窒化アルミニウム薄膜およびその製造方法
【課題】平坦で薄いＡｌＮ薄膜およびその製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌＮ薄膜２は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む。該ＡｌＮ薄膜２は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ以上１０ｗｔ％以下含むＡｌＮ焼結体を真空チャンバ内にセットし、基材１を真空チャンバ内にセットした状態で、ＡｌＮ焼結体にレーザを照射することで発生したプラズマを用いて基材１上に形成可能である。
【解決手段】ＡｌＮ薄膜２は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む。該ＡｌＮ薄膜２は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ以上１０ｗｔ％以下含むＡｌＮ焼結体を真空チャンバ内にセットし、基材１を真空チャンバ内にセットした状態で、ＡｌＮ焼結体にレーザを照射することで発生したプラズマを用いて基材１上に形成可能である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子の絶縁障壁層として使用可能な窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」とも称する）薄膜およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮは、物理的および化学的に安定した素材であり、また絶縁性、圧電性等の優れた特性をも有しているので、様々な用途に使用されている。ＡｌＮの使用例の一例として、トンネル磁気抵抗素子の絶縁障壁層としてＡｌＮ薄膜を使用したものが、たとえばＡｓａｈｉ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＩＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８９，２３２５１１（２００６）に記載されている。上記文献では、低温（７７Ｋ）ではあるものの、ＧａＣｒＮ／ＡｌＮ／ＧａＣｒＮ強磁性半導体トンネル接合においてＴＭＲ効果が確認されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ａｓａｈｉ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＩＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８９，２３２５１１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強磁性体や超電導体によるトンネル磁気抵抗素子においては、トンネル障壁を形成する薄い絶縁障壁層の均一性を確保することが困難である。このことが、トンネル磁気抵抗素子の高性能化（たとえばリーク電流が少なく高ＯＮ／ＯＦＦ比であること）や高再現性を困難なものとしている。
【０００５】
一般に、どのような薄膜を作製する際においても、均一で平坦な極薄膜（数ｎｍ程度）を作製するのは困難である。これまでは、ＡｌやＭｇを薄く蒸着したものを後から酸化するなどして得られたＡｌＯｘ，ＭｇＯ等でのみ、高い再現性の実現に成功している。これは、ＡｌやＭｇがともに酸化され易いことによるものであるが、窒化物に関しては、金属薄膜を形成した後に窒化するような手法は困難であり、高い再現性で窒化膜を形成可能な手法は確立されていない。
【０００６】
現行のＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）の読取へッドや不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）においては、両側強磁性電極層として金属や合金が用いられてきた。
【０００７】
ところが、両側強磁性電極層としてＧａＴＭＡｓ（ＴＭ：遷移金属磁性イオン）やＧａＴＭＮ等の強磁性半導体やハーフメタル材料を用いることで、より高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができ、また化合物半導体をベースとすることで、磁気的特性と光学的特性とを絡み合わせた全く新しい機能デバイスの実現をも期待できる。
【０００８】
両側強磁性電極層としてＧａＴＭＡｓやＧａＴＭＮ等の強磁性半導体を用いるトンネル磁気抵抗素子において、絶縁障壁層に用いる材料としては、格子整合性が良好で、絶縁性も高いＡｌＮが有望である。
【０００９】
しかし、上述のように均一かつ平坦で薄い窒化膜を高い再現性で形成可能な手法は確立されておらず、当然ながらＡｌＮについても、均一かつ平坦で薄いＡｌＮを高い再現性で形成可能な手法は確立されていない。
【００１０】
上記文献では、３ｎｍの厚みの薄いＡｌＮ絶縁障壁層を形成できたことが報告されているが、該ＡｌＮ絶縁障壁層の平坦性については言及されていない。またＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真を見る限りにおいては、特に下面の平坦性が良好ではなく、やはり平坦で薄いＡｌＮ薄膜の形成は困難であるといえる。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、平坦で薄いＡｌＮ薄膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、不可避不純物ではない元素を積極的に窒化アルミニウムに添加することで窒化アルミニウム薄膜の平坦性を向上させようとするものである。より具体的には、本発明に係る窒化アルミニウム薄膜は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことを特徴とする。
【００１３】
上記添加元素としては、たとえば炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を挙げることができる。好ましくは、上記添加元素は、炭素やシリコンのようなＩＶ族元素の１種以上である。
【００１４】
本発明に係る窒化アルミニウム薄膜の製造方法は、次の各工程を備える。ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下（特に、Ｇｅ、Ｓｎについては０．００１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下が好ましい。）含む窒化アルミニウム焼結体を真空チャンバ内にセットする。基材を真空チャンバ内にセットする。窒化アルミニウム焼結体にレーザを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを利用して基材上に上記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する。
