CN111826618A - 氮化镓系烧结体和其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，制造低氧量、高密度、低电阻的氮化镓薄膜用溅射靶材。通过利用为含氧量少、体积密度高的粉末物性的氮化镓粉末，在高温、高真空下进行热压处理，从而可以制作低氧量且高密度、低电阻的氮化镓烧结体。

Description

氮化镓系烧结体和其制造方法

本申请是申请日为2016年3月24日、申请号为201680015322.0、发明名称为“氮化镓系烧结体和其制备方法”的申请的分案申请。

技术领域

氮化镓用于蓝色发光二极管(LED)的发光层、蓝色激光二极管(LD)的原料，作为功率器件的材料也受到关注。氮化镓薄膜可以通过金属有机化学气相沉积(MOCVD)法、溅射法而制造。

迄今为止，作为利用溅射法成膜为氮化镓薄膜的方法，使用有金属镓靶材(参照专利文献1)。然而，使用金属镓靶材时，由于金属镓的熔点约为29.8℃，因此溅射时发生熔解，从而难以得到使结晶性、透过性之类的特性高度稳定化的氮化镓膜。

另外，还提出了高密度氮化镓烧结体(参照专利文献2)，根据其实施例，存在如下课题：在58Kbar(5.8GPa)这样非常高压条件下进行致密化，施加这样的压力的装置是非常昂贵的装置，无法制作大型烧结体，且大型化困难，因此容易成为均质性差的膜。

另外，作为降低含氧量的方法，提出了，通过对含有氧的氮化镓烧结体进行氮化处理而降低氧量的方法(参照专利文献3)。然而，如果降低一定以上的氧量，则存在如下课题：烧结体中有时产生裂纹。

另外，利用直流溅射法时，要求溅射靶材的电阻率低，因此提出了如下方法：通过使金属镓渗透至氮化镓成型物，从而降低溅射靶材的电阻率(参照专利文献4)。然而，对于该方法，电阻降低，但存在如下问题：接合中、溅射中金属镓析出，从而与铟等软钎料发生反应，氮化镓成型物剥离，放电无法稳定地进行。作为其对策，提出了如下方法：通过衬里钨的薄膜，从而抑制金属镓的析出(参照专利文献5)，但存在如下课题：靶材制作工序增加，变复杂，必须使用昂贵的钨材料之类的特殊的材料。

另外，GaN的单晶薄膜显示出以多晶薄膜无法得到的高性能的特性。单晶薄膜一般是使用单晶基板进行外延生长而得到的。

作为在Si单晶基板上形成薄膜的方法，有借助缓冲层的方法，提出了缓冲层使用金属硫化物薄膜的方法(参照专利文献6)。形成Si的硫化物的生成吉布斯自由能较小，与Si的晶格常数接近时，可以使硫化物外延生长而不会在缓冲层/Si界面形成非晶层。

另外，提出了通过在金属硫化物层上层叠氮化铝层从而形成高品质的氮化镓薄膜的方法(参照专利文献7)，氮化铝与氮化镓的晶格应变在a轴方向上约为2.4％、在c轴上约为4％，为了进一步提高结晶性，寻求对应变的进一步的改善。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本国特开平11-172424号公报

专利文献2：日本国特开2005-508822号公报

专利文献3：日本国特开2012-144424号公报

专利文献4：日本国特开2014-159368号公报

专利文献5：日本国特开2014-91851号公报

专利文献6：日本国特开2002-3297号公报

专利文献7：日本国特开2004-111883号公报

发明内容

发明要解决的问题

本发明的目的在于，提供为低氧量、高密度、低电阻、且不易引起金属镓的析出的氮化镓系烧结体和其制造方法。

用于解决问题的方案

鉴于这样的背景，本发明人等反复深入研究。其结果发现：利用为含氧量少、且体积密度高的粉末物性的氮化镓粉末，在高真空下、以高温进行热压处理，从而可以制作低氧量、高密度、低电阻的氮化镓系烧结体，可以制作有导电性的氮化镓系溅射靶材而不用进一步进行利用特殊的材料的衬里处理，至此完成了本发明。

