(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
無配向性である基材と、
前記基材上に金属カルコゲナイドを含むバッファー層とを含み、
前記バッファー層の前記基材側とは反対側の表面において、前記金属カルコゲナイドは結晶配向性が揃っており、
前記バッファー層の厚さは、１．０μｍ以上であるエピタキシャル成長用基板。
【請求項２】
前記バッファー層の前記基材側とは反対側の表面の面内回折ピークの半値幅が１０００ａｒｃ．ｓｅｃ．以内の範囲にある請求項１に記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項３】
前記バッファー層は、前記金属カルコゲナイドからなる層である請求項１又は２に記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項４】
前記バッファー層の前記基材側の表面は、結晶配向性が揃っていない金属カルコゲナイドを含む請求項１ないし３のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項５】
前記金属カルコゲナイドの金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＢｉからなる群より選ばれる１種以上である請求項１ないし４のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項６】
前記バッファー層の厚さは、１．０μｍ以上３００μ以下である請求項１ないし５のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長用基板。
【請求項７】
無配向性である基材上に金属カルコゲナイドと、前記金属カルコゲナイドの格子定数との差が±１．０％以内の単結晶ウエハを順に重ね、加熱、冷却して前記基材と前記単結晶ウエハの間に中間層を形成し、
前記単結晶ウエハと伴に前記中間層の一部を剥離して、前記基材上に厚さが１．０μｍ以上のバッファー層が存在するエピタキシャル成長用基板を得るエピタキシャル成長用基板の作製方法。
【請求項８】
前記加熱の際に、加圧を行う請求項７に記載のエピタキシャル成長用基板の作製方法。
【請求項９】
前記加熱によって、前記金属カルコゲナイドを溶融させる請求項７又は８に記載のエピタキシャル成長用基板の作製方法。
【請求項１０】
前記バッファー層の厚さは、３００μｍ以下である請求項７ないし９のいずれか１項に記載尾エピタキシャル成長用基板の作製方法。
【請求項１１】
前記中間層の一部とともに剥離した単結晶ウエハを前記中間層を形成する際に使用する請求項７ないし１０のいずれか１項に記載のエピタキシャル成長用基板の作製方法。
【請求項１２】
エピタキシャル層と、
前記エピタキシャル層と接した請求項１ないし６のいずれか１項に記載の金属カルコゲナイドを含むバッファー層とを有し、
前記バッファー層の前記エピタキシャル層側の表面の前記金属カルコゲナイドは、結晶配向性が揃い、
前記エピタキシャル層の格子定数は、前記金属カルコゲナイドの格子定数との差が±１．０％以内であるエピタキシャル基板。
【請求項１３】
エピタキシャル半導体層と、
前記エピタキシャル半導体層と接した請求項１ないし６のいずれか１項に記載の金属カルコゲナイドを含むバッファー層とを有し、
前記バッファー層の前記エピタキシャル半導体層側の表面の前記金属カルコゲナイドは、結晶配向性が揃い、
前記エピタキシャル半導体層の格子定数は、前記金属カルコゲナイドの格子定数との差が±１．０％以内である半導体素子。
【請求項１４】
前記金属カルコゲナイドの金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、ＰｂとＢｉの内のいずれか１種以上である請求項１３に記載の半導体素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
