JPH06293593A

JPH06293593A - プラズマＣＶＤによる合成方法およびこの方法により合成されたエピタキシャルＡｌＮ

Info

Publication number: JPH06293593A
Application number: JP10611093A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Someno; 義博染野; Toshio Hirai; 敏雄平井; Makoto Sasaki; 眞佐々木; Isamu Cho; 偉張
Original assignee: Alps Electric Co Ltd
Current assignee: Alps Alpine Co Ltd
Priority date: 1993-04-07
Filing date: 1993-04-07
Publication date: 1994-10-21
Anticipated expiration: 2014-11-10
Also published as: JP2974879B2

Abstract

(57)【要約】【目的】プラズマＣＶＤによる合成方法において、広
い範囲にて組成の安定した物質を合成できるようにす
る。【構成】反応室ＡにＡｌＢｒ₃とＮ₂の各気体を供給し
て混合気体とする。マイクロ波発振器により反応室Ａに
マイクロ波を与え、基板周囲の混合ガスをプラズマ化す
る。このとき、電磁石２１と２２により基板３付近に磁
界を与える。この磁界により基板３付近のプラズマが活
性化し、広い範囲にわたってイオンとエレクトロンが活
性化し、ＮのイオンとＡｌとが結び付きやすくなる。そ
の結果、基板３の表面全域にエピタキシャルＡｌＮ膜を
合成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はプラズマＣＶＤにより例
えばＡｌＮ（窒化アルミニウム）を合成する方法に関
し、特に反応室内の基板付近に磁界を与えてプラズマを
活性化させる合成方法、およびこの合成方法により得ら
れるエピタキシャルＡｌＮに関する。

【０００２】

【従来の技術】ＡｌＮ（窒化アルミニウム）は、電気抵
抗の高い安定した絶縁材料などとして注目されている
が、さらにその光学的特性も着目されている。本発明の
発明者らは、プラズマＣＶＤを使用した合成方法により
Ｓｉ基板表面にＡｌＮを析出することに成功し、これに
ついて特願平２−１０３６２０号（特開平３−４７９７
１号公報）として特許出願している。このプラズマＣＶ
Ｄによる合成方法では、基板温度が４００℃よりもやや
高い程度の比較的低温にてＡｌＮ膜を析出させることが
できた。図１１は、上記の方法によりＳｉ基板上に合成
されたＡｌＮ膜の走査型電子顕微鏡写真である。図１１
の写真で解るように、合成されたＡｌＮ膜は多結晶であ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記方法によ
り合成されたＡｌＮ膜は絶縁材料などとしては有効であ
るが、光学素子として使用するには問題がある。すなわ
ち上記ＡｌＮは、多結晶であるため、光導波路として使
用した場合に、導波する光が結晶粒界により散乱し、光
量が減衰する。したがって、光導波路などとして使用す
るＡｌＮ膜は、単結晶またはエピタキシャルであること
が必須である。従来、エピタキシャルＡｌＮ膜の合成例
として、有機金属材料を原料とした化学気相成長方法
（ＭＯＣＶＤ）によるものが報告されている。これは、
筒状の炉の中に基板を設置して加熱し、炉内にトリメチ
ルアルミニウム（（ＣＨ₃）₃Ａｌ）とアンモニア（ＮＨ
₃）ガスを流し、基板表面にＡｌＮを生成するものであ
る。