即，本发明的方式如以下所述。

(1)一种氮化镓系烧结体，其特征在于，含氧量为1atm％以下、电阻率为1×10²Ω·cm以下。

(2)根据(1)所述的烧结体，其特征在于，密度为3.0g/cm³以上且5.4g/cm³以下。

(3)根据(1)或(2)所述的烧结体，其特征在于，烧结体的平均粒径为0.5μm以上且3μm以下。

(4)根据(1)～(3)中任一项所述的烧结体，其特征在于，烧结体的重量为10g以上。

(5)根据(1)～(4)中任一项所述的烧结体，其特征在于，在大气中进行250℃的加热处理1小时也无法以目视确认金属镓自靶材构件的析出。

(6)一种氮化镓系烧结体的制造方法，其特征在于，其为利用热压法的氮化镓系烧结体的制造方法，以含氧量2atm％以下的氮化镓粉末为原料，热压时以腔室中的达到真空度为70Pa以下、1060℃以上且低于1300℃进行加热。

(7)一种氮化镓溅射靶材，其特征在于，使用(1)～(5)中任一项所述的烧结体。

(8)根据(7)所述的溅射靶材，其特征在于，在靶材构件与接合层之间不存在包含钨的层。

(9)根据(7)或(8)所述的溅射靶材，其特征在于，接合层包含铟、锡、锌中的至少1种成分。

(10)一种氮化镓系薄膜的制造方法，其特征在于，使用(6)～(9)所述的溅射靶材。

以下，对本发明进行详细说明，但本发明不限定于以下的实施方式。

本发明的氮化镓烧结体的特征在于，含氧量为1atm％以下，优选为0.5atm％以下。通过降低烧结体中的含氧量，从而作为溅射靶材利用时，成膜时可以降低作为杂质的氧的混入，可以得到更高的结晶性的膜。

另外，本发明的氮化镓系烧结体的特征在于，其电阻率为1×10²Ωcm以下，更优选1×10¹Ωcm以下、进一步优选1×10⁰Ωcm以下。低电阻的烧结体作为溅射靶材利用时，不仅可以进行RF溅射还可以进行DC溅射。

本发明的氮化镓烧结体的密度优选为3.0g/cm³以上且5.4g/cm³以下，其下限更优选3.5g/cm³、进一步优选4.0g/cm³。此处所谓氮化镓烧结体的密度是指，包含开气孔的密度，是指JISR1634中的体积密度的测定结果。这样的氮化镓系烧结体可以作为溅射靶材使用。

本发明的氮化镓烧结体优选其平均粒径为0.5μm以上且3μm以下。通过设为这样的粒径，可以得到开气孔少、为低氧量、且高强度的烧结体。

接着，对氮化镓烧结体的制造方法进行说明。

对作为原料的氮化镓粉末的比表面积(BET)、松装密度和一次颗粒的粒径与烧结体强度的关系进行了详细研究，结果发现：通过控制氮化镓粉末的前述各物性值，从而可以降低杂质的氧混入，且可以得到强度强的烧结体。

即，本发明的制造方法的特征在于，其为利用热压法的氮化镓系烧结体的制造方法，以含氧量2atm％以下的氮化镓粉末为原料，热压时以腔室中的达到真空度为70Pa以下、1060℃以上且低于1300℃进行加热。如果为这样的制造方法，则即使为重量10g以上的氮化镓系烧结体，也可以成品率良好地进行制造。

以下，对该制造方法进行进一步详细说明。

首先，作为原料的氮化镓粉末其含氧量必须为2atm％以下。为了降低氧，必须抑制表面的氧化，因此，期望粉末的比表面积小，优选为1.5m²/g以下、进一步优选低于0.8m²/g。通过使用这样的粉末，可以减轻来自粉末的氧混入量。作为下限，期望大于0.1m²/g。比表面积比其小时，晶体颗粒过大，因此，颗粒彼此的粘接力弱，最终焙烧时难以保形，进而比表面积小时，一般烧结性降低，因此焙烧变困难。

