JPH08239752A - ホウ素含有窒化アルミニウム薄膜および製造方法 - Google Patents
ホウ素含有窒化アルミニウム薄膜および製造方法Info
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- JPH08239752A JPH08239752A JP4168795A JP4168795A JPH08239752A JP H08239752 A JPH08239752 A JP H08239752A JP 4168795 A JP4168795 A JP 4168795A JP 4168795 A JP4168795 A JP 4168795A JP H08239752 A JPH08239752 A JP H08239752A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 窒化アルミニウムよりも高い硬度、広いバン
ドギャップ、大きな音速、を有し価電子制御が容易で、
結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム薄膜を提供す
る。 【効果】 窒化アルミニウムよりも高い硬度、広いバン
ドギャップ、大きな音速を有し価電子制御が容易で、結
晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム薄膜を容易に得
ることができる。
ドギャップ、大きな音速、を有し価電子制御が容易で、
結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム薄膜を提供す
る。 【効果】 窒化アルミニウムよりも高い硬度、広いバン
ドギャップ、大きな音速を有し価電子制御が容易で、結
晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム薄膜を容易に得
ることができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】工具、耐摩部品、表面弾性波素
子、発光素子、高熱伝導ヒートシンクなどに用いられる
ホウ素含有窒化アルミニウム薄膜。
子、発光素子、高熱伝導ヒートシンクなどに用いられる
ホウ素含有窒化アルミニウム薄膜。
【０００２】
【従来の技術】窒化ホウ素や窒化アルミニウムなどの高
い硬度を有する窒化物は天然には存在せず粉体や薄膜の
合成が試みられてきた。窒化アルミニウムはウルツ鉱型
の結晶構造をもち、高い硬度、速い音速、広いバンドギ
ャップを有し、粉体とその焼結体および薄膜が製造され
ている。大型単結晶が製造できないために配向性の薄膜
または薄膜として工具、高周波用表面弾性波フィルタ
ー、短波長発光素子などとして実用化あるいは開発研究
が進められてきた。
い硬度を有する窒化物は天然には存在せず粉体や薄膜の
合成が試みられてきた。窒化アルミニウムはウルツ鉱型
の結晶構造をもち、高い硬度、速い音速、広いバンドギ
ャップを有し、粉体とその焼結体および薄膜が製造され
ている。大型単結晶が製造できないために配向性の薄膜
または薄膜として工具、高周波用表面弾性波フィルタ
ー、短波長発光素子などとして実用化あるいは開発研究
が進められてきた。
【０００３】窒化ホウ素は窒素とホウ素がsp2型混成軌
道で結合した六方晶型を代表とする低圧相と、窒素とホ
ウ素がsp3型混成軌道で結合した立方晶型またはウルツ
鉱型の結晶構造を有する高圧相とがあるが、高圧相窒化
ホウ素は良質な結晶としてはこれまで微細な粒子が静的
高圧法や爆縮法で合成されてきたのみであった。このよ
うな高圧相窒化ホウ素の薄膜を高圧発生装置を用いずに
合成する試みがこれまで多数成されてきたが、半導体や
高周波フィルターに必要とされる高い結晶性を持つ高圧
相窒化ホウ素膜は得られていない。
道で結合した六方晶型を代表とする低圧相と、窒素とホ
ウ素がsp3型混成軌道で結合した立方晶型またはウルツ
鉱型の結晶構造を有する高圧相とがあるが、高圧相窒化
ホウ素は良質な結晶としてはこれまで微細な粒子が静的
高圧法や爆縮法で合成されてきたのみであった。このよ
うな高圧相窒化ホウ素の薄膜を高圧発生装置を用いずに
合成する試みがこれまで多数成されてきたが、半導体や
高周波フィルターに必要とされる高い結晶性を持つ高圧
相窒化ホウ素膜は得られていない。
【０００４】特開平1-232695号公報には、薄膜EL素子の
誘電体層としてAlNとBNからなるコンポジット薄膜を用
いることによって、位相が異なる交流パルスや、正、逆
方向の振幅が異なる交流パルスで駆動しても、長時間に
渡り安定したB/V特性を持つ薄膜素子が記載されてい
る。しかしながらコンポジットがどのような結晶構造を
有しているかについては記載がない。
誘電体層としてAlNとBNからなるコンポジット薄膜を用
いることによって、位相が異なる交流パルスや、正、逆
方向の振幅が異なる交流パルスで駆動しても、長時間に
渡り安定したB/V特性を持つ薄膜素子が記載されてい
る。しかしながらコンポジットがどのような結晶構造を
有しているかについては記載がない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本願発明は、前記した
問題点を解決するために窒化アルミニウムよりも高い硬
度、広いバンドギャップ、大きな音速、を有し価電子制
御が容易で、結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム
単結晶薄膜を提供することを目的とするものである。
問題点を解決するために窒化アルミニウムよりも高い硬
度、広いバンドギャップ、大きな音速、を有し価電子制
御が容易で、結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニウム
単結晶薄膜を提供することを目的とするものである。
【０００６】発明者等はホウ素を含有する窒化アルミニ
ウム薄膜（ホウ素含有窒化アルミニウム（BAlN）単結晶
薄膜）が、ウルツ鉱型窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化
アルミニウムと同じ結晶構造を有し、窒化アルミニウム
（AlN）よりも硬度、音速、バンドギャップなどの点で
優れ、ウルツ鉱型窒化ホウ素よりも高品質の結晶性を持
つ薄膜が容易に合成できるのではないかと考えて、検討
および実験の結果以下の結論を得た。
ウム薄膜（ホウ素含有窒化アルミニウム（BAlN）単結晶
薄膜）が、ウルツ鉱型窒化ホウ素およびウルツ鉱型窒化
アルミニウムと同じ結晶構造を有し、窒化アルミニウム
（AlN）よりも硬度、音速、バンドギャップなどの点で
優れ、ウルツ鉱型窒化ホウ素よりも高品質の結晶性を持
つ薄膜が容易に合成できるのではないかと考えて、検討
および実験の結果以下の結論を得た。
【０００７】
【課題を解決するための手段】ホウ素、アルミニウム、
窒素からなり、BxAl1-xNy （0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦
1.05）なる組成と、ウルツ鉱型の結晶構造を有する３元
系薄膜が、その結晶性を高品質に保つように形成された
ならば、窒化アルミニウム薄膜より高い硬度、速い音
速、広いバンドギャップを有する高い機能性を示し、高
圧相窒化ホウ素薄膜よりもX線回折のロッキングカーブ
の半価幅が狭く、結晶性および結晶の配向性が優れた高
品質な結晶性をもつ薄膜を提供するものである。
