薄膜基板の製造方法
【課題】ＳＣＡＭ（ＳｃＡｌＭｇＯ４：スカンジウム・アルミニウム・マグネシウム・オキサイド）結晶基板の簡便かつ安価な製造方法を提供する。
【解決手段】サファイア（０００１）の薄膜成膜用基板１を真空チャンバー内に導入し、導入後に、パルスドレーザー蒸着法によって、フラックスをターゲットとして、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２を作製し、その後スカンジウム（Ｓ）、アルミニウム（Ａ）及びマグネシウム（Ｍ）を含むＳＡＭ成分をターゲットとして、薄膜成膜用基板１をフラックスが溶融する温度で加熱しながら薄膜成膜用基板の薄膜上にＳＡＭ成分の薄膜３を積層して、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【解決手段】サファイア（０００１）の薄膜成膜用基板１を真空チャンバー内に導入し、導入後に、パルスドレーザー蒸着法によって、フラックスをターゲットとして、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２を作製し、その後スカンジウム（Ｓ）、アルミニウム（Ａ）及びマグネシウム（Ｍ）を含むＳＡＭ成分をターゲットとして、薄膜成膜用基板１をフラックスが溶融する温度で加熱しながら薄膜成膜用基板の薄膜上にＳＡＭ成分の薄膜３を積層して、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エレクトロニクス分野におけるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体や酸化亜鉛などの薄膜基板を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳｃＡｌＭｇＯ４（スカンジウム・アルミニウム・マグネシウム・オキサイド）（以下「ＳＣＡＭ」という。）の単結晶薄膜基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとするＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体薄膜や、青色発光ダイオード及びレーザーダイオードの新しい材料として期待されている酸化亜鉛などと非常に格子整合性が良いことから注目されており、また使用もされてきている。
例えば、ＳＣＡＭ基板上に窒化ガリウムのヘテロエピタキシャル膜を作製すると、このヘテロエピタキシャル膜の特性は現行のサファイア基板を用いた場合と比較し、結晶性や光学特性において優位性があることが知られている（非特許文献１参照）。
また、ＳＣＡＭ基板への酸化亜鉛薄膜のヘテロエピタキシャルを作製した場合においても、従来のサファイア基板では成し得なかった特性が得られることなどが報告されている（非特許文献２参照）。
さらに、ＳＣＡＭ基板上への酸化亜鉛薄膜のヘテロエピタキシャルによって青色発光が観察されたことなども報告され始めている（非特許文献３参照）。
これらの開示技術から、今後、ＳＣＡＭ基板の量産化、大型化、低価格化及び高品質化などが求められることが容易に推測することができる。
しかしながら、ＳＣＡＭ基板の材料となるＳＣＡＭ単結晶は構成成分が多く、融点が高いこともあって、単結晶育成自体が難しく、高品質化、大型化などは困難を極める。そして、単結晶の原料であるスカンジウムは非常に高価であるため、単結晶及び薄膜成長用基板も高価なものとなっている。また、サファイアなどの単結晶基板に直接ＳＣＡＭのヘテロエピタキシーをパルスドレーザーデポジション（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、モレキュラービームエキタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などで試みたが、エピタキシャル成長をさせることが困難であった。
【非特許文献１】Ｅ．Ｓ．Ｈｅｌｌｍａｎ ｅｔ ａｌ， ＭＩＪ−ＮＳＲ Ｖｏｌ．１，Ａｒｔｉｃｌｅ １．（１９９６）
【非特許文献２】Ａ．Ｏｈｔｏｍｏ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７５，２６３５（１９９９）
【非特許文献３】Ａｔｓｕｓｈｉ Ｔｓｕｋａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｖｏｌ．４，４２，（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＳＣＡＭ単結晶は、前項で述べたように単結晶の育成や高品質化、大型化、低価格化が非常に難しく、さらに窒化ガリウムのようにサファイア基板などの単結晶基板上へのヘテロエピタキシャル成長も困難である。
本発明の目的は、簡便にかつ安価にＳＣＡＭ結晶基板を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、全く新しい方法であるフラックス・メディエイデッド・エピタキシー（Ｆｌｕｘ−Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を開発し、この方法によって、ＳＣＡＭ結晶表面を持つ薄膜基板の作製が簡便にかつ安価に行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明は、結晶系が三方晶系若しくは六方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板又は結晶系が立方晶系の（１１１）面を有する薄膜成膜用基板上に、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムを溶解することできる溶解成分であるフラックスと、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分（以下「ＳＡＭ成分」という。）とを用いて薄膜を形成する成膜工程と、成膜中に又は成膜後に上記フラックスを除く除去工程を備えているものである。
【０００６】
本発明は、上記フラックスを用いて成膜してから、上記フラックスが溶融する温度を保ちながらＳＡＭ成分を用いて薄膜成膜用基板上に成膜する方法、上記フラックスとＳＡＭ成分とを同時に上記フラックスが溶融する温度を保ちながら薄膜成膜用基板上に成膜する方法、上記薄膜成膜用基板上に上記フラックスと、上記ＳＡＭ成分とをそれぞれ用いて成膜した後に、上記フラックス及びＳＡＭ成分の各薄膜を有する薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で熱処理する方法、上記薄膜成膜用基板上にフラックスを成膜した後に、フラックスが溶融する温度で熱処理しながらＳＡＭ成分を用いて成膜する方法などを含む。
本発明は、上記フラックスを介して目的とするＳＣＡＭの薄膜を基板上にエピタキシャル成長させる方法である。
【０００７】
本発明に使用する結晶系が三方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板として、例えばサファイア（０００１）基板などを使用する。また、結晶系が六方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板として、例えば酸化亜鉛、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、ランタンアルミネート、ネオジウムアルミネートなどを使用する。さらに、結晶系が立方晶系の（１１１）面を有する薄膜成膜用基板としては、例えばＹＳＺ、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、マグネシウムアルミネート（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、酸化イットリウム、（ＬａＡｌＯ３）０．３−（ＳｒＡｌ０．５Ｔａ０．５Ｏ３）０．７（ＬＳＡＴ）、シリコンなどを使用する。
上記薄膜成膜用基板はどの材質でもＳＣＡＭの成長が期待できるが、サファイア、ＹＳＺ、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウムなどが品質とコストの面で有望である。
