(57)【要約】【課題】従来よりも高い歩留まりが実現される１３族窒化物層含有積層体の作製方法を提供する。【解決手段】１３族窒化物からなる結晶層を含む積層体を作製する方法が、種基板の上に１３族窒化物層が積層されてなるテンプレート基板を用意するテンプレート基板準備工程と、テンプレート基板の上に少なくとも一または複数の１３族窒化物結晶層を積層する積層工程と、積層工程によって得られた積層構造体からレーザーリフトオフ法によって種基板を分離する分離工程と、を備え、テンプレート基板準備工程が、種基板の上に、第１の１３族窒化物からなる下側窒化物層を形成する第１準備工程と、下側窒化物層上に、第２の１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層を形成する第２準備工程と、ドロップレット含有層の上に、第３の１３族窒化物からなる上側窒化物層を形成する第３準備工程と、を備えるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１３族窒化物からなる結晶層を含む積層体を作製する方法であって、
種基板の上に１３族窒化物層が積層されてなるテンプレート基板を用意するテンプレート基板準備工程と、
前記テンプレート基板の上に少なくとも一または複数の１３族窒化物結晶層を積層する積層工程と、
前記積層工程によって得られた積層構造体からレーザーリフトオフ法によって前記種基板を分離する分離工程と、
を備え、
前記テンプレート基板準備工程が、
前記種基板の上に、第１の１３族窒化物からなる下側窒化物層を形成する第１準備工程と、
前記下側窒化物層上に、第２の１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層を形成する第２準備工程と、
前記ドロップレット含有層の上に、第３の１３族窒化物からなる上側窒化物層を形成する第３準備工程と、
を備えることを特徴とする１３族窒化物層含有積層体の作製方法。
【請求項２】
請求項１に記載の積層体の作製方法であって、
前記積層工程が、Ｎａフラックス法により前記１３族窒化物厚膜層を形成する工程を含む、
ことを特徴とする１３族窒化物層含有積層体の作製方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の積層体の作製方法であって、
前記積層工程が、ＭＯＣＶＤ法により前記１３族窒化物結晶層を形成する工程を含む、
ことを特徴とする１３族窒化物層含有積層体の作製方法。
【請求項４】
１３族窒化物の自立基板を作製する方法であって、
請求項２に記載の積層体の作製方法によって前記１３族窒化物層含有積層体を得る積層体作製工程と、
前記１３族窒化物層含有積層体から、少なくとも前記下側窒化物層と前記ドロップレット含有層とを除去する除去工程と、
を備えることを特徴とする１３族窒化物自立基板の作製方法。
【請求項５】
発光素子用の母基板を作製する方法であって、
請求項３に記載の積層体の作製方法によって前記１３族窒化物層含有積層体を得る積層体作製工程と、
前記１３族窒化物層含有積層体から、前記下側窒化物層と前記ドロップレット含有層と前記上側窒化物層とを除去する除去工程と、
を備え、
前記積層工程として、
ｎ型の導電型を呈する１３族窒化物層であるｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、
前記ｎ型半導体層の上に相異なる２つの１３族窒化物層を繰り返し交互に積層してなる発光層を形成する発光層形成工程と、
前記発光層の上に、ｐ型の導電型を呈する１３族窒化物層であるｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、
を行うことを特徴とする発光素子用の母基板の作製方法。
【請求項６】
主面上に１３族窒化物からなる結晶層を積層形成可能な種基板と、
第１の１３族窒化物からなり、前記種基板の上に形成されてなる下側窒化物層と、
前記下側窒化物層上に形成されてなり、第２の１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層と、
第３の１３族窒化物からなり、前記ドロップレット含有層の上に形成されてなる上側窒化物層と、
を備えることを特徴とする１３族窒化物テンプレート基板。
【請求項７】
主面上に１３族窒化物からなる結晶層を積層形成可能な種基板と、
前記種基板の上に形成されてなる主１３族窒化物層と、
１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層と、
を備え、
前記ドロップレット含有層が前記主１３族窒化物層の途中に介在してなる、
ことを特徴とする１３族窒化物テンプレート基板。
【請求項８】
請求項６または請求項７に記載の１３族窒化物テンプレート基板であって、
前記種基板がレーザーリフトオフ法によって分離可能である、
ことを特徴とする１３族窒化物テンプレート基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、１３族窒化物層を含む積層体の製造方法に関し、特に、積層体作製途中における種基板の分離に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばＧａＮなどの１３族窒化物の単結晶自立基板を作製する技術として、サファイアなどの基板（種基板）上にエピタキシャル成長させた窒化物厚膜を当該基板から剥離することによって自立基板を得る技術がある。また、１３族窒化物を構成材料とする縦型の発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製するプロセスが、基板上にエピタキシャル成長させた窒化物膜を当該基板から剥離する工程を含む場合もある。これらの剥離を行う技術として、剥離したい箇所に存在する１３族窒化物にレーザー光を照射して１３族窒化物を分解させることで剥離を実現するレーザーリフトオフ法が既に公知である（例えば、特許文献１ないし特許文献３参照）。レーザーリフトオフに適したインクルージョン分布層を持つGaNテンプレート基板についても既に公知である（例えば、特許文献４参照）。
【０００３】
基板（例えばサファイア基板）から窒化物膜を剥離する他の技術として、ＶＡＳ（Ｖｏｉｄ−Ａｓｓｉｓｔｅｄ  Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法も既に公知である（例えば、特許文献５参照）。ＶＡＳ法は、基板上に窒化物結晶層をエピタキシャル成長させる途中において、窒化物に対し分解作用を持つ遷移金属等の金属元素からなる中間層を窒化物層上に蒸着形成し、その上にさらに窒化物厚膜層をエピタキシャル成長させると、厚膜層形成時に中間層内に空隙が形成されるという現象を利用し、空隙が形成された中間層を剥離箇所とすることで基板を除去する手法である。
【０００４】
一方、気相エピタキシー法によってＩｎ元素を含有する窒化物膜（例えばＩｎＧａＮ膜やＩｎＡｌＮ膜）を形成するに際し、成長温度、水素分圧、１５族／１３族ガス比の設定次第では、Ｉｎ金属（Ｉｎドロップレット）の析出が生じることも、既に公知である（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、ＭＯＣＶＤ法によってサファイア基板上に窒化物膜（例えばＧａＮ膜）を形成する途中において、窒化物からなる中間層を低温で形成することで、反り量が低減されたテンプレート基板（例えばＧａＮテンプレート基板）を得る技術も既に公知である（例えば、特許文献６参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−２９３６９９号公報
【特許文献２】特開２００２−３６８２６６号公報
【特許文献３】特開２００７−１４９９８８号公報
