(57)【要約】【課題】  窒化ガリウム系ターゲットを用いたスパッタリング法により、窒化ガリウム系膜とその膜の製造方法を提供する。【解決手段】  酸素含有量を低減した窒化ガリウム焼結体をスパッタリングターゲットの主成分として用いたスパッタリング法を用い、成膜条件を最適化することにより、素子等に好適な０．４ｎｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）にて立方晶（１１１）、六方晶（０００２）Ｇａ極性、六方晶（０００−２）Ｎ極性の窒化ガリウム系膜を作製する。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶相が六方晶または立方晶の少なくともいずれかであり、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下のピークを有することを特徴とする窒化ガリウム系膜。
【請求項２】
結晶相が六方晶であり、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系膜。
【請求項３】
結晶相が六方晶であり、極性がＮ極性であることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム系膜。
【請求項４】
結晶相が六方晶であり、極性がＧａ極性であることを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム系膜。
【請求項５】
結晶相が立方晶で（１１１）面に配向しており、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系膜。
【請求項６】
スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とし、導入ガスにおける、窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比が０．７以上の条件でスパッタすることを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
【請求項７】
スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力が０．４Ｐａ未満、または成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上１．３Ｐａ以下であり、かつ、６００℃以上のいずれかでスパッタすることを特徴とする請求項３に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
【請求項８】
スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を１．３Ｐａより高く、かつ６００℃以上でスパッタすることを特徴とする請求項４に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
【請求項９】
スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上、０℃以上６００℃未満でスパッタすることを特徴とする請求項５に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
【請求項１０】
請求項１乃至５いずれか一項に記載の窒化ガリウム系膜と基板を含んでなることを特徴とする積層基材。
【請求項１１】
請求項１０に記載の積層基材を用いることを特徴とする半導体素子。
【請求項１２】
請求項１１に記載の半導体素子を用いることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
窒化ガリウムは、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）の発光層や青色レーザーダイオード（ＬＤ）の原料として注目され、近年では薄膜や基板の形態にて白色ＬＥＤや青色ＬＤなどの様々な用途に用いられており、また将来的にはパワーデバイスなどの用途の材料としても注目されている。現在、窒化ガリウム薄膜は有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ）法によって製造されることが一般的である。ＭＯＣＶＤ法は、キャリアガスに原料の蒸気を含ませて基板表面に運搬し、加熱された基板との反応で原料を分解させることにより、結晶を成長させる方法である。
【０００２】
従来、窒化ガリウム系のエピタキシャル成長は、殆ど六方晶（０００２）面（ＧａＮ結晶の場合のＧａ極性面：「＋ｃ面」とも言う）への成長であった。それに対し、六方晶（０００−２）（Ｎ極性面、「−ｃ面」とも言う）方向にＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると様々な効果が得られる。例えば、Ｎ極性面の窒化ガリウムは窒素脱離が進行しにくいため、一定量以上の添加が困難であるインジウムの添加量を高くすることができ、それによって、これまで作製が困難であった輝度の高い緑色ＬＥＤの作製が可能となる。また、自然分極とピエゾ分極の電界の方向を同一方向とすることができるため、半導体素子の設計上、種々の利点がある。
【０００３】
ただし、Ｎ極性面の窒化ガリウムを成長させようとすると、突起状の形状が表面に多く見られてしまうことが知られている（例えば、非特許文献１参照）。
【０００４】
この表面状態を解決するために、ＭＯＣＶＤの成膜条件の検討が試みられているが、平坦化は完全に解決しておらず（例えば、非特許文献２参照）、解決には基板のオフ角の調整や前処理が必須（例えば、特許文献１参照）であり、作製条件範囲も狭く、工程が複雑である。また、その結晶性においても、ω方向のロッキングカーブの半価幅（以下、「ωスキャンの半価幅」と言うことがある）において１００ａｒｃｓｅｃ程度までしか低下できず、更なる改善が求められている。また、表面粗さに関しても、ステップ基板を用いることから０．４ｎｍ以下とすることはできていない。
【０００５】
また、結晶相は六方晶が安定層であるが、準安定層として立方晶（閃亜鉛鉱型）が存在する。立方晶は六方晶よりも対称性が高いためにキャリアのフォノン散乱が小さく、電子移動度が高いとされており、高速動作が可能なトランジスタなどに応用できる可能性がある。ただし、安定的に立方晶の薄膜を得ることは難しい。
