WO2020008294A1 - 金属酸窒化物膜の作製方法 - Google Patents

金属酸窒化物膜の作製方法 Download PDF

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種村和幸
三本菅正太
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    • H10P14/692—Inorganic materials composed of oxides, glassy oxides or oxide-based glasses
    • H10P14/6938—Inorganic materials composed of oxides, glassy oxides or oxide-based glasses the material containing at least one metal element, e.g. metal oxides, metal oxynitrides or metal oxycarbides

Definitions

  • One embodiment of the present invention relates to a metal oxynitride film and a method for manufacturing the metal oxynitride film.
  • One embodiment of the present invention relates to a light-emitting element, a lighting device, a display device, an electronic device, and a semiconductor device using the metal oxynitride film.
  • a semiconductor device in this specification and the like refers to any device that can function by utilizing semiconductor characteristics.
  • a semiconductor device such as a transistor, a semiconductor circuit, an arithmetic device, and a memory device are one embodiment of a semiconductor device.
  • a display device (a liquid crystal display device, a light-emitting display device, or the like), a projection device, a lighting device, an electro-optical device, a power storage device, a storage device, a semiconductor circuit, an imaging device, an electronic device, or the like sometimes includes a semiconductor device.
  • One embodiment of the present invention is not limited to the above technical field.
  • One embodiment of the invention disclosed in this specification and the like relates to an object, a method, or a manufacturing method.
  • One embodiment of the present invention relates to a process, a machine, a manufacturer, or a composition (composition of matter).
  • Patent Literature 1 discloses a semiconductor material having a metal oxynitride containing indium, gallium, and zinc.
  • Patent Document 2 discloses a method of forming a single-crystal InGaO 3 (ZnO) 5 thin film by a reactive solid-phase epitaxial method.
  • the state of metal oxynitride disclosed in Patent Document 1 is an amorphous state in which bonds between atoms are disordered. Since the amorphous metal oxynitride has voids or low-density regions, the stability of the metal oxynitride is low. Therefore, a metal oxynitride used for a semiconductor device or the like preferably has high crystallinity. In particular, the metal oxynitride is preferably in-plane orientation.
  • a process of heating a substrate to 1000 ° C. or higher is performed before forming an InGaO 3 (ZnO) 5 thin film.
  • a high temperature treatment such as performing a heat diffusion treatment at a temperature of 1300 ° C. or more is required.
  • a high temperature refers to, for example, a temperature of 700 ° C. or higher
  • a low temperature refers to, for example, a temperature of 600 ° C. or lower.
  • One embodiment of the present invention is a method for manufacturing a metal oxynitride film which is epitaxially grown by a sputtering method with introduction of a gas containing nitrogen gas over a single crystal substrate,
  • the object target contains zinc
  • the substrate on which the metal oxynitride film is being formed is 80 ° C. or more and 400 ° C. or less
  • the flow rate of the nitrogen gas is 50% or more and 100% or less of the total gas flow rate.
  • Another embodiment of the present invention is a metal oxynitride in which a gas containing nitrogen gas is introduced over a single crystal substrate and an in-plane oriented film is formed by a sputtering method with the use of an oxide target.
  • the oxide target contains zinc
  • the substrate during formation of the metal oxynitride film has a temperature of 80 ° C. or more and 400 ° C. or less
  • the flow rate of the nitrogen gas is 50% or more and 100% or less.
  • the oxide target preferably contains at least one of indium and gallium.
  • the substrate is preferably a yttria-stabilized zirconia (YSZ) substrate, and the plane orientation of the substrate is preferably (111).
  • the substrate is preferably an A-plane sapphire substrate, and the plane orientation of the substrate is preferably (110).
  • the crystal structure of the metal oxynitride film is preferably a wurtzite structure.
  • the pole measurement is performed on the metal oxynitride film
  • the pole measurement is performed by ⁇ scan of the crystal (101) plane of the metal oxynitride film. , It is preferable that a diffraction peak showing six-fold symmetry is observed.
  • a first spot and a second spot are observed in a wide area reciprocal lattice space map of the metal oxynitride film, and the peak of the first spot has an angle 2 ⁇ is 30 ° or more and 35 ° or less, and angle ⁇ is near 0 °, the half-value width of the first spot is less than 2 °, and the peak of the second spot has an angle 2 ⁇ of 33 ° or more.
  • the angle ° is not less than 37 ° and not more than 61 ° and not more than 65 °
  • the half width of the second spot is less than 2 °.
  • a method for forming a metal oxynitride film by epitaxial growth at a low temperature can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a method can be provided in which a metal oxynitride film is formed by epitaxial growth without performing high-temperature treatment before and after the formation of the metal oxynitride film. According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like using a metal oxynitride film formed by epitaxial growth can be provided.
  • FIG. 1A is a diagram illustrating a metal oxynitride film epitaxially grown on a substrate.
  • FIG. 1B illustrates a crystal plane of a crystal included in the metal oxynitride film.
  • FIG. 1C is a diagram illustrating an atomic arrangement of the crystal.
  • FIG. 2 is a diagram for explaining the range of the atomic ratio of the metal constituting the oxide target.
  • FIGS. 3A and 3B are schematic views illustrating a sputtering apparatus.
  • FIG. 4 is an experimental arrangement diagram in the wide area reciprocal lattice space mapping and pole measurement.
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a polar figure.
  • FIGS. 5B and 5C are diagrams illustrating the intensity distribution obtained by the pole measurement.
  • FIGS. 1A is a diagram illustrating a metal oxynitride film epitaxially grown on a substrate.
  • FIG. 1B illustrates a crystal plane of a crystal included in the metal oxynit
  • FIGS. 6A and 6B are diagrams illustrating a configuration example of a light-emitting element.
  • 7A and 7B illustrate a lighting device according to one embodiment of the present invention.
  • 8A to 8C are diagrams illustrating a configuration example of a display device.
  • FIGS. 9A to 9E are diagrams illustrating configuration examples of electronic devices.
  • FIG. 10A is a diagram illustrating a wide area reciprocal lattice space map of the sample 1 of the example.
  • FIGS. 10B and 10C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing the results of the pole measurement for the sample 1 of the example.
  • FIG. 12A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 2 of the example.
  • FIGS. 12B and 12C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 13A and 13B are diagrams showing the results of the pole measurement on the sample 2 of the example.
  • FIG. 14A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 3 of the example.
  • FIGS. 14B and 14C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 15A and 15B are diagrams showing the results of the pole measurement for the sample 3 of the example.
  • FIG. 16A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 4 of the example.
  • FIGS. 16B and 16C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 17A and 17B are diagrams showing the results of the pole measurement for the sample 4 of the example.
  • FIG. 18A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 5 of the example.
  • FIGS. 18B and 18C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 19A and 19B are diagrams showing the results of the pole measurement on the sample 5 of the example.
  • FIG. 19A and 19B are diagrams showing the results of the pole measurement on the sample 5 of the example.
  • FIGS. 20A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 6 of the example.
  • FIGS. 20B and 20C are diagrams showing a wide area reciprocal lattice space map obtained by simulation.
  • FIGS. 21A and 21B are diagrams showing the results of the pole measurement for the sample 6 of the example.
  • FIG. 22A is a diagram showing a wide area reciprocal lattice space map of the sample 7 of the example.
  • FIGS. 22B and 22C are diagrams showing the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIGS. 23A and 23B are diagrams showing the results of the pole measurement of the sample 7 of the example.
  • ⁇ ⁇ Particular components may be omitted in some cases, particularly in a top view (also referred to as a “plan view”) or a perspective view, in order to facilitate understanding of the invention.
  • a top view also referred to as a “plan view”
  • a perspective view in order to facilitate understanding of the invention.
  • some hidden lines and the like may be omitted.
  • connection relation is not limited to the predetermined connection relation, for example, the connection relation shown in the figure or the text, and it is assumed that anything other than the connection relation shown in the figure or the text is disclosed in the figure or the text.
  • X and Y are objects (for example, devices, elements, circuits, wirings, electrodes, terminals, conductive films, layers, and the like).
  • a transistor is an element having at least three terminals including a gate, a drain, and a source.
  • a region (hereinafter, also referred to as a channel formation region) in which a channel is formed between the drain (drain terminal, drain region, or drain electrode) and the source (source terminal, source region, or source electrode); A current can flow between the source and the drain through the channel formation region.
  • a channel formation region refers to a region through which current mainly flows.
  • the functions of the source and the drain may be switched when transistors having different polarities are used or when the direction of current changes in circuit operation. Therefore, in this specification and the like, the terms of source and drain may be used interchangeably.
  • the term “insulator” can be replaced with an insulating film or an insulating layer.
  • the term “conductor” can be referred to as a conductive film or a conductive layer.
  • the term “semiconductor” can be referred to as a semiconductor film or a semiconductor layer.
  • parallel refers to a state where two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 10 ° or more and 10 ° or less. Therefore, a case where the angle is ⁇ 5 ° or more and 5 ° or less is also included.
  • substantially parallel refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of ⁇ 30 ° or more and 30 ° or less.
  • “Vertical” refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 80 ° or more and 100 ° or less. Therefore, a case where the angle is 85 ° or more and 95 ° or less is also included.
  • substantially perpendicular refers to a state in which two straight lines are arranged at an angle of 60 ° or more and 120 ° or less.
  • a crystal plane is represented using a Miller index.
  • the Miller index is indicated by three integers in parentheses.
  • the direction in which the crystal planes are arranged is called the crystal orientation.
  • the crystal orientation is indicated by three square brackets.
  • a crystal plane is represented by (111), and a crystal orientation is represented by [111].
  • Miller-Bravais index may be used.
  • the plane index of the hexagonal lattice is represented by (hkil) using four integers (h, k, i, l).
  • i ⁇ (h + k). Since the index i can be calculated from the values of the index h and the index k, in this specification, the hexagonal crystal plane is also represented by the Miller index (hkl) using three integers.
  • a crystal plane appearing on the surface of a single crystal substrate may be referred to as a plane orientation of the single crystal substrate.
  • lattice points (also referred to as reciprocal lattice points) in the reciprocal lattice corresponding to the crystal planes are represented by indices without parentheses.
  • a reciprocal lattice point 111 shown in a spot observed in the wide area reciprocal lattice space map corresponds to the crystal plane (111).
  • planes equivalent to (111) include (-111), (1-11), (11-1), and the like. In this specification, when (111) is described, (111) may include equivalent surfaces such as (-111), (1-11), and (11-1).
  • Metal oxynitrides containing metal, oxygen, and nitrogen have attracted attention as semiconductor materials and insulating materials used for semiconductor devices. It is preferable that the metal oxynitride used for the semiconductor device has few impurities and defects and high stability.
  • the stability of the metal oxynitride is high means that the metal oxynitride hardly reacts with a material in contact with the metal oxynitride due to heat generation accompanying operation of the semiconductor device, and the crystallinity of the metal oxynitride does not change. Defects are less likely to occur in the metal oxynitride.
  • reliability of the semiconductor device can be improved.
  • the impurities in the metal oxynitride refer to, for example, those other than the main components constituting the metal oxynitride.
  • an element whose concentration is less than 0.1 atomic% can be regarded as an impurity.
  • the element include hydrogen, silicon, boron, phosphorus, carbon, and transition metals other than the main components of metal oxynitride.
  • the defects in the metal oxynitride are lattice defects, for example, point defects such as oxygen deficiency and nitrogen deficiency, line defects such as dislocations, and plane defects such as crystal grain boundaries. Defects in metal oxynitride include void defects such as voids.
  • thin films include in-plane oriented thin films, oriented thin films, non-oriented thin films (polycrystalline thin films), and amorphous thin films (amorphous thin films).
  • An oriented thin film is a thin film in which at least one crystal axis is aligned in a specific direction in crystals included in the thin film.
  • An in-plane oriented thin film is a thin film in which three crystal axes are aligned in a specific direction in a crystal included in the thin film.
  • the metal oxynitride thin film used for a semiconductor device or the like is preferably an oriented metal oxynitride thin film, and more preferably an in-plane oriented metal oxynitride thin film.
  • the in-plane oriented metal oxynitride thin film has few impurities and defects and has a dense structure. Therefore, by using a metal oxynitride thin film with in-plane orientation for a semiconductor device or the like, the reliability of the semiconductor device or the like can be improved.
  • Epitaxial growth is known as a method of forming an in-plane oriented thin film.
  • Epitaxial growth means that crystals constituting a thin film grow on a single crystal substrate with a certain crystal orientation relationship. Note that growing a crystal having the same lattice constant as a crystal of the substrate on the single crystal substrate using the same material as the substrate is referred to as homoepitaxial growth.
  • growth of a crystal on a single crystal substrate using a material different from that of the substrate or using a material different from the lattice constant of the crystal of the substrate is referred to as heteroepitaxial growth. Heteroepitaxial growth can be achieved by selecting a material having a small lattice mismatch with the crystal of the substrate, providing a layer (also called a buffer layer) for relaxing lattice distortion between the substrate and the thin film, or the like.
  • Epitaxial growth methods include solid phase epitaxial growth (SPE: Solid Phase Epitaxy), liquid phase epitaxy (LPE: Liquid Phase Epitaxy), and vapor phase epitaxial growth (VPE: Vapor Phase Epitaxy).
  • SPE Solid Phase Epitaxy
  • LPE Liquid Phase Epitaxy
  • VPE Vapor Phase Epitaxy
  • the SPE method is a method in which a thin film is formed on the surface of a substrate, and the thin film is heated by electron beam irradiation or the like to change the crystal structure of the thin film into the same crystal structure as that of the substrate.
  • the LPE method is a method of depositing a crystal part on a substrate surface from a supersaturated solution.
  • the VPE method is a method of depositing components in a gas phase on a substrate surface.
  • the VPE method includes a pulsed laser deposition (PLD: Pulsed Laser Deposition) method, an atomic layer deposition (ALD: Atomic Layer Deposition) method, a molecular beam epitaxial growth (MBE: Molecular Beam Epitaxy) method, and the like.
  • the MBE method is a method in which an element or a material containing the element constituting a target crystal is heated and evaporated in an ultra-high vacuum, and the crystal is deposited on a heated substrate.
  • the thin film is formed at a high temperature
  • a heat treatment is performed at a high temperature (for example, 1000 ° C. or higher) after the thin film is formed, and the substrate surface is flattened before the thin film is formed.
  • Coating providing one or more buffer layers on the substrate, selecting a substrate having a close lattice constant or thermal expansion coefficient, and the like.
  • planarization treatment of the substrate surface for example, heat treatment is performed on the substrate at a high temperature.
  • one embodiment of the present invention is a method for manufacturing a metal oxynitride film, in which a metal oxynitride film is epitaxially grown at a low temperature.
  • the manufacturing method is a method in which a gas is introduced into a reaction chamber on a single crystal substrate, and a metal oxynitride film is epitaxially grown by a sputtering method.
  • one embodiment of the present invention is a manufacturing method in which an in-plane oriented film is formed by epitaxial growth; therefore, a film epitaxially grown by the manufacturing method is an in-plane oriented film.
  • the crystal structure of the metal oxynitride film to be epitaxially grown is preferably a hexagonal crystal structure.
  • a wurtzite structure is particularly preferable.
  • the wurtzite structure has a crystal orientation relationship that allows epitaxial growth with respect to a cubic system (for example, a diamond structure, a fluorite structure, a zinc blend structure, and the like).
  • a cubic system for example, a diamond structure, a fluorite structure, a zinc blend structure, and the like.
  • [111] of the cubic system and [001] of the wurtzite structure have a crystal orientation relationship capable of epitaxial growth.
  • a metal oxynitride film having a hexagonal crystal structure can be easily epitaxially grown on a single crystal substrate having a cubic crystal system, a hexagonal crystal system, or the like. Further, a material having a crystal structure such as a cubic system and a hexagonal system can be easily grown on the metal oxynitride film.
  • an insulating substrate such as a sapphire substrate or a stabilized zirconia substrate (such as a yttria-stabilized zirconia (YSZ) substrate) can be used.
  • a YSZ substrate having a plane orientation of (111) or an A-plane sapphire substrate having a plane orientation of (110) may be used as the substrate.
  • a YSZ substrate or an A-plane sapphire substrate as the substrate, it becomes easy to form a metal oxynitride thin film having a wurtzite-type crystal and having in-plane orientation.
  • a semiconductor substrate formed using silicon, germanium, silicon carbide, gallium nitride, gallium arsenide, indium phosphide, or zinc oxide may be used.
  • the difference between the lattice constant of the crystal of the thin film grown epitaxially and the lattice constant of the crystal of the substrate is preferably small. By reducing the lattice mismatch, a thin film can be easily grown epitaxially on a single crystal substrate.
  • Lattice mismatch ⁇ a is the lattice constant a e of the crystal thin film epitaxially grown, the lattice constant a s of the substrate crystal and is calculated from the following equation (1).
  • the degree of lattice mismatch between the metal oxynitride film to be epitaxially grown and the single crystal substrate is preferably 15% or less, more preferably 10% or less.
  • the metal oxynitride film can be easily grown epitaxially on the single crystal substrate.
  • the crystal orientation of the substrate surface is [111] and the metal oxynitride Since the crystal orientation of the surface of the material film is [001], the crystal orientations of the substrate and the metal oxide film are different. Therefore, a s a by root 2 times the value of 2 minutes lattice constant of the crystal of the substrate, it is possible to calculate the degree of lattice mismatch.
  • the lattice constant of the crystal of the metal oxynitride film in the a-axis direction is preferably 0.31 nm or more and 0.41 nm or less, and 0.32 nm or more and 0.40 nm. The following is more preferred.
  • FIG. 1A is a schematic view of a structure including a metal oxynitride film epitaxially grown on a single crystal substrate.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a structure in which a metal oxynitride film 20 is formed on a single-crystal substrate 10.
  • FIG. 1A illustrates a case where the metal oxynitride film 20 has a crystal 30 having a wurtzite structure.
  • the metal oxynitride film is formed so that the c-axis ([001]) direction of the crystal 30 having a wurtzite structure matches the normal direction of the surface of the single crystal substrate 10. 20 is epitaxially grown.
  • a c-axis ([001]) direction of a crystal included in the film matches a normal direction of a substrate surface of a single crystal.
  • a film epitaxially grown by the manufacturing method of one embodiment may be referred to as a c-axis epitaxial film.
