(57)【要約】【課題】窒化物結晶の不純物濃度を低減できる下地基板、下地基板付窒化物結晶、下地基板の製造方法および窒化物結晶の製造方法を提供する。【解決手段】下地基板１０は、昇華法により窒化物結晶２１を製造するために用いられる下地基板であって、主面１１ａと、主面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する母材１１と、母材１１の裏面１１ｂに形成された保護層１２とを備え、保護層１２は、窒化物結晶２１の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板であって、
主面と、前記主面と反対側の裏面とを有する母材と、
前記母材の前記裏面に形成された保護層とを備え、
前記保護層は、前記窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である、下地基板。
【請求項２】
前記保護層は、前記母材の側面を覆う、請求項１に記載の下地基板。
【請求項３】
請求項１または２に記載の下地基板と、
前記母材の前記主面に形成された前記窒化物結晶とを備えた、下地基板付窒化物結晶。
【請求項４】
前記窒化物結晶は、５×１０16ｃｍ-3以下のシリコン濃度を有し、かつ１×１０18ｃｍ-3以下の炭素濃度を有する、請求項３に記載の下地基板付窒化物結晶。
【請求項５】
昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板の製造方法であって、
主面と、前記主面と反対側の裏面とを有する母材を準備する工程と、
前記母材の前記裏面に、前記窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を形成する工程とを備えた、下地基板の製造方法。
【請求項６】
前記保護層を形成する工程では、ターゲットの表面に荒れを生じさせ、前記ターゲットを用いたＰＬＤ法により、前記保護層を形成する、請求項５に記載の下地基板の製造方法。
【請求項７】
前記保護層を形成する工程では、前記母材の側面を覆うように前記保護層を形成する、請求項５または６に記載の下地基板の製造方法。
【請求項８】
請求項５〜７のいずれか１項に記載の下地基板の製造方法により下地基板を製造する工程と、
前記母材の前記主面上に窒化物結晶を成長する工程とを備えた、窒化物結晶の製造方法。
【請求項９】
前記窒化物結晶を成長する工程では、前記窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物で構成される坩堝内で行なう、請求項８に記載の窒化物結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は下地基板、下地基板付窒化物結晶、下地基板の製造方法および窒化物結晶の製造方法に関し、たとえば昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板およびその製造方法、この下地基板上に形成された窒化物結晶およびこの窒化物結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩｎxＡｌyＧａ(1-x-y)Ｎ層（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）（インジウムアルミニウムガリウム窒素、以下ＩｎＡｌＧａＮとも言う）などの窒化物結晶は、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】
このような窒化物結晶の成長方法として、たとえば昇華法により下地基板上に窒化物結晶を成長させる方法が知られている。昇華法による窒化物結晶の成長は、たとえば以下の工程によって実施される。すなわち、成長室の下部に窒化物多結晶原料が設置され、成長室の上部の台座に下地基板が窒化物多結晶原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、窒化物多結晶原料が昇華する温度まで窒化物多結晶原料が加熱される。この加熱により、窒化物多結晶原料が昇華して昇華ガスが生成され、窒化物多結晶原料よりも低温に設置されている下地基板の表面に窒化物結晶が成長する。
【０００４】
