(57)【要約】【課題】本発明は、紫外光ＬＥＤ素子などの電子デバイスに用いられる、窒化ガリウム系固溶体の薄膜が形成された薄膜金属基板の製造方法を提供するものである。【解決手段】かゝる本発明は、チャンバ１０内に基板３０と窒化ガリウム系固溶体などのターゲット２０を収納させる一方、チャンバ内温度を７００℃以下の雰囲気下におき、チャンバ１０内に設置されたスパッタ用イオン源１３からのスパッタイオンビームをターゲット１０に照射すると共に、チャンバ１０内に設置されたアシスト用イオン源１５からのアシストイオンビームを薄膜金属基板１００Ａに照射して、基板１００Ａ上に窒化ガリウム系固溶体の薄膜を形成する窒化ガリウム系固溶体薄膜の製造方法にあり、このイオンビームアシスト法を応用することで、配向性があって、かつ、平坦性もよく、組成ずれも少ない優れた窒化ガリウム系固溶体の薄膜を製造することができる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基板上に、膜厚のバラツキが２０Å以下で、かつ、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜が形成されてなることを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板。
【請求項２】
金属基板上に、膜厚のバラツキが２０Å以下で、ドーパントの異なる窒化ガリウム系固溶体の薄膜が多層に形成されると共に、前記金属基板と接する部分がＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜であることを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板。
【請求項３】
前記金属基板が、圧延によって配向されていることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板。
【請求項４】
前記金属基板が、Ｔｉ基板、又はＣコート金属基板であることを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板。
【請求項５】
前記Ｔｉ基板、又はＣコート金属基板に形成された薄膜のＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体が、六方晶であることを特徴とする請求項４記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板。
【請求項６】
前記請求項１〜５のいずれかの窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板から、化学的処理法により前記金属基板部分を除去したことを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜基板。
【請求項７】
前記請求項１の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板において、イオンビームアシスト法により、前記金属基板上に膜厚のバラツキが２０Å以下で、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜を形成することを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の製造方法。
【請求項８】
前記請求項２の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板において、イオンビームアシスト法により、前記金属基板上に膜厚のバラツキが２０Å以下で、ドーパントの異なる窒化ガリウム系固溶体の薄膜が多層に形成されると共に、前記金属基板と接する部分がＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜を多層に形成することを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の製造方法。
【請求項９】
前記イオンビームアシスト法では、チャンバ内に金属基板と窒化ガリウム系固溶体のターゲットを収納させる一方、チャンバ内温度を７００℃以下の雰囲気下におき、チャンバ内に設置されたスパッタ用イオン源からのスパッタイオンビームを前記ターゲットに照射すると共に、チャンバ内に設置されたアシスト用イオン源からのアシストイオンビームを前記金属基板に照射することを特徴とする請求項７又は８記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、紫外光ＬＥＤ素子や高温若しくは高周波などの電子デバイスに用いられる、窒化ガリウム系固溶体の薄膜が形成された薄膜金属基板や、この薄膜金属基板から金属基板部分を除去した薄膜基板、さらには、その製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、青色ＬＥＤ素子を製造するにおいて、窒化ガリウム系固溶体（ＧａＮ系固溶体）の薄膜を多層構造に形成する場合、通常、サファイア基板やＳｉＣ基板上にＭＯＣＶＤ（Ｍｅｔａｌｏｒｇａｎｉｃ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  ＶａｐｏｒＤｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、若しくはＨＶＰＥ（Ｈａｌｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法により、１０００℃以上の高温下でＧａＮ系固溶体の薄膜を堆積させている（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−１６８０４８号公報（第３頁）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記ＧａＮ系固溶体は、それ自体ではバンドギャップが３．