【００１５】
上記添加元素を含む窒化アルミニウム焼結体は、たとえば０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の上記添加元素の粉末と、窒化アルミニウムの粉末とを混合して成形した成形体を、窒素雰囲気の真空容器内で焼成することで作製可能である。添加元素としては、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を挙げることができる。
【００１６】
上記基材としては、ＧａＮ等の化合物半導体で構成される化合物半導体基板や、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体で構成される絶縁体基板を使用することができる。そして、該基材を加熱しながら上記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成することが好ましい。
【００１７】
上記真空チャンバ内を窒素雰囲気とすることが好ましい。また、上記プラズマは、たとえば固体からの爆発的な粒子放出を伴うプラズマ現象であるアブレーションプラズマである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、不可避不純物ではない元素を積極的に窒化アルミニウムに添加するこにより、窒化アルミニウム薄膜の平坦性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜の断面図である。
【図２】ＰＬＤ製膜装置の概略構成図を示す図である。
【図３】トンネル磁気抵抗素子の動作原理を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるトンネル磁気抵抗素子の構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。
（実施の形態１）
まず、図１と図２を用いて本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜２を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、ＡｌＮ薄膜２は、基材１上に形成される。基材１の材質としては、導電体、絶縁体、半導体あるいはこれらを組合せた素材等の様々な材質が考えられる。ＡｌＮ薄膜２の厚みは、典型的には１０ｎｍ以下程度（たとえば５ｎｍ程度）であるので、通常はＡｌＮ薄膜２を保持可能な基材が必要となる。
【００２２】
上記ＡｌＮ薄膜２には、不可避不純物ではない元素を積極的に添加する。それにより、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上することができる。ＡｌＮ薄膜２への添加元素としては、たとえばＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を挙げることができる。具体的には、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を添加元素として使用することができる。好ましくは、添加元素として炭素やシリコンのようなＩＶ族元素を少なくとも１種以上使用する。
【００２３】
ＡｌＮ薄膜２への添加元素の添加量は、不可避不純物とはいえない程度の量であればよく、具体的には０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下とすればよい。
【００２４】
次に、本実施の形態１のＡｌＮ薄膜２の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、窒化アルミニウム薄膜の形成に使用可能なＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）製膜装置の概略構成図である。
【００２５】
ここで、図２を用いて、ＰＬＤ製膜装置１０の概略構成について説明する。図２に示すように、ＰＬＤ製膜装置１０は、レーザ光を照射可能なレーザ光源１１と、真空チャンバ１２と、ターゲットとなる焼結体原料１４を載置可能なステージ１５と、該ステージ１５を駆動可能なパルスモータ１３と、基材１を保持可能な保持部１６と、パルスモータ１３やレーザ光源１１の動作制御を行なうことが可能な制御部１７と、反射高速電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）１８と、真空チャンバ１２内にガスを供給するガス供給部１９と、保持部１６に設置され基材１を加熱可能なヒータとを備える。なお、ＰＬＤ製膜装置１０は、上記以外の様々な要素を含むが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００２６】
まず、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むＡｌＮ焼結体を作製する。
【００２７】
たとえば、ＩＶ族元素である炭素粉末を１０ｗｔ％と、９０ｗｔ％のＡｌＮ粉末とを混合してプレス成形にて成形体を作製し、該成形体を窒素雰囲気の真空容器内（１０−６Ｔｏｒｒの圧力下）において２０００℃で２時間焼成することでＡｌＮ焼結体を作製する。なお、炭素粉末の代わりに、１０ｗｔ％のシリコン粉末（ＩＶ族元素）や、合計で１０ｗｔ％のシリコン粉末と炭素粉末との混合粉末を使用することもできる。
【００２８】
上記のようにして得られたＡｌＮ焼結体を、図２に示す真空チャンバ１２内にセットする。具体的には、図２に示すステージ１５上にセットする。
【００２９】
次に、製膜対象物である基材１を、真空チャンバ１２内に設置された保持部１６の表面上であって上記ＡｌＮ焼結体と対向する位置にセットする。
【００３０】
基材１としては、直径１インチ（約２．５ｃｍ）程度のＧａＮ等の化合物半導体で構成される化合物半導体基板や、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体で構成される絶縁体基板を使用する。
【００３１】
このとき、基材１の表面は平坦な状態にしておくことが好ましい。たとえば、単位面積当たりの平均表面粗さをＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）で表した値が０．１ｎｍ以下程度の平坦な状態であることが好ましい。基材１の表面を平坦な状態とすることも、ＡｌＮ薄膜２の表面の平坦性向上に寄与し得る。
