結晶表面層の結晶性評価方法
【課題】 本発明は、結晶表面層における結晶の歪みを、直接かつ確実に評価することができる結晶表面層の結晶性評価方法を提供する。
【解決手段】 Ｘ線回折法を用いて、結晶１の表面１ｓから深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする結晶表面層の結晶性評価方法。
【解決手段】 Ｘ線回折法を用いて、結晶１の表面１ｓから深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする結晶表面層の結晶性評価方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線回折による結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の結晶成長方法により得られた結晶は、所望の形状および大きさに加工されて、所望の用途に用いることができる。ここで、結晶の加工の際には、切り出した後、研削、研磨などの表面加工が行なわれるが、かかる表面加工によっても、結晶の表面から一定の深さまでの結晶表面層における結晶に歪み（たとえば、結晶格子の歪みなど）が残存する。この結晶表面層に残存した歪みの程度如何によっては、この結晶上にエピタキシャル結晶層を形成することが困難となるなど、所望の性能が得られなくなるため、この結晶表面層における結晶の歪みを把握することが重要である。
【０００３】
従来においては、結晶のへき開面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察することにより結晶表面層における結晶の歪みの評価を行なっている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２を参照）。しかし、ＴＥＭ観察による結晶表面層の評価においては、結晶を薄く加工する必要があるため（すなわち、結晶を破壊する破壊評価であるため）、評価結果が悪くても評価後に修正することができず、また製品そのものを評価することができない。
【０００４】
そこで、基板として用いる結晶の結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる方法が要望されていた。
【非特許文献１】S. S. Park, 他２名,“Free-Standing GaN Substrate by Hydride Vapor Phase Epitaxy”, Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142.
【非特許文献２】高橋裕，他３名，「窒化アルミニウム多結晶基板の湿式研磨における表面損傷の電子顕微鏡観察」，日本セラミックス協会学術論文誌，日本セラミックス協会，99，[7]，(1991)，p.613-619．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる結晶表面層の結晶性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する結晶表面層の評価方法である。
【０００７】
本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価することができる。
【０００８】
また、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを評価することができる。
【０００９】
さらに、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の面方位ずれを評価することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明によれば、結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法は、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする。
【００１２】
Ｘ線回折法を用いることにより、結晶表面層における結晶性を、結晶を破壊することなく直接評価することができる。ここで、結晶性の評価とは、結晶の歪みがどの程度あるかを評価することをいい、具体的には、結晶格子の歪み、結晶格子の面方位ずれがどの程度あるかを評価することをいう。また、結晶格子の歪みには、結晶格子が均一に歪んでいる均一歪みと、結晶格子が不均一に歪んでいる不均一歪みとがある。結晶格子の面方位ずれとは、結晶格子全体の面方位の平均方位から各々の結晶格子の面方位がずれているばらつきの大きさをいう。
【００１３】
図１に示すように、結晶１は、切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶表面１ｓから一定の深さ方向の結晶表面層１ａに結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが生じる。また、結晶表面層１ａに隣接する結晶表面隣接層１ｂにも、結晶格子の均一歪み、不均一歪みまたは結晶格子の面方位ずれの少なくともいずれかが生じる場合もある（図１は、結晶格子の面方位ずれが生じている場合を示す）。さらに、結晶表面隣接層１ｂよりも内側の結晶内層１ｃでは、その結晶本来の結晶構造を有するものと考えられる。なお、表面加工における研削または研磨の方法、程度などにより、結晶表面層１ａ、結晶表面隣接層１ｂの状態、厚さが異なる。
【００１４】
ここで、結晶の表面からその深さ方向に、結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを評価することにより、結晶表面層の結晶性を直接かつ確実に評価することができる。
【００１５】
本発明においては、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅およびロッキングカーブにおける半価幅の変化量を測定することにより、それぞれ結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび面方位ずれを評価することが可能となった。
【００１６】
ここで、一つの結晶格子面の回折条件とは、その結晶格子面によってＸ線が回折される条件をいい、Ｂｒａｇｇ角をθ、Ｘ線の波長をλ、結晶格子面の面間隔をｄとすると、Ｂｒａｇｇの条件式（２ｄｓｉｎθ＝ｎλ、ここでｎは整数）を満たす結晶格子面でＸ線が回折される。
【００１７】
また、Ｘ線侵入深さＴとは、入射Ｘ線の強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になるときの結晶表面１ｓからの垂直深さ方向への距離をいう。このＸ線侵入深さＴは、図２を参照して、結晶１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶表面１ｓの傾き角χ、結晶表面１ｓに対するＸ線入射角ω、結晶表面１ｓ内の回転角φによって、式（１）のように表わされる。なお、χ軸２１は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面内にあり、ω軸（２θ軸）２２は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面に垂直であり、φ軸２３は結晶表面１ｓに垂直である。