【０００６】
ところで、ＭＯＣＶＤ法以外の薄膜の作製法としてスパッタリング法が挙げられる。このスパッタリング法は陰極に設置したターゲットにＡｒイオンなどの正イオンを物理的に衝突させ、その衝突エネルギーでターゲットを構成する材料を放出させて、対面に設置した基板上にターゲット材料とほぼ同組成の膜を堆積する方法であり、直流スパッタリング法（ＤＣスパッタリング法）と高周波スパッタリング法（ＲＦスパッタリング法）がある。
【０００７】
また、特許文献２において、低酸素含有量窒化ガリウムの焼結体が提案されているが、それを用いた薄膜において、極性や結晶相の制御に関する記述はなく、成膜条件における更なる検討、窒化ガリウムの更なる低酸素化が必要であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−１４７２７１公報
【特許文献２】特開２０１４−１５９３６８公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ９７，  １４１９０２  （２０１０）
【非特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  ５３，  １１ＲＣ０１  （２０１４）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、窒化ガリウム系ターゲットを用いたスパッタリング法により、結晶相、極性、結晶性を制御することで、必要な結晶相、極性を持ち、高い結晶性、平坦性を持つ窒化ガリウム系膜とその膜の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
このような背景に鑑み、本発明者らは鋭意検討を重ねた結果、スパッタ成膜条件を鋭意検討し、薄膜中の窒素／ガリウム比を制御することにより膜中の極性を制御し、更に配向性の高い、窒化ガリウム系膜が得られる条件を見出し、本発明を完成するに至った。
【００１２】
すなわち、本発明の態様は以下の通りである。
（１）結晶相が六方晶または立方晶の少なくともいずれかであり、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下のピークを有することを特徴とする窒化ガリウム系膜。
（２）結晶相が六方晶であり、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系膜。
（３）結晶相が六方晶であり、極性がＮ極性であることを特徴とする上記（２）に記載の窒化ガリウム系膜。
（４）結晶相が六方晶であり、極性がＧａ極性であることを特徴とする上記（２）に記載の窒化ガリウム系膜。
（５）結晶相が立方晶で（１１１）面に配向しており、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする窒化ガリウム系膜。
（６）スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とし、導入ガスにおける、窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比が０．７以上の条件でスパッタすることを特徴とする上記（１）に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
（７）スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力が０．４Ｐａ未満、または成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上１．３Ｐａ以下であり、かつ、６００℃以上のいずれかでスパッタすることを特徴とする上記（３）に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
（８）スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を１．３Ｐａより高く、かつ６００℃以上でスパッタすることを特徴とする上記（４）に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
（９）スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造する方法であって、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上、かつ０℃以上６００℃未満でスパッタすることを特徴とする上記（５）に記載の窒化ガリウム系膜の成膜方法。
（１０）上記（１）〜（５）のいずれかに記載の窒化ガリウム系膜と基板を含んでなることを特徴とする積層基材。
（１１）上記（１）に記載の積層基材を用いることを特徴とする半導体素子。
（１２）上記（１１）に記載の半導体素子を用いることを特徴とする電子機器。
【００１３】
以下、本発明を詳細に説明するが、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００１４】
本発明の窒化ガリウム系膜は、主成分が窒化ガリウムである薄膜であり、一般的に組成としてガリウムを２５ａｔｍ％以上含有しているものを指す。本発明においては、同族元素であるインジウムやアルミニウム、導電性や半導体物性を発現させるためにドーパントとしてシリコンなどを含有させても構わない。
【００１５】
本発明の窒化ガリウム系膜は、その結晶相が六方晶構造もしくは立方晶構造であることを特徴とする。これにより、半導体素子とした際、従来と比較して高い性能を発揮できる可能性がある。
【００１６】
また、結晶の成長方位に関して、立方晶は（ｈ  ｋ  ｌ）、六方晶は（ｈ  ｋ  ｌ  ｍ）表記で表している。
【００１７】
六方晶の極性は、基板を下面とし、窒化ガリウム膜が成膜された面を基板に対し上面とした際の上面から測定した結果を指す。
【００１８】
また、本発明の窒化ガリウム系膜は、表面粗さ（Ｒａ）が０．４ｎｍ未満であることを特徴とする。それにより、各種デバイスを作製するに当たり発生する様々な不具合を解消することが可能となる。ここでの表面粗さ（Ｒａ）は原子間力顕微鏡にて２μｍ四方を測定した際に得られる算術平均粗さを指す。表面粗さ（Ｒａ）は、好ましくは０．３ｎｍ以下であり、更に好ましくは０．２ｎｍ以下である。