【００３２】
次に、レーザ光源１１から放射されるレーザ光を、焼結体原料１４である上記のＡｌＮ焼結体に照射する。なお、レーザとしては、たとえば発振波長が２４８ｎｍ、パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚ、パルス当たりのエネルギーが１〜３Ｊ／ｓｈｏｔのＫｒＦエキシマレーザを使用することができる。また、発振波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用することもできる。
【００３３】
このとき、真空チャンバ１２内は、窒素雰囲気とし、１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−６Ｔｏｒｒ以下程度の真空状態としておく。真空チャンバ１２内を窒素雰囲気とすることにより、ＡｌＮ薄膜２の形成の際に窒素を補給することができる。なお、真空チャンバ１２内には、ガス供給部１９により窒素を供給することができる。
【００３４】
レーザ光をＡｌＮ焼結体に照射するに際し、上記のような短波長のレーザを用いることが好ましい。短波長のレーザを用いた場合には吸収係数が大きくなるので、ＡｌＮ焼結体の表面近傍でレーザ光のほとんどが吸収されることとなる。その結果、ＡｌＮ焼結体の表面温度が急激に上昇し、真空チャンバ１２内で、アブレーションプラズマ（固体からの爆発的な粒子放出を伴うプラズマ）を生成することができる。プラズマ中に含まれるアブレーション粒子は、再結合や雰囲気ガスとの衝突・反応などにより状態を変化させながら基材１へと移動する。そして、基材１に到達した各粒子は、基材１上を拡散し、安定なサイトに落ち着いて薄膜となる。それにより、基材１上に、上記のような添加元素を含むＡｌＮ薄膜２を成長させることができる。
【００３５】
上記ＡｌＮ薄膜２の成長の際には、基材１を加熱しながら上記添加元素を含むＡｌＮ薄膜２を形成することが好ましい。たとえば、８００℃程度の温度に基材１を加熱することが好ましい。基材１を加熱するには、真空チャンバ１２に設置した上述のヒータを用いればよいが、基材１に電流を流す等の他の手法で基材１を加熱することもできる。
【００３６】
なお、ＡｌＮ薄膜２の膜厚は、真空チャンバ１２に取付けた反射高速電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）１８の振動によりモニタすることができる。
【００３７】
本願発明者等は、上述の手法で実際に、直径１インチ（約２．５ｃｍ）のＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素やシリコンを１０ｗｔ％含む約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を作製し、表面粗さを測定したので、その結果について下記の表１を用いて説明する。
【００３８】
成長後のＡｌＮ薄膜２の表面の観察には原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた。ＡｌＮ薄膜２の表面における５０μｍ×５０μｍの大きさの領域を単位面積の領域とし、複数の単位面積の領域を選定する。そして、これらの領域における表面粗さを測定し、平均粗さを算出した。この値を単位面積当たりの表面粗さとし、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）で表した。その結果を下記の表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１において、比較例は、炭素やシリコンのような元素を添加することなくＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例１は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素を１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例２は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、シリコンを１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例３は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素とシリコンとを合計で１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例である。
【００４１】
表１に示すように、実施例１〜３のいずれも、比較例よりも格段に平坦度が良好であることがわかる。したがって、不可避不純物ではない元素を積極的に添加することにより、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できることがわかる。
【００４２】
なお、炭素やシリコンはＩＶ族元素であるので、炭素やシリコン以外のＩＶ族元素を添加した場合も、同様にＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できるものと考えられる。また、炭素とシリコンの双方をＡｌＮ薄膜２に添加した場合も、良好な平坦性が得られているので、複数種の元素を添加した場合も、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できるものと考えられる。さらに、Ｖ族元素やＩＩＩ族元素は、ＩＶ族元素と近い性質を有していることから、炭素やシリコンの場合と同様の効果を期待できる。また、各元素の添加量としては、不可避不純物と区別ができる程度の量、つまり０．００１ｗｔ％以上であれば、上記のような効果を期待できる。
（実施の形態２）
次に、図３（ａ），（ｂ）と図４を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図３（ａ），（ｂ）は、トンネル磁気抵抗素子の動作原理を説明するための模式図であり、図４は、本実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜２を適用したトンネル磁気抵抗素子の構造例を示す断面図である。
【００４３】
上述のＡｌＮ薄膜２は、トンネル磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子のような磁気抵抗を利用した機能デバイス、発光ダイオードやレーザダイオードのような発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、スピンＦＥＴ、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）等の各種トランジスタのような様々な電子デバイスに適用可能であると考えられる。