４ｅＶ程度であるため、通常の青色ＬＥＤ素子よりも、より波長の短い紫外光領域（紫外〜真空紫外光領域）で発光させるためには、ＡｌＮを固溶させてバンドギャップを広げる必要があった。しかしながら、Ａｌの比率を上げてバンドギャップが広がるに従い、ＡｌＮの固溶されたＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの固溶体の場合、結晶格子間隔が狭くなり、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２以上になると、もはやサファイア基板と薄膜の界面が整合しなくなるため、薄膜が剥がれたり、割れたりすることがあり、紫外光ＬＥＤ素子などのための良質の薄膜を得ることは困難であった。このことから、ＧａＮ系固溶体では深紫外光を発することができなかった。一方、ＳｉＣ基板の場合、その製造自体が難しく、高価であり、基板の大型化も困難であるという問題もあった。
【０００５】
そこで、本発明者は、このような基板と薄膜の結晶格子の不整合を解決するべく、種々の研究を重ねたところ、ＰＶＤ法の一つである、イオンビームアシスト法を応用して、Ｔｉ基板上に、デバイス用のベース地として、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜を堆積させたところ、Ｃ軸配向した六方晶系の薄膜が生成されることを見い出した。この薄膜は、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２で、５０ｎｍ〜１μｍの粒径を有する疑単一領域を有し、膜厚のバラツキ（凹凸変動）が２０Å以下のＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体であることが確認できた。このバラツキは結晶格子４つ以下のものであり、Ｃ軸配向したこの薄膜上には、青色ＬＥＤなどの素子が形成可能であることも判った。このデバイス用のベース地が施された基板を用いることで、紫外光領域の発光素子などを作製することが可能となり、また、光記憶媒体における記録密度の大幅な向上が得られる紫外光領域のＬＤの製造も可能となる。また、Ｔｉ基板はＣ面配向したカーボンコートの金属基板でも代替えできることも確認できた。
【０００６】
このように金属基板上にＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体を堆積させることで、より安価な基板の提供が可能となる。また、金属基板の場合、化学的な処理などにより適宜除去することも可能であるため、半導体基板としてＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体のみの基板を得ることも可能となる。さらに、金属基板では、素子の裏面となる金属基板側から直接端子（電極など）を取ることができるため、素子サイズの小型化も可能となる。さらにまた、金属基板とした場合、基板の放熱特性も向上するため、高輝度化が容易となる。
【０００７】
本発明は、このような観点に立ってなされたもので、基本的には、金属基板を用い、イオンビームアシスト法との組み合わせにより、金属基板上にＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体を堆積させて、所望の薄膜金属基板、金属基板部分を取り除いた薄膜基板、或いは、その製造方法を提供せんとするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の本発明は、金属基板上に、膜厚のバラツキが２０Å以下で、かつ、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜が形成されてなることを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板にある。
【０００９】
請求項２の本発明は、金属基板上に、膜厚のバラツキが２０Å以下で、ドーパントの異なる窒化ガリウム系固溶体の薄膜が多層に形成されると共に、前記金属基板と接する部分がＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜であることを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板にある。
【００１０】
請求項３の本発明は、前記金属基板が、圧延によって配向されていることを特徴とする請求項１又は２記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板にある。
【００１１】
請求項４の本発明は、前記金属基板が、Ｔｉ基板、又はＣコート金属基板であることを特徴とする請求項３記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板にある。
【００１２】
請求項５の本発明は、前記Ｔｉ基板、又はＣコート金属基板に形成された薄膜のＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体が、六方晶であることを特徴とする請求項４記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板にある。
【００１３】
請求項６の本発明は、前記請求項１〜５のいずれかの窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板から、化学的処理法により前記金属基板部分を除去したことを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜基板にある。
【００１４】