【００１９】
本発明の窒化ガリウム系膜の結晶相は六方晶または立方晶の少なくともいずれかであり、ωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下のピークを有する。この場合、結晶相が六方晶の場合、（０００２）面または（０００−２）面ピークが該当し、結晶相が立方晶の場合、（１１１）面が該当する。
【００２０】
さらに、本発明の窒化ガリウム系膜は（０００２）面のωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。それにより、結晶が揃った膜となり、デバイスとした際の性能が向上する。好ましくは３６ａｒｃｓｅｃ以下であり、更に好ましくは２４ａｒｃｓｅｃ以下である。または、本発明の窒化ガリウム系膜は（０００−２）面のωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。それにより、結晶が揃った膜となり、デバイスとした際の性能が向上する。好ましくは３６ａｒｃｓｅｃ以下であり、さらに好ましくは２４ａｒｃｓｅｃ以下、またさらに好ましくは１８ａｒｃｓｅｃ以下である。本発明が対象とするωスキャンの半価幅は、結晶方位として（０００２）面または（０００−２）面の少なくともいずれかを対象とする。
【００２１】
ωスキャンの測定方法は、結晶軸の配向性を精密に測定する手法のため、測定サンプル側にてω方向に可動域を持つＸＲＤ装置を用いる必要がある。
【００２２】
次に、本発明の窒化ガリウム系膜の製造方法及び得られた膜について説明する。
【００２３】
本発明の膜は、スパッタリング法で窒化ガリウム系膜を製造することができる。用いるスパッタリングターゲットは、窒化ガリウムを主成分とし、酸素含有量が２．５ａｔｍ％以下であることが好ましい。さらに、導入ガスにおける、窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比が０．７以上の条件であることが好ましい。
【００２４】
（第１形態）
本発明の六方晶（０００−２）Ｎ極性窒化ガリウム系膜の製造方法は、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力が０．４Ｐａ未満、または成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上１．３Ｐａ以下であり、かつ６００℃以上のいずれかでスパッタすることを特徴とする。
【００２５】
スパッタリングの方式としては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等を適宜選択することができ、これらの中、大面積に均一に、かつ高速成膜可能な点でＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法が好ましい。
【００２６】
スパッタ時のガス圧力は０．４Ｐａ未満とし、好ましくは０．３Ｐａ以下、更に好ましくは０．１Ｐａ以下、より好ましくは０．０８Ｐａ以下である。スパッタ時のガス圧力が低いほど、スパッタリングターゲットから放出された粒子が高エネルギーのまま基板に到達しやすく、エピタキシャルに再配列しやすくなる。それにより、六方晶（０００−２）Ｎ極性の窒化ガリウム膜を得ることが可能となる。また、高い平坦度を得るためには他の結晶層が混在していないことが好ましい。特に立方晶が混在していると突起として現れるため、平坦性を悪化させるのみならず、結晶性も低下させてしまう。
【００２７】
使用するスパッタリングターゲットは、膜全体の結晶性を高めるために、酸素含有量が３ａｔｍ％未満であることが好ましく、１ａｔｍ％以下であることが更に好ましい。純度についても高い方が好ましく、金属不純物の含有量は０．１ｗｔ％未満が好ましく、０．０１ｗｔ％未満が更に好ましい。ここでの不純物には意図的に添加したインジウムやアルミニウムは含まない。スパッタリングターゲットの面積は１８ｃｍ２以上が好ましく、より好ましくは１００ｃｍ２以上である。ターゲット面積が大きくなるほど放電が安定し、より低ガス圧力、低電力密度でのスパッタリングが可能となる。更に膜厚や膜質の均一性も向上する。
【００２８】
成膜前の成膜装置内の真空度は、３×１０−５Ｐａ以下とすることが好ましく、１×１０−５Ｐａ以下とすることがより好ましい。真空度をより低圧にすることで、成膜時に残留気体が不純物として混入しにくくなり、薄膜の結晶性が向上する。残留気体を除去する目的で装置のベーキング処理をすることが好ましい。
【００２９】
また、成膜前に基板を前処理することが好ましい。前処理を実施することにより、基板表面の有機物層や凹凸を除去し、エピタキシャル成長を可能にする。前処理方法は、逆スパッタ処理、酸処理、ＵＶ処理などが例示されるが、処理後に不純物などの再付着を防止する観点において、逆スパッタ処理をすることが好ましい。逆スパッタ処理とはスパッタリングターゲット側ではなく、基板側にプラズマ化した原子が衝突することで、表面をクリーニングする方法である。こうした仕組みを利用することにより、基板の表面を洗浄し、外気に触れずに成膜室に送ることで、基板表面の清浄度を保ったまま成膜が可能となる。逆スパッタ処理をするに当たり、逆スパッタされた不純物が成膜室に付着することを防ぐ意味で、成膜室とは別に処理をすることが好ましい。逆スパッタ処理のガス種として、アルゴンや窒素、酸素などを用いることが可能であるが、表面の炭素系不純物を取り除く意味で、スパッタガス中に酸素が一定量含有されていることが好ましい。その含有量は、酸素／全組成ガスの分圧として１％以上１０％以下であることが好ましい。それにより、表面の炭素系不純物を効率的に除去することが可能となる。また、処理時間は３０秒以上９００秒以下が好ましく、より好ましくは６０秒以上３００秒以下である。それにより、表面の不純物を除去しつつ、好ましい表面粗さ（Ｒａ）とすることができる。その際に得られる基板表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１５ｎｍ以下である必要があり、好ましくは０．１ｎｍ以下である。
【００３０】