  • FIG. 1B shows typical crystal planes ((001) plane and (101) plane) of the wurtzite structure.
  • the (001) plane of the wurtzite structure shown in FIG. 1B is a plane parallel to the surface of the single crystal substrate 10.
  • Fig. 1 (C) shows the arrangement of atoms in the wurtzite structure.
  • the arrangement X1 in FIG. 1C is an arrangement of metal atoms
  • the arrangement X2 is an arrangement of an oxygen atom or a nitrogen atom. Note that the arrangement X1 may be an arrangement of oxygen atoms or nitrogen atoms, and the arrangement X2 may be an arrangement of metal atoms.
  • the sputtering target used for the above sputtering method is preferably an oxide target containing zinc, and more preferably an oxide target containing at least one of indium and gallium and zinc.
  • the oxide target include a zinc oxide target, an indium zinc oxide (In-Zn oxide) target, a gallium zinc oxide (Ga-Zn oxide) target, and an indium gallium zinc oxide (In-Ga-Zn oxide).
  • Object A target or the like can be used.
  • an indium gallium zinc oxide target is preferably used as the oxide target.
  • the crystal structures of indium nitride, gallium nitride, and zinc oxide are all wurtzite structures. Therefore, when a film is formed using the oxide target, a metal oxynitride thin film having a wurtzite-type structure and in-plane orientation can be easily formed.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating an atomic ratio of indium, gallium, and zinc included in the oxide target.
  • FIG. 2 does not describe the atomic ratio of oxygen.
  • the terms of the atomic ratios of indium, gallium, and zinc included in the oxide target are [In], [Ga], and [Zn].
  • a region A shown in FIG. 2 shows an example of a preferable range of the atomic ratio of indium, gallium, and zinc contained in the oxide target.
  • the sputtering target used in the above sputtering method is not limited to an oxide target, and may be an oxynitride target.
  • an oxynitride target for example, an indium gallium zinc oxynitride (In-Ga-Zn oxynitride) target, an indium gallium oxynitride (In-Ga oxynitride) target, an indium zinc oxynitride (In-Zn) Oxynitride) target or the like can be used.
  • the substrate temperature during the formation of the metal oxynitride film is preferably room temperature (25 ° C.) or more and 500 ° C. or less, more preferably 80 ° C. or more and 400 ° C. or less, and 100 ° C. or more and 250 ° C. or less. More preferably, there is. Since the film can be formed at a substrate temperature of 500 ° C. or lower, productivity of a semiconductor device or the like using the metal oxynitride film can be increased.
  • a gas containing nitrogen gas as the gas introduced into the reaction chamber during the formation of the metal oxynitride film.
  • the gas it is preferable to use a nitrogen gas, a mixed gas of a nitrogen gas and an oxygen gas, a mixed gas of a nitrogen gas and a rare gas (eg, argon or helium), or the like.
  • the flow rate of the nitrogen gas is preferably 50% to 100% of the total flow rate of the gas.
  • the composition of the obtained metal oxynitride film can be adjusted by adjusting the flow rate ratio of the nitrogen gas to the flow rate of the gas.
  • a metal oxynitride film can be epitaxially grown without providing a buffer layer between the substrate and the thin film.
  • FIG. 3A is a cross-sectional view illustrating a film forming chamber 41 included in a sputtering device
  • FIG. 3B is a plan view of a magnet unit 54a and a magnet unit 54b included in the sputtering device.
  • the film formation chamber 41 shown in FIG. 3A includes a target holder 52a, a target holder 52b, a backing plate 50a, a backing plate 50b, a sputtering target 70a, a sputtering target 70b, a member 58, and a substrate holder 62.
  • the sputtering target 70a is disposed on the backing plate 50a.
  • the backing plate 50a is disposed on the target holder 52a.
  • the magnet unit 54a is disposed below the sputtering target 70a via the backing plate 50a.
  • the sputtering target 70b is disposed on the backing plate 50b.
  • the backing plate 50b is disposed on the target holder 52b.
  • the magnet unit 54b is disposed below the sputtering target 70b via the backing plate 50b.
  • the magnet unit 54a includes a magnet 54N1, a magnet 54N2, a magnet 54S, and a magnet holder 56.
  • the magnet 54N1, the magnet 54N2, and the magnet 54S are arranged on the magnet holder 56. Further, the magnet 54N1 and the magnet 54N2 are arranged at an interval from the magnet 54S.
  • the magnet unit 54b has the same structure as the magnet unit 54a.
  • the sputtering target 70a, the backing plate 50a, and the target holder 52a are separated from the sputtering target 70b, the backing plate 50b, and the target holder 52b by a member 58.
  • the member 58 is preferably an insulator.
  • the member 58 may be a conductor or a semiconductor.
  • the member 58 may be a conductor or a semiconductor whose surface is covered with an insulator.
  • the target holder 52a and the backing plate 50a are fixed using screws (bolts or the like), and have the same potential.
  • the target holder 52a has a function of supporting the sputtering target 70a via the backing plate 50a.
  • the target holder 52b and the backing plate 50b are fixed using screws (bolts or the like) and have the same potential.
  • the target holder 52b has a function of supporting the sputtering target 70b via the backing plate 50b.
  • the backing plate 50a has a function of fixing the sputtering target 70a.
  • the backing plate 50b has a function of fixing the sputtering target 70b.
  • FIG. 3A the lines of magnetic force 64a and the lines of magnetic force 64b formed by the magnet unit 54a are clearly shown.
  • the magnet unit 54a includes a rectangular or substantially rectangular magnet 54N1, a rectangular or substantially rectangular magnet 54N2, and a rectangular or substantially rectangular magnet 54S fixed to the magnet holder 56. It has the configuration that has been. Then, the magnet unit 54a can be swung right and left as indicated by the arrow shown in FIG. For example, the magnet unit 54a may be swung at a beat of 0.1 Hz or more and 1 kHz or less (it may be rephrased as a rhythm, a beat, a pulse, a frequency, a cycle, a cycle, etc.).
  • the magnetic field on the sputtering target 70a changes with the swing of the magnet unit 54a. Since the region where the magnetic field is strong is a high-density plasma region, the sputtering phenomenon of the sputtering target 70a is likely to occur near the region. This is the same for the magnet unit 54b.
  • FIGS. 3A and 3B illustrate an example in which a parallel-plate sputtering device is used; however, a method for forming a metal oxynitride film according to this embodiment is not limited thereto. is not.
  • a metal oxynitride film may be formed using a facing target type sputtering apparatus.
  • a method for forming a metal oxynitride film by epitaxial growth at a low temperature can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, a method can be provided in which a metal oxynitride film is formed by epitaxial growth without performing high-temperature treatment before and after the formation of the metal oxynitride film. According to one embodiment of the present invention, a semiconductor device or the like using a metal oxynitride film formed by epitaxial growth can be provided. Further, according to one embodiment of the present invention, productivity of a semiconductor device or the like using a metal oxynitride film can be increased.
  • the evaluation of the epitaxial growth can be performed during the formation of the thin film or after the formation of the thin film, depending on the evaluation method.
  • the epitaxial growth (crystallinity and orientation) of the formed thin film can be performed by a reciprocal lattice space mapping, a wide area reversal method in a transmission electron microscope (TEM), an X-ray diffraction (XRD) method, or an X-ray diffraction (XRD) method. It can be evaluated by a combination of lattice space mapping (WRSM: Wide-angle Reciprocal Space Mapping), pole measurement, Out-of-Plane measurement, In-Plane measurement, and the like.
  • TEM transmission electron microscope
  • XRD X-ray diffraction
  • XRD X-ray diffraction
  • the reciprocal lattice space is a space formed by basic vectors (also called reciprocal lattice vectors) of the reciprocal lattice space, and reflects the periodicity of the real space.
  • the reciprocal lattice vector b j has the relationship of the following equation (2) with the basic vector a i of the real space lattice.
  • ⁇ i, j is the Kronecker delta. That is, a plane defined in the crystal in the real space is treated as a lattice point in the reciprocal lattice.
  • the epitaxially grown thin film has a small variation in the crystal orientation of the crystals constituting the thin film, that is, has a high orientation. Therefore, when the reciprocal lattice space map is obtained for the epitaxially grown thin film, the observed spot intensity is high and the half width of the spot is small. On the other hand, when the reciprocal lattice space map is obtained for a thin film having a large crystal orientation variation, that is, a thin film with low orientation, the observed spot intensity is low and the spot half width is large. As described above, by obtaining the reciprocal lattice space map, the crystallinity and orientation of the thin film can be evaluated.
  • the wide area reciprocal lattice space mapping using the X-ray analyzer will be described with reference to FIG.
  • the direction in which the X-ray source source, the sample sample, and the detector are arranged in a line is defined as the ⁇ axis.
  • the direction perpendicular to the ⁇ axis is defined as the ⁇ axis.
  • a direction perpendicular to the ⁇ axis and the ⁇ axis is defined as a ⁇ axis. That is, the ⁇ axis is parallel to the direction in which the X-ray analyzer is viewed from above.
  • a ⁇ axis may be a ⁇ axis depending on the device. Therefore, the ⁇ axis can be rephrased as the ⁇ axis.
  • the axis used as the ⁇ axis in this specification may be the ⁇ axis depending on the device. Therefore, the ⁇ axis can be rephrased as the ⁇ axis.
  • a two-dimensional detector In the wide area reciprocal space mapping, a two-dimensional detector is used as a detector.
  • the two-dimensional detector has position information for the 2 ⁇ and ⁇ directions on the detection surface. Note that the detector detector shown in FIG. 4 is a model of a two-dimensional detector.
  • the wide area reciprocal space mapping is performed by operating the sample and the detector when the X-ray source is fixed.
  • the detector can be tilted in the 2 ⁇ direction, and the sample can be tilted in the ⁇ direction, the ⁇ direction, and the ⁇ direction.
  • the wide area reciprocal lattice space mapping is a measurement technique in which a sample is tilted stepwise in the ⁇ direction and 2 ⁇ / ⁇ scans are executed at each ⁇ position (angle). This makes it possible to acquire a wide area reciprocal space map in which a wide range in the reciprocal space is measured.
  • the wide area reciprocal lattice space mapping is performed by operating the X-ray source, the sample, and the detector.
  • the X-ray source source can be tilted in the ⁇ direction.
  • CuK ⁇ radiation (wavelength: 0.15418 nm) is used as an X-ray source.
  • a wide area reciprocal space map is simulated.
  • software “SMAP / for ⁇ Cross ⁇ Sectional ⁇ XRD-RSM” provided by Bruker Japan can be used.
  • a wide area reciprocal lattice space map corresponding to the input values is output.
  • the peak of the spot corresponding to the reciprocal lattice point 002 is preferably located at an angle 2 ⁇ of 30 ° or more and 35 ° or less and an angle ⁇ of about 0 °.
  • the peak of the spot corresponding to the reciprocal lattice point 101 preferably has an angle 2 ⁇ of 33 ° to 37 ° and an angle ⁇ of 61 ° to 65 °.
  • the half width of the spot corresponding to reciprocal lattice point 002 and reciprocal lattice point 101 is preferably less than 2 °.
  • the pole measurement is a method of measuring the diffraction intensity distribution by rotating the sample in all directions while keeping the position (angle) of the X-ray source and the detector constant.
  • a two-dimensional detector is used as a detector in this specification. Specifically, the detector is fixed at the detection angle (2 ⁇ ), and the sample sample is rotated in the in-plane direction ( ⁇ direction) while the sample sample is tilted in the ⁇ direction and the ⁇ direction, and the grating surface is tilted in all directions. Is measured. From the diffraction intensity obtained by the pole measurement, the crystallinity and orientation of the thin film can be evaluated.
  • the detector used for the pole measurement is not limited to the two-dimensional detector, but may be a zero-dimensional detector.
  • FIG. 5A shows a polar figure. As shown in FIG. 5 (A), the center P0 of the polar figure has an angle ⁇ of 0 °, and the outer periphery P1 of the polar figure has an angle 90 of 90 °.
  • a straight line (a straight line indicated by a dashed line P0-P2 in FIG.
  • FIGS. 5B and 5C show schematic diagrams of diffraction intensity obtained by pole measurement.
  • FIG. 5B is a schematic diagram of diffraction intensity when a spot-like intensity distribution is observed on a concentric circle having an angle ⁇ (a circle shown by a dashed line in the figure).
  • FIG. 4 is a schematic diagram of diffraction intensity when a ring-shaped intensity distribution is observed.
  • the (101) plane of the wurtzite structure has sixfold symmetry. That is, when pole measurement is performed on a c-axis epitaxial film having a crystal having a wurtzite structure, as shown in FIG. (Diffraction peak) is observed. Therefore, when a thin film having a crystal having a wurtzite structure is epitaxially grown on the c-axis, a diffraction peak showing six-fold symmetry is observed by ⁇ scan of the crystal of the thin film with respect to the (101) plane in pole measurement. Specifically, a diffraction peak is observed at about every 60 ° with respect to the angle ⁇ on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °.
  • a diffraction peak showing three-fold symmetry is observed in the pole scan. Specifically, a diffraction peak is observed at about 120 ° with respect to the angle ⁇ on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °. Further, in the pole measurement, in the ⁇ scan with respect to the (104) plane of the single-crystal A-plane sapphire substrate, a diffraction peak showing two-fold symmetry is observed. Specifically, a diffraction peak is observed at about 180 ° with respect to the angle ⁇ on a concentric circle having an angle ⁇ of about 58 °.
  • the measurement using the XRD method includes an out-of-plane measurement and an in-plane measurement.
  • Out-of-plane measurement is a method for evaluating a crystal plane parallel to the surface of the thin film
  • in-plane measurement is a method for evaluating a crystal plane perpendicular to the surface of the thin film.
  • a 0-dimensional detector may be used as a detector.
  • the metal oxynitride film include, for example, light-emitting elements, light-receiving elements, and semiconductor devices.
  • a light-emitting element also referred to as a light-emitting diode or LED.
  • FIGS. 6A and 6B illustrate a light-emitting element 100 using a metal oxynitride film according to one embodiment of the present invention.
  • the light emitting element 100 includes a substrate 102, an n-type cladding layer 104, an active layer 106, a p-type cladding layer 108, and an n-type electrode 110. And a p-type electrode 112.
  • the active layer 106 is sandwiched between the n-type cladding layer 104 and the p-type cladding layer 108.
  • the active layer 106 electrons and holes are combined to emit light. That is, the active layer 106 can be called a light-emitting layer.
  • the stacked structure including the n-type cladding layer 104, the active layer 106, and the p-type cladding layer 108 is formed so as to emit light of red, yellow, green, blue, or the like.
  • the laminated structure includes a gallium / phosphorus compound, a gallium / arsenic compound, a gallium / aluminum / arsenic compound, an aluminum / gallium / indium / phosphorous compound, a gallium nitride, an indium / gallium nitride compound, a selenium / zinc compound, and the like.
  • a gallium / phosphorus compound a gallium / arsenic compound, a gallium / aluminum / arsenic compound, an aluminum / gallium / indium / phosphorous compound, a gallium nitride, an indium / gallium nitride compound, a selenium / zinc compound, and the like.
  • the flow rate of nitrogen gas introduced into the reaction chamber at the time of film formation, the conductivity of the metal oxynitride film, (Or insulating property), band gap, light transmittance, and the like can be adjusted.
  • the conductivity of the film tends to increase as the flow rate of the nitrogen gas increases. Therefore, by adjusting the conductivity of the metal oxynitride film, the n-type cladding layer 104 shown in FIG. 6A or the n-type electrode shown in FIG. 110 can be used.
  • the metal oxynitride film may be used for the n-type electrode 110 and the n-type cladding layer 104 shown in FIG.
  • the metal oxynitride film is formed while adjusting the flow rate of nitrogen gas.
  • the n-type electrode 110 and the n-type cladding layer 104 shown in FIG. 6B can be continuously formed.
  • the metal oxynitride film can function as a buffer layer for epitaxially growing a thin film on the film. Therefore, the crystallinity of the n-type cladding layer 104 or the active layer 106 formed on the metal oxynitride film can be improved.
  • the crystal structure of the metal oxynitride film is a hexagonal system, and particularly a wurtzite crystal structure. Therefore, for the n-type cladding layer 104 or the active layer 106 formed over the metal oxynitride film, a material which forms a wurtzite crystal structure such as gallium nitride or an indium / gallium nitride compound is preferably used. .
  • the metal oxynitride film has a function as a base (buffer layer) for growing a hexagonal crystal and also has a function as an n-type electrode or an n-type cladding layer.
  • the metal oxynitride film for the n-type electrode 110 or the n-type cladding layer 104, the n-type cladding layer 104 or the active layer 106 can be easily epitaxially grown, and the crystal of the n-type cladding layer 104 or the active layer 106 can be easily formed.
  • characteristics of the light-emitting element such as luminous efficiency and durability can be improved.
  • FIG. 7A illustrates an example in which a light-emitting element is used as an indoor lighting device.
  • a large-area lighting device 8501 and a lighting device 8502 having a curved surface can be formed.
  • a large-sized lighting device 8503 may be provided on a wall surface in the room.
  • a touch sensor may be provided for the lighting device 8501, the lighting device 8502, and the lighting device 8503, so that the power is turned on or off.
  • the lighting device 8504 having a table function can be obtained. Note that by using a light-emitting element for part of other furniture, a lighting device having a function as furniture can be obtained.
  • a light-emitting device to which the light-emitting element of one embodiment of the present invention is applied can be applied to lighting of a car, for example, lighting can be installed on a dashboard, a windshield, a ceiling, or the like.
  • FIG. 7B shows an appearance of an automobile 7900.
  • the car 7900 includes a car body 7901, wheels 7902, a windshield 7903, a light 7904, a fog lamp 7905, and the like.
  • the light-emitting element of one embodiment of the present invention can be used for the light 7904 and the fog lamp 7905 illustrated in FIG. 7B, for example. Further, for example, although not shown, it can be used for a side blinker, a back lamp, a door courtesy lamp, and the like.
  • a lighting device can be obtained by applying the light-emitting element of one embodiment of the present invention.
  • applicable lighting devices are not limited to those described in this embodiment, and can be applied to lighting devices in all fields.
  • the display device of this embodiment has a function of displaying an image using a light-emitting element.