請求項７の本発明は、前記請求項１の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板において、イオンビームアシスト法により、前記金属基板上に膜厚のバラツキが２０Å以下で、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜を形成することを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の製造方法にある。
【００１５】
請求項８の本発明は、前記請求項２の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板において、イオンビームアシスト法により、前記金属基板上に膜厚のバラツキが２０Å以下で、ドーパントの異なる窒化ガリウム系固溶体の薄膜が多層に形成されると共に、前記金属基板と接する部分がＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜を多層に形成することを特徴とする窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の製造方法にある。
【００１６】
請求項９の本発明は、前記イオンビームアシスト法では、チャンバ内に金属基板と窒化ガリウム系固溶体のターゲットを収納させる一方、チャンバ内温度を７００℃以下の雰囲気下におき、チャンバ内に設置されたスパッタ用イオン源からのスパッタイオンビームを前記ターゲットに照射すると共に、チャンバ内に設置されたアシスト用イオン源からのアシストイオンビームを前記金属基板に照射することを特徴とする請求項７又は８記載の窒化ガリウム系固溶体薄膜の製造方法にある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の一例を示したものである。この薄膜金属基板１００Ａは、金属基板１１０と、これと接する部分に形成されたＡｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜層部分１４０と、さらに、この上に形成されたＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体などの薄膜層部分１２０とからなる。
【００１８】
上記金属基板１１０としては、Ｔｉ基板、又はカーボンコートした金属基板（Ｃコート金属基板）などの使用が望ましい。また、これらの基板の金属板にあっては、圧延により配向させたものを用いるとよい。圧延により配向させておくことで、薄膜の堆積の時、例えば堆積速度を１０μｍ／ｈ以上にしても、配向性に優れた成膜が得られるからである。勿論、生産性の向上にもつながる。なお、配向がない場合、堆積させる物質よって異なるが、通常数μｍ／ｈ程度の堆積速度で行う必要がある。
【００１９】
上記ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの薄膜層部分１４０は、各種のデバイス（素子）形成時のベース地（下地層）となる部分で、この上にＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体などの薄膜層部分１２０、例えば、紫外光ＬＥＤ素子が堆積される。ただし、両固溶体における、Ａｌ含有量は、ｘ≧ｙとする。
【００２０】
上記薄膜層部分１４０のＡｌｘＧａ（１−ｘ）ＮのＡｌの含有量ｘを０．２以上の値としたのは、この値とすることで、この上に形成される、ＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体側のＡｌ含有量ｙを、ｙ≧０．２としても、薄膜が剥がれたり、割れたりすることなく堆積できるからである。このＡｌ含有量ｙが０．２以上となれば、紫外光の発光が可能となるまで、バンドギャップを広げることができる。勿論、これにより、紫外光を発光する上記紫外光ＬＥＤ素子が得られる。
【００２１】
そして、この薄膜層部分１４０に堆積される薄膜層部分１２０の場合、上記のように、紫外光ＬＥＤ素子の場合を例にとると、金属基板１１０側から、ｎ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からる薄膜層１２１、Ａｌａ  Ｇａｂ  Ｉｎ１−ａ−ｂ  ＮなどのＧａＮ系固溶体からる活性層１２２、ｐ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からる薄膜層１２３を形成する。また、必要により、金属基板１１０側には、負電極（端子）１３１を設ける一方、ｐ型の薄膜層１２３上には、透明電極層１２４を設けた上で、この上に正電極（端子）１３２を設ける。
【００２２】
このようにしてなる本発明の薄膜金属基板１００Ａの全体を示すと、例えば図２（Ａ）〜（Ｂ）の如くである。この場合、幅が約０．５ｍｍ、長さが約１．４４ｍｍで、かなり小型のものとして提供することができる。
これに対して、図３（Ａ）〜（Ｂ）に示すように、基板部分をサファイア基板１１０’として、薄膜層部分１２０を形成すると共に、負電極１３１及び正電極１３２の両方を基板上面側に設けた薄膜金属基板１００Ａ’の場合には、長さが約１．７０ｍｍとなり、長さ方向で約１５％ほどの大型化が避けられない。
【００２３】
このように構成される本発明の薄膜金属基板１００Ａは、例えば、図４に示すような装置系からなる、イオンビームアシスト法を応用した方法により行われる。この装置系において、１０は内部が真空状態に保たれたチャンバ、１１はチャンバ１０内の温度をモニタする温度センサ、１２は例えばチャンバ１０の天井側に回動可能に取り付けられたターゲット用のホルダ、１３はチャンバ１０内に設置されたスパッタ用イオン源、１４はスパッタ用イオン源１２からのスパッタイオンビームの照射を制御するためのシャッタ、１５はチャンバ１０内に設置されたアシスト用イオン源、１６は薄膜成長をモニタする膜厚モニタ、２０はホルダ１１に装着されるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系やＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体などのターゲットである。上記薄膜金属基板１００Ａ（金属基板１１０）は、このターゲット２０に対向して設置してある。