【００１８】
【数１】
【００１９】
したがって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、χ、ωおよびφの少なくともいずれかを調整することにより、連続的にＸ線侵入深さＴを変えることができる。
【００２０】
なお、一つの結晶格子面１ｄにおける回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さＴを変化させるためには、その結晶格子面１ｄと結晶表面１ｓとは平行でないことが必要である。結晶格子面と結晶表面とが平行であると、結晶格子面１ｄと入射Ｘ線１１とのなす角度であるθと結晶表面１ｓと入射Ｘ線１１とのなす角度であるωとが同じになり、一つの結晶格子面１ｄにおいてＸ線侵入深さを変えることができなくなる。
【００２１】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶の一つの結晶格子面にＸ線を照射し、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔の変化から結晶格子の均一歪みを、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅の変化から結晶格子の不均一歪みを、ロッキングカーブにおける半価幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価することを、以下の実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図３を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価する方法である。
【００２３】
図３（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2はその結晶本来の面間隔と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、面間隔方向への圧縮応力３１、結晶格子面内方向への引張応力３２など）による結晶表面層の結晶格子の均一歪みを反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2と異なる値をとる。
【００２４】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とが現れる。したがって、ｄ2に対するｄ1とｄ2の差の割合である｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価することができる。
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図４を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって前記結晶表面層の不均一歪みを評価する方法である。
【００２６】
図４（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、面間隔方向への圧縮応力４１など）による結晶表面層の結晶格子の不均一歪み（たとえば、各結晶格子の面間隔が、ｄ3、ｄ4〜ｄ5、ｄ6とそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2と異なる値をとる。
【００２７】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とが現れる。したがって、ｖ1とｖ2の差である｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを評価することができる。
【００２８】
（実施形態３）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図５を参照して、結晶の一つの結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって前記結晶表面層の面方位ずれを評価する方法である。
【００２９】
図５（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の面方位ずれ（たとえば、各結晶格子の結晶格子面５１ｄ，５２ｄ，５３ｄの面方位がそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2と異なる値をとる。
【００３０】
上記の場合、図５（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とが現れる。したがって、ｗ1とｗ2との差である｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の面方位ずれを評価することができる。
【００３１】
なお、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法により評価される結晶性については、上記の表面加工に起因するものに限定されるものではなく、結晶成長の際に生じる結晶の歪みなども含めることができる。
【００３２】
ＩＩＩ族窒化物結晶を機械研削、機械研磨および／または化学的機械的研磨（以下、ＣＭＰという）などの方法により表面加工した場合について、以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００３３】
（実施例１〜実施例４）
実施例１〜実施例４は、ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法という）により成長させたＧａＮ結晶を研磨した後のＧａＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＧａＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００３４】
（１−１）ＧａＮ結晶の表面加工
ダイヤモンド砥粒が分散したスラリーをラップ装置の定盤上に供給しながら、定盤に直径５０ｍｍ×厚さ５００μｍのＧａＮ結晶のＧａ側Ｃ面（（０００１）面）を押し当てることにより、ＧａＮ結晶を機械研磨した。定盤は銅定盤または錫定盤を用いた。粒径が６μｍ、３μｍ、１μｍの３種類の砥粒を準備し、機械研磨の進行とともに砥粒の粒径を段階的に小さくした。機械研磨における研磨圧力は１００ｇ／ｃｍ2〜５００ｇ／ｃｍ2、定盤の回転数は３０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍとした。