【０００４】しかしながらこの方法では、基板温度が１
４００〜１６００℃と非常に高くなる欠点がある。また
堆積速度も遅い。さらに合成されたエピタキシャルＡｌ
Ｎ膜の表面平滑性が悪く、例えば光導波路として使用し
た場合に、内部を導波する光が膜の表面で散乱しやすく
なる。またトリメチルアルミニウムは、空気と爆発的に
反応する性質を有しているため、取り扱いが非常に困難
である。このように、従来の方法において低い合成温度
で平滑性のあるエピタキシャルＡｌＮを合成できず、ま
た堆積速度を速くできないことの原因のひとつとして、
反応部において供給された気体が充分に活性化されてい
ないことが挙げられる。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するもので
あり、反応部での気体の活性化を促進できるようにし、
例えば高い平滑性を有するエピタキシャルＡｌＮなどを
低温にて高い堆積速度にて合成できるようにしたプラズ
マＣＶＤによる合成方法を提供することを第１の目的と
している。また上記合成方法によりエピタキシャルＡｌ
Ｎを得ることを第２の目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるプラズマＣ
ＶＤによる合成方法は、金属原子を有する気体を含む複
数種の気体を、減圧された反応室内に供給して混合さ
せ、この反応室内に設置された基板付近に磁界を与えな
がら、混合気体をマイクロ波により放電させてプラズマ
化し、基板表面に金属を含む膜を析出させることを特徴
としている。

【０００７】上記手段において、供給する気体を、アル
ミニウムのハロゲン化物と、窒素原子を含む例えば窒素
ガスとすることにより、基板表面にＡｌＮ膜を析出させ
ることが可能である。ここで、アルミニウムのハロゲン
化物としては臭化アルミニウムが挙げられる。

【０００８】上記の合成方法によりエピタキシャルＡｌ
Ｎを得ることができる。

【０００９】

【作用】本発明では、混合気体を放電させプラズマ化す
るためにマイクロ波（例えば周波数が２．４５ＧＨｚを
使用している。マイクロ波により混合気体をプラズマ化
すると、混合気体内の物質が、比誘電率と誘電体損失角
に関係して分極励起され、電離、活性化される。さらに
このプラズマは磁界を与えると、電子が励振されてより
活性なプラズマが得られる。よって基板付近の磁界を適
正に選ぶことにより、基板の広い範囲において均一な膜
が高い堆積速度により合成できることになる。

【００１０】例えば供給する気体として臭化アルミニウ
ムアルミ（ＡｌＢｒ₃）と窒素ガス（Ｎ₂）を使用し、こ
れをプラズマ化すると、ＡｌＢｒ₃が分解して、ＡｌＢ
ｒやＡｌになり、ＡｌとＢr 、ＡｌとＮ、ＡｌとＢrと
などの組合わせの分子状のラジカル及びイオンが存在す
るようになる。これらの分子状ラジカルやイオンの一部
はマイクロ波によってさらに分解が促進されて原子状の
ラジカルやイオンになる。一般に窒素原子Ｎは金属と結
び付きにくいが、Ｎ₂が励起されて、Ｎ₂（＋イオン）に
なるとＡｌラジカルと結び付きやすくなる。すなわち、
Ａｌ原子はプラズマ力で活性化されると最外殻にある電
子を発散しやすくなるため、この発散した電子に導かれ
てＮ₂（＋イオン）とＡｌラジカルが高いエネルギーで
結び付き共有結合率の高いＡｌＮ膜が合成できる。Ａｌ
Ｎ膜の生成に関係しているこれらのラジカルやイオン
は、プラズマに印加された磁界によって励振された高密
度電子によってその解離効率がさらに高まり、より高い
比率の共有結合性ＡｌＮ膜が得られる。本発明の発明者
らは、上記の合成方法により、平滑性に優れたエピタキ
シャルＡｌＮを高い堆積速度で合成することに成功し
た。

【００１１】ただし、上記の合成方法は、エピタキシャ
ルＡｌＮ膜の合成にのみ適しているのではなく、供給す
る気体の種類により各種の膜や物質を合成できる。特に
基板付近に磁界を与えることにより、プラズマが広い範
囲において活性化されるため、広い面積にてより結合エ
ネルギーの高い安定した構造の膜や物質を合成できる。
この合成例としては、上記臭化アルミニウムと窒素ガス
に加え、酸素原子を有する気体として笑気ガス（Ｎ
₂Ｏ）を供給することにより、酸窒化アルミニウム（Ａ
ｌ−Ｏ−Ｎ）を安定して合成でき、またさらにケイ素原
子を有する気体としてシランガス（ＳｉＨ₄）を供給す
ることにより、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）を合
成することも可能である。またより活性なプラズマ中で
合成が進行することから、合成された膜や物質はより高
い結合エネルギーを有しており、上記に例を挙げたもの
以外の種々の共有結合性の物質の合成が可能であり、例
えば種々の構造多形を有するダイアモンドの合成や立方
晶ＢＮの合成などにも適している。