本発明は、フラックスと、ＳＡＭ成分とを用いてフラックスが溶融する温度で成膜するか、又は成膜後に薄膜基板を上記フラックスが溶融する温度で熱処理することにより、フラックスを介して目的とするＳＣＡＭの薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる。
【０００８】
上記フラックスとしては、酸化鉛、フッ化鉛、酸化ビスマス、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ナトリウム、酸化ホウ素、フッ化アルミニウム、酸化バナジウム、酸化バリウムなどやそれらの混合物から選択されるが、溶解度や蒸気圧、ＳＡＭ成分との反応性、環境保全の面から酸化ビスマスを含むものが望ましい。また、上記フラックスの蒸気圧、粘度、反応性を有効的に調整するために、フラックスに添加物を添加することが望ましい。
添加物は、亜鉛、アルミニウム、銅、カルシウム又はマグネシウムなどを使用する。添加物として、例えば酸化銅（ＣｕＯ）をフラックス量の０〜５％添加して成膜を行うことは、ＳＣＡＭ単結晶の薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる観点から望ましい。
成膜工程において使用するターゲットは、フラックスを焼結した焼結体ターゲット、ＳＡＭ成分の単結晶又は各成分を混合して焼結した焼結体ターゲット、フラックスとＳＡＭ成分をそれぞれ所定の比率で酸化物の形で混合して焼結した焼結体ターゲットなどが用いられる。
混合ターゲットにおけるフラックスの混合量は、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分の量の１〜１５倍程度の範囲が望ましい。この範囲より少ないと、ＳＣＡＭの成長が不十分になり、上記範囲より多いと、ＳＣＡＭの成長が遅すぎて生産的でない。混合比率として、フラックスが例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）であれば、ビスマス：スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝８：１：１：１（Ｂｉ：ＳＡＭ成分＝８：１）とすることが、ＳＣＡＭの薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる観点から望ましい。
本発明において、フラックスと、ＳＡＭ成分とをそれぞれターゲットとしたり、又はフラックスとＳＡＭ成分をそれぞれ混合して焼結した焼結体ターゲットなどを用いて、このターゲット表面に例えばパルスドレーザー光を照射して、ターゲット表面の材料を瞬間的に分離・剥離し、プラズマされた原子や分子を上記薄膜成膜用基板上に堆積させて薄膜を作製する。
ＳＡＭ成分のターゲットは、上述したようにスカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムをそれぞれ所定の比率で酸化物の形で混合して焼結した焼結体であっても、またＳＣＡＭ単結晶であっても良い。スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムの比率を１：１：１よりもスカンジウムを０〜５％の範囲で過剰として添加したり、予め薄膜成膜用基板に成膜しておくことで、エピタキシャル成長し易いマグネシウムアルミネート（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの不純物の成長を抑制することができる。
【０００９】
本発明は、温度条件や圧力条件、フラックス材やその量などをコントロールすることによって、フラックスと新たに成長したＳＣＡＭ結晶との界面で溶解と結晶化の過程を可逆的に制御及び促進させ、ついには表面にＳＣＡＭ結晶薄膜を構成させることを特徴とする製造方法である。
フラックス、ＳＡＭ成分を用いて成膜する際の基板温度は、成膜後に薄膜基板に対して熱処理を施す実施形態の場合においては、薄膜が堆積する温度であれば特に問わない。しかし、フラックスと、目的とするＳＡＭ成分との比率を制御し易くし、さらに成膜の時間短縮につなげる観点からも、ＳＡＭ成分を用いて成膜する際の温度について、上記フラックスが溶融する温度に設定することが効果的である。成膜時の際の温度、そして成膜後の熱処理の温度としては、フラックスの蒸発や器などとの反応性、設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃程度が望ましい。
また成膜時の上記真空チャンバー内は酸素雰囲気とし、圧力は４００〜１３００Ｐａが望ましい。
フラックスの除去工程において、基板温度を上記フラックスが溶融する温度に設定し加熱によって蒸発させる方法が望ましいが、加熱によらずに、減圧によって除去したり、溶液により除去する方法などを必要に応じて選択する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フラックスと、ＳＡＭ成分とを用いて成膜することにより、簡便にかつ安価にＳＣＡＭ結晶基板を提供することができる。
本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体薄膜や、酸化亜鉛薄膜の格子整合基板として使用することにより、発光デバイスの高品質化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
図１に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、例えばサファイア（０００１）の薄膜成膜用基板１を用い、この基板を前処理後（有機溶剤などによる洗浄をした後）、真空チャンバー内に導入する。導入後に、パルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）によって、フラックスの薄膜２を作製する。フラックスの薄膜２の作製後、ＳＡＭ成分をターゲットとして、薄膜成膜用基板１をフラックスが溶融する温度で加熱しながら薄膜成膜用基板上にＳＡＭ成分の薄膜３を形成することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板が作製される。
成膜中のフラックスが溶融する温度としては、フラックスなどとの反応性や設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲が望ましい。
【００１２】
図２に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、この真空チャンバー内の温度を室温に保ちながらパルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）によって、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２と、ＳＡＭ成分の薄膜３を積層状態に作製し、作製後に薄膜２，３を有する薄膜成膜用基板１を真空チャンバーより取り出して、フラックスを除去するために、大気中にて所定の共晶温度で熱処理をすることにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板が作製される。
熱処理のための温度は、フラックスなどとの反応性や設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲が望ましい。
図２では、加熱工程に入る前に、薄膜成膜用基板１のフラックスの薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３が（ＳＡＭ成分／フラックスの順で）成膜されているが、成膜の順序を逆にしても良い。
また、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２を成膜した後、薄膜２を有する薄膜成膜用基板１を共晶温度以上共晶温度＋５００℃以下で熱処理をしながら、薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３を積層状態に作製し、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製しても良い。
