アルミニウム（ＡｌＮ）膜を有する窒化アルミニウム積層基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウム・ガリウム（ＡｌＧａＮ）等のIII族窒化物半導体よりなる結晶層は、青色帯〜紫外帯の短波長光を発する発光ダイオード（ＬＥＤ：Light Emitting Diode）やレーザーダイオード（ＬＤ）等の発光デバイスを構成する機能層として近年特に注目されている物質である。
【０００３】
融点が高いIII族窒化物はα−アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）単結晶（以下、サファイアともいう）等の基板上に、分子線エピタキシャル法（ＭＢＥ）、塩化アルミニウムとアンモニアを使用したハライド化学蒸着法(ＨＶＰＥ)またはトリメチルアルミニウムとアンモニアを使用した有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）等の気相成長手段を用いて形成されている。
【０００４】
しかしながら、基板材料とIII族窒化物の格子不整合が大きいため、未だに欠陥の少ないIII族窒化物薄膜を得ることは極めて難しいという問題点がある。III族窒化物系半導体デバイスの発光効率を決定するのは、基板上での初期結晶成長によるところが大きいため、整合性が良い基板材料の開発はこの分野に大きなブレークスルーをもたらす最重要課題となっている。
【０００５】
上記課題を解決する手段の一つとして、これらのIII族窒化物系半導体との格子整合性に優れる結晶材料、例えば、Ａｌを多く含有するＡｌＧａＮ結晶層に対してはＡｌＮ結晶を用いるのが望ましいとされている。基板として利用できる数十〜数百μｍの厚さのＡｌＮ自立結晶を得る手段として、ＡｌＮ粉末を２２５０℃程度の超高温環境下において気相へ昇華させた後に種結晶へ析出させる昇華再析出法が知られている（非特許文献１）。また、サファイア、炭化珪素（ＳｉＣ）単結晶、あるいは珪素（Ｓｉ）単結晶を基板（以下、下地基板ともいう）として用いて、この基板上にＨＶＰＥ法によって厚み１ｍｍ程度のＡｌＮ厚膜を作製した後に下地基板を除去し、ＡｌＮ自立結晶基板とする技術手段が開示されている（非特許文献２）。
【０００６】
しかしながら、上記昇華再析出法で得られるＡｌＮ結晶は、いずれも数ｍｍから数十ｍｍの小片であり、ＬＥＤやＬＤを廉価に多量に製造する方法としては有用でない。また、サファイア基板およびＳｉＣ単結晶基板上にＨＶＰＥ法で形成したＡｌＮ結晶は、下地基板が化学的に安定であり且つ硬いため、下地基板のみを化学エッチングで除去することやダイシングによって分離することが困難である。Ｓｉ単結晶基板を用いた場合は、下地基板の化学エッチングによりＡｌＮ自立結晶基板を比較的容易に得ることができるが、ヒドラジン・フッ酸等の環境負荷の高い物質を多量に必要とする欠点を有する。
【０００７】
本発明はこれらの従来技術の問題点を克服すべく成されたもので、サファイア基板を利用して、表面に形成したＡｌＮ結晶層と基板の分離が容易であり且つ大口径のＡｌＮ結晶自立基板を安価に製造するために好適に使用される積層基板を提供するものである。
【０００８】
本発明に先立ち、本発明者らは、アルミナ、カーボン、窒素および一酸化炭素を反応原料とするＡｌＮ生成反応の熱力学的検討を行っていく過程で、従来のサファイア基板上に目的の薄膜を付着形成させるのではなく、この平衡反応を利用して、サファイア基板表面から内部に向かってアルミナ成分を酸窒化アルミニウム（ａｌｏｎ）およびＡｌＮに変換させることにより、良好な高結晶性ＡｌＮ膜が形成できることを見出し既に提案した。（特許文献１）
【非特許文献１】Ｇ．Ａ．Ｓｌａｃｋ  ａｎｄ  Ｔ．Ｆ．Ｍｃｎｅｌｌｙ、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ、１９７６年、Ｖｏｌｕｍｅ３４、２６３。