このように、下地基板と窒化物多結晶原料との間には窒化物多結晶原料から下地基板に向けて温度が低くなる温度勾配がある。このため、下地基板と台座との間にも下地基板から台座に向けて温度が低くなる温度勾配があり、かつ下地基板内にも窒化物多結晶原料と対向する面から台座と対向する面に向けて温度が低くなる温度勾配がある。下地基板と台座との間に隙間ができると、窒化物結晶の成長雰囲気に下地基板の裏面が曝されてしまうので、上記の温度勾配により、下地基板を構成する元素が、下地基板から台座へ、また下地基板内において高温部から低温部へ、昇華してしまう。その結果として、下地基板を貫通する穴が発生する。再結晶化がさらに進むと、下地基板の表面上に成長した窒化物結晶に、穴が発生する。したがって、下地基板の昇華を防止して、下地基板の穴の発生を抑制することが要望されている。
【０００５】
このような下地基板の昇華を防止するための技術として、たとえば、特開２００９−１３２５６９号公報（特許文献１）には、下地基板の裏面上に、粉末と溶剤とを混合した混合物を接触させて、この混合物を焼結することにより、下地基板の裏面を覆うように保護層を形成することが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−１３２５６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１の結晶の成長方法では、混合物を焼結する際または窒化物結晶の成長中に、多孔体となる場合があること、つまり、保護層が多孔体になる場合があることを本発明者は見出した。この場合には、保護層の孔に起因して粉末を構成する原子が昇華し、この原子が成長する結晶に取り込まれてしまうことを本発明者は見い出した。このため、成長する結晶の不純物濃度が高くなるという問題があることを本発明者は初めて明らかにした。
【０００８】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、窒化物結晶の不純物濃度を低減できる下地基板、下地基板付窒化物結晶、下地基板の製造方法および窒化物結晶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】
【０００９】
本発明の下地基板は、昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板であって、主面と、主面と反対側の裏面とを有する母材と、母材の裏面に形成された保護層とを備え、保護層は、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である。
【００１０】
本発明の下地基板の製造方法は、昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板の製造方法であって、主面と、主面と反対側の裏面とを有する母材を準備する工程と、母材の裏面に、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を形成する工程とを備えている。
【００１１】
本発明の下地基板および下地基板の製造方法によれば、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とした保護層を形成している。このような物質を構成する原子は、窒化物結晶を昇華法により成長する雰囲気において昇華しにくく、かつ仮に昇華した場合であっても原料の昇華ガスとの反応性が低いため、窒化物結晶に不純物として取り込まれにくいことを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、この下地基板を用いて昇華法により製造する窒化物結晶の不純物を低減することができる。
【００１２】
上記下地基板の製造方法において好ましくは、保護層を形成する工程では、ターゲットの表面に荒れを生じさせ、ターゲットを用いたＰＬＤ（Pulsed Laser Deposition：パルスレーザー堆積）法により、保護層を形成する。
【００１３】
ターゲットの表面に荒れを生じさせることにより、ターゲットの表面の光沢による全反射を抑制できるので、アブレーションを抑制できる。このため、保護層を容易に形成することができる。また、ＰＬＤ法は室温で保護層を形成できるので、工程を簡略化して保護層を形成することができる。
【００１４】
上記下地基板において好ましくは、保護層は、母材の側面を覆う。また、上記下地基板の製造方法において好ましくは、保護層を形成する工程では、母材の側面を覆うように保護層を形成する。
【００１５】
保護層が母材の側面を覆うことにより、母材の側面から保護層が昇華することを抑制でき、かつ仮に保護層が昇華した場合であっても、窒化物結晶に不純物として取り込まれにくい。このため、この下地基板を用いて昇華法により製造する窒化物結晶の不純物をより低減することができる。
【００１６】
