ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法およびＡｌＧａＮ基板の製造方法
【課題】大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造するＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を提供する。高品質なＡｌＧａＮ基板を製造するＡｌＧａＮ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板が準備される。そして、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶が成長される。下地基板のＡｌの組成比ａは、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。ＡｌＧａＮ基板の製造方法は、バルク結晶から１枚以上のＡｌbＧａ(1-b)Ｎよりなる基板を切り出す。
【解決手段】ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板が準備される。そして、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶が成長される。下地基板のＡｌの組成比ａは、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。ＡｌＧａＮ基板の製造方法は、バルク結晶から１枚以上のＡｌbＧａ(1-b)Ｎよりなる基板を切り出す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法およびＡｌＧａＮ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ＜１）（ＡｌＧａＮとも言う）結晶は、発光素子、電子素子、および半導体センサなどの半導体デバイスを形成するための材料として非常に有用である。
【０００３】
このようなＡｌＧａＮ結晶の成長方法として、たとえば、下地基板を用いない自然核生成により成長する方法と、下地基板を用いて成長する方法とが挙げられる。自然核生成による成長では、大きなＡｌＧａＮ結晶を安定して成長することが困難であった。
【０００４】
下地基板を用いてＡｌＧａＮ結晶を成長させる方法は、たとえば特開２００４−３３１４５３号公報（特許文献１）などに開示されている。特許文献１には、下地基板として、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＺｎＢ2（ホウ化ジルコニウム）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物が用いられていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のように下地基板を用いてＡｌＧａＮ結晶を成長させる場合に、以下の問題があることを本発明者は見出した。
【０００７】
すなわち、低温でＡｌＧａＮ結晶を成長させると、結晶欠陥である転位等が高密度にＡｌＧａＮ結晶中に存在したり、成長表面に大きな凹凸が形成されてＡｌＧａＮ結晶が不均一になるなど、ＡｌＧａＮ結晶の品質が低下するという問題があることを本発明者は見出した。
【０００８】
ＡｌＧａＮ結晶の品質を向上するために高温（たとえば１２００℃以上）でＡｌＧａＮ結晶を成長すると、下地基板の裏面側から気化分解するため、大きな厚みのＡｌＧａＮ結晶を成長することができないという問題を本発明者は見出した。ＡｌＧａＮ結晶の厚みが小さい場合には、このＡｌＧａＮ結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出すことができない、または少ない枚数のＡｌＧａＮ基板しか切り出せないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造するＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造するＡｌＧａＮ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板が準備される。そして、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶が成長される。下地基板のＡｌの組成比ａは、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。
【００１２】
本発明者は鋭意研究の結果、結晶中のＡｌの組成比が高いほど、結晶の分解温度が高くなることを見出した。このため、本発明では、下地基板のＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）のＡｌの組成比ａは、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。これにより、凹凸の形成が抑制されたバルク結晶を成長させるために要する温度でバルク結晶を成長させても、下地基板の気化分解を抑制することができる。このため、高温で長時間、バルク結晶を成長することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みのバルク結晶を成長することができる。
【００１３】
また、バルク結晶のＡｌの組成比ｂは、下地基板のＡｌの組成比ａよりも小さい。Ａｌの組成比が小さいほど、格子定数は大きい。下地基板とバルク結晶とが積層された状態では、格子定数の相対的に大きいバルク結晶に合わせるように、格子定数の相対的に小さい下地基板に引張応力が加えられる。このため、バルク結晶に引張応力が加えられることを抑制することができるので、クラック、欠陥、転位などが生じることを抑制することができる。したがって、バルク結晶の結晶性を向上することができる。
【００１４】
以上より、下地基板のＡｌの組成比ａをバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００１５】
上記ＡｌＧａＮ結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、１ｍｍ以上の厚みを有するバルク結晶を成長させる。
【００１６】
このように、本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によれば、下地基板の分解を抑制することができるので、１ｍｍ以上の大きな厚みを有するＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００１７】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、上記成長させる工程は、下地基板上に３族元素が拡散された第１の層を成長する工程と、第１の層上に、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層を成長する工程とを含んでいる。
【００１８】
高温でバルク結晶を成長させると、下地基板を構成する３族元素が拡散するので、バルク結晶において下地基板側に位置する第１の層は、この３族元素を含む。このため、このような第１の層を形成するということは、高温でバルク結晶を成長させていることであるので、第２の層の成長表面に生じる凹凸をより効果的に抑制することができる。したがって、バルク結晶の品質をより向上することができる。
【００１９】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、上記成長させる工程では、下地基板側から主表面に向けてＡｌの濃度が低くなるバルク結晶を成長している。
【００２０】
これにより、成長表面に向けて加えられる引張応力をより抑制することができるので、成長表面に向けてより高品質なＡｌＧａＮ結晶を製造することができる。
【００２１】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、１６５０℃以上でバルク結晶を成長させる。
【００２２】
本発明では、１６５０℃以上の高温で成長させても下地基板の分解を抑制することができる。これにより、１６５０℃以上の高温でバルク結晶を成長させると、成長表面に形成される凹凸をより抑制することができる。
【００２３】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにバルク結晶を成長させる。これにより、このバルク結晶を用いて高性能な半導体素子を製造することができる。
【００２４】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程後に、少なくとも下地基板を除去する工程をさらに備えている。これにより、下地基板が除去されたバルク結晶を製造することができる。
【００２５】
本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法は、上記いずれかに記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によりＡｌＧａＮバルク結晶を製造する工程と、バルク結晶から１枚以上のＡｌbＧａ(1-b)Ｎ基板を切り出す工程とを備えている。
【００２６】
本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法によれば、本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法で製造される高品質で厚みの大きなＡｌＧａＮ結晶を用いている。このため、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によれば、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きいＡｌの組成比ａを有する下地基板を用いているので、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００２８】
また、本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法によれば、上記ＡｌＧａＮバルク結晶を用いているので、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における下地基板を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における別のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における下地基板を除去した状態を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮ基板を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮバルク結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出した状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】実施例において、第１の層の有無を確認する方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０について説明する。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）である。このＡｌＧａＮバルク結晶１０は主表面１０ａを有している。この主表面１０ａは、たとえば｛１０００｝面（ｃ面）、｛１１−２０｝面（ａ面）または｛１−１００｝面（ｍ面）のいずれかであることが好ましい。なお、｛｝は、集合面を示し、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００３３】