  • a micro light emitting diode hereinafter, also referred to as a micro LED
  • micro LEDs as display elements
  • power consumption of the display device can be reduced.
  • the display device can be reduced in thickness and weight.
  • a display device using a micro LED as a display element has high contrast and a wide viewing angle, so that display quality can be improved.
  • Area of the region for emitting micro LED light is preferably 1 mm 2 or less, more preferably 10000 2 or less, more preferably 3000 .mu.m 2 or less, more preferably 700 .mu.m 2 or less.
  • FIG. 8A illustrates a configuration example of a display device 400 using a light-emitting element.
  • the display device 400 includes a pixel portion 401, a driver circuit 402, and a driver circuit 403.
  • the pixel unit 401 includes a plurality of pixels pix.
  • the pixel pix is connected to the wiring SL and the wiring GL, respectively.
  • the wirings GL are each connected to the driving circuit 402, and the wirings SL are each connected to the driving circuit 403.
  • a selection signal is supplied to the wiring GL, and a video signal is supplied to the wiring SL.
  • the drive circuit 402 has a function of supplying a selection signal to the pixel pix. Specifically, the driving circuit 402 has a function of supplying a selection signal to the wiring GL, and the wiring GL has a function of transmitting the selection signal output from the driving circuit 402 to the pixel pix.
  • the driver circuit 402 can be referred to as a gate driver circuit or a gate driver, and the wiring GL can be referred to as a selection signal line, a gate line, or the like.
  • the driving circuit 403 has a function of supplying a video signal to the pixel pix. Specifically, the driving circuit 403 has a function of supplying a video signal to the wiring SL, and the wiring SL has a function of transmitting a video signal output from the driving circuit 403 to the pixel pix.
  • the driver circuit 403 can be referred to as a source side driver circuit or a source driver, and the wiring SL can be referred to as a video signal line, a source line, or the like.
  • FIG. 8B illustrates a configuration example of a pixel pix using a light-emitting element as a display element.
  • the pixel pix illustrated in FIG. 8B includes a transistor Tr31, a transistor Tr32, a capacitor C31, and a light-emitting element LE.
  • the transistors Tr31 and Tr32 are n-channel transistors here, but the polarity of the transistors can be changed as appropriate.
  • the light-emitting element described in the above embodiment can be used for the light-emitting element LE.
  • the gate of the transistor Tr31 is connected to the wiring GL, one of a source and a drain is connected to the gate of the transistor Tr32 and one electrode of the capacitor C31, and the other of the source and the drain is connected to the wiring SL.
  • One of a source and a drain of the transistor Tr32 is connected to the other electrode of the capacitor C31 and one electrode of the light-emitting element LE, and the other of the source and the drain is connected to a wiring to which the potential Va is supplied.
  • the other electrode of the light-emitting element LE is connected to a wiring to which the potential Vc is supplied.
  • a node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr31, the gate of the transistor Tr32, and one electrode of the capacitor C31 is referred to as a node N31.
  • a node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr32, the other electrode of the capacitor C31, and one electrode of the light-emitting element LE is referred to as a node N32.
  • the potential Va is a high power supply potential and the potential Vc is a low power supply potential is described.
  • Each of the potential Va and the potential Vc can be a common potential in a plurality of pixels pix.
  • the capacitor C31 has a function as a storage capacitor for holding the potential of the node N31.
  • the transistor Tr31 has a function of controlling supply of the potential of the wiring SL to the node N31. Specifically, by controlling the potential of the wiring GL to turn on the transistor Tr31, the potential of the wiring SL corresponding to the video signal is supplied to the node N31, and writing of the pixel pix is performed. After that, by controlling the potential of the wiring GL to turn off the transistor Tr31, the potential of the node N31 is held.
  • the amount of current flowing between the source and the drain of the transistor Tr32 is controlled according to the voltage between the node N31 and the node N32, and the light emitting element LE emits light with luminance according to the amount of current. Thereby, the gradation of the pixel pix can be controlled.
  • the transistor Tr32 preferably operates in a saturation region.
  • the transistor Tr31 and the transistor Tr32 may be provided in the same layer or may be provided in a stacked manner.
  • the transistor Tr31 and the transistor Tr32 can be manufactured at the same time, and the manufacturing process of the display device can be shortened.
  • the degree of integration of the display device can be increased.
  • a configuration in which two transistors (Tr31 and Tr32) are provided in the pixel pix is preferable. Note that one embodiment of the present invention is not limited thereto, and a structure including three or more transistors in a pixel pix may be employed.
  • FIG. 8C is a configuration example of a pixel pix which uses a light-emitting element as a display element, which is different from FIG. 8B.
  • the pixel pix illustrated in FIG. 8C includes a transistor Tr31, a transistor Tr32, a transistor Tr33, a capacitor C31, and a light-emitting element LE. That is, the pixel pix illustrated in FIG. 8C is a pixel in which a transistor Tr33 for monitoring the amount of current flowing through the transistor Tr32 is added to the pixel pix illustrated in FIG.
  • the gate of the transistor Tr31 is connected to the wiring GL, one of a source and a drain is connected to the gate of the transistor Tr32 and one electrode of the capacitor C31, and the other of the source and the drain is connected to the wiring SL.
  • One of a source and a drain of the transistor Tr32 is connected to the other electrode of the capacitor C31, one electrode of the light-emitting element LE, and one of a source and a drain of the transistor Tr33, and the other of the source and the drain is supplied with the potential Va.
  • the other electrode of the light-emitting element LE is connected to a wiring to which the potential Vc is supplied.
  • the gate of the transistor Tr33 is connected to the wiring GL, and the other of the source and the drain is connected to the monitor line ML.
  • a node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr31, the gate of the transistor Tr32, and one electrode of the capacitor C31 is referred to as a node N31.
  • a node connected to one of the source and the drain of the transistor Tr32, the other electrode of the capacitor C31, the one electrode of the light-emitting element LE, and one of the source and the drain of the transistor Tr33 is referred to as a node N32.
  • the wiring GL may be selected using a progressive method or an interlace method. Further, the supply of the video signal to the wiring SL may be performed by using dot sequential driving for sequentially supplying the video signal to the wiring SL, or may be performed by using the line sequential driving for supplying the video signal to all the wirings SL at once. You may go. Further, the video signal may be sequentially supplied to each of the plurality of wirings SL.
  • an element belonging to Group 14 such as silicon or germanium, a compound semiconductor such as gallium arsenide, an organic semiconductor, or a metal oxide can be used.
  • the semiconductor may be a non-single-crystal semiconductor (an amorphous semiconductor, a microcrystalline semiconductor, a polycrystalline semiconductor, or the like), or may be a single-crystal semiconductor.
  • the transistor included in the pixel pix preferably includes an amorphous semiconductor in a channel formation region, particularly, hydrogenated amorphous silicon (a-Si: H). Since a transistor using an amorphous semiconductor can easily cope with an increase in the area of a substrate, a manufacturing process is required when a large-screen display device capable of supporting 4K2K broadcast, 8K4K broadcast, or the like is manufactured. It can be simplified.
  • a-Si hydrogenated amorphous silicon
  • ⁇ As a transistor included in the pixel pix a transistor including a metal oxide in a channel formation region (OS transistor) can be used.
  • the OS transistor has higher field-effect mobility than a transistor using hydrogenated amorphous silicon. Further, a crystallization step which is necessary for a transistor using polycrystalline silicon or the like is not required.
  • the frequency of updating the video signal can be set extremely low during a period in which the image displayed on the pixel portion 401 does not change or a period in which the change is equal to or less than a certain value.
  • the frequency of updating the video signal can be set to, for example, once or less per 0.1 second, once or less per second, and once or less every 10 seconds.
  • a large number of pixels pix are provided corresponding to 4K2K broadcast, 8K4K broadcast, or the like, it is effective to reduce power consumption by omitting updating of a video signal.
  • Examples of the electronic device include a television device, a desktop or notebook personal computer, a monitor for a computer, a digital signage, an electronic device having a relatively large screen such as a large game machine such as a pachinko machine, and a digital device.
  • Examples include a camera, a digital video camera, a digital photo frame, a mobile phone, a portable game machine, a portable information terminal, and a sound reproducing device.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention may include an antenna. By receiving a signal with the antenna, display of an image, information, or the like can be performed on the display portion.
  • the display portion can be configured by a display device, and thus the display portion can also be called a display device.
  • the antenna may be used for wireless power transmission.
  • the electronic device of one embodiment of the present invention includes sensors (force, displacement, position, speed, acceleration, angular velocity, rotation speed, distance, light, liquid, magnetism, temperature, chemical substance, sound, time, hardness, electric field, current, (Including a function of measuring voltage, power, radiation, flow rate, humidity, gradient, vibration, smell, or infrared light).
  • the electronic device of one embodiment of the present invention can have various functions. For example, a function of displaying various information (still images, moving images, text images, etc.) on the display unit, a touch panel function, a function of displaying a calendar, date or time, a function of executing various software (programs), a wireless communication It can have a function, a function of reading a program or data recorded on a recording medium, and the like.
  • FIG. 9A illustrates an example of a television device.
  • a display portion 7000 is incorporated in a housing 7101.
  • a structure in which the housing 7101 is supported by the stand 7103 is shown.
  • the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000.
  • the television device 7100 illustrated in FIG. 9A can be operated with an operation switch of the housing 7101 or a separate remote controller 7111.
  • the display portion 7000 may be provided with a touch sensor, and may be operated by touching the display portion 7000 with a finger, a stylus, or the like.
  • the remote controller 7111 may include a display unit that displays information output from the remote controller 7111. Channel and volume operations can be performed with operation keys or a touch panel included in the remote controller 7111, and images displayed on the display portion 7000 can be operated.
  • the television set 7100 is provided with a receiver, a modem, and the like.
  • a general television broadcast can be received by the receiver.
  • by connecting to a wired or wireless communication network via a modem one-way (from sender to receiver) or two-way (between sender and receiver, between receivers, etc.) information communication can be performed. Is also possible.
  • FIG. 9B illustrates a laptop personal computer 7200.
  • the laptop personal computer 7200 includes a housing 7211, a keyboard 7212, a pointing device 7213, an external connection port 7214, and the like.
  • a display portion 7000 is incorporated in the housing 7211.
  • the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000.
  • FIGS. 9C and 9D show an example of digital signage.
  • a digital signage 7300 illustrated in FIG. 9C includes a housing 7301, a display portion 7000, a speaker 7303, and the like. Further, it can have an LED lamp, an operation key (including a power switch or an operation switch), a connection terminal, various sensors, a microphone, and the like.
  • FIG. 9D illustrates a digital signage 7400 attached to a column 7401.
  • the digital signage 7400 has a display portion 7000 provided along the curved surface of the column 7401.
  • the display device of one embodiment of the present invention can be applied to the display portion 7000.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can cooperate with the information terminal 7311 or the information terminal 7411 such as a smartphone possessed by the user by wireless communication.
  • advertisement information displayed on the display portion 7000 can be displayed on the screen of the information terminal 7311 or the information terminal 7411.
  • the display on the display portion 7000 can be switched by operating the information terminal 7311 or the information terminal 7411.
  • the digital signage 7300 or the digital signage 7400 can also execute a game using the information terminal 7311 or the screen of the information terminal 7411 as an operation means (controller).
  • an unspecified number of users can simultaneously participate in the game and enjoy it.
  • the display device according to one embodiment of the present invention can be incorporated along an inner or outer wall of a house or a building, or a curved surface of an interior or exterior of a vehicle.
  • FIG. 9E illustrates an example in which the display device according to one embodiment of the present invention is mounted on a vehicle.
  • FIG. 9E illustrates a configuration example of a vehicle including the display portion 5001.
  • a display device according to one embodiment of the present invention can be used.
  • FIG. 9E illustrates an example in which the display portion 5001 is mounted on a right-hand drive vehicle.
  • the display portion 5001 is not particularly limited and can be mounted on a left-hand drive vehicle. In this case, the arrangement on the left and right of the configuration shown in FIG.
  • FIG. 9E shows a dashboard 5002, a handle 5003, a windshield 5004, and the like arranged around the driver's seat and the passenger's seat.
  • the display unit 5001 is arranged at a predetermined position of the dashboard 5002, specifically, around the driver, and has a substantially T-shape.
  • FIG. 9E illustrates an example in which one display portion 5001 formed using a plurality of display panels 5007 (display panels 5007a, 5007b, 5007c, and 5007d) is provided along a dashboard 5002.
  • the display portion 5001 may be arranged at a plurality of locations.
  • the plurality of display panels 5007 may have flexibility.
  • the display portion 5001 can be processed into a complicated shape, and the display portion 5001 can be formed along a curved surface of the dashboard 5002 or the like, or can be displayed on a connection portion of a steering wheel, a display portion of an instrument, an air vent 5006, or the like.
  • a configuration in which the display area of the portion 5001 is not provided can be easily realized.
  • FIG. 9E illustrates an example in which the camera 5005 is provided instead of the side mirror, but both the side mirror and the camera may be provided.
  • a CCD camera, a CMOS camera, or the like can be used.
  • an infrared camera may be used in combination. Since the output level of the infrared camera increases as the temperature of the subject increases, the infrared camera can detect or extract a living body such as a human or an animal.
  • the image captured by the camera 5005 can be output to one or more of the display panels 5007a, 5007b, 5007c, and 5007d.
  • the display unit 5001 is mainly used to assist driving of the vehicle. By photographing the situation on the rear side with a wide angle of view using the camera 5005 and displaying the image on the display panel 5007, the driver can visually recognize the blind spot area, and the occurrence of an accident can be prevented.
  • a distance image sensor may be provided on the roof of a car or the like, and an image obtained by the distance image sensor may be displayed on the display unit 5001.
  • an image sensor, a lidar (Light Detection and Ranging), or the like can be used as the range image sensor.
  • a lidar Light Detection and Ranging
  • the display unit 5001 may have a function of displaying map information, traffic information, television images, DVD images, and the like.
  • map information can be displayed large using the display panels 5007a, 5007b, 5007c, and 5007d as one display screen. Note that the number of display panels 5007 can be increased in accordance with the displayed video.
  • the images displayed on the display panels 5007a, 5007b, 5007c, and 5007d can be freely set according to the driver's preference. For example, a television image and a DVD image are displayed on the left display panel 5007d, map information is displayed on the central display panel 5007b, instruments are displayed on the right display panel 5007c, and audio items are displayed near the transmission gear (driving gear). (Between the seat and the passenger seat) on the display panel 5007a. Further, by combining a plurality of display panels 5007, a fail-safe function can be added to the display portion 5001. For example, even if one display panel 5007 breaks down for some reason, the display area can be changed and display can be performed using another display panel 5007.
  • samples 1 to 7 each having a metal oxynitride film formed on a substrate by the method described in the above embodiment are prepared, and a wide area reciprocal lattice space is provided for each sample. Mapping, pole measurement, Out-of-plane measurement, In-plane measurement, and the like were performed.
  • Samples 1 to 7 were manufactured using the method for manufacturing a metal oxynitride film described in Embodiment 1. Specifically, a single crystal substrate was prepared, a gas was introduced into the reaction chamber over the substrate, and a metal oxynitride film was formed by a sputtering method using an oxide target. Note that before forming the metal oxynitride film on the substrate, pretreatment such as atmospheric annealing or vacuum annealing is not performed on the substrate. No heat treatment was performed on the formed metal oxynitride film.
  • YSZ yttria-stabilized zirconia
  • the metal oxynitride film of Sample 4 is an In-Ga-Zn oxynitride film.
  • a gas (also referred to as a deposition gas) introduced into the reaction chamber will be described.
  • a nitrogen gas (N 2 ) of 45 sccm was used.
  • a mixed gas of nitrogen gas (N 2 ) 45 sccm and argon gas (Ar) 45 sccm was used as a deposition gas.
  • the Out-of-plane measurement and the In-plane measurement are mainly performed to estimate a lattice constant used as an input value of a simulation of a wide area reciprocal space map. Therefore, in the present embodiment, illustration of the results of the out-of-plane measurement and the in-plane measurement is omitted.
  • the angle 2 ⁇ was collectively estimated by a two-dimensional detector (detector in FIG. 4), and the angle ⁇ was scanned and measured at each angle ⁇ .
  • the distance between the sample (the sample in FIG. 4) and the two-dimensional detector (the detector in FIG. 4) was set to about 150 mm.
  • the angle 2 ⁇ was set to 40 °, and the range where the angle 2 ⁇ was 20 ° or more and 60 ° or less was recorded collectively.
  • scanning was performed at an angle ⁇ of 10 ° or more and 30 ° or less.
  • the angle ⁇ was set in a range of 0 ° to 85 ° in increments of 5 ° (a total of 18 steps).
  • the incident X-ray diameter was 0.3 mm ⁇ using a collimator, CuK ⁇ rays (wavelength: 0.15418 nm) were used as the X-ray source, and the output of the X-ray was 50 kV and 100 mA.
  • the X-ray exposure time per step was 60 seconds.
  • Wide reciprocal space mapping was performed for each sample, and a wide reciprocal space map for each sample was obtained.
  • the horizontal axis is an angle 2 ⁇ [°]
  • the vertical axis is an angle ⁇ [°].
  • the intensity at each point of the wide area reciprocal space map is represented in association with the bar shown on the right of the wide area reciprocal space map. Specifically, the higher the intensity, the darker (darker) the color, and the lower the intensity, the whiter (lighter) the color.
  • the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation shows all spots that can be observed in the crystal assumed in the simulation. Therefore, in the wide area reciprocal lattice space map of the epitaxially grown thin film and the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation, the observed crystal spot may be different because the in-plane oriented crystal orientation may differ depending on the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is adjusted, and the wide area reciprocal space mapping is performed. Specifically, in the samples 1 to 6, the (101) plane of the metal oxynitride film of each sample and the (111) plane of the substrate of each sample are simultaneously observed in the wide area reciprocal lattice space map. As described above, the wide area reciprocal lattice space mapping may be performed by adjusting the angle ⁇ .
  • the angle ⁇ is set so that the (101) plane of the metal oxynitride film of the sample 7 and the (104) plane of the substrate of the sample 7 are simultaneously observed in the wide area reciprocal space map. It is good to perform wide area reciprocal lattice space mapping by adjusting.
  • FIG. 10A shows a wide area reciprocal lattice space map of Sample 1.