【００４４】
ここで、本発明のＡｌＮ薄膜２の適用例の一例として、本発明のＡｌＮ薄膜２をトンネル磁気抵抗素子に適用した場合について説明する。
【００４５】
まず、図３（ａ），（ｂ）を用いて、トンネル磁気抵抗素子の動作原理について説明する。
【００４６】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、トンネル障壁層２０を間に挟むように第１と第２強磁性電極層３０，４０を形成する。この第１と第２強磁性電極層３０，４０の一方が固定層、他方が記録層となる。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、第１と第２強磁性電極層３０，４０の磁化の向きが平行な平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が小さくなる。その結果、電子がトンネル障壁層２０を通過することができ、電極間に電流が流れる。
【００４８】
他方、図３（ｂ）に示すように、第１と第２強磁性電極層３０，４０の磁化の向きが平行な反平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が大きくなる。そのため、トンネル構造の界面で電子が散乱され、電極間に電流は流れない。
【００４９】
次に、図４を用いて、上述のＡｌＮ薄膜２を適用したトンネル磁気抵抗素子の構造例について説明する。
【００５０】
図４の例では、トンネル磁気抵抗素子は、基板８上に形成される。基板８としては、たとえばＧａＮ基板のような半導体基板を使用することができる。
【００５１】
基板８上に、第１強磁性電極層３と、トンネル障壁層としてのＡｌＮ薄膜２と、第２強磁性電極層４とを順次形成する。第１と第２強磁性電極層３，４としては、たとえばＧａＴＭＡｓ（ＴＭ：遷移金属磁性イオン）やＧａＴＭＮを使用することができる。ＡｌＮ薄膜２は前述の手法で形成することができ、第１と第２強磁性電極層３，４は、たとえばＰＬＤ法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、スパッタリング法で形成することができる。
【００５２】
上記第１強磁性電極層３、ＡｌＮ薄膜２、第２強磁性電極層４は、各層を形成した後に、それぞれ所定形状にパターニングする。また、第１強磁性電極層３の形成後に、第１強磁性電極層３上に導電層（電極）５を形成する。導電層５は、ＡｌＮ薄膜２と重ならない位置に形成する。該導電層５は、Ｃｕ等の金属材料で構成することができ、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法等により金属材料層を形成した後、該金属材料層を所定形状にパターニングすることにより形成可能である。その後、当該積層構造を覆うようにＣＶＤ法等によりシリコン酸化物等の絶縁層７を形成する。この絶縁層７に、たとえばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を施し、第２強磁性電極層４の表面を露出させる。
【００５３】
次に、第２強磁性電極層４上に、導電層（電極）を形成する。この導電層も、ＡｌＮ薄膜２と重ならない位置に形成する。該導電層も、Ｃｕ等の金属材料で構成することができ、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法等により金属材料層を形成した後、該金属材料層を所定形状にパターニングすることにより形成可能である。
【００５４】
以上の工程を経て、図４に示すトンネル磁気抵抗素子を形成することができる。本実施の形態２のトンネル磁気抵抗素子は、トンネル障壁層として、上述のように平坦で、格子整合性も良好で、絶縁性にも優れたＡｌＮ薄膜２を備えているので、リーク電流を低減しながら高ＯＮ／ＯＦＦ比を実現することができる。
【００５５】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての点での例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 基材、２ ＡｌＮ薄膜、３ 第１強磁性電極層、４ 第２強磁性電極層、５ 導電層、７ 絶縁層、８ 基板、１０ ＰＬＤ製膜装置、１１ レーザ光源、１２ 真空チャンバ、１３ パルスモータ、１４ 焼結体原料、１５ ステージ、１６ 保持部、１７ 制御部、１８ 反射高速電子線回折装置、１９ ガス供給部、２０ トンネル障壁層。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえばトンネル磁気抵抗（ＴＭＲ：ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ）素子の絶縁障壁層として使用可能な窒化アルミニウム（以下、「ＡｌＮ」とも称する）薄膜およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌＮは、物理的および化学的に安定した素材であり、また絶縁性、圧電性等の優れた特性をも有しているので、様々な用途に使用されている。ＡｌＮの使用例の一例として、トンネル磁気抵抗素子の絶縁障壁層としてＡｌＮ薄膜を使用したものが、たとえばＡｓａｈｉ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＩＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８９，２３２５１１（２００６）に記載されている。上記文献では、低温（７７Ｋ）ではあるものの、ＧａＣｒＮ／ＡｌＮ／ＧａＣｒＮ強磁性半導体トンネル接合においてＴＭＲ効果が確認されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】Ａｓａｈｉ ｅｔ ａｌ．，ＡＰＰＬＩＥＤ ＰＨＩＳＩＣＳ ＬＥＴＴＥＲＳ ８９，２３２５１１（２００６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
強磁性体や超電導体によるトンネル磁気抵抗素子においては、トンネル障壁を形成する薄い絶縁障壁層の均一性を確保することが困難である。このことが、トンネル磁気抵抗素子の高性能化（たとえばリーク電流が少なく高ＯＮ／ＯＦＦ比であること）や高再現性を困難なものとしている。
【０００５】