ＡｌＧａＮバルク結晶１０は、好ましくは１×１０7ｃｍ-2以下、より好ましくは１×１０6ｃｍ-2以下、より一層好ましくは５×１０5ｃｍ-2以下の転位密度を有している。この場合、このＡｌＧａＮバルク結晶より形成されたＡｌＧａＮ基板２０を用いてデバイスを作製したときに、デバイスの特性を向上することができる。なお、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。
【００３４】
ＡｌＧａＮバルク結晶１０は、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、より一層好ましくは４ｍｍ以上の厚みＨ１０を有している。この厚みＨ１０以上であれば、ＡｌＧａＮバルク結晶１０からＡｌＧａＮ基板をより多く製造することができるので、製造するＡｌＧａＮ基板の１枚当たりに要するコストを低減することができる。またＡｌＧａＮバルク結晶１０の厚膜化により転位などの欠陥をより低減して、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０を得ることができる。
【００３５】
図２は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を示すフローチャートである。図２を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法について説明する。
【００３６】
図３は、本実施の形態における下地基板を概略的に示す断面図である。図２および図３に示すように、まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１で準備した下地基板１１のＡｌの組成比ａは、後述するステップＳ２で成長させるＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きい。なお、下地基板１１およびＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ａ、ｂとは、Ａｌのモル比である。
【００３７】
下地基板１１中のＡｌの組成比ａが高いほど、下地基板１１を構成する結晶の分解温度が高くなる。このため、後述するステップＳ２で、高温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させても、下地基板１１の分解を抑制することができるので、厚みの大きなＡｌＧａＮバルク結晶を成長することができる。この下地基板１１のＡｌの組成比ａは、気化分解がされにくい観点から、大きいことが好ましく、たとえば組成比ａは０．８以上であることが好ましく、１であることがより好ましい。
【００３８】
また、このステップＳ１では、たとえば２インチ以上の大きさの主表面１１ａを有する下地基板１１を準備することが好ましい。これにより、大口径のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させることができる。
【００３９】
図４は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図４に示すように、下地基板１１上に、主表面１２ａを有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる（ステップＳ２）。このステップＳ２で成長させるＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂは、ステップＳ１で準備した下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さい。つまり、下地基板１１のＡｌの組成比ａと、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂとは、ａ＞ｂの関係が成立している。下地基板１１のＡｌの組成比ａと、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂとは、ａ＞ｂ＞０．５ａの関係が成立することが好ましく、０．７ａ≧ｂ≧０．１２５ａの関係が成立することがより好ましい。この場合、下地基板１１の分解をより抑制でき、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４０】
このステップＳ２では、成長表面（主表面１２ａ）に形成される凹凸を抑制したＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させるために要する高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。このような高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させても、本実施の形態では下地基板１１のＡｌの組成比ａが大きいため、下地基板１１の分解を抑制することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みのＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４１】
このような高温として、好ましくは１６５０℃以上、より好ましくは１６５０℃以上１８００℃以下で、ＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。１６５０℃以上の場合、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の成長表面である主表面１２ａを非常に平坦にすることができる。１８００℃以下の場合、下地基板１１の分解を効果的に抑制することができるので、厚みＨ１２を大きくできる。なお、上記成長させる温度は、たとえば下地基板１１の温度を意味する。
【００４２】
また、大きな厚みとして、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、より一層好ましくは４ｍｍ以上の厚みＨ１２を有するＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長する。厚みＨ１２の上限は特にないが、容易に製造できる観点から、たとえば５０ｍｍ以下である。
【００４３】
また、このステップＳ２では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂは、下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さい。Ａｌの組成比ａ、ｂが小さいほど、格子定数は大きい。下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態では、格子定数の相対的に小さい下地基板１１には、格子定数の相対的に大きいＡｌＧａＮバルク結晶１２に合わせるように引張応力が加えられる。このため、ＡｌＧａＮバルク結晶１２には、引張応力が加えられることを抑制することができるので、クラック、欠陥、転位などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に生じることを抑制することができる。したがって、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の結晶性を向上することができる。
【００４４】
このようなＡｌＧａＮバルク結晶１２の結晶性の指標の１つである転位密度として、好ましくは１×１０8ｃｍ-2以下、より好ましくは１×１０7ｃｍ-2以下、更に好ましくは１×１０6ｃｍ-2以下、最も好ましくは５×１０5ｃｍ-2以下である。本実施の形態では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂが下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さいため、上記の転位密度を有するＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４５】
成長表面に向けて加えられる引張応力をより抑制することにより転位密度をさらに低減するために、下地基板１１側（裏面１２ｂ）から成長表面（主表面１２ａ）に向けてＡｌの濃度が低くなるＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。つまり、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌ組成比ｂは一定である場合に限定されず、成長表面に向けて単調減少している。なお、単調減少とは、下地基板１１側の裏面１２ｂから成長表面である主表面１２ａに向けて（成長方向に向けて）、組成比ｂが常に、同じまたは減少しており、かつ裏面１２ｂよりも主表面１２ａの方が組成比ｂが低いことを意味する。つまり、単調減少とは、成長方向に向けて組成比ｂが増加している部分が含まれていない。
【００４６】
また成長させるステップＳ２では、好ましくは３０μｍ／ｈｒ以上、より好ましくは１００μｍ／ｈｒ以上１８０μｍ／ｈｒ以下の成長速度でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。上記のように高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができるので、このように成長速度を向上することができる。このため、製造効率を向上してＡｌＧａＮバルク結晶１２を製造することができる。
【００４７】
成長させるステップＳ２では、主表面１２ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させることが好ましい。この場合、このＡｌＧａＮバルク結晶１２を用いて高性能な半導体素子を製造することができる。
【００４８】
ＡｌＧａＮバルク結晶１２の成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。このステップＳ２では、非常に高温で成長させることができる観点から、昇華法が好適に用いられる。
【００４９】
図５は、本実施の形態における別のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。図５に示すように、成長させるステップＳ２では、下地基板１１上に３族元素が拡散された第１の層１３を成長させる工程と、第１の層１３上に、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層１４を成長させる工程とを含んでいてもよい。詳細には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において、第１の層１３はＡｌを多く含んでおり、第２の層１４はＧａを多く含んでいる。第１の層１３において、下地基板１１側はＡｌを相対的に多く含んでおり、第２の層１４との界面側はＧａを相対的に多く含んでいる。このような第１および第２の層１３、１４の界面は、たとえばＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）により測定することができる。
【００５０】
