窒化アルミニウム（AlN）単結晶は，青色可視域−紫外域の短波長光を発する発光ダイオード（LED）やレーザーダイオード（LD）等の発光デバイスを構成する基板材料として近年特に注目されている物質である．単結晶AlNは，融点が高く，高温での解離圧が高い，などの理由により，自身の融液から作製することは極めて困難であり，現在，国内外の多くの研究者が，MOVPE法（有機金属気相成長法），HVPE法（ハイドライド気相成長法）などの気相成長法やフラックス法，昇華再結晶などの方法で薄膜やバルク単結晶の作製を行っているが，結晶品質および生産性をともに満足する方法は開発されておらず，未だ大きなブレークスルーはない．その理由は，どれもエピタキシャル成長させる適切な“種”基板がないからである．従来，アンモニアガス等でサファイア（a-Al2O3）基板を直接窒化してもAlN膜は多結晶化し，単結晶を得ることは不可能であるとされてきた．当研究室では，高温におけるAlN-Al2O3-C-CO-N2系化学ポテンシャルダイアグラムを実験的に決定し，サファイアを窒化する場合に，窒化駆動力が大過剰なアンモニアガスを用いることなく，炭素飽和下でN2-CO混合ガスを用いて，窒素および酸素ポテンシャルを精密に制御して穏やかに窒化反応を進行させ得ることを明らかにした．本方法で作製した，AlN膜の断面高分解能電子顕微鏡像を下図に示す．本研究で開発された方法は，大口径化が容易であり，ハロゲン化合物・有機金属等の環境負荷の高い物質を必要としないため，廉価且つ多量に生産する方法として極めて有効である．