【００３５】
実施例１においては粒径が６μｍの砥粒のみを用い、実施例２においては砥粒が６μｍおよび３μｍの２種類の砥粒を用い、実施例３および実施例４においては粒径が６μｍ、３μｍおよび１μｍの３種類の砥粒を用いた。また、実施例４においては、粒径が１μｍの砥粒で機械研磨後さらにＣＭＰを行なった。ＣＭＰは、粒径８０ｎｍのコロイダルシリカが１０質量％分散した酸性スラリー（ｐＨ２．２）を、不織布の研磨パッドに供給しながら、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2〜５００ｇ／ｃｍ2、研磨パッドの回転数２０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍで行なった。実施例１におけるＧａＮ結晶の研磨表面には、傷（スクラッチ）および穴（ホール）が存在したが、実施例２〜実施例４におけるＧａＮ結晶の研磨表面には穴は認められず、鏡面となった。
【００３６】
（１−２）Ｘ線回折によるＧａＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＧａＮ結晶について、Ｘ線侵入深さを変えて一つの結晶格子面からの回折Ｘ線を測定することにより、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化を評価した。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。ウルツ鉱型構造の（１０−１３）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定し、回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅を求めた。
【００３７】
次に、１）回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2との差を面間隔ｄ2で割った値（｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2）、２）回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2との差（｜ｖ1−ｖ2｜）、３）ロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2との差（｜ｗ1−ｗ2｜）をそれぞれ算出した。結果を表１にまとめた。
【００３８】
（１−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＧａＮ結晶上に、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）により、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。なお、このエピタキシャル成長前に、ＭＯＣＶＤ炉内で前処理として、ＧａＮ結晶の気相エッチングと熱処理を行なった。実施例１においてはＧａＮ層は白濁した。実施例２〜実施例４においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。次に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、厚さ６０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を順次エピタキシャル成長させた。さらにＧａＮ結晶の上記半導体層をエピタキシャル成長させた面の反対側の面上にｎ側電極を、ｐ型ＧａＮ層上にｐ側電極を形成して発光デバイスを得た。本実施例においては、半導体層をエピタキシャル成長させるのにＭＯＣＶＤ法を用いたが、ＨＶＰＥ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを用いることもできる。
【００３９】
上記それぞれの発光デバイスの発光強度を分光器により測定した。いずれの発光デバイスについてもその発光スペクトルのピーク波長は４７０ｎｍであった。実施例２における発光デバイスの発光強度を１．０として、他の実施例における発光デバイスの相対発光強度を求めた。結果を表１にまとめた。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１から明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例１〜実施例４におけるＧａＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００４２】
（実施例５〜実施例７）
実施例５〜実施例７は、昇華法により成長させたＡｌＮ結晶を研削、研磨した後のＡｌＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＡｌＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００４３】
（２−１）ＡｌＮ結晶の表面加工
インフィード型研削機を用いて、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ結晶のＡｌ側Ｃ面（（０００１）面）を機械研削した。砥石は、外径８０ｍｍ×幅５ｍｍのビトリファイドボンドのダイヤモンド砥石を用いた。番手が♯１５００（砥粒径：８μｍ〜１２μｍ）、♯３０００（砥粒径：４μｍ〜６μｍ）の２種類の砥石を準備し、機械研磨の進行とともに砥石の番手を段階的に大きくした（砥石の砥粒径を段階的に小さくした）。
【００４４】
実施例５においては番手が♯１５００の砥石のみを用い、実施例６および実施例７においては番手が♯１５００および♯３０００の２種類の砥石を用いた。また、実施例７においては、♯３０００の砥石で機械研削した後、ＣＭＰを行なった。実施例５におけるＡｌＮ結晶の研磨表面には、傷および穴が存在したが、実施例６および実施例７におけるＡｌＮ結晶の研磨表面には穴は認められず、鏡面となった。
【００４５】
（２−２）Ｘ線回折によるＡｌＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＡｌＮ結晶について、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化の評価を、ウルツ鉱型構造の（１１−２２）面を結晶格子面とした他は、上記（１−２）と同様にして行なった。結果を表２にまとめた。
【００４６】