【００１２】

【実施例】以下、本発明について図面を参照して説明す
る。図１は本発明による合成方法に使用するプラズマＣ
ＶＤ装置の構造を示す断面図である。図１において、符
号１は石英管などによって形成された反応管であり、そ
の内部が反応室Ａとなっている。符号２はマイクロ波プ
ラズマ発生装置である。２ａはマイクロ波発振器であ
り、この実施例では、サイクロトロンにより２．４５Ｇ
Ｈｚのマイクロ波が発振される。２ｂは導波管、２ｃは
整合器、２ｄは反射板である。基板３は、反応室Ａ内に
て支持部材４上に設置される。

【００１３】この実施例では、基板３としてサファイヤ
基板を使用している。図５は基板３となるサファイヤＣ
面の原子配列と、合成するエピタキシャルＡｌＮのＣ面
の原子配列とを示している。符号３で示しているのがサ
ファイヤであり、塗りつぶしにて示している丸は酸素原
子である。点線と白丸とで示しているのが合成しようと
するエピタキシャルＡｌＮであり白丸は窒素原子または
アルミニウム原子を示している。本実施例にて合成する
ＡｌＮは６回対称の結晶すなわち六方晶系の単一方向性
結晶である。そのため図５に示すように、サファイヤの
Ｃ面とＡｌＮのＣ面との格子のマッチングがよいことが
わかり、そのミスマッチ率は約５％程度にすぎない。

【００１４】前記支持部材４は、その上端にホルダ４ａ
が設けられ、このホルダ４ａに前記基板３が設置され
る。ホルダ４ａは、窒化シリコン（Ｓi₃Ｎ₄）などによ
って形成されている。ホルダ４ａの支持部４ｂは石英管
ならびに金属管により構成されており、その内部に赤外
線放射温度計の検出ヘッドが収納されている。この検出
ヘッドは光ファイバ５を介して検出回路部（図示せず）
に接続されている。上記検出ヘッドから発せられる赤外
線は石英管内を通過し、ホルダ４ａ内にて基板３に照射
される。よって反応室Ａ内のプラズマの影響を受けるこ
となく、基板３の温度測定が正確に行われるようにな
る。反応室Ａの上端にはガス供給ノズル６が配置されて
いる。このガス供給ノズル６は多重管であり、この実施
例の場合には三重管となっている。

【００１５】本実施例においてエピタキシャルＡｌＮの
合成に際しては、図１にて実線で示す経路にて供給され
るソースが使用される。恒温室１１内はサーモスタット
により常に一定の温度に保たれる。恒温室１１の内部に
はバブラ１２が配置されている。このバブラ１２内にア
ルミニウム原子を含む反応性ガス源として臭化アルミニ
ウム（ＡｌＢr₃）が充填されている。また１３は導入ガ
スとして使用される水素ガス（Ｈ₂）のボンベである。
また符号１４は窒素原子を供給するための窒素ガス（Ｎ
₂）のボンベである。さらに１６はプラズマを活性化す
るためのアルゴンガス（Ａｒ）のボンベである。

【００１６】符号１７ａ，１７ｂ，１７ｄは上記３種類
の気体の供給経路に設けられた流量調節器で、１８ａ，
１８ｂ，１８ｄはバルブである。前記ガス供給ノズル６
は６ａないし６ｃで示す管が同心円状に配置された三重
管であるが、窒素ガス（Ｎ₂）は中間の管６ｂから、臭
化アルミニウム（ＡｌＢr₃）は外側の管６ｃからそれぞ
れ反応室Ａへ供給される。このように各気体を別々の経
路にて反応室Ａへ供給することにより、管内にて各ガス
が混合されるのを防止でき、またプラズマにより管内壁
に合成物が析出されるのを防止できる。