高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させると、下地基板１１を構成する３族元素（Ａｌ元素、または、Ａｌ元素およびＧａ元素）が拡散するので、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において下地基板１１側に位置する第１の層１３は、この３族元素を含む。このため、このような第１の層１３を形成するということは、ＡｌＧａＮバルク結晶１２を高温で成長させていることである。このため、第２の層１４の成長表面に生じる凹凸をより効果的に抑制することができる。このような高温の成長温度とは、たとえば１６５０℃以上である。したがって、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の主表面１２ａ側の品質をより向上することができる。
【００５１】
なお、図５では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２が２層の場合を例に挙げて説明したが、ＡｌＧａＮバルク結晶１２は３層以上含んでいてもよい。
【００５２】
図６は、本実施の形態における下地基板を除去した状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図６に示すように、少なくとも下地基板１１を除去する（ステップＳ３）。なお、このステップＳ３は除去されてもよい。
【００５３】
切り出す方法は特に限定されないが、たとえば切断やへき開などにより、下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態から、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のみ（本実施の形態ではＡｌＧａＮバルク結晶１０）になるように切り出す。下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態から、下地基板１１のみを除去してもよく、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において下地基板１１との界面側の面（裏面１２ｂ）を含む一部をさらに除去してもよい。裏面１２ｂを含む一部をさらに除去する場合には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２は単結晶からなるので、容易に分割することができる。
【００５４】
なお、切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的に少なくとも下地基板１１を除去することをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って少なくとも下地基板１１を除去することをいう。
【００５５】
また、下地基板１１を除去するステップＳ３では、主表面１０ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１０を切り出すことが好ましい。主表面１０ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させた場合には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の主表面１２ａと平行に切り出すことで、ＡｌＧａＮバルク結晶１２と同じ面方位の主表面１０ａを有するＡｌＧａＮバルク結晶１０を製造することができる。
【００５６】
上記ステップＳ１〜Ｓ３を実施することによって、図１に示すＡｌＧａＮバルク結晶１０を製造することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の製造方法によれば、下地基板１１のＡｌの組成比ａは、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きい。
【００５８】
本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の製造方法によれば、Ａｌの組成比が大きいほど分解が抑制されるので、成長表面（主表面１２ａ）に形成される凹凸が抑制された状態でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させるために要する温度でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させても、下地基板１１の分解を抑制することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みＨ１０、Ｈ１２のＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００５９】
また、Ａｌの組成比が小さいほど格子定数は大きいので、下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態では、格子定数の相対的に大きいＡｌＧａＮバルク結晶１２には、引張応力が加えられることが抑制される。したがって、クラック、欠陥などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に導入されることを抑制しやすいので、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００６０】
さらに、従来のように低温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させると、原料に含まれる、または原料より生成されるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3（酸化ガリウム）などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に取り込まれる。この場合、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２にピットなどが形成され、多結晶になることが多い。しかし、本実施の形態では、高温で下地基板１１の分解を抑制することができるので、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3などが分解されるので、ＡｌＧａＮバルク結晶１２にそのまま取り込まれることを抑制することができる。したがって、多結晶の発生を抑制することができるので、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００６１】
よって、下地基板１１のＡｌの組成比ａをＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みＨ１０、Ｈ１２を有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を再現性よく安定して製造することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
図７は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板を概略的に示す断面図である。図７を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板について説明する。
【００６３】
図７に示すように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０は、実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を用いて形成されている。つまり、ＡｌＧａＮ基板２０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなっている。
【００６４】
ＡｌＧａＮ基板２０は主表面２０ａを有し、主表面２０ａはｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかであることが好ましい。
【００６５】
図８は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図８を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法について説明する。
【００６６】
図８に示すように、まず、実施の形態１のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法により、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造する（ステップＳ１〜Ｓ３）。このステップＳ１〜Ｓ３は、実施の形態１とほぼ同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６７】
図９は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出した状態を概略的に示す断面図である。図８および図９に示すように、次に、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２から１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出す（ステップＳ４）。このステップＳ４で切り出したＡｌＧａＮ基板２０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなっている。
【００６８】
このステップＳ４では、１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出せばよいが、複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことが好ましい。実施の形態１では、厚みＨ１０、Ｈ１２の大きなＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造しているので、複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことは容易である。
【００６９】
切り出す方法は特に限定されないが、切断やへき開などにより、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２からＡｌＧａＮ基板２０へ分割することができる。
【００７０】
上記ステップＳ１〜Ｓ４を実施することによって、図７に示すＡｌＧａＮ基板２０を製造することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０の製造方法によれば、実施の形態１のバルク結晶１０、１２から１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出している（ステップＳ４）。
【００７２】
本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０の製造方法によれば、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２が高品質であるため、高品質なＡｌＧａＮ基板２０を製造することができる。
【００７３】
またＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の厚みＨ１０、Ｈ１２が大きいので、実施の形態１のバルク結晶１０、１２から複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことが好ましい。この場合、ＡｌＧａＮ基板２０の１枚当たりの製造コストを低減することができる。
【００７４】
以上より本実施の形態により製造されたＡｌＧａＮ基板２０は、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、圧電アクチュエータ等のデバイス用の基板などに好適に用いることができる。
【実施例】