（２−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＡｌＮ結晶上に、上記（１−３）と同様にして、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。実施例５においてはＧａＮ層が白濁した。実施例６においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。さらに、上記（１−３）と同様にして、発光デバイスを得て、その相対発光強度を算出した。結果を表２にまとめた。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２より明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例５〜実施例７におけるＡｌＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００４９】
（実施例８〜実施例１０）
実施例８〜実施例１０は、ＨＶＰＥ法により成長させた直径３０ｍｍ×厚さ５００μｍのＩｎＮ結晶を研磨した後のＩｎＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＩｎＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００５０】
（３−１）ＩｎＮ結晶の表面加工
実施例８においては粒径が６μｍの砥粒のみを用い、実施例９および実施例１０においては砥粒が６μｍおよび１μｍの２種類の砥粒を用いて機械研磨を行い、実施例１０においては、１μｍの砥粒を用いて機械研磨した後さらにＣＭＰを行なった他は、上記（１−１）と同様にしてＩｎＮ結晶の表面加工を行なった。
【００５１】
（３−２）Ｘ線回折によるＩｎＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＩｎＮ結晶について、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化の評価を上記（１−２）と同様にして行なった。結果を表３にまとめた。
【００５２】
（３−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＩｎＮ結晶上に、上記（１−３）と同様にして、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。実施例８においてはＧａＮ層が白濁した。実施例９および実施例１０においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。さらに、上記（１−３）と同様にして、発光デバイスを得て、その相対発光強度を算出した。結果を表３にまとめた。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３より明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例８〜実施例１０におけるＩｎＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００５５】
なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより結晶表面層の結晶性を評価することができる。このため、本発明は、各種基板として用いられる結晶の結晶性を評価するために広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】結晶表面から深さ方向への結晶の状態を示す断面模式図である。
【図２】本発明にかかるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す模式図である。
【図３】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の均一歪みと回折プロファイルにおける面間隔との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける面間隔を示す。
【図４】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の不均一歪みと回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の不均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅を示す。
【図５】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の面方位ずれとロッキングカーブにおける半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の面方位ずれを示し、（ｂ）はロッキングカーブにおける半価幅を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１ 結晶、１ａ 結晶表面層、１ｂ 結晶表面隣接層、１ｃ 結晶内層、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 結晶格子面、１ｓ 結晶表面、１１ 入射Ｘ線、１２ 出射Ｘ線、２１ χ軸、２２ ω軸（２θ軸）、２３ φ軸、３１，４１ 圧縮応力、３２ 引張応力。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｘ線回折による結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の結晶成長方法により得られた結晶は、所望の形状および大きさに加工されて、所望の用途に用いることができる。ここで、結晶の加工の際には、切り出した後、研削、研磨などの表面加工が行なわれるが、かかる表面加工によっても、結晶の表面から一定の深さまでの結晶表面層における結晶に歪み（たとえば、結晶格子の歪みなど）が残存する。この結晶表面層に残存した歪みの程度如何によっては、この結晶上にエピタキシャル結晶層を形成することが困難となるなど、所望の性能が得られなくなるため、この結晶表面層における結晶の歪みを把握することが重要である。
【０００３】
従来においては、結晶のへき開面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で観察することにより結晶表面層における結晶の歪みの評価を行なっている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２を参照）。しかし、ＴＥＭ観察による結晶表面層の評価においては、結晶を薄く加工する必要があるため（すなわち、結晶を破壊する破壊評価であるため）、評価結果が悪くても評価後に修正することができず、また製品そのものを評価することができない。
【０００４】
そこで、基板として用いる結晶の結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる方法が要望されていた。
【非特許文献１】S. S. Park, 他２名,“Free-Standing GaN Substrate by Hydride Vapor Phase Epitaxy”, Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142.