一般に、どのような薄膜を作製する際においても、均一で平坦な極薄膜（数ｎｍ程度）を作製するのは困難である。これまでは、ＡｌやＭｇを薄く蒸着したものを後から酸化するなどして得られたＡｌＯｘ，ＭｇＯ等でのみ、高い再現性の実現に成功している。これは、ＡｌやＭｇがともに酸化され易いことによるものであるが、窒化物に関しては、金属薄膜を形成した後に窒化するような手法は困難であり、高い再現性で窒化膜を形成可能な手法は確立されていない。
【０００６】
現行のＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）の読取へッドや不揮発性磁気メモリ（ＭＲＡＭ：Ｍａｇｎｅｔｏｒｅｓｉｓｔｉｖｅ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）においては、両側強磁性電極層として金属や合金が用いられてきた。
【０００７】
ところが、両側強磁性電極層としてＧａＴＭＡｓ（ＴＭ：遷移金属磁性イオン）やＧａＴＭＮ等の強磁性半導体やハーフメタル材料を用いることで、より高いＯＮ／ＯＦＦ比を得ることができ、また化合物半導体をベースとすることで、磁気的特性と光学的特性とを絡み合わせた全く新しい機能デバイスの実現をも期待できる。
【０００８】
両側強磁性電極層としてＧａＴＭＡｓやＧａＴＭＮ等の強磁性半導体を用いるトンネル磁気抵抗素子において、絶縁障壁層に用いる材料としては、格子整合性が良好で、絶縁性も高いＡｌＮが有望である。
【０００９】
しかし、上述のように均一かつ平坦で薄い窒化膜を高い再現性で形成可能な手法は確立されておらず、当然ながらＡｌＮについても、均一かつ平坦で薄いＡｌＮを高い再現性で形成可能な手法は確立されていない。
【００１０】
上記文献では、３ｎｍの厚みの薄いＡｌＮ絶縁障壁層を形成できたことが報告されているが、該ＡｌＮ絶縁障壁層の平坦性については言及されていない。またＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）写真を見る限りにおいては、特に下面の平坦性が良好ではなく、やはり平坦で薄いＡｌＮ薄膜の形成は困難であるといえる。
【００１１】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、平坦で薄いＡｌＮ薄膜およびその製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、不可避不純物ではない元素を積極的に窒化アルミニウムに添加することで窒化アルミニウム薄膜の平坦性を向上させようとするものである。より具体的には、本発明に係る窒化アルミニウム薄膜は、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことを特徴とする。
【００１３】
上記添加元素としては、たとえば炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を挙げることができる。好ましくは、上記添加元素は、炭素やシリコンのようなＩＶ族元素の１種以上である。
【００１４】
本発明に係る窒化アルミニウム薄膜の製造方法は、次の各工程を備える。ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下（特に、Ｇｅ、Ｓｎについては０．００１ｗｔ％以上５ｗｔ％以下が好ましい。）含む窒化アルミニウム焼結体を真空チャンバ内にセットする。基材を真空チャンバ内にセットする。窒化アルミニウム焼結体にレーザを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを利用して基材上に上記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する。
【００１５】
上記添加元素を含む窒化アルミニウム焼結体は、たとえば０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の上記添加元素の粉末と、窒化アルミニウムの粉末とを混合して成形した成形体を、窒素雰囲気の真空容器内で焼成することで作製可能である。添加元素としては、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を挙げることができる。
【００１６】
上記基材としては、ＧａＮ等の化合物半導体で構成される化合物半導体基板や、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体で構成される絶縁体基板を使用することができる。そして、該基材を加熱しながら上記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成することが好ましい。
【００１７】
上記真空チャンバ内を窒素雰囲気とすることが好ましい。また、上記プラズマは、たとえば固体からの爆発的な粒子放出を伴うプラズマ現象であるアブレーションプラズマである。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、不可避不純物ではない元素を積極的に窒化アルミニウムに添加するこにより、窒化アルミニウム薄膜の平坦性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜の断面図である。
【図２】ＰＬＤ製膜装置の概略構成図を示す図である。
【図３】トンネル磁気抵抗素子の動作原理を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２におけるトンネル磁気抵抗素子の構造例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の実施の形態について図１〜図４を用いて説明する。
（実施の形態１）
まず、図１と図２を用いて本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜２を示す断面図である。
【００２１】
図１に示すように、ＡｌＮ薄膜２は、基材１上に形成される。基材１の材質としては、導電体、絶縁体、半導体あるいはこれらを組合せた素材等の様々な材質が考えられる。ＡｌＮ薄膜２の厚みは、典型的には１０ｎｍ以下程度（たとえば５ｎｍ程度）であるので、通常はＡｌＮ薄膜２を保持可能な基材が必要となる。
【００２２】
上記ＡｌＮ薄膜２には、不可避不純物ではない元素を積極的に添加する。それにより、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上することができる。ＡｌＮ薄膜２への添加元素としては、たとえばＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を挙げることができる。具体的には、炭素（Ｃ）、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）、リン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、ホウ素（Ｂ）、スズ（Ｓｎ）、アンチモン（Ｓｂ）から選ばれた少なくとも１種の元素を添加元素として使用することができる。好ましくは、添加元素として炭素やシリコンのようなＩＶ族元素を少なくとも１種以上使用する。