【００１３】
図３に示すＳＣＡＭ薄膜基板は、フラックスとＳＡＭ成分とを所定比率で混合した混合ターゲットを用い、このような混合ターゲット表面にパルスドレーザー光を照射して、薄膜成膜用基板１上に成膜したものである。
すなわち、フラックスとして例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を選択し、ビスマスとＳＡＭ成分とを所定比率で混合した焼結体ターゲットを用いる。薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、導入後に図１に示す製造方法と同様に、この薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で加熱しながら、薄膜成膜用基板上にフラックス及びＳＡＭ成分に基づく薄膜５を成膜して、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【００１４】
図４に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法は、フラックス例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）のターゲット、フラックスの添加物例えば酸化銅（ＣｕＯ）のターゲット及びＳＡＭ成分のターゲットを用いてＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
すなわち、図１に示す製造方法と同様に、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、導入後に薄膜成膜用基板上に酸化銅（ＣｕＯ）の薄膜６を成膜し、この薄膜上にフラックス（酸化ビスマス）の薄膜２を作製し、薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で加熱しながら、薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３を成膜することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
なお、酸化銅（ＣｕＯ）などを添加した場合には、作製された基板の表面の少量の添加物が残存することがあるので、その場合には溶液処理や研磨などによって除去する。
【００１５】
図５に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の焼結体ターゲット、フラックスである酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）のターゲット及びＳＡＭ成分のターゲットを用いてＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
すなわち、図１に示す製造方法と同様に、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、薄膜成膜用基板上に酸化スカンジウムの薄膜７を成膜した後、この薄膜上にフラックス（酸化ビスマス）の薄膜２を作製する。そして薄膜成膜用基板１を加熱しながら、ＳＡＭ成分の薄膜３を成膜することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例について、必要に応じて比較例を参照しながら説明する。
実施例１〜１３及び比較例１〜６における成膜の評価を表１に示す。
（実施例１）
薄膜成膜用基板にはサファイア単結晶基板（０００１）を用いた。薄膜成膜用基板を洗浄後、乾燥し、真空チャンバーに導入した。フラックスには酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を用い、添加物として酸化銅（ＣｕＯ）をフラックス量に対し０〜５％添加した。酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）及び酸化銅（ＣｕＯ）の各ターゲットは焼結体を用いた。
ＳＡＭ成分においては、スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１となるように酸化物の形で混合した後、焼結体ターゲットとして用いた。
酸化ビスマス、酸化銅及びＳＡＭ成分の各焼結体ターゲットに基づく成膜は、別々に行った。
基板温度をフラックスが溶融する温度に熱して薄膜成膜用基板上に成膜した。成膜温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃以下の温度範囲で行い、酸素雰囲気で４００〜１３００Ｐａとなるようにした。
成膜方法は、パルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いた。
成膜順は、上面側から下側に向けてＳＡＭ成分／Ｂｉ２Ｏ３／ＣｕＯ／サファイアとなるようにして成膜を行った。ＳＡＭ成分を１μｍ以下の膜厚だけ成膜した後に、薄膜基板ごと急冷し、これを真空チャンバーより取り出した。
取り出した薄膜基板はＸ線回折装置を用いてθ・２θスキャンを行った。Ｘ線回折測定結果とＪＣＰＤＳカードのＮｏ．４０−１３９３とを照らし合わせた結果から、表１に示すように、ＳＣＡＭ＜００１＞のピークが確認され、サファイア単結晶基板上にＳＣＡＭがエピタキシャルに成長していることが確認された。
【００１７】
（比較例１）
実施例１において、フラックスなしで成膜した後、基板のＸ線回折測定結果によれば、ＳＣＡＭのピークは観察されなかった。
【００１８】
（実施例２）
実施例２では、実施例１において成膜中に行う加熱工程を成膜後に行うものである。
酸化ビスマス、酸化銅及びＳＡＭ成分のそれぞれを用いて行う成膜時の温度を室温（約２０℃）とし、成膜後に基板を真空チャンバーより取り出してから、大気中にて共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲で熱処理をした。
その結果、表１に示すように実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００１９】
（比較例２）
実施例２における熱処理温度を共晶温度よりも低い温度で熱処理を行った。
しかし、表１に示すようにＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２０】
（比較例３）
実施例２における熱処理温度を共晶温度よりも６００℃以上の温度で熱処理した。
しかし、表１に示すようにＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２１】
（実施例３）
実施例３では、実施例１に示すように各ターゲットを用いて成膜を別々に行うのではなく、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）とＳＡＭ成分を混合ターゲット（混合比率 Ｂｉ: ＳＡＭ成分＝８：１）（Ｂｉ＆ＳＡＭ成分）として、上面側から下側に向けてＢｉ＆ＳＡＭ成分／ＣｕＯ／サファイアとなるようにして成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例１よりもＳＣＡＭ＜００１＞のピーク強度が増加し、さらに実施例１で見られたような目的とするＳＣＡＭ以外のＭｇＡｌ２Ｏ４や酸化マグネシウムなどのピーク（以下「不純物ピーク」という。）の強度が減少した。
【００２２】
（比較例４）
実施例３における混合ターゲットの比率の違うもの（Ｂｉ: ＳＡＭ成分＝１：８）を用いた。
しかし、表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２３】
（比較例５）
実施例３における基板温度を共晶温度よりも低い温度で成膜を行った。
しかし、表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２４】