また、成膜時は基板を加熱した状態で行うことが好ましい。基板を加熱した状態で成膜することで、スパッタされた粒子にエネルギーを与え、より安定な結晶状態となることが可能であり、高温で加熱処理する際の熱膨張率差等による割れを防止することが可能となる。成膜工程における基板加熱温度（以下、「成膜温度」と言うことがある）は好ましくは９００℃以下であり、さらに好ましくは室温以上８５０℃以下、またさらに好ましくは１００℃以上８５０℃以下、特に好ましくは４００℃以上８５０℃以下、より好ましくは６００℃以上８５０℃以下である。また成膜温度は、室温以上８００℃以下であり、１００℃以上８００℃以下が好ましく、４００℃以上８００℃以下がより好ましく、６００℃以上８００℃以下が特に好ましい。なお、１００℃未満の温度では粒子移動や成膜後に加熱処理する際の割れの防止効果が少なくなる。また、８００℃より高い温度ではスパッタ装置が高価となり、スパッタリング法を用いるメリットが小さくなる。特に４００℃以上で成膜することが好ましい。４００℃以上で成膜することで、特にスパッタ粒子を結晶性良く配列させることができる。成膜時のガスは窒素を含んでいることが好ましい。それにより、窒素欠陥の少ない膜を作製可能となる。
【００３１】
利用するガスは窒素を主成分とする。通常よく用いられるアルゴンを主成分として利用すると、アルゴンが膜中に多く含まれることにより、表面粗さ（Ｒａ）が悪化する。例えば、成膜初期にアルゴンを主成分とするガスを使用して成膜した後に、窒素を主成分とするガスを使用して成膜したとしても、初期の成膜状態を後に引き継ぐため、表面粗さ（Ｒａ）は悪化する。窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比は０．７以上であることが好ましく、更に好ましくは０．９以上、特に好ましくは窒素のみである。
【００３２】
放電時の電力としては、電力密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上２．５Ｗ／ｃｍ２以下であることがより好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上１．５Ｗ／ｃｍ２以下であることが更に好ましい。電力密度の計算は放電時にかける電力をスパッタリングターゲットの面積で除したものである。放電時の電力が５Ｗ／ｃｍ２より高いと、使用する窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットが一般的に低密度であるために、ターゲットに与えるパワーにより、スパッタリングターゲットから粗大な多結晶体粒子が剥離してしまい好ましくない。０．１Ｗ／ｃｍ２未満とすると、プラズマが安定しないため放電が難しくなること、成膜速度が低下するため膜の生産性が低下することのため好ましくない。
【００３３】
スパッタリング法にて成膜する厚みは１０ｎｍ以上が好ましく、更に好ましくは５０ｎｍ以上である。それにより、所定の結晶性の薄膜を得ることが可能となる。
【００３４】
なお、作製した窒化ガリウム系膜の上に再度別の手法にて窒化ガリウム系膜を積層しても構わない。例えば、スパッタリング法にて成膜した窒化ガリウム系膜の上に、ＭＯＣＶＤ法にて窒化ガリウム系膜を成膜しても良い。
【００３５】
本発明で得られる膜のピーク強度比は、２００以上であることが好ましい。これにより、結晶方位の単一性が高くすることで、膜内の歪みを低減し各種デバイスに利用可能な品質の膜となる。ピーク強度比は、好ましくは１０００以上、さらに好ましくは５０００以上である。また、通常ピーク強度比は、好ましくは５００００以下である。ここで、ピーク強度比とは、六方晶におけるＸ線回折パターンにおけるピーク強度、Ｉ（１０−１１）に対するＩ（０００２）の比である。
【００３６】
本発明で得られる膜において、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の原子の合計に対する窒素（Ｎ）の比は、０．９０以上１．０未満であることが好ましい。窒素組成を減少させることで他の相と混合せずに六方晶（０００−２）Ｎ極性の膜を得ることが可能となる。
【００３７】
本発明の窒化ガリウム系膜は、基板と窒化ガリウム系膜を含んでなる積層基板としても好適に用いることができる。
【００３８】
ここで、基板とは無アルカリガラスや石英等を含むガラス基板、樹脂製の高分子フィルム基材、セラミックスや金属の基板等が挙げられる。特に、格子不整合からなる結晶性の悪化を軽減する観点より、従来から用いられているサファイアや窒化ガリウム単結晶、シリコン単結晶、酸化亜鉛単結晶を用いることが好ましく、より好ましくはサファイア、シリコン単結晶である。サファイアは単結晶であることが好ましい。面方位としては格子整合が比較的良好なサファイア（０００１）面（ｃ面）を用いることが好ましく、さらにはサファイア単結晶（０００１）面（ｃ面）が好ましい。または、シリコン単結晶の場合は（１１１）面を用いることが好ましい。面方位のオフセット角は傾きがついていても構わないが、表面粗さ（Ｒａ）を低減するため、エッチングや前処理によるステップが存在しないことが好ましい。
【００３９】
（第２形態）
本発明の立方晶（１１１）面に配向した窒化ガリウム系膜の製造方法は、窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を０．４Ｐａ以上、好ましくは０．５Ｐａ以上、０℃以上６００℃未満でスパッタすることを特徴とする。それにより、立方晶を維持したまま、高い配向性で、平坦な膜を得ることが可能となる。
【００４０】
スパッタ時のガス圧力は０．４Ｐａ、好ましくは０．５Ｐａ以上とし、さらに好ましくは１Ｐａ以上、またさらに好ましくは１．３Ｐａ以上、特に好ましくは１．５Ｐａ以上である。スパッタ時のガス圧力が高いほど、スパッタリングターゲットから放出された粒子がエネルギーを失うとともに、装置中の窒素ガスを巻き込むことで、立方晶（１１１）配向した窒化ガリウム膜を得ることが可能となる。また、高い平坦度を得るためには他の結晶層が混在していないことが好ましい。特に六方晶Ｎ極性面が混在していると突起として現れるため、平坦性を悪化させるのみならず、結晶性も低下させてしまう。上限は３Ｐａ以下が好ましく、更に好ましくは２Ｐａ以下である。ガス圧力が高すぎるとスパッタ粒子のエネルギー減少が大きくなり、結晶性の高い膜を得ることが難しい。