本発明の下地基板付窒化物結晶は、上記下地基板と、母材の主面に形成された窒化物結晶とを備えている。
【００１７】
本発明の下地基板付窒化物結晶によれば、上記保護層を備えた下地基板を用いているので、窒化物結晶を形成する際に、保護層を構成する物質の原子が昇華しにくく、かつこの物質の原子が窒化物結晶に取り込まれることを抑制できる。このため、下地基板上に形成された窒化物結晶の不純物濃度を低減することができる。
【００１８】
上記下地基板付窒化物結晶において好ましくは、窒化物結晶は、５×１０16ｃｍ-3以下のシリコン（Ｓｉ）濃度を有し、かつ１×１０18ｃｍ-3以下の炭素（Ｃ）濃度を有する。
【００１９】
上記下地基板を用いて窒化物結晶を成長しているので、成長雰囲気に含まれるＳｉ濃度およびＣ濃度を上記範囲まで低減した窒化物結晶を実現できる。不純物濃度を上記範囲まで低減できるので、半導体デバイスに用いる場合に、キャリア濃度を制御できる。このため、本発明の下地基板付窒化物結晶を半導体デバイスの材料として好適に用いることができる。
【００２０】
本発明の窒化物結晶の製造方法は、上記下地基板の製造方法により下地基板を製造する工程と、母材の主面上に窒化物結晶を成長する工程とを備えている。
【００２１】
本発明の窒化物結晶の製造方法によれば、上記保護層を備えた下地基板を用いて窒化物結晶を製造しているので、窒化物結晶を成長する工程時に、保護層を構成する物質の原子が昇華しにくく、かつこの物質の原子が成長する窒化物結晶に取り込まれることを抑制できる。このため、下地基板上に成長する窒化物結晶の不純物濃度を低減することができる。
【００２２】
上記窒化物結晶の製造方法において好ましくは、窒化物結晶を成長する工程では、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物で構成される坩堝内で行なう。
【００２３】
これにより、坩堝を構成する原子も、窒化物結晶を昇華法により成長する雰囲気において昇華しにくく、かつ仮に昇華した場合であっても窒化物結晶に不純物として取り込まれにくいことを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、この坩堝を用いることで、昇華法により製造する窒化物結晶の不純物をさらに低減することができる。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の下地基板、下地基板付窒化物結晶、下地基板の製造方法および窒化物結晶の製造方法によれば、不純物濃度を低減した窒化物結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】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２】本発明の実施の形態２における下地基板付窒化物結晶を概略的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態２における窒化物結晶の製造装置を概略的に示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態３における下地基板を概略的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施の形態４における下地基板付窒化物結晶を概略的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
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。
【００２７】
（実施の形態１）
図１を参照して、本実施の形態における下地基板１０を説明する。本実施の形態における下地基板１０は、昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板である。図１に示すように、下地基板１０は、母材１１と、保護層１２とを備えている。
【００２８】
母材１１は、主面１１ａと、主面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する。母材１１は、たとえば炭化珪素（ＳｉＣ）基板、サファイア基板などを用いることができ、ＳｉＣ基板を用いることが好ましい。
【００２９】
母材１１は、たとえば２インチ以上の大きさの主面１１ａを有することが好ましい。この場合、大口径の窒化物結晶を成長させることができる。また、母材１１は、たとえば１ｍｍ以上５０ｍｍ以下の厚さを有する。
【００３０】