（実施例４）
実施例１において、スカンジウムを酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の形でＳＡＭ成分に対し０〜５％過剰になるように、ＳＡＭ成分／Ｂｉ２Ｏ３／ＣｕＯ／Ｓｃ２Ｏ３／サファイアの順で成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、さらに実施例１で見られたような目的以外の不純物ピークの発生が抑えられた。
【００２５】
（比較例６）
実施例４において、スカンジウムをＳＡＭ成分に対し１０％過剰になるように成膜を行った。
表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例１で見られたような目的以外の不純物ピークの発生は抑えられたものの、過剰に加えたＳｃ２Ｏ３＜１１１＞のエピタキシャル成長が新たに起こっていることが確認された。
【００２６】
（実施例５）
実施例３において、スカンジウムを酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の形でＳＡＭ成分に対し０〜５％過剰になるように、Ｂｉ＆ＳＣＡＭ／ＣｕＯ／Ｓｃ２Ｏ３／サファイアの順で成膜を行った。
その結果、表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、さらに実施例３で観察されたような不純物ピークが見られなかった。
【００２７】
（実施例６）
実施例３における基板をＹＳＺ（１１１）に変更して（置き換えて）成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００２８】
（実施例７）
実施例３における基板をＺｎＯ（０００１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００２９】
（実施例８）
実施例３における基板をＺｎＯ（０００−１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３０】
（実施例９）
実施例３における基板をＳｒＴｉＯ３（１１１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３１】
（実施例１０）
実施例３における基板をＭｇＯ（１１１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３２】
（実施例１１）
実施例１において、フラックスの成膜のみ室温で行い、その後に温度や圧力などの条件を実施例１のそれと同じにして、ＳＡＭ成分の成膜を行った。
その結果、表１に示すように、実施例１と同様に、基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３３】
（実施例１２）
実施例２における基板をＹＳＺ（１１１）に変更したところ、表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３４】
（実施例１３）
実施例３において、成膜順をＢｉ＆ＳＡＭ成分／ＣｕＯ／Ｂｉ＆ＳＣＡＭ／サファイアの順で成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例３よりもＳＣＡＭ＜００１＞のピーク強度が多少強くなった。
【００３５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態により製造されたＳＣＡＭ薄膜基板を示す正面図である。
【図４】本発明に係る第４の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図５】本発明に係る第５の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 薄膜成膜用基板
２ フラックスの薄膜
３ ＳＡＭ成分の薄膜
４ ＳＣＡＭ単結晶膜
５ フラックス及びＳＡＭ成分に基づく薄膜
６ ＣｕＯの薄膜
７ 酸化スカンジウムの薄膜
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光エレクトロニクス分野におけるＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体や酸化亜鉛などの薄膜基板を製造する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＳｃＡｌＭｇＯ４（スカンジウム・アルミニウム・マグネシウム・オキサイド）（以下「ＳＣＡＭ」という。）の単結晶薄膜基板は、窒化ガリウム（ＧａＮ）をはじめとするＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体薄膜や、青色発光ダイオード及びレーザーダイオードの新しい材料として期待されている酸化亜鉛などと非常に格子整合性が良いことから注目されており、また使用もされてきている。
例えば、ＳＣＡＭ基板上に窒化ガリウムのヘテロエピタキシャル膜を作製すると、このヘテロエピタキシャル膜の特性は現行のサファイア基板を用いた場合と比較し、結晶性や光学特性において優位性があることが知られている（非特許文献１参照）。
また、ＳＣＡＭ基板への酸化亜鉛薄膜のヘテロエピタキシャルを作製した場合においても、従来のサファイア基板では成し得なかった特性が得られることなどが報告されている（非特許文献２参照）。
さらに、ＳＣＡＭ基板上への酸化亜鉛薄膜のヘテロエピタキシャルによって青色発光が観察されたことなども報告され始めている（非特許文献３参照）。
これらの開示技術から、今後、ＳＣＡＭ基板の量産化、大型化、低価格化及び高品質化などが求められることが容易に推測することができる。
しかしながら、ＳＣＡＭ基板の材料となるＳＣＡＭ単結晶は構成成分が多く、融点が高いこともあって、単結晶育成自体が難しく、高品質化、大型化などは困難を極める。そして、単結晶の原料であるスカンジウムは非常に高価であるため、単結晶及び薄膜成長用基板も高価なものとなっている。また、サファイアなどの単結晶基板に直接ＳＣＡＭのヘテロエピタキシーをパルスドレーザーデポジション（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法や、モレキュラービームエキタキシー（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法などで試みたが、エピタキシャル成長をさせることが困難であった。
【非特許文献１】Ｅ．Ｓ．Ｈｅｌｌｍａｎ ｅｔ ａｌ， ＭＩＪ−ＮＳＲ Ｖｏｌ．１，Ａｒｔｉｃｌｅ １．（１９９６）
【非特許文献２】Ａ．Ｏｈｔｏｍｏ ｅｔ ａｌ，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．Ｖｏｌ．７５，２６３５（１９９９）
【非特許文献３】Ａｔｓｕｓｈｉ Ｔｓｕｋａｚａｋｉ ｅｔ ａｌ，Ｎａｔｕｒｅ Ｍａｔｅｒｉａｌ，Ｖｏｌ．４，４２，（２００５）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ＳＣＡＭ単結晶は、前項で述べたように単結晶の育成や高品質化、大型化、低価格化が非常に難しく、さらに窒化ガリウムのようにサファイア基板などの単結晶基板上へのヘテロエピタキシャル成長も困難である。
本発明の目的は、簡便にかつ安価にＳＣＡＭ結晶基板を製造することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明者は、鋭意研究を重ねた結果、全く新しい方法であるフラックス・メディエイデッド・エピタキシー（Ｆｌｕｘ−Ｍｅｄｉａｔｅｄ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を開発し、この方法によって、ＳＣＡＭ結晶表面を持つ薄膜基板の作製が簡便にかつ安価に行えることを見出し、本発明を完成するに至った。
【０００５】