【特許文献４】国際公開第２０１３／０２１８０４号
【特許文献５】特開２００８−１６２８８７号公報
【特許文献６】特開２００５−０７２５６１号公報
【非特許文献】
【０００７】
【非特許文献１】纐纈明伯、関壽、「窒化物半導体気相エピタキシーの熱力学」、日本結晶成長学会誌、１９９８年、Ｖｏｌ２５、Ｎｏ２、Ｐ．３−２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
レーザーリフトオフ法に用いられるレーザー光のビームサイズは通常、剥離対象となる膜付き基板の平面サイズに比して小さい。それゆえ、レーザーリフトオフの際のレーザー光の照射は、レーザー光によって基板上を走査しつつ行われる。係る場合、窒化物が分解するのはレーザー光が照射されている箇所のみであることから、未照射の箇所に応力が生じる。これに伴い生じたクラックの伸展や、また該応力の伝播が原因となって、自立基板作製の場合であれば基板の割れが、ＬＥＤ素子作製の場合であればＬＥＤ素子における発光特性の劣化や母基板からの取り個数の低下などが生じる。これらは、製造歩留まりの低下につながるため、好ましくない。
【０００９】
一方、ＶＡＳ法の場合、金属元素からなる中間層の形成は、窒化物層の形成に使用する装置（ＭＯＣＶＤ装置やＨＶＰＥ装置など）とは異なる装置（蒸着装置）において行うことから、製造途中の基板を一方の装置から取り出して他方の装置に移し替える必要があり、工程が煩雑なため、生産性が悪くコスト高になるという問題がある。
【００１０】
また、ＶＡＳ法をＬＥＤ素子作製プロセスに適用した場合、意図せず剥離が発生することがあり、これに起因した歩留まりの低下が生じるという問題もある。
【００１１】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、従来よりも高い歩留まりが実現される１３族窒化物層含有積層体の作製方法、および、これを実現する１３族窒化物のテンプレート基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１の発明は、１３族窒化物からなる結晶層を含む積層体を作製する方法であって、種基板の上に１３族窒化物層が積層されてなるテンプレート基板を用意するテンプレート基板準備工程と、前記テンプレート基板の上に少なくとも一または複数の１３族窒化物結晶層を積層する積層工程と、前記積層工程によって得られた積層構造体からレーザーリフトオフ法によって前記種基板を分離する分離工程と、を備え、前記テンプレート基板準備工程が、前記種基板の上に、第１の１３族窒化物からなる下側窒化物層を形成する第１準備工程と、前記下側窒化物層上に、第２の１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層を形成する第２準備工程と、前記ドロップレット含有層の上に、第３の１３族窒化物からなる上側窒化物層を形成する第３準備工程と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１に記載の積層体の作製方法であって、前記積層工程が、Ｎａフラックス法により前記１３族窒化物厚膜層を形成する工程を含む、ことを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１または請求項２に記載の積層体の作製方法であって、前記積層工程が、ＭＯＣＶＤ法により前記１３族窒化物結晶層を形成する工程を含む、ことを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、１３族窒化物の自立基板を作製する方法であって、請求項２に記載の積層体の作製方法によって前記１３族窒化物層含有積層体を得る積層体作製工程と、前記１３族窒化物層含有積層体から、少なくとも前記下側窒化物層と前記ドロップレット含有層とを除去する除去工程と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、発光素子用の母基板を作製する方法であって、請求項３に記載の積層体の作製方法によって前記１３族窒化物層含有積層体を得る積層体作製工程と、前記１３族窒化物層含有積層体から、前記下側窒化物層と前記ドロップレット含有層と前記上側窒化物層とを除去する除去工程と、を備え、前記積層工程として、ｎ型の導電型を呈する１３族窒化物層であるｎ型半導体層を形成するｎ型半導体層形成工程と、前記ｎ型半導体層の上に相異なる２つの１３族窒化物層を繰り返し交互に積層してなる発光層を形成する発光層形成工程と、前記発光層の上に、ｐ型の導電型を呈する１３族窒化物層であるｐ型半導体層を形成するｐ型半導体層形成工程と、を行うことを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、主面上に１３族窒化物からなる結晶層を積層形成可能な種基板と、第１の１３族窒化物からなり、前記種基板の上に形成されてなる下側窒化物層と、前記下側窒化物層上に形成されてなり、第２の１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層と、第３の１３族窒化物からなり、前記ドロップレット含有層の上に形成されてなる上側窒化物層と、を備えることを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、主面上に１３族窒化物からなる結晶層を積層形成可能な種基板と、前記種基板の上に形成されてなる主１３族窒化物層と、１３族窒化物内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層と、を備え、前記ドロップレット含有層が前記主１３族窒化物層の途中に介在してなる、ことを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項６または請求項７に記載の１３族窒化物テンプレート基板であって、前記種基板がレーザーリフトオフ法によって分離可能である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１ないし請求項３の発明によれば、従来よりも高い歩留まりで１３族窒化物層含有積層体を得ることが出来る。
【００２１】
請求項４の発明によれば、１３族窒化物自立基板の作製過程による割れが抑制されるので、従来よりも高い歩留まりで１３族窒化物自立基板を得ることが出来る。
【００２２】
請求項５の発明によれば、得られた母基板から切り出した発光素子における不良発生が抑制されるので、一の母基板から、従来よりも高い歩留まりで発光素子を得ることが出来る。
【００２３】
請求項６ないし請求項８の発明によれば、従来よりも高い歩留まりで１３族窒化物層含有積層体を得ることが出来るテンプレート基板が実現される。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】テンプレート基板１０の構成を示す模式断面図である。
【図２】テンプレート基板１０を含む積層構造体２０Ａから１３族窒化物自立基板２０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。
【図３】テンプレート基板１０を含む積層構造体３０ＡからＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。
【図４】テンプレート基板１０を含む積層構造体４０ＡからＬＥＤ素子用の母基板４０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。
【図５】Ｎａフラックス法による結晶成長装置１００の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