実施形態は、エピタキシャル成長用基板、エピタキシャル成長用基板の製造方法、エピタキシャル基板及び半導体素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の単結晶品質のデバイス(例としてLED、パワーデバイス、化合物太陽電池など)は高品質な単結晶基板上に作製することで高い性能を実現することができている。しかし単結晶基板は結晶化からウエハ切り出しまでに投入されるエネルギー、時間、工程、材料などに多くのコストがかかるため、単結晶基板のコストが製造コスト全体の多くを占め、デバイス、機器の普及の妨げになっている。【０００３】
ガラス基板など安価な板材を用いて単結晶品質のデバイスが作成できれば、製造コスト低減に大きく寄与し、電子デバイス普及拡大が期待できるが、ガラス基板など安価な板材の表面は非晶質、ランダム配向、多結晶などで、単結晶品質のデバイスをエピタキシャル成長させて作製することはできない。しかし安価な基板の表面に何らかの処理を施すことで、そこから成長する結晶の配向を誘起し単結晶品質のデバイスを作製できる可能性があり、実用化されているデバイスはないものの検討されている。【０００４】
ＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池はタンデム化することにより効率が３０％を上回り、普及への期待が大きいが、うちGaAs基板のコストが製品コストの数十パーセントを占める。これを解決する手段としてエピタキシャルリフトオフという手法が開発されている。デバイス部分を作製する前にあらかじめ単結晶基板に酸で溶ける保護層を設け、デバイス作製後にリフトオフすることで、再度単結晶基板を用いるという手段である。しかしこれはデバイス作製ごとにエッチングと研磨工程など煩雑な工程が増加し、かつ、酸を用いることから基板のリサイクル回数が十分ではない。これらのことから、タンデム化されたＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池は非常に高価である。【０００５】
シリコン（１１１）基板上にバッファー層としてＧａ２Ｓｅ３−Ｉｎ２Ｓｅ３化合物を蒸着形成し、その上にＩＩＩ−Ｖ族化合物太陽電池をヘテロエピタキシャル成長させる取り組みも実施されている。（０００１）配向Ｇａ２Ｓｅ３−Ｉｎ２Ｓｅ３化合物結晶の面内三角格子はＧａＡｓ系化合物の（１１１）面三角格子と格子定数が近く、高品質な結晶を配向させることができるという狙いだが、組成傾斜を形成する蒸着工程の増加と、そもそもエピタキシャルＳｉ基板が高価であることから、決定的な低コスト作製法ではない。【０００６】
安価なガラス基板上にグラフェンシートを配置し、その上にＧａＮをエピタキシャル成長させ、形成したＬＥＤを発光させることができる。しかしグラフェンシート内の格子定数とｃ軸配向ＧａＮの面内格子定数には大きな差があり、素子寿命や発光特性などの課題がある。また大面積でグラフェンシートを均一に作製する必要があるため、現時点では高コストな製法である。【０００７】
また安価なガラス基板上に層状酸化物や金属カルコゲナイドなどのナノシートを配置し、結晶成長用基板として用いる方法が提案されている。しかし作製されるナノシートは薄く、幅も数μｍから大きくても数ｍｍ程度の大きさが限界であるため、量産に必要なインチサイズで面内に結晶方位がそろった基板を作製することはできない。多数のナノシートを重ねながら大面積化するという方法では、さまざまなデバイスの性能を低下させる欠陥が多数発生するため実用できない。【０００８】
また、安価な基板上にストライプ状の溝を形成し、ストライプ形状に対応した結晶方位で酸化亜鉛透明電極を作製することに成功している。しかし、かかる方法で作製された電極は、面内Ｘ線測定による回折ピークの半値幅が極めて広い。ストライプの周期が１００μｍレベルのサイズで、結晶における元素のÅ（オングストローム）レベルの周期には大きなかい離がある。透明電極用途など要求される結晶品質が高くない場合は有効だが、この技術でエピタキシャル結晶成長用基板として用いることはできないと考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】国際公開第２００９／０３１３３２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