【０００９】
【非特許文献２】Ａｎｄｒｅｙ  Ｅ  Ｎｉｋｏｌａｅｖ、他５名、ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ、２０００年、Ｖｏｌｕｍｅ  ５Ｓ１、Ｗ６．５．。
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−１３７１４２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者らは、更に上記平衡反応を利用したアルミナ成分をａｌｏｎおよびＡｌＮに変換させる方法について鋭意研究を続けた結果、サファイア基板の切り出し面を変えることによって全く新しい配向関係を有するＡｌＮ層が得られる事を発見し、適切なサファイア基板の切り出し面を選択することにより、ａｌｏｎ層が存在せずサファイア基板上に直接ＡｌＮ層が積層され且つ当該サファイア基板上とＡｌＮ層の間に気孔が存在する新たな積層基板の開発に成功した。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
即ち、本発明は、単結晶α−アルミナ基板上に窒化アルミニウム膜が積層されてなり、当該α−アルミナ基板と窒化アルミニウム膜層との界面に気孔が点在してなることを特徴とする窒化アルミニウム積層基板である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明で得られる積層基板は、サファイア基板の窒化処理により、基板上に直接、サファイア基板の切り出し面に応じた配向関係を有するＡｌＮ膜を形成する。しかも両層の界面に気孔を有しているため、わずかな機械的衝撃で両層の剥離が進行する。
【００１４】
この特殊な構造を持つ積層基板は、この基板上にＨＶＰＥ等のエピタキシャル成長速度が速い成膜方法を用いて、自立膜として十分な強度を有する厚さのＡｌＮ膜を作成した後に下地基板（サファイア基板）を切り離すことにより、純粋なＡｌＮ自立基板を容易に得ることができる。また、本発明で得られるＡｌＮ膜は対称性を持つ複数の方向を向いたドメインが混在する構造であり、かかる基板上にＨＶＰＥ等の方法によりＡｌＮ膜を厚付けしていく過程で、各ドメインからの転位が衝突して消滅し、結果的に転位の少ないＡｌＮ自立基板が得られるというメリットも有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明について詳細に説明する。
【００１６】
本発明においては、ＡｌＮ膜をサファイア基板の直接窒化により形成させることに大きな特徴がある。該直接窒化とは、反応原料として、カーボン、窒素および一酸化炭素を使用し加熱処理することにより、サファイア基板表面を窒化する方法である。
【００１７】
図１は、アルミニウム−酸素−窒素−炭素系化学ポテンシャルダイアグラムを示す。図中のＡｌＮ＋Ｃ安定領域に該当する温度条件および雰囲気組成を選択することで直接窒化が進行する。
【００１８】
サファイア基板の切り出し面をＡ結晶面：｛１  １  −２  ０｝面とした場合、切り出し面に対してＡｌＮのｃ軸がほぼ垂直になる（以下、ＡｌＮのｃ軸配向と呼ぶ）構造となり、界面に気孔が存在しない構造が確認され、既に提案した。
【００１９】
これに対して本発明のＡｌＮ膜内のｃ軸が切り出し面に対して垂直とならずに生成される切り出し面、たとえばＲ結晶面（以下、Ｒ面という）：｛１  −１  ０  ２｝面のサファイア基板を原料として用いた場合、異なる配向性を持った結晶同士が粒界を形成し、結果として、ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３界面に気孔を生じる。本発明の気孔を有する積層基板は、上記の通り、サファイアのＲ面を直接窒化処理することにより得られるが、サファイアの結晶面としては、Ｒ面以外に、Ｒ面から任意の方向に２°以下の範囲内で傾斜させた面、および｛１  −１  ０  ３｝面から任意の方向に２°以下の範囲内で傾斜させた面を用いても同様のものが得られる。