本明細書中に示す周期表の族番号は、１９８９年国際純正応用化学連合会（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｕｎｉｏｎ  ｏｆ  Ｐｕｒｅ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ：ＩＵＰＡＣ）による無機化学命名法改訂版による１〜１８の族番号表示によるものであり、１３族とはアルミニウム（Ａｌ）・ガリウム（Ｇａ）・インジウム（Ｉｎ）等を指し、１５族とは窒素（Ｎ）・リン（Ｐ）・ヒ素（Ａｓ）・アンチモン（Ｓｂ）等を指す。
【００２６】
＜テンプレート基板の構成＞
図１は、本発明の実施の形態に係るテンプレート基板１０の構成を示す模式断面図である。テンプレート基板１０は、種基板１と、低温バッファ層２と、下側窒化物層３と、ドロップレット含有層４と、上側窒化物層５とを備える。下側窒化物層３と、ドロップレット含有層４と、上側窒化物層５とは、種基板１上に形成された低温バッファ層２の上にこの順にエピタキシャル形成された１３族窒化物結晶層であり、低温バッファ層２ともどもＭＯＣＶＤ法によって種基板１上の略全面に形成されてなるが、その形成条件は各層で異なる。
【００２７】
本実施の形態に係るテンプレート基板１０は、概略、上側窒化物層５の上に必要に応じて結晶層や電極が形成されたうえで種基板１が分離され、残った積層体（１３族窒化物層含有積層体）が後段の利用に供されることを前提として、構成されるものである。上側窒化物層５の上に形成する構成物を違えることにより、例えば、１３族窒化物自立基板や、それぞれがＬＥＤ素子を構成する単位パターンが繰り返し形成された、ＬＥＤ素子形成用の母基板などが、１３族窒化物層含有積層体として得られる。種基板１の分離（１３族窒化物積層体の種基板１からの剥離）は、種基板１の側からレーザー光を照射するレーザーリフトオフ法によって行われる。係る種基板１の分離（積層体の剥離）の詳細については後述する。
【００２８】
種基板１は、その主面上に上述の各層を好適に積層形成するための下地基板である。種基板１としては、単結晶Ｃ面サファイア基板を用いるのが好適である。そのサイズには特段の制限はないが、取り扱いの容易さという点からは、直径が数インチ程度で、厚みが数百μｍ〜数ｍｍ程度のものが好適である。
【００２９】
低温バッファ層２は、その上に結晶品質の優れた１３族窒化物結晶層を形成可能とするべく、それら１３族窒化物結晶層の形成温度よりも低い形成温度で形成されてなる層である。低温バッファ層２は、ＧａＮにて２０ｎｍ〜１００ｎｍの厚みに形成されるのが好適である。
【００３０】
下側窒化物層３と上側窒化物層５は、ドロップレット含有層４を挟んで設けられる高結晶品質の１３族窒化物層であり、例えばＧａＮ層である。下側窒化物層３と上側窒化物層５は、同一の形成条件にて形成されてもよいし、異なる形成条件にて形成されてもよい。両層の形成条件が同じ場合、別の見方をすれば、一の主たるＧａＮ層の途中にドロップレット含有層４が形成されていると捉えることもできる。
【００３１】
下側窒化物層３は、１００ｎｍ〜１０００ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好ましい。係る範囲をみたす場合、下側窒化物層３の上に良好な結晶品質の１３族窒化物結晶が積層可能となる。また、当該範囲の厚みを有する下側窒化物層３の上にドロップレット含有層４を設けたテンプレート基板１０を、レーザーリフトオフ法によって種基板１を分離する工程を含む１３族窒化物層含有積層体の作製に用いる場合、１３族窒化物層含有積層体における、レーザーリフトオフ法に起因したクラック伸展や応力伝播が、好適に抑制される。
【００３２】
一方、上側窒化物層５の厚みには、その上に良好な結晶品質の１３族窒化物結晶層が積層可能である限りにおいて、特段の制限はない。例えば、上側窒化物層５は１０００ｎｍ〜５０００ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適な一例である。
【００３３】
ドロップレット含有層４は、金属Ｉｎの微細粒子であるＩｎドロップレットが均一に分散してなる、高結晶品質の１３族窒化物層であり、例えば、ＧａＮ層もしくはＩｎＧａＮ層である。
【００３４】
ドロップレット含有層４は、レーザーリフトオフ法による種基板１の分離に際し、上述のように、クラック伸展や応力伝播を好適に抑制するという効果を得るべく設けられる層であるので、係る効果が好適に得られる程度の厚みに形成されればよい。例えば、ドロップレット含有層４は、２０ｎｍ〜２００ｎｍ程度の厚みに形成されるのが好適である。また、Ｉｎドロップレットは、１ｎｍ〜１０ｎｍ程度のサイズ（径）を有するとともに、ドロップレット含有層４全体に対して５％〜５０％程度のモル比で存在するのが好ましい。
【００３５】
なお、ドロップレット含有層４は、後述するように種基板１からの剥離後に研磨除去される層ではあるが、その上に形成される上側窒化物層５が、後段の利用に適した結晶品質で形成される程度には、良好な結晶品質を有して形成されるのが好ましい。
【００３６】
ドロップレット含有層４は、ＭＯＣＶＤ装置における下側窒化物層３のエピタキシャル形成に続き、ＧａおよびＮの供給源に加えてＩｎの供給源を出発原料に含んだ状態で、Ｉｎが析出しつつＧａＮ層もしくはＩｎＧａＮ層が形成する成長条件のもとでエピタキシャル形成をさせることによって形成される。
【００３７】
ドロップレット含有層４を有するテンプレート基板１０は、Ｉｎドロップレットの放つ金属光沢に起因した灰色を呈する。それゆえ、係る呈色の有無を、テンプレート基板がＩｎドロップレットを含むか否かについての判断材料と出来る場合がある。
【００３８】
＜テンプレート基板の作製＞
次に、上述のテンプレート基板１０の作製の仕方について説明する。
【００３９】
テンプレート基板１０の作製は、ＭＯＣＶＤ法により行う。これには、少なくともＧａおよびＩｎについての有機金属（ＭＯ）原料ガス（ＴＭＧ、ＴＭＩ）と、アンモニアガス（ＮＨ３ガス）と、水素ガスと、窒素ガスとをリアクタ内に供給可能に構成されてなる、公知のＭＯＣＶＤ炉を用いることができる。
【００４０】
具体的には、例えば単結晶サファイア基板を種基板１として用意し、該種基板１をＭＯＣＶＤ炉のサセプタ上に載置した状態で、所定の成長条件を与えることで、低温バッファ層２、下側窒化物層３、ドロップレット含有層４、および、上側窒化物層５をこの順に成長させる。
【００４１】
例えば、以下のような条件で各層を成長させると、それぞれＧａＮからなる低温バッファ層２、下側窒化物層３、および、上側窒化物層５と、Ｉｎドロップレットを含有したＧａＮもしくはＩｎＧａＮからなるドロップレット含有層４を有するテンプレート基板１０が得られる。なお、本実施の形態において、１５族／１３族ガス比とは、１３族原料の供給量に対する１５族原料の供給量の比（モル比）である。
【００４２】
低温バッファ層２：
形成温度（サセプタ加熱温度、以下同様）→４５０℃〜５５０℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→水素；
１３族原料→ＴＭＧ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
１５族／１３族ガス比→１０００〜２０００；
厚み→２０ｎｍ〜１００ｎｍ。
【００４３】
下側窒化物層３および上側窒化物層５：
形成温度→１０００℃〜１２００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→水素；
１３族原料→ＴＭＧ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
１５族／１３族ガス比→１０００〜３０００；
厚み（下側窒化物層３）→１００ｎｍ〜１０００ｎｍ。