另外，为了得到具有充分的强度的烧结体作为溅射靶材，作为原料的氮化镓的松装密度优选为0.8g/cm³以上、更优选为1.0g/cm³以上。需要说明的是，松装密度是指，填充粉末至具有一定容积的容器而不施加振动等负荷，填充的粉末的容量除以容器的体积而求出的值。作为松装密度，优选低于2.5g/cm³。如果提高松装密度比其高，则构成粉末的颗粒的强度变得过高，成型、焙烧时颗粒残留而不会被压碎，因此，烧结体的强度明显降低。

另外，作为原料使用的氮化镓的平均粒径优选为0.5μm以上且3μm以下。通过利用这样的粉末，可以制作兼顾了烧结性和低氧化的烧结体。特别是氮化镓中，烧结开始温度与分解温度接近，烧结温度域窄，烧结时不会较大地颗粒生长，因此烧结前的一次颗粒的分布对烧结体产生大的影响。需要说明的是，一次颗粒的粒径是指，通过SEM观察的最小单元的颗粒的直径，平均粒径通过直径法测定，是指在对至少100个以上的颗粒测定的基础上，50％粒径下的数值。使用处于该范围的粉末的成型物的情况下，粒径大于以往，附着力变小，因此，以能够浸渍的程度存在开气孔时，颗粒彼此的结合力较弱，因此，进行Ga的浸渍的情况下，由于浸渍时产生的应力、由加热和溅射产生的热膨胀率差而产生裂纹。

需要说明的是，为了得到溅射膜高的结晶性、通过添加元素而引起半导体特性的变化，期望作为原料的氮化镓粉末使用尽量不含杂质的物质。

焙烧方法使用热压法。热压法是边对粉末加压边施加温度而推进烧结的方法，加热时通过进行单轴加压，从而辅助焙烧时的扩散，是可以将扩散系数低、不易烧结的材料烧结的焙烧法。

焙烧温度设为1060℃以上且低于1300℃。为了推进氮化镓的烧结，必须为1060℃以上，为了将氮化镓向氮和金属镓的分解抑制为一定量，必须设为低于1300℃。另外，为了提高烧结体的密度，优选将焙烧时的压力设为30MPa以上且100Mpa以下，进一步优选为50MPa以上且90MPa以下。

热压下的气氛在真空下进行。加热开始时的真空度设为70Pa以下，优选10Pa以下，更优选10^-1Pa，特别优选为10^-2Pa以下。由此，可以降低自气氛混入的、氧、水等的氧元素，可以抑制焙烧时的氧化。

另外，在真空下进行烧结时，从1060℃附近缓慢进行氮化镓粉末的分解，但通过在真空下进行烧结，分解生成的金属镓的一部分与作为分解气体的氮气一起从烧结体排出至外部。因此，热压模中，优选模具与上冲孔的间隙为0.2mm以上。或者，优选在粉末与上下冲孔之间使用碳毡等密度低的材料。

在上述条件下进行热压处理时，烧结时金属镓不会成为抑制剂，由于含有适当的量，因此，烧结进行，由此可以得到高密度且氧化得到抑制的氮化镓烧结体。特别是在1060℃以上且1300℃以下的区域，金属镓部分地分解，但氮化镓的烧结也进行，因此，通过以高真空化实施加压烧结，可以使氮化镓的烧结进行而不会被金属镓抑制，从而密度提高。将氮化镓作为溅射靶材利用时，优选烧结体具有导电性，为此，优选存在金属镓。如果可以确认烧结体的电阻率，则可以明确金属镓是否内含于氮化镓中，以氮化镓单晶为代表，基材的电阻率高，但本发明那样的烧结体的电阻率低至10²Ω·cm以下。使用相同原料，氮化镓的分解不进行的成型物、烧结体的电阻率也高。考虑有各种金属镓对氮化镓烧结体中的含有方法，但为了使其均匀地少量存在，优选如下方法：使金属镓分散于氮化镓原料粉末中的方法；烧结时将氮化镓分解而生成氮化镓的方法。由此，可以使少量的金属镓均匀地分散于烧结体中。其含量优选低于30wt％、进一步优选低于10wt％。