【００４１】
使用するスパッタリングターゲットは、膜全体の結晶性を高めるために、酸素含有量が３ａｔｍ％未満であることが好ましく、１ａｔｍ％以下であることが更に好ましい。純度についても高い方が好ましく、金属不純物の含有量は０．１ｗｔ％未満が好ましく、０．０１ｗｔ％未満が更に好ましい。ここでの不純物には意図的に添加したインジウムやアルミニウムは含まない。スパッタリングターゲットの面積は１８ｃｍ２以上が好ましく、より好ましくは１００ｃｍ２以上である。ターゲット面積が大きくなるほど放電が安定し、より低ガス圧力、低電力密度でのスパッタリングが可能となる。更に膜厚や膜質の均一性も向上する。
【００４２】
成膜前の成膜装置内の真空度は、３×１０−５Ｐａ以下とすることが好ましく、１×１０−５Ｐａ以下とすることがより好ましい。真空度をより低圧にすることで、成膜時に残留気体が不純物として混入しにくくなり、薄膜の結晶性が向上する。残留気体を除去する目的で装置のベーキング処理をすることが好ましい。
【００４３】
また、成膜前に基板を前処理することが好ましい。前処理を実施することにより、基板表面の有機物層や凹凸を除去し、エピタキシャル成長を可能にする。前処理方法は、逆スパッタ処理、酸処理、ＵＶ処理などが例示されるが、処理後に不純物などの再付着を防止する観点において、逆スパッタ処理をすることが好ましい。こうした仕組みを利用することにより、基板の表面を洗浄し、外気に触れずに成膜室に送ることで、基板表面の清浄度を保ったまま成膜が可能となる。逆スパッタ処理をするに当たり、逆スパッタされた不純物が成膜室に付着することを防ぐ意味で、成膜室とは別に処理をすることが好ましい。逆スパッタ処理のガス種として、アルゴンや窒素、酸素などを用いることが可能であるが、表面の炭素系不純物を取り除く意味で、スパッタガス中に酸素が一定量含有されていることが好ましい。その含有量は、酸素／全組成ガスの分圧として１％以上１０％以下であることが好ましい。それにより、表面の炭素系不純物を効率的に除去することが可能となる。また、処理時間は３０秒以上９００秒以下が好ましく、より好ましくは６０秒以上３００秒以下である。それにより、表面の不純物を除去しつつ、好ましい表面粗さ（Ｒａ）とすることができる。その際に得られる基板表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１５ｎｍ以下である必要があり、好ましくは０．１ｎｍ以下である。
【００４４】
また、成膜時は低温で行うことが好ましい。基板を低温で成膜することにより、ガス圧力によりエネルギーが調整されたスパッタされた粒子を利用し、準安定な結晶状態である立方晶とすることが可能である。成膜工程における基板加熱温度は０℃以上６００℃未満が好ましく、２５０℃以上５５０℃以下がより好ましい。４００℃、さらには６００℃より高い温度では、粒子によりエネルギーが与えられ、立方晶から六方晶へ結晶相が変化しやすい。
【００４５】
利用するガスは窒素を主成分とする。通常よく用いられるアルゴンを主成分として利用すると、アルゴンが膜中に多く含まれることにより、表面粗さ（Ｒａ）が悪化する。例えば、成膜初期にアルゴンを主成分とするガスを使用して成膜した後に、窒素を主成分とするガスを使用して成膜したとしても、初期の成膜状態を後に引き継ぐため、表面粗さ（Ｒａ）は悪化する。窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比は０．７以上であることが好ましく、更に好ましくは０．９以上、特に好ましくは窒素のみである。
【００４６】
放電時の電力としては、電力密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上２．５Ｗ／ｃｍ２以下であることがより好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上１．５Ｗ／ｃｍ２以下であることが更に好ましい。放電時の電力が５Ｗ／ｃｍ２より高いと、使用する窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットが一般的に低密度であるために、ターゲットに与えるパワーにより、スパッタリングターゲットから粗大な多結晶体粒子が剥離してしまい好ましくない。また、スパッタ粒子のエネルギーが高くなることで表面粗さ（Ｒａ）が増加する。０．１Ｗ／ｃｍ２未満とすると、プラズマが安定しないため放電が難しくなること、成膜速度が低下するため膜の生産性が低下することのため好ましくない。
【００４７】
スパッタリング法にて成膜する厚みは１０ｎｍ以上が好ましく、更に好ましくは５０ｎｍ以上である。それにより、所定の結晶性の薄膜を得ることが可能となる。高い結晶配向を満たすためには膜厚は薄い方が良く、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
【００４８】
本発明で得られる膜は、（１１１）面のωスキャンの半価幅が４０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。それにより、結晶が揃った膜となり、デバイスとした際の性能が向上する。前記半値幅は、好ましくは３０ａｒｃｓｅｃ以下、更に好ましくは２５ａｒｃｓｅｃ以下、より好ましくは１５ａｒｃｓｅｃ以下である。
【００４９】
本発明で得られる膜のピーク強度比は、１００以上であることが好ましい。これにより、結晶方位の単一性が高くすることで、膜内の歪みを低減し各種デバイスに利用可能な品質の膜となる。ピーク強度比は、好ましくは２００以上、さらに好ましくは３００以上である。ここで、ピーク強度比とは、立方晶におけるＸ線回折パターンにおけるピーク強度、Ｉ（２２０）に対するＩ（１１１）の比である。
【００５０】
本発明で得られる膜において、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）及びインジウム（Ｉｎ）の原子の合計に対する窒素（Ｎ）の比は、１．０以上１．１以下であることが好ましい。これにより、他の相と混合せずに立方晶（１１１）の膜を得ることが可能となる。
【００５１】