【００７５】
本実施例では、下地基板のＡｌの組成比ａが、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きいことによる効果について調べた。
【００７６】
（実施例１〜４）
実施例１〜４のＡｌＧａＮバルク結晶は、上述した実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法に従って製造した。
【００７７】
具体的には、まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板を準備した（ステップＳ１）。Ａｌの組成比ａは下記の表１の通りとした。下地基板の主表面はｃ面であった。
【００７８】
次に、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶を成長させた（ステップＳ２）。実施例１〜４では、下記の表１に記載のように、バルク結晶のＡｌの組成比ｂは、下地基板のＡｌの組成比ａよりも小さくした。なお、バルク結晶の主表面の組成比ｂ、成長方法および成長温度は下記の表１の通りとした。バルク結晶の主表面はｃ面であった。
【００７９】
以上のステップＳ１、Ｓ２により、実施例１〜４のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶を製造した。
【００８０】
（比較例１、２）
比較例１、２は、基本的には実施例２と同様にバルク結晶を製造したが、バルク結晶のＡｌの組成比ｂ（ｂ＝０．５）は、下地基板のＡｌの組成比ａ（ａ＝０）よりも大きくした点において異なっていた。このため、比較例１、２では、実施例２よりも成長温度を低くして、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶を製造した。
【００８１】
（実施例５〜８、比較例３、４）
実施例５〜８、比較例３、４のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶の製造方法は、基本的には実施例１〜４、比較例１、２のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶とそれぞれ同様の構成を備えていたが、主表面がｍ面の下地基板を用いて、主表面がｍ面になるようにバルク結晶を製造した点においてそれぞれ異なっていた。
【００８２】
（実施例９〜１２、比較例５、６）
実施例９〜１２、比較例５、６のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶の製造方法は、基本的には実施例１〜４、比較例１、２のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶とそれぞれ同様の構成を備えていたが、主表面がａ面の下地基板を用いて、主表面がａ面になるようにバルク結晶を製造した点においてぞれぞれ異なっていた。
【００８３】
（測定方法）
実施例１〜１２および比較例１〜６のＡｌＧａＮバルク結晶について、厚み、成長速度、第１の層の有無および転位密度について調べた。その結果を下記の表１〜３に示す。
【００８４】
厚みは、下地基板との界面（裏面）から成長表面（主表面）における凹部（すなわち、厚みの最も小さい部分）を測定した。
【００８５】
成長速度は、各々の厚みのＡｌＧａＮバルク結晶を成長させるために要した時間から算出した。
【００８６】
第１の層の有無は、以下のように確認した。まず、ＡｌＧａＮバルク結晶の成長方向（図１０における矢印１２ｃ）に沿って各々切断した。この断面の濃度をＳＩＭＳにより測定して、３族元素が拡散された第１の層の有無を観察した。なお、図１０は、第１の層の有無を確認する方法を説明するための断面図である。
【００８７】
転位密度の測定は、以下のように測定した。まず、ＫＯＨ：ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を１：１の割合で白金坩堝中で２５０℃で溶融させた融液中に、各々のＡｌＧａＮバルク結晶を３０分間浸漬してエッチングを行った。その後、各々のＡｌＧａＮバルク結晶を洗浄して、顕微鏡にて表面に発生したエッチピットの単位面積当たりの個数をカウントした。このように測定した転位密度について、１×１０4ｃｍ-2以上５×１０5ｃｍ-2以下の場合をＡ、５×１０5ｃｍ-2超えて１×１０7ｃｍ-2以下の場合をＢ、１×１０7ｃｍ-2超えて１×１０8ｃｍ-2以下の場合をＣ、１×１０8ｃｍ-2超えた場合をＤ、測定できなかった場合をＥとした。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
（評価結果）
表１〜３に示すように、下地基板のＡｌの組成比ａがＡｌＧａＮバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きかった実施例１〜１２のＡｌＧａＮバルク結晶は、１ｍｍ以上の大きな厚みを有し、１×１０8ｃｍ-2以下の低い転位密度を有していた。このことから、実施例１〜１２では、厚みが大きく、かつ高品質なＡｌＧａＮバルク結晶を成長できたことがわかった。また、高い温度でバルク結晶を成長させたため、３０μｍ／ｈｒ以上の大きな成長速度で実施例１〜１２のバルク結晶を成長することができた。また、実施例１〜３、５〜７、９〜１１では、３族元素であるＡｌ元素およびＧａ元素の少なくとも一方が拡散した第１の層が形成されていた。
【００９２】
特に、下地基板がＡｌＮで、昇華法によりＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎバルク結晶を成長させた実施例１、５、９は、１８００℃の高温で成長させることができた。このため、実施例１のＡｌＧａＮバルク結晶は、１×１０4ｃｍ-2以上５×１０5ｃｍ-2以下の低い転位密度を有していた。さらに、高温でバルク結晶を成長させたにも関わらず、４ｍｍの厚みを大きな有したバルク結晶を成長することができた。
【００９３】
一方、ＧａＮよりなる下地基板（Ａｌの組成比ａが０）上にＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎバルク結晶（Ａｌの組成比ｂが０．５）を成長させた比較例１〜６は、下地基板のＡｌの組成比ａがバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも小さかった。このため、下地基板の分解を抑制するために１０００℃の低い温度でバルク結晶を成長させた比較例１、３、５では、表面の凹凸が大きく、実質的な厚みである主表面における凹部の厚みは０．２ｍｍと小さかった。また成長させたバルク結晶の格子定数が下地基板の格子定数よりも小さかったので、バルク結晶に引張応力が加えられたため、１×１０8ｃｍ-2超える高い転位密度となった。また低温で成長させたため、成長速度は低かった。
【００９４】
また、比較例１、３、５よりも高温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた比較例２、４、６は、実施例１〜１２より低い温度であったにも関わらず、下地基板が消失してしまった。このため、ＡｌＧａＮバルク結晶を成長させることができなかった。
【００９５】
以上より、本実施例によれば、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができることが確認できた。また、主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができることが確認できた。
【００９６】
次に、実施例１〜１２において、成長後のＡｌＧａＮバルク結晶を、ワイヤーソーによりスライス加工し、それぞれ下地基板を除去し、ＡｌＧａＮバルク結晶を得た。
【００９７】
また、実施例１〜１２において、成長させたＡｌＧａＮバルク結晶から、ワイヤーソーによりスライス加工し、それぞれ４枚のＡｌＧａＮ基板を切り出した。
【００９８】
一方、比較例１、３、５は、厚みが小さかったので、複数のＡｌＧａＮ基板を切り出すことはできなかった。また、比較例２、４、６は、ＡｌＧａＮバルク結晶を製造できなかったので、下地基板を除去することもできず、ＡｌＧａＮ基板を製造することもできなかった。
【００９９】
以上より、本実施例によれば、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質であって、かつ下地基板を除去したＡｌＧａＮバルク結晶を製造できることが確認できた。また、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有するＡｌＧａＮバルク結晶を製造できたので、このＡｌＧａＮバルク結晶から複数枚のＡｌＧａＮ基板を切り出すことができることが確認できた。
【０１００】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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実施の形態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。
【符号の説明】
【０１０１】
１０，１２ ＡｌＧａＮバルク結晶、１０ａ，１１ａ，１２ａ，２０ａ 主表面、１１ 下地基板、１２ｂ 裏面、１２ｃ 矢印、１３ 第１の層、１４ 第２の層、２０ ＡｌＧａＮ基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法およびＡｌＧａＮ基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＡｌxＧａ(1-x)Ｎ（０＜ｘ＜１）（ＡｌＧａＮとも言う）結晶は、発光素子、電子素子、および半導体センサなどの半導体デバイスを形成するための材料として非常に有用である。
【０００３】
このようなＡｌＧａＮ結晶の成長方法として、たとえば、下地基板を用いない自然核生成により成長する方法と、下地基板を用いて成長する方法とが挙げられる。自然核生成による成長では、大きなＡｌＧａＮ結晶を安定して成長することが困難であった。
【０００４】
下地基板を用いてＡｌＧａＮ結晶を成長させる方法は、たとえば特開２００４−３３１４５３号公報（特許文献１）などに開示されている。特許文献１には、下地基板として、シリコン（Ｓｉ）、サファイア（Ａｌ2Ｏ3）、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＺｎＢ2（ホウ化ジルコニウム）またはＩＩＩ−Ｖ族化合物が用いられていることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−３３１４５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１のように下地基板を用いてＡｌＧａＮ結晶を成長させる場合に、以下の問題があることを本発明者は見出した。
【０００７】
すなわち、低温でＡｌＧａＮ結晶を成長させると、結晶欠陥である転位等が高密度にＡｌＧａＮ結晶中に存在したり、成長表面に大きな凹凸が形成されてＡｌＧａＮ結晶が不均一になるなど、ＡｌＧａＮ結晶の品質が低下するという問題があることを本発明者は見出した。
【０００８】
ＡｌＧａＮ結晶の品質を向上するために高温（たとえば１２００℃以上）でＡｌＧａＮ結晶を成長すると、下地基板の裏面側から気化分解するため、大きな厚みのＡｌＧａＮ結晶を成長することができないという問題を本発明者は見出した。ＡｌＧａＮ結晶の厚みが小さい場合には、このＡｌＧａＮ結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出すことができない、または少ない枚数のＡｌＧａＮ基板しか切り出せないという問題がある。