保護層１２は、母材１１の裏面１１ｂに形成されている。保護層１２は、成長する窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とし、残部が不可避的不純物である。ここで、上記「融点」とは、１気圧での融点を意味する。このような材料として、窒化物結晶がＩｎＡｌＧａＮの場合、保護層１２はたとえばＴａ（タンタル）、Ｗ（タングステン）、Ｒｅ（レニウム）およびそれらの合金、ＴａＣ（炭化タンタル）、ＷＣ（炭化タングステン）、ＴｉＮ（窒化チタン）などを用いることができる。窒化物結晶がＧａＮの場合、保護層１２は、たとえばＡｌＮ（窒化アルミニウム）などをさらに用いることができる。このような物質は、窒化物結晶との反応性が低く、高温での耐熱性に優れているので、好適に用いられる。
【００３１】
保護層１２は、０．０１ｍｍ以上１０ｍｍ以下の厚さを有することが好ましい。０．０１ｍｍ以上の場合、母材１１を保護する効果を高めることができる。１０ｍｍ以下の場合、母材１１との熱膨張率係数の差が大きくなることを抑制できるので、下地基板１０に発生する反りを抑制できる。これにより、保護層１２にクラックが入ることを抑制できるので、保護層１２の割れによる昇華を抑制できる。
【００３２】
続いて、本実施の形態における昇華法により窒化物結晶を製造するために用いられる下地基板１０の製造方法について説明する。
【００３３】
まず、主面１１ａと、主面１１ａと反対側の裏面１１ｂとを有する母材１１を準備する。
【００３４】
次に、母材１１の裏面１１ｂに、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層１２を形成する。この工程では、たとえば上述した材料の保護層１２を形成する。
【００３５】
この工程では、たとえばＰＬＤ法、スパッタ法などにより、保護層１２を形成する。ＰＬＤ法により保護層１２を形成する場合には、ターゲットの表面に荒れを生じさせ、このターゲットを用いたＰＬＤ法を採用することが好ましい。ターゲットの表面を粗くすることができるので、ターゲットの表面の光沢による全反射を抑制できる。このため、アブレーションを抑制できるので、保護層１２の膜付きがよく、母材１１に保護層１２を容易に形成することができる。また、ＰＬＤ法は室温で保護層１２を形成できるので、工程を簡略化できる。また、スパッタ法により保護層１２を形成する場合には、保護層１２の膜厚を容易に大きくできる。
【００３６】
以上の工程を実施することにより、図１に示す下地基板１０を製造することができる。
以上説明したように、本実施の形態における下地基板１０およびその製造方法によれば、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属、窒化物、炭化物、窒化物の合金、および炭化物の合金からなる群より選ばれた少なくとも一種の物質を主成分とした保護層１２を形成している。このような物質を構成する原子は、窒化物結晶を昇華法により成長する雰囲気において昇華しにくく、かつ仮に昇華した場合であっても窒化物結晶に不純物として取り込まれにくいことを本発明者は鋭意研究の結果見い出した。このため、この下地基板１０を用いて昇華法により製造する窒化物結晶の不純物を低減することができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図２を参照して、本実施の形態における下地基板付窒化物結晶２０について説明する。下地基板付窒化物結晶２０は、実施の形態１の下地基板１０と、母材１１の主面１１ａに形成された窒化物結晶２１とを備えている。つまり、下地基板付窒化物結晶２０は、保護層１２と、保護層１２上に形成された母材１１と、母材１１上に形成された窒化物結晶２１とを備えている。
【００３８】
窒化物結晶２１は、たとえばＩｎＡｌＧａＮであり、好ましくは窒化アルミニウム（ＡｌＮ）である。窒化物結晶２１は、たとえば１ｍｍ以上の厚さを有する。
【００３９】
窒化物結晶２１は、不純物濃度が低く、たとえば、５×１０16ｃｍ-3以下のシリコン濃度を有し、１×１０18ｃｍ-3以下の炭素濃度を有している。ここで、シリコン濃度および炭素濃度は、たとえばＳＩＭＳにより測定される値である。このようにアンドープで窒化物結晶を成長させる場合に不純物濃度を低くできる場合、ドーパントをドーピングした窒化物結晶のキャリア濃度を制御することができる。このため、下地基板付窒化物結晶２０および窒化物結晶２１を半導体デバイスの材料として好適に用いることができる。
【００４０】