実施形態は、低コストなエピタキシャル成長用基板、エピタキシャル成長用基板の製造方法、エピタキシャル基板及び半導体素子を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
実施形態のエピタキシャル成長用基板は、無配向性である基材と、基材上に金属カルコゲナイドを含むバッファー層とを含み、バッファー層の基材側とは反対側の表面において、金属カルコゲナイドは結晶配向性が揃っており、バッファー層の厚さは、１．０μｍ以上である。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係るエピタキシャル成長用基板の概念図。
【図２】実施形態に係るエピタキシャル成長用基板の走査型電子顕微鏡による断面撮影像。
【図３】実施形態に係るエピタキシャル成長用基板の４軸Ｘ線測定結果。
【図４】実施形態に係るエピタキシャル成長用基板の作製方法のフロー図。
【図５】実施形態に係るエピタキシャル成長用基板の作製方法の工程図。
【図６】実施形態に係るエピタキシャル基板の概念図。
【図７】実施形態に係る半導体素子の概念図。
【図８】実施形態に係る半導体素子の概念図。
【図９】実施形態に係る半導体素子の概念図。
【図１０】実施形態に係る半導体素子の概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同一部材等には同一の符号を付し、一度説明した部材等については適宜その説明を省略する。
【００１４】
（第１実施形態）
第１実施形態は、エピタキシャル成長用基板に関する。図１の断面概念図に第１実施形態のエピタキシャル成長用基板１００を示す。図１に示すエピタキシャル成長用基１００は、基材１と、基材１上に存在するバッファー層２を有する。図２に、エピタキシャル成長用基板１００の走査型電子顕微鏡による断面撮影像を示す。
【００１５】
（基材）
実施形態の基材１は、無配向性の基材である。結晶配向の無い基材１は、ガラス、金属、多結晶体、プラスチック（樹脂）、セラミックス、非晶質など一義的に決まる結晶配向がなければ何でもよい。基材１は、エピタキシャル成長に必要なバッファー層２を保持するものであれば特に限定されない。基材１には、高価な単結晶基材は用いない。
【００１６】
（バッファー層）
実施形態のバッファー層２は、金属カルコゲナイドを含む層である。バッファー層２の基材１側とは反対側の表面の結晶配向性が揃っている。バッファー層２の基材１側とは反対側の表面がエピタキシャル成長が可能な面である。バッファー層２は基材１と直接接した表面を有する。バッファー層２の基材１側とは反対側の表面は、バッファー層２の基材１と直接接した表面とは反対側の面である。
【００１７】
バッファー層２の厚さは、１．０μｍ以上であることが好ましい。バッファー層２の厚さが１μｍ未満であると、バッファー層２が薄すぎて、結晶配向性が揃った面を有するバッファー層２の作製が困難である。また、バッファー層２の作製時にバッファー層２の一部は、単結晶ウエハとともに剥離され、薄すぎるバッファー層２は、この剥離の際に基材１からはがれて、結晶配向性が揃った面が得られにくくなるため好ましくない。そこで、バッファー層２の厚さは、３μｍ以上、５μｍ以上、そして１０μｍ以上であることがより好ましい。また、バッファー層２の厚さは、３００μｍ以下が好ましい。バッファー層２の厚さが３００μｍを超えると、バッファー層２に含まれる金属カルコゲナイドの使用量が多くなりコストの観点から好ましくない。また、バッファー層２の作製時に加熱を行うが、作製されるバッファー層２が厚すぎると加熱ムラが生じやすく、特に、面積がセンチメートル平米以上の面で結晶配向性を揃えるのが難しくなるため好ましくない。例えば、３００ｍｍウエハ用など大面積なエピタキシャル成長用基板の場合、厚すぎるバッファー層２は好ましくない。バッファー層２のより好ましい厚さは、１．０μｍ以上１００μｍ以下である。
【００１８】
