JP2018119171A - 多結晶ｉｉｉ族窒化物ターゲットおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】嵩密度（相対密度）の高いことで、成膜速度が高く原料放出の面内均一性が高い多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの提供。
【解決手段】多結晶のＩＩＩ族窒化物で構成され、ＩＩＩ族窒化物の理論密度に対する相対密度が、９８％以上である、多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット１００。前記多結晶は、柱状組織１２０を有し、配向率が４０％以上であり、Ｘ線回析の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最っも高い結晶方位として、［１１−２０］方位又は、［０００２］方位であることが好ましい、多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット１００。下地基板を準備する工程と、下地基板の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶ＩＩＩ族窒化物を成長させる工程を有する結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット１００の製造方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットおよびその製造方法に関する。

窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体は、光デバイス、電子デバイス等の半導体装置の材料として有用である。ＩＩＩ族窒化物を、スパッタリング等で堆積させて成膜する技術が検討されており、このためのターゲットが提案されている。

例えば特許文献１に、ＧａＮ粉末を焼結させたスパッタリングターゲットが提案されている。しかしながら、焼結によるターゲットは、焼結粒子間に隙間が存在するため、嵩密度（相対密度）を高めることが難しい。

特開２０１２−１４４４２４号公報

本発明の一目的は、嵩密度（相対密度）の高い多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットを提供することである。

本発明の一態様によれば、
多結晶のＩＩＩ族窒化物で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物の理論密度に対する相対密度が、９８％以上である多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット
が提供される。

本発明の他の態様によれば、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶ＩＩＩ族窒化物を成長させる工程と、
を有する多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法
が提供される。

嵩密度（相対密度）の高い多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットが提供される。

図１は、本発明の一実施形態による多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットを示す概略断面図である。 図２は、実施形態による多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットを用いた成膜の状況を示す概略図である。 図３（ａ）〜図３（ｃ）は、実施形態による多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造工程を示す概略断面図である。 図４（ａ）および図４（ｂ）は、それぞれ、実験例の第１実験による多結晶ＧａＮ試料の上面および断面のＥＢＳＤ像である。 図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、実験例の第２実験によるＰＧ上試料、可撓性グラファイト上試料、−ｃ面ＧａＮ上試料に対するＸ線回折の２θ／θ測定結果を示すグラフである。

本発明の一実施形態による多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット１００（以下、ターゲット１００）について説明する。

まず、ターゲット１００の特徴について例示的に説明する。比較対象として、焼結により製造された多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット（以下、焼結ターゲット）を例示しつつ説明を進める。図１は、ターゲット１００を示す概略断面図である。

ターゲット１００は、多結晶のＩＩＩ族窒化物で構成されている。ターゲット１００を構成するＩＩＩ族窒化物は、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）であるが、ＧａＮに限定されず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物、すなわち、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物であってよい。

ターゲット１００は、ＩＩＩ族窒化物膜を成膜するための原料を放出する部材として用いられる。ターゲット１００を用いて実施される成膜方法は、例えばスパッタリングであるが、その他の成膜方法、例えばパルスレーザ堆積（ＰＬＤ）等であってもよい。

ターゲット１００は、ターゲット面を有する。ターゲット面は、エネルギが与えられることで原料が放出される（飛散される）面である。例えば、成膜方法がスパッタリングであるとき、ターゲット面は、スパッタリングガスのイオンを衝突させる面である。図１に例示するターゲット１００は、平板形状を有し、一対の主面１０１、１０２を有する。少なくとも一方の主面１０１が、ターゲット面として用いられる。以下の「ターゲット１００」の説明や「ターゲット１００の使用態様」の説明では、一例として、一方の主面１０１を「ターゲット面１０１」と呼ぶこととする。図１は、ターゲット面１０１と直交する断面を示す。

ターゲット１００は、ハイドライド気相堆積（ＨＶＰＤ：Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により一体的に成長された多結晶により構成されている。ＨＶＰＤでの成長において多結晶が堆積する方向、つまり多結晶の厚さ方向を、単に、成長方向と呼ぶことがある。

ターゲット１００は、ＨＶＰＤで形成されていることで、多結晶組織中に、焼結ターゲットの多結晶組織中に見られるような隙間（焼結粒子間の隙間）を有さず、焼結ターゲットと比べて高い嵩密度を有している。

ターゲット１００の嵩密度が高いことは、例えば、ターゲット１００を用いた成膜において成膜速度を高める観点から好ましく、また例えば、ターゲット面１０１内の空隙を減らして原料放出の面内均一性を高める観点から好ましい。