【００４４】
厚み（上側窒化物層５）→１０００ｎｍ〜５０００ｎｍ。
【００４５】
ドロップレット含有層４：
形成温度→６００℃〜８００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→窒素；
１３族原料→ＴＭＧ、ＴＭＩ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
１５族／１３族ガス比→５０００〜３００００；
全１３族原料に対するＴＭＩモル比→０．０４〜０．８０；
厚み→２０ｎｍ〜２００ｎｍ。
【００４６】
得られたテンプレート基板１０は、上述のように、Ｉｎドロップレットの放つ金属光沢に起因した灰色を呈する。また、係るテンプレート基板１０は、ドロップレット含有層を有さないテンプレート基板と同程度の結晶品質を有するものとなっている。例えば、上側窒化物層５の側から測定した（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅は３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅は６５０ａｒｃｓｅｃ以下である。これにより、上側窒化物層５の上に結晶品質の良好な１３族窒化物結晶層を形成することが可能となる。また、係るテンプレート基板１０は、ドロップレット含有層を有さないテンプレート基板よりも反りが抑制されてなる。
【００４７】
＜テンプレート基板を利用した１３族窒化物積層体の作製＞
次に、テンプレート基板１０を含んで構成される１３族窒化物積層体のうち代表的なものについて、作製の仕方を説明する。
【００４８】
（第１の態様：１３族窒化物自立基板の作製）
図２は、テンプレート基板１０を含む積層構造体２０Ａから、１３族窒化物積層体の一種である１３族窒化物自立基板２０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。
【００４９】
まず、図２（ａ）に示すように、テンプレート基板１０の上に（より厳密には上側窒化物層５の上に）、Ｎａフラックス法により１３族窒化物厚膜層２１を形成する。係る１３族窒化物厚膜層２１の形成は、特許文献４に開示された手法に準じて行うことが出来る。
【００５０】
１３族窒化物厚膜層２１としてＧａＮ層を形成する場合であれば、まず、アルミナるつぼの底にテンプレート基板１０を水平に配置したうえで、該アルミナるつぼ内に、金属ナトリウム、金属ガリウム、炭素を充填する。それぞれの充填量は、金属ナトリウムが１０ｇ〜３０ｇ、金属ガリウムが５ｇ〜１５ｇ、炭素が５０ｍｇ〜２００ｍｇであり、金属ガリウムがモル比で金属ナトリウムの５／１００〜３５／１００程度、炭素がモル比で金属ナトリウムの０．３／１００〜３／１００程度であるのが好ましい。
【００５１】
係るアルミナるつぼを、内部に窒素ガスを導入可能な密閉容器内に入れた後、該密閉容器を、水平回転可能なステージを有するとともに窒素ガスを充填可能な加熱容器の当該ステージ上に載置する。
【００５２】
そして、ステージを水平回転させながら、密閉容器の温度を８４０℃〜８８０℃の所定温度とし、圧力を３．０ＭＰａ〜５．０ＭＰａの所定値として３０時間〜６０時間保持する。
【００５３】
その後、室温まで自然冷却すると、アルミナるつぼの中から、テンプレート基板１０の上に１３族窒化物厚膜層２１としてのＧａＮ層が３００μｍ〜６００μｍの厚みに形成されてなる積層構造体２０Ａが得られる。
【００５４】
ただし、形成直後の１３族窒化物厚膜層２１の表面には凹凸が存在する。そこで、研磨処理によってこれを平坦化させるようにする。研磨後の１３族窒化物厚膜層２１の厚みは２５０μｍ〜５５０μｍ程度が好適である。
【００５５】
係る研磨処理の後、レーザーリフトオフ法により、種基板１を分離（種基板１から１３族窒化物積層体を剥離）する。
【００５６】
具体的には、図２（ｂ）に示すように、種基板１の側からレーザー光を走査しつつ積層構造体２０Ａに照射する。併せて、積層構造体２０Ａを種基板１と反対側から５０℃前後の温度で加熱する。すると、種基板１との界面近傍の１３族窒化物（主に隣接する低温バッファ層２を構成する１３族窒化物）の熱分解が生じ、図２（ｃ）に示すように、積層構造体２０Ａから種基板１が分離される。
【００５７】
なお、レーザーリフトオフ法に使用するレーザー光としては、種基板１としてサファイア基板を用いる場合であれば、Ｎｄ：ＹＡＧレーザーの三倍高調波（波長：３５５ｎｍ）のパルスレーザー光を使用するのが好適である。係る場合、パルス幅は１０ｎｓ〜１００ｎs程度であればよく、パルスの繰り返し周波数は、１０ｋＨｚ〜１００ｋＨｚ程度であればよい。また、レーザー光のビーム径は、１０μｍ〜１００μｍ程度であればよい。
【００５８】
ただし、種基板１を透過し、かつ、１３族窒化物を熱分解するものであれば、他の種類のレーザーを使用する態様であってもよい。例えば、ＫｒＦエキシマレーザーや、ＡｒＦエキシマレーザー、ＹＶＯ４レーザーなどを用いる態様であってもよい。
【００５９】
続けて、図２（ｄ）に示すように、研磨処理によって下側窒化物層３とドロップレット含有層４とを除去する。
【００６０】
以上の手順により、上側窒化物層５と１３族窒化物厚膜層２１とからなる、総厚が２５１μｍ〜５５５μｍの１３族窒化物自立基板２０Ｂが得られる。例えば、上側窒化物層５と１３族窒化物厚膜層２１とをともにＧａＮにて形成した場合であれば、ＧａＮ単結晶の自立基板が得られることになる。
【００６１】
しかも、本態様のようにドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いて１３族窒化物自立基板２０Ｂを得る場合、その作製途中における不具合の発生が好適に抑制されるという固有の作用効果が得られる。
【００６２】
具体的にいえば、ドロップレット含有層４を備えていない従来のテンプレート基板を用いて１３族窒化物自立基板を得ようとする場合、その作製途中において積層構造体が割れてしまうという不具合が５０％以上の頻度で発生する。特に、レーザーリフトオフ法による種基板１の分離、およびその後の工程における不具合が顕著である。これに対して、本態様によれば、係る不具合の発生頻度は１０％以下にまで低減される。特に、レーザーリフトオフ法による種基板１の分離、およびその後の工程における不具合の発生頻度についてみれば、５％以下にまで低減される。
【００６３】
これは、テンプレート基板１０内にＩｎドロップレットが分散してなるドロップレット含有層４が設けられてなることで、テンプレート基板１０の反りが抑制されていることや、レーザーリフトオフの際に未照射の箇所に作用する応力が緩和されることや、上側窒化物層５へのクラックの伸展や応力の伝播が抑制されることなどが、理由であると考えられる。
【００６４】
すなわち、ドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いるという、本態様に係る１３族窒化物自立基板の作製手法は、作製途中での割れの発生を抑制し、従来よりも高い歩留まりで１３族窒化物自立基板を得ることが可能なものであるといえる。
【００６５】
（第２の態様：縦型ＬＥＤ素子用母基板の作製）
図３は、テンプレート基板１０を含む積層構造体３０Ａから、１３族窒化物積層体の一種であるＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。なお、本態様においては、母基板３０Ｂを、２つの電極が発光層を挟んで配置されてなる縦型のＬＥＤ素子を得るためのものとして作製する場合を例に説明する。
【００６６】
図３（ａ）に示すように、積層構造体３０Ａにおいては、テンプレート基板１０の上側窒化物層５の上に、１３族窒化物厚膜層３１が形成されたうえで、ｎ型半導体層３２と、活性層３３と、ｐ型半導体層３４とが形成されてなる。１３族窒化物厚膜層３１と同様、ｎ型半導体層３２と、活性層３３と、ｐ型半導体層３４とはいずれも、１３族窒化物からなる層である。