また、下地基板付窒化物結晶２０において、母材１１の裏面１１ｂにおける劣化面積（孔があいている面積）の割合は、５０％以下が好ましく、１０％以下がより好ましい。ここで、母材１１の劣化面積の割合は、たとえば目視、光学顕微鏡などにより測定される。この場合、母材１１の主面１１ａ上に形成された窒化物結晶２１に孔が発生することを抑制できる。
【００４１】
続いて、図１〜図３を参照して、本実施の形態における下地基板付窒化物結晶２０の製造方法について説明する。本実施の形態では、図３に示す窒化物結晶の製造装置１００を用いて、昇華法により下地基板付窒化物結晶２０を製造する。
【００４２】
ここで、図３を参照して、本実施の形態の下地基板付窒化物結晶２０の製造に使用可能な成長装置である製造装置１００の主要な構成について説明する。この製造装置１００は、昇華法により結晶成長する装置である。
【００４３】
図３に示すように、製造装置１００は、坩堝１０１と、加熱体１２１と、反応容器１２３と、加熱部１２５とを主に備えている。
【００４４】
坩堝１０１の材料は特に限定されないが、窒化物結晶２１の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物で構成されることが好ましい。この坩堝１０１は、排気口１０１ａを有している。この坩堝１０１の周りには、坩堝１０１の内部と外部との通気を確保するように加熱体１２１が設けられている。この加熱体１２１の周りには、反応容器１２３が設けられている。この反応容器１２３の外側中央部には、加熱体１２１を加熱するための高周波加熱コイルなどの加熱部１２５が設けられている。
【００４５】
加熱体１２１および反応容器１２３の一方端部には、反応容器１２３内に配置された坩堝１０１へたとえば窒素ガスなどのキャリアガスを流すための導入口１２１ａ、１２３ａと、反応容器１２３の外部へキャリアガスを排出するための排出口１２１ｂ、１２３ｂとを有している。
【００４６】
また、反応容器１２３の上部および下部には、坩堝１０１の上方および下方の温度を測定するための放射温度計１２７ｂ、１２７ａが設けられている。
【００４７】
なお、上記製造装置１００は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００４８】
まず、図１に示す実施の形態１の下地基板１０を準備する。準備した下地基板１０は、坩堝１０１の上部に設置する。
【００４９】
次に、窒化物結晶２１の原料１７を準備する。原料１７は、たとえばＡｌＮ結晶を製造する場合には、多結晶のＡｌＮである。準備した原料１７は、下地基板１０と互いに向かい合うように、坩堝１０１の下部に設置する。
【００５０】
次に、下地基板１０の主面１１ａ上に窒化物結晶２１を成長する。具体的には、原料１７が昇華する温度まで原料１７を加熱部１２５により加熱する。この加熱により、原料１７が昇華して昇華ガスを生成する。この昇華ガスを、原料１７よりも低温に設置されている下地基板１０の主面１１ａに再度固化させる。これにより、下地基板１０上に窒化物結晶２１が成長する。
【００５１】
この工程では、下地基板１０の母材１１および保護層１２が昇華されることを抑制でき、かつ仮に保護層１２が昇華した場合でも保護層１２を構成する金属と窒化物結晶２１との反応性が低いため、窒化物結晶２１に下地基板１０を構成する原子が窒化物結晶２１に取り込まれることを抑制できる。このため、成長する窒化物結晶２１の不純物濃度を低減できる。このような窒化物結晶２１として、たとえば、上述したように、Ｓｉ濃度を５×１０16ｃｍ-3以下まで低減でき、かつＣ濃度を１×１０18ｃｍ-3以下まで低減することができる。なお、結晶に含まれるＣおよびＳｉは、製造装置１００に含まれる元素である。たとえば、反応容器１２３、加熱体１２１などはＳｉＯ2（二酸化ケイ素）を含み、加熱部１２５などはＣを含む。
【００５２】
この工程では、上記下地基板１０を用いて窒化物結晶２１を成長しているので、成長雰囲気に含まれるＳｉ濃度およびＣ濃度を上記範囲まで低減した窒化物結晶２１を実現できる。窒化物結晶２１の不純物濃度を上記範囲まで低減することによって、半導体デバイスに用いる場合に、キャリア濃度を制御できる。このため、本発明の下地基板付窒化物結晶２０および窒化物結晶２１を半導体デバイスの材料として好適に用いることができる。
【００５３】
なお、この工程では、成長する窒化物結晶２１にドーパントをドーピングしてもよい。この場合には、上述したように、キャリア濃度を制御した窒化物結晶２１を成長することができる。
【００５４】