【００１７】またアルゴンガス（Ａr）は前記ガス供給
ノズル６とは別の経路にて反応室Ａの上方（図では左上
方）から供給される。これはアルゴンガスを反応室Ａ内
のプラズマ発生領域の外側から供給するためである。プ
ラズマ中にその外部からアルゴンガスを供給することに
より、プラズマ中における中性粒子、イオン、エレクト
ロンなどへの解離が促進されるようになる。しかも同軸
線路型マイクロ波プラズマＣＶＤの場合、プラズマが磁
界の影響を受けやすく、反応室の管壁部分で磁界が強
く、反応させる基板が設置されている中心部では弱くな
ってプラズマの領域が不均一となるが、アルゴンガスを
プラズマ域外から供給することにより、プラズマ域が拡
大するようになる。またアルゴンガスなどのような単原
子分子の場合には、プラズマ中にて分解されると再結合
しにくく、また再結合する場合であっても周囲のエネル
ギーを奪うことがなく、安定して分解を継続する。

【００１８】よって、これが一種の着火源になってプラ
ズマ域が拡大されるものと予測される。これは従来のプ
ラズマＣＶＤにおいて真空度を高くしたのと同じ状態で
あり、しかも真空圧を単純に上げた場合のようなデメリ
ット、例えば電子の密度が上がり成膜速度が低下するよ
うな不都合が生じるのを避けることができるようにな
る。このようなプラズマ域の拡大とラジカル解離率の向
上により、安定した合成ができ、また成膜速度も速まる
ことになる。ただし、アルゴンガスをプラズマ域外から
供給することが必要であり、仮にアルゴンガスなどをノ
ズルからプラズマ中にて基板に直接吹きかけたりする
と、逆にスパッタ状態となり成膜速度が低下することに
なる。

【００１９】また、上記反応管１の外周の上下２ヶ所
に、反応管１を囲む形状のリング状の電磁石２１と２２
が設けられている。この電磁石２１と２２により反応室
Ａ内に磁界が与えられる。電磁石２１と２２は基板３の
付近に所定の磁界が与えられるように配置したものであ
り、電磁石２１と２２への通電量を調整することによ
り、基板３付近での磁界の強さが調整される。エピタキ
シャルＡｌＮ膜を合成するために、本実施例では、磁界
の強さを０．１（tesla）に設定するようにし、実際の
基板３付近での磁界強度を０．０７８５（tesla）に設
定した。符号２３は反応室Ａ内を真空圧にするための排
気管であり、ターボ分子ポンプ，メカニカルブースタポ
ンプ及びロータリポンプが接続されている。

【００２０】なお、実施例の装置では、基板３の表面位
置をマイクロ波の通路中心よりＬ1だけ高くし、ガス供
給ノズル６の下端位置を基板表面よりもＬ2 だけ高くし
て、Ｌ1 とＬ2 を共に４０ｍｍに設定している。これは
反応室Ａ内ではプラズマ発生領域の中心から外れた上部
または下部が最も合成が促進されやすく、しかもプラズ
マの下部に基板を設置した場合には、ガス供給ノズル６
の噴出口がプラズマ領域中となり、管内で反応が生じ、
管内面に合成物が析出してしまうからである。

【００２１】次に、図１に示すＣＶＤ装置を使用して、
エピタキシャルＡｌＮの合成に成功した際の合成例を示
す。表１は、ソースおよびその他の条件を示したもので
ある。

【００２２】

【表１】

【００２３】また各気体の流量は以下の表２で示す通り
である。

【００２４】

【表２】

【００２５】上記条件によりサファイヤ（Ｃ面カット）
基板３の表面に合成された膜の走査型電子顕微鏡写真を
図１０に示す。従来の方法により合成された図１１の写
真に示されるものと比較してわかるように、上記条件に
より生成された膜は、膜断面に粒界がみられず、単結晶
に近い膜が合成されていることが解る。

