(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基体およびこの基体上に形成された複数列の帯状種結晶層を備えている種結晶基板、および前記種結晶基板上に結晶成長した１３族元素窒化物結晶層を備える複合基板であって、
前記種結晶層の上面が（１１−２２）面であり、隣り合う前記種結晶層の間に溝が形成されており、前記溝の長手方向が前記種結晶層を構成する結晶のｃ軸を前記上面に投影した方向であり、前記種結晶層の前記溝に面する側面がｍ面であることを特徴とする、複合基板。
【請求項２】
複数の前記種結晶層が互いに分離されていることを特徴とする、請求項１記載の複合基板。
【請求項３】
前記種結晶層が窒化ガリウム単結晶からなることを特徴とする、請求項１または２記載の複合基板。
【請求項４】
前記１３族元素窒化物結晶層が窒化ガリウム結晶からな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記載の複合基板。
【請求項５】
前記１３族元素窒化物結晶層が研磨されてい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複合基板。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の複合基板、および前記１３族元素窒化物結晶層上に気相法によって形成された１３族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子。
【請求項７】
前記機能層が発光機能を有することを特徴とする、請求項６記載の機能素子。
【請求項８】
基体、およびこの基体上に形成された複数列の帯状種結晶層を備えている種結晶基板であって、
前記種結晶層の上面が（１１−２２）面であり、隣り合う前記種結晶層の間に溝が形成されており、前記溝の長手方向が前記種結晶層を構成する結晶のｃ軸を前記上面に投影した方向であり、前記種結晶層の前記溝に面する側面がｍ面であることを特徴とする、種結晶基板。
【請求項９】
複数の前記種結晶層が互いに分離されていることを特徴とする、請求項８記載の種結晶基板。
【請求項１０】
前記種結晶層が窒化ガリウム単結晶からなることを特徴とする、請求項８または９記載の種結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム結晶層等の１３族元素窒化物を有する複合基板、およびこれを利用した機能素子に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気相法によって窒化ガリウム結晶層を成膜する方法では、結晶成長に伴う転位の曲がりが困難であるため、種結晶表面へのＥＬＯやＰＳＳサファイアを用いた成長のように強制的な低転位化を施さないと、低転位化が困難であった。
【０００３】
一方、Ｎａフラックス法では、成膜された窒化ガリウム結晶が種結晶基板の転位を引き継ぐ。しかし、結晶成長に伴い、刃状転位が曲げられ、転位が集合して欠陥密度が低減されるため、強制的な低転位化を起こさなくとも、種結晶基板よりもその上の窒化ガリウム結晶の結晶品質を向上させることができる。
【０００４】
現在のところ、種結晶基板のｃ面（極性面）上に窒化ガリウム結晶をフラックス法等で成膜する方法は多数の技術が提案され、開発が進んでおり、低転位の結晶が安定して得られている。しかし、非極性の種結晶基板上に窒化ガリウム結晶を成膜する方法は開発が進んでおらず、実用化が強く望まれている。
【０００５】
種結晶基板に多数の帯状の種結晶層を形成することによって、その上に形成される窒化ガリウム結晶層の欠陥を低減し、窒化ガリウム結晶層を自然剥離させて自立基板を形成する方法が提案されている［特許文献１（特開2010-163288）：特許文献２（特開2009-018975）：特許文献３（特開2009-018972）：特許文献４（WO 2011/004904 A1）］。しかし、これらは種結晶基板の極性面（ｃ面）上に窒化ガリウム結晶を成膜するものであり、ＥＬＯ（エピタキシャル  ラテラル  グロース）を利用したものである。
【０００６】
一方、非極性の種結晶層上に窒化ガリウム結晶を成膜する場合、非極性特有の低欠陥技術としては、特許文献５(特許4908467）、特許文献６(特許4793132）、特許文献７(特許4935700）、特許文献８(特開2012-37153）、特許文献９（WO2012/121154）、非特許文献１（Appl. Phys. Lett. 88、061908）、非特許文献２（Appl. Phys. Lett. 98、121916）などが挙げられる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】Appl.Phys. Lett. 88、061908 (2006)