所得烧结体可以根据溅射靶材等用途而加工成规定的尺寸。加工方法没有特别限定，可以利用平面磨削法、旋转磨削法或者圆筒磨削法等。

氮化镓烧结体可以根据需要利用软钎料等粘接剂固定(接合)于平板状或者圆筒状的支撑体，作为溅射靶材。溅射靶材优选的是，在靶材构件与接合层之间不存在包含钨的层。不使用昂贵的金属钨靶材，从而降低成本，无需钨的成膜工序，因此生产率提高。

另外，本发明的溅射靶材中，作为接合层，优选使用锡系软钎料或者铟系软钎料、锌系软钎料。其中特别优选导电性、导热性高、且柔软、容易变形的铟软钎料。

另外，从作为支撑体的热导率高、强度高的方面出发，本发明的溅射靶材期望为Cu、SUS或者Ti等金属。对于支撑体的形状，平板形状的成型物中优选使用平板形状的支撑体，圆筒形状的成型物中优选使用圆筒形状的支撑体。

接着，对本发明的溅射靶材的制造方法进行说明。

氮化镓烧结体借助接合层与支撑体接合。接合层可以使用锡系软钎料、铟系的软钎料、锌系的软钎料等，使用铟系的软钎料时，为了改善铟对氮化镓烧结体的润湿性，可以在烧结体与软钎料之间形成改善润湿性的层。该层的材质优选廉价且对铟的润湿性高的材质，例如优选使用镍系、铬系。该层优选遍及其与软钎料的界面整体地均匀地形成。这样的阻隔层的形成方法没有特别限定，可以使用溅射、蒸镀、涂布等。

进而，对成膜的薄膜的特征进行说明。

本发明的氮化镓系膜的特征在于，其晶相为六方晶结构。这是由于，氮化镓也采用立方晶等晶相，但六方晶结构作为晶相是最稳定的，最适于构筑半导体元件。

另外，本发明的氮化镓系膜的特征在于，X射线衍射装置中的2θ/θ测定中的(002)面、(101)面的强度比即I(002)/I(101)为150以上。I(002)/I(101)优选为300以上、进一步优选为1000以上。

进而，本发明的氮化镓系膜的特征在于，最低含氧量为5×10²¹atm/cm³以下。最低含氧量优选为3×10²¹atm/cm³以下、更优选为2×10²¹atm/cm³以下。需要说明的是，最低含氧量设为如下值：使用SIMS(二次离子质谱仪)，相对于膜的深度方向测定氧的含量，对于预计为基板的位置，距离其界面30nm之间的含氧量的最小值。通过将最低含氧量调整至上述范围内，在晶体生长初始，将氧导入至氮化镓晶体内，改变晶格常数，从而可以减轻与基板的晶格失配，由此可以提高结晶性。

另外，本发明的氮化镓系膜的(002)面的2θ/θ测定峰的半值宽度优选为0.3°以下、更优选为0.2°以下、进一步优选为0.1°以下。此处的2θ/θ测定峰是指，利用一般的粉末XRD用的装置测定而得到的数值。

进而，本发明的氮化镓系膜的特征在于，(002)面的ω测定峰的半值宽度为2°以下。由此，成为晶体一致的膜，形成器件时的性能提高。更期望为1°以下、更期望为0.1°以下。