【００２６】次に、図１２（Ａ）は上記条件により合成
された膜（図１０に示すもの）の透過型電子顕微鏡（Ｔ
ＥＭ）写真であり、同図（Ｂ）は制限視野電子線回折パ
ターン（ＳＡＤパターン）の写真である。図１３は比較
のためのもので、従来のプラズマＣＶＤ法により合成さ
れた図１１に示す写真の膜に関するものであり、同図
（Ａ）は透過型電子顕微鏡写真であり、（Ｂ）は制限視
野電子線回折パターンのＸ線写真である。前記条件によ
り合成された膜の図１２（Ａ）に示すＴＥＭ写真では、
図１３（Ａ）に示したものと異なり、粒界が明瞭に現れ
ておらず、エピタキシャルな膜である可能性が高くなっ
ている。また図１３（Ｂ）のＳＡＤパターンでは、多結
晶の膜であり、それぞれの結晶の方向性が異なるために
リングパターンで現れているが、前記条件で合成された
膜では、図１２（Ｂ）で示すように、スポットパターン
からなり、単一方向に配向した膜であることが解る。

【００２７】次に、図２は前記条件により合成されたＡ
ｌＮ膜のＸ線回折（ＸＲＤ）パターンである。このＸＲ
Ｄパターンは、Ｘ線の散乱状態を示すものであり、横軸
がＸ線ビームの入射角度（２θ）であり、縦軸がディテ
クタのカウント値（ＣＰＳ）である。図２から、ＡｌＮ
のＣ面の格子間隔に相当する回折ピークが支配的である
ことが解る。その他の回折ピークは基板であるサファイ
ヤのものである。さらに図３は、上記のＡｌＮ（００
２）のＸ線回折におけるロッキングカーブを示してい
る。このロッキングカーブにおけるピーク波形の半値幅
Δは非常に小さくなり結晶配向性が高いことが解る。こ
の半値幅は、上記（００２）配向のＡｌＮ膜の配向性が
エピタキシャル膜の配向性と同等であることを意味して
いる。

【００２８】図１４ないし図１７は、前記条件により合
成されたＡｌＮ膜をＡｌＮ結晶のＣ軸を中心として回転
させたときの高速反射電子線回折（ＲＨＥＥＤ）による
パターンを示している。Ｃ軸を中心としたときの回転角
度をψとすると、図１４はψ＝０度、図１５はψ＝２０
度、図１６はψ＝３０度、図１７はψ＝６０度の条件で
の回折パターンである。図１４から図１７にかけてのＲ
ＨＥＥＤパターンを見ると、いずれもスポットパターン
を示している。さらにＡｌＮのＣ軸に対して６０度の回
転間隔で同一のスポットパターンが現れることが解る。
このことはＡｌＮのＣ面が、６回対称性の結晶、すなわ
ち六方晶系の単一方向性結晶であることを意味してい
る。よって合成されたＡｌＮ膜は、エピタキシャルであ
ることが予測できる。なお図１４から図１７にかけての
ＡｌＮ〔１０１０〕などは、結晶に対してどの方向から
電子線が入っているかを示しているものである。

【００２９】ここまでの解析により、合成されたＡｌＮ
膜は、粒界がなく、またＡｌＮの各結晶軸に対して単一
配向性のエピタキシャルな膜であることを充分に予測で
きる結果となっている。しかしながら合成された膜が部
分的にエピタキシャルであることも考えられる。そこ
で、３軸型回転式のＸ線回折を用いて、合成されたＡｌ
Ｎ膜の広範囲の３次元的な結晶配向性について調べた。
その結果を図４に示す。