【非特許文献２】Appl.Phys. Lett. 98、121916 (2012)
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開2010-163288
【特許文献２】特開2009-018975
【特許文献３】特開2009-018972
【特許文献４】WO2011/004904 A1
【特許文献５】特許4908467
【特許文献６】特許4793132
【特許文献７】特許4935700
【特許文献８】特開2012-37153
【特許文献９】WO2012/121154
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明者は、フラックス法により作製した低転位ＧａＮテンプレートを用い、ＭＯＣＶＤ法にて、ＬＥＤやパワーデバイスの機能を実現する構造を成膜することを研究していた。ＧａＮテンプレート基板とは、基板上に種結晶層および窒化ガリウム結晶層を設けてなる基板であり、この上に機能層をさらに形成するためのテンプレートとなるものである。
【００１０】
特に、この際、非極性のＧａＮテンプレート上に窒化ガリウム結晶を成膜することが求められていた。
【００１１】
しかし、種結晶の非極性面、すなわち（１１−２２）面上にフラックス法で１３族元素窒化物結晶層を育成してみると、１３族元素窒化物結晶層中に多数のボイドが層状に積み重なって現れるという現象が生じた。こうした現象は液相法にて初めて顕著化したもので、未知のものであり、種結晶層のｃ面上に１３族元素窒化物結晶層を成膜したときには現れなかったものである。
【００１２】
本発明の課題は、成長面が（１１−２２）面である非極性の種結晶基板上に１３族元素窒化物を成膜するのに際して、１３族元素窒化物の欠陥を低減し、層状のボイド発生を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、基体およびこの基体上に形成された複数列の帯状種結晶層を備えている種結晶基板、および前記種結晶基板上に結晶成長した１３族元素窒化物結晶層を備える複合基板であって、
前記種結晶層の上面が（１１−２２）面であり、隣り合う前記種結晶層の間に溝が形成されており、前記溝の長手方向が前記種結晶層を構成する結晶のｃ軸を前記上面に投影した方向であり、前記種結晶層の前記溝に面する側面がｍ面であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、基体、およびこの基体上に形成された複数列の帯状種結晶層を備えている種結晶基板であって、
前記種結晶層の上面が（１１−２２）面であり、隣り合う前記種結晶層の間に溝が形成されており、前記溝の長手方向が前記種結晶層を構成する結晶のｃ軸を前記上面に投影した方向であり、前記種結晶層の前記溝に面する側面がｍ面であることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、前記複合基板、および前記１３族元素窒化物結晶層上に気相法によって形成された１３族元素窒化物からなる機能層を備えていることを特徴とする、機能素子に係るものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明者は、成長面が（１１−２２）面である非極性の種結晶基板上に１３族元素窒化物を成膜するのに際して、上述したように層状のボイドが発生する原因について種々検討した。
【００１７】
すなわち、成長面が平坦であると、成長面上の多数の核発生点から結晶の成長が始まることになる。核発生点は成長面上にランダムに分布するものと考えられる。一方、隣接する核発生点から成長した結晶は、結晶のa軸で会合するものと考えられるが、このとき核発生点がランダムに分布する結果、会合点もランダムに分布して、ｍ面同士での会合となる。この結果、隣り合う核発生点から成長した結晶同士が互いに[−１−１２３]方向で不完全な会合となり、多数のボイドが生成したものと考えられた。
【００１８】
本発明者は、こうした仮説に基づき、成長面が（１１−２２）面である非極性の種結晶基板上に１３族元素窒化物を育成するのに際して、ｃ軸を種結晶層の上面に投影した方向に向かって延びる溝を形成することを想到した。この溝の両側には帯状の種結晶膜が形成されることになる。
【００１９】