本発明は、結晶系が三方晶系若しくは六方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板又は結晶系が立方晶系の（１１１）面を有する薄膜成膜用基板上に、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム、酸化マグネシウムを溶解することできる溶解成分であるフラックスと、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分（以下「ＳＡＭ成分」という。）とを用いて薄膜を形成する成膜工程と、成膜中に又は成膜後に上記フラックスを除く除去工程を備えているものである。
【０００６】
本発明は、上記フラックスを用いて成膜してから、上記フラックスが溶融する温度を保ちながらＳＡＭ成分を用いて薄膜成膜用基板上に成膜する方法、上記フラックスとＳＡＭ成分とを同時に上記フラックスが溶融する温度を保ちながら薄膜成膜用基板上に成膜する方法、上記薄膜成膜用基板上に上記フラックスと、上記ＳＡＭ成分とをそれぞれ用いて成膜した後に、上記フラックス及びＳＡＭ成分の各薄膜を有する薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で熱処理する方法、上記薄膜成膜用基板上にフラックスを成膜した後に、フラックスが溶融する温度で熱処理しながらＳＡＭ成分を用いて成膜する方法などを含む。
本発明は、上記フラックスを介して目的とするＳＣＡＭの薄膜を基板上にエピタキシャル成長させる方法である。
【０００７】
本発明に使用する結晶系が三方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板として、例えばサファイア（０００１）基板などを使用する。また、結晶系が六方晶系のＣ面を有する薄膜成膜用基板として、例えば酸化亜鉛、シリコンカーバイド、窒化ガリウム、ランタンアルミネート、ネオジウムアルミネートなどを使用する。さらに、結晶系が立方晶系の（１１１）面を有する薄膜成膜用基板としては、例えばＹＳＺ、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウム、マグネシウムアルミネート（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、酸化イットリウム、（ＬａＡｌＯ３）０．３−（ＳｒＡｌ０．５Ｔａ０．５Ｏ３）０．７（ＬＳＡＴ）、シリコンなどを使用する。
上記薄膜成膜用基板はどの材質でもＳＣＡＭの成長が期待できるが、サファイア、ＹＳＺ、チタン酸ストロンチウム、酸化マグネシウムなどが品質とコストの面で有望である。
本発明は、フラックスと、ＳＡＭ成分とを用いてフラックスが溶融する温度で成膜するか、又は成膜後に薄膜基板を上記フラックスが溶融する温度で熱処理することにより、フラックスを介して目的とするＳＣＡＭの薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる。
【０００８】
上記フラックスとしては、酸化鉛、フッ化鉛、酸化ビスマス、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化ナトリウム、酸化ホウ素、フッ化アルミニウム、酸化バナジウム、酸化バリウムなどやそれらの混合物から選択されるが、溶解度や蒸気圧、ＳＡＭ成分との反応性、環境保全の面から酸化ビスマスを含むものが望ましい。また、上記フラックスの蒸気圧、粘度、反応性を有効的に調整するために、フラックスに添加物を添加することが望ましい。
添加物は、亜鉛、アルミニウム、銅、カルシウム又はマグネシウムなどを使用する。添加物として、例えば酸化銅（ＣｕＯ）をフラックス量の０〜５％添加して成膜を行うことは、ＳＣＡＭ単結晶の薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる観点から望ましい。
成膜工程において使用するターゲットは、フラックスを焼結した焼結体ターゲット、ＳＡＭ成分の単結晶又は各成分を混合して焼結した焼結体ターゲット、フラックスとＳＡＭ成分をそれぞれ所定の比率で酸化物の形で混合して焼結した焼結体ターゲットなどが用いられる。
混合ターゲットにおけるフラックスの混合量は、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分の量の１〜１５倍程度の範囲が望ましい。この範囲より少ないと、ＳＣＡＭの成長が不十分になり、上記範囲より多いと、ＳＣＡＭの成長が遅すぎて生産的でない。混合比率として、フラックスが例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）であれば、ビスマス：スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝８：１：１：１（Ｂｉ：ＳＡＭ成分＝８：１）とすることが、ＳＣＡＭの薄膜を薄膜成膜用基板上に成長させる観点から望ましい。
本発明において、フラックスと、ＳＡＭ成分とをそれぞれターゲットとしたり、又はフラックスとＳＡＭ成分をそれぞれ混合して焼結した焼結体ターゲットなどを用いて、このターゲット表面に例えばパルスドレーザー光を照射して、ターゲット表面の材料を瞬間的に分離・剥離し、プラズマされた原子や分子を上記薄膜成膜用基板上に堆積させて薄膜を作製する。
ＳＡＭ成分のターゲットは、上述したようにスカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムをそれぞれ所定の比率で酸化物の形で混合して焼結した焼結体であっても、またＳＣＡＭ単結晶であっても良い。スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムの比率を１：１：１よりもスカンジウムを０〜５％の範囲で過剰として添加したり、予め薄膜成膜用基板に成膜しておくことで、エピタキシャル成長し易いマグネシウムアルミネート（ＭｇＡｌ２Ｏ４）などの不純物の成長を抑制することができる。
【０００９】
本発明は、温度条件や圧力条件、フラックス材やその量などをコントロールすることによって、フラックスと新たに成長したＳＣＡＭ結晶との界面で溶解と結晶化の過程を可逆的に制御及び促進させ、ついには表面にＳＣＡＭ結晶薄膜を構成させることを特徴とする製造方法である。
フラックス、ＳＡＭ成分を用いて成膜する際の基板温度は、成膜後に薄膜基板に対して熱処理を施す実施形態の場合においては、薄膜が堆積する温度であれば特に問わない。しかし、フラックスと、目的とするＳＡＭ成分との比率を制御し易くし、さらに成膜の時間短縮につなげる観点からも、ＳＡＭ成分を用いて成膜する際の温度について、上記フラックスが溶融する温度に設定することが効果的である。成膜時の際の温度、そして成膜後の熱処理の温度としては、フラックスの蒸発や器などとの反応性、設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃程度が望ましい。
また成膜時の上記真空チャンバー内は酸素雰囲気とし、圧力は４００〜１３００Ｐａが望ましい。
フラックスの除去工程において、基板温度を上記フラックスが溶融する温度に設定し加熱によって蒸発させる方法が望ましいが、加熱によらずに、減圧によって除去したり、溶液により除去する方法などを必要に応じて選択する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、フラックスと、ＳＡＭ成分とを用いて成膜することにより、簡便にかつ安価にＳＣＡＭ結晶基板を提供することができる。
本発明によれば、ＩＩＩ−Ｖ族窒化物半導体薄膜や、酸化亜鉛薄膜の格子整合基板として使用することにより、発光デバイスの高品質化及び低コスト化を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の最良の形態について図面を参照して説明する。