またこの工程では、窒化物結晶２１の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物で構成される坩堝１０１内で行なうことが好ましい。ここで、上記「融点」とは、１気圧での融点を意味する。このような坩堝１０１の材料として、たとえばＴａ、Ｗ、Ｒｅ、それらの合金などが挙げられる。このような金属は、輻射率が高く、耐熱性が高く、工業的に利用可能である点で有利である。特に、窒化物半導体との反応性が低く、高温での耐熱性に優れているので、坩堝１０１はＴａであることが好ましい。この場合、原料１７を昇華させる温度において坩堝１０１が昇華されることを抑制できるので、坩堝１０１を構成する原子が窒化物結晶２１に取り込まれることも抑制できる。このため、成長する窒化物結晶２１の不純物濃度をさらに低減することができる。
【００５５】
以上の工程を実施することにより、図２に示す下地基板付窒化物結晶２０を製造することができる。さらに、下地基板付窒化物結晶２０から少なくとも下地基板１０を除去することにより、窒化物結晶２１を製造してもよい。
【００５６】
以上説明したように、本実施の形態における下地基板付窒化物結晶２０および窒化物結晶２１の製造方法によれば、実施の形態１で説明した保護層１２を備えた下地基板１０を用いて窒化物結晶２１を製造している。これにより、窒化物結晶２１を成長する工程時に、保護層１２を構成する物質の原子が昇華しにくく、かつこの物質の原子が成長する窒化物結晶２１に取り込まれることを抑制できる。このため、下地基板１０上に成長する窒化物結晶２１の不純物濃度を低減することができる。
【００５７】
このように本実施の形態における下地基板付窒化物結晶２０および窒化物結晶２１は、不純物濃度を低減できるので、たとえばトンネル磁気抵抗素子、巨大磁気抵抗素子などの種々の磁気抵抗効果を利用した機能デバイス、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（ＦＥＴ）、スピンＦＥＴ、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デバイスなどに好適に広く用いることができる。
【００５８】
（実施の形態３）
図４を参照して、本実施の形態における下地基板３０を説明する。本実施の形態における下地基板３０は、基本的には図１に示す実施の形態１における下地基板１０と同様であるが、保護層１２が母材１１の側面１１ｃをさらに覆っている点において異なる。つまり、本実施の形態における保護層１２は、母材１１の裏面１１ｂおよび側面１１ｃに形成され、母材１１の主面１１ａが保護層１２から露出している。
【００５９】
本実施の形態における下地基板３０の製造方法は、基本的には実施の形態１における下地基板１０の製造方法と同様であるが、保護層１２を形成する工程では、母材１１の側面１１ｃを覆うように保護層１２を形成する点において異なる。
【００６０】
本実施の形態における下地基板によれば、保護層１２が母材１１の側面１１ｃも覆っているので、母材１１の裏面１１ｂおよび側面１１ｃから昇華することを抑制でき、かつ仮に保護層１２が昇華した場合であっても、窒化物結晶に不純物として取り込まれにくい。このため、この下地基板３０を用いて昇華法により製造する窒化物結晶の不純物をより低減することができる。また、保護層１２により、裏面１１ｂおよび側面１１ｃからの母材１１の劣化を抑制することができる。
【００６１】
（実施の形態４）
図５を参照して、本実施の形態における下地基板付窒化物結晶４０を説明する。本実施の形態における下地基板付窒化物結晶４０は、基本的には図２に示す実施の形態２における下地基板付窒化物結晶２０と同様であるが、保護層１２が母材１１の側面１１ｃをさらに覆っている点において異なる。つまり、本実施の形態における保護層１２は、母材１１の裏面１１ｂおよび側面１１ｃに形成され、母材１１の主面１１ａ上に窒化物結晶２１が形成されている。
【００６２】
なお、図４に示す窒化物結晶２１は、保護層１２上にも形成されているが、保護層１２の一部上に形成されていてもよく、母材１１上にのみ形成され保護層１２上に形成されていなくてもよい。
【００６３】
本実施の形態における下地基板付窒化物結晶４０の製造方法は、基本的には実施の形態２における下地基板付窒化物結晶２０の製造方法と同様であるが、保護層１２を形成する工程において、母材１１の側面１１ｃを覆うように保護層１２を形成する点において異なる。つまり、本実施の形態では、図４に示す実施の形態３の下地基板３０を用いて窒化物結晶２１を成長する。
【実施例１】
【００６４】
本実施例では、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を備えた下地基板の効果について調べた。