窒素からなり、BxAl1-xNy （0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦
1.05）なる組成と、ウルツ鉱型の結晶構造を有する３元
系薄膜が、その結晶性を高品質に保つように形成された
ならば、窒化アルミニウム薄膜より高い硬度、速い音
速、広いバンドギャップを有する高い機能性を示し、高
圧相窒化ホウ素薄膜よりもX線回折のロッキングカーブ
の半価幅が狭く、結晶性および結晶の配向性が優れた高
品質な結晶性をもつ薄膜を提供するものである。
【０００８】このとき特に単結晶基板上に中間層として
窒化アルミニウム単結晶薄膜を形成し、この窒化アルミ
ニウム上にホウ素含有窒化アルミニウム(BAlN)単結晶薄
膜を成長させることによって、直接単結晶基板上にBAlN
薄膜を成長させるよりも高いB/Al組成比（x≦0.3）まで
単結晶を成長させることが可能となる。x＞0.3において
は、下地と薄膜との格子のミスマッチが大きくなるた
め、単結晶薄膜を形成することが困難となる。
窒化アルミニウム単結晶薄膜を形成し、この窒化アルミ
ニウム上にホウ素含有窒化アルミニウム(BAlN)単結晶薄
膜を成長させることによって、直接単結晶基板上にBAlN
薄膜を成長させるよりも高いB/Al組成比（x≦0.3）まで
単結晶を成長させることが可能となる。x＞0.3において
は、下地と薄膜との格子のミスマッチが大きくなるた
め、単結晶薄膜を形成することが困難となる。
【０００９】さらに、単結晶基板上に中間層としてB/Al
組成比を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶
傾斜組成層、あるいは中間層第１層として窒化アルミニ
ウム単結晶層とこの上に中間層第２層としてB/Al組成比
を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組
成層BαAl1-αNβ（0.0001≦α≦X、0.85≦β≦1.05）
を用い、これらの上にBAlNを成長させることにより、Bx
Al1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）なる組成域
において、単結晶薄膜を形成することが可能となる。
組成比を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶
傾斜組成層、あるいは中間層第１層として窒化アルミニ
ウム単結晶層とこの上に中間層第２層としてB/Al組成比
を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組
成層BαAl1-αNβ（0.0001≦α≦X、0.85≦β≦1.05）
を用い、これらの上にBAlNを成長させることにより、Bx
Al1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）なる組成域
において、単結晶薄膜を形成することが可能となる。
【００１０】このようなBAlN単結晶薄膜を作成するに
は、アルミニウム、ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、アルミニウム−ホウ素合金の中から選ばれた材料
をターゲットとして、すくなくとも窒素またはアンモニ
アを含むガス雰囲気でスパッタ法によってBAlN単結晶薄
膜を形成するか、またはすくなくともホウ素およびアル
ミニウムを含有するハロゲン化物または水素化物または
有機金属化合物、金属アルコキシドを水素または不活性
ガスで希釈して原料として供給しプラズマCVD法によっ
てBAlN単結晶薄膜を形成する方法、あるいはMOCVD法、M
BE法が好ましいことを見いだした。
は、アルミニウム、ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ホ
ウ素、アルミニウム−ホウ素合金の中から選ばれた材料
をターゲットとして、すくなくとも窒素またはアンモニ
アを含むガス雰囲気でスパッタ法によってBAlN単結晶薄
膜を形成するか、またはすくなくともホウ素およびアル
ミニウムを含有するハロゲン化物または水素化物または
有機金属化合物、金属アルコキシドを水素または不活性
ガスで希釈して原料として供給しプラズマCVD法によっ
てBAlN単結晶薄膜を形成する方法、あるいはMOCVD法、M
BE法が好ましいことを見いだした。
【００１１】上記の製造方法でダイヤモンドまたはSiま
たはAl2O3またはSiCまたはMgOのいずれかの単結晶上にB
AlN薄膜が適当な条件で形成された場合には、単結晶のB
AlN薄膜をえることができる。このようにして得られたB
AlN単結晶薄膜は、基板上に析出させたままでも、また
必要によっては基板を除去して使用することができる。
たはAl2O3またはSiCまたはMgOのいずれかの単結晶上にB
AlN薄膜が適当な条件で形成された場合には、単結晶のB
AlN薄膜をえることができる。このようにして得られたB
AlN単結晶薄膜は、基板上に析出させたままでも、また
必要によっては基板を除去して使用することができる。
【００１２】
＜成膜方法（プロセス、原料）＞ 窒化アルミニウムや
窒化ホウ素など合成中に窒素を結晶中に取り込むために
は、窒素は分子状窒素（N2）の形態が非常に安定である
ために、窒素の活性度の高い雰囲気、つまり、窒素の分
圧が高いか窒素が原子やイオンなどの活性の高い状態で
ある必要がある。スパッタ法やプラズマCVD法、イオン
ビーム蒸着法、レーザアブレーション法、MBE法、MOCVD
法などが好ましい。
窒化ホウ素など合成中に窒素を結晶中に取り込むために
は、窒素は分子状窒素（N2）の形態が非常に安定である
ために、窒素の活性度の高い雰囲気、つまり、窒素の分
圧が高いか窒素が原子やイオンなどの活性の高い状態で
ある必要がある。スパッタ法やプラズマCVD法、イオン
ビーム蒸着法、レーザアブレーション法、MBE法、MOCVD
法などが好ましい。
【００１３】＜組成範囲＞ 膜中の各元素の組成はBAlN
膜の有する機能性および結晶性で有用な範囲が決定され
る。おおよその一般的傾向としてBxAl1-xNyであらわさ
れる組成のうちBとAlの比率を決める値xが0から0.2の範
囲では、結晶性はAlN薄膜と同等で非常に高品質のBAlN
膜が得られる。しかし、xが0.001未満のときはその機能
的な物性もAlNと変わらないのでBAlN膜としての有用性
は無い。xが0.2を越えると合成されたBAlN膜の結晶性は
低下し、xが0.7を越えるとその結晶性は著しく失われBA
lN膜としての機能を発揮することができなくなってしま
う。
膜の有する機能性および結晶性で有用な範囲が決定され
る。おおよその一般的傾向としてBxAl1-xNyであらわさ
れる組成のうちBとAlの比率を決める値xが0から0.2の範
囲では、結晶性はAlN薄膜と同等で非常に高品質のBAlN
膜が得られる。しかし、xが0.001未満のときはその機能
的な物性もAlNと変わらないのでBAlN膜としての有用性
は無い。xが0.2を越えると合成されたBAlN膜の結晶性は
低下し、xが0.7を越えるとその結晶性は著しく失われBA
lN膜としての機能を発揮することができなくなってしま
う。
【００１４】しかしながら、単結晶基板上に中間層とし
てAlN単結晶薄膜を形成し、このAlN上にBAlN単結晶薄膜
を成長させることにより、xが0.3の組成までBAlN単結晶
薄膜を得ることができる。さらに中間層として、B/Al組