図１に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、例えばサファイア（０００１）の薄膜成膜用基板１を用い、この基板を前処理後（有機溶剤などによる洗浄をした後）、真空チャンバー内に導入する。導入後に、パルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）によって、フラックスの薄膜２を作製する。フラックスの薄膜２の作製後、ＳＡＭ成分をターゲットとして、薄膜成膜用基板１をフラックスが溶融する温度で加熱しながら薄膜成膜用基板上にＳＡＭ成分の薄膜３を形成することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板が作製される。
成膜中のフラックスが溶融する温度としては、フラックスなどとの反応性や設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲が望ましい。
【００１２】
図２に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、この真空チャンバー内の温度を室温に保ちながらパルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）によって、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２と、ＳＡＭ成分の薄膜３を積層状態に作製し、作製後に薄膜２，３を有する薄膜成膜用基板１を真空チャンバーより取り出して、フラックスを除去するために、大気中にて所定の共晶温度で熱処理をすることにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板が作製される。
熱処理のための温度は、フラックスなどとの反応性や設備の面から共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲が望ましい。
図２では、加熱工程に入る前に、薄膜成膜用基板１のフラックスの薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３が（ＳＡＭ成分／フラックスの順で）成膜されているが、成膜の順序を逆にしても良い。
また、薄膜成膜用基板１上にフラックスの薄膜２を成膜した後、薄膜２を有する薄膜成膜用基板１を共晶温度以上共晶温度＋５００℃以下で熱処理をしながら、薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３を積層状態に作製し、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製しても良い。
【００１３】
図３に示すＳＣＡＭ薄膜基板は、フラックスとＳＡＭ成分とを所定比率で混合した混合ターゲットを用い、このような混合ターゲット表面にパルスドレーザー光を照射して、薄膜成膜用基板１上に成膜したものである。
すなわち、フラックスとして例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を選択し、ビスマスとＳＡＭ成分とを所定比率で混合した焼結体ターゲットを用いる。薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、導入後に図１に示す製造方法と同様に、この薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で加熱しながら、薄膜成膜用基板上にフラックス及びＳＡＭ成分に基づく薄膜５を成膜して、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【００１４】
図４に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法は、フラックス例えば酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）のターゲット、フラックスの添加物例えば酸化銅（ＣｕＯ）のターゲット及びＳＡＭ成分のターゲットを用いてＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
すなわち、図１に示す製造方法と同様に、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、導入後に薄膜成膜用基板上に酸化銅（ＣｕＯ）の薄膜６を成膜し、この薄膜上にフラックス（酸化ビスマス）の薄膜２を作製し、薄膜成膜用基板をフラックスが溶融する温度で加熱しながら、薄膜２上にＳＡＭ成分の薄膜３を成膜することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
なお、酸化銅（ＣｕＯ）などを添加した場合には、作製された基板の表面の少量の添加物が残存することがあるので、その場合には溶液処理や研磨などによって除去する。
【００１５】
図５に示す本発明に係る薄膜基板の製造方法において、酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の焼結体ターゲット、フラックスである酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）のターゲット及びＳＡＭ成分のターゲットを用いてＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
すなわち、図１に示す製造方法と同様に、薄膜成膜用基板１を前処理してから真空チャンバー内へ導入し、薄膜成膜用基板上に酸化スカンジウムの薄膜７を成膜した後、この薄膜上にフラックス（酸化ビスマス）の薄膜２を作製する。そして薄膜成膜用基板１を加熱しながら、ＳＡＭ成分の薄膜３を成膜することにより、ＳＣＡＭ単結晶膜４を有するＳＣＡＭ薄膜基板を作製する。
【実施例】
【００１６】
以下、実施例について、必要に応じて比較例を参照しながら説明する。
実施例１〜１３及び比較例１〜６における成膜の評価を表１に示す。
（実施例１）
薄膜成膜用基板にはサファイア単結晶基板（０００１）を用いた。薄膜成膜用基板を洗浄後、乾燥し、真空チャンバーに導入した。フラックスには酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）を用い、添加物として酸化銅（ＣｕＯ）をフラックス量に対し０〜５％添加した。酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）及び酸化銅（ＣｕＯ）の各ターゲットは焼結体を用いた。
ＳＡＭ成分においては、スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１となるように酸化物の形で混合した後、焼結体ターゲットとして用いた。
酸化ビスマス、酸化銅及びＳＡＭ成分の各焼結体ターゲットに基づく成膜は、別々に行った。
基板温度をフラックスが溶融する温度に熱して薄膜成膜用基板上に成膜した。成膜温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃以下の温度範囲で行い、酸素雰囲気で４００〜１３００Ｐａとなるようにした。
成膜方法は、パルスドレーザー蒸着法（ＰＬＤ法）を用いた。
成膜順は、上面側から下側に向けてＳＡＭ成分／Ｂｉ２Ｏ３／ＣｕＯ／サファイアとなるようにして成膜を行った。ＳＡＭ成分を１μｍ以下の膜厚だけ成膜した後に、薄膜基板ごと急冷し、これを真空チャンバーより取り出した。
取り出した薄膜基板はＸ線回折装置を用いてθ・２θスキャンを行った。Ｘ線回折測定結果とＪＣＰＤＳカードのＮｏ．４０−１３９３とを照らし合わせた結果から、表１に示すように、ＳＣＡＭ＜００１＞のピークが確認され、サファイア単結晶基板上にＳＣＡＭがエピタキシャルに成長していることが確認された。
【００１７】
（比較例１）
実施例１において、フラックスなしで成膜した後、基板のＸ線回折測定結果によれば、ＳＣＡＭのピークは観察されなかった。
【００１８】
（実施例２）
実施例２では、実施例１において成膜中に行う加熱工程を成膜後に行うものである。
酸化ビスマス、酸化銅及びＳＡＭ成分のそれぞれを用いて行う成膜時の温度を室温（約２０℃）とし、成膜後に基板を真空チャンバーより取り出してから、大気中にて共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲で熱処理をした。
