(57)【要約】      （修正有）【課題】従来に比べて窒化ガリウム結晶の更なる低転位化を実現し、窒化ガリウム結晶のより一層の高品質化を可能とする窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板、窒化ガリウム結晶の製造方法、及び窒化ガリウム結晶を提供する。【解決手段】サファイア基板１１のＣ面上に複数の微小凸部１２を形成した窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板１０において、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積の５％以上の割合を占めるものである。前記サファイア基板１０上に窒化ガリウム結晶を成長させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
サファイア基板のＣ面上に複数の微小凸部を形成した窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板において、
前記サファイア基板のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域が前記微小凸部の表面積の５％以上の割合を占めることを特徴とする窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板。
【請求項２】
請求項１に記載の窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板上に窒化ガリウム結晶を成長させることを特徴とする窒化ガリウム結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の製造方法により製造されたことを特徴とする窒化ガリウム結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板、窒化ガリウム結晶の製造方法、及び窒化ガリウム結晶に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム系発光ダイオード（ＬＥＤ）の光取出効率を向上させるための手段として、サファイア基板のＣ面上に、円錐状若しくは多角形錐状の微小凸部又は微小凹部等の凹凸部を形成し、その上に窒化ガリウム結晶を平坦になるまで成長させ、更にその上に発光層を形成するという手法が用いられる（例えば、特許文献１又は２）。
【０００３】
これらの手法は、表面に凹凸部が形成されたサファイア基板上に窒化ガリウム結晶を成長させると、成長初期の島状成長が促進され、転位同士が会合、消滅することで、平坦な表面のサファイア基板上に窒化ガリウム結晶を成長させた場合に比べて転位の少ない窒化ガリウム結晶が得られるという効果もあり、窒化ガリウム結晶の高品質化にも有効である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２００５２３号公報
【特許文献２】特開２００６−６６４４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、窒化ガリウム結晶のより一層の高品質化が求められており、前述した手法の改良が望まれている。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、従来に比べて窒化ガリウム結晶の更なる低転位化を実現し、窒化ガリウム結晶のより一層の高品質化を可能とする窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板、窒化ガリウム結晶の製造方法、及び窒化ガリウム結晶を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この目的を達成するために創案された本発明は、サファイア基板のＣ面上に複数の微小凸部を形成した窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板において、前記サファイア基板のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域が前記微小凸部の表面積の５％以上の割合を占める窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板である。
【０００８】
また、本発明は、前記窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板上に窒化ガリウム結晶を成長させる窒化ガリウム結晶の製造方法である。
【０００９】
また、本発明は、前記製造方法により製造されたことを特徴とする窒化ガリウム結晶である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、従来に比べて窒化ガリウム結晶の更なる低転位化を実現し、窒化ガリウム結晶のより一層の高品質化を可能とする窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板、窒化ガリウム結晶の製造方法、及び窒化ガリウム結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施の形態に係る窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板を示す図である。
【図２】窒化ガリウム結晶構造を示す図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は微小凸部の形成方法とその傾斜面の角度を調整する方法を説明する図である。
【図４】数値限定の根拠を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好適な実施の形態を添付図面にしたがって説明する。
【００１３】
図１に示すように、本実施の形態に係る窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板１０は、サファイア基板１１のＣ面（その微傾斜面も含む）上に複数の微小凸部１２を形成したものであり、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積の５％以上の割合を占めることを特徴とする。
【００１４】
サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面は、その上に窒化ガリウム結晶を成長させた場合に、窒化ガリウム結晶のＲ面（１０−１２面）となる面である。その理由を以下に述べる。
【００１５】
異種材料が接合される際には、接合を形成するために必要なエネルギが最小となるように、また異種材料間の格子ひずみを緩和するように、それぞれの材料が接合面内で結晶軸の方位をずらした形で接合される。そのため、サファイア基板１１上に窒化ガリウム結晶を成長させる場合には、図２に示すように、窒化ガリウム結晶１４がサファイア基板１１との接合面でサファイア基板１１の結晶軸に対して３０度回転して成長される。
【００１６】