【０００９】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その一の目的は、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造するＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を提供することである。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造するＡｌＧａＮ基板の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板が準備される。そして、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶が成長される。下地基板のＡｌの組成比ａは、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。
【００１２】
本発明者は鋭意研究の結果、結晶中のＡｌの組成比が高いほど、結晶の分解温度が高くなることを見出した。このため、本発明では、下地基板のＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）のＡｌの組成比ａは、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい。これにより、凹凸の形成が抑制されたバルク結晶を成長させるために要する温度でバルク結晶を成長させても、下地基板の気化分解を抑制することができる。このため、高温で長時間、バルク結晶を成長することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みのバルク結晶を成長することができる。
【００１３】
また、バルク結晶のＡｌの組成比ｂは、下地基板のＡｌの組成比ａよりも小さい。Ａｌの組成比が小さいほど、格子定数は大きい。下地基板とバルク結晶とが積層された状態では、格子定数の相対的に大きいバルク結晶に合わせるように、格子定数の相対的に小さい下地基板に引張応力が加えられる。このため、バルク結晶に引張応力が加えられることを抑制することができるので、クラック、欠陥、転位などが生じることを抑制することができる。したがって、バルク結晶の結晶性を向上することができる。
【００１４】
以上より、下地基板のＡｌの組成比ａをバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００１５】
上記ＡｌＧａＮ結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、１ｍｍ以上の厚みを有するバルク結晶を成長させる。
【００１６】
このように、本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によれば、下地基板の分解を抑制することができるので、１ｍｍ以上の大きな厚みを有するＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００１７】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、上記成長させる工程は、下地基板上に３族元素が拡散された第１の層を成長する工程と、第１の層上に、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層を成長する工程とを含んでいる。
【００１８】
高温でバルク結晶を成長させると、下地基板を構成する３族元素が拡散するので、バルク結晶において下地基板側に位置する第１の層は、この３族元素を含む。このため、このような第１の層を形成するということは、高温でバルク結晶を成長させていることであるので、第２の層の成長表面に生じる凹凸をより効果的に抑制することができる。したがって、バルク結晶の品質をより向上することができる。
【００１９】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、上記成長させる工程では、下地基板側から主表面に向けてＡｌの濃度が低くなるバルク結晶を成長している。
【００２０】
これにより、成長表面に向けて加えられる引張応力をより抑制することができるので、成長表面に向けてより高品質なＡｌＧａＮ結晶を製造することができる。
【００２１】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、１６５０℃以上でバルク結晶を成長させる。
【００２２】
本発明では、１６５０℃以上の高温で成長させても下地基板の分解を抑制することができる。これにより、１６５０℃以上の高温でバルク結晶を成長させると、成長表面に形成される凹凸をより抑制することができる。
【００２３】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程では、主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにバルク結晶を成長させる。これにより、このバルク結晶を用いて高性能な半導体素子を製造することができる。
【００２４】
上記ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法において好ましくは、成長させる工程後に、少なくとも下地基板を除去する工程をさらに備えている。これにより、下地基板が除去されたバルク結晶を製造することができる。
【００２５】
本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法は、上記いずれかに記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によりＡｌＧａＮバルク結晶を製造する工程と、バルク結晶から１枚以上のＡｌbＧａ(1-b)Ｎ基板を切り出す工程とを備えている。
【００２６】
本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法によれば、本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法で製造される高品質で厚みの大きなＡｌＧａＮ結晶を用いている。このため、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によれば、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きいＡｌの組成比ａを有する下地基板を用いているので、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができる。
【００２８】
また、本発明のＡｌＧａＮ基板の製造方法によれば、上記ＡｌＧａＮバルク結晶を用いているので、高品質なＡｌＧａＮ基板を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶を概略的に示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を示すフローチャートである。
【図３】本発明の実施の形態１における下地基板を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態１における別のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１における下地基板を除去した状態を概略的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮ基板を概略的に示す断面図である。
【図８】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。
【図９】本発明の実施の形態２におけるＡｌＧａＮバルク結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出した状態を概略的に示す断面図である。
【図１０】実施例において、第１の層の有無を確認する方法を説明するための断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。
【００３１】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０について説明する。
【００３２】
図１に示すように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）である。このＡｌＧａＮバルク結晶１０は主表面１０ａを有している。この主表面１０ａは、たとえば｛１０００｝面（ｃ面）、｛１１−２０｝面（ａ面）または｛１−１００｝面（ｍ面）のいずれかであることが好ましい。なお、｛｝は、集合面を示し、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。
【００３３】
ＡｌＧａＮバルク結晶１０は、好ましくは１×１０7ｃｍ-2以下、より好ましくは１×１０6ｃｍ-2以下、より一層好ましくは５×１０5ｃｍ-2以下の転位密度を有している。この場合、このＡｌＧａＮバルク結晶より形成されたＡｌＧａＮ基板２０を用いてデバイスを作製したときに、デバイスの特性を向上することができる。なお、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。
【００３４】
ＡｌＧａＮバルク結晶１０は、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、より一層好ましくは４ｍｍ以上の厚みＨ１０を有している。この厚みＨ１０以上であれば、ＡｌＧａＮバルク結晶１０からＡｌＧａＮ基板をより多く製造することができるので、製造するＡｌＧａＮ基板の１枚当たりに要するコストを低減することができる。またＡｌＧａＮバルク結晶１０の厚膜化により転位などの欠陥をより低減して、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０を得ることができる。
【００３５】
図２は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法を示すフローチャートである。図２を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法について説明する。
【００３６】
図３は、本実施の形態における下地基板を概略的に示す断面図である。図２および図３に示すように、まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板１１を準備する（ステップＳ１）。ステップＳ１で準備した下地基板１１のＡｌの組成比ａは、後述するステップＳ２で成長させるＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きい。なお、下地基板１１およびＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ａ、ｂとは、Ａｌのモル比である。
【００３７】
下地基板１１中のＡｌの組成比ａが高いほど、下地基板１１を構成する結晶の分解温度が高くなる。このため、後述するステップＳ２で、高温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させても、下地基板１１の分解を抑制することができるので、厚みの大きなＡｌＧａＮバルク結晶を成長することができる。この下地基板１１のＡｌの組成比ａは、気化分解がされにくい観点から、大きいことが好ましく、たとえば組成比ａは０．８以上であることが好ましく、１であることがより好ましい。
【００３８】