ターゲット１００は、ターゲット１００を構成するＩＩＩ族窒化物の理論密度に対する相対密度が、９８％以上であることが好ましく、９９％以上であることがより好ましい。なお、相対密度の上限値は、特に制限されず、最大値である１００％であってもよい。相対密度は、アルキメデス法で測定されたターゲット１００の嵩密度を、ターゲット１００を構成するＩＩＩ族窒化物の理論密度で除して百分率で表した値である。

例えば、ＧａＮで構成されたターゲット１００は、ＧａＮの理論密度６．０９ｇ／ｃｍ^３に対して、５．９７ｇ／ｃｍ^３以上の嵩密度（相対密度９８％以上）を有することが好ましく、６．０３ｇ／ｃｍ^３以上の嵩密度（相対密度９９％以上）を有することがより好ましい。なお、本願発明者は、ＨＶＰＤで成長させた多結晶ＧａＮとして、例えば嵩密度６．０４ｇ／ｃｍ^３（相対密度９９．２％）のもの等が得られることを確認している。

ターゲット１００の多結晶は、柱状組織１２０を有する。柱状組織１２０は、柱状結晶粒１２１を有する。ＨＶＰＤにおいて成長方向に粒界が生じにくいことで、成長方向に長い柱状結晶粒１２１が形成される。これに対し、焼結ターゲットの多結晶は、粉末の集合体として構成されているため、柱状組織を有しない。

図１に例示するターゲット１００は、ターゲット面１０１が、成長方向と直交する面として構成されている。「成長方向と直交する面」とは、当該面の法線方向と成長方向とのなす角が０°に近く、例えば±１０°以内である面をいう。柱状結晶粒１２１の成長方向の寸法（以下、長さと呼ぶ）は、例えば、ターゲット１００の厚さの７０％以上である。柱状結晶粒１２１の長さは、ターゲット１００の厚さの１００％であってもよい。つまり、柱状結晶粒１２１は、ターゲット１００の一方の主面１０１から他方の主面１０２まで貫通していてもよい。

ターゲット１００の多結晶は、六方晶の結晶粒を有し、成長方向と直交する面内に分布する結晶粒の、成長方向を向いた結晶方位が、無配向な多結晶つまり粉末状の多結晶と比べて、特定の方位に多くなっている。つまり、成長方向と直交する面内で、配向が概ね揃っている。このため、ターゲット面１０１内で配向が揃ったターゲット１００を用いて成膜を行うことが好ましい場合は、ターゲット面１０１を、成長方向と直交する面として構成するとよい。これに対し、焼結ターゲットの多結晶は、粉末状の多結晶と同様な配向を有するとみなせることから、無配向といえる。

多結晶が特定の結晶方位に配向している度合いは、詳細は後述するように、配向率により表すことができる。六方晶のＩＩＩ族窒化物で構成された無配向な多結晶の配向率は、高々３３％程度と見積もられる。ターゲット１００を構成する多結晶の配向率は、無配向な多結晶の配向率よりも高く、（例えば）４０％以上である。つまり、ターゲット１００を構成する多結晶は、配向率が（例えば）４０％以上である特定の結晶方位を有する。

このような特定の結晶方位を、高配向結晶方位と呼ぶこととする。高配向結晶方位は、ターゲット１００の製造条件により制御することができ、例えば［１１−２０］方位とすることができ、また例えば［０００２］方位とすることができる。高配向結晶方位を、矢印１２２で表す。

ターゲット面１０１は、算術平均表面粗さＲａが例えば５μｍ以下の、表面平滑性の高い面として構成されていることが好ましい。表面平滑性を得るための加工方法としては、例えば、研削、研磨、放電加工等が挙げられる。ターゲット面１０１の表面平滑性は、必要に応じて適宜調整することができ、ターゲット面１０１は、鏡面加工されていてもよい。

ターゲット１００の平面形状は、例えば円形状であるが、円形状に限定されず、その他の形状、例えば四角形状であってもよい。ターゲット１００の大きさ（平面視上の寸法）は、特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができる。ターゲット１００の厚さは、特に限定されず、必要に応じて適宜調整することができるが、成膜に繰り返し使用される観点からは薄すぎないことがよく、例えば、１ｍｍ以上が好ましく、２ｍｍ以上がより好ましい。ターゲット１００の大きさ、厚さ、および形状の一例を挙げると、直径が１０２ｍｍ（４インチ）で厚さが２ｍｍの円板状である。なお、ターゲット１００の形状は、平板形状であることが必須ではなく、必要に応じてその他の形状としてもよい。