【００６７】
１３族窒化物厚膜層３１は、第１の態様において形成された１３族窒化物厚膜層２１と同様、Ｎａフラックス法に形成される層である。ただし、本態様では、１３族窒化物厚膜層３１が５０μｍ〜３００μｍの厚みに形成されてなるようにする。これは、１３族窒化物厚膜層３１としてＧａＮ層を形成する場合であれば、アルミナるつぼに充填する金属ナトリウムを５ｇ〜１５ｇ、金属ガリウムを２．５ｇ〜７．５ｇ、炭素を２５ｍｇ〜１００ｍｇとし、保持時間を５時間〜２０時間とすることで実現される。なお、第１の態様と同様、形成直後の１３族窒化物厚膜層３１の表面には凹凸が存在するので、研磨処理によってこれを平坦化させるようにする。研磨後の１３族窒化物厚膜層３１の厚みは１０μｍ〜２５μｍ程度が好適である。
【００６８】
一方、ｎ型半導体層３２、活性層３３、および、ｐ型半導体層３４とは、ＭＯＣＶＤ法によって形成される層である。これらの層は、ＬＥＤ素子における発光を担う層である。以下、これらｎ型半導体層３２、活性層３３、および、ｐ型半導体層３４を、機能層と総称する。
【００６９】
ｎ型半導体層３２は、Ｓｉがドープされた１３族窒化物層である。ｎ型半導体層３２は、ＧａＮにて１００ｎｍ〜３０００ｎｍの厚みに形成されるのが好適である。ｎ型半導体層３２におけるＳｉ濃度は、１×１０１８／ｃｍ３〜１×１０１９／ｃｍ３程度であるのが好適である。
【００７０】
活性層３３は、ＬＥＤ素子において発光領域となる層である。活性層は、図３（ａ）の破線部Ａの拡大図である図３（ｂ）に示すように、互いに異なる組成を有する第１単位層（井戸層）３３ａと第２単位層３３ｂ（障壁層）とを繰り返し交互に積層してなる多重量子井戸層である。具体的には、第１単位層３３ａはＩｎｘＧａ１−ｘＮ（０．０５≦ｘ≦０．２５）にて１ｎｍ〜５ｎｍの厚みに形成され、第２単位層３３ｂはＧａＮにて２ｎｍ〜１０ｎｍの厚みに形成される。ＩｎｘＧａ１−ｘＮにおけるＩｎモル比ｘは、ＬＥＤ素子において発光させようとする光の波長に応じて定められる。また、第１単位層３３ａと第２単位層３３ｂとの繰り返し数は２〜２０が好適である。
【００７１】
ｐ型半導体層３４は、Ｍｇがドープされた１３族窒化物層である。ｐ型半導体層３４は、ＧａＮにて５０ｎｍ〜２００ｎｍの厚みに形成されるのが好適である。ｐ型半導体層３４におけるＭｇ濃度は、５×１０１８／ｃｍ３〜１×１０２０／ｃｍ３程度であるのが好適である。
【００７２】
例えば、以下のような条件で各層を成長させると、機能層として、ＳｉがドープされたＧａＮからなるｎ型半導体層３２、Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎからなる第１単位層３３ａとＧａＮからなる第２単位層３３ｂとを繰り返し交互に積層した活性層３３、および、Ｍｇがドープされたｐ型半導体層３４を形成することが出来る。
【００７３】
ｎ型半導体層３２：
形成温度→１０００℃〜１２００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→水素；
１３族原料→ＴＭＧ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
Ｓｉ原料→ＳｉＨ４ガス；
１５族／１３族ガス比→１０００〜３０００；
１３族原料に対するＳｉ原料モル比→２×１０−５〜２×１０−４。
【００７４】
第１単位層３３ａ：
形成温度→７００℃〜９００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス：窒素；
１３族原料→ＴＭＧ、ＴＭＩ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
１５族／１３族ガス比→５０００〜３００００；
全１３族原料に対するＴＭＩモル比→０．４〜０．８。
【００７５】
第２単位層３３ｂ：
形成温度→７００℃〜９００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→水素；
１３族原料→ＴＭＧ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
１５族／１３族ガス比→５０００〜３００００。
【００７６】
第１単位層３３ａと第２単位層３３ｂの繰り返し数：２〜２０。
【００７７】
ｐ型半導体層３４：
形成温度→９００℃〜１１００℃；
リアクタ内圧力→１０ｋＰａ〜１０３ｋＰａ；
原料キャリアガス→水素；
１３族原料→ＴＭＧ；
１５族原料→ＮＨ３ガス；
Ｍｇ原料→Ｃｐ２Ｍｇ（ビスシクロペンタジエニルマグネシウム）ガス；
１５族／１３族ガス比→３０００〜２００００；
１３族原料に対するＭｇ原料モル比→１×１０−４〜２×１０−３。
【００７８】
ただし、母基板３０Ｂから切り出したＬＥＤ素子においてｐ型半導体層３４を好適に機能させるには、ドープしたＭｇを活性化させておく必要がある。そこで、ｐ型半導体層３４の形成が終了すると、続いて、係る活性化を目的として、アニール処理を行う。アニール処理は、窒素ガス雰囲気中において、５００℃〜７５０℃の温度で２分〜２０分間行うのが好適である。
【００７９】
図３（ａ）に示すように、積層構造体３０Ａはさらに、ｐ電極Ｅ１と、支持基板Ｓとを備える。
【００８０】
ｐ電極Ｅ１は、上述のアニール処理の後、ｐ型半導体層３４の上に形成される。ｐ電極Ｅ１の形成は、例えば、銀パラジウム銅合金を電極材料とし、スパッタ法により行うのが好適である。ｐ電極Ｅ１の厚みは、５０ｎｍ〜５００ｎｍ程度が好ましい。
【００８１】
支持基板Ｓは、ｐ電極Ｅ１の上に、ハンダによって接合される。支持基板Ｓは、最終的に得られる母基板３０Ｂにおいてその全体を支持する役割を果たすものである。支持基板Ｓとしては、例えば、１００μｍ〜５００μｍ程度の厚みのＳｉ基板を用いるのが好適であるが、最終的に得られるＬＥＤ素子の機能および動作に悪影響を与えない限りにおいて、他の基板種を用いる態様であってもよい。
【００８２】
以上のような手順により積層構造体３０Ａが得られると、図３（ｃ）に示すように、第１の態様と同様、レーザーリフトオフ法により、積層構造体３０Ａから種基板１を分離する。
【００８３】
続いて、図３（ｄ）に示すように、研磨処理によって下側窒化物層３とドロップレット含有層４と上側窒化物層５とを除去したうえで、図３（ｅ）に示すように、露出した１３族窒化物厚膜層３１の上にｎ電極Ｅ２を形成する。
【００８４】
ｎ電極Ｅ２は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ多層電極として形成するのが好適である。ｎ電極Ｅ２は、フォトリソグラフィープロセスと電子ビーム蒸着法により、櫛歯状に形成するのが好適である。ｎ電極Ｅ２の各電極層の厚みは、上記の順にそれぞれ、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、１００ｎｍ〜５００ｎｍ、１０ｎｍ〜５０ｎｍ、２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とするのが好ましい。
【００８５】
以上により、ＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂが完成する。係る母基板３０Ｂをダイサー等の切断手段によって所定サイズの素子単位に切断することで、多数のＬＥＤ素子が得られる。
【００８６】
しかも、本態様のようにドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いてＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂを作製した場合、係る母基板３０Ｂから切り出したＬＥＤ素子における不良品の発生が好適に抑制されるという固有の作用効果が得られる。