【００２０】
得られる積層基板の構造を説明するため、図２にサファイアのＲ面：（１  −１  ０  ２）面を該当する条件に置いて作成したＡｌＮ膜のＴＥＭ断面明視野を示す。
【００２１】
詳しくは図３の模式図の方向から観察した像で、像の横方向がサファイアの[１  １  −２  ０]方向となる。ＡｌＮ膜の構造としては、電子線回折像が示すとおり、ＡｌＮのｃ軸が原料基板面の法線に対してそれぞれ２４°傾斜して成長したドメインが混在している。それぞれのドメインのサイズはφ２００〜３００ｎｍ程度で、異なるドメインの間に生成する粒界の部分が熱でエッチングされて、２０ｎｍ前後の段差を生じている。
【００２２】
このＡｌＮ膜の膜厚は何ら限定されることはなく、反応時間を延長することで任意に制御できる。
【００２３】
本発明の積層基板においては、ＡｌＮ膜と単結晶アルミナ基板の間に気孔が存在している。当該気孔は、サファイアのＲ面やｎ面：｛１  １  −２  ３｝面という化学的に安定な面を出すよう削れており、規則的な形状をなしている。
【００２４】
気孔の深さや、気孔によってＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３両層が分離している面積の割合（以下、気孔面積割合ともいう）は、反応条件を操作する事によって任意に制御できる。例えば、１６００℃、ＣＯ分圧０．２５ｂａｒ、Ｎ２分圧０．７５ｂａｒ、反応時間１２時間で反応を行った場合には、気孔の深さは８０ｎｍ、気孔面積割合は５０〜６０％である。これら気孔の深さや面積割合はＣＯ分圧が低いほど増加し、極端な場合には反応中に膜の剥離が起こり本発明の積層基板が得られない場合がある。
【００２５】
次に、具体的にサファイア基板上へのＡｌＮ膜の形成方法について説明する。
【００２６】
本発明においては、サファイア基板の表面を直接窒化することによりサファイア基板上に直接ＡｌＮ膜を形成する。具体的には、熱処理装置の均熱部に、表面の結晶面が、例えばＲ面のサファイア基板とグラファイトを装入し、Ｎ２−ＣＯ混合ガスの組成を調節することにより、酸素ポテンシャルと窒素ポテンシャルを制御した雰囲気下で、基板を窒化させる。
【００２７】
本発明においては、図１に示されるアルミニウム−酸素−窒素−炭素系化学ポテンシャルダイアグラムのＡｌＮ安定の反応条件域で窒化処理（反応）を行うことが重要である。
【００２８】
図１中の実線は、全圧ＰＣＯ＋ＰＮ２が１ｂａｒ、炭素の活量aｃが１の条件下でのＡｌ２Ｏ３、ａｌｏｎ、ＡｌＮの相安定図である。ＰＣＯは反応系内の一酸化炭素分圧、ＰＮ２は窒素分圧である。図中、ＰＣＯが大きく低温の領域はＡｌ２Ｏ３の安定領域であり、ＰＣＯが小さく高温の領域はＡｌＮの安定領域である。１６３０℃以上において、両者の境界にａｌｏｎの安定領域が存在する。
【００２９】
以下に一般的な窒化反応方法について説明する。
【００３０】
本発明に使用する加熱装置には特に制限はなく、任意の構造のものが使用できる。ただし窒素および一酸化炭素よりなる混合ガス中で、サファイア基板を図１中に示す温度条件にさらす事が出来る能力が無くてはならない。また、サファイア基板中の温度差を５℃以内に保つことができる設計であることが望ましい。
【００３１】
加熱炉材は、本発明の反応に関与する物質であるところの黒鉛、α−アルミナ、ＡｌＮおよびａｌｏｎのみで構成することが望ましい。炉材に黒鉛以外の物質を用いる際は、導入する雰囲気が還元性であるため、本発明の反応条件内で酸素や金属蒸気の放出を最低限に抑える対策を講じる。例えばα−アルミナ炉材の場合は、加熱部を図１のＡｌＮ＋Ｃ安定領域に置いて、表面を窒化させてから製造に供する手段が有効である。
【００３２】
