ＩＩＩ族金属窒化物単結晶の製造方法およびテンプレート基板
【課題】、III 族金属窒化物単結晶の生産性が高く、製造が比較的に容易であり、種結晶膜のメルトバックを抑制できるようにすることである。
【解決手段】 成膜面２ｂと加工凹部８とが設けられている基板本体１に対して、成膜面２ｂおよび加工凹部８を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜４Ａ、４Ｂ、５を成膜する。下地膜が、成膜面上の種結晶膜と、側壁面および加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する。次いで、下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶６を育成する。
【解決手段】 成膜面２ｂと加工凹部８とが設けられている基板本体１に対して、成膜面２ｂおよび加工凹部８を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜４Ａ、４Ｂ、５を成膜する。下地膜が、成膜面上の種結晶膜と、側壁面および加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する。次いで、下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶６を育成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族金属窒化物単結晶を育成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム薄膜結晶は、優れた青色発光素子として注目を集めており、発光ダイオードにおいて実用化され、光ピックアップ用の青紫色半導体レーザー素子としても期待されている。
【０００３】
特許文献１では、テンプレート基板の表面に凹凸形状を形成したものを種基板として用い、Naフラックス法にてＧａＮを結晶成長させた後、凹部に形成された空隙部の近傍でフラックス法成長部分をテンプレートから分離（剥離）している。
【０００４】
特許文献２では、特許文献１と同様にして空隙部を作製し、HVPE法によりＧａＮを成長させた後、育成したＧａＮをテンプレート基板から分離している。
【０００５】
特許文献３では、空隙はないが、凹凸部分の凸部と側面をマスクしたものをテンプレート基板として用い、HVPE法によりＧａＮを成長させた後、育成したＧａＮをテンプレート基板から分離している。
【０００６】
また、特許文献４では、サファイア基板の表面に島状部を加工によって形成し、島状部の表面に種結晶膜を形成し、種結晶膜上にIII 族金属窒化物単結晶をフラックス法によって形成することが記載されている。
【０００７】
HVPE法では、結晶が横方向成長しにくいため、凹凸の周期は数十ミクロン程度と小さくなる。このため、フラックス法を用いることで、周期が0.5mm 程度まで広げることが出来ることが、特許文献１の（００５１）に記載されている。また、特許文献１の（００３５）（００５０）によると、育成結晶を分離しやすい空隙部を設けるために、種基板上の凸部（種がある部分）の割合が５０％以下、さらには１０％以下が好ましいと記載されている。具体的には、凸部1 〜5 ミクロンに対し、その周期が5 〜20ミクロンである。実施例５では、凸部5 ミクロン、周期約300 ミクロンである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2004-247711
【特許文献２】特開2004-51415
【特許文献３】特開2004-55799
【特許文献４】特開2008-239365
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１の方法では、種結晶膜がある凸部の割合が小さくなってしまうと、種結晶膜がフラックス中にメルトバックして消失しやすいことが判明した。
【００１０】
本発明者は、種結晶のメルトバックを防止するために、種結晶膜の厚さを数十ミクロンまで厚くすることを検討した。しかし、この場合にも、メルトバックを防止することが難しいことがわかった。これは、種結晶膜の側面からも予想外にメルトバックが速く進むために、種結晶膜を厚くしてもメルトバックによる消失を防止できないことを意味している。特許文献２、３記載のように、種結晶の幅S と種がない部分（ウイング）の幅W の比をS/W を1/3 〜1/5 にしてフラックス法を適用してみたところ、同様にメルトバックが顕著であった。
【００１１】
本発明の課題は、III 族金属窒化物単結晶の生産性が高く、製造が比較的に容易であり、種結晶膜のメルトバックを抑制できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
前記基板本体に対して、前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜を成膜し、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
前記下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のａ面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部が設けられている基板本体、および前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するIII 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を備えており、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有することを特徴とする、テンプレート基板に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明者は、基板に加工凹部を設け、成膜面および側壁面の設けられた突起を残留させた後、III 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を、成膜面および加工凹部の全体を被覆するように形成し、この下地膜上にIII 族金属窒化物単結晶を育成することを検討した。すると、成膜面上では下地膜は良好に配向し、種結晶として有効に機能することがわかった。この種結晶上に育成された窒化物単結晶は、横方向に向かって基板を覆うように成長していく。これと同時に、加工凹部上に設けられた下地膜では、結晶の配向が不十分となり、多結晶化することが判明した。このため、加工凹部上では下地膜が種結晶として機能せず、その上に単結晶膜が有効に成長しないことがわかった。
【００１５】
この結果、成膜面上の種結晶膜からIII 族金属窒化物単結晶が良好に成長することを見いだした。その上、この加工凹部上の下地膜によって、成膜面上の種結晶膜のメルトバックを防止できることを確認し、本発明に到達した。
【００１６】
このとき、本発明者らは、加工凹部の方位についても検討し、育成される六方晶窒化物単結晶のa 面同士が会合するように凹部を作製することが重要であることを、見出した。あらゆる方位について検討した結果、全く適さない方位は六方晶窒化物単結晶のｍ面同士が会合するように凹部を作製した場合であった。この理由は、成長速度の方位依存性によるものであると考察した。加工凹部からの多結晶が成長する速度よりも、未加工部から凹部へはみだして成長する方向、すなわち会合方向の成長速度が速い場合のみに、単結晶が成長した領域同士が平滑に会合し、一様な単結晶となって育成するのであり、加工凹部の多結晶が成長する速度よりも、会合方向の成長速度が遅い場合は、多結晶が単結晶に挟まった形の混合体が作成されるのである。
【００１７】