成比を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾
斜組成層、あるいは中間層第１層として窒化アルミニウ
ム単結晶層とこの上に中間層第２層としてBαAl1-αNβ
（0.0001≦α≦X、0.85≦β≦1.05）単結晶傾斜組成層
を用い、これらの上にBAlN単結晶薄膜を成長させること
により、BxAl1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）
なる組成域において、単結晶薄膜を形成することが可能
となる。窒素の含有量を決める値yは1に等しいときがも
っともBAlN膜の結晶性が良く欠陥が少ないと考えられる
が、発明者らの研究ではyの値が0.85から1.05の範囲で
はBAlN膜の機能を発現させることができる程度の結晶性
を有していることがわかった。本願に述べる単結晶薄膜
とは、基板上において薄膜の結晶方位が基板と平行な面
方位のみならず、基板と平行な面内の方位も１方向にエ
ピタキシャルにそろっているものを示し、島状成長など
により薄膜中に結晶粒界が存在する場合においても、そ
れぞれの結晶粒の結晶方位がすべて１方向にそろってい
れば、単結晶薄膜に含まれる。
てAlN単結晶薄膜を形成し、このAlN上にBAlN単結晶薄膜
を成長させることにより、xが0.3の組成までBAlN単結晶
薄膜を得ることができる。さらに中間層として、B/Al組
成比を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾
斜組成層、あるいは中間層第１層として窒化アルミニウ
ム単結晶層とこの上に中間層第２層としてBαAl1-αNβ
（0.0001≦α≦X、0.85≦β≦1.05）単結晶傾斜組成層
を用い、これらの上にBAlN単結晶薄膜を成長させること
により、BxAl1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）
なる組成域において、単結晶薄膜を形成することが可能
となる。窒素の含有量を決める値yは1に等しいときがも
っともBAlN膜の結晶性が良く欠陥が少ないと考えられる
が、発明者らの研究ではyの値が0.85から1.05の範囲で
はBAlN膜の機能を発現させることができる程度の結晶性
を有していることがわかった。本願に述べる単結晶薄膜
とは、基板上において薄膜の結晶方位が基板と平行な面
方位のみならず、基板と平行な面内の方位も１方向にエ
ピタキシャルにそろっているものを示し、島状成長など
により薄膜中に結晶粒界が存在する場合においても、そ
れぞれの結晶粒の結晶方位がすべて１方向にそろってい
れば、単結晶薄膜に含まれる。
【００１５】＜単結晶基板＞ BAlN膜を形成する際の基
材としては、成膜に必要な700℃以上の温度に耐える材
料ならば何でも使用できるが、B、Al、Nとの反応性に乏
しい材料が好ましく、金属ではMo、W、Ni、Ta、Nb、半
導体ではダイヤモンド、Si、Ge、AlN、SiC、GaN、BP、I
nN、その他の化合物ではAl2O3、SiO2、MgO、BeO、ZnOな
どが好ましい。
材としては、成膜に必要な700℃以上の温度に耐える材
料ならば何でも使用できるが、B、Al、Nとの反応性に乏
しい材料が好ましく、金属ではMo、W、Ni、Ta、Nb、半
導体ではダイヤモンド、Si、Ge、AlN、SiC、GaN、BP、I
nN、その他の化合物ではAl2O3、SiO2、MgO、BeO、ZnOな
どが好ましい。
【００１６】単結晶BAlN薄膜を形成するためには、BAlN
膜が基材の方位に従って成長するような材料を選択する
必要があり、しかも基板材料は単結晶でなければならな
い。このような基板材料としてはダイヤモンド、Si、Al
2O3、SiO2、SiC、MgOなどがある。単結晶を基板とする
場合、薄膜を形成する基板の結晶方位は３回または６回
の対称性をもつ結晶面がBAlN膜の結晶性がよくなりやす
いＣ面に配向するので好ましい。このような結晶面には
ダイヤモンド、Si、立方晶SiCの(111)面、α-Al2O3、六
方晶SiCのC面＜(0001)面＞、MgO(111)面がある。上記の
基板材料とBAlN単結晶薄膜との間に中間層を挿入するこ
とによって、BAlN単結晶薄膜の結晶性を高めることがで
きる場合がある。
膜が基材の方位に従って成長するような材料を選択する
必要があり、しかも基板材料は単結晶でなければならな
い。このような基板材料としてはダイヤモンド、Si、Al
2O3、SiO2、SiC、MgOなどがある。単結晶を基板とする
場合、薄膜を形成する基板の結晶方位は３回または６回
の対称性をもつ結晶面がBAlN膜の結晶性がよくなりやす
いＣ面に配向するので好ましい。このような結晶面には
ダイヤモンド、Si、立方晶SiCの(111)面、α-Al2O3、六
方晶SiCのC面＜(0001)面＞、MgO(111)面がある。上記の
基板材料とBAlN単結晶薄膜との間に中間層を挿入するこ
とによって、BAlN単結晶薄膜の結晶性を高めることがで
きる場合がある。
【００１７】＜中間層＞ 中間層としてAlN、SiC、BP、
GaN、ZnOなどのうち１種類以上の単結晶薄膜を基材上に
形成してから、BAlNを成膜すると、基材上に直接成膜す
るよりも結晶性が良いことがある。特にSi単結晶上にBA
lNを形成する場合には、これら５種類の材料はSiとBAlN
の中間の格子定数をもっているので、中間層としてSi上
に形成することによってBAlN単結晶薄膜中の欠陥や歪み
を低減し、より高品質のBAlN単結晶薄膜を得ることがで
きる。Si以外の基板でも効果があることが多い。中間層
としては図１に示すAlNがもっとも好ましく、SiCがこれ
に次ぎ、BP、GaN、ZnOはこれらよりも効果が小さい。中
間層の厚さは１nm以上１μm以下が適当な範囲である。
これ以上薄いと中間層が無い時と同等であり、厚いと中
間層自体に歪みや欠陥が発生するのでかえってBAlN単結
晶薄膜の結晶性を低下させる。また、図２に示すように
AlNのかわりにホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜
組成を形成し、その上にホウ素含有窒化アルミニウム単
結晶薄膜を形成することができる。
GaN、ZnOなどのうち１種類以上の単結晶薄膜を基材上に
形成してから、BAlNを成膜すると、基材上に直接成膜す
るよりも結晶性が良いことがある。特にSi単結晶上にBA
lNを形成する場合には、これら５種類の材料はSiとBAlN
の中間の格子定数をもっているので、中間層としてSi上
に形成することによってBAlN単結晶薄膜中の欠陥や歪み
を低減し、より高品質のBAlN単結晶薄膜を得ることがで
きる。Si以外の基板でも効果があることが多い。中間層
としては図１に示すAlNがもっとも好ましく、SiCがこれ
に次ぎ、BP、GaN、ZnOはこれらよりも効果が小さい。中
間層の厚さは１nm以上１μm以下が適当な範囲である。
これ以上薄いと中間層が無い時と同等であり、厚いと中
間層自体に歪みや欠陥が発生するのでかえってBAlN単結
晶薄膜の結晶性を低下させる。また、図２に示すように
AlNのかわりにホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜
組成を形成し、その上にホウ素含有窒化アルミニウム単
結晶薄膜を形成することができる。
【００１８】とくに単結晶基板上にAlN単結晶膜を中間
層として形成した上にBAlN単結晶薄膜を成長させた場合
には、高いホウ素含有組成においても良好な結晶性が保