その結果、表１に示すように実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００１９】
（比較例２）
実施例２における熱処理温度を共晶温度よりも低い温度で熱処理を行った。
しかし、表１に示すようにＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２０】
（比較例３）
実施例２における熱処理温度を共晶温度よりも６００℃以上の温度で熱処理した。
しかし、表１に示すようにＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２１】
（実施例３）
実施例３では、実施例１に示すように各ターゲットを用いて成膜を別々に行うのではなく、酸化ビスマス（Ｂｉ２Ｏ３）とＳＡＭ成分を混合ターゲット（混合比率 Ｂｉ: ＳＡＭ成分＝８：１）（Ｂｉ＆ＳＡＭ成分）として、上面側から下側に向けてＢｉ＆ＳＡＭ成分／ＣｕＯ／サファイアとなるようにして成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例１よりもＳＣＡＭ＜００１＞のピーク強度が増加し、さらに実施例１で見られたような目的とするＳＣＡＭ以外のＭｇＡｌ２Ｏ４や酸化マグネシウムなどのピーク（以下「不純物ピーク」という。）の強度が減少した。
【００２２】
（比較例４）
実施例３における混合ターゲットの比率の違うもの（Ｂｉ: ＳＡＭ成分＝１：８）を用いた。
しかし、表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２３】
（比較例５）
実施例３における基板温度を共晶温度よりも低い温度で成膜を行った。
しかし、表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察されなかった。
【００２４】
（実施例４）
実施例１において、スカンジウムを酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の形でＳＡＭ成分に対し０〜５％過剰になるように、ＳＡＭ成分／Ｂｉ２Ｏ３／ＣｕＯ／Ｓｃ２Ｏ３／サファイアの順で成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、さらに実施例１で見られたような目的以外の不純物ピークの発生が抑えられた。
【００２５】
（比較例６）
実施例４において、スカンジウムをＳＡＭ成分に対し１０％過剰になるように成膜を行った。
表１に示すように、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例１で見られたような目的以外の不純物ピークの発生は抑えられたものの、過剰に加えたＳｃ２Ｏ３＜１１１＞のエピタキシャル成長が新たに起こっていることが確認された。
【００２６】
（実施例５）
実施例３において、スカンジウムを酸化スカンジウム（Ｓｃ２Ｏ３）の形でＳＡＭ成分に対し０〜５％過剰になるように、Ｂｉ＆ＳＣＡＭ／ＣｕＯ／Ｓｃ２Ｏ３／サファイアの順で成膜を行った。
その結果、表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、さらに実施例３で観察されたような不純物ピークが見られなかった。
【００２７】
（実施例６）
実施例３における基板をＹＳＺ（１１１）に変更して（置き換えて）成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００２８】
（実施例７）
実施例３における基板をＺｎＯ（０００１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００２９】
（実施例８）
実施例３における基板をＺｎＯ（０００−１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３０】
（実施例９）
実施例３における基板をＳｒＴｉＯ３（１１１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３１】
（実施例１０）
実施例３における基板をＭｇＯ（１１１）に変更して成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３２】
（実施例１１）
実施例１において、フラックスの成膜のみ室温で行い、その後に温度や圧力などの条件を実施例１のそれと同じにして、ＳＡＭ成分の成膜を行った。
その結果、表１に示すように、実施例１と同様に、基板にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３３】
（実施例１２）
実施例２における基板をＹＳＺ（１１１）に変更したところ、表１に示すように、実施例１と同様にＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察された。
【００３４】
（実施例１３）
実施例３において、成膜順をＢｉ＆ＳＡＭ成分／ＣｕＯ／Ｂｉ＆ＳＣＡＭ／サファイアの順で成膜を行った。
表１に示すように、実施例１と同様に、ＳＣＡＭのエピタキシャル成長が観察され、実施例３よりもＳＣＡＭ＜００１＞のピーク強度が多少強くなった。
【００３５】
【表１】
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る第１の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図２】本発明に係る第２の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図３】本発明に係る第３の実施の形態により製造されたＳＣＡＭ薄膜基板を示す正面図である。
【図４】本発明に係る第４の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【図５】本発明に係る第５の実施の形態におけるＳＣＡＭ薄膜基板の製造工程を示す図である。
【符号の説明】
【００３７】
１ 薄膜成膜用基板
２ フラックスの薄膜
３ ＳＡＭ成分の薄膜
４ ＳＣＡＭ単結晶膜
５ フラックス及びＳＡＭ成分に基づく薄膜
６ ＣｕＯの薄膜
７ 酸化スカンジウムの薄膜
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜成膜用基板上に、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムを溶解することができる溶解成分であるフラックスと、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分とをそれぞれ使用して薄膜を形成する成膜工程と、上記フラックスを除く除去工程を備えており、
上記薄膜成膜用基板は下記（１），（２）のうちから選択される
（１）結晶系が三方晶系又は六方晶系のＣ面を有するもの
（２）結晶系が立方晶系の（１１１）面を有するもの
ことを特徴とする薄膜基板の製造方法。
【請求項２】
薄膜成膜用基板上にフラックスを成膜した後に、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分をフラックスが溶融する温度で加熱して成膜することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項３】
薄膜成膜用基板上にフラックスと、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分との薄膜を形成した後、上記フラックスが溶融する温度で熱処理することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項４】
フラックスと、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分とを、上記フラックスが溶融する温度で加熱しながら同時に成膜することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項５】