【非特許文献２】高橋裕，他３名，「窒化アルミニウム多結晶基板の湿式研磨における表面損傷の電子顕微鏡観察」，日本セラミックス協会学術論文誌，日本セラミックス協会，99，[7]，(1991)，p.613-619．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる結晶表面層の結晶性評価方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する結晶表面層の評価方法である。
【０００７】
本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価することができる。
【０００８】
また、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを評価することができる。
【０００９】
さらに、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法においては、結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の面方位ずれを評価することができる。
【発明の効果】
【００１０】
上記のように、本発明によれば、結晶表面層における結晶の歪みを、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法は、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする。
【００１２】
Ｘ線回折法を用いることにより、結晶表面層における結晶性を、結晶を破壊することなく直接評価することができる。ここで、結晶性の評価とは、結晶の歪みがどの程度あるかを評価することをいい、具体的には、結晶格子の歪み、結晶格子の面方位ずれがどの程度あるかを評価することをいう。また、結晶格子の歪みには、結晶格子が均一に歪んでいる均一歪みと、結晶格子が不均一に歪んでいる不均一歪みとがある。結晶格子の面方位ずれとは、結晶格子全体の面方位の平均方位から各々の結晶格子の面方位がずれているばらつきの大きさをいう。
【００１３】
図１に示すように、結晶１は、切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶表面１ｓから一定の深さ方向の結晶表面層１ａに結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが生じる。また、結晶表面層１ａに隣接する結晶表面隣接層１ｂにも、結晶格子の均一歪み、不均一歪みまたは結晶格子の面方位ずれの少なくともいずれかが生じる場合もある（図１は、結晶格子の面方位ずれが生じている場合を示す）。さらに、結晶表面隣接層１ｂよりも内側の結晶内層１ｃでは、その結晶本来の結晶構造を有するものと考えられる。なお、表面加工における研削または研磨の方法、程度などにより、結晶表面層１ａ、結晶表面隣接層１ｂの状態、厚さが異なる。
【００１４】
ここで、結晶の表面からその深さ方向に、結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを評価することにより、結晶表面層の結晶性を直接かつ確実に評価することができる。
【００１５】
本発明においては、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて結晶にＸ線を照射して、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅およびロッキングカーブにおける半価幅の変化量を測定することにより、それぞれ結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび面方位ずれを評価することが可能となった。
【００１６】
ここで、一つの結晶格子面の回折条件とは、その結晶格子面によってＸ線が回折される条件をいい、Ｂｒａｇｇ角をθ、Ｘ線の波長をλ、結晶格子面の面間隔をｄとすると、Ｂｒａｇｇの条件式（２ｄｓｉｎθ＝ｎλ、ここでｎは整数）を満たす結晶格子面でＸ線が回折される。
【００１７】
また、Ｘ線侵入深さＴとは、入射Ｘ線の強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になるときの結晶表面１ｓからの垂直深さ方向への距離をいう。このＸ線侵入深さＴは、図２を参照して、結晶１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶表面１ｓの傾き角χ、結晶表面１ｓに対するＸ線入射角ω、結晶表面１ｓ内の回転角φによって、式（１）のように表わされる。なお、χ軸２１は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面内にあり、ω軸（２θ軸）２２は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面に垂直であり、φ軸２３は結晶表面１ｓに垂直である。
【００１８】
【数１】
【００１９】
したがって、結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、χ、ωおよびφの少なくともいずれかを調整することにより、連続的にＸ線侵入深さＴを変えることができる。
【００２０】
なお、一つの結晶格子面１ｄにおける回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さＴを変化させるためには、その結晶格子面１ｄと結晶表面１ｓとは平行でないことが必要である。結晶格子面と結晶表面とが平行であると、結晶格子面１ｄと入射Ｘ線１１とのなす角度であるθと結晶表面１ｓと入射Ｘ線１１とのなす角度であるωとが同じになり、一つの結晶格子面１ｄにおいてＸ線侵入深さを変えることができなくなる。
【００２１】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶の一つの結晶格子面にＸ線を照射し、この結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔の変化から結晶格子の均一歪みを、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅の変化から結晶格子の不均一歪みを、ロッキングカーブにおける半価幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価することを、以下の実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００２２】
（実施形態１）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図３を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価する方法である。