  • FIGS. 10B and 10C show a wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 10B is a wide area reciprocal space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 1
  • FIG. 10C is a wide area reciprocal space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 1. It is a map.
  • FIG. 10 (A) a plurality of spots were observed.
  • the spot where the peak is located at an angle 2 ⁇ of about 35 ° and an angle ⁇ of about 62 ° It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 11A and 11B show the results of the pole measurement for Sample 1 in FIGS. 11A and 11B.
  • FIG. 11A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 1
  • FIG. 11B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 1.
  • ⁇ As shown by the solid circle in FIG. 11A spot-like intensity distributions were observed at three points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °.
  • the spot is a three-fold symmetric spot derived from the (111) plane of yttria-stabilized zirconia (YSZ).
  • spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °. That is, it can be seen that the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 1 has six-fold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 1 is in-plane oriented.
  • FIGS. 11A and 11B show that the metal oxide film of Sample 1 is a c-axis epitaxial film which does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the film plane.
  • the metal oxynitride film of Sample 1 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIG. 12A shows a wide area reciprocal lattice space map of Sample 2.
  • FIGS. 12B and 12C show the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 12B is a wide area reciprocal lattice space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 2
  • FIG. 12C is a wide area reciprocal lattice space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 2. It is a map.
  • FIG. 12 (A) a plurality of spots were observed.
  • the spots whose peaks are located at an angle 2 ⁇ of about 34 ° and an angle ⁇ of about 62 ° are: It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 13A and 13B show the results of the pole measurement for Sample 2 in FIGS. 13A and 13B.
  • FIG. 13A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 2
  • FIG. 13B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 2.
  • spot-like intensity distributions were observed at three points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °. Further, as shown by the solid circle in FIG. 13B, spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °. That is, it can be seen that the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 2 has sixfold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 2 is in-plane oriented.
  • FIGS. 13A and 13B show that the metal oxide film of Sample 2 is a c-axis epitaxial film that does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the film plane.
  • the metal oxynitride film of Sample 2 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIG. 14A shows a wide area reciprocal lattice space map of Sample 3.
  • FIGS. 14B and 14C show a wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 14B is a wide area reciprocal lattice space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 3
  • FIG. 14C is a wide area reciprocal lattice space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 3. It is a map.
  • FIG. 14 (A) a plurality of spots were observed.
  • the spots whose peaks are located at an angle 2 ⁇ of about 36 ° and an angle ⁇ of about 62 ° are: It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 47 ° and an angle ⁇ of about 42 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 15A and 15B show the results of the pole measurement for Sample 3 in FIGS. 15A and 15B.
  • FIG. 15A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 3
  • FIG. 15B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 3.
  • spot-like intensity distributions were observed at three points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °.
  • spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °.
  • the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 3 has sixfold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 3 is in-plane oriented.
  • the crystal of the metal oxynitride film of Sample 3 must have a wurtzite structure.
  • the metal oxide film of Sample 3 is a c-axis epitaxial film that does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the plane of the film.
  • the metal oxynitride film of Sample 3 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIG. 16A shows a wide area reciprocal lattice space map of the sample 4.
  • FIGS. 16B and 16C show the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 16B is a wide area reciprocal lattice space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 4
  • FIG. 16C is a wide area reciprocal lattice space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 4. It is a map.
  • FIG. 16A a plurality of spots were observed.
  • the spot where the peak is located at an angle 2 ⁇ of about 35 ° and an angle ⁇ of about 62 ° is: It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 17 (A) and 17 (B) show the results of the pole measurement for Sample 4 in FIGS. 17 (A) and 17 (B).
  • FIG. 17A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 4
  • FIG. 17B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 4.
  • the metal oxynitride film of Sample 4 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIGS. 18B and 18C show the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 18B is a wide area reciprocal lattice space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 5
  • FIG. 18C is a wide area reciprocal lattice space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 5. It is a map.
  • FIG. 18A a plurality of spots were observed.
  • the spot where the peak is located at an angle 2 ⁇ of about 35 ° and an angle ⁇ of about 62 ° is It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 19A and 19B show the results of the pole measurement for the sample 5 in FIGS. 19A and 19B.
  • FIG. 19A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 5
  • FIG. 19B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 5.
  • spot-like intensity distributions were observed at three points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °.
  • spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °. That is, it can be seen that the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 5 has six-fold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 5 is in-plane oriented.
  • FIGS. 19A and 19B show that the metal oxide film of Sample 5 is a c-axis epitaxial film that does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the film plane.
  • the metal oxynitride film of Sample 5 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIG. 20A shows a wide area reciprocal lattice space map of the sample 6.
  • 20B and 20C show the wide area reciprocal lattice space map obtained by the simulation.
  • FIG. 20B is a wide area reciprocal space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 6
  • FIG. 20C is a wide area reciprocal space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 6. It is a map.
  • FIG. 20 (A) a plurality of spots were observed.
  • the spots whose peaks are located at an angle 2 ⁇ of about 35 ° and an angle ⁇ of about 62 ° are: It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 21 (A) and 21 (B) show the results of the pole measurement for Sample 6 in FIGS. 21 (A) and 21 (B).
  • FIG. 21A shows the result of the (111) plane of the single crystal substrate of Sample 6
  • FIG. 21B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 6.
  • FIG. 21A spot-like intensity distributions were observed at three points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 70 °. Further, as shown by a solid circle in FIG. 21B, spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °. That is, it can be seen that the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 6 has sixfold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 6 is in-plane oriented. Since the angle between the (002) plane and the (101) plane of the wurtzite structure is about 62 °, the crystal of the metal oxynitride film of Sample 6 has a wurtzite structure. I understand.
  • FIGS. 21A and 21B show that the metal oxide film of Sample 6 is a c-axis epitaxial film that does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the film plane.
  • the metal oxynitride film of Sample 6 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.
  • FIG. 22B is a wide area reciprocal space map corresponding to the single crystal substrate of Sample 7
  • FIG. 22C is a wide area reciprocal space corresponding to the crystal of the metal oxynitride film of Sample 7. It is a map.
  • FIG. 22 (A) a plurality of spots were observed.
  • the spot where the peak is located at an angle 2 ⁇ of about 35 ° and an angle ⁇ of about 62 ° It can be seen that a spot corresponding to the (101) plane of the wurtzite structure and having a peak at an angle 2 ⁇ of about 44 ° and an angle ⁇ of about 44 ° corresponds to the (102) plane of the wurtzite structure.
  • FIGS. 23 (A) and 23 (B) show the results of the pole measurement for Sample 7 in FIGS. 23 (A) and 23 (B).
  • FIG. 23A shows the result of the (104) plane of the single crystal substrate of Sample 7
  • FIG. 23B shows the result of the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 7.
  • spot-like intensity distributions were observed at two points on a concentric circle having an angle ⁇ of about 58 °.
  • the spot is a two-fold symmetric spot derived from the (104) plane of A-plane sapphire.
  • spot-like intensity distributions were observed at six locations on a concentric circle having an angle ⁇ of about 62 °. That is, it can be seen that the (101) plane of the metal oxynitride film of Sample 7 has six-fold symmetry, and the metal oxynitride film of Sample 7 is in-plane oriented.
  • FIGS. 23A and 23B show that the metal oxide film of Sample 7 is a c-axis epitaxial film that does not include a domain whose crystal orientation is rotated in the film plane.
  • the metal oxynitride film of Sample 7 has a wurtzite structure and is epitaxially grown.

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Abstract

要約書 金属酸窒化物膜を低温でエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供する。 単結晶の基板上に、 窒素ガスを含む気体を導入して、 酸化物ターゲットを用いて、 スパッタリング法 によって、 エピタキシャル成長させる金属酸窒化物膜の作製方法であって、 酸化物ターゲットは、 亜 鉛を含み、金属酸窒化物膜の成膜中の基板は、８０℃以上４００℃以下であり、窒素ガスの流量は、 気体の全流量中の５０％以上１００％以下である。

Description

金属酸窒化物膜の作製方法
　本発明の一態様は、金属酸窒化物膜、および金属酸窒化物膜の作製方法に関する。また、本発明の一態様は、当該金属酸窒化物膜を用いた発光素子、照明装置、表示装置、電子機器、および半導体装置に関する。
　なお、本明細書等において半導体装置とは、半導体特性を利用することで機能し得る装置全般を指す。トランジスタなどの半導体素子をはじめ、半導体回路、演算装置、記憶装置は、半導体装置の一態様である。表示装置（液晶表示装置、発光表示装置など）、投影装置、照明装置、電気光学装置、蓄電装置、記憶装置、半導体回路、撮像装置、電子機器などは、半導体装置を有すると言える場合がある。
　なお、本発明の一態様は、上記の技術分野に限定されない。本明細書等で開示する発明の一態様は、物、方法、または、製造方法に関するものである。また、本発明の一態様は、プロセス、マシン、マニュファクチャ、または、組成物（コンポジション・オブ・マター）に関するものである。
　顔料や光触媒材料として、金属、酸素、および窒素を有する金属酸窒化物が知られている。また、金属酸窒化物は、半導体装置などに用いる半導体材料や絶縁性材料としても注目されている。特許文献１では、インジウム、ガリウム、および亜鉛を含む金属酸窒化物を有する半導体材料が開示されている。
　また、面内配向した薄膜（単結晶の薄膜ともいう。）を形成する方法の一つとして、エピタキシャル成長方法が知られている。ここで、面内配向とは、基板に対して水平方向の結晶方位の規則性をさす。特許文献２では、単結晶ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５薄膜を、反応性固相エピタキシャル法によって形成する方法が開示されている。