フラックスは、酸化ビスマスを含む成分であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項６】
フラックスに、添加物として酸化銅をフラックス量に対し０〜５％添加することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項７】
成膜時の温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃範囲であることを特徴とする請求項２、請求項４、請求項５又は請求項６記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項８】
熱処理の温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲であることを特徴とする請求項３記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項９】
スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムの成分比を、スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１として成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１０】
スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムの成分比を、化学量論組成であるスカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１よりスカンジウムの成分を０〜５％の範囲で過剰として成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１１】
結晶系が三方晶系である薄膜成膜用基板は、酸化アルミニウム（サファイア）単結晶（０００１）面を有する基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１２】
結晶系が六方晶系である薄膜作成用基板は、酸化亜鉛単結晶（０００１）及び（０００−１）面を有する基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１３】
結晶系が立方晶系である薄膜作成用基板は、下記（１），（２），（３）のうちから選択される
（１）イットリウムドープ安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（１１１）面を有する基板
（２）チタン酸ストロンチウム（１１１）面を有する基板
（３）酸化マグネシウム（１１１）面を有する基板
であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１】
薄膜成膜用基板上に、酸化スカンジウム、酸化アルミニウム及び酸化マグネシウムを溶解することができる溶解成分であるフラックスと、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分とをそれぞれ使用して薄膜を形成する成膜工程と、上記フラックスを除く除去工程を備えており、
上記薄膜成膜用基板は下記（１），（２）のうちから選択される
（１）結晶系が三方晶系又は六方晶系のＣ面を有するもの
（２）結晶系が立方晶系の（１１１）面を有するもの
ことを特徴とする薄膜基板の製造方法。
【請求項２】
薄膜成膜用基板上にフラックスを成膜した後に、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分をフラックスが溶融する温度で加熱して成膜することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項３】
薄膜成膜用基板上にフラックスと、スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムを含む成分との薄膜を形成した後、上記フラックスが溶融する温度で熱処理することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項４】
フラックスと、スカンジウム、アルミニウム、マグネシウムを含む成分とを、上記フラックスが溶融する温度で加熱しながら同時に成膜することを特徴とする請求項１記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項５】
フラックスは、酸化ビスマスを含む成分であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項６】
フラックスに、添加物として酸化銅をフラックス量に対し０〜５％添加することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項７】
成膜時の温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃範囲であることを特徴とする請求項２、請求項４、請求項５又は請求項６記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項８】
熱処理の温度は共晶温度以上共晶温度＋５００℃の範囲であることを特徴とする請求項３記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項９】
スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムの成分比を、スカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１として成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１０】
スカンジウム、アルミニウム及びマグネシウムの成分比を、化学量論組成であるスカンジウム：アルミニウム：マグネシウム＝１：１：１よりスカンジウムの成分を０〜５％の範囲で過剰として成膜することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１１】
結晶系が三方晶系である薄膜成膜用基板は、酸化アルミニウム（サファイア）単結晶（０００１）面を有する基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１２】
結晶系が六方晶系である薄膜作成用基板は、酸化亜鉛単結晶（０００１）及び（０００−１）面を有する基板であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【請求項１３】
結晶系が立方晶系である薄膜作成用基板は、下記（１），（２），（３）のうちから選択される
（１）イットリウムドープ安定化ジルコニア（ＹＳＺ）（１１１）面を有する基板
（２）チタン酸ストロンチウム（１１１）面を有する基板
（３）酸化マグネシウム（１１１）面を有する基板
であることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれかに記載の薄膜基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−２４６３５４（Ｐ２００７−２４６３５４Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７３７３１（Ｐ２００６−７３７３１）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（３９１０４９５３０）株式会社信光社 (14)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（５０３３６０１１５）独立行政法人科学技術振興機構 (1,734)
【出願人】（３０４０２１４１７）国立大学法人東京工業大学 (1,821)
【出願人】（３９１０４９５３０）株式会社信光社 (14)
【Ｆターム（参考）】
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