これによって、溝の両側にある種結晶層には溝に面してｍ面が露出する。この上に１３族元素窒化物がエピタキシャル成長するときに、種結晶層のｍ面が核発生および成長の起点となり、それぞれの起点から成長した結晶が、c軸方向で会合し易くなる。このように、各核発生点から成長した結晶のｃ軸方向の会合が優先的に秩序良く進むため、１３族元素窒化物のボイドを抑制すると共に、その欠陥密度を低くでき、優れた複合基板を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】図１（ａ）は、溝を形成する前の種結晶基板を示す模式図であり、図１（ｂ）は、溝を形成した種結晶基板６を示す模式図であり、図１（ｃ）は、複合基板８を示す模式図である。
【図２】図２(ａ)は、図１（ｂ）の種結晶基板６の平面図であり、図２（ｂ）は、種結晶基板６の側面図であり、図２（ｃ）は、結晶成長を説明するための模式図である。
【図３】図３（ａ）は、他の実施形態に係る種結晶基板６Ａの平面図であり、図３（ｂ）は、種結晶基板６Ａの側面図である。
【図４】図４（ａ）は、１３族元素窒化物結晶層を研磨した後の複合基板８Ａを示す図であり、図４（ｂ）は、複合基板８Ａ上に機能層１０を形成した機能素子１１を示す図であり、図４（ｃ）は、複合基板８Ａ上に機能層１０Ａを形成した機能素子１１Ａを示す図である。
【図５】図５は、上面の法線Ｐと結晶方位との関係を示す模式図である。
【図６】図６は、実施例において得られた１３族元素窒化物の外観を示す写真である。
【図７】図７は、実施例において形成した帯状種結晶層および溝のパターンを示す写真である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照しつつ、本発明を更に詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、基体１の成長面１ａ上に種結晶層２を形成する。この際、種結晶層２と基体１との間には、下地層や応力緩和層を更に形成することも可能である。また、成長面１ａが、基体を構成する結晶の（１１−２２）面となるようにする。すなわちこの種結晶基板は非極性とする。
【００２２】
次いで、図１（ｂ）に示すように、種結晶層２を加工し、複数の溝４を形成する。各溝４の両側には、それぞれ、帯状の種結晶層３が形成される。これを種結晶基板６とする。この種結晶基板６上に、図１（ｃ）に示すように、１３族元素窒化物結晶層７を形成することによって、複合基板８を得ることができる。
【００２３】
複合基板６においては、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、複数列の溝４が形成されている。各溝４は、ｃ軸を上面３ａに投影した方向Ｌに向かって延びている。すなわち、各溝４の長手方向が、ｃ軸を上面３ａに投影した方向Ｌとなっている。また、各溝４の両側に帯状の種結晶層３が形成されている。この結果として、各種結晶層３も、ｃ軸を上面３ａに投影した方向Ｌに向かって延びている。言い換えると、溝の長手方向は、ｃ軸[0001]方向が種結晶層上面に投射された方向（[-1-123]方向）となる。この結果、各種結晶層３の溝４に面する側面３ｂはｍ面となる。なお、５は、基体１の溝４への露出面である。
【００２４】
この種結晶基板６上に１３族元素窒化物をエピタキシャル成長させると、種結晶層３の上面３ａおよび側面３ｂの両方に核発生点が生ずる。
【００２５】
ここで、特に図２（ｃ）に示すように、側面３ｂ上の核発生点９は、溝４に沿って一列に配列されることになる。これと同時に、側面３ｂはｍ面になっているので、各核発生点９から成長する結晶１８は、ｃ軸方向に会合して連続し易くなる。このようにｃ軸方向の会合が規則的に行われる結果、層状のボイドが発生しにくくなると共に、得られた結晶中に残留する欠陥も少なくなる。
【００２６】
なお、従来技術としてＳＥＬＯなどの技術がある。しかし、ＳＥＬＯは、結晶のｍ面に溝を設けることにより帯状種結晶層の側面をｃ面とし、そのｃ面から優先的に結晶成長させて半極性面を得る技法である。このため、ｃ面からの成長を限定するために、ｃ面以外の表面をマスクするなど成長面以外の結晶成長起点を抑制する。しかし、成長起点面はｃ面であり、本特許と成長起点の方向が異なる。また、フラックス法はa面などｃ面と垂直な方向に成長が促進されるため、表面は結晶の自形が出るために蛇腹状になり、該主面と平行にならない。
【００２７】
なお、帯状の種結晶層は、図２に示すように互いに分離されていて良いが、図３に示すように互いに連結されていてもよい。すなわち、図３（ａ）、（ｂ）の例では、種結晶層３Ａが複数列配列されており、隣り合う種結晶層３Ａの間に前述の溝４Ａが形成されている。しかし、本例では、各溝の末端において更に連結部１１が設けられており、隣り合う種結晶層３Ａは連結部１１によって互いに一続きになっている。連結部１１は種結晶層３Ａと同時に成形される。
【００２８】
本発明においては、種結晶層の上面３ａが（１１−２２）面であり、溝５の長手方向Ｌが、種結晶層を構成する結晶のｃ軸を上面に投影した方向である。