特開２０１５−１８９２９号公報 特開２００４−１０３９５７号公報
　特許文献１に開示されている金属酸窒化物の状態は、原子間の結合が不秩序なアモルファス状態である。アモルファス状態の金属酸窒化物は、鬆または低密度領域を有するため、当該金属酸窒化物の安定性は低い。よって、半導体装置などに用いる金属酸窒化物は、高い結晶性を有することが好ましい。特に、金属酸窒化物は、面内配向していることが好ましい。
　また、特許文献２に開示されている反応性固相エピタキシャル法では、ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５薄膜の成膜前に、基板を１０００℃以上に加熱する処理を行う、当該薄膜の成膜後に、１３００℃以上の温度で加熱拡散処理を行う、などの高温処理が必要とされる。また、単結晶ＩｎＧａＯ３（ＺｎＯ）５薄膜を形成するために、基板上に、エピタキシャル成長させたＺｎＯ薄膜を設ける必要がある。このように、従来技術を用いてエピタキシャル成長させた薄膜を形成するには、様々な制約がある。なお、本明細書では、高温とは、例えば、７００℃以上の温度をさし、低温とは、例えば、６００℃以下の温度をさす。
　そこで、本発明の一態様は、金属酸窒化物膜を低温でエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、金属酸窒化物膜の成膜前後で、高温処理を行わずに、当該金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することを課題の一とする。また、本発明の一態様は、エピタキシャル成長させて成膜した金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などを提供することを課題の一とする。
　なお、これらの課題の記載は、他の課題の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの課題の全てを解決する必要はないものとする。なお、これら以外の課題は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の課題を抽出することが可能である。
　本発明の一態様は、単結晶の基板上に、窒素ガスを含む気体を導入して、酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって、エピタキシャル成長させる金属酸窒化物膜の作製方法であって、酸化物ターゲットは、亜鉛を含み、金属酸窒化物膜の成膜中の基板は、８０℃以上４００℃以下であり、窒素ガスの流量は、気体の全流量中の５０％以上１００％以下である。
　また、本発明の一態様は、単結晶の基板上に、窒素ガスを含む気体を導入して、酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって、面内配向した膜を成膜する金属酸窒化物膜の作製方法であって、酸化物ターゲットは、亜鉛を含み、金属酸窒化物膜の成膜中の基板は、８０℃以上４００℃以下であり、窒素ガスの流量は、気体の全流量中の５０％以上１００％以下である。
　上記金属酸窒化物膜の作製方法において、酸化物ターゲットは、インジウムおよびガリウムの少なくとも一を含む、ことが好ましい。
　上記金属酸窒化物膜の作製方法において、基板は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板であり、基板の面方位は（１１１）である、ことが好ましい。または、基板は、Ａ面サファイア基板であり、基板の面方位は（１１０）である、ことが好ましい。
　上記金属酸窒化物膜の作製方法において、金属酸窒化物膜の結晶構造は、ウルツ鉱型構造である、ことが好ましい。
　また、上記金属酸窒化物膜の作製方法において、金属酸窒化物膜に対して、極点測定を行った場合、極点測定の、金属酸窒化物膜の結晶の（１０１）面に対するφスキャンにて、６回対称を示す回折ピークが観測される、ことが好ましい。
　また、上記金属酸窒化物膜の作製方法において、金属酸窒化物膜の広域逆格子空間マップにおいて、第１のスポットと、第２のスポットとが観察され、第１のスポットのピークは、角度２θが３０°以上３５°以下、かつ、角度ψが０°付近に位置し、第１のスポットの半値幅は、２°未満であり、第２のスポットのピークは、角度２θが３３°以上３７°以下、かつ、角度ψが６１°以上６５°以下に位置し、第２のスポットの半値幅が、２°未満である、ことが好ましい。
　本発明の一態様により、金属酸窒化物膜を低温でエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することができる。また、本発明の一態様により、金属酸窒化物膜の成膜前後で、高温処理を行わずに、当該金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することができる。また、本発明の一態様により、エピタキシャル成長させて成膜した金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などを提供することができる。
　なお、これらの効果の記載は、他の効果の存在を妨げるものではない。なお、本発明の一態様は、これらの効果の全てを有する必要はない。なお、これら以外の効果は、明細書、図面、請求項などの記載から、自ずと明らかとなるものであり、明細書、図面、請求項などの記載から、これら以外の効果を抽出することが可能である。
図１（Ａ）は基板上にエピタキシャル成長させた金属酸窒化物膜を説明する図である。図１（Ｂ）は当該金属酸窒化物膜が有する結晶の結晶面を説明する図である。図１（Ｃ）は当該結晶の原子配置を説明する図である。 図２は酸化物ターゲットを構成する金属の原子数比の範囲を説明する図である。 図３（Ａ）および図３（Ｂ）はスパッタリング装置を説明する模式図である。 図４は広域逆格子空間マッピングおよび極点測定における実験配置図である。 図５（Ａ）は極図形を説明する図である。図５（Ｂ）および図５（Ｃ）は極点測定で得られる強度分布を説明する図である。 図６（Ａ）および図６（Ｂ）は発光素子の構成例を示す図である。 図７（Ａ）および図７（Ｂ）は本発明の一態様に係る、照明装置を表す図である。 図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）は表示装置の構成例を示す図である。 図９（Ａ）乃至図９（Ｅ）は電子機器の構成例を示す図である。 図１０（Ａ）は実施例の試料１の広域逆格子空間マップを示す図である。図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）は実施例の試料１に対する極点測定の結果を示す図である。 図１２（Ａ）は実施例の試料２の広域逆格子空間マップを示す図である。図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）は実施例の試料２に対する極点測定の結果を示す図である。 図１４（Ａ）は実施例の試料３の広域逆格子空間マップを示す図である。図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）は実施例の試料３に対する極点測定の結果を示す図である。 図１６（Ａ）は実施例の試料４の広域逆格子空間マップを示す図である。図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）は実施例の試料４に対する極点測定の結果を示す図である。 図１８（Ａ）は実施例の試料５の広域逆格子空間マップを示す図である。図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）は実施例の試料５に対する極点測定の結果を示す図である。 図２０（Ａ）は実施例の試料６の広域逆格子空間マップを示す図である。図２０（Ｂ）および図２０（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）は実施例の試料６に対する極点測定の結果を示す図である。 図２２（Ａ）は実施例の試料７の広域逆格子空間マップを示す図である。図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）はシミュレーションにより得られた広域逆格子空間マップを示す図である。 図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）は実施例の試料７に対する極点測定の結果を示す図である。
　以下、実施の形態について図面を参照しながら説明する。ただし、実施の形態は多くの異なる態様で実施することが可能であり、趣旨およびその範囲から逸脱することなくその形態および詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は、以下の実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
　また、図面において、大きさ、層の厚さ、または領域は、明瞭化のために誇張されている場合がある。よって、必ずしもそのスケールに限定されない。なお、図面は、理想的な例を模式的に示したものであり、図面に示す形状または値などに限定されない。例えば、実際の製造工程において、エッチングなどの処理により層やレジストマスクなどが意図せずに目減りすることがあるが、理解を容易とするために図に反映しないことがある。また、図面において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する場合がある。また、同様の機能を指す場合には、ハッチパターンを同じくし、特に符号を付さない場合がある。
　また、特に上面図（「平面図」ともいう。）や斜視図などにおいて、発明の理解を容易とするため、一部の構成要素の記載を省略する場合がある。また、一部の隠れ線などの記載を省略する場合がある。
　また、本明細書等において、「上に」、「下に」などの配置を示す語句は、構成同士の位置関係を、図面を参照して説明するために、便宜上用いている。また、構成同士の位置関係は、各構成を描写する方向に応じて適宜変化するものである。したがって、明細書で説明した語句に限定されず、状況に応じて適切に言い換えることができる。
　例えば、本明細書等において、ＸとＹとが接続されている、と明示的に記載されている場合は、ＸとＹとが電気的に接続されている場合と、ＸとＹとが機能的に接続されている場合と、ＸとＹとが直接的に接続されている場合とが、本明細書等に開示されているものとする。したがって、所定の接続関係、例えば、図または文章に示された接続関係に限定されず、図または文章に示された接続関係以外のものも、図または文章に開示されているものとする。ここで、Ｘ、Ｙは、対象物（例えば、装置、素子、回路、配線、電極、端子、導電膜、層、など）であるとする。
　また、本明細書等において、トランジスタとは、ゲートと、ドレインと、ソースとを含む少なくとも三つの端子を有する素子である。そして、ドレイン（ドレイン端子、ドレイン領域またはドレイン電極）とソース（ソース端子、ソース領域またはソース電極）の間にチャネルが形成される領域（以下、チャネル形成領域ともいう。）を有しており、チャネル形成領域を介して、ソースとドレインとの間に電流を流すことができるものである。なお、本明細書等において、チャネル形成領域とは、電流が主として流れる領域をいう。
　また、ソースやドレインの機能は、異なる極性のトランジスタを採用する場合や、回路動作において電流の方向が変化する場合などには入れ替わることがある。このため、本明細書等においては、ソースやドレインの用語は、入れ替えて用いることができる場合がある。
　また、本明細書等において、「絶縁体」という用語を、絶縁膜または絶縁層と言い換えることができる。また、「導電体」という用語を、導電膜または導電層と言い換えることができる。また、「半導体」という用語を、半導体膜または半導体層と言い換えることができる。
　また、本明細書等において、「平行」とは、二つの直線が−１０°以上１０°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、−５°以上５°以下の場合も含まれる。また、「略平行」とは、二つの直線が−３０°以上３０°以下の角度で配置されている状態をいう。また、「垂直」とは、二つの直線が８０°以上１００°以下の角度で配置されている状態をいう。したがって、８５°以上９５°以下の場合も含まれる。また、「略垂直」とは、二つの直線が６０°以上１２０°以下の角度で配置されている状態をいう。
　また、本明細書では、結晶面を、ミラー指数を用いて表す。ミラー指数は、丸括弧の中の３つの整数で示される。また、結晶面の並びの方向（結晶面に対して垂直方向）を、結晶方位という。結晶方位は、角括弧の３つの整数で示される。例えば、結晶面を表す際は（１１１）と示し、結晶方位を表す際は［１１１］で示す。なお、六方晶系では、ミラー−ブラベー（Ｍｉｌｌｅｒ−Ｂｒａｖａｉｓ）指数と呼ばれる表記が利用される場合がある。具体的には、六方晶格子の面指数を、４つの整数（ｈ、ｋ、ｉ、ｌ）を用いて、（ｈｋｉｌ）で表す。ここでｉ＝−（ｈ＋ｋ）である。指数ｉは指数ｈと指数ｋの値から計算できるため、本明細書では、六方晶系の結晶面に対しても、３つの整数を用いたミラー指数（ｈｋｌ）で表記する。
　また、本明細書では、単結晶基板の表面に現れる結晶面を、単結晶基板の面方位と呼ぶ場合がある。
　また、本明細書では、結晶面に対応する、逆格子における格子点（逆格子点ともいう）を、括弧なしの指数で表記する。例えば、広域逆格子空間マップで観察されるスポットに示す逆格子点１１１は、結晶面（１１１）に対応する。
　また、ミラー指数では、負の方向を表す場合、指数を表す数字の上にバーをつけるが、本明細書では、便宜上、指数を表す数字の前にマイナス記号をつける。また、（１１１）と等価な面として、（−１１１）、（１−１１）、（１１−１）などがある。本明細書において、（１１１）と記述する場合、（１１１）には、（−１１１）、（１−１１）、（１１−１）などの等価な面も含む場合がある。
（実施の形態１）
　本実施の形態では、本発明の一態様である金属酸窒化物膜の作製方法について説明する。
　金属、酸素、および窒素を有する金属酸窒化物は、半導体装置に用いる半導体材料や絶縁性材料として注目されている。半導体装置に用いる金属酸窒化物は、不純物や欠陥が少なく、安定性が高いことが好ましい。ここで、金属酸窒化物の安定性が高いとは、半導体装置の動作に伴う発熱などによって、当該金属酸窒化物に接する材料と反応しにくい、当該金属酸窒化物の結晶性が変化しない、当該金属酸窒化物に欠陥が生じにくい、などをさす。不純物や欠陥が少なく、安定性が高い金属酸窒化物を半導体装置に用いることで、当該半導体装置の信頼性を向上させることができる。
　金属酸窒化物における不純物とは、例えば、金属酸窒化物を構成する主成分以外をいう。例えば、金属酸窒化物において、濃度が０．１原子％未満の元素は不純物といえる。当該元素として、例えば、水素、シリコン、ホウ素、リン、炭素、金属酸窒化物を構成する主成分以外の遷移金属などがある。また、金属酸窒化物における欠陥とは格子欠陥のことであり、例えば、酸素欠損、窒素欠損などの点欠陥、転位などの線欠陥、結晶粒界などの面欠陥等がある。また、金属酸窒化物における欠陥には、鬆などのボイド欠陥等がある。
　また、薄膜には、結晶性の観点から、面内配向した薄膜、配向性薄膜、無配向薄膜（多結晶薄膜）、非晶質薄膜（アモルファス薄膜）などがある。配向性薄膜は、薄膜に含まれる結晶において、少なくとも一つの結晶軸が特定の方向に揃っている状態の薄膜である。また、面内配向した薄膜は、薄膜に含まれる結晶において、３つの結晶軸が特定の方向に揃っている状態の薄膜である。
　半導体装置などに用いる金属酸窒化物の薄膜は、配向性を有する金属酸窒化物の薄膜であることが好ましく、面内配向した金属酸窒化物の薄膜であることがさらに好ましい。面内配向した金属酸窒化物の薄膜は、不純物や欠陥が少なく、緻密な構造を有している。よって、面内配向した金属酸窒化物の薄膜を半導体装置などに用いることで、当該半導体装置などの信頼性を向上させることができる。
　面内配向した薄膜の形成方法として、エピタキシャル成長が知られている。エピタキシャル成長とは、単結晶の基板上に、薄膜を構成する結晶が一定の結晶方位関係をもって成長することをいう。なお、単結晶の基板上に、当該基板と同じ材料を用いて、当該基板の有する結晶の格子定数と同じである結晶が成長することを、ホモエピタキシャル成長と呼ぶ。また、単結晶の基板上に、当該基板と異なる材料を用いて、または、当該基板の有する結晶の格子定数と異なる材料を用いて、結晶が成長することを、ヘテロエピタキシャル成長と呼ぶ。ヘテロエピタキシャル成長は、基板の有する結晶に対して格子不整合が小さい材料を選択する、基板と薄膜の間に格子歪みを緩和する層（バッファ層ともいう）を設ける、などにより可能となる。
　エピタキシャル成長の方法には、固相エピタキシャル成長（ＳＰＥ：Ｓｏｌｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、液相エピタキシャル成長（ＬＰＥ：Ｌｉｑｕｉｄ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法、気相エピタキシャル成長（ＶＰＥ：Ｖａｐｏｒ　Ｐｈａｓｅ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法がある。
　ＳＰＥ法は、基板表面に薄膜を形成し、当該薄膜を電子ビーム照射などにより加熱して、当該薄膜の結晶構造を基板の有する結晶と同じ結晶構造に変える方法である。また、ＬＰＥ法は、過飽和溶液から基板表面に結晶部分を析出させる方法である。また、ＶＰＥ法は、気相中の成分を基板表面に堆積させる方法である。ＶＰＥ法には、パルスレーザ堆積（ＰＬＤ：Ｐｕｌｓｅｄ　Ｌａｓｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、原子層堆積（ＡＬＤ：Ａｔｏｍｉｃ　Ｌａｙｅｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、分子線エピタキシャル成長（ＭＢＥ：Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ　Ｂｅａｍ　Ｅｐｉｔａｘｙ）法などがある。ＭＢＥ法は、超高真空中で目的の結晶を構成する元素あるいは元素を含む材料を加熱蒸発させ、加熱された基板上に結晶を堆積させる方法である。
　従来技術では、薄膜をエピタキシャル成長させるのに、様々な制約がある。当該制約として、例えば、当該薄膜を高温で成膜する、当該薄膜を成膜した後に高温（例えば、１０００℃以上）で熱処理を行う、当該薄膜を成膜する前に基板表面の平坦化処理を施す、基板上に１以上のバッファ層を設ける、格子定数や熱膨張係数の近い基板を選択する、などがある。基板表面の平坦化処理として、例えば、当該基板に対して高温で熱処理を行う、などがある。
　そこで、本発明の一態様は、金属酸窒化物膜を低温でエピタキシャル成長させる、金属酸窒化物膜の作製方法である。当該作製方法は、具体的には、単結晶の基板上に、反応室へ気体を導入して、スパッタリング法によって、金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させる方法である。なお、本発明の一態様は、エピタキシャル成長させることで面内配向した膜を形成する作製方法であるので、当該作製方法でエピタキシャル成長した膜は、面内配向した膜である。
　エピタキシャル成長させる金属酸窒化物膜の結晶構造は、六方晶系の結晶構造であることが好ましい。六方晶系の結晶構造のうち、特に、ウルツ鉱型構造であることが好ましい。ウルツ鉱型構造は、立方晶系（例えば、ダイヤモンド構造、蛍石型構造、閃亜鉛型構造など）に対してエピタキシャル成長が可能な結晶方位関係を有する。例えば、立方晶の［１１１］とウルツ鉱型構造の［００１］とは、エピタキシャル成長が可能な結晶方位関係である。よって、六方晶系の結晶構造を有する金属酸窒化物膜を、立方晶系、六方晶系などの結晶構造を有する単結晶の基板上にエピタキシャル成長させやすくすることができる。また、当該金属酸窒化物膜上に、立方晶系、六方晶系などの結晶構造を有する材料をエピタキシャル成長させやすくすることができる。
　上記単結晶の基板として、サファイア基板、安定化ジルコニア基板（イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板など）などの絶縁体基板を用いることができる。金属酸窒化物の結晶構造がウルツ鉱型構造である場合、上記基板として、例えば、面方位が（１１１）であるＹＳＺ基板、または面方位が（１１０）であるＡ面サファイア基板を用いることが好ましい。上記基板としてＹＳＺ基板またはＡ面サファイア基板を用いることで、ウルツ鉱型構造の結晶を有し、面内配向した金属酸窒化物の薄膜を形成しやすくなる。なお、シリコン、ゲルマニウム、炭化シリコン、窒化ガリウム、ヒ化ガリウム、リン化インジウム、酸化亜鉛を材料とする半導体基板を用いてもよい。
　エピタキシャル成長した薄膜の結晶の格子定数と、基板の結晶の格子定数との差（格子不整合ともいう）は小さい方が好ましい。格子不整合を小さくすることで、単結晶の基板上に、薄膜をエピタキシャル成長させやすくすることができる。
　格子不整合の度合いを評価する方法の一つとして、格子不整合度がある。格子不整合度Δａは、エピタキシャル成長した薄膜の結晶の格子定数ａｅと、基板の結晶の格子定数ａｓと、以下の数式（１）より算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　エピタキシャル成長させる金属酸窒化物膜と、単結晶の基板との格子不整合度は、１５％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。これにより、単結晶の基板上に、金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させやすくすることができる。
　なお、立方晶系の単結晶の基板上に、ウルツ鉱型構造の結晶を有する金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させる場合、例えば、当該基板表面の結晶方位は［１１１］であり、当該金属酸窒化物膜表面の結晶方位は［００１］であることから、当該基板および当該金属酸化物膜の結晶方位が異なる。そこで、ａｓを当該基板の結晶の格子定数を２分のルート２倍した値とすることで、格子不整合度を算出することができる。具体的には、当該単結晶の基板として、ａ軸方向の格子定数が約０．５１ｎｍであるＹＳＺ基板を用いる場合、ＹＳＺ基板を［１１１］方向から見たときの最隣接原子間距離は、最小のもので約０．３６ｎｍとなる。よって、上記した格子不整合度の好ましい範囲を鑑みて、金属酸窒化物膜の結晶の、ａ軸方向の格子定数は、０．３１ｎｍ以上０．４１ｎｍ以下が好ましく、０．３２ｎｍ以上０．４０ｎｍ以下がより好ましい。
　単結晶の基板上にエピタキシャル成長させた、金属酸窒化物膜を含む構造体の模式図を図１（Ａ）に示す。図１（Ａ）は、単結晶の基板１０上に、金属酸窒化物膜２０を成膜した構造体の模式図である。図１（Ａ）には、金属酸窒化物膜２０が、ウルツ鉱型構造の結晶３０を有する場合を図示している。本発明の一態様である作製方法によって、ウルツ鉱型構造の結晶３０のｃ軸（［００１］）方向が、単結晶の基板１０表面の法線方向と一致するように、金属酸窒化物膜２０はエピタキシャル成長する。ここで、本発明の一態様の作製方法でエピタキシャル成長した膜は、当該膜に含まれる結晶のｃ軸（［００１］）方向が、単結晶の基板表面の法線方向と一致するので、本発明の一態様の作製方法でエピタキシャル成長した膜を、ｃ軸エピタキシャル膜と呼ぶ場合がある。
　図１（Ｂ）を用いて、ウルツ鉱型構造の結晶面について説明する。図１（Ｂ）には、ウルツ鉱型構造の代表的な結晶面（（００１）面、（１０１）面）を示している。図１（Ｂ）に示すウルツ鉱型構造の（００１）面は、単結晶の基板１０表面と平行な面となる。
　図１（Ｃ）に、ウルツ鉱型構造における原子配置を示す。図１（Ｃ）中の配置Ｘ１は、金属原子の配置であり、配置Ｘ２は酸素原子または窒素原子の配置である。なお、配置Ｘ１が酸素原子または窒素原子の配置であり、配置Ｘ２が金属原子の配置であってもよい。
　上記スパッタリング法に用いるスパッタリングターゲットは、亜鉛を含む酸化物ターゲットであることが好ましく、インジウムおよびガリウムの少なくとも一方と、亜鉛と、を含む酸化物ターゲットであることがより好ましい。当該酸化物ターゲットとして、例えば、酸化亜鉛ターゲット、インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎ−Ｚｎ酸化物）ターゲット、ガリウム亜鉛酸化物（Ｇａ−Ｚｎ酸化物）ターゲット、インジウムガリウム亜鉛酸化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物）ターゲットなどを用いることができる。特に、当該酸化物ターゲットとして、インジウムガリウム亜鉛酸化物ターゲットを用いるとよい。窒化インジウム、窒化ガリウム、酸化亜鉛の結晶構造はいずれも、ウルツ鉱型構造である。よって、当該酸化物ターゲットを用いて成膜することで、ウルツ鉱型構造の結晶を有し、面内配向した金属酸窒化物の薄膜を形成し易くなる。