【００２３】
図３（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2はその結晶本来の面間隔と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、面間隔方向への圧縮応力３１、結晶格子面内方向への引張応力３２など）による結晶表面層の結晶格子の均一歪みを反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2と異なる値をとる。
【００２４】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とが現れる。したがって、ｄ2に対するｄ1とｄ2の差の割合である｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを評価することができる。
【００２５】
（実施形態２）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図４を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって前記結晶表面層の不均一歪みを評価する方法である。
【００２６】
図４（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、面間隔方向への圧縮応力４１など）による結晶表面層の結晶格子の不均一歪み（たとえば、各結晶格子の面間隔が、ｄ3、ｄ4〜ｄ5、ｄ6とそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2と異なる値をとる。
【００２７】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とが現れる。したがって、ｖ1とｖ2の差である｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを評価することができる。
【００２８】
（実施形態３）
本実施形態における結晶表面層の結晶性評価方法は、図５を参照して、結晶の一つの結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって前記結晶表面層の面方位ずれを評価する方法である。
【００２９】
図５（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さＴ1を結晶表面から結晶表面層内までの距離、好ましくは結晶表面に近い距離とし、Ｘ線侵入深さＴ2を結晶表面層よりも内側の層内までの距離、好ましくは結晶表面から結晶の表面加工の影響を受けていない十分深い距離とすると、Ｘ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の面方位ずれ（たとえば、各結晶格子の結晶格子面５１ｄ，５２ｄ，５３ｄの面方位がそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2と異なる値をとる。
【００３０】
上記の場合、図５（ｂ）を参照して、結晶の一つの結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とが現れる。したがって、ｗ1とｗ2との差である｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の面方位ずれを評価することができる。
【００３１】
なお、本発明にかかる結晶表面層の結晶性評価方法により評価される結晶性については、上記の表面加工に起因するものに限定されるものではなく、結晶成長の際に生じる結晶の歪みなども含めることができる。
【００３２】
ＩＩＩ族窒化物結晶を機械研削、機械研磨および／または化学的機械的研磨（以下、ＣＭＰという）などの方法により表面加工した場合について、以下の実施例に基づいて具体的に説明する。
【実施例】
【００３３】
（実施例１〜実施例４）
実施例１〜実施例４は、ハイドライド気相成長法（以下、ＨＶＰＥ法という）により成長させたＧａＮ結晶を研磨した後のＧａＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＧａＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００３４】
（１−１）ＧａＮ結晶の表面加工
ダイヤモンド砥粒が分散したスラリーをラップ装置の定盤上に供給しながら、定盤に直径５０ｍｍ×厚さ５００μｍのＧａＮ結晶のＧａ側Ｃ面（（０００１）面）を押し当てることにより、ＧａＮ結晶を機械研磨した。定盤は銅定盤または錫定盤を用いた。粒径が６μｍ、３μｍ、１μｍの３種類の砥粒を準備し、機械研磨の進行とともに砥粒の粒径を段階的に小さくした。機械研磨における研磨圧力は１００ｇ／ｃｍ2〜５００ｇ／ｃｍ2、定盤の回転数は３０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍとした。
【００３５】
実施例１においては粒径が６μｍの砥粒のみを用い、実施例２においては砥粒が６μｍおよび３μｍの２種類の砥粒を用い、実施例３および実施例４においては粒径が６μｍ、３μｍおよび１μｍの３種類の砥粒を用いた。また、実施例４においては、粒径が１μｍの砥粒で機械研磨後さらにＣＭＰを行なった。ＣＭＰは、粒径８０ｎｍのコロイダルシリカが１０質量％分散した酸性スラリー（ｐＨ２．２）を、不織布の研磨パッドに供給しながら、研磨圧力１００ｇ／ｃｍ2〜５００ｇ／ｃｍ2、研磨パッドの回転数２０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍで行なった。実施例１におけるＧａＮ結晶の研磨表面には、傷（スクラッチ）および穴（ホール）が存在したが、実施例２〜実施例４におけるＧａＮ結晶の研磨表面には穴は認められず、鏡面となった。
【００３６】
（１−２）Ｘ線回折によるＧａＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＧａＮ結晶について、Ｘ線侵入深さを変えて一つの結晶格子面からの回折Ｘ線を測定することにより、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化を評価した。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。ウルツ鉱型構造の（１０−１３）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定し、回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅を求めた。