【００３０】図２におけるＸＲＤパターンでは、合成さ
れたＡｌＮ膜のＣ軸が基板の表面に対して垂直に配向し
ていることが明らかである。そこで基板を水平軸に対し
て回転させ、ＡｌＮ（１０１１）のポールフィギュアを
測定した。その結果は、図４に示すように、６箇所にボ
ールポイントが得られた。仮に合成された膜の広い範囲
において、様々な配向の結晶が存在する場合には、例え
ば検出出力がリングパターンとなって現れる。ところが
図４における測定結果を見ると、６箇所にのみボールポ
イントが現れており、広い範囲に渡って三次元的に単一
配向性の結晶構造となっていることが解る。

【００３１】図４のポールフィギュアによると、合成さ
れた膜は広い範囲でエピタキシャルＡｌＮであることが
解った。またＴＥＭ及びＳＥＭによる観察結果から単結
晶に近いものであることが解った。また図１０の走査型
電子顕微鏡写真からも解るように、合成されたＡｌＮ膜
は表面の平滑性が非常に高いものであることが解る。

【００３２】以上の分析から、図１に示すＣＶＤ装置に
おいて合成された膜はシングルクリスタルに近いエピタ
キシャルＡｌＮであり、表面の平滑性の優れたものとな
る。このＡｌＮは、内部に粒界が存在しないため、光導
電性に優れたものとなり、光導波路として有効に使用で
きる。また表面は平滑である。さらに結晶が三次元的に
配向していることから、光スイッチとして有効に使用で
きるとともに、ＳＨＧ素子として紫外線領域のレーザー
光を取り出すことも可能である。また、図１にて点線で
供給経路を示しているように、上記臭化アルミニウムと
窒素ガスに加え、酸素原子を有する気体として笑気ガス
（Ｎ₂Ｏ）を供給することにより、酸窒化アルミニウム
（Ａｌ−Ｏ−Ｎ）を安定して合成できる。

【００３３】さらにこれに加えシランガス（ＳｉＨ₄）
を、窒素ガス（Ｎ₂）を導入ガスとして供給することに
より、サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）を合成するこ
とも可能である。特に前記電磁石２１と２２により基板
付近に磁界を与えることにより、広い範囲にて安定した
種々の膜を合成できる。そこで、図６ないし図９は、図
１に示すＣＶＤ装置を使用し、電磁石２１と２２で磁界
を与えあるいは磁界を与えずに、合成できる膜の応用例
について説明する。

【００３４】図６は例えばガラスレンズをプレス成形す
るための金型を示している。この金型は、超硬材料によ
る型本体３１と、この型本体３１の成形凹部表面に形成
された保護膜３２とから成る。この保護膜３２が要求さ
れる条件を上げると以下の通りである。ガラスとの濡れ性が低いこと、耐酸化性に優れること、膜表面（プレス面）が平滑であること、高温における硬度が高いこと、型本体３１の材料である超硬との密着性がよいこと、熱伝導率が高いこと、

【００３５】ここでＡｌＮは、熱伝導率が高く、また熱
線膨張係数が４．８×１０^-6であるため、超硬材料とも
密着性がよい。しかしながらＡｌＮは、硬度が低く、ま
た耐酸化性においても劣っている。これに対しサイアロ
ン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）は、耐酸化性に優れ、熱伝導
率が高く、硬度も高く、しかもガラスとの濡れ性も低
い。そこで、図１に示すＣＶＤ装置と同等の装置を用
い、基板３として型本体３１を設置し、プラズマＣＶＤ
法により最適な保護膜３２を形成できるようにした。そ
の方法は、まず最初に図１にて実線で示すように、反応
室にＡｌＢｒ₃／Ｈ₂と、Ｎ₂とＡｒを供給して、プラズ
マＣＶＤ法により型本体３１の表面にＡｌＮ膜を合成す
る。このＡｌＮ膜は超硬に対して密着性がよい。