　図２を用いて、上記酸化物ターゲットを構成する金属の原子数比の好ましい範囲について説明する。図２は、上記酸化物ターゲットが有するインジウム、ガリウム、および亜鉛の原子数比を表す図である。なお、図２には、酸素の原子数比については記載しない。また、上記酸化物ターゲットが有するインジウム、ガリウム、および亜鉛の原子数比のそれぞれの項を［Ｉｎ］、［Ｇａ］、および［Ｚｎ］とする。
　図２において、破線は、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：１の原子数比（αは−１以上１以下の実数）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：２の原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：３の原子数比となるライン、および［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝（１＋α）：（１−α）：４の原子数比となるラインを表す。
　また、一点鎖線は、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝４：１：βの原子数比（βはゼロ以上の実数）となるライン、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝２：１：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝１：１：βの原子数比となるライン、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝１：２：βの原子数比となるライン、および［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝１：４：βの原子数比となるラインを表す。
　図２に示す領域Ａは、上記酸化物ターゲットが有するインジウム、ガリウム、および亜鉛の原子数比の好ましい範囲の一例について示している。領域Ａには、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝４：２：４．１、および［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝１：１：１のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲット、［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝２：０：１（［Ｉｎ］：［Ｚｎ］＝２：１）のＩｎ−Ｚｎ酸化物ターゲット、ならびに［Ｉｎ］：［Ｇａ］：［Ｚｎ］＝０：０：１の酸化亜鉛ターゲットが含まれる。
　なお、上記スパッタリング法に用いるスパッタリングターゲットは、酸化物ターゲットに限られず、酸窒化物ターゲットでもよい。酸窒化物ターゲットとして、例えば、インジウムガリウム亜鉛酸窒化物（Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸窒化物）ターゲット、インジウムガリウム酸窒化物（Ｉｎ−Ｇａ酸窒化物）ターゲット、インジウム亜鉛酸窒化物（Ｉｎ−Ｚｎ酸窒化物）ターゲットなどを用いることができる。
　上記金属酸窒化物膜の成膜中の基板温度は、室温（２５℃）以上５００℃以下であることが好ましく、８０℃以上４００℃以下であることがより好ましく、１００℃以上２５０℃以下であることがさらに好ましい。基板温度を５００℃以下にして成膜できるので、当該金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などの生産性を高めることができる。
　金属酸窒化物膜の成膜中に反応室へ導入する気体として、窒素ガスを含む気体を用いることが好ましい。例えば、当該気体として、窒素ガス、窒素ガスと酸素ガスとの混合ガス、窒素ガスと希ガス（アルゴン、ヘリウムなど）との混合ガスなどを用いることが好ましい。ここで、窒素ガスの流量は、当該気体の全流量中の５０％以上１００％以下が好ましい。なお、当該気体の流量に対する窒素ガスの流量比を調整することで、得られる金属酸窒化物膜の組成を調整することができる。
　以上の作製方法により、基板と薄膜との間にバッファ層を設けずに、金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させることができる。
＜スパッタリング装置＞
　次に、図３（Ａ）および図３（Ｂ）を用いて、本発明の一態様である金属酸窒化物膜の作製方法に係るスパッタリング装置について説明する。図３（Ａ）は、スパッタリング装置が有する成膜室４１を説明する断面図であり、図３（Ｂ）は、スパッタリング装置が有するマグネットユニット５４ａ、およびマグネットユニット５４ｂの平面図である。
　図３（Ａ）に示す成膜室４１は、ターゲットホルダ５２ａと、ターゲットホルダ５２ｂと、バッキングプレート５０ａと、バッキングプレート５０ｂと、スパッタリングターゲット７０ａと、スパッタリングターゲット７０ｂと、部材５８と、基板ホルダ６２と、を有する。なお、スパッタリングターゲット７０ａは、バッキングプレート５０ａ上に配置される。また、バッキングプレート５０ａは、ターゲットホルダ５２ａ上に配置される。また、マグネットユニット５４ａは、バッキングプレート５０ａを介してスパッタリングターゲット７０ａ下に配置される。また、スパッタリングターゲット７０ｂは、バッキングプレート５０ｂ上に配置される。また、バッキングプレート５０ｂは、ターゲットホルダ５２ｂ上に配置される。また、マグネットユニット５４ｂは、バッキングプレート５０ｂを介してスパッタリングターゲット７０ｂ下に配置される。
　図３（Ａ）、および図３（Ｂ）に示すように、マグネットユニット５４ａは、マグネット５４Ｎ１と、マグネット５４Ｎ２と、マグネット５４Ｓと、マグネットホルダ５６と、を有する。なお、マグネットユニット５４ａにおいて、マグネット５４Ｎ１、マグネット５４Ｎ２およびマグネット５４Ｓは、マグネットホルダ５６上に配置される。また、マグネット５４Ｎ１およびマグネット５４Ｎ２は、マグネット５４Ｓと間隔を空けて配置される。なお、マグネットユニット５４ｂは、マグネットユニット５４ａと同様の構造を有する。なお、成膜室４１に基板６０を搬入する場合、基板６０は基板ホルダ６２に接して配置される。
　スパッタリングターゲット７０ａ、バッキングプレート５０ａおよびターゲットホルダ５２ａと、スパッタリングターゲット７０ｂ、バッキングプレート５０ｂおよびターゲットホルダ５２ｂと、は部材５８によって離間されている。なお、部材５８は絶縁体であることが好ましい。ただし、部材５８が導電体または半導体であっても構わない。また、部材５８が、導電体または半導体の表面を絶縁体で覆ったものであっても構わない。
　ターゲットホルダ５２ａとバッキングプレート５０ａとは、ネジ（ボルトなど）を用いて固定されており、等電位となる。また、ターゲットホルダ５２ａは、バッキングプレート５０ａを介してスパッタリングターゲット７０ａを支持する機能を有する。また、ターゲットホルダ５２ｂとバッキングプレート５０ｂとは、ネジ（ボルトなど）を用いて固定されており、等電位となる。また、ターゲットホルダ５２ｂは、バッキングプレート５０ｂを介してスパッタリングターゲット７０ｂを支持する機能を有する。
　バッキングプレート５０ａは、スパッタリングターゲット７０ａを固定する機能を有する。また、バッキングプレート５０ｂは、スパッタリングターゲット７０ｂを固定する機能を有する。
　なお、図３（Ａ）には、マグネットユニット５４ａによって形成される磁力線６４ａ、および磁力線６４ｂが明示されている。
　また、図３（Ｂ）に示すように、マグネットユニット５４ａは、長方形または略長方形のマグネット５４Ｎ１と、長方形または略長方形のマグネット５４Ｎ２と、長方形または略長方形のマグネット５４Ｓと、がマグネットホルダ５６に固定されている構成を有する。そして、マグネットユニット５４ａを、図３（Ｂ）に示す矢印のように左右に揺動させることができる。例えば、マグネットユニット５４ａを、０．１Ｈｚ以上１ｋＨｚ以下のビート（リズム、拍子、パルス、周波、周期、サイクルなどと言い換えてもよい。）で揺動させればよい。
　スパッタリングターゲット７０ａ上の磁場は、マグネットユニット５４ａの揺動とともに変化する。磁場の強い領域は高密度プラズマ領域となるため、その近傍においてスパッタリングターゲット７０ａのスパッタリング現象が起こりやすい。これは、マグネットユニット５４ｂについても同様である。
　なお、図３（Ａ）および図３（Ｂ）では、平行平板型のスパッタリング装置を用いる例について示したが、本実施の形態に係る金属酸窒化物膜の成膜方法はこれに限られるものではない。例えば、対向ターゲット型のスパッタリング装置を用いて金属酸窒化物膜を成膜してもよい。
　スパッタリング法は、低温での成膜が可能であるため、当該金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などの生産性を高めることができる。
　本発明の一態様により、金属酸窒化物膜を低温でエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することができる。また、本発明の一態様により、金属酸窒化物膜の成膜前後で、高温処理を行わずに、当該金属酸窒化物膜をエピタキシャル成長させて成膜する方法を提供することができる。また、本発明の一態様により、エピタキシャル成長させて成膜した金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などを提供することができる。また、本発明の一態様により、金属酸窒化物膜を用いた半導体装置などの生産性を高めることができる。
＜薄膜の結晶性および配向性の評価方法＞
　エピタキシャル成長の評価は、評価方法によって、薄膜の成膜中または薄膜の成膜後に行うことができる。
　薄膜の成膜中に行う、エピタキシャル成長の評価方法として、例えば、反射高速電子線回折（ＲＨＥＥＤ：Ｒｅｆｌｅｃｔｏｎ　Ｈｉｇｈ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）、表面光吸収法（ＳＰＡ：Ｓｕｒｆａｃｅ　Ｐｈｏｔｏａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）などが挙げられる。
　また、成膜した薄膜のエピタキシャル成長（結晶性および配向性）は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−ｒａｙ　Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）法における、逆格子空間マッピング、広域逆格子空間マッピング（ＷＲＳＭ：Ｗｉｄｅ−ａｎｇｌｅ　Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｌ　Ｓｐａｃｅ　Ｍａｐｐｉｎｇ）、極点測定、Ｏｕｔ−ｏｆ−Ｐｌａｎｅ測定、Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ測定などを組み合わせて評価することができる。
　以下では、薄膜の結晶性および配向性の評価に用いることができる測定方法について説明する。
＜広域逆格子空間マッピング＞
　広域逆格子空間マッピングについて説明する。
　逆格子空間とは、逆格子空間の基本ベクトル（逆格子ベクトルともいう）によって構成される空間であり、実空間の周期性が反映される。ここで、逆格子ベクトルｂｊは、実空間格子の基本ベクトルａｉと以下の数式（２）の関係にある。数式（２）において、δｉ，ｊはクロネッカーのデルタである。つまり、実空間の結晶において定義される面を、逆格子における格子点として扱う。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　エピタキシャル成長した薄膜は、当該薄膜を構成する結晶の結晶方位のばらつきが小さい、つまり、配向性が高い。よって、エピタキシャル成長した薄膜に対して逆格子空間マップを取得した場合、観測されるスポットの強度は高く、スポットの半値幅は小さくなる。一方、結晶の結晶方位のばらつきが大きい、つまり、配向性が低い薄膜に対して逆格子空間マップを取得した場合、観察されるスポットの強度は低く、スポットの半値幅は大きくなる。以上より、逆格子空間マップを取得することで、薄膜の結晶性および配向性を評価することができる。
　図４を用いて、Ｘ線分析装置を用いた広域逆格子空間マッピングについて説明する。ここで、図４に示すように、Ｘ線分析装置を上面から見て、Ｘ線源ｓｏｕｒｃｅ、試料ｓａｍｐｌｅ、および検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒが、一列に並ぶ方向をψ軸とする。また、Ｘ線分析装置を上面から見て、ψ軸に対して垂直な方向をθ軸とする。また、ψ軸およびθ軸に対して垂直な方向をφ軸とする。つまり、φ軸は、Ｘ線分析装置を上面から見る方向と平行である。なお、本明細書でψ軸としている軸は、装置によってはχ軸としている場合がある。そのためψ軸はχ軸と言い換えることもできる。同様に、本明細書でθ軸としている軸は、装置によってはω軸としている場合がある。そのためθ軸はω軸と言い換えることもできる。
　広域逆格子空間マッピングでは、検出器として、２次元検出器を用いる。２次元検出器は、検出面に２θとψ方向に対する位置情報を有する。なお、図４に示す検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒは、２次元検出器を模して示している。
　図４に示すように、広域逆格子空間マッピングは、Ｘ線源ｓｏｕｒｃｅが固定されている場合、試料ｓａｍｐｌｅおよび検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒを稼働することで行われる。ここで、検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒは、２θ方向に傾けることができ、試料ｓａｍｐｌｅは、θ方向、φ方向およびψ方向に傾けることができる。広域逆格子空間マッピングは、試料ｓａｍｐｌｅをψ方向に段階的に傾けながら、各ψ位置（角度）において２θ／θスキャンを実行するという測定手法である。これにより、逆格子空間内の広い範囲を測定対象とした広域逆格子空間マップを取得することができる。なお、Ｘ線源ｓｏｕｒｃｅが可動式の場合、広域逆格子空間マッピングは、Ｘ線源ｓｏｕｒｃｅ、試料ｓａｍｐｌｅおよび検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒを稼働することで行われる。ここで、Ｘ線源ｓｏｕｒｃｅは、θ方向に傾けることができる。なお、特に断りがない場合、本明細書では、Ｘ線源として、ＣｕＫα線（波長：０．１５４１８ｎｍ）を用いる。
　なお、上記取得した広域逆格子空間マップに現れる強度分布を解析するために、広域逆格子空間マップのシミュレーションを行う。広域逆格子空間マップのシミュレーションには、例えば、ブルカージャパン社が提供しているソフトウェア「ＳＭＡＰ／ｆｏｒ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ＸＲＤ−ＲＳＭ」を用いることができる。当該ソフトウェアに、結晶構造、格子定数、および配向のパラメータを入力することで、入力値に対応する広域逆格子空間マップが出力される。当該シミュレーションにより出力された広域逆格子空間マップと、測定により取得した広域逆格子空間マップを比較することで、測定により取得した広域逆格子空間マップに現れる強度分布を解析することができる。
　金属酸窒化物膜の結晶構造が（００１）配向したウルツ鉱型構造である場合、当該金属酸窒化物膜の広域逆格子空間マップでは、逆格子点００２、逆格子点１０１などに対応するスポットが観察される。ここで、逆格子点００２に対応するスポットのピークは、角度２θが３０°以上３５°以下、かつ、角度ψが０°付近に位置することが好ましい。また、逆格子点１０１に対応するスポットのピークは、角度２θが３３°以上３７°以下、かつ、角度ψが６１°以上６５°以下に位置することが好ましい。また、逆格子点００２および逆格子点１０１に対応するスポットの半値幅は２°未満であることが好ましい。これにより、当該金属酸窒化物膜が、当該金属酸窒化物膜に含まれる結晶のｃ軸方向と単結晶の基板表面の法線方向とが一致するようにエピタキシャル成長したと判断する指標の一つとすることができる。
＜極点測定＞
　極点測定は、Ｘ線源と検出器の位置（角度）を一定に保ったまま、試料をあらゆる方向に回転させることで、回折強度の分布を測定する方法である。極点測定では、検出器として、本明細書では、２次元検出器を用いる。具体的には、検出器ｄｅｔｅｃｔｏｒを検出角度（２θ）に固定し、試料ｓａｍｐｌｅをθ方向とψ方向に傾けた状態で、面内方向（φ方向）に回転させてあらゆる方向に傾いた格子面を測定する。極点測定で得られる回折強度から、薄膜の結晶性および配向性を評価することができる。なお、極点測定に用いる検出器としては２次元検出器に限られず、０次元検出器でもよい。
　極点測定により得られる回折強度について、図５（Ａ）乃至図５（Ｃ）を用いて説明する。極点測定により得られる回折強度は、極図形で表される。図５（Ａ）に、極図形を示す。図５（Ａ）に示すように、極図形の中心Ｐ０は、角度ψが０°であり、極図形の外周Ｐ１は、角度ψが９０°である。また、極図形の中心Ｐ０から極図形の外周Ｐ１に向かって、真上に伸びる直線（図５（Ａ）で、Ｐ０−Ｐ２の一点鎖線で示す直線）は、角度φが０°であり、当該直線と、極図形の中心Ｐ０から極図形の外周Ｐ１に向かって伸びる直線（図５（Ａ）で、Ｐ０−Ｐ３の一点鎖線で示す直線）とのなす角は、角度φとなる。なお、図５（Ａ）では、反時計回りに回転させた場合に、角度φが大きくなるよう図示しているが、これに限られず、装置などによっては、時計回りに回転させた場合に、角度φが大きくなる場合がある。また、ψスキャンの範囲によっては、極点測定で得られる極図形の角度が、０°以上９０°以下の範囲で取得されない場合がある。
　図５（Ｂ）および図５（Ｃ）に、極点測定で得られる回折強度の模式図を示す。図５（Ｂ）は、角度ψの同心円（図中の、一点鎖線で示す円）上に、スポット状の強度分布が観察される場合の、回折強度の模式図であり、図５（Ｃ）は、リング状の強度分布が観測される場合の、回折強度の模式図である。
　例えば、ウルツ鉱型構造の（１０１）面は、６回対称性を有する。つまり、ウルツ鉱型構造の結晶を有するｃ軸エピタキシャル膜に対して極点測定を行った場合、図５（Ｂ）に示すように、ある角度ψの同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布（回折ピーク）が観測される。よって、ウルツ鉱型構造の結晶を有する薄膜が、ｃ軸にエピタキシャル成長した場合、極点測定の、薄膜の結晶の（１０１）面に対するφスキャンにて、６回対称を示す回折ピークが観測される。具体的には、角度ψが約６２°の同心円上に、角度φに対して約６０°おきに回折ピークが観測される。
　他方、エピタキシャル成長していない薄膜に対して極点測定を行った場合、図５（Ｃ）に示すようなリング状の強度分布が観察される、または、回折ピークが観察されない。したがって、極点測定で観察される強度分布を解析することで、薄膜がエピタキシャル成長しているかについて評価することができる。
　なお、極点測定の、単結晶のＹＳＺ基板の（１１１）面に対するφスキャンでは、３回対称を示す回折ピークが観測される。具体的には、角度ψが約７０°の同心円上に、角度φに対して約１２０°おきに回折ピークが観測される。また、極点測定の、単結晶のＡ面サファイア基板の（１０４）面に対するφスキャンでは、２回対称を示す回折ピークが観測される。具体的には、角度ψが約５８°の同心円上に、角度φに対して約１８０°おきに回折ピークが観測される。
＜Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定＞
　ＸＲＤ法を用いた測定には、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定がある。Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定は、薄膜の表面に対して平行な結晶面を評価する手法であり、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ測定は、薄膜の表面に対して垂直な結晶面を評価する手法である。Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定では、検出器として、０次元検出器を用いても良い。
　以上、本実施の形態に示す構成、方法などは、他の実施の形態や実施例に示す構成、方法などと適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態２）
　本実施の形態では、先の実施の形態で示した、エピタキシャル成長した金属酸窒化物膜の用途について説明する。
　上記金属酸窒化物膜の用途として、例えば、発光素子、受光素子、半導体装置などがある。特に、発光素子（発光ダイオードまたはＬＥＤともいう）に用いることができる。
　図６（Ａ）および図６（Ｂ）を用いて、上記金属酸窒化物膜を用いた発光素子の構成例について説明する。なお、本実施の形態では、ダブルヘテロ接合を有する発光素子について説明する。ただし、本発明の一態様はこれに限定されず、量子井戸接合を有する発光素子でもよい。
　図６（Ａ）および図６（Ｂ）は、本発明の一態様に係る金属酸窒化物膜を用いた発光素子１００である。図６（Ａ）および図６（Ｂ）に示すように、発光素子１００は、基板１０２と、ｎ型のクラッド層１０４と、活性層１０６と、ｐ型のクラッド層１０８と、ｎ型電極１１０と、ｐ型電極１１２と、を有する。
　活性層１０６は、ｎ型のクラッド層１０４とｐ型のクラッド層１０８とに挟持されている。活性層１０６では、電子と正孔が結合して光を発する。つまり、活性層１０６は、発光層と呼ぶことができる。ｎ型のクラッド層１０４、活性層１０６、およびｐ型のクラッド層１０８を含む積層構造は、赤色、黄色、緑色、青色などの光を呈するように形成される。例えば、当該積層構造には、ガリウム・リン化合物、ガリウム・ヒ素化合物、ガリウム・アルミニウム・ヒ素化合物、アルミニウム・ガリウム・インジウム・リン化合物、ガリウム窒化物、インジウム・窒化ガリウム化合物、セレン・亜鉛化合物等を用いることができる。
　本発明の一態様に係る金属酸窒化物膜を構成する金属の原子数比、成膜時に反応室へ導入する窒素ガスの流量などを適宜選択することで、当該金属酸窒化物膜の導電性（または絶縁性）、バンドギャップ、光の透過性などを調整することができる。例えば、当該窒素ガスの流量が多いほど、当該膜の導電性が高くなる傾向がある。したがって、当該金属酸窒化物膜は、当該金属酸窒化物膜の導電性を調整することで、図６（Ａ）に示すｎ型のクラッド層１０４、または図６（Ｂ）に示すｎ型電極１１０に用いることができる。
　なお、当該金属酸窒化物膜は、図６（Ｂ）に示すｎ型電極１１０およびｎ型のクラッド層１０４に用いてもよい。当該金属酸窒化物膜を、図６（Ｂ）に示すｎ型電極１１０およびｎ型のクラッド層１０４に用いる場合、当該金属酸窒化物膜を窒素ガスの流量を調整しながら成膜することで、図６（Ｂ）に示すｎ型電極１１０およびｎ型のクラッド層１０４を連続して成膜することができる。
　さらに、当該金属酸窒化物膜は、当該膜上に薄膜をエピタキシャル成長させるためのバッファ層として機能することができる。よって、当該金属酸窒化物膜上に形成するｎ型のクラッド層１０４または活性層１０６の結晶性を高めることができる。なお、当該金属酸窒化物膜の結晶構造は、六方晶系であり、特に、ウルツ鉱型結晶構造である。よって、当該金属酸窒化物膜上に形成するｎ型のクラッド層１０４または活性層１０６には、ガリウム窒化物、インジウム・窒化ガリウム化合物などのウルツ鉱型結晶構造を形成する材料を用いることが好ましい。
　以上より、当該金属酸窒化物膜は、六方晶系結晶成長用の下地（バッファ層）としての機能を有し、かつ、ｎ型電極またはｎ型のクラッド層としての機能を有する。当該金属酸窒化物膜をｎ型電極１１０またはｎ型のクラッド層１０４に用いることで、ｎ型のクラッド層１０４または活性層１０６をエピタキシャル成長させやすく、ｎ型のクラッド層１０４または活性層１０６の結晶性を高くする。よって、発光効率や耐久寿命などの発光素子の特性を向上させることができる。
　本実施の形態は、他の実施の形態および実施例と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態３）
　本実施の形態では、本発明の一態様の発光素子を様々な照明装置に適用する一例について、図７（Ａ）および図７（Ｂ）を用いて説明する。本発明の一態様である発光素子を用いることで、発光効率が良好な、信頼性の高い照明装置を作製できる。
　図７（Ａ）は、発光素子を室内の照明装置として用いた例である。複数の発光素子を用いることで、大面積の照明装置８５０１および曲面を有する照明装置８５０２を形成することができる。さらに、室内の壁面に大型の照明装置８５０３を備えても良い。また、照明装置８５０１、照明装置８５０２、および照明装置８５０３に、タッチセンサを設けて、電源のオンまたはオフを行ってもよい。
　また、発光素子をテーブルの表面側に用いることにより、テーブルとしての機能を備えた照明装置８５０４とすることができる。なお、その他の家具の一部に発光素子を用いることにより、家具としての機能を備えた照明装置とすることができる。