よって、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面は、窒化ガリウム結晶１４を成長させる際に回転し、結局、窒化ガリウム結晶１４のｍ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面、即ち窒化ガリウム結晶１４のＲ面となるのである。
【００１７】
窒化ガリウム結晶１４のＲ面は、数ある結晶面の中でも安定しており、窒化ガリウム結晶１４の成長時における原料の取込効率が低い面である。そのため、微小凸部１２の傾斜面上にある程度の面積でＲ面に近い領域１３が存在すると、Ｒ面上での成長が他の面上よりも遅いため、窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板１０上に窒化ガリウム結晶１４のＲ面で囲まれた六角錐状の構造が形成される。
【００１８】
この六角錐状の構造は、Ｒ面で囲まれているため、Ｒ面以外の面からなる凹凸が形成される場合に比べて安定であり、六角錐状の構造が窒化ガリウム結晶１４の成長時に長時間維持され、従来に比べて島状成長が長く続くこととなる。そうすると、転位同士の会合、消滅が従来に比べてより促進され、得られる窒化ガリウム結晶１４の更なる低転位化が実現される。
【００１９】
このようなＲ面からなる六角錐状の構造を得るためには、先に述べたように、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積の５％以上の割合を占める必要があるのである。
【００２０】
なお、表面形状をＡＦＭ（原子間力顕微鏡）で測定すれば、表面の微小部分の面積と基準面に対する角度を求めることができる。このＡＦＭを用いて、領域１３の基準を満たす部分の面積の合計と、微小凸部１２との面積とをそれぞれ求めて、面積割合を算出した。
【００２１】
ここで、微小凸部１２を形成する方法と、その傾斜面の角度を調整する方法とについて述べる。
【００２２】
図３に示すように、先ずサファイア基板１１のＣ面上にレジスト１５を塗布する（図３（ａ））。その後、レジスト１５中の余分な有機溶剤を蒸発させるため、レジスト１５が塗布されたサファイア基板１１をホットプレート上に載置し、数分間の予備加熱を行う。このときの温度はレジスト１５の種類によって異なるが、ノボラック系樹脂を用いた場合には１２０℃程度である。
【００２３】
そして、パターンの露光、現像、及び洗浄等を行い、フォトレジストパターン１６を形成する（図３（ｂ））。このとき、六角形パターンのフォトレジストパターン１６を形成することで、この後の工程で図１に示したような丸みを帯びた六角錐状の微小凸部１２を形成することができ、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積に占める割合を好適に制御することが可能となる。
【００２４】
次いで、予備加熱の温度よりも低い１００℃程度に温度制御された紫外線照射装置により、サファイア基板１１上のフォトレジストパターン１６に紫外線を照射し、レジスト樹脂を架橋、硬化させる。
【００２５】
その後、サファイア基板１１を予備加熱の温度よりも高い１５０℃程度に加熱し、予備加熱で除去しきれなかったレジスト１５中の有機溶剤を完全に除去する。予備加熱時に高温で処理すれば、有機溶剤を完全に除去することができるが、その後のパターンの露光等の処理に悪影響を与え、所望のフォトレジストパターン１６が形成できなくなる可能性があるため、２段階で加熱することが好ましい。
【００２６】
続いて、プラズマエッチング装置にサファイア基板１１を入れ、Ｃｌ2ガス、ＢＣｌ3ガス、及びＡｒガス等を供給した後、プラズマを生成し、サファイア基板１１のエッチングを行うと、微小凸部１２が形成される（図３（ｃ））。
【００２７】
このとき、例えば、エッチング時間を長くすることで、微小凸部１２に徐々に傾斜面が形成されていくと共に、その傾斜面がなだらかになっていく（図３（ｄ）〜（ｆ））。つまり、エッチング時間等のエッチングの条件を調整することにより、微小凸部１２の傾斜面の角度を調整することが可能である。
【００２８】
このようにして、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積の５％以上の割合を占めるように、微小凸部１２の傾斜面の角度を調整する。
【００２９】
これらの方法により、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積に占める割合をエッチング時間を調整することにより０％から５０％まで調整して、得られた窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板上にそれぞれ窒化ガリウム結晶を成長させた。そして、それぞれの窒化ガリウム結晶についてＲ面とＣ面におけるＸ線ロッキングカーブの半値幅を測定したところ、表１及び図４に示すような結果が得られた。
【００３０】
【表１】
2014034481.tif 000003
【００３１】
表１及び図４から分かるように、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積に占める割合が５％未満である場合には、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が大きく、５％以上である場合には割合が高いほどＸ線ロッキングカーブの半値幅が小さくなっている。
【００３２】
割合が５％未満であると、窒化ガリウム結晶の成長中にそのＲ面が消失し、成長の早い段階で窒化ガリウム結晶の表面が平坦化されてしまい、その他の面が窒化ガリウム結晶の成長に対して優勢となるため、前述したような効果を得ることができなかったものと考えられる。
【００３３】
よって、サファイア基板１１のａ軸方向を向きＣ面からの角度が４３．２度の面を基準面としてそこから±１０度以内の領域１３が微小凸部１２の表面積に占める割合が５％以上となるように調整する。
【００３４】
これまで説明してきた構造の窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板１０を用いて、その上に窒化ガリウム結晶１４を成長させると、従来に比べて窒化ガリウム結晶１４の更なる低転位化を実現でき、窒化ガリウム結晶１４のより一層の高品質化が可能となる。
【００３５】
従って、本発明によれば、従来に比べて窒化ガリウム結晶の更なる低転位化を実現し、窒化ガリウム結晶のより一層の高品質化を可能とする窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板、窒化ガリウム結晶の製造方法、及び窒化ガリウム結晶を提供することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、フォトレジストパターン１６を六角形パターンとしたが、円形パターンで形成しても構わない。
【符号の説明】
【００３７】
１０  窒化ガリウム結晶成長用サファイア基板
１１  サファイア基板
１２  微小凸部
１３  領域
１４  窒化ガリウム結晶
１５  レジスト
１６  フォトレジストパターン
【図１】
2014034481.tif 000004
【図２】
2014034481.tif 000005
【図３】
2014034481.tif 000006
【図４】
2014034481.tif 000007