このことを確認するために、以下のような実験を行った。すなわち、六方晶窒化物単結晶のｃ面自立基板をさまざまな方向にスライスして、わずかに隙間が生じるようにして並べて配置し、フラックス法にて育成実験を行った。結果は、a 面に平行にスライスした結晶を並べて配置した場合は平滑につながって、一様なバルク単結晶が育成できたのに対し、ｍ面に平行にスライスした結晶を並べて配置した場合は、一応つながってはいるが、所々に隙間が存在し、かつ、最表面は隙間の直上部は凸凹した異常成長部となってしまった。以上の実験から、育成される六方晶窒化物単結晶のa 面同士が会合するように凹部を作製することが重要であることを見出した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、基板本体１の概略図であり、（ｂ）は、基板本体１に加工によって凹部８を設けた状態を示す概略図であり、（ｃ）は、テンプレート基板を示す概略図である。
【図２】テンプレート基板９上に窒化物単結晶６を形成した状態を示す概略図である。
【図３】育成されるIII 族金属窒化物単結晶の会合を説明する模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、基板本体のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者が平行である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、基板本体のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者が角度θで交差している。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、下地膜のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者の交差角度が３０°である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、下地膜のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者の交差角度が３０°より小さい。
【図８】実施例１において、単結晶を基板から剥離させた後、剥離面側から単結晶の会合部を観測した蛍光顕微鏡写真であり、点線部のように、a 面同士で会合している様子が確認できた。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明についてさらに詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明で使用できる基板本体１を示す。この基板本体１の成膜面１ａは、平滑に加工されており、成膜面１ａ上に、よく配向された種結晶膜を形成可能である。
【００２０】
基板本体１の成膜面１ａには、図１（ｂ）に示すように、所定形状の凹部８を形成する。この結果、基板本体１には、凹部８と、残留する突起２が形成される。突起２には、成膜面２ｂが残留するとともに、側壁面２ａが形成される。側壁面２ａおよび凹部底面３は、加工によって形成された加工面である。
【００２１】
次いで、基板本体１上に、III 族金属窒化物単結晶からなる下地膜１０を形成し、図１（ｃ）に示すテンプレート基板９を得る。下地膜１０は基板１の表面側を被覆する。このとき、下地膜１０のうち、成膜面２ｂ上には、良好に配向された種結晶膜５を形成する。しかし、凹部８に面する突起２の壁面２ａと凹部底面３とは、加工によって歪みが導入されている。この加工歪みの結果として、壁面２ａおよび凹部底面３上に形成された下地膜４Ａ、４Ｂは配向が乱れ、多結晶化する。
【００２２】
ここで、従来技術においては、突起２上の成膜面２ｂ上に種結晶膜５を形成し、凹部８の側壁面には種結晶膜の形成を試みていなかった。このため、種結晶膜５を厚く形成して膜のメルトバックの防止を試みても、側壁面２ａ側からのメルトバックの進行が速く、種結晶膜５上の膜形成を効果的に進めることが難しかった。これに対して、本発明では、下地膜１０によって、成膜面２ｂだけでなく、側壁面２ａおよび凹部底面３までの全体を被覆しているので、種結晶膜５のメルトバックを防止できる。
【００２３】
つぎに、図１（ｃ）のテンプレート基板９上に、フラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶６を形成し、図２の状態とする。この工程では、種結晶膜５上に形成された単結晶６がつながり、基板を被覆していく。これとともに、多結晶化した下地膜４Ａ、４Ｂ上にも膜６ａが形成されていく。
【００２４】
図３に模式的に示すように、育成される六方晶窒化物単結晶のａ面同士が会合面７で会合するようにする必要がある。すなわち、隣接する種結晶膜５からは、矢印Ｄのようにそれぞれ単結晶６Ａ、６Ｂが成長していき、やがて７で会合する。このとき、隣接する種結晶膜５から成長した単結晶６Ａ、６Ｂがｍ面同士が会合するように加工凹部８を形成した場合には、加工凹部から多結晶が成長する速度よりも、会合方向Ｄの成長速度が遅く、結晶が成長した領域同士が平滑に会合せず、多結晶が単結晶に挟まった形の混合体が生成した。
【００２５】
隣接する種結晶膜５から成長した単結晶が会合面７でａ軸で会合していることは、蛍光顕微鏡にて確認できた。蛍光顕微鏡像の一例を図８にしめす。蛍光顕微鏡を用いると、その不純物帯発光の様子から、成長履歴が観察できる。水銀ランプの紫外線によって、励起された電子が、結晶中の不純物準位から発光する。このとき、不純物濃度差によって、発光の強度差が木の年輪のように、観察できる。
【００２６】
基板本体の材質は特に限定されないが、サファイア、シリコン単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＧａＯ２、ＬａＡｌＯ３，ＬａＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３等のペロブスカイト型複合酸化物を例示できる。また組成式〔Ａ１−ｙ（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ｙ〕〔（Ａｌ１−ｚＧａｚ）１−ｕ・Ｄｕ〕Ｏ３（Ａは、希土類元素である；Ｄは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である；ｙ＝０．３〜０．９８；ｘ＝０〜１；ｚ＝０〜１；ｕ＝０．１５〜０．４９；ｘ＋ｚ＝０．１〜２）の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。また、SCAM（ＳｃＡｌＭｇＯ４）も使用できる。
【００２７】
基板本体への凹部の形成方法は限定されない。特に、ダイサー（ダイヤモンドブレード）により、サファイアなどの単結晶に溝入れ加工することで、低コストかつリソグラフィでは作製困難な深い溝（10ミクロン以上の深さ）を作製することができる。また、加工面が平滑かつ、加工歪みが残存し、エピレディで無ければ良く、例えば、レーザー加工でもよく、プラズマエッチング、サンドブラストでもよい。
【００２８】
凹部の深さは、凹部からの多結晶が成長するよりも早く凹部の上部が会合するようにするという観点からは、１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がさらに好ましい。一方、凹部が深すぎると、基板本体がハンドリング時に割れやすくなるので、この観点からは、１００μｍ以下が好ましい。
【００２９】
下地膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎから選ばれた一種以上の金属の窒化物であり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ，ＧａＡｌＩｎＮ等である。好ましくはＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮである。
【００３０】