ω测定方法由于是精密地测定晶轴的取向性的方法，因此，必须使用在测定样品侧沿ω方向具有可动区域的XRD装置。

接着，对氮化镓系膜的制造方法进行说明。

本发明的氮化镓系膜的制造方法优选的是，以使成膜时的溅射气体压为低于0.3Pa进行溅射。

作为溅射的方式，可以适宜选择DC溅射法、RF溅射法、AC溅射法、DC磁控溅射法、RF磁控溅射法、离子束溅射法等，其中，从能够大面积地、均匀地且高速地成膜的方面出发，优选DC磁控溅射法、RF磁控溅射法。

溅射时的气体压力设为低于0.3Pa，优选为0.1Pa以下、进一步优选为0.08Pa以下。溅射时的气体压力越低，自溅射靶材释放的颗粒容易保持高能量不变地到达至基板，容易外延地再排列。

成膜前的成膜装置内的真空度优选设为3×10^-5Pa以下、更优选设为1×10^-5Pa以下。通过使真空度为更低压，成膜时残留气体不易以杂质的形式混入，薄膜的结晶性提高。

另外，优选在成膜前对基板进行前处理。通过实施前处理，可以去除基板表面的有机物层、凹凸，可以进行外延生长。前处理方法有逆溅射处理、酸处理、UV处理等，但在处理后防止杂质等的再附着的观点上，优选进行逆溅射处理。逆溅射是指如下方法：在基板侧而不是在溅射靶材侧，使经过等离子体化的原子碰撞，从而对表面进行清洁。通过利用这样的结构，对基板的表面进行清洗，不与外界气体接触而送至成膜室，从而可以保持基板表面的清洁度不变地进行成膜。进行逆溅射处理时，在防止经过逆溅射的杂质附着于成膜室的意义上，优选与成膜室相区别地进行处理。

另外，优选成膜时以将基板加热的状态进行。通过以将基板加热的状态进行成膜，从而对所溅射颗粒提供能量，可以成为更稳定的晶体状态，可以防止在高温下进行加热处理时的热膨胀率差等所导致的裂纹。成膜工序中的基板加热温度(以下，有时称为成膜温度)优选100℃以上且800℃以下、更优选400℃以上且800℃以下、特别优选600℃以上且750℃以下。在低于100℃的温度下，颗粒移动、成膜后进行加热处理时的裂纹的防止效果变弱。另外，在高于800℃的温度下，溅射装置变昂贵，使用溅射法的优势变小。特别优选在400℃以上进行成膜。通过在400℃以上进行成膜，从而特别是可以使溅射颗粒结晶性良好地排列。成膜时的气体期望包含氮气。由此可以制作氮缺陷少的膜。

利用的气体没有特别限定，优选氮气为主成分。为了使放电稳定，根据情况也可以加入氩气。作为施加的分压，相对于氮气1，可以施加0.05～1左右。

作为放电时的电力，电力密度优选为5W/cm²以下、更优选为2.5W/cm²以下、进一步优选为1.5W/cm²以下。作为下限，优选为0.1W/cm²、更优选为0.3W/cm²。电力密度的计算是将放电时的电力除以溅射靶材的面积而得到的。放电时的电力高于5W/cm²时，使用的以氮化镓为主成分的溅射靶材一般为低密度，因此，由于对靶材施加的功率而粗大的多晶体颗粒自溅射靶材剥离，为不优选。低于0.1W/cm²时，等离子体不稳定，因此放电变难，成膜速度降低，因此膜的生产率降低，故不优选。

以溅射法成膜的厚度优选为30nm以上、进一步优选为50nm以上。由此可以得到规定结晶性的薄膜。另外，表面粗糙度Ra优选为10nm以下、更优选为5nm以下。表面粗糙度Ra大于10nm时，形成发光元件、晶体管元件时担心成品率降低。

本发明的氮化镓系膜也可以适合作为包含基板和氮化镓系膜而成的层叠基板使用。

此处，基板可以举出包含无碱玻璃、石英等的玻璃基板、树脂制的高分子薄膜基材、陶瓷、金属的基板等。特别是，从减轻晶格失配所导致的结晶性的恶化的观点出发，优选使用以往使用的蓝宝石、氮化镓单晶、硅单晶，更优选为蓝宝石、硅单晶。作为面取向，优选使用晶格匹配较良好的蓝宝石(001)面。面取向中，作为偏斜角，也可以带有倾斜。