【００２９】
ここで、図５に示すように、ｃ軸（［０００２］方位）と［１１−２２］方位がなす角度は５６°である。種結晶層の上面３ａが（１１−２２）面であるということは、上面３ａの法線Ｐと［１１−２２］方位とが幾何学的に厳密に一致する場合を含んでいるが、上面３ａの法線Ｐと［１１−２２］方位とが幾何学的に厳密に一致することを求めるものではない。本発明は、基板上に成長させる結晶の品質を向上させるために、上面３ａの法線Ｐを［１１−２２］方位からわずかに傾けて、オフ角を持たせる場合を含む。オフ角θとしては±０．５°以内であることが望ましい。この場合、［１１−２２］方位は、法線Ｐを中心として、オフ角θ以下の角度だけ傾斜した領域Ｒの範囲内に存在する。このオフ角方向は、[−１−１２３]方向、[１−１００]方向、もしくは[−１−１２３]方向及び[１−１００]方向の合成ベクトル方向に設けることが好ましい。
【００３０】
従って、本発明では、上面３ａの法線Ｐとｃ軸とがなす角度は５６°±（０°〜θ）（好ましくは５６°±（０°〜０．５°））になる。
【００３１】
以下、本発明の各要素について更に説明する。
（基体）
本発明において、基体は、１３族元素窒化物の成長が可能であるかぎり、特に限定されない。サファイア、シリコン単結晶、α- ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ２Ｏ４）、ＬｉＡｌＯ2 、ＬｉＧａＯ2等を例示できる。
【００３２】
本発明の観点からは、１３族元素窒化物結晶層の剥離を抑制するため、基体の厚さを１３族元素窒化物結晶層の厚さよりも厚くすることが好ましい。そのため、基体の厚さは、２００〜２０００μｍとすることが好ましく、３００〜１０００μｍとすることが更に好ましい。
【００３３】
（下地層）
基体と種結晶層との間には適宜下地層を形成することもできる。下地層の形成方法は気相成長法であるが、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、ＭＢＥ法、昇華法を例示できる。
【００３４】
下地層の厚さは特に限定されないが、０．０１μｍ以上が好ましく、０．１μｍ以上がさらに好ましい。また厚過ぎると成膜に時間がかり、効率が悪いので、３．０μｍ以下が望ましく、１．５μｍ以下がさらに好ましい。また、下地層の材質は、後述するような１３族元素窒化物が好ましい。
【００３５】
（種結晶層）
種結晶層は、一層であってよく、あるいは複数層であって良い。また、種結晶層の形成方法は気相成長法を好ましい一例として挙げることができ、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。
【００３６】
種結晶層の転移密度は、種結晶層上に設ける１３族元素窒化物の転移密度を低減するという観点から、低いことが望ましい。この観点からは、種結晶層の転移密度は、７×１０８ｃｍ−２以下が好ましく、５×１０８ｃｍ−２以下が更に好ましい。また、種結晶層の転移密度は品質の点からは低いほど良いので、下限は特にないが、一般的には、５×１０７ｃｍ−２以上であることが多い。
【００３７】
種結晶層の材質は１３族元素窒化物である。１３族元素窒化物については後述する。
【００３８】
本発明では、種結晶層が帯状をなしており、これらの間に溝が形成されている。この加工方法としては、ドライエッチングやウェットエッチング、機械加工などがあげられる。
【００３９】
また、ボイドの抑制および欠陥低減という観点からは、溝４の幅ＷＧ（図２（ａ）、図３（ａ）参照）は、０．１μｍ以上が好ましく、０．３μｍ以上が更に好ましく、０．５μｍ以上が一層好ましい。また、溝４の幅ＷＧは、オーバーグロースの観点から、２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が更に好ましく、３０μｍ以下が一層好ましく、５μｍ以下が特に好ましい。
【００４０】
また、ボイドの抑制および欠陥低減という観点からは、溝４の配列周期Ｐは、０．５μｍ以上が好ましく、１μｍ以上が更に好ましく、５μｍ以上が一層好ましく、１０μｍ以上が特に好ましい。また、溝４の配列周期Ｐは、３２００μｍ以下が好ましく、２０００μｍ以下が更に好ましく、３００μｍ以下が一層好ましく、１００μｍ以下が特に好ましい。ただし、溝４の配列周期とは、一つの溝４の幅ＷＧとこれに隣接する帯状種結晶層の幅との合計値である。
【００４１】
なお、溝の長手方向を、［０００１］方向が基体表面に投影された方向と垂直な［１０−１０］方向とすることによっても、種結晶層上に形成される１３族元素窒化物の欠陥を低減することはできる。しかし、こうした溝を形成すると、上述のボイドが発生し易くなるため、こうした溝は少ない方が良く、存在しないことが更に好ましい。