下地膜の形成方法は、不純物濃度の制御性や膜厚均一性の観点からＭＯＣＶＤ法が好ましい。
【００３１】
下地膜の厚さは特に限定されない。種結晶膜のメルトバックを抑制するという観点からは、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、下地膜を厚くすると、下地膜の形成に時間がかかるので、この観点からは、下地膜の厚さを３０μｍ以下とすることができる。
【００３２】
特許文献１においては、溝幅は２０〜５００μｍであり、好ましくは１００μｍ以上であり、実施例５では、突起幅５μｍ、突起の周期３００μｍ、凹部の幅２９５μｍである。しかし、この条件では、種結晶膜がメルトバックしやすい。
【００３３】
本発明においては、凹部の幅ｂを４００μｍ以上とすることが好ましく、５００μｍ以上とすることがさらに好ましい。また、凹部の幅ｂが大きくなると、育成された単結晶がつながりにくくなるので、この観点からは、凹部の幅ｂは、１０００μｍ以下が好ましく、７００μｍ以下がさらに好ましい。
【００３４】
突起の幅ａは、単結晶育成を促進するという観点からは、１００μｍ以上が好ましく、１５０μｍ以上が更に好ましい。また、３００μｍ以下が好ましい。
【００３５】
好ましくは、突起の側壁面の長手方向と基板本体のａ軸とがなす角度θが２５°以下であり、更に好ましくは２０°以下であり、いっそう好ましくは１０°以下である。最も好ましくは、突起の側壁面の長手方向と基板本体のａ軸とが平行である。
【００３６】
ここで、ａ軸とは、六方晶単結晶の（1 1 -2 0 ）を示す。サファイア、窒化ガリウムともに、六方晶系なので、a1、a2、a3は等価であり、（2 -1 -1 0 ）、（1 1 -2 0 ）、（-1 2 -1 0 ）、（-2 1 1 0 ）、（-1 -1 2 0 ）、（1 -2 1 0 ）の６つは等価である。
この６つのうち、a 軸は慣例で（1 1 -2 0 ）を用いることが多く、本願でいうa 軸はこのすべての等価な面のことを意味し、（1 1 -2 0 ）と表記する場合でも、前記等価な軸をすべて含む。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）の例では、基板本体の材料が、六方晶のIII 族金属窒化物単結晶である。そして、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと基板本体のａ軸とが平行である。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）の例では、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと基板本体のａ軸とが交差している。そして、この交差角度θが２５°以下であり、更に好ましくは２０°以下であり、いっそう好ましくは１０°以下である。
【００３９】
また、好ましくは、突起の側壁面の長手方向と下地膜のａ軸とがなす角度θが５°以上、３０°以下であり、更に好ましくは１０〜３０°以下であり、いっそう好ましくは１５〜３０°以下である。最も好ましくは特に突起の側壁面の長手方向と下地膜のａ軸とがなす角度が３０°である。
【００４０】
すなわち、図６（ａ）、（ｂ）の例では、下地膜の材料が、六方晶のIII 族金属窒化物単結晶である。そして、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと下地膜のａ軸とのなす角度が３０°である。
【００４１】
図７（ａ）、（ｂ）の例では、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと下地膜のａ軸とのなす角度が３０°よりも小さい。
【００４２】
なお、図１〜７の例では、各突起および各凹部が、細長く一定方向に向かって延びたストライプ状であるが、これは必須要件ではない。たとえば、突起が細長いストライプ状ではなく、三角形、六角形などの形状であってよい。ただし、この場合、突起の各片における側壁面の長手方向Ａと基板本体のａ軸とがなす角度が、前述のように３０°以下であることが好ましい。また、突起の各片における側壁面の長手方向Ａと下地膜のａ軸とがなす角度が、前述のように５°〜３０°であることが好ましい。
【００４３】
また、突起を多数、基板本体上に一定間隔で形成することも可能である。たとえば、円形、楕円形、三角形、四辺形等の多角形状など、さまざまな形状をした突起を、一定間隔で縦横に基板本体上に多数形成することができる。この場合にも、突起の側壁面の長手方向Ａと基板本体のａ軸とがなす角度が３０°以下でない場合にも、育成されるIII 族金属窒化物単結晶がａ面で会合するように設計可能である。
【００４４】
次いで、下地膜上に、フラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成する。
【００４５】
フラックス法を採用すると、生産性が高い点で好ましい。この場合、フラックスの種類は、III 族金属窒化物単結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、ナトリウム金属とカルシウム金属との少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。
【００４６】
フラックスには、目的とするIII 族金属窒化物単結晶の原料を混合し、使用する。このIII 族金属窒化物単結晶は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂから選ばれた一種以上の金属の窒化物であり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ，ＧａＡｌＩｎＮ、ＢＮ等である。好ましくはＧａＮ、ＧａＡｌＮである。
【００４７】
フラックスを構成する原料は、目的とするIII 族金属窒化物単結晶に合わせて選択する。
ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００４８】
アルミニウム原料物質としては、アルミニウム単体金属、アルミニウム合金、アルミニウム化合物を適用できるが、アルミニウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００４９】
インジウム原料物質としては、インジウム単体金属、インジウム合金、インジウム化合物を適用できるが、インジウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００５０】
III 族金属窒化物単結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、目的とするIII
族金属窒化物単結晶の種類やフラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム単結晶を育成する場合には、育成温度を８００〜１０００℃とすることができる。
【００５１】
好適な実施形態においては、窒素ガスを含む混合ガスからなる雰囲気下でIII 族金属窒化物単結晶を育成する。雰囲気の全圧は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、１０気圧以上が好ましく、３０気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、２０００気圧以下が好ましく、１０００気圧以下が更に好ましい。
【００５２】
また、雰囲気中の窒素分圧も特に限定されないが、窒化ガリウム単結晶を育成する場合には１０〜２０００気圧が好ましく、１００〜１０００気圧が更に好ましい。窒化アルミニウム単結晶を育成する場合には、０．１〜５０気圧が好ましく、１〜１０気圧が更に好ましい。
【００５３】
雰囲気中の窒素以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。窒素以外のガスの分圧は、全圧から窒素ガス分圧を除いた値である。