【００３６】ＡｌＮ膜が所定の厚さにて合成された後
に、Ｎ₂の供給経路に徐々にシランガス（ＳｉＨ₄）を加
えてその流量を増加させていき、さらに点線で示す経路
にて三重管６の中心の管６ａに笑気ガス（Ｎ₂Ｏ）を供
給しその流量を増加させていく。これにより型本体３１
の凹部に形成されたＡｌＮの表面に積層されていく膜中
のＯ原子とＳｉ原子が含まれる率が徐々に増加してい
く。そして最終的に保護膜３２の表面がサイアロン（Ｓ
ｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）になる。このように超硬の型本体３
１に密着する部分は密着性のよいＡｌＮで、表面（プレ
ス面）が硬度の優れたサイアロンとなった保護膜３２が
形成される。

【００３７】ここで、図１に示す電磁石２１と２２に通
電して、合成域に磁界を与えることにより、ＡｌＮおよ
びこれからサイアロンになるまでの膜が広い範囲にて均
一に合成される。特にガラスレンズのプレス用金型で
は、プレス面のＲが小さく、通常は均一な膜が形成しず
らいが、前記の磁界を与えることにより、Ｒの小さいプ
レス面に広い範囲に渡って均一な膜が形成できるように
なる。また磁界を与えての合成では表面の平滑性がよく
なるため、保護膜３２に表面のサイアロンは平滑な面を
有し、プレス金型として適したものとなる。

【００３８】また金型としてはガラスプレス用に限られ
ず、ダイキャストなどの金型としても有用である。また
上記のようにＡｌＮ層から徐々にＯとＳｉを増加して最
終的にサイアロンの表面を有する膜は、金型以外にも実
施できる。ＡｌＮの熱線膨張係数はガリウムヒ素などの
熱線膨張係数に近く、これらに対しての密着性がよい。
しかも表面のサイアロンは硬度、耐摩耗性、熱伝導率に
おいて優れるため、例えば図７に示すように平面的に膜
を合成し、ガリウムヒ素などの基板３３に合成された膜
３２をサーマルヘッドの加熱ヘッド部として使用しても
よい。

【００３９】次に、図１に示すＣＶＤ装置により、ソー
スとＡｌＢｒ₃、ＳｉＨ₄／Ｎ₂、Ｎ₂Ｏ、およびＡｒを供
給し、合成条件を所定に設定することにより非晶質のサ
イアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ）を合成することができ
る。図８は、この非晶質のサイアロンを光導波路のクラ
ッド層として使用したものである。図８に示す光導波装
置は、Ｓｉ基板４１の表面にＳｉＯ₂などのバッファ層
４２が形成され、その表面に非晶質のサイアロンのクラ
ッド層４３が形成されている。またこの実施例では、ク
ラッド層４３を挟むＳｉＮまたはＳｉ−Ｏ−Ｎまたは結
晶性サイアロンなどのコア層４４が形成されている。そ
して表面にはＳｉＯ₂などの保護層４５が形成されてい
る。

【００４０】クラッド層４３の両側にコア層４４を形成
することにより、全体の面積を広くでき、さらにその上
に重ねて光導波路を形成できるようになる。ここで非晶
質のサイアロンをクラッド層４３として使用すると、こ
れを導波する光が粒界にて散乱することがなく、光導波
効率を高めることができる。図９は横軸に酸素（Ｏ）原
子と窒素（Ｎ）原子の含有率の比率と屈折率ｎの変化と
の関係を示している。

【００４１】図９に示すように、非晶質のサイアロンで
はＯとＮの比を変えることにより、屈折率ｎが大きく変
化する。よって図１のＣＶＤ装置において、窒素ガスＮ
₂と笑気ガス（Ｎ₂Ｏ）との供給流量の比をコントロール
することにより、クラッド層としての屈折率ｎを自由に
広い範囲にて選択できる。またサイアロンの場合に内部
応力がＳｉとＡｌの金属原子どうしの比率により変化す
る。よってＡｌＢｒ₃とＳｉＨ₄の供給流量の比を変える
ことにより、内部応力を任意に設定できる。このように
屈折率は酸素原子と窒素原子の比により、内部応力はＳ
ｉとＡｌの金属原子の比により、それぞれ独立して決め
ることができるため、光導波装置全体の応力緩和とクラ
ッド層４３の屈折率とを自由度を広くして決めることが
できる。