次に、ターゲット１００の使用態様について例示的に説明する。図２は、ターゲット１００を用いた成膜の状況を示す概略図である。

ターゲット１００は、成膜装置２００内に配置される。保持部材２１０が、ターゲット面１０１が露出した状態で、ターゲット１００を保持する。保持部材２１０にターゲット１００が保持された構造を、ターゲット構造２１１と呼んでもよい。原料放出装置２２０が、ターゲット面１０１にエネルギを与えて、ターゲット面１０１から、ＩＩＩ族窒化物膜２４０を成膜するための原料１３０を放出させる（飛散させる）。例えば、成膜方法がスパッタリングであるとき、保持部材２１０は、バッキングプレートであり、原料放出装置２２０は、スパッタリングガスに高電圧を印加しイオン化させたスパッタリングガスをターゲット面１０１に衝突させる電圧印加装置を含む。

ターゲット面１０１から放出された原料１３０が、成膜のための下地基板２３０上に堆積して、ＩＩＩ族窒化物膜２４０が形成される。なお、ＩＩＩ族窒化物膜２４０を形成するための原料として、ターゲット１００から放出される原料１３０に加えて、他の原料を併用してもよい。なお、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されたターゲット１００を用いることで、ターゲット１００から導電型決定不純物元素が供給されるようにしてもよい。

次に、ターゲット１００の製造方法について例示的に説明する。図３（ａ）〜図３（ｃ）は、ターゲット１００の製造工程を示す概略断面図である。

図３（ａ）を参照する。まず、多結晶ＩＩＩ族窒化物２０（以下、多結晶２０）を成長させるための下地基板１０（以下、基板１０）を準備する。基板１０の材料としては、例えば、パイロリティックグラファイト（ＰＧ）、可撓性グラファイト、金属、ＩＩＩ族窒化物、ムライト等が挙げられる。

これらの材料は、基板１０上への多結晶２０の成長後に冷却を行う際、基板１０と多結晶２０との線膨張係数差（熱収縮率差）により多結晶２０に発生する応力（基板１０から多結晶２０に掛かる応力）に起因して多結晶２０が割れることを抑制する観点で、好ましい。

ＰＧを用いる場合、過剰な応力により多結晶２０が割れる前に、ＰＧの最表面層が犠牲層となって剥離する。つまり、多結晶２０が、ＰＧの最表面層とともに基板１０から剥離される。これにより、基板１０から多結晶２０に応力が掛からないようにできる。なお、このような基材１０の材料として、ＰＧ以外に、パイロリティック窒化ホウ素（ＰＢＮ）、雲母等を用いてもよい。

可撓性グラファイトは、膨張グラファイトを用いて形成された材料であり、可撓性、柔軟性、圧縮復元性等を有し、例えば、厚さ１ｍｍ以下の可撓性グラファイトシートの形態で使用される。可撓性グラファイトとしては、例えば、東洋炭素株式会社製のパーマフォイル（登録商標）、グラフテック・インターナショナル・ホールディングス・インコーポレーテッド製のグラフォイル（登録商標）等が挙げられる。なお、可撓性グラファイトと比べて、ＰＧは、可撓性を有しない材料である。可撓性グラファイトを用いる場合、可撓性グラファイトの弾性により、基板１０から多結晶２０に掛かる応力が低減される。

金属としては、例えば、高融点を有しＨＶＰＤの成長環境に耐えられるものとして、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）等が挙げられる。金属を用いる場合、金属の弾性により、基板１０から多結晶２０に掛かる応力が低減される。

ＩＩＩ族窒化物としては、例えば、単結晶のＩＩＩ族窒化物が挙げられる。基板１０と多結晶２０の熱収縮率差を抑制するために、多結晶２０と同組成であることが好ましい。ＩＩＩ族窒化物を用いる場合、基板１０と多結晶２０の線膨張係数が近いことで、基板１０から多結晶２０に掛かる応力が抑制される。

ムライトを用いる場合、基板１０と多結晶２０の線膨張係数が近いことで、基板１０から多結晶２０に掛かる応力が抑制される。

上述のような材料を用いた基板１０は、主面１１内での配向が、当該材料の有する結晶性に応じて、揃っている。

図３（ｂ）を参照する。基板１０を、ＨＶＰＤ装置に搬入する。基板１０上に、ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスを供給することで、多結晶２０を成長させる。

ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスとしては、それぞれ、ＨＶＰＤで用いられる原料ガスを、適宜用いることができる。ＩＩＩ族原料ガスのうち、アルミニウム（Ａｌ）原料ガスとしては、例えば三塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ_３）ガスが用いられ、ガリウム（Ｇａ）原料ガスとしては、例えば塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスが用いられ、インジウム（Ｉｎ）原料ガスとしては、例えば三塩化インジウム（ＩｎＣｌ_３）ガスが用いられる。窒素原料ガスとしては、例えばアンモニア（ＮＨ_３）ガスが用いられる。Ａｌ原料ガス、Ｇａ原料ガス、および、Ｉｎ原料ガスの供給比率を適宜調整することで、ターゲット１００のＩＩＩ族元素組成を所望の組成にできる。なお、キャリアガスとしては、例えば窒素ガス（Ｎ_２ガス）が用いられる。成長条件は、例えば、圧力は５００Ｔｏｒｒ（約６６６６１Ｐａ）〜７６０Ｔｏｒｒ（約１０１３２５Ｐａ、常圧）、Ｖ／ＩＩＩ比は１０以下、成長温度は９００℃〜１２００℃である。なお、本実施形態では、多結晶を成長させればよいため、単結晶を成長させる場合と比べて成長条件の許容範囲が広く、成長条件は、必要に応じ適宜選択してよい。

基板１０の直上に、つまり基板１０の主面１１上に（バッファ層を介さず）直接的にＩＩＩ族窒化物を成長させることで、（単結晶でなく）多結晶２０が得られる。成長方向を、矢印２１で示す。ＨＶＰＤにおいて成長方向に粒界が生じにくいことで、成長方向に長い柱状結晶粒が成長して、柱状組織が形成される。なお、柱状結晶粒同士の隙間に、これらより小さい微小な結晶粒が形成されてもよい。

基板１０の主面１１内での配向がある程度揃っていることで、主面１１上に成長した多結晶２０の、成長方向と直交する面内での配向がある程度揃う、つまり、高配向結晶方位が生じるのではないかと推測される。

詳細は後述の実験例で説明するように、高配向結晶方位は、基板１０の材料選択により制御することができる。例えば、基板１０にＰＧを用いることで、高配向結晶方位を［１１−２０］方位とすることができ、また例えば、基板１０に可撓性グラファイトまたはＩＩＩ族窒化物を用いることで、高配向結晶方位を［０００２］方位とすることができる。さらに、可撓性グラファイトかＩＩＩ族窒化物かの選択により、高配向結晶方位の配向率を変えることもできる。このように、基板１０の材料選択により、ターゲット１００の配向性を、求められる特性等に応じて変える自由度が高まる。

図３（ｃ）を参照する。多結晶２０は、ターゲット１００を１枚または複数枚取得するのに好ましい所望の厚さとなるまで、成長させる。成長が完了した段階での多結晶２０を、インゴット２２と呼ぶ。基板１０の材料として上述のような材料を用いることで、成長後の冷却の際に、インゴット２２が割れることが抑制される。

インゴット２２の厚さは、特に限定されないが、十分な厚さのターゲット１００を得る観点、または、複数枚のターゲット１００を効率良く得る観点から、厚いことが好ましく、例えば、少なくとも１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上である。ＨＶＰＤを用いることで（例えば他の気相成長であるＭＯＣＶＤと比較して）、例えば１０ｍｍ以上の厚いインゴット２２であっても、短時間で成長させることが可能となる。インゴット２２の厚さの上限は、特に限定されないが、成長時間が過剰に長くなることを抑制する観点からは、例えば２０ｍｍである。

冷却後、基板１０からインゴット２２を分離する。なお、基板１０の材料としてＰＧを用いた場合、基板１０の最表面層が犠牲層となって剥離することで、インゴット２２の分離が容易に行われる。それ以外の材料の基板１０を用いた場合、適当なスライサーを用いて基板１０からインゴット２２を切断する。

その後、インゴット２２の上面（成長の先端側の面）と下面（成長の根元側の面）とに（少なくとも上面に）、表面平滑化の加工が施される。必要に応じて、側面の表面平滑化の加工を行ってもよい。１枚のターゲット１００を得る場合は、このようにしてターゲット１００が得られる。複数枚のターゲット１００を得る場合は、さらに、例えば、成長方向と直交する方向にインゴット２２を切断して、インゴット２２を分割することで、複数枚のターゲット１００が得られる。「成長方向と直交する方向」とは、成長方向とのなす角が９０°に近く、例えば９０°±１０°以内である方向をいう。複数枚のターゲット１００のそれぞれには、必要に応じて、表面平滑化の加工が施される。このようにして、ターゲット１００が製造される。