【００５４】
本発明における実際の育成手法は特に限定されない。例えばるつぼ内でテンプレート基板をフラックス中に浸漬し、るつぼを耐圧容器に収容し、耐圧容器内に窒素含有雰囲気を供給しつつ加熱できる。また、テンプレート基板を所定位置に固定し、フラックスが収容されたルツボを上方向へと上昇させることにより、下地膜の表面にフラックスを接触させることができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム単結晶を育成した。
具体的には、直径２インチのｃ面サファイア基板本体１の表面１ａに、深さ２５ミクロン、幅０．５ｍｍの溝８を周期０．７ｍｍで多数形成した。このとき、溝方向はサファイアのa 軸（1 1 -2 0）方向に平行とした。この凹部は、ダイサー（ダイヤモンドブレードの番手＃400 ）により形成した。次いで、基板本体１上に、窒化ガリウム単結晶からなる下地膜１０をエピタキシャル成長させ、テンプレート基板９を得た。つまり、成膜面２ａは、ＧａＮ種結晶のa 面、つまり（1 1 -2 0）面となるように配向させた。
【００５６】
次いで、フラックス法によって、テンプレート基板上に窒化ガリウム単結晶６を育成した。具体的には、内径70mm、高さ50mmの円筒平底坩堝を用い、育成原料（金属Ga60ｇ、金属Na60ｇ、炭素0.1 ｇ）をグローブボックス内でそれぞれ融解して坩堝内に充填した。まずNaを充填し、その後Gaを充填することにより、Naを雰囲気から遮蔽し、酸化を防止した。坩堝内の原料の融液高さは約20mmとなった。
【００５７】
次に、坩堝内部に設置した種基板保持用の台に、前記したテンプレート基板９を1 枚、斜めに配置した。保持用の台は、テンプレート基板より一回り大きくしてあり、基板をはめ込む窪みを有している。この坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の揺動および回転が可能な台上に設置した。870 ℃・4.5MPaまで昇温加圧後、100
時間保持し溶液を揺動および回転することで撹拌しながら結晶成長させた。その後10時間かけて室温まで徐冷し、結晶を回収した。育成した結晶は２インチの種基板全面に約1.5 ｍｍのＧａＮ結晶が成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。
【００５８】
（実施例２）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝８の幅ｂを０．７ｍｍ（周期０．９ｍｍ）とした。これ以外は実施例１と同様にして単結晶を育成した。
【００５９】
（実施例３）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝８の幅ｂを０．９ｍｍ（周期１．１ｍｍ）とした。これ以外は実施例１と同様にして単結晶を育成した。
【００６０】
（実施例４）
実施例２と同様にしてテンプレート基板を作製した。次いで、ハイドライド気相成長（HVPE）装置のサセプターにテンプレート基板を配置した。常圧で、1100℃まで加熱した後、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、アンモニア（ＮＨ3 ）を原料ガスとして種基板上に流し、ＧａＮ厚膜を15時間成膜した。その後5 時間かけて室温まで徐冷し、結晶を回収した。２インチの種基板全面に約1.5 ｍｍのＧａＮ結晶が成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。目視にてクラックは確認されなかった。
【００６１】
（比較例１）
GaN テンプレートを特許文献１の実施例１と同じように作製した。次いで、このテンプレート基板を使用し、上記の実施例１と同様にしてフラックス法で窒化ガリウム単結晶の育成を行った。この結果、MOCVD 法による種結晶膜が完全にメルトバックして、サファイアのみになっており、結晶成長ができなかった。
【００６２】
（比較例２）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、実施例１とは異なり、成膜面２ａは、ＧａＮ種結晶のｍ面、つまり（１０−１０）面となるように配向させた。
この結果、窒化ガリウム単結晶６を育成できた。ただし、溝８の上部は多結晶化しており、全体が一様な単結晶ではなかった。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族金属窒化物単結晶を育成する方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム薄膜結晶は、優れた青色発光素子として注目を集めており、発光ダイオードにおいて実用化され、光ピックアップ用の青紫色半導体レーザー素子としても期待されている。
【０００３】
特許文献１では、テンプレート基板の表面に凹凸形状を形成したものを種基板として用い、Naフラックス法にてＧａＮを結晶成長させた後、凹部に形成された空隙部の近傍でフラックス法成長部分をテンプレートから分離（剥離）している。
【０００４】
特許文献２では、特許文献１と同様にして空隙部を作製し、HVPE法によりＧａＮを成長させた後、育成したＧａＮをテンプレート基板から分離している。
【０００５】
特許文献３では、空隙はないが、凹凸部分の凸部と側面をマスクしたものをテンプレート基板として用い、HVPE法によりＧａＮを成長させた後、育成したＧａＮをテンプレート基板から分離している。
【０００６】
また、特許文献４では、サファイア基板の表面に島状部を加工によって形成し、島状部の表面に種結晶膜を形成し、種結晶膜上にIII 族金属窒化物単結晶をフラックス法によって形成することが記載されている。
【０００７】
HVPE法では、結晶が横方向成長しにくいため、凹凸の周期は数十ミクロン程度と小さくなる。このため、フラックス法を用いることで、周期が0.5mm 程度まで広げることが出来ることが、特許文献１の（００５１）に記載されている。また、特許文献１の（００３５）（００５０）によると、育成結晶を分離しやすい空隙部を設けるために、種基板上の凸部（種がある部分）の割合が５０％以下、さらには１０％以下が好ましいと記載されている。具体的には、凸部1 〜5 ミクロンに対し、その周期が5 〜20ミクロンである。実施例５では、凸部5 ミクロン、周期約300 ミクロンである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2004-247711
【特許文献２】特開2004-51415
【特許文献３】特開2004-55799
【特許文献４】特開2008-239365
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
ところが、特許文献１の方法では、種結晶膜がある凸部の割合が小さくなってしまうと、種結晶膜がフラックス中にメルトバックして消失しやすいことが判明した。
【００１０】
本発明者は、種結晶のメルトバックを防止するために、種結晶膜の厚さを数十ミクロンまで厚くすることを検討した。しかし、この場合にも、メルトバックを防止することが難しいことがわかった。これは、種結晶膜の側面からも予想外にメルトバックが速く進むために、種結晶膜を厚くしてもメルトバックによる消失を防止できないことを意味している。特許文献２、３記載のように、種結晶の幅S と種がない部分（ウイング）の幅W の比をS/W を1/3 〜1/5 にしてフラックス法を適用してみたところ、同様にメルトバックが顕著であった。
【００１１】
本発明の課題は、III 族金属窒化物単結晶の生産性が高く、製造が比較的に容易であり、種結晶膜のメルトバックを抑制できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明は、基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