本発明で使用するα−アルミナ基板、具体的にはサファイア基板としては、良質且つ配向性が制御されたＡｌＮを得るために、その表面は平滑であることが好ましい。そのため、一般的なエピタキシャル成長用サファイア基板が好適に用いられる。この基板表面に本発明の特徴を有するＡｌＮ膜を形成させる場合、基板の結晶面としては、Ｒ面や｛１  −１  ０  ３｝面等が使用されるが、特にＲ面が好適に用いられる。
【００３３】
カーボンとしては種々の市販品が使用できる。カーボンの純度は９９．９％以上であることが好ましく、９９．９９９％以上であることがより好ましい。カーボンの使用量は、反応系中のα−アルミナに対して、好ましくは重量比で０．１以上使用する。
【００３４】
窒素および一酸化炭素は、通常ガス状のものが使用されるが、９９．９９９９％以上の窒素および９９．９％以上の一酸化炭素が好ましい。
【００３５】
反応系の全圧は特に制限されないが、１ｂａｒ前後とするのが反応装置の製作や運転の容易さから好ましい。反応中は、所定の分圧になるようにした混合ガスを所定の流量で流す。生成するＡｌＮ膜表面の平滑性を良好に保つには、反応系の全圧を１ｂａｒとした場合、図１中のＡｌＮ安定領域の境界線よりＰＣＯが０〜０．１５ｂａｒ低い条件が好ましい。例えば、１６００℃におけるＡｌＮ安定領域の境界はＰＣＯ＝０．３１ｂａｒであるから、ＰＣＯを０．１６〜０．３１ｂａｒとする条件が適している。ＰＣＯがＡｌＮ安定領域の境界より０．１５ｂａｒ以上低い条件では、反応が急激に進むため界面に過剰な気孔が発生して反応中の膜剥離が起こりやすくなる。また、ＡｌＮ膜内に欠陥が入りやすく表面形状および結晶性を悪化させる傾向にある。
【００３６】
混合ガスの流量は、常に基板表面に窒素原子を到達させる必要があることから、ガス流と垂直な面における反応装置の断面積１ｃｍ２に対して、２５℃・１気圧のガスを５ｍＬ／ｍｉｎ以上導入するのが好ましい。より好ましくはサファイア基板に到達する前に導入するガスを予備加熱する装置を設置する。導入する一酸化炭素および窒素の分圧制御は市販の流量計が制限無く使える。
【００３７】
昇温速度は任意に決定できるが、毎分５℃以上が好適に採用される。加熱時間は、所望する膜厚により適宜決定される。例えば、１６００℃でＰＣＯ＝０．２５ｂａｒ、ＰＮ２＝０．７５ｂａｒの条件下においてＲ面サファイア基板を窒化させた場合，ＡｌＮ膜の成長速度は、１２時間の反応で１００〜１２０ｎｍ、気孔の深さは１２時間の反応で８０〜１００ｎｍである。
【００３８】
本発明においては特定反応条件で窒化処理を行わなければならない。この反応条件内で窒化処理を行うためには、反応温度、加熱炉材の状態、導入する一酸化炭素および窒素の分圧を常に厳密に制御する必要がある。
【００３９】
反応温度は可能な限りサファイア基板に近接した地点を測定する。測定機材は反応系に不純物を混入させる恐れがあってはならない。本発明においては、α−アルミナ焼結体の一端閉管にて保護したＢ熱電対ないしＷ−５％Ｒｅ／Ｗ−２６％Ｒｅ熱電対をサファイア基板の支持具に接触させる方法や、サファイア基板の支持具を黒鉛製としてその黒鉛の赤外放射光を放射温度計で測定する方法などが適切である。
【００４０】
反応終了後は、通常一酸化炭素の供給を停止し、窒素のみ供給を続けて冷却を開始する。
【００４１】
上記記載の方法により、サファイア基板上にＡｌＮ膜および気孔を同一の工程で形成することができる。
【００４２】
表面の平滑性を保つように製造条件を選択した場合、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ）で２０μｍ×２０μｍの範囲の高さ情報についてＪＩＳ  Ｂ０６０１−１９９４に基づいて算出した値として、Ｒａで１５ｎｍ以下、Ｒｍｓで２０ｎｍ以下のＡｌＮ膜が得られる．この時のＡｌＮ膜のωモードロッキングカーブ半値幅で表される結晶配向性は、Ｔｉｌｔ方向と呼ばれるＡｌＮ｛０  ０  ０  ２｝面では２．０°以下、Ｔｗｉｓｔ方向と呼ばれるＡｌＮ｛１  ０  −１  ０｝面では１．５°以下である。尚、ωモードロッキングカーブ半値幅とは、サンプルがブラッグの回折条件を満たす角度にＸ線の入射角（ω）と反射角の和を固定して、ωを変化させて得られる回折チャートにおいて回折Ｘ線カウント数の最大値の５０％以上を示すωの範囲であり、この値が大きいほど結晶の方向が乱れていて結晶性が悪いことを示す。