また、このステップＳ１では、たとえば２インチ以上の大きさの主表面１１ａを有する下地基板１１を準備することが好ましい。これにより、大口径のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させることができる。
【００３９】
図４は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図４に示すように、下地基板１１上に、主表面１２ａを有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる（ステップＳ２）。このステップＳ２で成長させるＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂは、ステップＳ１で準備した下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さい。つまり、下地基板１１のＡｌの組成比ａと、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂとは、ａ＞ｂの関係が成立している。下地基板１１のＡｌの組成比ａと、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂとは、ａ＞ｂ＞０．５ａの関係が成立することが好ましく、０．７ａ≧ｂ≧０．１２５ａの関係が成立することがより好ましい。この場合、下地基板１１の分解をより抑制でき、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４０】
このステップＳ２では、成長表面（主表面１２ａ）に形成される凹凸を抑制したＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させるために要する高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。このような高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させても、本実施の形態では下地基板１１のＡｌの組成比ａが大きいため、下地基板１１の分解を抑制することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みのＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４１】
このような高温として、好ましくは１６５０℃以上、より好ましくは１６５０℃以上１８００℃以下で、ＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。１６５０℃以上の場合、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の成長表面である主表面１２ａを非常に平坦にすることができる。１８００℃以下の場合、下地基板１１の分解を効果的に抑制することができるので、厚みＨ１２を大きくできる。なお、上記成長させる温度は、たとえば下地基板１１の温度を意味する。
【００４２】
また、大きな厚みとして、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは２ｍｍ以上、より一層好ましくは４ｍｍ以上の厚みＨ１２を有するＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長する。厚みＨ１２の上限は特にないが、容易に製造できる観点から、たとえば５０ｍｍ以下である。
【００４３】
また、このステップＳ２では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂは、下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さい。Ａｌの組成比ａ、ｂが小さいほど、格子定数は大きい。下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態では、格子定数の相対的に小さい下地基板１１には、格子定数の相対的に大きいＡｌＧａＮバルク結晶１２に合わせるように引張応力が加えられる。このため、ＡｌＧａＮバルク結晶１２には、引張応力が加えられることを抑制することができるので、クラック、欠陥、転位などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に生じることを抑制することができる。したがって、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の結晶性を向上することができる。
【００４４】
このようなＡｌＧａＮバルク結晶１２の結晶性の指標の１つである転位密度として、好ましくは１×１０8ｃｍ-2以下、より好ましくは１×１０7ｃｍ-2以下、更に好ましくは１×１０6ｃｍ-2以下、最も好ましくは５×１０5ｃｍ-2以下である。本実施の形態では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂが下地基板１１のＡｌの組成比ａよりも小さいため、上記の転位密度を有するＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。
【００４５】
成長表面に向けて加えられる引張応力をより抑制することにより転位密度をさらに低減するために、下地基板１１側（裏面１２ｂ）から成長表面（主表面１２ａ）に向けてＡｌの濃度が低くなるＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができる。つまり、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌ組成比ｂは一定である場合に限定されず、成長表面に向けて単調減少している。なお、単調減少とは、下地基板１１側の裏面１２ｂから成長表面である主表面１２ａに向けて（成長方向に向けて）、組成比ｂが常に、同じまたは減少しており、かつ裏面１２ｂよりも主表面１２ａの方が組成比ｂが低いことを意味する。つまり、単調減少とは、成長方向に向けて組成比ｂが増加している部分が含まれていない。
【００４６】
また成長させるステップＳ２では、好ましくは３０μｍ／ｈｒ以上、より好ましくは１００μｍ／ｈｒ以上１８０μｍ／ｈｒ以下の成長速度でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させる。上記のように高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長することができるので、このように成長速度を向上することができる。このため、製造効率を向上してＡｌＧａＮバルク結晶１２を製造することができる。
【００４７】
成長させるステップＳ２では、主表面１２ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させることが好ましい。この場合、このＡｌＧａＮバルク結晶１２を用いて高性能な半導体素子を製造することができる。
【００４８】
ＡｌＧａＮバルク結晶１２の成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。このステップＳ２では、非常に高温で成長させることができる観点から、昇華法が好適に用いられる。
【００４９】
図５は、本実施の形態における別のＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。図５に示すように、成長させるステップＳ２では、下地基板１１上に３族元素が拡散された第１の層１３を成長させる工程と、第１の層１３上に、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層１４を成長させる工程とを含んでいてもよい。詳細には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において、第１の層１３はＡｌを多く含んでおり、第２の層１４はＧａを多く含んでいる。第１の層１３において、下地基板１１側はＡｌを相対的に多く含んでおり、第２の層１４との界面側はＧａを相対的に多く含んでいる。このような第１および第２の層１３、１４の界面は、たとえばＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）により測定することができる。
【００５０】
高温でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させると、下地基板１１を構成する３族元素（Ａｌ元素、または、Ａｌ元素およびＧａ元素）が拡散するので、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において下地基板１１側に位置する第１の層１３は、この３族元素を含む。このため、このような第１の層１３を形成するということは、ＡｌＧａＮバルク結晶１２を高温で成長させていることである。このため、第２の層１４の成長表面に生じる凹凸をより効果的に抑制することができる。このような高温の成長温度とは、たとえば１６５０℃以上である。したがって、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の主表面１２ａ側の品質をより向上することができる。
【００５１】
なお、図５では、ＡｌＧａＮバルク結晶１２が２層の場合を例に挙げて説明したが、ＡｌＧａＮバルク結晶１２は３層以上含んでいてもよい。
【００５２】
図６は、本実施の形態における下地基板を除去した状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図６に示すように、少なくとも下地基板１１を除去する（ステップＳ３）。なお、このステップＳ３は除去されてもよい。
【００５３】
切り出す方法は特に限定されないが、たとえば切断やへき開などにより、下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態から、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のみ（本実施の形態ではＡｌＧａＮバルク結晶１０）になるように切り出す。下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態から、下地基板１１のみを除去してもよく、ＡｌＧａＮバルク結晶１２において下地基板１１との界面側の面（裏面１２ｂ）を含む一部をさらに除去してもよい。裏面１２ｂを含む一部をさらに除去する場合には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２は単結晶からなるので、容易に分割することができる。
【００５４】
なお、切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的に少なくとも下地基板１１を除去することをいう。へき開とは、結晶格子面に沿って少なくとも下地基板１１を除去することをいう。
【００５５】
また、下地基板１１を除去するステップＳ３では、主表面１０ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１０を切り出すことが好ましい。主表面１０ａがｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させた場合には、ＡｌＧａＮバルク結晶１２の主表面１２ａと平行に切り出すことで、ＡｌＧａＮバルク結晶１２と同じ面方位の主表面１０ａを有するＡｌＧａＮバルク結晶１０を製造することができる。
【００５６】
上記ステップＳ１〜Ｓ３を実施することによって、図１に示すＡｌＧａＮバルク結晶１０を製造することができる。