たれ、単結晶膜を得ることができる。この場合BAlN単結
晶薄膜が得られる組成範囲はx≦0.3であり、AlN単結晶
中間層を用いない場合よりも高B組成までBAlN単結晶が
得られる。さらに中間層として、B/Al組成比を連続的あ
るいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組成層、ある
いは図３に示すように中間層第１層として窒化アルミニ
ウム単結晶層とこの上に中間層第２層としてB/Al組成比
を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組
成層を用い、これらの上にBAlNを成長させることによ
り、BxAl1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）なる
組成域において、単結晶薄膜を形成することが可能とな
る。BAlN単結晶傾斜組成層にはB/Al組成比を連続的増加
させたものでもB/Al比を段階的に増加させ積層構造とし
たものでも両方用いることができる。
層として形成した上にBAlN単結晶薄膜を成長させた場合
には、高いホウ素含有組成においても良好な結晶性が保
たれ、単結晶膜を得ることができる。この場合BAlN単結
晶薄膜が得られる組成範囲はx≦0.3であり、AlN単結晶
中間層を用いない場合よりも高B組成までBAlN単結晶が
得られる。さらに中間層として、B/Al組成比を連続的あ
るいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組成層、ある
いは図３に示すように中間層第１層として窒化アルミニ
ウム単結晶層とこの上に中間層第２層としてB/Al組成比
を連続的あるいは段階的に増加させたBAlN単結晶傾斜組
成層を用い、これらの上にBAlNを成長させることによ
り、BxAl1-xNy（0.001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）なる
組成域において、単結晶薄膜を形成することが可能とな
る。BAlN単結晶傾斜組成層にはB/Al組成比を連続的増加
させたものでもB/Al比を段階的に増加させ積層構造とし
たものでも両方用いることができる。
【００１９】これらの中間層を形成する手法としては、
スパッタ法、MBE法、MOCVD法、プラズマCVD法など公知
の手法から選んで用いることができる。BAlN単結晶傾斜
組成層はMBE法の場合はB用とAl用の２個の蒸着源を用意
し、それぞれの蒸着速度を連続的あるいは段階的に変化
させることにより形成することが可能である。プラズマ
CVDやMOCVDなどのCVD法ではB源、Al源となるガスの流量
比を変化させればよい。
スパッタ法、MBE法、MOCVD法、プラズマCVD法など公知
の手法から選んで用いることができる。BAlN単結晶傾斜
組成層はMBE法の場合はB用とAl用の２個の蒸着源を用意
し、それぞれの蒸着速度を連続的あるいは段階的に変化
させることにより形成することが可能である。プラズマ
CVDやMOCVDなどのCVD法ではB源、Al源となるガスの流量
比を変化させればよい。
【００２０】＜価電子制御＞ Si、C、S、Seなどの元素
を成膜中にまたはイオン注入などの方法によってドーピ
ングすることによってn型の導電性を有するBAlN膜を得
ることができる。同様にBe、Mg、Zn、Caなどの元素をド
ーピングすることによってp型のBAlN単結晶薄膜を得る
ことができる。これらの元素はBAlN膜の成膜中に各元素
の単体、酸化物、ハロゲン化物、水素化物、有機金属化
合物を原料としてドーピングすることができる。イオン
注入法は注入後の結晶欠陥の回復が困難なので好ましく
ない。
を成膜中にまたはイオン注入などの方法によってドーピ
ングすることによってn型の導電性を有するBAlN膜を得
ることができる。同様にBe、Mg、Zn、Caなどの元素をド
ーピングすることによってp型のBAlN単結晶薄膜を得る
ことができる。これらの元素はBAlN膜の成膜中に各元素
の単体、酸化物、ハロゲン化物、水素化物、有機金属化
合物を原料としてドーピングすることができる。イオン
注入法は注入後の結晶欠陥の回復が困難なので好ましく
ない。
【００２１】
（実施例１） 単結晶Si(111)を基板としてスパッタ法
により窒化アルミニウム中間層および中間層上にホウ素
含有窒化アルミニウム薄膜の合成を行った。基板は10mm
角の単結晶Si(111)を、純水で5％に希釈した弗酸中に浸
した後にアセトン洗浄して用いた。スパッタ用のターゲ
ットにはAlN中間層形成用にアルミニウムを、BAlN形成
用に金属アルミニウムを減圧窒素中で溶融して立方晶窒
化ホウ素粉末30重量％を分散した後に固化したものを用
いた。
により窒化アルミニウム中間層および中間層上にホウ素
含有窒化アルミニウム薄膜の合成を行った。基板は10mm
角の単結晶Si(111)を、純水で5％に希釈した弗酸中に浸
した後にアセトン洗浄して用いた。スパッタ用のターゲ
ットにはAlN中間層形成用にアルミニウムを、BAlN形成
用に金属アルミニウムを減圧窒素中で溶融して立方晶窒
化ホウ素粉末30重量％を分散した後に固化したものを用
いた。
【００２２】通常の高周波マグネトロンスパッタ装置に
基板とターゲットを設置し、Ar/N2を等量に混合したガ
スを導入して総圧力が0.005Torrになるように調節し
た。基板を1150℃に加熱し、高周波（13.56MHz）出力40
0Wで、アルミニウムターゲットを10分スパッタし、AlN
中間層を形成した後、同一条件でBAlN形成用ターゲット
を1時間スパッタし、厚さ約0.7μmの薄膜を得た。
基板とターゲットを設置し、Ar/N2を等量に混合したガ
スを導入して総圧力が0.005Torrになるように調節し
た。基板を1150℃に加熱し、高周波（13.56MHz）出力40
0Wで、アルミニウムターゲットを10分スパッタし、AlN
中間層を形成した後、同一条件でBAlN形成用ターゲット
を1時間スパッタし、厚さ約0.7μmの薄膜を得た。
【００２３】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.98、中間層より上
部の組成はB0.25Al0.75N0.97で表される組成であること
が判明した。X線回折法で観察したところではC面からの
回折線のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結
晶膜であることが予想された。X線回折のロッキングカ
ーブの半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。
更に高速反射電子線回折観察を実施することによりこの
膜はウルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになっ
た。さらに、同一条件で中間層のみを形成したものの膜
厚は約0.1μmであり、高速反射電子線回折で評価したと
ころ、ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パター
ンが観察され、電子線の入射方向の変化に対応して異な
るパターンが観察されたことから単結晶薄膜であること
が確認された。
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.98、中間層より上
部の組成はB0.25Al0.75N0.97で表される組成であること