なお、ターゲット面としては、ターゲット１００に求められる特性等に応じて、ターゲット１００のインゴット上面側（成長の先端側）の主面１０１を用いてもよく、インゴット下面側（成長の根元側）の主面１０２を用いてもよい。

なお、インゴット２２を切断する方向として、成長方向と直交する方向を例示しているが、つまり、インゴット２２の切断により得られるターゲット面（主面１０１又は主面１０２）を、成長方向と直交する面として構成する場合を例示しているが、インゴット２２を切断する方向は、これに限定されず、ターゲット１００に求められる特性等に応じて、適宜変更してもよい。

なお、ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスに加え、導電型決定不純物元素を含むガスを供給して成長を行うことで、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されたターゲット１００を得るようにしてもよい。ｎ型不純物元素としては、例えばシリコン（Ｓｉ）が用いられ、ｎ型不純物元素を含むガスとしては、例えばシラン（ＳｉＨ_４）ガスおよびジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスが用いられる。ｐ型不純物元素としては、例えばマグネシウム（Ｍｇ）が用いられ、ｐ型不純物元素を含むガスとしては、例えばビズシクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）ガスが用いられる。

次に、実験例について説明する。まず、多結晶ＩＩＩ族窒化物を成長させて、結晶粒の状態を観察した第１実験について説明する。

第１実験では、ＰＧで形成した基板上に、ＨＶＰＤにより多結晶ＧａＮ試料（以下、試料）を成長させて、電子線後方散乱回折（ＥＢＳＤ）による観察を行った。

図４（ａ）は、試料上面（成長の先端側の面）のＥＢＳＤ像である。試料上面内、つまり、成長方向と直交する面内では、（後述の断面内での結晶粒の状態と比較して）どの領域でもおおよそ均等に、結晶粒が分布している。結晶粒の平均粒径は、１４３μｍである。

図４（ｂ）は、試料上面と直交する試料断面のＥＢＳＤ像であり、ある１つの柱状結晶粒３０の断面部分を示す。試料断面内、つまり、成長方向と平行な面内では、下方側（成長の根元側）から上方側（成長の先端側）に向けて太く成長した柱状結晶粒３０が観察される。また、下方側の端部には、成長初期に生成された微小な結晶粒が多く分布している。

図４（ａ）の試料上面のＥＢＳＤ像、および、図４（ｂ）の試料断面のＥＢＳＤ像から、試料の多結晶は、結晶粒間に隙間を有さず、また、柱状組織を有することがわかる。つまり、このような多結晶を用いて製造されたターゲットは、焼結ターゲットの多結晶組織中に見られるような隙間を有さず、焼結ターゲットと比べて高い嵩密度を有し、また、柱状組織を有することがわかる。

図４（ｂ）に示す試料の厚さは、２．５ｍｍである。図４（ｂ）に示す試料断面内で、柱状結晶粒３０の下端３１は、下面（成長の根元側の面）より０．２７ｍｍの位置に観察され、上端３２は、上面に達しており下面から２．５ｍｍの位置に観察されている。つまり、柱状結晶粒３０の長さは、少なくとも２．２ｍｍ以上であり、試料の全厚さ２．５ｍｍの８８％以上である。なお、柱状結晶粒３０は、図４（ｂ）に示す試料断面内に現れない領域で、より下方まで存在している可能性がある。

以下、これを踏まえて、本試料からターゲットを製造した場合に、柱状結晶粒３０の長さがターゲットの厚さに対しどの程度の割合となるか、見積もる。なお、説明の煩雑さを避けるため、表面平滑化の加工で減少する厚さ分については考慮していない（下面側の、柱状結晶粒３０が生成されていない部分を除去する加工を考慮すれば、当該割合はさらに増える）。

例えば、全体の厚さ２．５ｍｍを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒３０の長さ２．２ｍｍは、ターゲットの厚さの８８％以上、少なくとも８０％以上であると見積もられる。また例えば、下面から１ｍｍの厚さを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒３０の長さは０．７３ｍｍとなり、ターゲットの厚さの７３％以上、少なくとも７０％以上であると見積もられる。また例えば、上面から１ｍｍの厚さを用いてターゲットを製造した場合、柱状結晶粒３０の部分の長さは、１ｍｍとなり、ターゲットの厚さの１００％となる。以上より、ターゲット中に観察される柱状結晶粒３０の長さは、ターゲットの厚さの少なくとも７０％以上と見積もられる。