【００８７】
具体的にいえば、ドロップレット含有層４を備えていない従来のテンプレート基板を用いて作製した一の母基板から得られたＬＥＤ素子の場合、その４０％〜５０％程度が不良品となる。これに対して、本態様によれば、係る不良品の発生は１０％以下にまで低減される。
【００８８】
すなわち、ドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いるという、本態様に係るＬＥＤ素子用の母基板の作製手法は、従来よりも高い歩留まりでＬＥＤ素子を得ることが可能なものであるといえる。
【００８９】
（第３の態様：１３族窒化物厚膜層を含まないＬＥＤ素子用母基板の作製）
図４は、テンプレート基板１０を含む積層構造体４０Ａから、１３族窒化物積層体の一種であるＬＥＤ素子用の母基板４０Ｂを得る様子を模式的に示す図である。なお、本態様による母基板４０Ｂの作製手順は、１３族窒化物厚膜層３１を形成しない点を除いては、第２の態様と同様であるので、第１および第２の態様と共通する構成要素については詳細な説明を省略する。
【００９０】
すなわち、図４（ａ）に示すように、本態様では、テンプレート基板１０の上側窒化物層５の上に、第２の態様と同様の機能層（ｎ型半導体層３２、活性層３３、および、ｐ型半導体層３４）、ｐ電極Ｅ１、および、支持基板Ｓを形成する。ｐ基板Ｅ１の形成後、ｐ電極Ｅ１の活性化のためにアニール処理を行う点も同様である。
【００９１】
そして、図４（ｂ）に示すように、第２の態様と同様、レーザーリフトオフ法によって積層構造体４０Ａから種基板１を分離する。
【００９２】
係る分離の後、図４（ｃ）に示すように、研磨処理によって下側窒化物層３とドロップレット含有層４と上側窒化物層５とを除去したうえで、図４（ｄ）に示すように、露出したｎ型半導体層３２の上にｎ電極Ｅ２を櫛歯状に形成する。
【００９３】
以上により、ＬＥＤ素子用の母基板４０Ｂが完成する。係る母基板４０Ｂをダイサー等の切断手段によって所定サイズの素子単位に切断することで、多数のＬＥＤ素子が得られる。
【００９４】
本態様の場合も、第２の態様と同様、母基板３０Ｂから切り出したＬＥＤ素子における不良品の発生が好適に抑制されるという固有の作用効果が得られる。すなわち、ドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いるという、本態様に係るＬＥＤ素子用の母基板の作製手法は、第２の態様と同様、従来よりも高い歩留まりでＬＥＤ素子を得ることが可能なものであるといえる。
【００９５】
しかも、上述した第２の態様では、ＭＯＣＶＤ法によってテンプレート基板１０を作製した後、いったんＮａフラックス法によって１３族窒化物厚膜層３１を形成したうえで、再びＭＯＣＶＤ法によって機能層を形成するので、Ｎａフラックス法による処理が介在する分、工程が複雑となるが、本態様の場合、１３族窒化物による層形成はＭＯＣＶＤ法でのみ行うので、テンプレート基板１０の形成と、機能層の形成とを、同一の装置内で連続して行うことも可能である。
【００９６】
以上、説明したように、本実施の形態によれば、例えば１３族窒化物自立基板や、縦型のＬＥＤ素子用の母基板など、種基板をレーザーリフトオフ法によって分離してなる１３族窒化物積層体を作製するにあたって、ドロップレット含有層を備えたテンプレート基板を用いることで、１３族窒化物積層体の製造歩留まりを向上させることができる。
【実施例】
【００９７】
（実施例１および比較例１）
実施例１においては、第１の態様に係る１３族窒化物自立基板２０Ｂを作製した。比較例１においては、ドロップレット含有層４を有さないテンプレート基板を用いて１３族窒化物自立基板を作製した。いずれも、２０枚のテンプレート基板を作製し、それぞれに１３族窒化物自立基板の作製を試みたが、途中で割れが生じたものについては、そこで作製を中止した。
【００９８】
具体的には、まず、種基板１として、直径３インチ、厚み５５０μｍの単結晶C面サファイア基板を用意した。
【００９９】
そして、実施例１においては、ＭＯＣＶＤ法により、以下の条件に従って、低温バッファ層２としてのＧａＮ層、下側窒化物層３としてのＧａＮ層、ドロップレット含有層４としてのＩｎドロップレット含有ＧａＮ層、および、上側窒化物層５としてのＧａＮ層をこの順に形成することにより、テンプレート基板１０を作製した。
【０１００】
低温バッファ層２：
形成温度→５００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→１４００；
厚み→３０ｎｍ。
【０１０１】
下側窒化物層３および上側窒化物層５：
形成温度→１１００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→２０００；
厚み（下側窒化物層３）→４００ｎｍ；
厚み（上側窒化物層５）→３０００ｎｍ。
【０１０２】
ドロップレット含有層４：
形成温度→７００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→１００００；
全１３族原料に対するＴＭＩモル比：０．２；
厚み→１００ｎｍ。
【０１０３】
実施例１に係るテンプレート基板１０はいずれも灰色を呈していた。
【０１０４】
一方、比較例１においては、ＭＯＣＶＤ法により、低温バッファ層２は実施例１と同様の条件にて形成し、該低温バッファ層２の上に、以下の条件にてＧａＮ層を形成した。
【０１０５】
形成温度→１１００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→２０００；
厚み→３５００ｎｍ。
【０１０６】
比較例１に係るテンプレート基板１０はいずれも無色透明であった。
【０１０７】
また、実施例１および比較例１ともに、テンプレート基板１０のうちの１枚について、光学顕微鏡による表面状態の観察、および、レーザー変位計による反り量の測定を行った。さらには、上側窒化物層５の側からＸ線ロッキングカーブ測定を行い、ＧａＮの（０００２）面と（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブ半値幅を求めた。これらの評価結果を表１に示す。
【０１０８】
【表１】
2015023240.tif 000003
【０１０９】
表１に示したように、実施例１および比較例１に係るテンプレート基板１０の表面はいずれも平滑な鏡面となっており、（０００２）面と（１０−１２）面のＸ線ロッキングカーブ（ＲＣ）半値幅の値も、前者が２５０ａｒｃｓｅｃ〜２６０ａｒｃｓｅｃ程度、後者が５８０ａｒｃｓｅｃ〜５９０ａｒｃｓｅｃとほぼ同程度であった。なお、これらの値は、テンプレート基板１０を構成するＧａＮ層が良好な結晶品質を有するものであると判断出来る値である。一方、反り量については、実施例１に係るテンプレート基板１０の方が比較例１よりも小さかった。以上の結果は、ドロップレット含有層４を有する実施例１に係るテンプレート基板１０が、ドロップレット含有層を有さない従来のテンプレート基板と同程度の結晶品質を有し、かつ、反りが抑制されたものであることを指し示している。
【０１１０】
また、実施例１に係るテンプレート基板１０について、表面の欠陥密度をＣＬ（カソードルミネッセンス）測定により評価したところ、約１×１０９／ｃｍ２であった。
【０１１１】
続いて、得られたテンプレート基板１０の上に、Ｎａフラックス法により１３族窒化物厚膜層２１としてのＧａＮ層を形成した。
【０１１２】
図５は、本実施例および後述する他の実施例並びに比較例において使用するＮａフラックス法による結晶成長装置１００の概略断面図である。
【０１１３】