【００６５】
（本発明例１〜３）
実施の形態１にしたがって本発明例１〜３の下地基板を製造し、実施の形態２にしたがって本発明例１〜３の下地基板上に窒化物結晶を成長して、本発明例１〜３の下地基板付窒化物結晶２０をそれぞれ製造した。
【００６６】
具体的には、まず、母材１１として、主面１１ａが（０００１）面のＳｉＣ単結晶基板を準備した。その後、スパッタ法により母材１１の裏面１１ｂに、保護層１２を形成した。保護層１２はＴａを主成分とし、残部が不可避的不純物であった。保護層１２の厚さは下記の表１に記載の通りであった。これにより、本発明例１〜３の下地基板１０を製造した。準備した下地基板１０は、坩堝１０１の内部に配置した。
【００６７】
また、原料１７としてのＩｎＡｌＧａＮを、坩堝１０１の内部に、下地基板１０に対向するように配置した。
【００６８】
次に、キャリアガスとしてＮ2ガスを流して、Ｎ2雰囲気で、成長温度を２０００℃として、Ｔａよりなる坩堝１０１の内部で、窒化物結晶２１としてＩｎＡｌＧａＮ結晶を成長した。
【００６９】
冷却後、本発明例１〜３の下地基板付窒化物結晶を製造装置１００から取り出した。その結果、下地基板１０の主面１１ａ上に、１ｍｍの厚さを有するＩｎＡｌＧａＮ結晶がそれぞれ形成されていた。
【００７０】
以上の工程を実施することにより、本発明例１〜３の下地基板付窒化物結晶２０を製造した。
【００７１】
（比較例１）
比較例１の下地基板は、基本的には本発明例１〜３と同様に製造したが、カーボンからなる保護層を形成した点において異なっていた。具体的には、カーボンペーストを下地基板の裏面に接着することで、比較例１の下地基板を製造した。また、比較例１の下地基板の保護層の厚さは１ｍｍとした。その後、比較例１の下地基板の主面上に、本発明例１〜３と同様に、窒化物結晶としてのＩｎＡｌＧａＮを成長した。
【００７２】
（評価方法）
本発明例１〜３および比較例１の下地基板付窒化物結晶について、目視および光学顕微鏡により、母材であるＳｉＣ単結晶基板の裏面の面積に対して、孔が発生した面積の割合を測定した。その結果を下記の表１に「劣化面積」として記載する。
【００７３】
また、本発明例１〜３および比較例１の窒化物結晶の不純物濃度として、Ｓｉ濃度およびＣ濃度をＳＩＭＳにより測定した。その結果を下記の表１に「Ｓｉ濃度」、「Ｃ濃度」として記載する。
【００７４】
【表１】
2011144099.tif 000003
【００７５】
（評価結果）
表１に記載のように、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を備えた下地基板を用いて窒化物結晶を製造した本発明例１〜３では、Ｓｉ濃度を５×１０16ｃｍ-3以下まで低減でき、かつＣ濃度を１×１０18ｃｍ-3以下まで低減できた。さらに、本発明例１〜３では、母材１１の劣化面積の割合を５０％以下に低減できた。
【００７６】
一方、Ｃからなる保護層を用いた下地基板を用いて窒化物結晶を製造した比較例１では、本発明例１〜３と比較して、Ｓｉ濃度およびＣ濃度が高かった。これは、窒化物結晶の成長雰囲気で、保護層であるカーボンペーストのＣ原子が昇華して、窒化物結晶に混入したためと考えられる。
【００７７】
以上説明したように、本実施例によれば、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を備えた下地基板を用いることにより、この下地基板上に形成する窒化物結晶の不純物濃度を低減できることが確認できた。
【実施例２】
【００７８】
本実施例では、母材の側面をさらに覆う保護層を備えた下地基板の効果について調べた。
【００７９】
（本発明例４〜６および比較例２）
実施の形態３にしたがって本発明例４〜６の下地基板を製造し、実施の形態４にしたがって本発明例４〜６の下地基板上に窒化物結晶を成長して、本発明例４〜６の下地基板付窒化物結晶４０をそれぞれ製造した。
【００８０】
本発明例４〜６および比較例２の各々の下地基板および下地基板付窒化物結晶の製造方法は、基本的には本発明例１〜３および比較例１の下地基板および下地基板付窒化物結晶の製造方法と同様に製造したが、母材の側面をさらに覆うように保護層を形成した点において異なっていた。
【００８１】