【実施例】
【００４３】
実施例１
黒鉛製の発熱体および支持台で反応系を構成したタンマン型焼成炉を用いて、１６００℃でＮ２−ＣＯ混合ガスによって、Ｒ面で切り出したサファイア基板を窒化することにより、ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３界面に気孔を有するＡｌＮ膜を作製した。
【００４４】
発熱体は円筒状で横置きに設置して、その円筒内径に合わせた円弧状の底を持つ支持台の中央にサファイア基板を載せた黒鉛ブロックを置いて発熱体中央に設置した。加熱時にこの黒鉛ブロックの発する赤外光を放射温度計で測定して原料基板の温度を管理した。
【００４５】
最初に炉内を一旦ロータリーポンプで真空排気して、一酸化炭素（ＣＯ）分圧が０．２５ｂａｒと窒素（Ｎ２）分圧の比が０．７５ｂａｒである混合ガスに置換し、そのまま同組成の雰囲気を一定の流量（２Ｌ／ｍｉｎ）で流した。装置系内の全圧は１ｂａｒである。１６００℃まで１０℃／ｍｉｎで加熱し、１６００℃に到達後１２時間保持した。１２時間経過した後、流している雰囲気のうち一酸化炭素を停止し、ヒーターの出力を落として自然冷却した。このときの冷却速度は、１６００℃から１１００℃まで３０分であった。
【００４６】
図４（Ａ）（Ｂ）は、上述のごとく、Ｒ面：（１  −１  ０  ２）面で切り出したサファイア基板上にＡｌＮ膜および気孔を成長させたものおよび反応前のＲ面サファイア基板について、Ｘ線源にＣｕ管球を用いたＸＲＤ（Ｘ線回折装置）で、ＡｌＮの｛０  ０  ０  ２｝面がどの方向を向いているかを示した極点図形である。ここで、サファイアのＲ面をψ＝０°、図２のＴＥＭ断面像の電子線入射方向をφ＝０°とした。このとき、結晶学的には電子線入射方向とサファイア＜１  １  −２  ０＞が垂直に交わり、φ＝９０°および２７０°の方向がサファイア[−１  −１  ２  ０]方向および[１  １  −２  ０]方向にあたる。
【００４７】
反応前のサファイア基板を同条件で分析した結果、図４（Ａ）の通りＡｌＮ｛０  ０  ０  ２｝面と面間隔ｄが近い値をとるサファイアの｛１  ０  −１  ４｝面および｛１  １  −２  ０｝面からの回折を検出した。
【００４８】
反応後の基板分析結果を示した図４（Ｂ）より、ＡｌＮ｛０  ０  ０  １｝面はサファイアの[１  １  −２  ０]方向と[−１  −１  ２  ０]方向に、あおり角ψをそれぞれ約２５°とった位置にピークの中心があり、ＡｌＮのｃ軸はこの２方向のみに限定して成長していることが判る。図５は[−１  −１  ２  ０]方向にψスキャンをした結果を示しており、前述のあおり角は２４°であることが判った。すなわち、次式の結晶方位関係が成り立つ。
【００４９】
【数１】
2006069814.tif 000002
それぞれのドメインについて、
【００５０】
【数２】
2006069814.tif 000003
図６にＡｌＮ膜の結晶性を評価するために測定したωモードロッキングカーブのグラフ図を示す。測定した面はＡｌＮ｛０  ０  ０  ２｝面で、前述の情報を基にφ＝９０°、ψ＝２４°の方向に合わせて実施した。ＡｌＮの半価幅は１．１°であった。
【００５１】
図７に生成したＡｌＮ膜の｛１  ０  −１  １｝面の極点図形を示す。ここで、極点図形のφ＝０ｏは、図２のＴＥＭ電子線入射方向とした。図７より、ＡｌＮの｛１  ０  −１  １｝面は、点線で示すように図４で明らかとなったＡｌＮｃ軸配向方向を中心に６つの回折ピークを示していることが分かる。これは、混在する２方向のＡｌＮ配向結晶がそれぞれただ１通りの３次元配向をとっている事を示す。