が判明した。X線回折法で観察したところではC面からの
回折線のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結
晶膜であることが予想された。X線回折のロッキングカ
ーブの半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。
更に高速反射電子線回折観察を実施することによりこの
膜はウルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになっ
た。さらに、同一条件で中間層のみを形成したものの膜
厚は約0.1μmであり、高速反射電子線回折で評価したと
ころ、ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パター
ンが観察され、電子線の入射方向の変化に対応して異な
るパターンが観察されたことから単結晶薄膜であること
が確認された。
【００２４】（実施例２） 基板として3.5mm角の表面
を平坦に研磨した超高圧合成ダイヤモンド単結晶の(11
1)面を用い、有機溶媒による洗浄とそれにつづく10％塩
化水素水溶液による洗浄を行った後、表面水素終端処理
を行った。表面水素終端処理はマイクロ波プラズマCVD
装置を用い、水素ガスのみを装置内に供給し、圧力100T
orr、マイクロ波電力400Wにて10分間行った。
を平坦に研磨した超高圧合成ダイヤモンド単結晶の(11
1)面を用い、有機溶媒による洗浄とそれにつづく10％塩
化水素水溶液による洗浄を行った後、表面水素終端処理
を行った。表面水素終端処理はマイクロ波プラズマCVD
装置を用い、水素ガスのみを装置内に供給し、圧力100T
orr、マイクロ波電力400Wにて10分間行った。
【００２５】このダイヤモンド単結晶基板上にMBE装置
を用い、窒化アルミニウム中間層および中間層上にBAlN
薄膜の合成を行った。Al源・B源として、それぞれAl・B
を原料とし、別々の蒸発源から電子ビーム蒸発により供
給した。窒素源としてN2ガスを原料としECRイオン源に
より供給した。基板温度900度、ECRイオン源のマイクロ
波電力50W、基板付近のイオン電流密度25μAにて、Al蒸
発源から0.025nm/sの蒸着速度で38分間AlN中間層を成長
させた後、Al蒸着速度0.02nm/s、B蒸着速度0.005nm/sで
150分間BAlN膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.25
μmであった。
を用い、窒化アルミニウム中間層および中間層上にBAlN
薄膜の合成を行った。Al源・B源として、それぞれAl・B
を原料とし、別々の蒸発源から電子ビーム蒸発により供
給した。窒素源としてN2ガスを原料としECRイオン源に
より供給した。基板温度900度、ECRイオン源のマイクロ
波電力50W、基板付近のイオン電流密度25μAにて、Al蒸
発源から0.025nm/sの蒸着速度で38分間AlN中間層を成長
させた後、Al蒸着速度0.02nm/s、B蒸着速度0.005nm/sで
150分間BAlN膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.25
μmであった。
【００２６】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.99、中間層上部の
組成はB0.2Al0.8N0.99で表される組成であることが判明
した。X線回折法で観察したところではC面からの回折線
のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.3度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察を実施することによりこの膜はウ
ルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになった。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
05μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、
ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターンが観
察され、電子線の入射方向の変化に対応して異なるパタ
ーンが観察されたことから単結晶薄膜であることが確認
された。
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.99、中間層上部の
組成はB0.2Al0.8N0.99で表される組成であることが判明
した。X線回折法で観察したところではC面からの回折線
のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.3度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察を実施することによりこの膜はウ
ルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになった。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
05μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、
ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターンが観
察され、電子線の入射方向の変化に対応して異なるパタ
ーンが観察されたことから単結晶薄膜であることが確認
された。
【００２７】（実施例３） 単結晶六方晶SiC(0001)上
に、MBE装置を用い、中間層としてBAlN傾斜組成層を形
成した上にBAlN薄膜の合成を行った。SiC基板はMBE装置
に導入前に、有機溶媒による洗浄と10%弗酸による酸化
膜除去後、純水中で洗浄を行った。Al源・B源として、
それぞれAl・Bを原料とし別々の蒸発源から電子ビーム
蒸発により供給した。窒素源としてN2ガスを原料としEC
Rイオン源により供給した。基板温度900度、ECRイオン
源のマイクロ波電力50W、基板付近のイオン電流密度25
μAにて、Al蒸着速度を0.025nm/sから0.015nm/sまで、B
蒸着速度を0から0.01nm/sまで75分間かけて同時に連続
的に変化させBAlN傾斜組成層を形成し、Al蒸着速度を0.
015nm/s、B蒸着速度を0.01nm/sに固定して150分間BAlN
膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.3μmであった。
に、MBE装置を用い、中間層としてBAlN傾斜組成層を形
成した上にBAlN薄膜の合成を行った。SiC基板はMBE装置
に導入前に、有機溶媒による洗浄と10%弗酸による酸化
膜除去後、純水中で洗浄を行った。Al源・B源として、
それぞれAl・Bを原料とし別々の蒸発源から電子ビーム
蒸発により供給した。窒素源としてN2ガスを原料としEC
Rイオン源により供給した。基板温度900度、ECRイオン
源のマイクロ波電力50W、基板付近のイオン電流密度25
μAにて、Al蒸着速度を0.025nm/sから0.015nm/sまで、B
蒸着速度を0から0.01nm/sまで75分間かけて同時に連続
的に変化させBAlN傾斜組成層を形成し、Al蒸着速度を0.