【００２４】
ターゲット用のホルダ１２は、例えば図５に示すように、円盤体で構成し、ターゲット２０を対向する２箇所に２個装着するようにして、その回動時には、例えば正逆方向の半回転を繰り返して、両ターゲット２０，２０にスパッタイオンビームが照射されるようにしてある。
【００２５】
この装置系の場合、ターゲット２０へのスパッタ用イオン源１３からのスパッタイオンビームの照射により、金属基板１１０上に、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系やＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からなる薄膜層が形成される。この方法は、基本的には、ＰＶＤ（Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法であるため、成膜にあたって、高温を必要とせず、また、危険なガスや有毒ガスの使用が全く不要である。
【００２６】
このスパッタイオンビームとしては、アルゴンイオンＡｒ＋  、窒素イオンＮ＋  、又はこれらの混合イオンを用いるとものとする。この照射量は、シャッタ１４により適宜制御することができる。
【００２７】
また、成膜時、金属基板１１０上に照射されるアシスト用イオン源１５からのアシストイオンビームは、その膜形成を促進するためのものである。この成膜は、低温下で行われるが、金属基板１１０に対して、アシストイオンビームの照射方向を適当な角度とすることで、固溶体薄膜の結晶方向を配向させることができた。つまり、基板側堆積面の結晶構造と適当な角度からの照射方向が合致したとき、配向性の薄膜が得られた。また、薄膜の膜厚変動は、数結晶格子単位程度と非常に小さく抑えることが可能であった。より具体的には、後述する実施例から明らかなように、Ｔｉ基板、これと同種のＣコート金属基板では六方晶の薄膜が得られた。これらの薄膜も透明又は半透明で、膜厚のバラツキは２０Å以下に抑えることが可能であった。
【００２８】
さらに、アシストイオンビームとして、例えばアルゴンイオンＡｒ＋  を用いるわけであるが、これに適量の窒素イオンＮ＋  を、例えば８０％程度混入することで、組成ずれを起き難くすることも可能であった。
【００２９】
このように配向性で、かつ、平坦性に優れ、さらに、組成ずれも少ないことから、本発明により得られる薄膜は、紫外光ＬＥＤ素子などの電子デバイス用として、十分使用可能なものであった。さらにまた、本発明の場合、金属基板１１０のベース地として、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの薄膜層部分１４０を形成してあり、しかも、Ａｌの含有量ｘを０．２以上としてあるため、そのバンドギャップが広く、上記したように、紫外光領域での発光が可能な紫外光ＬＥＤ素子などの電子デバイスを得ることができる。
【００３０】
本発明で用いられる、ターゲット２０は、スパッタイオンビームの照射により蒸発して、堆積されるものであるため、当然薄膜層の構成物質をなすものである。例えば、紫外光ＬＥＤ素子の場合、基板のベース地であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの薄膜層部分１４０上に、多数の特性の異なる層を積層させる必要があるため、同じＧａＮ系固溶体であっても、ｐ型やｎ型或いは活性層とするため、異なるドーパント（微量成分）の混入されたものを使用する必要がある。例えばドーパントとして、ｐ型ではＭｇ、Ｚｎなどを用い、ｎ型ではＳｉ、Ｇｅなどを用いる。また、活性層のドーパントとしてＩｎなどを用いることが一般的である。
【００３１】
図６は、本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜基板の一例を示したものである。この薄膜基板１００Ｂは、上記薄膜金属基板１００Ａからエッチングなどの化学的処理法により、金属基板１１０部分を除去したものである。この場合、より薄型化の図られた薄膜のみからなる基板が得られる。また、得られる薄膜部分が透明又は半透明であるため、例えば青〜紫外などの光に対して、スケルトンタイプとしての用途も得られる。
【００３２】
実施例１
圧延によりＣ面が表面にでるように配向させたＴｉ基板上に、上記図４に示すイオンビームアシスト法を応用した装置系により、所望の多層の薄膜層部分を堆積させ、サンプルの薄膜金属基板を得た。図１に示すように構造の電子デバイス、即ち、紫外光ＬＥＤ素子を製造した。
【００３３】
具体的には、直径３０ｍｍのＴｉ基板１１０上に、イオンビームアシスト法によって、先ず、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの固溶体からなる薄膜層１４０をベース地として形成した後、順次、この上に、ｎ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からなる薄膜層１２１、Ａｌａ  Ｇａｂ  Ｉｎ１−ａ−ｂ  ＮなどのＧａＮ系固溶体からなる活性層１２２、ｐ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からなる薄膜層１２３を形成した。さらに、この後、Ｔｉ基板１１０側には、負電極１３１を設ける一方、ｐ型の薄膜層１２３上には、透明電極層１２４を設けた上で、正電極１３２を設けた。
【００３４】