具体的には、まず、母材１１の裏面１１ｂをターゲットに対向させて、スパッタ法により裏面１１ｂに保護層１２を形成した。その後、母材１１の成長側表面である主面１１ａをレジストで保護し、母材１１をターゲットに垂直にした状態で回転させながらスパッタ成膜を実施することにより、母材１１の側面１１ｃにも保護層１２を形成した。本発明例４〜６および比較例２の保護層１２の各々の厚さは、裏面１１ｂ側は本発明例１〜３および比較例１と同一とし、側面１１ｃ側は下記の表２に記載の通りであった。これにより、本発明例４〜６および比較例２の下地基板を製造した。また、本発明例４〜６および比較例２の下地基板上に、本発明例１〜３、比較例１と同様に、窒化物結晶を成長した。これにより、本発明例４〜６および比較例２の下地基板付窒化物結晶を製造した。
【００８２】
（評価方法）
本発明例４〜６および比較例２の下地基板付窒化物結晶について、目視および光学顕微鏡により、母材であるＳｉＣ単結晶基板の側面の面積に対して、孔が発生した面積の割合を測定した。その結果を下記の表２に「劣化面積」として記載する。なお、本発明例４〜６および比較例２の下地基板付窒化物結晶においてＳｉＣ単結晶基板の裏面の面積に対して孔が発生した各々の割合は、本発明例１〜３および比較例１と同様であった。
【００８３】
また、本発明例４〜６および比較例１の窒化物結晶の不純物濃度を実施例１と同様に測定した。その結果を下記の表２に記載する。
【００８４】
【表２】
2011144099.tif 000004
【００８５】
（評価結果）
表２に記載のように、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する金属を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を、母材の裏面および側面に備えた下地基板を用いて窒化物結晶を製造した本発明例４〜６では、Ｓｉ濃度を５×１０16ｃｍ-3以下まで低減でき、かつＣ濃度を１×１０18ｃｍ-3以下まで低減できた。さらに、本発明例４〜６は、裏面からの母材１１の劣化面積を５０％以下に低減できるとともに、側面からの母材１１の劣化面積の割合を３０％以下に低減できた。
【００８６】
一方、Ｃからなる保護層を用いた下地基板を用いて窒化物結晶を製造した比較例２では、側面に保護層を形成しても、本発明例４〜６と比較して、Ｓｉ濃度およびＣ濃度が高かった。
【００８７】
以上説明したように、本実施例によれば、母材の側面をさらに覆う保護層を備えた下地基板を用いることにより、母材の裏面および側面からの劣化を抑制できることが確認できた。
【実施例３】
【００８８】
本実施例では、窒化物、炭化物、窒化物の合金、または炭化物の合金からなる保護層を備えた下地基板の効果について調べた。
【００８９】
実施例１および２の本発明例１〜６の保護層は、Ｔａを主成分とし、残部が不可避的不純物であった。本実施例では、本発明例１〜６の保護層の材料をＴｉから窒化物、炭化物、窒化物の合金、または炭化物の合金にそれぞれ変更して、本発明例１〜６と同様に下地基板および下地基板付窒化物結晶を製造した。なお、窒化物としてはＡｌＮとし、炭化物としてはＴａＣとし、窒化物の合金としてはＴｉＮとし、炭化物の合金としてはＷＣとした。
【００９０】
そして、実施例１および２と同様に評価したところ、窒化物、炭化物、窒化物の合金、または炭化物の合金からなる保護層を備えた下地基板を用いることで、劣化面積の割合、Ｓｉ濃度およびＣ濃度について、保護層の主成分をＴａとした本発明例１〜６と同様の結果が得られた。
【００９１】
このため、本実施例によれば、窒化物結晶の融点よりも高い融点を有する窒化物、炭化物、窒化物の合金、または炭化物の合金を主成分とし、残部が不可避的不純物である保護層を備えた下地基板を用いることにより、この下地基板上に形成する窒化物結晶の不純物濃度を低減できることが確認できた。
【００９２】
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および実施例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】
【００９３】
１０，３０  下地基板、１１  母材、１１ａ  主面、１１ｂ  裏面、１１ｃ  側面、１２  保護層、１７  原料、２０，４０  下地基板付窒化物結晶、２１  窒化物結晶、１００  製造装置、１０１  坩堝、１０１ａ  排気口、１２１  加熱体、１２１ａ，１２３ａ  導入口、１２１ｂ，１２３ｂ  排出口、１２３  反応容器、１２５  加熱部、１２７ａ，１２７ｂ  放射温度計。
【図１】
2011144099.tif 000005
【図２】
2011144099.tif 000006
【図３】
2011144099.tif 000007
【図４】
2011144099.tif 000008
【図５】
2011144099.tif 000009