这样的层叠基材可以适合作为构成为多种功能部件的半导体元件使用。例如可以用于LED等发光元件、激光二极管、晶体管等功率器件等。另外，该半导体元件适合用于各种电子设备。

层叠基板中，优选为包含硅单晶层、金属硫化物层和氮化镓层而成的层叠体，且在硅单晶层与氮化镓层之间存在有金属硫化物层。其中，优选在硅单晶层上层叠有金属硫化物层。

作为硅单晶层，优选使用硅单晶基板，特别优选使用Si(100)基板。与以往的蓝宝石基板、GaN单晶基板相比，可以以低成本制作元件，对于基板尺寸也可以应对各种大小。

金属硫化物层由于与硅的反应性低，因此，抑制界面反应所产生的非晶质层形成而不会形成非晶质。另外，金属硫化物层由于减轻基板-薄膜间的晶格应变，因此，可以抑制位错密度。晶格应变优选为10％以下、更优选为5％以下。金属硫化物在晶格应变的方面如果没有问题则不特别限定其金属，优选使用硫化锌、硫化锰(MnS)、硫化镁、硫化钙，进一步优选使用硫化锰。

发明的效果

本发明的氮化镓烧结体为低氧量、高密度、低电阻，不易引起金属镓的析出，因此，适合作为溅射靶材使用。

具体实施方式

以下，列举实施例进行说明，但不限定于此。

(比表面积)

粉末的比表面积使用Micrometrics Tristar进行测定。

(松装密度)

使用Powder Tester PT-N型(Hosokawa Micron Corporation制)进行测定。

(烧结体的体积密度)

烧结体的体积密度依据JISR1634中的体积密度测定的方法进行。

(含氧量)

烧结体的含氧量通过氧·氮分析装置(LECO制)而测定。

(加热试验)

在大气中，使用热板，对烧结体进行250℃的加热处理1小时，以目视确认金属镓有无自烧结体的析出。

(粒径的测定)

粉末和烧结体的粒径的测定如下：从SEM中的观察图像，利用直径法，对至少2个视野以上进行测定，测定100个以上的颗粒后，将50％粒径作为平均粒径。

(晶面的确认、半值宽度、强度比的测定方法)

通常的测定使用一般的粉末X射线衍射装置(装置名：UltimaIII、RigakuCorporation制)。XRD测定的条件如以下所示。

射线源：CuKα射线(λ＝0.15418nm)

测定模式：2θ/θ扫描

测定间隔：0.01°

发散狭缝：0.5deg(度)

散射狭缝：0.5deg

接收狭缝：0.3mm

计测时间：1.0秒

测定范围：2θ＝20°～80°

XRD谱图的鉴定分析使用XRD解析软件(商品名：JADE7、MID公司制)。六方晶以JCPDSNo.00-050-0792为参考确认氮化镓晶面，对于(002)面，测定其半值宽度，强度比对于I(002)和I(101)利用下述式算出。

强度比＝I(002)/I(101)

没有检测到认为是(101)面的峰时，将36～37°的背景峰强度作为I(101)，实施计算。

高精度的测定设为XRD装置(Bruker制D8 DISCOVER)的下述构成，在40kV，40mA的条件下，使用HIGH RESOLUTION模式、Ge(220)单色器，将CuKα2去除，实施ω扫描。

射线源：CuKα射线(λ＝0.15418nm)

单色器：Ge(220)

探针：Crystal3B

测定模式：ω扫描

测定间隔：0.01°

(半值宽度为0.1°以下时为0.0005°)

计测时间：0.5秒

测定范围：ω＝0°～35°

(膜中的含氧量测定)

膜中的含氧量使用SIMS(二次离子质谱仪)进行测定。相对于膜的深度方向测定氧的含量，对预计为基板的位置，算出距离其界面5nm～30nm之间的最低含量。

(实施例1～4)