【００５７】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の製造方法によれば、下地基板１１のＡｌの組成比ａは、ＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きい。
【００５８】
本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の製造方法によれば、Ａｌの組成比が大きいほど分解が抑制されるので、成長表面（主表面１２ａ）に形成される凹凸が抑制された状態でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させるために要する温度でＡｌＧａＮバルク結晶１２を成長させても、下地基板１１の分解を抑制することができる。したがって、成長表面に形成される凹凸を抑制し、かつ大きな厚みＨ１０、Ｈ１２のＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００５９】
また、Ａｌの組成比が小さいほど格子定数は大きいので、下地基板１１とＡｌＧａＮバルク結晶１２とが積層された状態では、格子定数の相対的に大きいＡｌＧａＮバルク結晶１２には、引張応力が加えられることが抑制される。したがって、クラック、欠陥などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に導入されることを抑制しやすいので、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００６０】
さらに、従来のように低温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させると、原料に含まれる、または原料より生成されるＡｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3（酸化ガリウム）などがＡｌＧａＮバルク結晶１２に取り込まれる。この場合、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２にピットなどが形成され、多結晶になることが多い。しかし、本実施の形態では、高温で下地基板１１の分解を抑制することができるので、Ａｌ2Ｏ3、Ｇａ2Ｏ3などが分解されるので、ＡｌＧａＮバルク結晶１２にそのまま取り込まれることを抑制することができる。したがって、多結晶の発生を抑制することができるので、高品質なＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造することができる。
【００６１】
よって、下地基板１１のＡｌの組成比ａをＡｌＧａＮバルク結晶１２のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みＨ１０、Ｈ１２を有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を再現性よく安定して製造することができる。
【００６２】
（実施の形態２）
図７は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板を概略的に示す断面図である。図７を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板について説明する。
【００６３】
図７に示すように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０は、実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を用いて形成されている。つまり、ＡｌＧａＮ基板２０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなっている。
【００６４】
ＡｌＧａＮ基板２０は主表面２０ａを有し、主表面２０ａはｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかであることが好ましい。
【００６５】
図８は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図８を参照して、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板の製造方法について説明する。
【００６６】
図８に示すように、まず、実施の形態１のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法により、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造する（ステップＳ１〜Ｓ３）。このステップＳ１〜Ｓ３は、実施の形態１とほぼ同様であるので、その説明は繰り返さない。
【００６７】
図９は、本実施の形態におけるＡｌＧａＮバルク結晶からＡｌＧａＮ基板を切り出した状態を概略的に示す断面図である。図８および図９に示すように、次に、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２から１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出す（ステップＳ４）。このステップＳ４で切り出したＡｌＧａＮ基板２０は、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなっている。
【００６８】
このステップＳ４では、１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出せばよいが、複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことが好ましい。実施の形態１では、厚みＨ１０、Ｈ１２の大きなＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２を製造しているので、複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことは容易である。
【００６９】
切り出す方法は特に限定されないが、切断やへき開などにより、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２からＡｌＧａＮ基板２０へ分割することができる。
【００７０】
上記ステップＳ１〜Ｓ４を実施することによって、図７に示すＡｌＧａＮ基板２０を製造することができる。
【００７１】
以上説明したように、本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０の製造方法によれば、実施の形態１のバルク結晶１０、１２から１枚以上のＡｌＧａＮ基板２０を切り出している（ステップＳ４）。
【００７２】
本実施の形態におけるＡｌＧａＮ基板２０の製造方法によれば、ＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２が高品質であるため、高品質なＡｌＧａＮ基板２０を製造することができる。
【００７３】
またＡｌＧａＮバルク結晶１０、１２の厚みＨ１０、Ｈ１２が大きいので、実施の形態１のバルク結晶１０、１２から複数枚のＡｌＧａＮ基板２０を切り出すことが好ましい。この場合、ＡｌＧａＮ基板２０の１枚当たりの製造コストを低減することができる。
【００７４】
以上より本実施の形態により製造されたＡｌＧａＮ基板２０は、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、圧電アクチュエータ等のデバイス用の基板などに好適に用いることができる。
【実施例】
【００７５】
本実施例では、下地基板のＡｌの組成比ａが、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きいことによる効果について調べた。
【００７６】
（実施例１〜４）
実施例１〜４のＡｌＧａＮバルク結晶は、上述した実施の形態１におけるＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法に従って製造した。
【００７７】
具体的には、まず、ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板を準備した（ステップＳ１）。Ａｌの組成比ａは下記の表１の通りとした。下地基板の主表面はｃ面であった。
【００７８】
次に、下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶を成長させた（ステップＳ２）。実施例１〜４では、下記の表１に記載のように、バルク結晶のＡｌの組成比ｂは、下地基板のＡｌの組成比ａよりも小さくした。なお、バルク結晶の主表面の組成比ｂ、成長方法および成長温度は下記の表１の通りとした。バルク結晶の主表面はｃ面であった。
【００７９】
以上のステップＳ１、Ｓ２により、実施例１〜４のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶を製造した。
【００８０】
（比較例１、２）
比較例１、２は、基本的には実施例２と同様にバルク結晶を製造したが、バルク結晶のＡｌの組成比ｂ（ｂ＝０．５）は、下地基板のＡｌの組成比ａ（ａ＝０）よりも大きくした点において異なっていた。このため、比較例１、２では、実施例２よりも成長温度を低くして、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶を製造した。
【００８１】
（実施例５〜８、比較例３、４）
実施例５〜８、比較例３、４のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶の製造方法は、基本的には実施例１〜４、比較例１、２のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶とそれぞれ同様の構成を備えていたが、主表面がｍ面の下地基板を用いて、主表面がｍ面になるようにバルク結晶を製造した点においてそれぞれ異なっていた。
【００８２】
（実施例９〜１２、比較例５、６）
実施例９〜１２、比較例５、６のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶の製造方法は、基本的には実施例１〜４、比較例１、２のＡｌbＧａ(1-b)Ｎバルク結晶とそれぞれ同様の構成を備えていたが、主表面がａ面の下地基板を用いて、主表面がａ面になるようにバルク結晶を製造した点においてぞれぞれ異なっていた。
【００８３】
（測定方法）
実施例１〜１２および比較例１〜６のＡｌＧａＮバルク結晶について、厚み、成長速度、第１の層の有無および転位密度について調べた。その結果を下記の表１〜３に示す。
【００８４】
厚みは、下地基板との界面（裏面）から成長表面（主表面）における凹部（すなわち、厚みの最も小さい部分）を測定した。
【００８５】
成長速度は、各々の厚みのＡｌＧａＮバルク結晶を成長させるために要した時間から算出した。
【００８６】
第１の層の有無は、以下のように確認した。まず、ＡｌＧａＮバルク結晶の成長方向（図１０における矢印１２ｃ）に沿って各々切断した。この断面の濃度をＳＩＭＳにより測定して、３族元素が拡散された第１の層の有無を観察した。なお、図１０は、第１の層の有無を確認する方法を説明するための断面図である。
【００８７】