【００４２】
（１３族元素窒化物結晶層）
本発明によれば、１３族元素窒化物結晶層と基体との自然剥離が生ずると、複合基板として利用できない。ここで、１３族元素窒化物結晶層表面に現れるの蛇腹状の谷部での厚さ（成膜時の厚さ）を３００μｍ以下とすることで、１３族元素窒化物結晶層の基体からの自然剥離が生じにくいようにすることが好ましい。この観点からは、１３族元素窒化物結晶層の最小厚さは、２００μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下が更に好ましく、５０μｍ以下が更に好ましい。
【００４３】
また、１３族元素窒化物結晶層の厚さは、種結晶層の転位をフラックス法による結晶育成時に消滅させ、その最表面の結晶性を良好なものとする、という観点からは、５μｍ以上が好ましく、１０μｍ以上が更に好ましい。
【００４４】
また、１３族元素窒化物結晶層の表面を研磨することによって、その上の機能層の品質を更に向上させることができる。研磨方法は、例えばダイヤポリッシュ、CMP、ドライエッチングがあげられる。
【００４５】
また、１３族元素窒化物結晶層の研磨後の厚さは、２００μｍ以下が好ましく、５０μｍ以下が更に好ましい。
【００４６】
例えば、図４（ａ）に示すように、１３族元素窒化物結晶層を研磨し、研磨済の窒化ガリウム結晶層７Ａを形成し、複合基板８Ａとすることができる。
【００４７】
本願でいう単結晶の定義について述べておく。結晶の全体にわたって規則正しく原子が配列した教科書的な単結晶を含むが、それのみに限定する意味ではなく、一般工業的に流通している意味である。すなわち、結晶がある程度の欠陥を含んでいたり、歪みを内在していたり、不純物がとりこまれていたりしていてもよく、多結晶（セラミックス）と区別して、これらを単結晶と呼んで用いているのと同義である。
【００４８】
１３族元素窒化物単結晶のウルツ鉱構造は、ｍ面、ｃ面、およびａ面を有する。これらの各結晶面は結晶学的に定義されるものである。
【００４９】
またここでいう１３族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第１３族元素のことである。１３族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属（錫、ビスマス、銀、金）、高融点金属（鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属）が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。この１３族元素窒化物は、特に好ましくは、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＧａＡｌＮである。
【００５０】
１３族元素窒化物結晶層はフラックス法によって育成できる。この際、フラックスの種類は、１３族元素窒化物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、アルカリ金属とアルカリ土類金属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。
【００５１】
フラックスには、ガリウム等の原料物質を混合し、使用する。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。アルミニウム、インジウム原料物質としては、アルミニウム、インジウム単体金属、アルミニウム合金やインジウム合金、アルミニウム化合物、インジウム化合物を適用できるが、アルミニウム単体金属、インジウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
【００５２】
フラックス法における１３族元素窒化物結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、フラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウム含有フラックスを用いて結晶を育成する場合には、育成温度を８００〜９５０℃とすることが好ましく、８５０〜９００℃とすることが更に好ましい。
【００５３】
フラックス法では、窒素原子を含む気体を含む雰囲気下で単結晶を育成する。このガスは窒素ガスが好ましいが、アンモニアでもよい。雰囲気の圧力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、５００気圧以下が更に好ましい。雰囲気中の窒素原子を含む気体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。