　また、本発明の一態様の発光素子を適用した発光装置は、自動車の照明にも適用することができ、例えば、ダッシュボード、フロントガラス、天井等に照明を設置することもできる。
　図７（Ｂ）に自動車７９００の外観を示す。自動車７９００は、車体７９０１、車輪７９０２、フロントガラス７９０３、ライト７９０４、フォグランプ７９０５等を有する。本発明の一態様の発光素子は、例えば、図７（Ｂ）に示すライト７９０４およびフォグランプ７９０５に用いることができる。また、例えば、図示しないが、サイドウィンカー、バックランプ、ドアカーテシランプなどに用いることができる。
　以上のようにして、本発明の一態様の発光素子を適用して照明装置を得ることができる。なお、適用できる照明装置は、本実施の形態に示したものに限らず、あらゆる分野の照明機器に適用することが可能である。
　また、本実施の形態に示す構成は、他の実施の形態および実施例に示した構成と適宜組み合わせて用いることができる。
（実施の形態４）
　本実施の形態では、上記実施の形態で説明した発光素子を用いた表示装置の構成例について、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）を用いて説明する。
　本実施の形態の表示装置は、発光素子を用いて映像を表示する機能を有する。本実施の形態では、特に、発光素子として、マイクロ発光ダイオード（以下、マイクロＬＥＤとも記す）を用いる場合の例について説明する。
　表示素子としてマイクロＬＥＤを用いることで、表示装置の消費電力を低減することができる。また、表示装置の薄型・軽量化が可能である。また、表示素子としてマイクロＬＥＤを用いた表示装置は、コントラストが高く視野角が広いため、表示品位を高めることができる。
　マイクロＬＥＤの光を射出する領域の面積は、１ｍｍ２以下が好ましく、１００００μｍ２以下がより好ましく、３０００μｍ２以下がより好ましく、７００μｍ２以下がさらに好ましい。
　図８（Ａ）に、発光素子を用いた表示装置４００の構成例を示す。表示装置４００は、画素部４０１、駆動回路４０２、および駆動回路４０３を有する。
　画素部４０１は、複数の画素ｐｉｘによって構成される。画素ｐｉｘはそれぞれ、配線ＳＬおよび配線ＧＬと接続されている。また、配線ＧＬはそれぞれ駆動回路４０２と接続され、配線ＳＬはそれぞれ駆動回路４０３と接続されている。配線ＧＬには選択信号が供給され、配線ＳＬには映像信号が供給される。
　駆動回路４０２は、選択信号を画素ｐｉｘに供給する機能を有する。具体的には、駆動回路４０２は、配線ＧＬに選択信号を供給する機能を有し、配線ＧＬは、駆動回路４０２から出力された選択信号を画素ｐｉｘに伝える機能を有する。なお、駆動回路４０２は、ゲート側駆動回路、ゲートドライバと呼ぶことができ、配線ＧＬは、選択信号線、ゲート線などと呼ぶこともできる。
　駆動回路４０３は、映像信号を画素ｐｉｘに供給する機能を有する。具体的には、駆動回路４０３は、配線ＳＬに映像信号を供給する機能を有し、配線ＳＬは、駆動回路４０３から出力された映像信号を画素ｐｉｘに伝える機能を有する。なお、駆動回路４０３は、ソース側駆動回路、ソースドライバと呼ぶことができ、配線ＳＬは、映像信号線、ソース線などと呼ぶこともできる。
　図８（Ｂ）に、表示素子として発光素子を用いた画素ｐｉｘの構成例を示す。図８（Ｂ）に示す画素ｐｉｘは、トランジスタＴｒ３１、トランジスタＴｒ３２、容量素子Ｃ３１、および発光素子ＬＥを有する。なお、ここではトランジスタＴｒ３１、トランジスタＴｒ３２をｎチャネル型としているが、トランジスタの極性は適宜変更することができる。上記実施の形態で説明した発光素子は、発光素子ＬＥに用いることができる。
　トランジスタＴｒ３１のゲートは配線ＧＬと接続され、ソースまたはドレインの一方はトランジスタＴｒ３２のゲート、および容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＬと接続されている。トランジスタＴｒ３２のソースまたはドレインの一方は容量素子Ｃ３１の他方の電極、および発光素子ＬＥの一方の電極と接続され、ソースまたはドレインの他方は電位Ｖａが供給される配線と接続されている。発光素子ＬＥの他方の電極は、電位Ｖｃが供給される配線と接続されている。トランジスタＴｒ３１のソースまたはドレインの一方、トランジスタＴｒ３２のゲート、および容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３１とする。また、トランジスタＴｒ３２のソースまたはドレインの一方、容量素子Ｃ３１の他方の電極、および発光素子ＬＥの一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３２とする。
　ここでは、電位Ｖａを高電源電位とし、電位Ｖｃを低電源電位とした場合について説明する。電位Ｖａおよび電位Ｖｃはそれぞれ、複数の画素ｐｉｘで共通の電位とすることができる。また、容量素子Ｃ３１は、ノードＮ３１の電位を保持するための保持容量としての機能を有する。
　トランジスタＴｒ３１は、配線ＳＬの電位のノードＮ３１への供給を制御する機能を有する。具体的には、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３１をオン状態とすることにより、映像信号に対応する配線ＳＬの電位がノードＮ３１に供給され、画素ｐｉｘの書き込みが行われる。その後、配線ＧＬの電位を制御してトランジスタＴｒ３１をオフ状態とすることにより、ノードＮ３１の電位が保持される。
　そして、ノードＮ３１、ノードＮ３２の間の電圧に応じてトランジスタＴｒ３２のソースとドレインとの間に流れる電流量が制御され、発光素子ＬＥが当該電流量に応じた輝度で発光する。これにより、画素ｐｉｘの階調を制御することができる。なお、トランジスタＴｒ３２は飽和領域で動作させることが好ましい。
　ここで、トランジスタＴｒ３１とトランジスタＴｒ３２とは、同じ層に設けられてもよいし、積層して設けてもよい。トランジスタＴｒ３１とトランジスタＴｒ３２とを同じ層に設けることで、トランジスタＴｒ３１とトランジスタＴｒ３２を同時に作製することができ、表示装置の作製工程を短縮することができる。または、トランジスタＴｒ３１とトランジスタＴｒ３２とを積層して設けることで、表示装置の集積度を高めることができる。
　また、図８（Ｂ）に示すように、画素ｐｉｘ内に２つのトランジスタ（Ｔｒ３１およびＴｒ３２）を有する構成が好適である。ただし、本発明の一態様についてはこれに限定されず、画素ｐｉｘ内に３つ以上のトランジスタを有する構成としてもよい。
　図８（Ｃ）は、図８（Ｂ）とは異なる、表示素子として発光素子を用いた画素ｐｉｘの構成例である。図８（Ｃ）に示す画素ｐｉｘは、トランジスタＴｒ３１、トランジスタＴｒ３２、トランジスタＴｒ３３、容量素子Ｃ３１、および発光素子ＬＥを有する。つまり、図８（Ｃ）に示す画素ｐｉｘは、図８（Ｂ）に示す画素ｐｉｘに、トランジスタＴｒ３２を流れる電流量をモニターするためのトランジスタＴｒ３３が追加された画素である。
　トランジスタＴｒ３１のゲートは配線ＧＬと接続され、ソースまたはドレインの一方はトランジスタＴｒ３２のゲート、および容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続され、ソースまたはドレインの他方は配線ＳＬと接続されている。トランジスタＴｒ３２のソースまたはドレインの一方は容量素子Ｃ３１の他方の電極、発光素子ＬＥの一方の電極、およびトランジスタＴｒ３３のソースまたはドレインの一方と接続され、ソースまたはドレインの他方は電位Ｖａが供給される配線と接続されている。発光素子ＬＥの他方の電極は、電位Ｖｃが供給される配線と接続されている。トランジスタＴｒ３３のゲートは配線ＧＬと接続され、ソースまたはドレインの他方は、モニター線ＭＬと接続されている。トランジスタＴｒ３１のソースまたはドレインの一方、トランジスタＴｒ３２のゲート、および容量素子Ｃ３１の一方の電極と接続されたノードを、ノードＮ３１とする。また、トランジスタＴｒ３２のソースまたはドレインの一方、容量素子Ｃ３１の他方の電極、発光素子ＬＥの一方の電極、およびトランジスタＴｒ３３のソースまたはドレインの一方と接続されたノードを、ノードＮ３２とする。
　上記の動作を配線ＧＬごとに順次行うことにより、第１フレーム分の映像を表示することができる。
　なお、配線ＧＬの選択には、プログレッシブ方式を用いてもよいし、インターレース方式を用いてもよい。また、配線ＳＬへの映像信号の供給は、配線ＳＬに順次映像信号を供給する点順次駆動を用いて行ってもよいし、全ての配線ＳＬに一斉に映像信号を供給する線順次駆動を用いて行ってもよい。また、複数の配線ＳＬごとに順に、映像信号を供給してもよい。
　その後、第２のフレーム期間において、第１のフレーム期間と同様の動作により、映像の表示が行われる。これにより、画素部４０１に表示される映像が書き換えられる。
　画素ｐｉｘが有するトランジスタに用いられる半導体としては、シリコン、ゲルマニウムなどの第１４族の元素、ガリウムヒ素などの化合物半導体、有機半導体、金属酸化物などを用いることができる。また、半導体は、非単結晶半導体（非晶質半導体、微結晶半導体、多結晶半導体など）、であってもよいし、単結晶半導体であってもよい。
　画素ｐｉｘが有するトランジスタは、チャネル形成領域に非晶質半導体、特に、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）を含むことが好ましい。非晶質半導体を用いたトランジスタは、基板の大面積化に対応することが容易であるため、例えば４Ｋ２Ｋ放送、８Ｋ４Ｋ放送などに対応可能な大画面の表示装置を作製する場合に、製造工程を簡略化することができる。
　また、画素ｐｉｘが有するトランジスタには、チャネル形成領域に金属酸化物を含むトランジスタ（ＯＳトランジスタ）を用いることもできる。ＯＳトランジスタは、水素化アモルファスシリコンを用いたトランジスタと比較して電界効果移動度が高い。また、多結晶シリコンを用いたトランジスタなどで必要であった結晶化の工程が不要である。
　また、ＯＳトランジスタはオフ電流が極めて小さいため、トランジスタＴｒ３１としてＯＳトランジスタを用いる場合、画素ｐｉｘに映像信号を極めて長期間にわたって保持することができる。これにより、画素部４０１に表示される映像に変化がない期間、または変化が一定以下である期間において、映像信号の更新の頻度を極めて低く設定することができる。映像信号の更新の頻度は、例えば、０．１秒間に１回以下、１秒間に１回以下、１０秒間に１回以下などに設定することができる。特に、４Ｋ２Ｋ放送、８Ｋ４Ｋ放送などに対応して画素ｐｉｘが多数設けられる場合は、映像信号の更新を省略することによって消費電力を低減することは効果的である。
　本実施の形態は、他の実施の形態および実施例の記載と適宜組み合わせることができる。
（実施の形態５）
　本実施の形態では、先の実施の形態に示す表示装置を用いた本発明の一態様の電子機器について、図面を参照して説明する。
　電子機器としては、例えば、テレビジョン装置、デスクトップ型もしくはノート型のパーソナルコンピュータ、コンピュータ用などのモニター、デジタルサイネージ、パチンコ機などの大型ゲーム機などの比較的大きな画面を備える電子機器の他、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、音響再生装置、などが挙げられる。
　本発明の一態様の電子機器は、アンテナを有していてもよい。アンテナで信号を受信することで、表示部で映像や情報等の表示を行うことができる。なお、表示部は表示装置によって構成することができるので、表示部は表示装置と呼ぶこともできる。また、電子機器がアンテナおよび二次電池を有する場合、アンテナを、非接触電力伝送に用いてもよい。
　本発明の一態様の電子機器は、センサ（力、変位、位置、速度、加速度、角速度、回転数、距離、光、液、磁気、温度、化学物質、音声、時間、硬度、電場、電流、電圧、電力、放射線、流量、湿度、傾度、振動、においまたは赤外線を測定する機能を含むもの）を有していてもよい。
　本発明の一態様の電子機器は、様々な機能を有することができる。例えば、様々な情報（静止画、動画、テキスト画像など）を表示部に表示する機能、タッチパネル機能、カレンダー、日付または時刻などを表示する機能、様々なソフトウェア（プログラム）を実行する機能、無線通信機能、記録媒体に記録されているプログラムまたはデータを読み出す機能等を有することができる。
　図９（Ａ）にテレビジョン装置の一例を示す。テレビジョン装置７１００は、筐体７１０１に表示部７０００が組み込まれている。ここでは、スタンド７１０３により筐体７１０１を支持した構成を示している。
　表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
　図９（Ａ）に示すテレビジョン装置７１００の操作は、筐体７１０１が備える操作スイッチや、別体のリモコン操作機７１１１により行うことができる。または、表示部７０００にタッチセンサを備えていてもよく、指、スタイラスなどで表示部７０００に触れることで操作してもよい。リモコン操作機７１１１は、リモコン操作機７１１１から出力する情報を表示する表示部を有していてもよい。リモコン操作機７１１１が備える操作キーまたはタッチパネルにより、チャンネルおよび音量の操作を行うことができ、表示部７０００に表示される映像を操作することができる。
　なお、テレビジョン装置７１００は、受信機およびモデムなどを備えた構成とする。受信機により一般のテレビ放送の受信を行うことができる。また、モデムを介して有線または無線による通信ネットワークに接続することにより、一方向（送信者から受信者）または双方向（送信者と受信者間、受信者間同士など）の情報通信を行うことも可能である。
　図９（Ｂ）に、ノート型パーソナルコンピュータ７２００を示す。ノート型パーソナルコンピュータ７２００は、筐体７２１１、キーボード７２１２、ポインティングデバイス７２１３、外部接続ポート７２１４等を有する。筐体７２１１に、表示部７０００が組み込まれている。
　表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
　図９（Ｃ）、（Ｄ）に、デジタルサイネージの一例を示す。
　図９（Ｃ）に示すデジタルサイネージ７３００は、筐体７３０１、表示部７０００、スピーカ７３０３等を有する。さらに、ＬＥＤランプ、操作キー（電源スイッチ、または操作スイッチを含む）、接続端子、各種センサ、マイクロフォン等を有することができる。
　また、図９（Ｄ）は円柱状の柱７４０１に取り付けられたデジタルサイネージ７４００である。デジタルサイネージ７４００は、柱７４０１の曲面に沿って設けられた表示部７０００を有する。
　図９（Ｃ）、（Ｄ）において、表示部７０００に、本発明の一態様の表示装置を適用することができる。
　表示部７０００が広いほど、一度に提供できる情報量を増やすことができる。また、表示部７０００が広いほど、人の目につきやすく、例えば、広告の宣伝効果を高めることができる。
　表示部７０００にタッチパネルを適用することで、表示部７０００に画像または動画を表示するだけでなく、使用者が直感的に操作することができ、好ましい。また、路線情報、交通情報などの情報を提供するための用途に用いる場合には、直感的な操作によりユーザビリティを高めることができる。
　また、図９（Ｃ）、（Ｄ）に示すように、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００は、ユーザーが所持するスマートフォン等の情報端末機７３１１または情報端末機７４１１と無線通信により連携可能であることが好ましい。例えば、表示部７０００に表示される広告の情報を、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面に表示させることができる。また、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１を操作することで、表示部７０００の表示を切り替えることができる。
　また、デジタルサイネージ７３００またはデジタルサイネージ７４００に、情報端末機７３１１または情報端末機７４１１の画面を操作手段（コントローラ）としたゲームを実行させることもできる。これにより、不特定多数のユーザーが同時にゲームに参加し、楽しむことができる。
　また、本発明の一態様に係る表示装置は、家屋もしくはビルの内壁もしくは外壁、または、車両の内装もしくは外装の曲面に沿って組み込むことができる。図９（Ｅ）に、本発明の一態様に係る表示装置の車両への搭載例を示す。
　図９（Ｅ）に、表示部５００１を備えた車両の構成例を示す。表示部５００１として、本発明の一態様に係る表示装置を用いることができる。なお、図９（Ｅ）には表示部５００１が右ハンドルの車両に搭載された例を示すが、特に限定されず、左ハンドルの車両に搭載することもできる。この場合、図９（Ｅ）に示す構成の左右の配置が替わる。
　図９（Ｅ）には、運転席と助手席の周辺に配置されるダッシュボード５００２、ハンドル５００３、フロントガラス５００４などを示している。表示部５００１は、ダッシュボード５００２の所定の位置、具体的には運転者の回りに配置され、概略Ｔ字形状を有する。図９（Ｅ）には、複数の表示パネル５００７（表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、５００７ｄ）を用いて形成される１つの表示部５００１を、ダッシュボード５００２に沿って設けた例を示しているが、表示部５００１は複数箇所に分けて配置してもよい。
　なお、複数の表示パネル５００７は可撓性を有していてもよい。この場合、表示部５００１を複雑な形状に加工することができ、表示部５００１をダッシュボード５００２などの曲面に沿って設ける構成や、ハンドルの接続部分、計器の表示部、送風口５００６などに表示部５００１の表示領域を設けない構成などを容易に実現することができる。
　また、後側方の状況を撮影するカメラ５００５を車外に複数設けてもよい。図９（Ｅ）においてはサイドミラーの代わりにカメラ５００５を設置する例を示しているが、サイドミラーとカメラの両方を設置してもよい。
　カメラ５００５としては、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどを用いることができる。また、これらのカメラに加えて、赤外線カメラを組み合わせて用いてもよい。赤外線カメラは、被写体の温度が高いほど出力レベルが高くなるため、人や動物等の生体を検知又は抽出することができる。
　カメラ５００５で撮像された画像は、表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、５００７ｄのいずれか一または複数に出力することができる。この表示部５００１を用いて主に車両の運転を支援する。カメラ５００５によって後側方の状況を幅広い画角で撮影し、その画像を表示パネル５００７に表示することで、運転者の死角領域の視認が可能となり、事故の発生を防止することができる。
　また、車のルーフ上などに距離画像センサを設け、距離画像センサによって得られた画像を表示部５００１に表示してもよい。距離画像センサとしては、イメージセンサやライダー（ＬＩＤＡＲ：Ｌｉｇｈｔ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｒａｎｇｉｎｇ）などを用いることができる。イメージセンサによって得られた画像と、距離画像センサによって得られた画像とを表示部５００１に表示することにより、より多くの情報を運転手に提供し、運転を支援することができる。
　また、表示部５００１は、地図情報、交通情報、テレビ映像、ＤＶＤ映像などを表示する機能を有していてもよい。例えば、表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、５００７ｄを１つの表示画面として、地図情報を大きく表示することができる。なお、表示パネル５００７の数は、表示される映像に応じて増やすことができる。
　また、表示パネル５００７ａ、５００７ｂ、５００７ｃ、５００７ｄに表示される映像は、運転手の好みによって自由に設定することができる。例えば、テレビ映像、ＤＶＤ映像を左側の表示パネル５００７ｄに表示し、地図情報を中央部の表示パネル５００７ｂに表示し、計器類を右側の表示パネル５００７ｃに表示し、オーディオ類を変速ギア近傍（運転席と助手席の間）の表示パネル５００７ａに表示することができる。また、複数の表示パネル５００７を組み合わせることにより、表示部５００１にフェールセーフの機能を付加することができる。例えば、ある表示パネル５００７が何らかの原因で故障したとしても、表示領域を変更し、他の表示パネル５００７を用いて表示を行うことができる。
　本実施の形態は、他の実施の形態および実施例の記載と適宜組み合わせることができる。
　本実施例では、上記実施の形態に示す方法を用いて作製した金属酸窒化物膜の結晶性および配向性を評価した結果について説明する。具体的には、基板上に、金属酸窒化物膜を上記実施の形態に示す方法にて成膜した複数の試料（試料１乃至試料７）を用意し、各試料に対して広域逆格子空間マッピング、極点測定、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ測定などを行った。
＜試料の作製方法＞
　まず、試料１乃至試料７の作製方法について説明する。
　試料１乃至試料７は、実施の形態１に示す金属酸窒化物膜の作製方法を用いて作製した。具体的には、単結晶の基板を用意し、当該基板上に、反応室へ気体を導入して、酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって、金属酸窒化物膜を成膜した。なお、当該基板上に金属酸窒化物膜を成膜する前に、当該基板に対して、大気アニール、真空アニールなどの前処理は行っていない。また、成膜した金属酸窒化物膜に対して熱処理は行っていない。
　試料１乃至試料７に共通する金酸窒化物膜の成膜条件として、成膜圧力を０．４Ｐａとし、成膜電力を２００Ｗとし、酸化物ターゲットと基板との間隔を１３０ｍｍとした。
　各試料の作製に用いた、単結晶の基板について説明する。単結晶の基板として、試料１乃至試料６では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板を用意した。当該ＹＳＺ基板の面方位は（１１１）である。また、単結晶の基板として、試料７では、Ａ面サファイア基板を用意した。当該Ａ面サファイア基板の面方位は（１１０）である。
　次に、各試料の作製に用いた酸化物ターゲットについて説明する。酸化物ターゲットとして、試料１、試料５、試料６、および試料７では、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝４：２：４．１［原子数比］のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いた。よって、試料１、試料５、試料６、および試料７の金属酸窒化物膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸窒化物膜である。また、酸化物ターゲットとして、試料２では、Ｉｎ：Ｚｎ＝２：１［原子数比］のＩｎ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いた。よって、試料２の金属酸窒化物膜は、Ｉｎ−Ｚｎ酸窒化物膜である。また、酸化物ターゲットとして、試料３では、酸化亜鉛を用いた。よって、試料３の金属酸窒化物膜は、酸窒化亜鉛膜である。また、酸化物ターゲットとして、試料４では、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１［原子数比］のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸化物ターゲットを用いた。よって、試料４の金属酸窒化物膜は、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ酸窒化物膜である。
　次に、反応室へ導入した気体（成膜ガスともいう）について説明する。成膜ガスとして、試料１、試料２、試料３、試料４、試料６、および試料７では、窒素ガス（Ｎ２）４５ｓｃｃｍを用いた。また、成膜ガスとして、試料５では、窒素ガス（Ｎ２）４５ｓｃｃｍとアルゴンガス（Ａｒ）４５ｓｃｃｍとの混合ガスを用いた。
　次に、金属酸窒化物膜を成膜中の基板温度について説明する。試料１、試料２、試料３、試料４、試料５、および試料７では、基板温度を２００℃とした。また、試料６では、基板温度を１００℃とした。
　以上により、試料１乃至試料７を作製した。各試料の処理条件についてまとめたものを表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　作製した試料１乃至試料７のそれぞれに対して、広域逆格子空間マッピング、極点測定、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ測定などを行った。広域逆格子空間マッピング、極点測定、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定、およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定用の装置は、ブルカージャパン社製Ｘ線回折装置Ｄ８　ＤＯＳＣＯＶＥＲを用い、検出器は、広域逆格子空間マッピングおよび極点測定では、ＶÅＮＴＥＣ−５００　２次元検出器を用い、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定では、０次元検出器を用いた。なお、後述するように、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定は、主に、広域逆格子空間マップのシミュレーションの入力値として用いる格子定数を見積もるために行っている。そこで、本実施例では、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定およびＩｎ−ｐｌａｎｅ測定の結果の図示などは省略する。