前記基板本体に対して、前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜を成膜し、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
前記下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のａ面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を備えていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明は、成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部が設けられている基板本体、および前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するIII 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を備えており、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有することを特徴とする、テンプレート基板に係るものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明者は、基板に加工凹部を設け、成膜面および側壁面の設けられた突起を残留させた後、III 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を、成膜面および加工凹部の全体を被覆するように形成し、この下地膜上にIII 族金属窒化物単結晶を育成することを検討した。すると、成膜面上では下地膜は良好に配向し、種結晶として有効に機能することがわかった。この種結晶上に育成された窒化物単結晶は、横方向に向かって基板を覆うように成長していく。これと同時に、加工凹部上に設けられた下地膜では、結晶の配向が不十分となり、多結晶化することが判明した。このため、加工凹部上では下地膜が種結晶として機能せず、その上に単結晶膜が有効に成長しないことがわかった。
【００１５】
この結果、成膜面上の種結晶膜からIII 族金属窒化物単結晶が良好に成長することを見いだした。その上、この加工凹部上の下地膜によって、成膜面上の種結晶膜のメルトバックを防止できることを確認し、本発明に到達した。
【００１６】
このとき、本発明者らは、加工凹部の方位についても検討し、育成される六方晶窒化物単結晶のa 面同士が会合するように凹部を作製することが重要であることを、見出した。あらゆる方位について検討した結果、全く適さない方位は六方晶窒化物単結晶のｍ面同士が会合するように凹部を作製した場合であった。この理由は、成長速度の方位依存性によるものであると考察した。加工凹部からの多結晶が成長する速度よりも、未加工部から凹部へはみだして成長する方向、すなわち会合方向の成長速度が速い場合のみに、単結晶が成長した領域同士が平滑に会合し、一様な単結晶となって育成するのであり、加工凹部の多結晶が成長する速度よりも、会合方向の成長速度が遅い場合は、多結晶が単結晶に挟まった形の混合体が作成されるのである。
【００１７】
このことを確認するために、以下のような実験を行った。すなわち、六方晶窒化物単結晶のｃ面自立基板をさまざまな方向にスライスして、わずかに隙間が生じるようにして並べて配置し、フラックス法にて育成実験を行った。結果は、a 面に平行にスライスした結晶を並べて配置した場合は平滑につながって、一様なバルク単結晶が育成できたのに対し、ｍ面に平行にスライスした結晶を並べて配置した場合は、一応つながってはいるが、所々に隙間が存在し、かつ、最表面は隙間の直上部は凸凹した異常成長部となってしまった。以上の実験から、育成される六方晶窒化物単結晶のa 面同士が会合するように凹部を作製することが重要であることを見出した。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】（ａ）は、基板本体１の概略図であり、（ｂ）は、基板本体１に加工によって凹部８を設けた状態を示す概略図であり、（ｃ）は、テンプレート基板を示す概略図である。
【図２】テンプレート基板９上に窒化物単結晶６を形成した状態を示す概略図である。
【図３】育成されるIII 族金属窒化物単結晶の会合を説明する模式図である。
【図４】（ａ）、（ｂ）は、基板本体のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者が平行である。
【図５】（ａ）、（ｂ）は、基板本体のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者が角度θで交差している。
【図６】（ａ）、（ｂ）は、下地膜のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者の交差角度が３０°である。
【図７】（ａ）、（ｂ）は、下地膜のａ軸の方位と突起側壁面の長手方向Ａとの位置関係を示す模式図であり、両者の交差角度が３０°より小さい。
【図８】実施例１において、単結晶を基板から剥離させた後、剥離面側から単結晶の会合部を観測した蛍光顕微鏡写真であり、点線部のように、a 面同士で会合している様子が確認できた。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を参照しつつ、本発明についてさらに詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明で使用できる基板本体１を示す。この基板本体１の成膜面１ａは、平滑に加工されており、成膜面１ａ上に、よく配向された種結晶膜を形成可能である。
【００２０】
基板本体１の成膜面１ａには、図１（ｂ）に示すように、所定形状の凹部８を形成する。この結果、基板本体１には、凹部８と、残留する突起２が形成される。突起２には、成膜面２ｂが残留するとともに、側壁面２ａが形成される。側壁面２ａおよび凹部底面３は、加工によって形成された加工面である。
【００２１】
次いで、基板本体１上に、III 族金属窒化物単結晶からなる下地膜１０を形成し、図１（ｃ）に示すテンプレート基板９を得る。下地膜１０は基板１の表面側を被覆する。このとき、下地膜１０のうち、成膜面２ｂ上には、良好に配向された種結晶膜５を形成する。しかし、凹部８に面する突起２の壁面２ａと凹部底面３とは、加工によって歪みが導入されている。この加工歪みの結果として、壁面２ａおよび凹部底面３上に形成された下地膜４Ａ、４Ｂは配向が乱れ、多結晶化する。
【００２２】
ここで、従来技術においては、突起２上の成膜面２ｂ上に種結晶膜５を形成し、凹部８の側壁面には種結晶膜の形成を試みていなかった。このため、種結晶膜５を厚く形成して膜のメルトバックの防止を試みても、側壁面２ａ側からのメルトバックの進行が速く、種結晶膜５上の膜形成を効果的に進めることが難しかった。これに対して、本発明では、下地膜１０によって、成膜面２ｂだけでなく、側壁面２ａおよび凹部底面３までの全体を被覆しているので、種結晶膜５のメルトバックを防止できる。
【００２３】
つぎに、図１（ｃ）のテンプレート基板９上に、フラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶６を形成し、図２の状態とする。この工程では、種結晶膜５上に形成された単結晶６がつながり、基板を被覆していく。これとともに、多結晶化した下地膜４Ａ、４Ｂ上にも膜６ａが形成されていく。
【００２４】