転位密度の測定は、以下のように測定した。まず、ＫＯＨ：ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を１：１の割合で白金坩堝中で２５０℃で溶融させた融液中に、各々のＡｌＧａＮバルク結晶を３０分間浸漬してエッチングを行った。その後、各々のＡｌＧａＮバルク結晶を洗浄して、顕微鏡にて表面に発生したエッチピットの単位面積当たりの個数をカウントした。このように測定した転位密度について、１×１０4ｃｍ-2以上５×１０5ｃｍ-2以下の場合をＡ、５×１０5ｃｍ-2超えて１×１０7ｃｍ-2以下の場合をＢ、１×１０7ｃｍ-2超えて１×１０8ｃｍ-2以下の場合をＣ、１×１０8ｃｍ-2超えた場合をＤ、測定できなかった場合をＥとした。
【００８８】
【表１】
【００８９】
【表２】
【００９０】
【表３】
【００９１】
（評価結果）
表１〜３に示すように、下地基板のＡｌの組成比ａがＡｌＧａＮバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きかった実施例１〜１２のＡｌＧａＮバルク結晶は、１ｍｍ以上の大きな厚みを有し、１×１０8ｃｍ-2以下の低い転位密度を有していた。このことから、実施例１〜１２では、厚みが大きく、かつ高品質なＡｌＧａＮバルク結晶を成長できたことがわかった。また、高い温度でバルク結晶を成長させたため、３０μｍ／ｈｒ以上の大きな成長速度で実施例１〜１２のバルク結晶を成長することができた。また、実施例１〜３、５〜７、９〜１１では、３族元素であるＡｌ元素およびＧａ元素の少なくとも一方が拡散した第１の層が形成されていた。
【００９２】
特に、下地基板がＡｌＮで、昇華法によりＡｌ0.7Ｇａ0.3Ｎバルク結晶を成長させた実施例１、５、９は、１８００℃の高温で成長させることができた。このため、実施例１のＡｌＧａＮバルク結晶は、１×１０4ｃｍ-2以上５×１０5ｃｍ-2以下の低い転位密度を有していた。さらに、高温でバルク結晶を成長させたにも関わらず、４ｍｍの厚みを大きな有したバルク結晶を成長することができた。
【００９３】
一方、ＧａＮよりなる下地基板（Ａｌの組成比ａが０）上にＡｌ0.5Ｇａ0.5Ｎバルク結晶（Ａｌの組成比ｂが０．５）を成長させた比較例１〜６は、下地基板のＡｌの組成比ａがバルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも小さかった。このため、下地基板の分解を抑制するために１０００℃の低い温度でバルク結晶を成長させた比較例１、３、５では、表面の凹凸が大きく、実質的な厚みである主表面における凹部の厚みは０．２ｍｍと小さかった。また成長させたバルク結晶の格子定数が下地基板の格子定数よりも小さかったので、バルク結晶に引張応力が加えられたため、１×１０8ｃｍ-2超える高い転位密度となった。また低温で成長させたため、成長速度は低かった。
【００９４】
また、比較例１、３、５よりも高温でＡｌＧａＮバルク結晶を成長させた比較例２、４、６は、実施例１〜１２より低い温度であったにも関わらず、下地基板が消失してしまった。このため、ＡｌＧａＮバルク結晶を成長させることができなかった。
【００９５】
以上より、本実施例によれば、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質のＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができることが確認できた。また、主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるようにＡｌＧａＮバルク結晶を製造することができることが確認できた。
【００９６】
次に、実施例１〜１２において、成長後のＡｌＧａＮバルク結晶を、ワイヤーソーによりスライス加工し、それぞれ下地基板を除去し、ＡｌＧａＮバルク結晶を得た。
【００９７】
また、実施例１〜１２において、成長させたＡｌＧａＮバルク結晶から、ワイヤーソーによりスライス加工し、それぞれ４枚のＡｌＧａＮ基板を切り出した。
【００９８】
一方、比較例１、３、５は、厚みが小さかったので、複数のＡｌＧａＮ基板を切り出すことはできなかった。また、比較例２、４、６は、ＡｌＧａＮバルク結晶を製造できなかったので、下地基板を除去することもできず、ＡｌＧａＮ基板を製造することもできなかった。
【００９９】
以上より、本実施例によれば、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有し、かつ高品質であって、かつ下地基板を除去したＡｌＧａＮバルク結晶を製造できることが確認できた。また、下地基板のＡｌの組成比ａを、バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きくすることにより、大きな厚みを有するＡｌＧａＮバルク結晶を製造できたので、このＡｌＧａＮバルク結晶から複数枚のＡｌＧａＮ基板を切り出すことができることが確認できた。
【０１００】
以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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実施の形態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。
【符号の説明】
【０１０１】
１０，１２ ＡｌＧａＮバルク結晶、１０ａ，１１ａ，１２ａ，２０ａ 主表面、１１ 下地基板、１２ｂ 裏面、１２ｃ 矢印、１３ 第１の層、１４ 第２の層、２０ ＡｌＧａＮ基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶を成長させる工程とを備え、
前記下地基板のＡｌの組成比ａは、前記バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい、ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項２】
前記成長させる工程では、１ｍｍ以上の厚みを有する前記バルク結晶を成長させる、請求項１に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項３】
前記成長させる工程は、
前記下地基板上に３族元素が拡散された第１の層を成長させる工程と、
前記第１の層上に、前記ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層を成長させる工程とを含む、請求項１または２に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項４】
前記成長させる工程では、前記下地基板側から前記主表面に向けてＡｌの濃度が低くなる前記バルク結晶を成長する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項５】
前記成長させる工程では、１６５０℃以上で前記バルク結晶を成長させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項６】
前記成長させる工程では、前記主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるように前記バルク結晶を成長させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項７】
前記成長させる工程後に、少なくとも前記下地基板を除去する工程をさらに備えた、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によりＡｌＧａＮバルク結晶を製造する工程と、
前記バルク結晶から１枚以上の前記ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよりなる基板を切り出す工程とを備えた、ＡｌＧａＮ基板の製造方法。
【請求項１】
ＡｌaＧａ(1-a)Ｎ（０＜ａ≦１）よりなる下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上に、主表面を有し、ＡｌbＧａ(1-b)Ｎ（０＜ｂ＜１）よりなるバルク結晶を成長させる工程とを備え、
前記下地基板のＡｌの組成比ａは、前記バルク結晶のＡｌの組成比ｂよりも大きい、ＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項２】
前記成長させる工程では、１ｍｍ以上の厚みを有する前記バルク結晶を成長させる、請求項１に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項３】
前記成長させる工程は、
前記下地基板上に３族元素が拡散された第１の層を成長させる工程と、
前記第１の層上に、前記ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよるなる第２の層を成長させる工程とを含む、請求項１または２に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項４】
前記成長させる工程では、前記下地基板側から前記主表面に向けてＡｌの濃度が低くなる前記バルク結晶を成長する、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項５】
前記成長させる工程では、１６５０℃以上で前記バルク結晶を成長させる、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項６】
前記成長させる工程では、前記主表面がｃ面、ａ面またはｍ面のいずれかになるように前記バルク結晶を成長させる、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項７】
前記成長させる工程後に、少なくとも前記下地基板を除去する工程をさらに備えた、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のＡｌＧａＮバルク結晶の製造方法によりＡｌＧａＮバルク結晶を製造する工程と、
前記バルク結晶から１枚以上の前記ＡｌbＧａ(1-b)Ｎよりなる基板を切り出す工程とを備えた、ＡｌＧａＮ基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１０−４２９８１（Ｐ２０１０−４２９８１Ａ）
【公開日】平成２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６４８７７（Ｐ２００９−１６４８７７）
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ナノエレクトロニクス半導体新材料・新構造技術開発−窒化物系化合物半導体基板・エピタキシャル成長技術の開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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２２年２月２５日（２０１０．２．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１３日（２００９．７．１３）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成１９年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ナノエレクトロニクス半導体新材料・新構造技術開発−窒化物系化合物半導体基板・エピタキシャル成長技術の開発」に関する委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【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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