　広域逆格子空間マッピングは、角度２θを２次元検出器（図４中のｄｅｔｅｃｔｏｒ）で一括で見込み、角度ψのそれぞれで角度θをスキャンして測定した。具体的には、試料（図４中のｓａｍｐｌｅ）と２次元検出器（図４中のｄｅｔｅｃｔｏｒ）との間の距離を約１５０ｍｍとした。また、角度２θを４０°にセットして、角度２θが２０°以上６０°以下となる範囲を一括記録した。また、角度θは１０°以上３０°以下の範囲でスキャンした。また、角度ψは０°以上８５°以下の範囲を５°刻み（計１８ステップ）とした。コリメータを用いて入射Ｘ線径を０．３ｍｍφとし、Ｘ線源にはＣｕＫα線（波長：０．１５４１８ｎｍ）を用い、Ｘ線の出力を５０ｋＶ、１００ｍＡとした。１ステップあたりのＸ線露光時間を６０秒間とした。各試料に対して広域逆格子空間マッピングを行い、各試料の広域逆格子空間マップを取得した。なお、広域逆格子空間マップを示す各図において、横軸は角度２θ［°］であり、縦軸は角度ψ［°］である。また、広域逆格子空間マップの各点における強度を、広域逆格子空間マップの右に示すバーと対応させて表す。具体的には、強度が高いほど、色が黒く（濃く）、強度が低いほど、色が白く（淡く）表される。
　また、各試料に対応する広域逆格子空間マップのシミュレーションには、ブルカージャパン社のソフトウェア「ＳＭＡＰ／ｆｏｒ　Ｃｒｏｓｓ　Ｓｅｃｔｉｏｎａｌ　ＸＲＤ−ＲＳＭ」を用いた。なお、各試料が有する金属酸窒化物の結晶構造は、ウルツ鉱型構造であると仮定し、格子定数は、Ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ測定、Ｉｎ−ｐｌａｎｅ測定、その他の逆格子点のスキャン結果から見積もった格子定数とした。なお、同じ対称性（または空間群）を有し、格子定数が異なる結晶構造の広域逆格子空間マップ同士を比較した場合、当該マップに現れるスポットのピークの位置（角度２θ、角度ψ）は、ずれて観測される場合がある。
　なお、シミュレーションで得られる広域逆格子空間マップには、当該シミュレーションで仮定した結晶で観測され得る全てのスポットが示される。よって、エピタキシャル成長した薄膜の広域逆格子空間マップとシミュレーションで得られる広域逆格子空間マップとでは、角度φによって面内配向した結晶方位が異なる場合があるため、観察されるスポットが異なる場合がある。
　本実施例では、広域逆格子空間マップで観察される逆格子点に対応する結晶面と極点測定で観察する結晶面とを対応させるため、角度φを調整して、広域逆格子空間マッピングを行っている。具体的には、試料１乃至試料６では、広域逆格子空間マップで、各試料が有する金属酸窒化物膜の（１０１）面と、各試料が有する基板の（１１１）面が同時に観測されるように、角度φを調整して広域逆格子空間マッピングを行うとよい。また、試料７では、広域逆格子空間マップで、試料７が有する金属酸窒化物膜の（１０１）面と、試料７が有する基板の（１０４）面が同時に観察されるように、角度φを調整して広域逆格子空間マッピングを行うとよい。
　また、本実施例で示す極点測定の結果は、極図形で表される。
＜試料１の評価＞
　試料１の広域逆格子空間マップを図１０（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）に示す。図１０（Ｂ）は、試料１の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図１０（Ｃ）は、試料１の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図１０（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図１０（Ｂ）および図１０（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３５°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料１に対する極点測定の結果を図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）に示す。図１１（Ａ）は、試料１の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図１１（Ｂ）は、試料１の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図１１（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。当該スポットは、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）の（１１１）面に由来する３回対称のスポットである。また、図１１（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料１の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料１の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料１の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）より、試料１の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料１の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料２の評価＞
　試料２の広域逆格子空間マップを図１２（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）に示す。図１２（Ｂ）は、試料２の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図１２（Ｃ）は、試料２の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図１２（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図１２（Ｂ）および図１２（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３４°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料２に対する極点測定の結果を図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）に示す。図１３（Ａ）は、試料２の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図１３（Ｂ）は、試料２の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図１３（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。また、図１３（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料２の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料２の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料２の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図１３（Ａ）および図１３（Ｂ）より、試料２の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料２の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料３の評価＞
　試料３の広域逆格子空間マップを図１４（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）に示す。図１４（Ｂ）は、試料３の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図１４（Ｃ）は、試料３の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図１４（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図１４（Ｂ）および図１４（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３６°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４７°かつ角度ψが約４２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料３に対する極点測定の結果を図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）に示す。図１５（Ａ）は、試料３の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図１５（Ｂ）は、試料３の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図１５（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。また、図１５（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料３の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料３の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料３の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図１５（Ａ）および図１５（Ｂ）より、試料３の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料３の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料４の評価＞
　試料４の広域逆格子空間マップを図１６（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）に示す。図１６（Ｂ）は、試料４の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図１６（Ｃ）は、試料４の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図１６（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図１６（Ｂ）および図１６（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３５°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料４に対する極点測定の結果を図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）に示す。図１７（Ａ）は、試料４の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図１７（Ｂ）は、試料４の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図１７（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。また、図１７（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料４の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料４の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料４の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図１７（Ａ）および図１７（Ｂ）より、試料４の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料４の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料５の評価＞
　試料５の広域逆格子空間マップを図１８（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）に示す。図１８（Ｂ）は、試料５の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図１８（Ｃ）は、試料５の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図１８（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図１８（Ｂ）および図１８（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３５°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料５に対する極点測定の結果を図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）に示す。図１９（Ａ）は、試料５の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図１９（Ｂ）は、試料５の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図１９（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。また、図１９（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料５の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料５の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料５の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図１９（Ａ）および図１９（Ｂ）より、試料５の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料５の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料６の評価＞
　試料６の広域逆格子空間マップを図２０（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図２０（Ｂ）および図２０（Ｃ）に示す。図２０（Ｂ）は、試料６の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図２０（Ｃ）は、試料６の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図２０（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図２０（Ｂ）および図２０（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３５°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料６に対する極点測定の結果を図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）に示す。図２１（Ａ）は、試料６の単結晶の基板の（１１１）面の結果であり、図２１（Ｂ）は、試料６の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図２１（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約７０°の同心円上の３箇所に、スポット状の強度分布が観測された。また、図２１（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料６の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料６の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料６の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図２１（Ａ）および図２１（Ｂ）より、試料６の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料６の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
＜試料７の評価＞
　試料７の広域逆格子空間マップを図２２（Ａ）に示す。また、シミュレーションで得られた広域逆格子空間マップを図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）に示す。図２２（Ｂ）は、試料７の単結晶の基板に対応する広域逆格子空間マップであり、図２２（Ｃ）は、試料７の金属酸窒化物膜が有する結晶に対応する広域逆格子空間マップである。
　図２２（Ａ）では、複数のスポットが観察された。観察された複数のスポットと、図２２（Ｂ）および図２２（Ｃ）に示すスポットとを比較することで、角度２θが約３５°かつ角度ψが約６２°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０１）面に相当し、角度２θが約４４°かつ角度ψが約４４°にピークが位置するスポットは、ウルツ鉱型構造の（１０２）面に相当することが分かる。
　次に、試料７に対する極点測定の結果を図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）に示す。図２３（Ａ）は、試料７の単結晶の基板の（１０４）面の結果であり、図２３（Ｂ）は、試料７の金属酸窒化物膜の（１０１）面の結果である。
　図２３（Ａ）に実線の円で示すように、角度ψが約５８°の同心円上の２箇所に、スポット状の強度分布が観測された。当該スポットは、Ａ面サファイアの（１０４）面に由来する２回対称のスポットである。また、図２３（Ｂ）に実線の円で示すように、角度ψが約６２°の同心円上の６箇所に、スポット状の強度分布が観測された。つまり、試料７の金属酸窒化物膜の（１０１）面が６回対称を有しており、試料７の金属酸窒化物膜は面内配向していることが分かる。また、ウルツ鉱型構造の、（００２）面と（１０１）面とのなす角度は、約６２°であることから、試料７の金属酸窒化物膜が有する結晶は、ウルツ型構造であることが分かる。また、図２３（Ａ）および図２３（Ｂ）より、試料７の金属酸化物膜は、結晶方位が膜面内で回転したドメインを含まないｃ軸エピタキシャル膜であることが分かる。
　以上より、試料７の金属酸窒化物膜は、ウルツ鉱型構造を有し、エピタキシャル成長していることが分かる。
　本実施例に示す構成、方法などは、少なくともその一部を本明細書中に記載する他の実施の形態と適宜組み合わせて実施することができる。
　１０：基板、２０：金属酸窒化物膜、３０：結晶、４１：成膜室、５０ａ：バッキングプレート、５０ｂ：バッキングプレート、５２ａ：ターゲットホルダ、５２ｂ：ターゲットホルダ、５４ａ：マグネットユニット、５４ｂ：マグネットユニット、５４Ｎ１：マグネット、５４Ｎ２：マグネット、５４Ｓ：マグネット、５６：マグネットホルダ、５８：部材、６０：基板、６２：基板ホルダ、６４ａ：磁力線、６４ｂ：磁力線、７０ａ：スパッタリングターゲット、７０ｂ：スパッタリングターゲット、１００：発光素子、１０２：基板、１０４：クラッド層、１０６：活性層、１０８：クラッド層、１１０：ｎ型電極、１１２：ｐ型電極、４００：表示装置、４０１：画素部、４０２：駆動回路、４０３：駆動回路、５００１：表示部、５００２：ダッシュボード、５００３：ハンドル、５００４：フロントガラス、５００５：カメラ、５００６：送風口、５００７：表示パネル、５００７ａ：表示パネル、５００７ｂ：表示パネル、５００７ｃ：表示パネル、５００７ｄ：表示パネル、７０００：表示部、７１００：テレビジョン装置、７１０１：筐体、７１０３：スタンド、７１１１：リモコン操作機、７２００：ノート型パーソナルコンピュータ、７２１１：筐体、７２１２：キーボード、７２１３：ポインティングデバイス、７２１４：外部接続ポート、７３００：デジタルサイネージ、７３０１：筐体、７３０３：スピーカ、７３１１：情報端末機、７４００：デジタルサイネージ、７４０１：柱、７４１１：情報端末機、７９００：自動車、７９０１：車体、７９０２：車輪、７９０３：フロントガラス、７９０４：ライト、７９０５：フォグランプ、８５０１：照明装置、８５０２：照明装置、８５０３：照明装置、８５０４：照明装置

Claims (8)

  1. 　単結晶の基板上に、
    　窒素ガスを含む気体を導入して、酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって、エピタキシャル成長させる金属酸窒化物膜の作製方法であって、
    　前記酸化物ターゲットは、亜鉛を含み、
    　前記金属酸窒化物膜の成膜中の前記基板は、８０℃以上４００℃以下であり、
    　前記窒素ガスの流量は、前記気体の全流量中の５０％以上１００％以下である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  2. 　単結晶の基板上に、
    　窒素ガスを含む気体を導入して、酸化物ターゲットを用いて、スパッタリング法によって、面内配向した膜を成膜する金属酸窒化物膜の作製方法であって、
    　前記酸化物ターゲットは、亜鉛を含み、
    　前記金属酸窒化物膜の成膜中の前記基板は、８０℃以上４００℃以下であり、
    　前記窒素ガスの流量は、前記気体の全流量中の５０％以上１００％以下である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  3. 　請求項１または請求項２において、
    　前記酸化物ターゲットは、インジウムおよびガリウムの少なくとも一を含む、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  4. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    　前記基板は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板であり、
    　前記基板の面方位は（１１１）である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  5. 　請求項１乃至請求項３のいずれか一において、
    　前記基板は、Ａ面サファイア基板であり、
    　前記基板の面方位は（１１０）である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  6. 　請求項１乃至請求項５のいずれか一において、
    　前記金属酸窒化物膜の結晶構造は、ウルツ鉱型構造である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  7. 　請求項６において、
    　前記金属酸窒化物膜に対して、極点測定を行った場合、
    　極点測定の、前記金属酸窒化物膜の結晶の（１０１）面に対するφスキャンにて、
    　６回対称を示す回折ピークが観測される、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
  8. 　請求項７において、
    　前記金属酸窒化物膜の広域逆格子空間マップにおいて、第１のスポットと、第２のスポットとが観察され、
    　前記第１のスポットのピークは、角度２θが３０°以上３５°以下、かつ、角度ψが０°付近に位置し、
    　前記第１のスポットの半値幅は、２°未満であり、
    　前記第２のスポットのピークは、角度２θが３３°以上３７°以下、かつ、角度ψが６１°以上６５°以下に位置し、
    　前記第２のスポットの半値幅が、２°未満である、
    　金属酸窒化物膜の作製方法。
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