図３に模式的に示すように、育成される六方晶窒化物単結晶のａ面同士が会合面７で会合するようにする必要がある。すなわち、隣接する種結晶膜５からは、矢印Ｄのようにそれぞれ単結晶６Ａ、６Ｂが成長していき、やがて７で会合する。このとき、隣接する種結晶膜５から成長した単結晶６Ａ、６Ｂがｍ面同士が会合するように加工凹部８を形成した場合には、加工凹部から多結晶が成長する速度よりも、会合方向Ｄの成長速度が遅く、結晶が成長した領域同士が平滑に会合せず、多結晶が単結晶に挟まった形の混合体が生成した。
【００２５】
隣接する種結晶膜５から成長した単結晶が会合面７でａ軸で会合していることは、蛍光顕微鏡にて確認できた。蛍光顕微鏡像の一例を図８にしめす。蛍光顕微鏡を用いると、その不純物帯発光の様子から、成長履歴が観察できる。水銀ランプの紫外線によって、励起された電子が、結晶中の不純物準位から発光する。このとき、不純物濃度差によって、発光の強度差が木の年輪のように、観察できる。
【００２６】
基板本体の材質は特に限定されないが、サファイア、シリコン単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＬｉＡｌＯ２、ＬｉＧａＯ２、ＬａＡｌＯ３，ＬａＧａＯ３，ＮｄＧａＯ３等のペロブスカイト型複合酸化物を例示できる。また組成式〔Ａ１−ｙ（Ｓｒ１−ｘＢａｘ）ｙ〕〔（Ａｌ１−ｚＧａｚ）１−ｕ・Ｄｕ〕Ｏ３（Ａは、希土類元素である；Ｄは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である；ｙ＝０．３〜０．９８；ｘ＝０〜１；ｚ＝０〜１；ｕ＝０．１５〜０．４９；ｘ＋ｚ＝０．１〜２）の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。また、SCAM（ＳｃＡｌＭｇＯ４）も使用できる。
【００２７】
基板本体への凹部の形成方法は限定されない。特に、ダイサー（ダイヤモンドブレード）により、サファイアなどの単結晶に溝入れ加工することで、低コストかつリソグラフィでは作製困難な深い溝（10ミクロン以上の深さ）を作製することができる。また、加工面が平滑かつ、加工歪みが残存し、エピレディで無ければ良く、例えば、レーザー加工でもよく、プラズマエッチング、サンドブラストでもよい。
【００２８】
凹部の深さは、凹部からの多結晶が成長するよりも早く凹部の上部が会合するようにするという観点からは、１０μｍ以上が好ましく、２０μｍ以上がさらに好ましい。一方、凹部が深すぎると、基板本体がハンドリング時に割れやすくなるので、この観点からは、１００μｍ以下が好ましい。
【００２９】
下地膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎから選ばれた一種以上の金属の窒化物であり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ，ＧａＡｌＩｎＮ等である。好ましくはＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮである。
【００３０】
下地膜の形成方法は、不純物濃度の制御性や膜厚均一性の観点からＭＯＣＶＤ法が好ましい。
【００３１】
下地膜の厚さは特に限定されない。種結晶膜のメルトバックを抑制するという観点からは、１μｍ以上であることが好ましく、１０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、下地膜を厚くすると、下地膜の形成に時間がかかるので、この観点からは、下地膜の厚さを３０μｍ以下とすることができる。
【００３２】
特許文献１においては、溝幅は２０〜５００μｍであり、好ましくは１００μｍ以上であり、実施例５では、突起幅５μｍ、突起の周期３００μｍ、凹部の幅２９５μｍである。しかし、この条件では、種結晶膜がメルトバックしやすい。
【００３３】
本発明においては、凹部の幅ｂを４００μｍ以上とすることが好ましく、５００μｍ以上とすることがさらに好ましい。また、凹部の幅ｂが大きくなると、育成された単結晶がつながりにくくなるので、この観点からは、凹部の幅ｂは、１０００μｍ以下が好ましく、７００μｍ以下がさらに好ましい。
【００３４】
突起の幅ａは、単結晶育成を促進するという観点からは、１００μｍ以上が好ましく、１５０μｍ以上が更に好ましい。また、３００μｍ以下が好ましい。
【００３５】
好ましくは、突起の側壁面の長手方向と基板本体のａ軸とがなす角度θが２５°以下であり、更に好ましくは２０°以下であり、いっそう好ましくは１０°以下である。最も好ましくは、突起の側壁面の長手方向と基板本体のａ軸とが平行である。
【００３６】
ここで、ａ軸とは、六方晶単結晶の（1 1 -2 0 ）を示す。サファイア、窒化ガリウムともに、六方晶系なので、a1、a2、a3は等価であり、（2 -1 -1 0 ）、（1 1 -2 0 ）、（-1 2 -1 0 ）、（-2 1 1 0 ）、（-1 -1 2 0 ）、（1 -2 1 0 ）の６つは等価である。
この６つのうち、a 軸は慣例で（1 1 -2 0 ）を用いることが多く、本願でいうa 軸はこのすべての等価な面のことを意味し、（1 1 -2 0 ）と表記する場合でも、前記等価な軸をすべて含む。
【００３７】
図４（ａ）、（ｂ）の例では、基板本体の材料が、六方晶のIII 族金属窒化物単結晶である。そして、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと基板本体のａ軸とが平行である。
【００３８】
図５（ａ）、（ｂ）の例では、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと基板本体のａ軸とが交差している。そして、この交差角度θが２５°以下であり、更に好ましくは２０°以下であり、いっそう好ましくは１０°以下である。
【００３９】
また、好ましくは、突起の側壁面の長手方向と下地膜のａ軸とがなす角度θが５°以上、３０°以下であり、更に好ましくは１０〜３０°以下であり、いっそう好ましくは１５〜３０°以下である。最も好ましくは特に突起の側壁面の長手方向と下地膜のａ軸とがなす角度が３０°である。
【００４０】
すなわち、図６（ａ）、（ｂ）の例では、下地膜の材料が、六方晶のIII 族金属窒化物単結晶である。そして、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと下地膜のａ軸とのなす角度が３０°である。
【００４１】
図７（ａ）、（ｂ）の例では、突起２の側壁面２ａの長手方向Ａと下地膜のａ軸とのなす角度が３０°よりも小さい。
【００４２】
なお、図１〜７の例では、各突起および各凹部が、細長く一定方向に向かって延びたストライプ状であるが、これは必須要件ではない。たとえば、突起が細長いストライプ状ではなく、三角形、六角形などの形状であってよい。ただし、この場合、突起の各片における側壁面の長手方向Ａと基板本体のａ軸とがなす角度が、前述のように３０°以下であることが好ましい。また、突起の各片における側壁面の長手方向Ａと下地膜のａ軸とがなす角度が、前述のように５°〜３０°であることが好ましい。
【００４３】
また、突起を多数、基板本体上に一定間隔で形成することも可能である。たとえば、円形、楕円形、三角形、四辺形等の多角形状など、さまざまな形状をした突起を、一定間隔で縦横に基板本体上に多数形成することができる。この場合にも、突起の側壁面の長手方向Ａと基板本体のａ軸とがなす角度が３０°以下でない場合にも、育成されるIII 族金属窒化物単結晶がａ面で会合するように設計可能である。
【００４４】
次いで、下地膜上に、フラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成する。
【００４５】
フラックス法を採用すると、生産性が高い点で好ましい。この場合、フラックスの種類は、III 族金属窒化物単結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、ナトリウム金属とカルシウム金属との少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。
【００４６】