【００４２】これに対し、従来光導波路材料として一般
に用いられているＳｉ−Ｏ−Ｎは、図９に示すように、
酸素原子と窒素原子の比率を変えたとしても、屈折率ｎ
の変動が小さく、よって屈折率の選択幅が広くなってい
る。またＳｉ−Ｏ−Ｎでは酸素原子と窒素原子との比を
変えると内部応力が変動するため、屈折率と応力とを別
々にコントロールすることはできなかった。この点から
図８に示すように、非晶質のサイアロンを光導波路のク
ラッド層として使用することにより、従来にない優れた
光導波装置を構成できる。

【００４３】

【発明の効果】以上のように、請求項１記載の発明で
は、基板付近の合成域において磁界を与えることにより
プラズマを活性化させることができ、広い範囲に渡って
均一な組成の物質の合成が可能になる。

【００４４】請求項２および３記載の発明では、エピタ
キシャルＡｌＮの合成が可能になる。

【００４５】請求項４に記載した、上記方法により合成
されるエピタキシャルＡｌＮは、シングルクリスタルに
近い単結晶ライクであり、また表面が平滑であるため、
光導波路などとしての使用に適している。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による合成方法に使用されるＣＶＤ装置
の構成図、

【図２】図１の装置にて合成されたＡｌＮのＸＲＤパタ
ーンを示す線図、

【図３】図１の装置にて合成されたＡｌＮのロッキング
カーブを示す線図、

【図４】図１の装置にて合成されたＡｌＮのポールフィ
ギュアを示す線図、

【図５】図１の装置において合成されたＡｌＮとサファ
イヤ基板の原子配列を示す模式図、

【図６】金型のプレス面に保護膜を合成した例を示す断
面図、

【図７】サーマルヘッドなどの層を合成した例を示す断
面図、

【図８】非晶質サイアロンによるクラッド層を有する光
導波装置の断面図、

【図９】非晶質サイアロンなどの屈折率の変化を示す線
図、

【図１０】図１の装置にて合成されたＡｌＮ膜の結晶構
造を示す走査型電子顕微鏡写真、

【図１１】従来例にて合成されたＡｌＮ膜の結晶構造を
示す走査型電子顕微鏡写真、

【図１２】（Ａ）は図１の装置により合成されたＡｌＮ
膜の結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真、（Ｂ）は制
限視野電子線回折パターンを示すＸ線写真、

【図１３】（Ａ）は従来例により合成されたＡｌＮ膜の
結晶構造を示す透過型電子顕微鏡写真、（Ｂ）は制限視
野電子線回折パターンを示すＸ線写真、

【図１４】高速反射電子線回折によるＲＨＥＥＤパター
ンを示すＸ線写真、

【図１５】高速反射電子線回折によるＲＨＥＥＤパター
ンを示すＸ線写真、

【図１６】高速反射電子線回折によるＲＨＥＥＤパター
ンを示すＸ線写真、

【図１７】高速反射電子線回折によるＲＨＥＥＤパター
ンを示すＸ線写真、

【符号の説明】

１反応管Ａ反応室２マイクロ波発振器３基板４支持部材６供給管２１，２２電磁石

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属原子を有する気体を含む複数種の気
体を、減圧された反応室内に供給して混合させ、この反
応室内に設置された基板付近に磁界を与えながら、混合
気体をマイクロ波により放電させてプラズマ化し、基板
表面に金属を含む層を析出させることを特徴とするプラ
ズマＣＶＤによる合成方法。
【請求項２】アルミニウムのハロゲン化物と、窒素原
子を含む気体を供給し、基板表面にＡｌＮ層を析出させ
る請求項１記載のプラズマＣＶＤによる合成方法。
【請求項３】アルミニウムのハロゲン化物は臭化アル
ミニウムである請求項２記載のプラズマＣＶＤによる合
成方法。
【請求項４】請求項２または請求項３記載の合成方法
により基板表面に積層されたエピタキシャルＡｌＮ。