次に、基板の材料を変化させた場合に、成長する多結晶ＩＩＩ族窒化物の配向性がどのように変化するか調べた第２実験について説明する。

第２実験では、ＰＧで形成した基板、可撓性グラファイトで形成した基板、および、単結晶ＧａＮで形成した基板のそれぞれの上に、ＨＶＰＤにより多結晶ＧａＮ試料（以下、試料）を成長させて、Ｘ線回折の２θ／θ測定を行った。

試料に対する測定結果の説明の前に、まず、配向率の定義について説明するとともに、無配向な多結晶の配向率について考察する。なお、多結晶における結晶方位の配向性について考察することから、以下では、所定の結晶面としての（ｈｋｍｎ）面（ただしｈ，ｋ，ｍ，ｎ：整数）での回折ピークのことを、当該結晶面に垂直な結晶方位としての「［ｈｋｍｎ］方位のピーク」と表現する。

六方晶のＩＩＩ族窒化物について、ある結晶方位の配向率は、２θ／θ測定における各結晶方位のピーク強度の総和に対する、当該結晶方位のピーク強度の比率で定義される。ここで、角度２θの範囲は、２０°以上８０°以下とし、対称な面からの回折は除く。つまり、［１０−１０］方位、［０００２］方位、［１０−１１］方位、［１０−１２］方位、［１１−２０］方位、［１０−１３］方位、［１１−２２］方位、および、［２０−２１］方位を対象とし、［２０−２０］方位、［０００４］方位等は除く。

国際回析データセンター（ＩＣＤＤ）カードによれば、粉末状のつまり無配向のＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮの配向率（大きい方から３つ）は、以下のように見積もられる。無配向のＧａＮの配向率は、［１０−１１］方位の３２．１％、［１０−１０］方位の１７．９％、［０００２］方位の１４．４％である。無配向のＡｌＮの配向率は、［１０−１０］方位の２７．０％、［１０−１１］方位の２１．６％、［０００２］方位の１６．２％である。無配向のＩｎＮの配向率は、［１０−１１］方位の３３．４％、［１０−１０］方位の１４．７％、［０００２］方位の１３．７％である。

無配向のＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮの配向率のうち、最大のものは、無配向のＩｎＮの［１０−１１］方位の配向率３３．４％である。このことから、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式で表される任意の組成を有する、無配向のＩＩＩ族窒化物では、どの結晶方位の配向率も、高々３３．４％以下と見積もられる。

なお、無配向のＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮについて、［１０−１０］方位の配向率は、ＧａＮが１７．９％、ＡｌＮが２７．０％、ＩｎＮが１４．７％であり、高々２７．０％と見積もられ、［０００２］方位の配向率は、ＧａＮが１４．４％、ＡｌＮが１６．２％、ＩｎＮが１３．７％であり、高々１６．２％と見積もられ、［１１−２０］方位の配向率は、ＧａＮが９．９％、ＡｌＮが１０．８％、ＩｎＮが１１．４％であり高々１１．４％と見積もられる。

以上の考察より、概略的な基準として、六方晶の多結晶ＩＩＩ族窒化物が、配向率が３３．４％超、例えば４０％以上、また例えば４５％以上である特定の結晶方位を有するとき、無配向な多結晶と比べて、高い配向性を有するということができる。

また、個々の方位に関し、［１０−１０］方位の配向率については、２７．０％超、例えば３０％以上であるとき、［０００２］方位の配向率については、１６．２％超、例えば２０％以上であるとき、［１１−２０］方位の配向率については、１１．４％超、例えば２０％以上であるとき、無配向な多結晶と比べて、高い配向性を有するということができる。

なお、無配向のＧａＮおよびＩｎＮにおいて、最も配向率が高い、つまり、最もピーク強度の高い方位は［１０−１１］方位であり、無配向のＡｌＮにおいて、最も配向率が高い、つまり、最もピーク強度の高い方位は［１０−１０］方位である。したがって、ピーク強度が最も高い結晶方位として、これら以外の方位、例えば、［１１−２０］方位、［０００２］方位等を有する多結晶は、無配向な多結晶と比べて、配向性が制御されているということができる。

次に、ＰＧで形成した基板上に成長させた試料（以下、ＰＧ上試料）、可撓性グラファイトで形成した基板上に成長させた試料（以下、可撓性グラファイト上試料）、および、単結晶ＧａＮで形成した基板上に成長させた試料（以下、−ｃ面ＧａＮ上試料）の２θ／θ測定結果について説明する。試料上面（成長の先端側の面）に対して、２θ／θ測定を行った。