フラックスには、目的とするIII 族金属窒化物単結晶の原料を混合し、使用する。このIII 族金属窒化物単結晶は、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｂから選ばれた一種以上の金属の窒化物であり、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮ，ＧａＡｌＩｎＮ、ＢＮ等である。好ましくはＧａＮ、ＧａＡｌＮである。
【００４７】
フラックスを構成する原料は、目的とするIII 族金属窒化物単結晶に合わせて選択する。
ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００４８】
アルミニウム原料物質としては、アルミニウム単体金属、アルミニウム合金、アルミニウム化合物を適用できるが、アルミニウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００４９】
インジウム原料物質としては、インジウム単体金属、インジウム合金、インジウム化合物を適用できるが、インジウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００５０】
III 族金属窒化物単結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、目的とするIII
族金属窒化物単結晶の種類やフラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム単結晶を育成する場合には、育成温度を８００〜１０００℃とすることができる。
【００５１】
好適な実施形態においては、窒素ガスを含む混合ガスからなる雰囲気下でIII 族金属窒化物単結晶を育成する。雰囲気の全圧は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、１０気圧以上が好ましく、３０気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、２０００気圧以下が好ましく、１０００気圧以下が更に好ましい。
【００５２】
また、雰囲気中の窒素分圧も特に限定されないが、窒化ガリウム単結晶を育成する場合には１０〜２０００気圧が好ましく、１００〜１０００気圧が更に好ましい。窒化アルミニウム単結晶を育成する場合には、０．１〜５０気圧が好ましく、１〜１０気圧が更に好ましい。
【００５３】
雰囲気中の窒素以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。窒素以外のガスの分圧は、全圧から窒素ガス分圧を除いた値である。
【００５４】
本発明における実際の育成手法は特に限定されない。例えばるつぼ内でテンプレート基板をフラックス中に浸漬し、るつぼを耐圧容器に収容し、耐圧容器内に窒素含有雰囲気を供給しつつ加熱できる。また、テンプレート基板を所定位置に固定し、フラックスが収容されたルツボを上方向へと上昇させることにより、下地膜の表面にフラックスを接触させることができる。
【実施例】
【００５５】
（実施例１）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム単結晶を育成した。
具体的には、直径２インチのｃ面サファイア基板本体１の表面１ａに、深さ２５ミクロン、幅０．５ｍｍの溝８を周期０．７ｍｍで多数形成した。このとき、溝方向はサファイアのa 軸（1 1 -2 0）方向に平行とした。この凹部は、ダイサー（ダイヤモンドブレードの番手＃400 ）により形成した。次いで、基板本体１上に、窒化ガリウム単結晶からなる下地膜１０をエピタキシャル成長させ、テンプレート基板９を得た。つまり、成膜面２ａは、ＧａＮ種結晶のa 面、つまり（1 1 -2 0）面となるように配向させた。
【００５６】
次いで、フラックス法によって、テンプレート基板上に窒化ガリウム単結晶６を育成した。具体的には、内径70mm、高さ50mmの円筒平底坩堝を用い、育成原料（金属Ga60ｇ、金属Na60ｇ、炭素0.1 ｇ）をグローブボックス内でそれぞれ融解して坩堝内に充填した。まずNaを充填し、その後Gaを充填することにより、Naを雰囲気から遮蔽し、酸化を防止した。坩堝内の原料の融液高さは約20mmとなった。
【００５７】
次に、坩堝内部に設置した種基板保持用の台に、前記したテンプレート基板９を1 枚、斜めに配置した。保持用の台は、テンプレート基板より一回り大きくしてあり、基板をはめ込む窪みを有している。この坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の揺動および回転が可能な台上に設置した。870 ℃・4.5MPaまで昇温加圧後、100
時間保持し溶液を揺動および回転することで撹拌しながら結晶成長させた。その後10時間かけて室温まで徐冷し、結晶を回収した。育成した結晶は２インチの種基板全面に約1.5 ｍｍのＧａＮ結晶が成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。
【００５８】
（実施例２）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝８の幅ｂを０．７ｍｍ（周期０．９ｍｍ）とした。これ以外は実施例１と同様にして単結晶を育成した。
【００５９】
（実施例３）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、溝８の幅ｂを０．９ｍｍ（周期１．１ｍｍ）とした。これ以外は実施例１と同様にして単結晶を育成した。
【００６０】
（実施例４）
実施例２と同様にしてテンプレート基板を作製した。次いで、ハイドライド気相成長（HVPE）装置のサセプターにテンプレート基板を配置した。常圧で、1100℃まで加熱した後、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）、アンモニア（ＮＨ3 ）を原料ガスとして種基板上に流し、ＧａＮ厚膜を15時間成膜した。その後5 時間かけて室温まで徐冷し、結晶を回収した。２インチの種基板全面に約1.5 ｍｍのＧａＮ結晶が成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。目視にてクラックは確認されなかった。
【００６１】
（比較例１）
GaN テンプレートを特許文献１の実施例１と同じように作製した。次いで、このテンプレート基板を使用し、上記の実施例１と同様にしてフラックス法で窒化ガリウム単結晶の育成を行った。この結果、MOCVD 法による種結晶膜が完全にメルトバックして、サファイアのみになっており、結晶成長ができなかった。
【００６２】
（比較例２）
実施例１と同様にして窒化ガリウム単結晶を育成した。ただし、実施例１とは異なり、成膜面２ａは、ＧａＮ種結晶のｍ面、つまり（１０−１０）面となるように配向させた。
この結果、窒化ガリウム単結晶６を育成できた。ただし、溝８の上部は多結晶化しており、全体が一様な単結晶ではなかった。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
前記基板本体に対して、前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜を成膜し、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
前記下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のａ面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を備えていることを特徴とする、III 族金属窒化物単結晶の育成方法。
【請求項２】