015nm/s、B蒸着速度を0.01nm/sに固定して150分間BAlN
膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.3μmであった。
【００２８】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.3Al0.7N0.99で一定となっていることが判明し
た。X線回折法で観察したところではC面からの回折線の
みが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶薄膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.3度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察を実施することによりこの膜はウ
ルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになった。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
1μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウ
ルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターンが観察
され、電子線の入射方向の変化に対応して異なるパター
ンが観察されたことから単結晶薄膜であることが確認さ
れた。
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.3Al0.7N0.99で一定となっていることが判明し
た。X線回折法で観察したところではC面からの回折線の
みが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶薄膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.3度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察を実施することによりこの膜はウ
ルツ鉱型の単結晶薄膜であることが明かになった。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
1μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウ
ルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターンが観察
され、電子線の入射方向の変化に対応して異なるパター
ンが観察されたことから単結晶薄膜であることが確認さ
れた。
【００２９】（実施例４） 基板としてサファイア単結
晶のC面を用い、有機溶媒による洗浄とそれにつづく10
％塩化水素水溶液による洗浄を行った。この基板上にMB
E装置を用い、中間層第１層として窒化アルミニウムを
中間層第２層としてBAlN傾斜組成層を形成した上にBAlN
薄膜の合成を行った。Al源・B源として、それぞれAl・B
を原料とし別々の蒸発源から電子ビーム蒸発により供給
した。窒素源としてN2ガスを原料としECRイオン源によ
り供給した。基板温度900度、ECRイオン源のマイクロ波
電力50W、N2ガスを原料とし基板付近のイオン電流密度2
5μAにて、Al蒸発源から0.025nm/sの蒸着速度で38分間A
lN中間層を成長させた後、Al蒸着速度を0.025nm/sから
0.015nm/sまで、B蒸着速度を0から0.01nm/sまで75分間
かけて同時に変化させBAlN傾斜組成層を形成し、Al蒸着
速度を0.015nm/s、B蒸着速度を0.01nm/sに固定して150
分間BAlN膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.35μm
であった。
晶のC面を用い、有機溶媒による洗浄とそれにつづく10
％塩化水素水溶液による洗浄を行った。この基板上にMB
E装置を用い、中間層第１層として窒化アルミニウムを
中間層第２層としてBAlN傾斜組成層を形成した上にBAlN
薄膜の合成を行った。Al源・B源として、それぞれAl・B
を原料とし別々の蒸発源から電子ビーム蒸発により供給
した。窒素源としてN2ガスを原料としECRイオン源によ
り供給した。基板温度900度、ECRイオン源のマイクロ波
電力50W、N2ガスを原料とし基板付近のイオン電流密度2
5μAにて、Al蒸発源から0.025nm/sの蒸着速度で38分間A
lN中間層を成長させた後、Al蒸着速度を0.025nm/sから
0.015nm/sまで、B蒸着速度を0から0.01nm/sまで75分間
かけて同時に変化させBAlN傾斜組成層を形成し、Al蒸着
速度を0.015nm/s、B蒸着速度を0.01nm/sに固定して150
分間BAlN膜を成長させた。トータルの膜厚は約0.35μm
であった。
【００３０】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと中間層第１層部分の組成はAlN0.99、中間層
第２層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N0.99までB/Al比
が連続的に変化しており、最上層のBAlN層ではB0.3Al
0.7N0.99で一定となっていることが判明した。X線回折
法で観察したところではC面からの回折線のみが観察さ
れウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜であることが予
想された。X線回折のロッキングカーブの半値幅は1.3度
と高品質高配向性結晶であった。更に高速反射電子線回
折観察を実施することによりこの膜はウルツ鉱型の単結
晶薄膜であることが明かになった。さらに、同一条件で
中間層第１層のみを形成したもの、中間層第２層まで形
成したものの膜厚はそれぞれ約0.05μm、約0.15μmであ
り、高速反射電子線回折で評価したところ、ウルツ鉱型
結晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電
子線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察
されたことから単結晶薄膜であることが確認された。
析を行うと中間層第１層部分の組成はAlN0.99、中間層
第２層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N0.99までB/Al比
が連続的に変化しており、最上層のBAlN層ではB0.3Al
0.7N0.99で一定となっていることが判明した。X線回折
法で観察したところではC面からの回折線のみが観察さ
れウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜であることが予
想された。X線回折のロッキングカーブの半値幅は1.3度
と高品質高配向性結晶であった。更に高速反射電子線回
折観察を実施することによりこの膜はウルツ鉱型の単結
晶薄膜であることが明かになった。さらに、同一条件で
中間層第１層のみを形成したもの、中間層第２層まで形
成したものの膜厚はそれぞれ約0.05μm、約0.15μmであ
り、高速反射電子線回折で評価したところ、ウルツ鉱型
結晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電
子線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察
されたことから単結晶薄膜であることが確認された。
【００３１】（実施例５） 単結晶Si(111)を基板とし
て用い、成膜前に実施例１と同様にして洗浄を行った。
ダイヤモンドの合成に用いられるマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置（特開昭59-3098）に基板を設置し、塩化アル
ミニウム(AlCl3)5％、水素45％、アンモニア50％を混合
したガスを導入して総圧力が5Torrになるように調整し
た。マイクロ波(2.45GHz)出力800Wでプラズマを発生さ
せながら基板を1150℃に加熱し、10分間成長を行った
後、ガスをジボラン(B2H6)2.5%、塩化アルミニウム2.5
%、水素45%、アンモニア50%に変更し、他の成膜条件は
変えずに2時間成長させた。トータルの膜厚は2.5μｍで
あった。
て用い、成膜前に実施例１と同様にして洗浄を行った。
ダイヤモンドの合成に用いられるマイクロ波プラズマＣ
ＶＤ装置（特開昭59-3098）に基板を設置し、塩化アル
ミニウム(AlCl3)5％、水素45％、アンモニア50％を混合
したガスを導入して総圧力が5Torrになるように調整し
た。マイクロ波(2.45GHz)出力800Wでプラズマを発生さ
せながら基板を1150℃に加熱し、10分間成長を行った
後、ガスをジボラン(B2H6)2.5%、塩化アルミニウム2.5
%、水素45%、アンモニア50%に変更し、他の成膜条件は
変えずに2時間成長させた。トータルの膜厚は2.5μｍで
あった。
【００３２】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.99、中間層より上
部の組成はB0.25Al0.75N0.99で表わされる組成であるこ
とが判明した。X線回折法で観察したところではC面から
の回折線のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単
結晶膜であることが予想された。X線回折のロッキング
カーブの半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であっ
た。更に高速電子線回折で評価したところ、ウルツ鉱型
結晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電
子線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察
されたことから単結晶薄膜であることが確認された。さ
らに、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約
0.1μｍであり、高速反射電子線回折で評価したとこ
ろ、ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターン
が観察され、電子線の入射方向の変化に対応して異なる
パターンが観察されたことから単結晶薄膜であることが
確認された。
析を行うと中間層部分の組成はAlN0.99、中間層より上
部の組成はB0.25Al0.75N0.99で表わされる組成であるこ
とが判明した。X線回折法で観察したところではC面から
の回折線のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単
結晶膜であることが予想された。X線回折のロッキング
カーブの半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であっ
た。更に高速電子線回折で評価したところ、ウルツ鉱型
結晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電
子線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察
されたことから単結晶薄膜であることが確認された。さ
らに、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約
0.1μｍであり、高速反射電子線回折で評価したとこ
ろ、ウルツ鉱型結晶構造であることを示す回折パターン
が観察され、電子線の入射方向の変化に対応して異なる
パターンが観察されたことから単結晶薄膜であることが
確認された。
【００３３】（実施例６） 基板としてサファイア単結
晶のC面を用い実施例４と同様に基板洗浄を行った後、
基板を反応室内のグラファイトサセプタ上に設置し、MO
CVD法を用いて中間層としてBAlN傾斜組成層を形成した
上にBAlN膜の合成を行った。アルミニウム源としてはト
リメチルアルミニウム(TMA)を水素ガスによりバブリン
グし反応室内に導入した。ホウ素源としては水素希釈の
濃度1%のジボラン(B2H6)を使用した。窒素源としてはア
ンモニアを使用した。キャリアガスには水素を使用し
た。アンモニア流量31/min、キャリア水素ガス流量100c
cmで一定とし、TMAを水素バブリングガス流量10ccmから
5ccmまで、B2H6を0から5ccmまで10分間かけてそれぞれ
連続的に変化させ、BAlN傾斜組成層を成長させた後、TM
Aを水素パブリングガス流量5ccm、B2H6を5ccmに固定しB
AlNを２時間成長させた。傾斜組成層成長時、BAlN成長
時とも、反応室内の圧力は5Torrで一定とし、成長基板
温度は1200℃になるように高周波加熱によりサセプタを
加熱した。トータルの膜厚は5.5μｍであった。
晶のC面を用い実施例４と同様に基板洗浄を行った後、
基板を反応室内のグラファイトサセプタ上に設置し、MO
CVD法を用いて中間層としてBAlN傾斜組成層を形成した
上にBAlN膜の合成を行った。アルミニウム源としてはト
リメチルアルミニウム(TMA)を水素ガスによりバブリン
グし反応室内に導入した。ホウ素源としては水素希釈の
濃度1%のジボラン(B2H6)を使用した。窒素源としてはア
ンモニアを使用した。キャリアガスには水素を使用し
た。アンモニア流量31/min、キャリア水素ガス流量100c
cmで一定とし、TMAを水素バブリングガス流量10ccmから
5ccmまで、B2H6を0から5ccmまで10分間かけてそれぞれ
連続的に変化させ、BAlN傾斜組成層を成長させた後、TM
Aを水素パブリングガス流量5ccm、B2H6を5ccmに固定しB
AlNを２時間成長させた。傾斜組成層成長時、BAlN成長
時とも、反応室内の圧力は5Torrで一定とし、成長基板
温度は1200℃になるように高周波加熱によりサセプタを
加熱した。トータルの膜厚は5.5μｍであった。
【００３４】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.3Al0.7N0.9で一定となっていることが判明し
た。X線回折法で観察したところではC面からの回折線の
みが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜であ
ることが予想された。X線回折のロッキングカーブの半
値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。更に高速
反射電子線回折観察で評価したところ、ウルツ鉱型結晶
構造であることを示す回折パターンが観察され、電子線
の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察され
たことから単結晶膜であることが確認された。さらに、
同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.5μm
であり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウルツ
鉱型の単結晶膜であることが判明した。
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.3Al0.7N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.3Al0.7N0.9で一定となっていることが判明し
た。X線回折法で観察したところではC面からの回折線の
みが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜であ
ることが予想された。X線回折のロッキングカーブの半
値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。更に高速
反射電子線回折観察で評価したところ、ウルツ鉱型結晶
構造であることを示す回折パターンが観察され、電子線
の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察され
たことから単結晶膜であることが確認された。さらに、
同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.5μm
であり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウルツ
鉱型の単結晶膜であることが判明した。
【００３５】（実施例７） 基板として単結晶Si(111)
を使用し、実施例１と同様に基板洗浄を行った後、実施
例５と同様のマイクロ波プラズマ装置により、中間層と
してBAlN傾斜組成層を形成した上にBAlN膜の合成を行っ
た。アルミニウム源としてはトリメチルアルミニウム(T
MA)を水素ガスによりバブリングし反応室内に導入し
た。ホウ素源としては水素希釈の濃度0.5%の塩化ホウ素
(BCl3)を使用した。窒素源としてはアンモニアを使用し
た。キャリアガスには水素を使用した。アンモニア流量
31/min、キャリア水素ガス流量100ccmで一定とし、TMA
を水素バブリングガス流量10ccmから5ccmまで、BCl3を0
から5ccmまで10分間かけてそれぞれ連続的に変化させ、
BAlN傾斜組成層を成長させた後、TMAを水素バブリング
ガス流量5ccm、BCl3を5ccmに固定しBAlNを２時間成長さ
せた。傾斜組成層成長時、BAlN成長時とも、反応室内の
圧力は5Torr、マイクロ波(2.45GHz)出力800W、基板温度
は1150℃で成長を行った。トータルの膜厚は2.5μｍで
あった。
を使用し、実施例１と同様に基板洗浄を行った後、実施
例５と同様のマイクロ波プラズマ装置により、中間層と
してBAlN傾斜組成層を形成した上にBAlN膜の合成を行っ
た。アルミニウム源としてはトリメチルアルミニウム(T
MA)を水素ガスによりバブリングし反応室内に導入し
た。ホウ素源としては水素希釈の濃度0.5%の塩化ホウ素
(BCl3)を使用した。窒素源としてはアンモニアを使用し
た。キャリアガスには水素を使用した。アンモニア流量
31/min、キャリア水素ガス流量100ccmで一定とし、TMA
を水素バブリングガス流量10ccmから5ccmまで、BCl3を0
から5ccmまで10分間かけてそれぞれ連続的に変化させ、
BAlN傾斜組成層を成長させた後、TMAを水素バブリング
ガス流量5ccm、BCl3を5ccmに固定しBAlNを２時間成長さ
せた。傾斜組成層成長時、BAlN成長時とも、反応室内の
圧力は5Torr、マイクロ波(2.45GHz)出力800W、基板温度
は1150℃で成長を行った。トータルの膜厚は2.5μｍで
あった。
【００３６】この薄膜を２次イオン質量分析法で組成分
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.28Al0.72N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.28Al0.72N0.99で一定となっていることが判明
した。X線回折法で観察したところではC面からの回折線
のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察で評価したところ、ウルツ鉱型結
晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電子
線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察さ
れたことから単結晶膜であることが確認された。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
1μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウ
ルツ鉱型の単結晶膜であることが判明した。
析を行うと、中間層の組成はAlN0.99からB0.28Al0.72N
0.99までB/Al比が連続的に変化しており、最上層のBAlN
層ではB0.28Al0.72N0.99で一定となっていることが判明
した。X線回折法で観察したところではC面からの回折線
のみが観察されウルツ鉱型の高配向膜または単結晶膜で
あることが予想された。X線回折のロッキングカーブの
半値幅は1.5度と高品質高配向性結晶であった。更に高
速反射電子線回折観察で評価したところ、ウルツ鉱型結
晶構造であることを示す回折パターンが観察され、電子
線の入射方向の変化に対応して異なるパターンが観察さ
れたことから単結晶膜であることが確認された。さら
に、同一条件で中間層のみを形成したものの膜厚は約0.