【００５４】
（機能層）
複合基板上には、更に機能層を形成し、機能素子を得ることができる。例えば、図４（ｂ）に示すように、複合基板８Ａ上に機能層１０を形成し、機能素子１１を得る。ここで、機能層１０は複数層形成することができる。例えば、図４（ｃ）の例では、発光素子構造１０Ａを形成している。これによって、転位密度の少ない発光素子構造が得られることから、発光素子１１Ａの内部量子効率が向上する。
【００５５】
発光素子構造１０Ａは、例えば、ｎ型半導体層、このｎ型半導体層上に設けられた発光領域およびこの発光領域上に設けられたｐ型半導体層を備えている。図４（ｃ）の発光素子１１Ａでは、１３族元素窒化物結晶層７Ａ上に、ｎ型コンタクト層１０ａ、ｎ型クラッド層１０ｂ、活性層１０ｃ、ｐ型クラッド層１０ｄ、ｐ型コンタクト層１０ｅが形成されており、発光素子構造１０Ａを構成する。
【００５６】
こうした機能層は、単一層であってよく、複数層であってよい。また、機能としては、高輝度・高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータ用のパワーデバイスなどに用いることができる。
【００５７】
複合基板上に気相法、好ましくは有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ）法により半導体発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製すると、ＬＥＤ内部の転位密度が複合基板と同等となる。
【００５８】
機能層の成膜温度は、成膜速度の観点から、９５０℃以上が好ましく、１０００℃以上が更に好ましい。また、クラックを抑制するという観点からは、機能層の成膜温度は、１２００℃以下が好ましく、１１５０℃以下が更に好ましい。
【００５９】
機能層の材質は、１３族元素窒化物が好ましい。１３族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第１３族元素のことである。１３族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属（錫、ビスマス、銀、金）、高融点金属（鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属）が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。
【実施例】
【００６０】
（実施例１）
図１、図２および図４（ａ）を参照しつつ説明したようにして複合基板８Ａを作製した。
【００６１】
（種結晶基板作製）
具体的には、（１１−２２）面を主面に持つＧａＮテンプレート基板を用意した。すなわち、直径４インチの単結晶サファイアｃ面基体１をＭＯＣＶＤ炉（有機金属気相成長炉）内に入れ、水素雰囲気中で１１５０℃にて１０分間加熱し、表面のクリーニングを行った。次いで、基体の温度を５００℃まで下げ、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、アンモニアを原料として窒化ガリウム層を３０ｎｍの厚さに成長させた。次いで、基体の温度を１０８０℃まで上げ、ＴＭＧとアンモニアとを原料として窒化ガリウム層を３μｍの厚さに成長させ、種結晶層２を形成した。
【００６２】
次いで、得られた基板に対してフォトリソグラフィによりパターン化されたＳｉＯ２マスクを施し、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）により溝４および帯状種結晶層３を形成し、種結晶基板６を得た。溝４の幅ＷＧは５μｍであり、種結晶層の幅は４５μｍであり、溝４の形成周期Ｐは５０μｍである。溝はウェハーの端から逆端までつながっている。
【００６３】
（フラックス法）
この種結晶基板６上に、Ｎａフラックス法にて窒化ガリウム結晶層７を育成した。成長に用いた原料は、金属ガリウム、金属ナトリウムおよび金属リチウムである。アルミナるつぼに金属ガリウム３０ｇ、金属ナトリウム４０ｇ、金属リチウム３０ｍｇをそれぞれ充填して、炉内温度８５０℃・圧力４．０ＭＰａの窒素雰囲気下にて窒化ガリウム単結晶を約５０時間育成した。反応後、室温まで冷却し、フラックスをエタノールにて化学反応除去した。この結果、蛇腹状山部２６８μｍ、谷部２５０μｍの厚さを持つ無色透明結晶が成長していた。研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にはボイドは発生していなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均７〜８×１０５ｃｍ−２であった。