なお、作製した窒化ガリウム系膜の上に再度別の手法にて窒化ガリウム系膜を積層しても構わない。例えば、スパッタリング法にて成膜した窒化ガリウム系膜の上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等にて窒化ガリウム系膜を成膜しても良い。バッファ層として本層を利用する場合、膜厚は５〜３０ｎｍが好ましい。
【００５２】
ここで、基板とは無アルカリガラスや石英等を含むガラス基板、樹脂製の高分子フィルム基材、セラミックスや金属の基板等が挙げられる。特に、格子不整合からなる結晶性の悪化を軽減する観点より、従来から用いられているサファイアや窒化ガリウム単結晶、シリコン単結晶、酸化亜鉛単結晶を用いることが好ましく、より好ましくはサファイア、シリコン単結晶である。サファイアは単結晶であることが好ましい。面方位としては格子整合が比較的良好なサファイア（０００１）面（ｃ面）を用いることが好ましく、さらにはサファイア単結晶（０００１）面（ｃ面）が好ましい。または、シリコン単結晶の場合は（１１１）面を用いることが好ましい。面方位のオフセット角は傾きがついていても構わないが、表面粗さ（Ｒａ）を低減するため、エッチングや前処理によるステップが存在しないことが好ましい。
【００５３】
（第３形態）
次に、六方晶（０００２）Ｇａ極性窒化ガリウム系膜を得るためには、下記の製法を用いることが好ましい。
【００５４】
窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットを用いて、成膜時のスパッタガス圧力を１．３Ｐａより高く、かつ６００℃以上でスパッタすることを特徴とする。
【００５５】
スパッタリングの方式としては、ＤＣスパッタリング法、ＲＦスパッタリング法、ＡＣスパッタリング法、ＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法、イオンビームスパッタリング法等を適宜選択することができ、これらの中、大面積に均一に、かつ高速成膜可能な点でＤＣマグネトロンスパッタリング法、ＲＦマグネトロンスパッタリング法が好ましい。
【００５６】
スパッタ時のガス圧力は１．３Ｐａより高くとし、好ましくは１．５Ｐａ以上、更に好ましくは２Ｐａ以上である。スパッタ時のガス圧力が高いほど、装置中の窒素を膜に取り込みやすくなり、六方晶（０００２）Ｇａ極性とすることが可能となる。
【００５７】
使用するスパッタリングターゲットは、膜全体の結晶性を高めるために、酸素含有量が３ａｔｍ％未満であることが好ましく、１ａｔｍ％以下であることが更に好ましい。純度についても高い方が好ましく、金属不純物の含有量は０．１ｗｔ％未満が好ましく、０．０１ｗｔ％未満が更に好ましい。ここでの不純物には意図的に添加したインジウムやアルミニウムは含まない。スパッタリングターゲットの面積は１８ｃｍ２以上が好ましく、より好ましくは１００ｃｍ２以上である。ターゲット面積が大きくなるほど放電が安定し、より低ガス圧力、低電力密度でのスパッタリングが可能となる。更に膜厚や膜質の均一性も向上する。
【００５８】
成膜前の成膜装置内の真空度は、３×１０−５Ｐａ以下とすることが好ましく、１×１０−５Ｐａ以下とすることがより好ましい。真空度をより低圧にすることにより、成膜時に残留気体が不純物として混入しにくくなり、薄膜の結晶性が向上する。残留気体を除去する目的で装置のベーキング処理をすることが好ましい。
【００５９】
また、成膜前に基板を前処理することが好ましい。前処理を実施することで、基板表面の有機物層や凹凸を除去し、エピタキシャル成長を可能にする。前処理方法は、逆スパッタ処理、酸処理、ＵＶ処理などが例示されるが、処理後に不純物などの再付着を防止する観点において、逆スパッタ処理をすることが好ましい。こうした仕組みを利用することにより、基板の表面を洗浄し、外気に触れずに成膜室に送ることで、基板表面の清浄度を保ったまま成膜が可能となる。逆スパッタ処理をするに当たり、逆スパッタされた不純物が成膜室に付着することを防ぐ意味で、成膜室とは別に処理をすることが好ましい。逆スパッタ処理のガス種として、アルゴンや窒素、酸素などを用いることが可能であるが、表面の炭素系不純物を取り除く意味で、スパッタガス中に酸素が一定量含有されていることが好ましい。その含有量は、酸素／全組成ガスの分圧として１％以上１０％以下であることが好ましい。それにより、表面の炭素系不純物を効率的に除去することが可能となる。また、処理時間は３０秒以上９００秒以下が好ましく、より好ましくは６０秒以上３００秒以下である。それにより、表面の不純物を除去しつつ、好ましい表面粗さ（Ｒａ）とすることができる。その際に得られる基板表面の表面粗さ（Ｒａ）は０．１５ｎｍ以下である必要があり、好ましくは０．１ｎｍ以下である。
【００６０】
また、成膜時は基板を加熱した状態で行うことが好ましい。基板を加熱した状態で成膜することにより、スパッタされた粒子にエネルギーを与え、より安定な結晶状態となることが可能であり、高温で加熱処理する際の熱膨張率差等による割れを防止することが可能となる。成膜工程における基板加熱温度は６００℃以上であることを特徴とする。６００℃以上８５０℃以下がより好ましく、６５０℃以上８５０℃以下が特に好ましい。６００℃未満の温度では、結晶相が立方晶となり、Ｇａ極性の六方晶の膜が得られない。また、８５０℃より高い温度ではスパッタ装置が高価となり、スパッタリング法を用いるメリットが小さくなる。６００℃以上で成膜することにより、特にスパッタ粒子を安定相として配列させることができる。
【００６１】
利用するガスは窒素を主成分とする。通常よく用いられるアルゴンを主成分として利用すると、アルゴンが膜中に多く含まれることにより、表面粗さ（Ｒａ）が悪化する。例えば、成膜初期にアルゴンを主成分とするガスを使用して成膜した後に、窒素を主成分とするガスを使用して成膜したとしても、初期の成膜状態を後に引き継ぐため、表面粗さ（Ｒａ）は悪化する。窒素／（窒素＋アルゴン）の分圧比は０．７以上であることが好ましく、更に好ましくは０．９以上、特に好ましくは窒素のみである。
【００６２】