【００３７】
次に、１）回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2との差を面間隔ｄ2で割った値（｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2）、２）回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2との差（｜ｖ1−ｖ2｜）、３）ロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2との差（｜ｗ1−ｗ2｜）をそれぞれ算出した。結果を表１にまとめた。
【００３８】
（１−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＧａＮ結晶上に、有機金属気相成長法（以下、ＭＯＣＶＤ法という）により、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。なお、このエピタキシャル成長前に、ＭＯＣＶＤ炉内で前処理として、ＧａＮ結晶の気相エッチングと熱処理を行なった。実施例１においてはＧａＮ層は白濁した。実施例２〜実施例４においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。次に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、厚さ６０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層を順次エピタキシャル成長させた。さらにＧａＮ結晶の上記半導体層をエピタキシャル成長させた面の反対側の面上にｎ側電極を、ｐ型ＧａＮ層上にｐ側電極を形成して発光デバイスを得た。本実施例においては、半導体層をエピタキシャル成長させるのにＭＯＣＶＤ法を用いたが、ＨＶＰＥ法、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）などを用いることもできる。
【００３９】
上記それぞれの発光デバイスの発光強度を分光器により測定した。いずれの発光デバイスについてもその発光スペクトルのピーク波長は４７０ｎｍであった。実施例２における発光デバイスの発光強度を１．０として、他の実施例における発光デバイスの相対発光強度を求めた。結果を表１にまとめた。
【００４０】
【表１】
【００４１】
表１から明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例１〜実施例４におけるＧａＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００４２】
（実施例５〜実施例７）
実施例５〜実施例７は、昇華法により成長させたＡｌＮ結晶を研削、研磨した後のＡｌＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＡｌＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００４３】
（２−１）ＡｌＮ結晶の表面加工
インフィード型研削機を用いて、１０ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ６００μｍのＡｌＮ結晶のＡｌ側Ｃ面（（０００１）面）を機械研削した。砥石は、外径８０ｍｍ×幅５ｍｍのビトリファイドボンドのダイヤモンド砥石を用いた。番手が♯１５００（砥粒径：８μｍ〜１２μｍ）、♯３０００（砥粒径：４μｍ〜６μｍ）の２種類の砥石を準備し、機械研磨の進行とともに砥石の番手を段階的に大きくした（砥石の砥粒径を段階的に小さくした）。
【００４４】
実施例５においては番手が♯１５００の砥石のみを用い、実施例６および実施例７においては番手が♯１５００および♯３０００の２種類の砥石を用いた。また、実施例７においては、♯３０００の砥石で機械研削した後、ＣＭＰを行なった。実施例５におけるＡｌＮ結晶の研磨表面には、傷および穴が存在したが、実施例６および実施例７におけるＡｌＮ結晶の研磨表面には穴は認められず、鏡面となった。
【００４５】
（２−２）Ｘ線回折によるＡｌＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＡｌＮ結晶について、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化の評価を、ウルツ鉱型構造の（１１−２２）面を結晶格子面とした他は、上記（１−２）と同様にして行なった。結果を表２にまとめた。
【００４６】
（２−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＡｌＮ結晶上に、上記（１−３）と同様にして、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。実施例５においてはＧａＮ層が白濁した。実施例６においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。さらに、上記（１−３）と同様にして、発光デバイスを得て、その相対発光強度を算出した。結果を表２にまとめた。
【００４７】
【表２】
【００４８】
表２より明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例５〜実施例７におけるＡｌＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００４９】
（実施例８〜実施例１０）
実施例８〜実施例１０は、ＨＶＰＥ法により成長させた直径３０ｍｍ×厚さ５００μｍのＩｎＮ結晶を研磨した後のＩｎＮ結晶の表面から深さ方向にかけての結晶性の変化をＸ線回折により評価し、このＩｎＮ結晶表面にエピタキシャル結晶層を形成して得られる発光デバイスの相対発光強度を調べたものである。
【００５０】
（３−１）ＩｎＮ結晶の表面加工
実施例８においては粒径が６μｍの砥粒のみを用い、実施例９および実施例１０においては砥粒が６μｍおよび１μｍの２種類の砥粒を用いて機械研磨を行い、実施例１０においては、１μｍの砥粒を用いて機械研磨した後さらにＣＭＰを行なった他は、上記（１−１）と同様にしてＩｎＮ結晶の表面加工を行なった。
【００５１】
（３−２）Ｘ線回折によるＩｎＮ結晶の結晶性の評価
上記それぞれのＩｎＮ結晶について、表面から深さ方向にかけての結晶性の変化の評価を上記（１−２）と同様にして行なった。結果を表３にまとめた。
【００５２】
（３−３）発光デバイスの作製と発光強度の測定
上記それぞれのＩｎＮ結晶上に、上記（１−３）と同様にして、厚さ２μｍのＧａＮ層をエピタキシャル成長させた。実施例８においてはＧａＮ層が白濁した。実施例９および実施例１０においては表面が平滑で良好なＧａＮ層が得られた。さらに、上記（１−３）と同様にして、発光デバイスを得て、その相対発光強度を算出した。結果を表３にまとめた。