【００２３】
ＡｌＮ薄膜２への添加元素の添加量は、不可避不純物とはいえない程度の量であればよく、具体的には０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下とすればよい。
【００２４】
次に、本実施の形態１のＡｌＮ薄膜２の製造方法について、図２を用いて説明する。図２は、窒化アルミニウム薄膜の形成に使用可能なＰＬＤ（Ｐｕｌｓｅｄ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）製膜装置の概略構成図である。
【００２５】
ここで、図２を用いて、ＰＬＤ製膜装置１０の概略構成について説明する。図２に示すように、ＰＬＤ製膜装置１０は、レーザ光を照射可能なレーザ光源１１と、真空チャンバ１２と、ターゲットとなる焼結体原料１４を載置可能なステージ１５と、該ステージ１５を駆動可能なパルスモータ１３と、基材１を保持可能な保持部１６と、パルスモータ１３やレーザ光源１１の動作制御を行なうことが可能な制御部１７と、反射高速電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）１８と、真空チャンバ１２内にガスを供給するガス供給部１９と、保持部１６に設置され基材１を加熱可能なヒータとを備える。なお、ＰＬＤ製膜装置１０は、上記以外の様々な要素を含むが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００２６】
まず、ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むＡｌＮ焼結体を作製する。
【００２７】
たとえば、ＩＶ族元素である炭素粉末を１０ｗｔ％と、９０ｗｔ％のＡｌＮ粉末とを混合してプレス成形にて成形体を作製し、該成形体を窒素雰囲気の真空容器内（１０−６Ｔｏｒｒの圧力下）において２０００℃で２時間焼成することでＡｌＮ焼結体を作製する。なお、炭素粉末の代わりに、１０ｗｔ％のシリコン粉末（ＩＶ族元素）や、合計で１０ｗｔ％のシリコン粉末と炭素粉末との混合粉末を使用することもできる。
【００２８】
上記のようにして得られたＡｌＮ焼結体を、図２に示す真空チャンバ１２内にセットする。具体的には、図２に示すステージ１５上にセットする。
【００２９】
次に、製膜対象物である基材１を、真空チャンバ１２内に設置された保持部１６の表面上であって上記ＡｌＮ焼結体と対向する位置にセットする。
【００３０】
基材１としては、直径１インチ（約２．５ｃｍ）程度のＧａＮ等の化合物半導体で構成される化合物半導体基板や、Ａｌ２Ｏ３等の絶縁体で構成される絶縁体基板を使用する。
【００３１】
このとき、基材１の表面は平坦な状態にしておくことが好ましい。たとえば、単位面積当たりの平均表面粗さをＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）で表した値が０．１ｎｍ以下程度の平坦な状態であることが好ましい。基材１の表面を平坦な状態とすることも、ＡｌＮ薄膜２の表面の平坦性向上に寄与し得る。
【００３２】
次に、レーザ光源１１から放射されるレーザ光を、焼結体原料１４である上記のＡｌＮ焼結体に照射する。なお、レーザとしては、たとえば発振波長が２４８ｎｍ、パルス繰り返し周波数が１０Ｈｚ、パルス当たりのエネルギーが１〜３Ｊ／ｓｈｏｔのＫｒＦエキシマレーザを使用することができる。また、発振波長が１９３ｎｍのＡｒＦエキシマレーザを使用することもできる。
【００３３】
このとき、真空チャンバ１２内は、窒素雰囲気とし、１×１０−３Ｔｏｒｒ〜１×１０−６Ｔｏｒｒ以下程度の真空状態としておく。真空チャンバ１２内を窒素雰囲気とすることにより、ＡｌＮ薄膜２の形成の際に窒素を補給することができる。なお、真空チャンバ１２内には、ガス供給部１９により窒素を供給することができる。
【００３４】
レーザ光をＡｌＮ焼結体に照射するに際し、上記のような短波長のレーザを用いることが好ましい。短波長のレーザを用いた場合には吸収係数が大きくなるので、ＡｌＮ焼結体の表面近傍でレーザ光のほとんどが吸収されることとなる。その結果、ＡｌＮ焼結体の表面温度が急激に上昇し、真空チャンバ１２内で、アブレーションプラズマ（固体からの爆発的な粒子放出を伴うプラズマ）を生成することができる。プラズマ中に含まれるアブレーション粒子は、再結合や雰囲気ガスとの衝突・反応などにより状態を変化させながら基材１へと移動する。そして、基材１に到達した各粒子は、基材１上を拡散し、安定なサイトに落ち着いて薄膜となる。それにより、基材１上に、上記のような添加元素を含むＡｌＮ薄膜２を成長させることができる。
【００３５】
上記ＡｌＮ薄膜２の成長の際には、基材１を加熱しながら上記添加元素を含むＡｌＮ薄膜２を形成することが好ましい。たとえば、８００℃程度の温度に基材１を加熱することが好ましい。基材１を加熱するには、真空チャンバ１２に設置した上述のヒータを用いればよいが、基材１に電流を流す等の他の手法で基材１を加熱することもできる。
【００３６】
なお、ＡｌＮ薄膜２の膜厚は、真空チャンバ１２に取付けた反射高速電子線回折装置（ＲＨＥＥＤ）１８の振動によりモニタすることができる。
【００３７】
本願発明者等は、上述の手法で実際に、直径１インチ（約２．５ｃｍ）のＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素やシリコンを１０ｗｔ％含む約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を作製し、表面粗さを測定したので、その結果について下記の表１を用いて説明する。
【００３８】
成長後のＡｌＮ薄膜２の表面の観察には原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を用いた。ＡｌＮ薄膜２の表面における５０μｍ×５０μｍの大きさの領域を単位面積の領域とし、複数の単位面積の領域を選定する。そして、これらの領域における表面粗さを測定し、平均粗さを算出した。この値を単位面積当たりの表面粗さとし、ＲＭＳ（Ｒｏｏｔ Ｍｅａｎ Ｓｑｕａｒｅ）で表した。その結果を下記の表１に示す。
【００３９】
【表１】
【００４０】