１３族窒化物厚膜層２１の形成にあたっては、まず、あらかじめアルゴン雰囲気のグローブボックス内で、アルミナるつぼ１２（内径φ８６ｍｍ）の底にテンプレート基板１０を水平に配置したうえで、金属ナトリウム２０ｇ、金属ガリウム１０ｇ、炭素７８ｍｇ（Ｇａ／Ｎａモル比は１６．５／１００、Ｃ／Ｎａモル比は、０．７５／１００）をアルミナるつぼ１２内に充填した。アルミナるつぼ１２をステンレス製の内容器１４０に入れ、さらに該内容器１４０を外容器１４２内に入れ、外容器１４２の本体部１４４の開口を窒素導入パイプ１４８の付いた蓋体１４６で閉じた。この外容器１４２を、耐圧容器１１２内部の加熱空間１１６に設けられてなり、かつ、あらかじめ真空ベークしてある回転可能な円盤状のステージ１３０の上に設置し、耐圧容器１１２に蓋をして密閉した。
【０１１４】
なお、耐圧容器１１２は、上下面が円板である円筒形状に形成され、内部にヒータカバー１１４で囲まれた加熱空間１１６となっている。加熱空間１１６は、ヒータカバー１１４の側面に配置された上段ヒータ１１８ａ、中段ヒータ１１８ｂ、および、下段ヒータ１１８ｃと、ヒータカバー１１４の底面に配置された底部ヒータ１１８ｄとによって、温度調節が可能とされてなる。また、ヒータカバー１１４の周囲には断熱材１２０が設けられてなり、これによって加熱空間１１６の断熱性が高められている。さらには、耐圧容器１１２は、窒素ガス配管１２４を通じて窒素ガスボンベ１２２から窒素が供給可能とされてなるとともに、真空引き配管１２８を通じて真空ポンプ１２６により減圧可能とされてなる。なお、窒素ガス配管１２４は、加熱空間１１６の内部にも開口しており、加熱空間１１６への窒素ガスの供給流量は、マスフローコントローラ１２５によって調整可能となっている。
【０１１５】
ステージ１３０は、内部磁石１３２を有する回転シャフト１３４と連結されており、回転シャフト１３４は、その周囲を、耐圧容器１１２の下面と一体化された筒状のケーシング１３６によって覆われている。さらに、ケーシング１３６の外周には筒状の外部磁石１３８が設けられており、図示しないモータによって外部磁石１３８が回転するのに伴って内部磁石１３２が回転することで、回転シャフト１３４ひいてはステージ１３０が回転する。
【０１１６】
実施例１および比較例１における１３族窒化物厚膜層２１の形成にあたっては、耐圧容器１１２内を真空ポンプ１２６にて０．１Ｐａ以下まで真空引きした。続いて、上段ヒータ１１８ａ、中段ヒータ１１８ｂ、下段ヒータ１１８ｃ、および、底部ヒータ１１８ｄの設定温度をそれぞれ８６０℃、８６０℃、８７０℃、８７０℃とすることにより加熱空間１１６の温度を８６５℃に保ちながら、加熱空間１１６内の圧力が４．ＯＭＰａとなるまで窒素ガスボンベ１２２から窒素ガスを導入した。
【０１１７】
係る状態で、ステージ１３０を回転させることで、外容器１４２を中心軸周りに３０ｒｐｍの速度にて時計回りに断続的に径４０時間回転させ続けた。その際には、加速時間＝１秒、保持時間＝１５秒、減速時間＝１秒、停止時間＝０．５秒とした。
【０１１８】
その後、室温まで自然冷却したのち、耐圧容器１１２の蓋を開けて中からアルミナるつぼ１２を取り出した。アルミナるつぼ１２にエタノールを投入し、金属ナトリウムをエタノールに溶かしたあと、１３族窒化物厚膜層２１が形成されたテンプレート基板１０を回収した。テンプレート基板１０上には、約４００μｍの１３族窒化物厚膜層２１が成長していた。これにより、積層構造体２０Ａが得られたことになる。
【０１１９】
得られた積層構造体２０Ａの１３族窒化物厚膜層２１を、表面が平坦でかつ厚みが３００μｍとなるよう研磨処理した。その後、実施例１に係る積層構造体２０Ａについて、１３族窒化物厚膜層２１の表面の欠陥密度をＣＬ（カソードルミネッセンス）測定により評価したところ、１０５〜１０６／ｃｍ２台であった。すなわち、１３族窒化物厚膜層２１の表面の欠陥密度は、上述したテンプレート基板１０の表面における欠陥密度（約１×１０９／ｃｍ２）よりも大幅に低減されていた。係る結果は、実施例１に係るテンプレート基板１０の上にＮａフラックス法によって１３族窒化物厚膜層２１を形成することで、欠陥の少ない良質な１３族窒化物厚膜層２１が形成されることを意味している。
【０１２０】
次いで、レーザーリフトオフ法により、種基板１の側からレーザー光を３０ｍｍ／秒の走査速度で走査しつつ照射することによって、積層構造体２０Ａから種基板１を分離した。レーザー光としては、波長３５５ｎｍのＮｄ：ＹＡＧの３次高調波を用いた。パルス幅は約３０ｎｓ、パルス周期は約５０ｋＨｚとした。照射に際しては、レーザー光を集光して約２０μｍ径の円形状ビームとすることにより、光密度が１．０Ｊ／ｃｍ程度となるようにした。また、レーザー光の照射は、積層構造体２０Ａを種基板１と反対側から５０℃前後の温度で加熱しつつ行った。
【０１２１】
種基板１を分離した後、積層構造体２０Ａの種基板１から剥離された側の面を研磨処理することで、総厚３００μｍの１３族窒化物自立基板２０Ｂを得た。
【０１２２】
実施例１および比較例１ともに、２０枚のテンプレート基板の作製は良好に行われたが、それらを用いて１３族窒化物自立基板を作製する過程においては、割れが生じ、最終的に１３族窒化物自立基板が得られない場合もあった。その結果（内訳）を表２に示す。
【０１２３】
【表２】
2015023240.tif 000004
【０１２４】
表２に示したように、ドロップレット含有層４を備えていないテンプレート基板を用いた比較例１の場合、１３族窒化物自立基板の作製途中において全２０枚の試料のうち半数以上の１３枚に割れが生じた。特に、レーザーリフトオフ法による種基板１の分離、およびその後の工程における割れの発生が５枚ずつと顕著であった。これに対して、実施例１に係るテンプレート基板１０を用いた場合は、不具合の発生は全２０枚の試料のうち２枚のみであった。特に、レーザーリフトオフ法による種基板１の分離、およびその後における発生は１枚のみと少なかった。
【０１２５】
以上の結果は、１３族窒化物自立基板の作製にあたっては、ドロップレット含有層を備えたテンプレート基板を用いることで、作製途中での割れの発生が抑制され、歩留まりが向上することを指し示している。
【０１２６】
（実施例２および比較例２）
実施例２においては、第２の態様に係るＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂを作製した。比較例２においては、ドロップレット含有層４を有さないテンプレート基板を用いて、実施例２と同様の構成を有するＬＥＤ素子用の母基板を作製した。そして、それぞれの母基板からＬＥＤ素子を切り出し、特性を評価した。それゆえ、テンプレート基板の作製に際してドロップレット含有層４を設けなかったほかは、比較例２における作製手順は実施例２における作製手順と同じである。
【０１２７】
初めに、実施例２については実施例１と同様に、比較例２については比較例１と同様に、テンプレート基板を用意した。
【０１２８】
次に、図５に示した結晶成長装置１００を用いて、１３族窒化物厚膜層３１を形成した。その際、原料の投入量は、実施例１および比較例１の半分である、金属ナトリウム１０ｇ、金属ガリウム５ｇ、炭素３９ｍｇ（Ｇａ／Ｎａモル比は１６．５／１００、Ｃ／Ｎａモル比は、０．７５／１００）とし、保持時間を１０時間とした。他の形成条件は、実施例１および比較例１と同じとした。その結果、テンプレート基板１０上には、約１００μｍの１３族窒化物厚膜層３１が成長していた。
【０１２９】
得られた１３族窒化物厚膜層３１を、表面が平坦でかつ厚みが１５μｍとなるよう研磨処理した。その後、実施例２に係る１３族窒化物厚膜層３１の表面の欠陥密度をＣＬ（カソードルミネッセンス）測定により評価したところ、１０５〜１０６／ｃｍ２台であった。すなわち、１３族窒化物厚膜層３１の表面の欠陥密度は、上述したテンプレート基板１０の表面における欠陥密度（約１×１０９／ｃｍ２）よりも大幅に低減されていた。係る結果は、実施例２においても、実施例１と同様、欠陥の少ない良質な１３族窒化物厚膜層３１が形成されていたことを意味している。