ＰＧ上試料、可撓性グラファイト上試料、−ｃ面ＧａＮ上試料の多結晶ＧａＮは、それぞれ、厚さ２．７ｍｍ成長させた。可撓性グラファイト上試料では、可撓性グラファイトとして、東洋炭素株式会社製のパーマフォイル（登録商標）の、厚さ２０μｍのものを用いた。なお、パーマフォイルは、Ｘ線回折の２θ／θ測定により、六方晶系グラファイトの［０００２］方位（２７°付近）のピークおよび［０００４］方位（５４°付近）のピークを明瞭に示す。−ｃ面ＧａＮ上試料では、単結晶ＧａＮの−ｃ面上に、多結晶を成長させた。

図５（ａ）〜図５（ｃ）は、それぞれ、ＰＧ上試料、可撓性グラファイト上試料、−ｃ面ＧａＮ上試料の２θ／θ測定結果を示すグラフである。各グラフとも、横軸は、°単位で表した２θを示し、縦軸は、ｃｐｓ単位で表した回折強度を示す。

図５（ａ）に示すように、ＰＧ上試料では、［１１−２０］方位（５７．９５°）のピーク強度が最も高く、その配向率は８２．１％である。ＰＧ上試料のそれに次ぐ配向率は、［０００２］方位（３４．７５°）の９．４％、［１０−１３］方位（６３．４５°）の３．１％である。

図５（ｂ）に示すように、可撓性グラファイト上試料では、［０００２］方位（３４．２９°）のピーク強度が最も高く、その配向率は４５．８％である。可撓性グラファイト上試料のそれに次ぐ配向率は、［１０−１３］方位（６３．２５°）の２５．１％、［１０−１１］方位（３６．６３°）の７．５％である。

図５（ｃ）に示すように、−ｃ面ＧａＮ上試料では、［０００２］方位（３４．５７°）のピーク強度が最も高く、その配向率は６９．３％である。−ｃ面ＧａＮ上試料のそれに次ぐ配向率は、［１１−２０］方位（５７．４７°）の１１％、［１０−１０］方位（３２．２７°）の５．８％である。

このように、ＰＧ上試料、可撓性グラファイト上試料、−ｃ面ＧａＮ上試料のいずれも、試料上面内、つまり、成長方向と直交する面内に分布する結晶粒の、成長方向を向いた結晶方位が、無配向な多結晶つまり粉末状の多結晶と比べて、特定の方位に多くなっていることがわかる。つまり、成長方向と直交する面内で、配向が概ね揃っていることがわかる。より具体的に説明すると、ＰＧ上試料、可撓性グラファイト上試料、−ｃ面ＧａＮ上試料のいずれの多結晶も、配向率が４０％以上の結晶方位（高配向結晶方位）を有していることがわかる。

また、多結晶を成長させる下地基板の材料の違いによって、成長する多結晶の配向性が制御されることがわかる。ＰＧ上試料は、［１１−２０］方位へ配向する傾向が強く、当該方位への配向率は８２．１％であり、８０％以上を示す。つまり、基板にＰＧを用いることで、高配向結晶方位を［１１−２０］方位にできることがわかる。

可撓性グラファイト上試料、および、−ｃ面ＧａＮ上試料は、［０００２］方位へ配向する傾向が強い。当該方位への配向率は、可撓性グラファイト上試料で４５．８％であり、４０％以上を示し、−ｃ面ＧａＮ上試料で６９．３％であり、６０％以上を示す。つまり、基板に可撓性グラファイトまたはＩＩＩ族窒化物を用いることで、高配向結晶方位を［０００２］方位にできることがわかる。

なお、その他、サファイアで形成した基板上（サファイアのｃ面上）にＨＶＰＤで多結晶ＧａＮを成長させた試料（以下、サファイア上試料）も作製して、測定を行った。サファイア上試料では、［０００２］方位の配向率として９９．８％と非常に高い値が得られたものの、成長後の冷却の際に、多結晶が割れてしまった。したがって、多結晶の割れを抑制する観点からは、サファイアは基板の材料として適さないといえる。

以上説明したように、本実施形態によれば、ハイドライド気相成長を用いることで、例えば焼結よりも容易に、嵩密度（相対密度）の高い多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットを得ることができる。このような多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの多結晶は、柱状組織を有し、また、配向率が例えば４０％以上である結晶方位を有する。多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの多結晶の配向性は、成長に用いる下地基板の材料選択により制御することができる。