【００５２】
本実施例で得られたＡｌＮ膜および気孔の断面ＴＥＭ像を図２に示す。ＡｌＮ膜は２００〜４００ｎｍ間隔で周期的に薄い箇所が存在し、その箇所を境に結晶相のコントラストが変化している。コントラストの異なる隣り合った結晶相の電子線回折像を撮影したところ、ＸＲＤで得られた情報の通りｃ軸配向方向の異なるＡｌＮ回折パターンが得られた。すなわち、配向方向の異なるＡｌＮ結晶相は２００〜４００ｎｍのサイズでモザイク構造を形成している。ＡｌＮ膜の下には幅・密度ともに不規則な気孔が発生している。しかし気孔の深さおよび底の形状は非常に規則正しい。観察の方向から判断して、気孔の底面はサファイアの（１  −１  ０  ２）面、（１  １  −２  ３）面等で構成されていた。
【００５３】
本実施例で得られたＡｌＮ膜表面の高さ情報より、２０×２０μｍの範囲において、表面粗さについてＲａ＝１３．３ｎｍ、ＲＭＳ＝１７．３ｎｍの値が得られた。
【００５４】
実施例２
実施例１と同様の装置を用い、温度およびＣＯ分圧を以下の条件に変更して、Ｒ面で切り出したサファイア基板を窒化することにより、ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３界面に気孔を有するＡｌＮ膜を作製した。
【００５５】
炉内の雰囲気は一酸化炭素（ＣＯ）分圧が０．４１ｂａｒと窒素（Ｎ２）分圧が０．５９ｂａｒである混合ガスで、同組成の雰囲気を一定の流量（２Ｌ／ｍｉｎ）で流した。装置系内の全圧は１ｂａｒである。１６７５℃まで１０℃／ｍｉｎで加熱し、１６７５℃に到達後１２時間保持した。
【００５６】
得られた反応済みの基板には、実施例１と同様の配向関係を持ってＡｌＮが生成していることが、Ｘ線回折分析によって判明した。ＴＥＭ断面像から、気孔によってＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３両層が分離している面積の割合はおよそ４０％であることがわかった。また、ａｌｏｎ層は確認されなかった（図８）。
【００５７】
比較例１
実施例１と同様の装置・製造条件で、Ａ結晶面：｛１  １  −２  ０｝面で切り出したサファイア基板を窒化することにより、ＡｌＮ／Ａｌ２Ｏ３界面に気孔が存在しないＡｌＮ膜を作製した。
【００５８】
本実施例で得られたＡｌＮ膜および気孔の断面ＴＥＭ像を図９に示す。サファイア基板表面全面を５〜２０ｎｍの厚さを持つＡｌＮ膜が覆っている。しかしＡｌＮ膜中に粒界と考えられるコントラストは確認されず、またサファイア／ＡｌＮ膜界面に気孔は全く見られなかった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】アルミニウム−酸素−窒素−炭素系化学ポテンシャルダイアグラム示す。
【図２】Ｒ面で切り出したサファイア基板を窒化して作製したＡｌＮ膜のＴＥＭ断面明視野を示す。
【図３】図２の視野の観察方向を示した模式図を示す。
【図４】（Ａ）Ｒ面で切り出したサファイア基板（Ｂ）Ｒ面で切り出したサファイア基板を窒化した発明品の、ＡｌＮ｛０  ０  ０  ２｝面についてのＸＲＤ極点図形を示す。
【図５】実施例１の、基板面に対するＡｌＮｃ軸の傾斜角度を示すψスキャンチャートを示す。
【図６】実施例１の、ＡｌＮ｛０  ０  ０  ２｝面についてのωモードロッキングカーブを示す。
【図７】実施例１の、ＡｌＮ｛１  ０  −１  １｝面についての極点図形を示す。
【図８】実施例２で得られた基板の、ＴＥＭ断面像を示す。
【図９】比較例１で得られた基板の、ＴＥＭ断面像を示す。
【図１】
2006069814.tif 000004
【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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