上記表１において、比較例は、炭素やシリコンのような元素を添加することなくＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例１は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素を１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例２は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、シリコンを１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例であり、実施例３は、ＧａＮ基板上とＡｌ２Ｏ３基板上とに、炭素とシリコンとを合計で１０ｗｔ％含み残部がＡｌＮおよび不可避不純物である約５ｎｍの厚みのＡｌＮ薄膜２を成長させた例である。
【００４１】
表１に示すように、実施例１〜３のいずれも、比較例よりも格段に平坦度が良好であることがわかる。したがって、不可避不純物ではない元素を積極的に添加することにより、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できることがわかる。
【００４２】
なお、炭素やシリコンはＩＶ族元素であるので、炭素やシリコン以外のＩＶ族元素を添加した場合も、同様にＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できるものと考えられる。また、炭素とシリコンの双方をＡｌＮ薄膜２に添加した場合も、良好な平坦性が得られているので、複数種の元素を添加した場合も、ＡｌＮ薄膜２の平坦性を向上できるものと考えられる。さらに、Ｖ族元素やＩＩＩ族元素は、ＩＶ族元素と近い性質を有していることから、炭素やシリコンの場合と同様の効果を期待できる。また、各元素の添加量としては、不可避不純物と区別ができる程度の量、つまり０．００１ｗｔ％以上であれば、上記のような効果を期待できる。
（実施の形態２）
次に、図３（ａ），（ｂ）と図４を用いて本発明の実施の形態２について説明する。図３（ａ），（ｂ）は、トンネル磁気抵抗素子の動作原理を説明するための模式図であり、図４は、本実施の形態１におけるＡｌＮ薄膜２を適用したトンネル磁気抵抗素子の構造例を示す断面図である。
【００４３】
上述のＡｌＮ薄膜２は、トンネル磁気抵抗素子や巨大磁気抵抗素子のような磁気抵抗を利用した機能デバイス、発光ダイオードやレーザダイオードのような発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）、スピンＦＥＴ、ＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｏｂｉｌｉｔｙ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ：高電子移動度トランジスタ）等の各種トランジスタのような様々な電子デバイスに適用可能であると考えられる。
【００４４】
ここで、本発明のＡｌＮ薄膜２の適用例の一例として、本発明のＡｌＮ薄膜２をトンネル磁気抵抗素子に適用した場合について説明する。
【００４５】
まず、図３（ａ），（ｂ）を用いて、トンネル磁気抵抗素子の動作原理について説明する。
【００４６】
図３（ａ），（ｂ）に示すように、トンネル障壁層２０を間に挟むように第１と第２強磁性電極層３０，４０を形成する。この第１と第２強磁性電極層３０，４０の一方が固定層、他方が記録層となる。
【００４７】
図３（ａ）に示すように、第１と第２強磁性電極層３０，４０の磁化の向きが平行な平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が小さくなる。その結果、電子がトンネル障壁層２０を通過することができ、電極間に電流が流れる。
【００４８】
他方、図３（ｂ）に示すように、第１と第２強磁性電極層３０，４０の磁化の向きが平行な反平行磁化の場合には、トンネル構造の界面における法線方向に関する素子の電気抵抗が大きくなる。そのため、トンネル構造の界面で電子が散乱され、電極間に電流は流れない。
【００４９】
次に、図４を用いて、上述のＡｌＮ薄膜２を適用したトンネル磁気抵抗素子の構造例について説明する。
【００５０】
図４の例では、トンネル磁気抵抗素子は、基板８上に形成される。基板８としては、たとえばＧａＮ基板のような半導体基板を使用することができる。
【００５１】
基板８上に、第１強磁性電極層３と、トンネル障壁層としてのＡｌＮ薄膜２と、第２強磁性電極層４とを順次形成する。第１と第２強磁性電極層３，４としては、たとえばＧａＴＭＡｓ（ＴＭ：遷移金属磁性イオン）やＧａＴＭＮを使用することができる。ＡｌＮ薄膜２は前述の手法で形成することができ、第１と第２強磁性電極層３，４は、たとえばＰＬＤ法や分子線エピタキシ（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、スパッタリング法で形成することができる。
【００５２】
上記第１強磁性電極層３、ＡｌＮ薄膜２、第２強磁性電極層４は、各層を形成した後に、それぞれ所定形状にパターニングする。また、第１強磁性電極層３の形成後に、第１強磁性電極層３上に導電層（電極）５を形成する。導電層５は、ＡｌＮ薄膜２と重ならない位置に形成する。該導電層５は、Ｃｕ等の金属材料で構成することができ、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法等により金属材料層を形成した後、該金属材料層を所定形状にパターニングすることにより形成可能である。その後、当該積層構造を覆うようにＣＶＤ法等によりシリコン酸化物等の絶縁層７を形成する。この絶縁層７に、たとえばＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理を施し、第２強磁性電極層４の表面を露出させる。
【００５３】
次に、第２強磁性電極層４上に、導電層（電極）を形成する。この導電層も、ＡｌＮ薄膜２と重ならない位置に形成する。該導電層も、Ｃｕ等の金属材料で構成することができ、たとえばＣＶＤ法やスパッタリング法等により金属材料層を形成した後、該金属材料層を所定形状にパターニングすることにより形成可能である。
【００５４】
以上の工程を経て、図４に示すトンネル磁気抵抗素子を形成することができる。本実施の形態２のトンネル磁気抵抗素子は、トンネル障壁層として、上述のように平坦で、格子整合性も良好で、絶縁性にも優れたＡｌＮ薄膜２を備えているので、リーク電流を低減しながら高ＯＮ／ＯＦＦ比を実現することができる。
【００５５】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示した実施の形態はすべての点での例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。