【０１３０】
続いて、ＭＯＣＶＤ法により機能層を形成した。具体的には、以下の条件に従って、ｎ型半導体層３２としてのＳｉドープＧａＮ層、活性層３３の第１単位層３３ａとしてのＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層と第２単位層３３ｂとしてのＧａＮ層、ｐ型半導体層３４としてのＭｇドープＧａＮ層をこの順に形成した。なお、第１単位層３３ａをＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層としたのは、発光波長を概ね４６０ｎｍとするためである。
【０１３１】
ｎ型半導体層３２：
形成温度→１１００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→２０００；
１３族原料に対するＳｉ原料モル比→１×１０−４；
厚み→１０００ｎｍ。
【０１３２】
第１単位層３３ａ：
形成温度→８００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→１００００；
全１３族原料に対するＴＭＩモル比→０．６；
厚み→２ｎｍ。
【０１３３】
第２単位層３３ｂ：
形成温度→８００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→２００００；
厚み→５ｎｍ。
【０１３４】
第１単位層３３ａと第２単位層３３ｂの繰り返し数：１０。
【０１３５】
ｐ型半導体層３４：
形成温度→１０００℃；
リアクタ内圧力→１００ｋＰａ；
１５族／１３族ガス比→１００００；
１３族原料に対するＭｇ原料モル比→１×１０−３；
厚み→１００ｎｍ。
【０１３６】
機能層が形成されると、続いて、Ｍｇ活性化処理として、６５０℃の窒素ガス雰囲気中で５分間のアニール処理を行った。
【０１３７】
係るアニール処理の後、ｐ型半導体層３４の上に、スパッタ法によって銀パラジウム銅合金からなるｐ電極Ｅ１を２５０ｎｍの厚みに形成した。
【０１３８】
さらに、係るｐ電極Ｅ１の上に、ハンダによって２５０μｍ厚のＳｉ基板を接合した。これにより、積層構造体３０Ａが得られた。
【０１３９】
積層構造体３０Ａが得られると、次いで、レーザーリフトオフ法により、積層構造体３０Ａから種基板１を分離した。レーザー光の照射条件は、実施例１および比較例１と同様とした。
【０１４０】
種基板１を分離した後、積層構造体３０Ａの種基板１から剥離された側の面を研磨処理して、下側窒化物層３とドロップレット含有層４と上側窒化物層５とを除去し、１３族窒化物厚膜層３１を露出させた。
【０１４１】
次いで、係る露出した１３族窒化物厚膜層３１の上に、フォトリソグラフィープロセスと電子ビーム蒸着法により、櫛歯状のｎ電極Ｅ２を形成した。ｎ電極Ｅ２は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ多層電極として形成した。それぞれの電極層の厚みは、３０ｎｍ、３００ｎｍ、３０ｎｍ、６０ｎｍとした。
【０１４２】
以上の手順により、ＬＥＤ素子用の母基板３０Ｂが得られた。
【０１４３】
実施例２および比較例２のそれぞれの母基板３０Ｂについて、ダイサーにより素子単位に切断して、多数のＬＥＤ素子を得た。そして、それぞれのＬＥＤ素子について、特性評価を行った。サンプル数はいずれも１００個とした。特性評価は、定電流電源によってＬＥＤ素子のｐ電極とｎ電極との間に５Ｖの電圧を印加し、そのときにＬＥＤ素子を流れる電流量と、フォトディテクタによって検出されるＬＥＤ素子からの光出力値とを測定することにより行った。電流量が５０ｍＡ以下の場合は導通不良と判定し、５０ｍＡ通電時の光出力値がしきい値（２ａ．ｕ．）以下のものを光出力不良と判定した。導通不良あるいは光出力不良のいずれとも判定されなかった素子のみを合格とし、一方でも該当した素子は不合格とした。評価結果を表３に示す。
【０１４４】
【表３】
2015023240.tif 000005
【０１４５】
表３に示したように、ドロップレット含有層４を備えていないテンプレート基板を用いた比較例２の場合、１００個のＬＥＤ素子のうち３８個が不合格となった。これに対して、ドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いた実施例２の場合は、不合格の素子数は６個のみであった。
【０１４６】
以上の結果は、ＬＥＤ素子用の母基板の作製にあたって、ドロップレット含有層を備えたテンプレート基板を用いることで、ＬＥＤ素子の歩留まりが向上することを指し示している。
【０１４７】
（実施例３および比較例３）
実施例３においては、第３の態様に係るＬＥＤ素子用の母基板４０Ｂを作製した。比較例３においては、ドロップレット含有層４を有さないテンプレート基板を用いて、実施例３と同様の構成を有するＬＥＤ素子用の母基板を作製した。そして、それぞれの母基板からＬＥＤ素子を切り出し、特性を評価した。それゆえ、テンプレート基板の作製に際してドロップレット含有層４を設けなかったほかは、比較例３における作製手順は実施例３における作製手順と同じである。
【０１４８】
初めに、実施例３については実施例１と同様に、比較例３については比較例１と同様に、テンプレート基板を用意した。
【０１４９】
続いて、ＭＯＣＶＤ法により機能層を形成した。具体的には、ｎ型半導体層３２としてのＳｉドープＧａＮ層の厚みを３０００ｎｍしたほかは、実施例２および比較例２と同様の条件で機能層を形成した。
【０１５０】
その後の処理については、実施例２および比較例２と同様に行った。これにより、ＬＥＤ素子用の母基板４０Ｂが得られた。
【０１５１】
実施例３および比較例３のそれぞれの母基板４０Ｂについて、ダイサーにより素子単位に切断して、多数のＬＥＤ素子を得た。そして、それぞれのＬＥＤ素子について、実施例２および比較例２と同様の特性評価を行った。サンプル数はいずれも１００個とした。評価結果を表４に示す。
【０１５２】
【表４】
2015023240.tif 000006
【０１５３】
表４に示したように、ドロップレット含有層４を備えていないテンプレート基板を用いた比較例３の場合、１００個のＬＥＤ素子のうち４２個が不合格となった。これに対して、ドロップレット含有層４を備えたテンプレート基板１０を用いた実施例３の場合は、不合格の素子数は８個のみであった。
【０１５４】
以上の結果は、実施例２と同様、ＬＥＤ素子用の母基板の作製にあたって、ドロップレット含有層を備えたテンプレート基板を用いることで、ＬＥＤ素子の歩留まりが向上することを指し示している。
【符号の説明】
【０１５５】
１  種基板
２  低温バッファ層
３  下側窒化物層
４  ドロップレット含有層
５  上側窒化物層
１０  テンプレート基板
２０Ａ、３０Ａ、４０Ａ  積層構造体
２０Ｂ  １３族窒化物自立基板
２１、３１  １３族窒化物厚膜層
３０Ｂ、４０Ｂ  （発光素子用の）母基板
３２  ｎ型半導体層
３３  活性層
３４  ｐ型半導体層
１００  結晶成長装置
１１２  耐圧容器
１１４  ヒータカバー
１１６  加熱空間
１１８ａ  上段ヒータ
１１８ｂ  中段ヒータ
１１８ｃ  下段ヒータ
１１８ｄ  底部ヒータ
１２０  断熱材
１３０  ステージ
１４０  内容器
１４２  外容器
【図１】
2015023240.tif 000007
【図２】
2015023240.tif 000008
【図３】
2015023240.tif 000009
【図４】
2015023240.tif 000010
【図５】
2015023240.tif 000011