使用表1所示的氮化镓粉末30g，投入至52mmφ的碳制的模具，以热压投入。以升温开始前的达到真空度为表1所示的条件，开始焙烧，温度以200℃/h(小时)升温，最终增加至表1的温度，此时的加压条件在最高温度保持时上升至表1的压力，以温度以及压力的保持时间1小时进行热压处理。降温以5小时降温至约50℃，取出模具，进行烧结体的回收。均为10g以上的烧结体。将所得多晶氮化镓烧结体的重量、密度、含氧量、电阻率、平均粒径和加热试验的结果示于表2。

进一步对烧结体进行加工，与垫板接合后，确认在作为溅射靶材的材料上是否可以以DC或者RF进行成膜，结果对于全部样品，没有问题地接合，确认了可以以DC/RF成膜。

(实施例5)

使用表1所示的氮化镓粉末250g，投入至130mmφ的碳制的模具，以热压投入。以升温开始前的达到真空度为表1所示的条件，开始焙烧，温度以200℃/h升温，最终增加至表1的温度，此时的加压条件在最高温度保持时上升至表1的压力，以温度以及压力的保持时间2小时进行热压处理。降温后取出模具，进行烧结体的回收。将所得多晶氮化镓烧结体的重量、密度、含氧量、电阻率、平均粒径和加热试验的结果示于表2。

(比较例1～3)

使用表1所示的氮化镓粉末，设为表1的真空度、焙烧温度、载荷，除此之外，以实施例1同样的升温速度、保持时间、降温条件进行热压处理，结果所得多晶氮化镓烧结体的重量、密度、含氧量、电阻率、平均粒径和加热试验的结果成为表2。比较例2中，无法保形，无法得到烧结体。

(比较例4)

对于以与比较例1同样的条件制作的氮化镓烧结体，相对于经过加工的氮化镓烧结体24.5g，准备相对于烧结体为1.35倍量的金属镓(纯度6N、含氧量0.0174atm％、DowaElectronics Materials Co.,Ltd.制)，均投入至真空包装袋，以1000Pa进行真空包装。将包装容器加热至50℃左右，使金属镓完全熔解后，投入至CIP，以100MPa进行60秒加压。取出后，以50℃左右加热后，去除残留于周边的金属镓，得到金属镓渗透氮化镓烧结体。对其以250℃实施加热试验，结果可见Ga金属的析出。需要说明的是，表2中记载的平均粒径的值涉及的是使金属镓渗透前的烧结体的平均粒径，对于重量、密度、含氧量、电阻率和加热试验的结果，涉及的是金属镓渗透氮化镓烧结体。

(参考例)

对于以与实施例1同样的方法制作的烧结体，以与比较例4同样的方法尝试了制作金属镓渗透体，但渗透时产生了裂纹。

[表1]

[表2]

(参考例1～23)

使用氮化镓溅射靶材，在磁控溅射装置中以表3的条件实施溅射成膜试验。

以以上条件进行成膜，结果成为表4所示的氮化镓薄膜。

[表3]

[表4]

以下，介绍关于层叠膜的测定例。各种评价的测定方法如以下所示。

(晶体取向、半值宽度的测定方法)

使用XRD装置，以2θ/ω进行扫描，根据峰位置鉴定氮化镓、金属硫化物的晶体取向，确认主要的晶体取向。其中，对于相当于氮化镓(110)面的峰，测定2θ/ω处的半值宽度。

(旋转对称性的确认方法)

使用XRD装置，对于氮化镓薄膜实施phi扫描，确认旋转对称性。

(摇摆曲线半值宽度的测定方法)

对于使用XRD装置鉴定到的氮化镓(110)面实施ω扫描，测定摇摆曲线半值宽度。

(氮化镓薄膜中的含氧量的测定方法)