以上、実施形態に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに制限されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者に自明であろう。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
多結晶のＩＩＩ族窒化物で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物の理論密度に対する相対密度が、好ましくは９８％以上、より好ましくは９９％以上である多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記２）
前記多結晶は、一体的に成長された多結晶である付記１に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記３）
前記多結晶は、ハイドライド気相成長で成長された多結晶である付記１または２に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記４）
前記多結晶は、柱状組織を有する付記１〜３のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記５）
前記柱状組織の有する柱状結晶粒の長さは、前記多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの厚さの７０％以上である付記４に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記６）
前記柱状組織の有する柱状結晶粒は、前記多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの一方の主面から他方の主面まで貫通している付記４または５に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記７）
前記多結晶は、配向率が、好ましくは４０％以上であり、より好ましくは４５％以上である結晶方位を有する付記１〜６のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記８）
前記多結晶は、Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［１１−２０］方位を有する付記１〜６のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記９）
前記多結晶は、［１１−２０］方位の配向率が、好ましくは２０％以上であり、より好ましくは８０％以上である付記１〜６のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１０）
前記多結晶は、Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する付記１〜６のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１１）
前記多結晶は、［０００２］方位の配向率が、好ましくは２０％以上であり、より好ましくは４０％以上であり、さらに好ましくは６０％以上である付記１〜６のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１２）
算術平均表面粗さＲａが５μｍ以下のターゲット面を有する付記１〜１１のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１３）
厚さが、好ましくは１ｍｍ以上であり、より好ましくは２ｍｍ以上である付記１〜１２のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１４）
前記多結晶は、導電型決定不純物元素が結晶粒内に添加されている付記１〜１３のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。

（付記１５）
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶ＩＩＩ族窒化物を成長させる工程と、
を有する多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記１６）
前記下地基板から前記多結晶ＩＩＩ族窒化物を分離する工程、
をさらに有する付記１５に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記１７）
前記多結晶ＩＩＩ族窒化物を切断する工程、
をさらに有する付記１５または１６に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記１８）
前記下地基板の材料として、結晶性を有し、前記多結晶ＩＩＩ族窒化物の成長後に冷却を行う際、前記多結晶ＩＩＩ族窒化物に割れが生じない材料が用いられる付記１５〜１７のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記１９）
前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイト、可撓性グラファイト、金属、（単結晶の）ＩＩＩ族窒化物、ムライトのうちの１つが用いられる付記１５〜１８のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記２０）
前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイトが用いられ、
Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［１１−２０］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する付記１５〜１９のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記２１）
前記下地基板の材料として、可撓性グラファイトが用いられ、
Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する付記１５〜１９のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

（付記２２）
前記下地基板の材料として、（単結晶の）ＩＩＩ族窒化物が用いられ、
Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する付記１５〜１９のいずれか１つに記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。

１０ （多結晶成長のための）下地基板
２０ 多結晶ＩＩＩ族窒化物
２１ 成長方向
２２ インゴット
３０ 柱状結晶粒
３１ （柱状結晶粒の）下端
３２ （柱状結晶粒の）上端
１００ ＩＩＩ族窒化物ターゲット
１０１、１０２ 主面
１２０ 柱状組織
１２１ 柱状結晶粒
１２２ 高配向結晶方位
２００ 成膜装置
２１０ 保持部材
２２０ 原料放出装置
２３０ （成膜のための）下地基板
２４０ ＩＩＩ族窒化物膜

Claims (10)

1. 多結晶のＩＩＩ族窒化物で構成され、前記ＩＩＩ族窒化物の理論密度に対する相対密度が、９８％以上である多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。
2. 前記多結晶は、柱状組織を有する請求項１に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。
3. 前記多結晶は、配向率が４０％以上である結晶方位を有する請求項１または２に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。
4. 前記多結晶は、Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［１１−２０］方位を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。
5. 前記多結晶は、Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲット。
6. 下地基板を準備する工程と、
   前記下地基板上の直上に、ハイドライド気相堆積により多結晶ＩＩＩ族窒化物を成長させる工程と、
   を有する多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。
7. 前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイト、可撓性グラファイト、金属、ＩＩＩ族窒化物、ムライトのうちの１つが用いられる請求項６に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。
8. 前記下地基板の材料として、パイロリティックグラファイトが用いられ、
   Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［１１−２０］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する請求項６または７に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。
9. 前記下地基板の材料として、可撓性グラファイトが用いられ、
   Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する請求項６または７に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。
10. 前記下地基板の材料として、ＩＩＩ族窒化物が用いられ、
    Ｘ線回折の２θ／θ測定で得られるピーク強度が最も高い結晶方位として、［０００２］方位を有する前記多結晶ＩＩＩ族窒化物が成長する請求項６または７に記載の多結晶ＩＩＩ族窒化物ターゲットの製造方法。