この際、ベース地の材料としては、Ａｌの含有量ｘがｘ＝０．５であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの固溶体であることを確認し、これを用い、アシスト用のＮイオンの加速電圧は１０００Ｖ、加速電流は１５０ｍＡで堆積させた。得られた膜はクラックのない透明の薄膜であった。この段階で、薄膜付きの薄膜金属基板の一部を切り出し、熱濃塩酸で金属基板部分を溶かして薄膜層部分を取り出した。そして、これを粉砕し粉末Ｘ線回析を行ったところ、Ｃ面に起因するピークの相対強度が大き目であったが、六方晶ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体を表すパターンが得られた。
【００３５】
次に、粉末とせずに薄膜の状態で、Ｘ線回析を行ったところ、（０００２）面の強い回析ピークが観察された。このことから、この薄膜はＣ軸配向した六方晶ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体であることが判る。さらに、金属基板部分を溶かさずに残った薄膜層部分の平坦度を、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で分析したところ、図７に示す如き結果であった。つまり、図示の通り、薄膜層部分の平坦度は２ｎｍ程度であった。即ち、Å単位で表すと、膜厚のバラツキは２０Å以下であることが判った。
【００３６】
また、同様にして、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎのベース地上にＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系などの固溶体材料を用いて、アシストイオンビームの加速電圧は７００Ｖ、加速電流は７０ｍＡで薄膜層部分１２０を堆積させた。得られた膜は透明の薄膜であった。この場合も、薄膜付きの薄膜金属基板の一部を切り出し、熱濃塩酸で金属基板部分を溶かして薄膜層部分を取り出した。そして、これを粉砕し粉末Ｘ線回析を行ったところ、Ｃ面に起因するピークの相対強度が大き目であったが、六方晶ＧａＮ系固溶体を表すパターンが得られた。次に、粉末とせずに薄膜の状態で、Ｘ線回析を行ったところ、（０００２）面の強い回析ピークが観察された。このことから、この薄膜はＣ軸配向した六方晶ＧａＮ系固溶体であることが判る。これらの薄膜層部分の平坦度も、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で分析したところ、２ｎｍ程度であった。
【００３７】
実施例２
上記実施例１の場合と同様にして、圧延によりＣ面が表面にでるように配向させた直径３０ｍｍのＴｉ基板１１０上に、上記図４に示すイオンビームアシスト法を応用した装置系により、先ず、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの固溶体からなる薄膜層１４０をベース地として形成した後、順次、この上に、ｎ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からなる薄膜層１２１、Ａｌａ  Ｇａｂ  Ｉｎ１−ａ−ｂ  ＮなどのＧａＮ系固溶体からなる活性層１２２、ｐ型のＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体からなる薄膜層１２３を形成した。さらに、この後、Ｔｉ基板１１０側には、負電極１３１を設ける一方、ｐ型の薄膜層１２３上には、透明電極層１２４を設けた上で、正電極１３２を設けた。
【００３８】
この際、ベース地の材料としては、Ａｌの含有量ｘがｘ＝０．９であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの固溶体であることを確認し、これを用い、アシスト用のＮイオンの加速電圧は１０００Ｖ、加速電流は１５０ｍＡで堆積させた。得られた膜はクラックのない透明の薄膜であった。この段階で、薄膜付きの薄膜金属基板の一部を切り出し、熱濃塩酸で金属基板部分を溶かして薄膜層部分を取り出した。そして、これを粉砕し粉末Ｘ線回析を行ったところ、Ｃ面に起因するピークの相対強度が大き目であったが、六方晶ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体を表すパターンが得られた。
【００３９】
次に、粉末とせずに薄膜の状態で、Ｘ線回析を行ったところ、（０００２）面の強い回析ピークが観察された。このことから、この薄膜はＣ軸配向した六方晶ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系固溶体であることが判る。さらに、金属基板部分を溶かさずに残った薄膜層部分の平坦度を、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で分析したところ、図８に示す如き結果であった。つまり、図示の通り、薄膜層部分の平坦度は２ｎｍ程度であった。即ち、Å単位で表すと、膜厚のバラツキは２０Å以下であることが判った。
【００４０】
また、同様にして、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎのベース地上にＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系などの固溶体材料を用いて、アシストイオンビームの加速電圧は７００Ｖ、加速電流は７０ｍＡで薄膜層部分１２０を堆積させた。得られた膜は透明の薄膜であった。この場合も、薄膜付きの薄膜金属基板の一部を切り出し、熱濃塩酸で金属基板部分を溶かして薄膜層部分を取り出した。そして、これを粉砕し粉末Ｘ線回析を行ったところ、Ｃ面に起因するピークの相対強度が大き目であったが、六方晶ＧａＮ系固溶体を表すパターンが得られた。次に、粉末とせずに薄膜の状態で、Ｘ線回析を行ったところ、（０００２）面の強い回析ピークが観察された。このことから、この薄膜はＣ軸配向した六方晶ＧａＮ系固溶体であることが判る。これらの薄膜層部分の平坦度も、走査型原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で分析したところ、２ｎｍ程度であった。