育成される前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶または窒化アルミニウム単結晶であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記下地膜を構成する前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウム−窒化ガリウム固溶体結晶であることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記突起の前記側壁面の長手方向と前記基板本体のａ軸とがなす角度が２５°以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記突起の前記側壁面の長手方向と、前記種結晶膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶のａ軸とがなす角度が５°以上、３０°以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記側壁面および前記加工凹部の底面に加工歪みがあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項７】
成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部が設けられている基板本体、および前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するIII 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を備えており、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有することを特徴とする、テンプレート基板。
【請求項８】
前記下地膜を構成する前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウム−窒化ガリウム固溶体結晶であることを特徴とする、請求項７記載のテンプレート基板。
【請求項９】
前記突起の前記側壁面の長手方向と前記基板本体のａ軸とがなす角度が２５°以下であることを特徴とする、請求項７または８記載のテンプレート基板。
【請求項１０】
前記突起の前記側壁面の長手方向と、前記種結晶膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶のａ軸とがなす角度が５°以上、３０°以下であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板。
【請求項１１】
前記側壁面および前記加工凹部の底面に加工歪みがあることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板、および前記下地膜上にフラックス法によって形成されたIII 族金属窒化物単結晶を有することを特徴とする、複合基板。
【請求項１】
基板本体に成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部を形成する基板加工工程、
前記基板本体に対して、前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するようにIII 族金属窒化物単結晶の下地膜を成膜し、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有する種結晶形成工程、および
前記下地膜上にフラックス法によってIII 族金属窒化物単結晶を育成し、この際隣接する前記突起から成長するIII 族金属窒化物単結晶のａ面同士を互いに会合させる単結晶育成工程
を備えていることを特徴とする、III 族金属窒化物単結晶の育成方法。
【請求項２】
育成される前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶または窒化アルミニウム単結晶であることを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記下地膜を構成する前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウム−窒化ガリウム固溶体結晶であることを特徴とする、請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
前記突起の前記側壁面の長手方向と前記基板本体のａ軸とがなす角度が２５°以下であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項５】
前記突起の前記側壁面の長手方向と、前記種結晶膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶のａ軸とがなす角度が５°以上、３０°以下であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項６】
前記側壁面および前記加工凹部の底面に加工歪みがあることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の方法。
【請求項７】
成膜面と側壁面とが設けられた突起および加工凹部が設けられている基板本体、および前記成膜面、前記側壁面および前記加工凹部を被覆するIII 族金属窒化物単結晶からなる下地膜を備えており、前記下地膜が、前記成膜面上の種結晶膜と、前記側壁面および前記加工凹部の底面を被覆する多結晶膜とを有することを特徴とする、テンプレート基板。
【請求項８】
前記下地膜を構成する前記III 族金属窒化物単結晶が、窒化ガリウム単結晶、窒化アルミニウム単結晶または窒化アルミニウム−窒化ガリウム固溶体結晶であることを特徴とする、請求項７記載のテンプレート基板。
【請求項９】
前記突起の前記側壁面の長手方向と前記基板本体のａ軸とがなす角度が２５°以下であることを特徴とする、請求項７または８記載のテンプレート基板。
【請求項１０】
前記突起の前記側壁面の長手方向と、前記種結晶膜を構成するIII 族金属窒化物単結晶のａ軸とがなす角度が５°以上、３０°以下であることを特徴とする、請求項７〜９のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板。
【請求項１１】
前記側壁面および前記加工凹部の底面に加工歪みがあることを特徴とする、請求項７〜１０のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板。
【請求項１２】
請求項７〜１１のいずれか一つの請求項に記載のテンプレート基板、および前記下地膜上にフラックス法によって形成されたIII 族金属窒化物単結晶を有することを特徴とする、複合基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−６３９０８（Ｐ２０１３−６３９０８Ａ）
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２６９３３８（Ｐ２０１２−２６９３３８）
【出願日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【分割の表示】特願２００９−４３８９（Ｐ２００９−４３８９）の分割
【原出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月１１日（２０１３．４．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【分割の表示】特願２００９−４３８９（Ｐ２００９−４３８９）の分割
【原出願日】平成２１年１月１３日（２００９．１．１３）
【出願人】（０００００４０６４）日本碍子株式会社 (2,325)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]