【符号の説明】
【００５６】
１ 基材、２ ＡｌＮ薄膜、３ 第１強磁性電極層、４ 第２強磁性電極層、５ 導電層、７ 絶縁層、８ 基板、１０ ＰＬＤ製膜装置、１１ レーザ光源、１２ 真空チャンバ、１３ パルスモータ、１４ 焼結体原料、１５ ステージ、１６ 保持部、１７ 制御部、１８ 反射高速電子線回折装置、１９ ガス供給部、２０ トンネル障壁層。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことを特徴とする窒化アルミニウム薄膜。
【請求項２】
前記添加元素は、炭素、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、リン、砒素、ホウ素、スズ、アンチモンから選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項１に記載の窒化アルミニウム薄膜。
【請求項３】
前記添加元素は、炭素とシリコンの少なくとも一方である、請求項１または請求項２に記載の窒化アルミニウム薄膜。
【請求項４】
ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む窒化アルミニウム焼結体を真空チャンバ内にセットする工程と、
基材を前記真空チャンバ内にセットする工程と、
前記窒化アルミニウム焼結体にレーザを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを用いて前記基材上に前記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する工程と、
を備えた、窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記添加元素を含む窒化アルミニウム焼結体は、０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の前記添加元素の粉末と、前記窒化アルミニウムの粉末とを混合して成形した成形体を、窒素雰囲気の真空容器内で焼成することにより作製される、請求項４に記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記添加元素は、炭素、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、リン、砒素、ホウ素、スズ、アンチモンから選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項４または請求項５に記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記基材は、化合物半導体基板あるいは絶縁体基板であり、前記基材を加熱しながら前記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する、請求項４から請求項６のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記真空チャンバ内を窒素雰囲気とし、
前記プラズマは、アブレーションプラズマである、請求項４から請求項７のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項１】
ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含むことを特徴とする窒化アルミニウム薄膜。
【請求項２】
前記添加元素は、炭素、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、リン、砒素、ホウ素、スズ、アンチモンから選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項１に記載の窒化アルミニウム薄膜。
【請求項３】
前記添加元素は、炭素とシリコンの少なくとも一方である、請求項１または請求項２に記載の窒化アルミニウム薄膜。
【請求項４】
ＩＩＩ族元素、ＩＶ族元素およびＶ族元素から選ばれた１種以上の添加元素を０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下含む窒化アルミニウム焼結体を真空チャンバ内にセットする工程と、
基材を前記真空チャンバ内にセットする工程と、
前記窒化アルミニウム焼結体にレーザを照射してプラズマを発生させ、該プラズマを用いて前記基材上に前記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する工程と、
を備えた、窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項５】
前記添加元素を含む窒化アルミニウム焼結体は、０．００１ｗｔ％以上１０ｗｔ％以下の前記添加元素の粉末と、前記窒化アルミニウムの粉末とを混合して成形した成形体を、窒素雰囲気の真空容器内で焼成することにより作製される、請求項４に記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項６】
前記添加元素は、炭素、シリコン、ゲルマニウム、ガリウム、インジウム、リン、砒素、ホウ素、スズ、アンチモンから選ばれた少なくとも１種の元素である、請求項４または請求項５に記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項７】
前記基材は、化合物半導体基板あるいは絶縁体基板であり、前記基材を加熱しながら前記添加元素を含む窒化アルミニウム薄膜を形成する、請求項４から請求項６のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【請求項８】
前記真空チャンバ内を窒素雰囲気とし、
前記プラズマは、アブレーションプラズマである、請求項４から請求項７のいずれかに記載の窒化アルミニウム薄膜の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００９−２２８１３１（Ｐ２００９−２２８１３１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１２０３８（Ｐ２００９−１２０３８）
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月８日（２００９．１０．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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