【００４１】
なお、上記の説明では、多層の薄膜層を有する電子デバイスが、紫外光ＬＥＤ素子の場合であったが、本発明はこれに限定されない。イオンビームアシスト法により製造できる電子デバイスであれば、勿論、通常の青色ＬＥＤ素子にも対応でき、その他の素子、例えば、パワーデバイスや高温若しくは高周波下で動作する半導体、紫外光領域のＬＤなどにも、適用することが可能である。
【００４２】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板、同固溶体薄膜基板、及びその製造方法によると、以下のような優れた効果が得られる。
【００４３】
（１）先ず、本発明の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板では、金属基板上にベース地として、膜厚のバラツキが２０Å以下で、かつ、Ａｌの含有量ｘがｘ≧０．２であるＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎの窒化ガリウム系固溶体の薄膜が形成されるため、Ａｌの含有量の多いことで、バンドギャップが広がり、この薄膜上に、通常のＧａＮ系固溶体は勿論のこと、Ａｌの含有量がやはり高くできるＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系固溶体の薄膜が堆積でき、従来のサファイア基板では、実現が不可能であった高Ａｌ濃度のデバイス用基板が得られる。また、これによって、青色ＬＥＤ素子勿論のこと、紫外光領域（紫外〜真空紫外光）領域での発光が可能となる。また、金属基板により安価な製造が可能となる。また、この金属基板の採用により、一方の電極を直接金属基板に設けることができるため、工程数の削減の他、素子面積の低減による小型化も可能となる。また、金属基板の堆積面を圧延により配向させることで、堆積速度の向上が得られ、生産性の向上にもつながる。さらにまた、基板の放熱特性の向上も可能となり、高輝度化も容易となる。
【００４４】
（２）次に、本発明の金属基板を除去した固溶体薄膜基板では、より薄く、Ａｌの含有量の多いことで、バンドギャップを広げた種々の素子の製造可能な基板が得られる。また、ＧａＮ系固溶体の薄膜は、薄膜部分が透明又は半透明であるため、上述したようにスケルトンタイプのものが得られる。
【００４５】
（３）また、本発明の上記基板の製造方法では、イオンビームアシスト法を用いるため、ＡｌｘＧａ（１−ｘ）Ｎ系ＮやＡｌｙＧａ（１−ｙ）Ｎ系などの固溶体の薄膜形成において種々の制御が可能となる。１層は勿論のこと、多層においても、異なるドーパントの添加により種々の層を形成することができる。また、イオンビームアシスト法の場合、チャンバ内温度を７００℃以下で行うことができるため、上記金属基板が採用できる一方、従来のＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法による高温下での成膜に比較して、配向性があって、かつ、平坦性もよく、組成ずれも少ない優れた薄膜が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の一例を示した部分拡大図である。
【図２】（Ａ）〜（Ｂ）は図１の薄膜金属基板の全体の一例を示した縦断側面図及び平面図である。
【図３】（Ａ）〜（Ｂ）は従来の薄膜金属基板の全体の一例を示した縦断側面図及び平面図である。
【図４】本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板の製造方法を実施するための装置系の一例を示したも概略説明図である。
【図５】図４の装置におけるターゲット用のホルダの底面図である。
【図６】本発明に係る窒化ガリウム系固溶体薄膜基板の一例を示した部分拡大図である。
【図７】本発明の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板における膜厚のパラツキを示したグラフである。
【図８】本発明の窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板における膜厚のパラツキの他の例を示したグラフである。
【符号の説明】
１０                    チャンバ
１２                    ターゲット用のホルダ
１３                    スパッタ用イオン源
１５                    アシスト用イオン源
２０                    ターゲット
１００Ａ                窒化ガリウム系固溶体薄膜金属基板
１００Ｂ                窒化ガリリウム系固溶体薄膜基板
１２０                  窒化ガリウム系固溶体の薄膜層部分
１２１                  ｎ型の薄膜層
１２２                  活性層
１２３                  ｐ型の薄膜層
１２４                  透明電極層
１３１                  負電極
１３２                  正電極
１４０                  窒化ガリウム系固溶体の薄膜層部分
【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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