利用SIMS(二次离子质谱仪装置名：PHI ADEPT1010)，对于氮化镓薄膜，测定距离接近于硅单晶层的界面50nm之间的氧量，将其最小值作为含氧量。距离界面50nm的位置的特定通过根据基于SIMS测定的组成变化把握各层的物质来确认。

(表面粗糙度的测定方法)

使用AFM装置，以10μm见方的范围测定表面状态，其中，测定10μm长的测定中的表面粗糙度Ra。

(层叠膜参考例1)

利用在2英寸φ的Si(100)单晶基板上制膜MnS为50nm的基板。确认了MnS沿(100)面取向。

进而，以下述的条件，在MnS/Si薄膜上形成GaN薄膜，作为层叠体。

(溅射条件)

放电方式：RF溅射

制膜装置：磁控溅射装置

靶材尺寸：2英寸φ

制膜压力：1Pa

导入气体：氩气+10vol％氮气

放电功率：100W

基板温度：700℃

膜厚：10nm

各种评价的结果如以下所示。

旋转对称性：4次

GaN取向面：(110)面

2θ/ω半值宽度：0.7°

摇摆曲线半值宽度：3.4°

含氧量：3×10²¹atm/cm³

(层叠膜参考例2)

以基板温度1100℃，利用MOCVD法，在层叠膜参考例1中得到的层叠体的GaN层上进一步形成约1000nm的GaN层。各种评价的结果如以下所示。

旋转对称性：4次

GaN取向面：(110)面

半值宽度：0.18°

摇摆曲线半值宽度：1.9°

含氧量：1×10²¹atm/cm³

(层叠膜参考例3)

直接在Si(100)基板上形成GaN薄膜而不形成MnS的缓冲层时，无法形成致密的膜。

详细且参照特定的实施方式地对本发明进行了说明，但对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的本质和范围的情况下可以加以各种变更、修正。

需要说明的是，将2015年3月30日申请的日本专利申请2015-069913号、2015年4月24日申请的日本专利申请2015-089571号、2015年7月30日申请的日本专利申请2015-150959号、2015年7月31日申请的日本专利申请2015-152855号的说明书、权利要求书、附图和摘要的全部内容引入至此，作为本发明的说明书的公开内容而被引入。

Claims (13)

1.一种氮化镓系膜，其特征在于，晶相为六方晶结构，(002)面与(101)面的峰强度比I(002)/I(101)为150以上，最低含氧量为5×10²¹atm/cm³以下。

2.根据权利要求1所述的氮化镓系膜，其特征在于，(002)面的ω测定峰的半值宽度为2°以下。

3.根据权利要求1或2所述的氮化镓系膜，其特征在于，(002)面的2θ/θ测定峰的半值宽度为0.3°以下。

4.一种权利要求1～3中任一项所述的氮化镓系膜的成膜方法，其特征在于，为通过溅射法制造氮化镓系膜的方法，其中，使成膜时的溅射气体压低于0.3Pa。

5.根据权利要求4所述的氮化镓系膜的成膜方法，其特征在于，达到真空度设为3×10^{- 5}Pa以下。

6.根据权利要求4或5所述的氮化镓系膜的成膜方法，其特征在于，基板加热温度设为100℃以上且800℃以下。

7.一种层叠基板，其是包含权利要求1～3中任一项所述的氮化硅系膜和基板而成的。

8.一种半导体元件，其特征在于，使用权利要求7所述的层叠基板。

9.一种电子设备，其特征在于，包含权利要求8所述的半导体元件。

10.一种层叠体，其特征在于，是包含硅单晶层、金属硫化物层和氮化镓层而成的，在硅单晶层与氮化镓层之间存在金属硫化物层，表面粗糙度Ra为10nm以下。

11.根据权利要求10所述的层叠体，其特征在于，在硅单晶层上层叠有金属硫化物层。

12.根据权利要求10或11所述的层叠体，其特征在于，金属硫化物层以硫化锰为主成分。

13.根据权利要求10～12中任一项所述的层叠体，其特征在于，硅单晶层为Si(100)基板。