放電時の電力としては、電力密度が０．１Ｗ／ｃｍ２以上５Ｗ／ｃｍ２以下であることが好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上２．５Ｗ／ｃｍ２以下であることがより好ましく、０．３Ｗ／ｃｍ２以上１．５Ｗ／ｃｍ２以下であることが更に好ましい。放電時の電力が５Ｗ／ｃｍ２より高いと、使用する窒化ガリウムを主成分とするスパッタリングターゲットが一般的に低密度であるために、ターゲットに与えるパワーにより、スパッタリングターゲットから粗大な多結晶体粒子が剥離してしまい好ましくない。また、スパッタ粒子のエネルギーが高くなることで表面粗さ（Ｒａ）が増加する。０．１Ｗ／ｃｍ２未満とすると、プラズマが安定しないため放電が難しくなること、成膜速度が低下するため膜の生産性が低下することのため好ましくない。
【００６３】
スパッタリング法にて成膜する厚みは１０ｎｍ以上が好ましく、更に好ましくは５０ｎｍ以上である。それにより、所定の結晶性の薄膜を得ることが可能となる。
【００６４】
本発明で得られる膜のピーク強度比は、１００以上であることが好ましい。これにより、結晶方位の単一性が高くすることで、膜内の歪みを低減し各種デバイスに利用可能な品質の膜となる。ピーク強度比は、好ましくは２００以上である。また、通常ピーク強度比は、好ましくは５００００以下である。ここで、ピーク強度比とは、六方晶におけるＸ線回折パターンにおけるピーク強度、Ｉ（１０−１１）に対するＩ（０００２）の比である。
【００６５】
もう一つの手法として、立方晶ＧａＮを成膜後に後アニールするという方法がある。後アニール温度は８００℃以上である必要があり、９００℃以上が好ましく、更に好ましくは１０００℃以上である。それにより、立方晶ＧａＮが六方晶（０００２）Ｇａ極性に配向したＧａＮへ結晶相が変化する。アニール時の雰囲気は非酸素雰囲気である必要があり、ＮＨ３が含まれる雰囲気であることが好ましい。アニール処理時間は１時間以上であることが好ましい。結晶系が変化するためには、その程度の時間が必要となる。最大温度は１２００℃以下であることが好ましく、より好ましくは１１００℃以下である。それにより、アニール時の窒素やガリウムの脱離を防ぐこととなる。
【００６６】
なお、作製した窒化ガリウム系膜の上に再度別の手法にて窒化ガリウム系膜を積層しても構わない。例えば、スパッタリング法にて成膜した窒化ガリウム系膜の上に、ＭＯＣＶＤ法やＭＢＥ法等にて窒化ガリウム系膜を成膜しても良い。バッファ層として本層を利用する場合、膜厚は５〜３０ｎｍが好ましい。その範囲とすることで配向性の極めて高い六方晶Ｇａ極性窒化ガリウム膜を得ることが可能となる。
【００６７】
本発明の窒化ガリウム系膜は、基板と窒化ガリウム系膜を含んでなる積層基板としても好適に用いることができる。
【００６８】
ここで、基板とは無アルカリガラスや石英等を含むガラス基板、樹脂製の高分子フィルム基材、セラミックスや金属の基板等が挙げられる。特に、格子不整合からなる結晶性の悪化を軽減する観点より、従来から用いられているサファイアや窒化ガリウム単結晶、シリコン単結晶、酸化亜鉛単結晶を用いることが好ましく、より好ましくはサファイア、シリコン単結晶である。サファイアは単結晶であることが好ましい。面方位としては格子整合が比較的良好なサファイア（０００１）面（ｃ面）を用いることが好ましく、さらにはサファイア単結晶（０００１）面（ｃ面）が好ましい。または、シリコン単結晶の場合は（１１１）面を用いることが好ましい。面方位のオフセット角は傾きがついていても構わないが、表面粗さ（Ｒａ）を低減するため、エッチングや前処理によるステップが存在しないことが好ましい。
【００６９】
このようにスパッタリング法を用いることにより、０．４ｎｍ未満の表面粗さ（Ｒａ）にて立方晶（１１１）、六方晶（０００２）Ｇａ極性、六方晶（０００−２）Ｎ極性に制御した薄膜を得ることが可能となる。また、それらのωスキャンの半価幅は４０ａｒｃｓｅｃ以下である。
【００７０】
このような薄膜は、複数の機能部品と構成された半導体素子として好適に用いられる。例えば、ＬＥＤ等の発光素子、レーザーダイオード、トランジスタなどのパワーデバイスなどに用いられる。また、その半導体素子は種々の電子機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００７１】
本発明の窒化ガリウム系膜は、高配向で、六方晶あるいは立方晶であることからＬＥＤ等の発光素子、パワーデバイス用素子に好適に用いることができる。さらに、必要に応じて六方晶Ｇａ極性と六方晶Ｎ極性に膜を制御することも可能である。
【実施例】
【００７２】
本発明を以下の実施例を用いて具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００７３】
（結晶面の確認、半価幅、強度比の測定方法）
通常の測定は、一般的な粉末Ｘ線回折装置（装置名：ＵｌｔｉｍａＩＩＩ、リガク社製）を用いた。ＸＲＤ測定の条件は、以下のとおりである。
線源  ：  ＣｕＫα線（λ＝０．１５４１８ｎｍ）
測定モード  ：  ２θ／θスキャン
測定間隔  ：  ０．０１°
発散スリット  ：  ０．５ｄｅｇ
散乱スリット  ：  ０．５ｄｅｇ
受光スリット  ：  ０．３ｍｍ
計測時間  ：  １．０秒
測定範囲  ：  ２θ＝２０°〜８０°
ＸＲＤパターンの同定分析には、ＸＲＤ解析ソフトウェア（商品名：ＪＡＤＥ７、ＭＩＤ社製）を用いた。六方晶はＪＣＰＤＳＮｏ．００−０５０−０７９２を参考にして窒化ガリウム結晶面を確認し、立方晶はＪＣＰＤＳＮｏ．００−０５２−０７９１を参考にし、ＸＲＤパターンにて結晶相の同定が難しい場合には、飛行時間型原子散乱表面分析装置（ＴＯＦＬＡＳ−３０００、パスカル社製）を利用して判断した。六方晶については（０００２）面、立方晶については（１１１）面についてその半価幅を測定し、強度比は、六方晶ではＩ（０００２）とＩ（１０−１１）について、立方晶ではＩ（１１１）／Ｉ（２２０）について、下記の式を用いて算出した。
強度比＝Ｉ（０００２）／Ｉ（１０−１１）（六方晶）
強度比＝Ｉ（１１１）／Ｉ（２２０）（立方晶）
分母に相当するピークが検出されない場合は、３６〜３７°のバックグラウンドピーク強度を分母のピークとみなし計算を実施した。
【００７４】
高精度な測定は、ＸＲＤ装置（ブルカー製Ｄ８  ＤＩＳＣＯＶＥＲ）の下記の構成とし、４０ｋＶ，４０ｍＡの条件にて、ＨＩＧＨ  ＲＥＳＯＬＵＴＩＯＮモード、Ｇｅ（２２０）モノクロメーターを使用しＣｕＫα２を除去し、ωスキャンを実施した。
線源  ：  ＣｕＫα線（λ＝０．１５４１８ｎｍ）
モノクロメーター  ：  Ｇｅ（２２０）