1μmであり、高速反射電子線回折で評価したところ、ウ
ルツ鉱型の単結晶膜であることが判明した。
【００３７】
【発明の効果】本発明によれば窒化アルミニウムよりも
高い硬度、広いバンドギャップ、大きな音速を有し価電
子制御が容易で、結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニ
ウム薄膜を容易に得ることができる。
高い硬度、広いバンドギャップ、大きな音速を有し価電
子制御が容易で、結晶性のよいホウ素含有窒化アルミニ
ウム薄膜を容易に得ることができる。
【図１】単結晶基板上に窒化アルミニウム単結晶薄膜を
形成し、さらにその上にホウ素含有窒化アルミニウム単
結晶薄膜を形成した実施例１，２，５の例。
形成し、さらにその上にホウ素含有窒化アルミニウム単
結晶薄膜を形成した実施例１，２，５の例。
【図２】単結晶基板上にホウ素含有窒化アルミニウム単
結晶傾斜組成層を形成し、さらにその上にホウ素含有窒
化アルミニウム単結晶薄膜を形成した実施例３，６，７
の例。
結晶傾斜組成層を形成し、さらにその上にホウ素含有窒
化アルミニウム単結晶薄膜を形成した実施例３，６，７
の例。
【図３】単結晶基板上に中間層第１層として窒化アルミ
ニウム単結晶層を形成し、その上に中間層第２層として
ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層を形成
し、さらにその上にホウ素含有窒化アルミニウム単結晶
薄膜を形成した実施例４の例。
ニウム単結晶層を形成し、その上に中間層第２層として
ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層を形成
し、さらにその上にホウ素含有窒化アルミニウム単結晶
薄膜を形成した実施例４の例。
１：単結晶基板 ２：窒化アルミニウム単結晶薄膜 ３：ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜 ４：単結晶基板 ５：ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層 ６：ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜 ７：単結晶基板 ８：窒化アルミニウム単結晶層 ９：ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層 １０：ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｈ０１Ｌ 21/203 Ｚ 21/205 21/205 // Ｂ２３Ｂ 27/14 Ｂ２３Ｂ 27/14 Ａ
Claims (11)
- 【請求項１】 単結晶基板（１）上に中間層として窒化
アルミニウム単結晶薄膜（２）が形成され、前記窒化ア
ルミニウム単結晶薄膜上にホウ素含有窒化アルミニウム
単結晶薄膜（３）が形成された構造をもつことを特徴と
するホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜。 - 【請求項２】 ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜
がBxAl1-xNy（0.001≦x≦0.3、0.85≦y≦1.05）なる組
成と、ウルツ鉱型結晶構造を有することを特徴とする請
求項１に記載のホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄
膜。 - 【請求項３】 単結晶基板（４）上に中間層としてB/Al
組成比を連続的あるいは段階的に増加させたホウ素含有
窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層（５）が形成され、
前記ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層上に
ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層の最上部
の組成と同じかまたはより高いB/Al組成比を有するホウ
素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜（６）が形成された
構造をもつことを特徴とする、ホウ素含有窒化アルミニ
ウム単結晶薄膜。 - 【請求項４】 単結晶基板（７）上に中間層第１層とし
て窒化アルミニウム単結晶層（８）が形成され、前記窒
化アルミニウム単結晶層上に中間層第２層としてB/Al組
成比を連続的あるいは段階的に増加させたホウ素含有窒
化アルミニウム単結晶傾斜組成層（９）が形成され、前
記ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層上にホ
ウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層の最上部の
組成と同じかまたはより高いB/Al組成比を有するホウ素
含有窒化アルミニウム単結晶薄膜（１０）が形成された
構造をもつことを特徴とする、ホウ素含有窒化アルミニ
ウム単結晶薄膜。 - 【請求項５】 ホウ素含有窒化アルミニウム単結晶傾斜
組成層がBαAl1-αNβ（0.0001≦α≦x、0.85≦β≦1.0
5）なる組成範囲内で連続的あるいは段階的に増加したB
/Al組成比とウルツ鉱型結晶構造を有し、前記ホウ素含
有窒化アルミニウム単結晶傾斜組成層上に形成されたホ
ウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜がBxAl1-xNy（0.0
01≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）なる組成と、ウルツ鉱型
結晶構造を有することを特徴とする請求項３および請求
項４に記載のホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜。 - 【請求項６】 単結晶基板としてダイヤモンド、Si、サ
ファイア、六方晶SiC、立方晶SiC、MgOを使用すること
特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、請求項４、
請求項５に記載のホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄
膜。 - 【請求項７】 窒化アルミニウム単結晶薄膜、ホウ素含
有窒化アルミニウム単結晶薄膜の形成法として、MOCVD
法、スパッタ法、MBE法、プラズマCVD法のいずれかを用
いることを特徴とする請求項１、請求項２、請求項３、
請求項４、請求項５、請求項６に記載のホウ素含有窒化
アルミニウム単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項８】 アルミニウム、ホウ素、窒化アルミニウ
ム、窒化ホウ素、アルミニウム−ホウ素合金の中から選
ばれた材料をターゲットとして、窒素またはアンモニア
を含むガス雰囲気で、スパッタ法によってBxAl1-xN
y（0.0001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）のホウ素含有窒化
アルミニウム単結晶薄膜を基板上に形成することを特徴
とするホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜の製造方
法。 - 【請求項９】 アルミニウム源として、アルミニウムを
含有する有機金属化合物を、ホウ素源として、ホウ素を
含有するハロゲン化物または水素化物または有機金属化
合物または金属アルコキシドをそれぞれ水素または希ガ
スで希釈して原料として供給し、窒素源として窒素また
はアンモニアガスを供給し、MOCVD法によってBxAl1-xNy
（0.0001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）のホウ素含有窒化
アルミニウム単結晶薄膜を基板上に形成することを特徴
とするホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜の製造方
法。 - 【請求項１０】 ホウ素、アルミニウム源として、それ
ぞれホウ素およびアルミニウムを含有するハロゲン化物
または水素化物または有機金属化合物または金属アルコ
キシドを水素または希ガスで希釈して原料として供給
し、窒素源として窒素またはアンモニアガスを供給し、
プラズマCVD法によってBxAl1-xNy（0.0001≦x≦0.7、0.
85≦y≦1.05）のホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄
膜を基板上に形成することを特徴とするホウ素含有窒化
アルミニウム単結晶薄膜の製造方法。 - 【請求項１１】 アルミニウム源、ホウ素源としてアル
ミニウム、ホウ素、窒化アルミニウム、窒化ホウ素、ア
ルミニウム−ホウ素合金の中から選ばれた材料を電子ビ
ーム蒸発源あるいはKセル（クヌーセンセル）を用いて
供給し、窒素源としてN2、またはNH3を原料としRFイオ
ン源あるいはECRイオン源を用いて供給し、MBE法によっ
てBxAl1-xNy（0.0001≦x≦0.7、0.85≦y≦1.05）のホウ
素含有窒化アルミニウム単結晶薄膜を基板上に形成する
ことを特徴とするホウ素含有窒化アルミニウム単結晶薄
膜の製造方法。
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| DE69521409T DE69521409T2 (de) | 1995-03-01 | 1995-11-21 | Boraluminiumnitrid-Beschichtung und Verfahren zu ihrer Herstellung |
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|---|---|---|---|
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|---|---|
| JPH08239752A true JPH08239752A (ja) | 1996-09-17 |
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| US6593679B2 (en) | 2000-09-27 | 2003-07-15 | Seiko Epson Corporation | Surface acoustic wave element, frequency filter, frequency oscillator, electronic circuit, and electronic apparatus |
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-
1995
- 1995-03-01 JP JP04168795A patent/JP3716440B2/ja not_active Expired - Fee Related
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