【００５３】
【表３】
【００５４】
表３より明らかなように、本発明にかかるＸ線回折法を用いた結晶性の評価方法により、実施例８〜実施例１０におけるＩｎＮ結晶の結晶表面層における結晶性の差を、結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価することができた。
【００５５】
なお、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、Ｘ線回折法を用いて結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより結晶表面層の結晶性を評価することができる。このため、本発明は、各種基板として用いられる結晶の結晶性を評価するために広く利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】結晶表面から深さ方向への結晶の状態を示す断面模式図である。
【図２】本発明にかかるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す模式図である。
【図３】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の均一歪みと回折プロファイルにおける面間隔との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける面間隔を示す。
【図４】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の不均一歪みと回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の不均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅を示す。
【図５】本発明にかかるＸ線回折法における結晶格子の面方位ずれとロッキングカーブにおける半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の面方位ずれを示し、（ｂ）はロッキングカーブにおける半価幅を示す。
【符号の説明】
【００５８】
１ 結晶、１ａ 結晶表面層、１ｂ 結晶表面隣接層、１ｃ 結晶内層、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 結晶格子面、１ｓ 結晶表面、１１ 入射Ｘ線、１２ 出射Ｘ線、２１ χ軸、２２ ω軸（２θ軸）、２３ φ軸、３１，４１ 圧縮応力、３２ 引張応力。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線回折法を用いて、結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、
前記結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて前記結晶にＸ線を照射して、前記結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項２】
前記結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、前記結晶表面層の均一歪みを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項３】
前記結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって前記結晶表面層の不均一歪みを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項４】
前記結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって前記結晶表面層の面方位ずれを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項１】
Ｘ線回折法を用いて、結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、
前記結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて前記結晶にＸ線を照射して、前記結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価することを特徴とする結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項２】
前記結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における面間隔ｄ1とＸ線侵入深さＴ2における面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、前記結晶表面層の均一歪みを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項３】
前記結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さＴ2における回折ピークの半価幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値によって前記結晶表面層の不均一歪みを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【請求項４】
前記結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さＴ1における半価幅ｗ1とＸ線侵入深さＴ2における半価幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値によって前記結晶表面層の面方位ずれを評価する請求項１に記載の結晶表面層の結晶性評価方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００６−７１３５４（Ｐ２００６−７１３５４Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５２７０４（Ｐ２００４−２５２７０４）
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年８月３１日（２００４．８．３１）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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