パスファインダー  ：  Ｃｒｙｓｔａｌ３Ｂ
測定モード  ：  ωスキャン
測定間隔  ：  ０．０１°（半価幅が３６０ａｒｃｓｅｃ以下の場合は０．０００５°）
計測時間  ：  ０．５秒
測定範囲  ：  ω＝０°〜３５°
【００７５】
（窒化ガリウム薄膜の極性、結晶相）
窒化ガリウム薄膜の極性は、飛行時間型原子散乱表面分析装置（ＴＯＦＬＡＳ−３０００、パスカル社製）を用いて基板を下面とし、上面に成膜面が来るように設置した上で、下記の条件で測定を行った。
プローブ  ：  Ｈｅ（原子散乱）
エネルギー  ：  ３ｋｅＶ
ビーム源〜ターゲット間  ：  ８０５ｍｍ
ターゲット〜検出器間  ：  ３９５ｍｍ
分析室真空度  ：  ２×１０−３Ｐａ以下
測定結果から得られた極点図と表層４層までシミュレーションで得られた各結晶相、極性の極点図を比較することにより、窒化ガリウム薄膜の極性、結晶相を判断した。
【００７６】
（表面粗さ（Ｒａ）の測定）
走査型プローブ顕微鏡  ＮａｎｏＳｃｏｐｅＩＩＩａ（Ｂｒｕｋｅｒ・ＡＸＳ製）を用いて、タッピングモードＡＦＭにて２μｍ×２μｍの視野で測定を行った。
【００７７】
（窒素／（窒素＋ガリウム＋アルミニウム＋インジウム）原子量比の測定）
ラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ法）を用いて下記の条件で測定を行い、各含有量を測定した上で原子量比を計算した。
測定装置  ：  ＣＥＡ社製ＲＢＳ
入射イオン  ：  ２．２７５ＭｅＶ  ４Ｈｅ＋＋（ＲＢＳ）
ビーム径  ：  １〜２ｍｍφ
ＲＢＳ検出角度  ：  Ｎｏｒｍａｌ  Ａｎｇｌｅ  １６０°
：  Ｇｒａｚｉｎｇ  Ａｎｇｌｅ  〜１０３°
（ターゲット中の酸素含有量測定）
対象物を熱分解させ、酸素・窒素・水素分析装置（Ｌｅｃｏ社製）を用いて酸素含有量を熱伝導度法により測定した。
【００７８】
（薄膜の膜厚測定）
成膜した薄膜の厚みは基板部分と膜部分の段差をレーザー顕微鏡ＶＫ−Ｘ２５０／２６０を用いて測定した。
【００７９】
実施例１〜９  （第１形態）
基板は、信光社製（０００１）面配向サファイア基板（オフ角：無）、表面粗さ（Ｒａ）０．０９ｎｍ、２ｉｎｃｈφのものを用いた。
【００８０】
基板の前処理として、スパッタ装置の前処理室にて逆スパッタ処理を実施した。逆スパッタ処理の条件は１００Ｗ、スパッタガスＡｒ：２９ｓｃｃｍ、Ｏ２：１ｓｃｃｍで、６０秒間実施した。
【００８１】
窒化ガリウムスパッタリングターゲット（純度９９．９９ｗｔ％）を用いて、マグネトロンスパッタ装置で表１の条件にてスパッタ成膜試験を実施した。
【００８２】
成膜時のターゲット−基板間距離は１５０ｍｍとし、成膜前にチャンバー内のベーキング処理により到達真空度をより高くするようにした。
【００８３】
スパッタ開始時に、基板側のシャッターを閉じた状態で窒素ガスを使ってプラズマを点火し、成膜時と同じ条件でプレスパッタを１０分間実施し、放電を安定化させた上で成膜を実施した。シャッター−基板間距離は５ｍｍであった。シャッターのサイズは３ｉｎｃｈφのものを用いた。
【００８４】
以上の条件にて成膜を行なった結果、表１に示されるような、高平坦、高結晶性の六方晶Ｎ極性窒化ガリウム薄膜の作製に成功した。
【００８５】
比較例１
スパッタ時にアルゴンを表１の量だけ導入し、成膜したところ、表面粗さ（Ｒａ）が悪化し、求める特性の膜を得ることができなかった。
【００８６】
比較例２
スパッタ成膜初期にアルゴンのみで１０秒間成膜後、表１の条件で成膜を実施したところ、表面粗さ（Ｒａ）が悪化し、求める特性の膜を得ることができなかった。
【００８７】
参考例１
基板を表面粗さ（Ｒａ）０．２０ｎｍのサファイア基板（オフ角：無）に変更し、表１の条件で成膜を実施したところ、所々に突起が現れ、結果として高平坦な膜は得られなかった。
【００８８】
参考例２
基板は、信光社製（０００１）面配向サファイア基板（オフ角：無）、表面粗さ（Ｒａ）０．０９ｎｍ、２ｉｎｃｈφのものを用いた。逆スパッタ処理を実施せず、表１の条件で成膜を実施したところ、表面粗さ（Ｒａ）が悪化し、求める特性の膜を得ることができなかった。
【００８９】
【表１】
2018046277.tif 000002
【００９０】
実施例１０〜１３  （第２形態）
基板は、信光社製（０００１）面配向サファイア基板（オフ角：無）、表面粗さ（Ｒａ）０．０９ｎｍ、２ｉｎｃｈφのものを用いた。
【００９１】
基板の前処理として、スパッタ装置の前処理室にて逆スパッタ処理を実施した。逆スパッタ処理の条件は１００Ｗ、スパッタガスＡｒ：２９ｓｃｃｍ、Ｏ２：１ｓｃｃｍで、６０秒間実施した。
【００９２】
窒化ガリウムスパッタリングターゲットを用いて、マグネトロンスパッタ装置で表２の条件にてスパッタ成膜試験を実施した。
【００９３】
成膜時のターゲット−基板間距離は１５０ｍｍとし、成膜前にチャンバー内のベーキング処理により到達真空度をより高くするようにした。
【００９４】
スパッタ開始時に、基板側のシャッターを閉じた状態で窒素ガスを使ってプラズマを点火し、成膜時と同じ条件でプレスパッタを１０分間実施し、放電を安定化させた上で成膜を実施した。シャッター−基板間距離は５ｍｍであった。シャッターのサイズは３ｉｎｃｈφのものを用いた。
【００９５】
表２の条件にて成膜を実施したところ、立方晶（１１１）配向した膜を得ることができた。
【００９６】
【表２】
2018046277.tif 000003
【００９７】
実施例１４〜１８  （第３形態）
基板は、信光社製（０００１）面配向サファイア基板（オフ角：無）、表面粗さ（Ｒａ）０．０９ｎｍ、２ｉｎｃｈφのものを用いた。
【００９８】
基板の前処理として、スパッタ装置の前処理室にて逆スパッタ処理を実施した。逆スパッタ処理の条件は１００Ｗ、スパッタガスＡｒ：２９ｓｃｃｍ、Ｏ２：１ｓｃｃｍで、６０秒間実施した。
【００９９】
表３の条件にて成膜を実施したところ、表３のような結果となり、六方晶（０００２）Ｇａ極性配向した膜を得ることができた。
【０１００】
【表３】
2018046277.tif 000004
【産業上の利用可能性】
【０１０１】
本発明の窒化ガリウム系膜は、高配向で、六方晶あるいは立方晶であることからＬＥＤ等の発光素子、パワーデバイス用素子に好適に用いることができる。