【００６４】
なお、図６は、本例において得られた１３族元素窒化物の外観を示す写真であり、図７は、本例において形成した帯状種結晶層および溝のパターンを示す写真である。
【００６５】
（実施例２）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、実施例１と異なり、溝幅ＷＧを３０μｍとし、種結晶層の幅を１００μｍとし、溝の配列周期を１３０μｍとした。この結果、蛇腹状山部３０２μｍ、谷部２２０μｍの厚さを持つ無色透明の窒化ガリウム結晶層を得た。
【００６６】
研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にはボイドは発生していなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均８〜９×１０５／ｃｍ−２であった。
【００６７】
（比較例１）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、実施例１と異なり、図１（ａ）に図示した種結晶基板をフラックス法に供し、種結晶層２に溝４を形成しなかった。この結果、山部２９０μｍ、谷部２５２μｍの成長厚さを持つ無色透明の窒化ガリウム結晶を得た。
【００６８】
しかし、この結晶に研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にボイドが不規則に発生していた。断面観察をしたところ、発生しているボイドは種結晶基板と窒化ガリウム結晶層との界面から［０００１］方向に伸びていることが確認された。また、研磨厚さを変更しても、ボイドのない研磨面を得ることはできなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、２×１０５〜７×１０６ｃｍ−２と分布が大きかった。
【００６９】
（実施例３）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、実施例１と異なり、溝幅ＷＧを３０μｍとし、種結晶層の幅を１０００μｍとし、溝の配列周期を１０３０μｍとした。この結果、蛇腹状山部１０７０μｍ、谷部２１１μｍの厚さを持つ無色透明の窒化ガリウム結晶層を得た。
【００７０】
研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にはボイドは発生していなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均１０〜１５×１０５／ｃｍ−２であった。
【００７１】
（実施例４）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、実施例１と異なり、溝幅ＷＧを１５０μｍとし、種結晶層の幅を２００μｍとし、溝の配列周期を３５０μｍとした。この結果、蛇腹状山部３６５μｍ、谷部２１１μｍの厚さを持つ無色透明の窒化ガリウム結晶層を得た。
【００７２】
研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にはボイドは発生していなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均６〜１５×１０５／ｃｍ−２であった。また、谷部において会合するまでの成長量ムラが大きく見られた。
【００７３】
（実施例５）
実施例１と同様にして複合基板を作製した。ただし、実施例１と異なり、溝幅ＷＧを３０μｍとし、種結晶層の幅を２５００μｍとし、溝の配列周期を２５３０μｍとした。この結果、蛇腹状山部２３８０μｍ、谷部２００μｍの厚さを持つ無色透明の窒化ガリウム結晶層を得た。
【００７４】
研磨を施して顕微鏡にて表面観察をしたところ、研磨面にはボイドは発生していなかった。また、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均２０〜４０×１０５／ｃｍ−２であった。すなわち、転位密度が若干増加した。
【００７５】
（用途）
本発明は、高品質であることが要求される技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。
【図１】
0006004550.tif 000002
【図２】
0006004550.tif 000003
【図３】
0006004550.tif 000004
【図４】
0006004550.tif 000005
【図５】
0006004550.tif 000006
【図６】
0006004550.tif 000007
【図７】
0006004550.tif 000008