バッファー層２の厚さの定義は以下のとおりである。安価な無配向性基材１はさまざまなものを選択することができるため、平坦性も一律ではなく、ガラス基板のように比較的平坦度の高いものもあれば、焼結セラミックス基材のように局所的に凹凸が含まれる。ここでエピタキシャル成長用基板１００を造る際に金属カルコゲナイドは融解するため、基材１の凹凸の隙間に十分充填される。そして結晶格子の型となる単結晶ウエハは平たん性の高い基材であるため、劈開して出来上がったエピタキシャル成長用基板１００は単結晶ウエハに近い平坦度を持っている。この場合、バッファー層２の厚さはバッファー層２の基材１側とは反対側の表面から垂直に凹凸のもっともへこんだ部分までの距離である。厚さを求めるには、電子顕微鏡観察像で、バッファー層２の厚さに応じて１μｍ以上１０００μ以下程度の幅でエピタキシャル成長用基板の側面を観察すればよい。
【００１９】
バッファー層２の基材１側とは反対側の表面の面内回折ピークの半値幅が１０００ａｒｃ．ｓｅｃ．以内の範囲にあることが好ましい。バッファー層２の基材１側とは反対側の表面で、４軸Ｘ線回折による極点観察を行うと、金属カルコゲナイドの結晶配向性が揃っているため、スポット状で対称性を有する強度分布が観察される。この強度分布のピークの半値幅が５１０００ａｒｃ．ｓｅｃ．以内の範囲であれば、バッファー層２の基材１側とは反対側の表面は、単結晶レベルの結晶品質があるとする。なお、エピタキシャル成長させる観点から、バッファー層２の基材１側とは反対側の表面は結晶配向性が高いほど好ましいため、面内回折ピークの半値幅が５００ａｒｃ．ｓｅｃ．以内の範囲にあることがより好ましい。図３に実施形態のエピタキシャル成長用基板１００の４軸Ｘ線測定結果を示す。金属カルコゲナイドの面内配向の定義は４軸Ｘ線回折により決定される。エピタキシャル成長用基板１００を上から見たときエピタキシャル成長用基板１００が円形、四角形などである場合は、中央および対角、外周から中央の点の中点を、任意で３点ほど測定すればよい。面内の回折ピーク（たとえば（１  ０  −１  １）など）の逆極点図を測定し、極点が対称性を有しており、６回対称など高い対称性が確認できればよい。図３に実施形態のエピタキシャル成長用基板１００の４軸Ｘ線測定結果を示す。図３の極点図において、６回対称が確認される。また、極点の半値幅は、５００ａｒｃ．ｓｅｃ．程度である。
【００２０】
バッファー層２には、金属カルコゲナイド構造を維持する添加物を含んでもよい。なお、バッファー層２に金属カルコゲナイド構造を保持しない不純物が含まれるとバッファー層２の基材１側とは反対側の表面の結晶配向性に悪影響を及ぼす。そこで、バッファー層２は、金属カルコゲナイドからなる層であることが好ましい。なお、金属カルコゲナイドからなるバッファー層２には、不可避てきな不純物が含まれることがある。
【００２１】
バッファー層２の基材１側の表面は、結晶配向性が揃っていなくてもよい。図２に示すように、バッファー層２の基材１側の表面は、エピタキシャル成長させる面ではないため、その面に含まれる金属カルコゲナイドの結晶配向性は揃わなくてもよい。また、バッファー層２の基材１側とは反対側の表面のから０．５μｍの深さからバッファー層２の基材１側の表面までの内部領域には、非晶質な金属カルコゲナイド、多結晶なカルコゲナイド、又は、非晶質なカルコゲナイド及び多結晶なカルコゲナイドが含まれていてもよい。バッファー層２のかかる内部の領域は、エピタキシャル成長に対して影響を及ぼさない。また、バッファー層２が内部領域も含め全体的に結晶配向性が揃っていると、作製時に単結晶ウエハから剥離させる際に、安価な基材１上のバッファー層が全体的にはがれてしまいやすくなる。これらの理由により、バッファー層２の内部領域には、非晶質な金属カルコゲナイド、多結晶なカルコゲナイド、又は、非晶質なカルコゲナイド及び多結晶なカルコゲナイドを含むことが好ましい。
【００２２】
金属カルコゲナイドは、Ｓｅ、ＳとＴｅからなる群から選ばれる１種以上の元素と金属との化合物である。金属カルコゲナイドは、面方向に広がる二次元のシート状である。金属カルコゲナイドは、元素の選択により格子定数を任意に変えることができる。金属カルコゲナイドの組成を変えることで、エピタキシャル成長させる単結晶層の格子定数と金属カルコゲナイドの格子定数を合わせることができる。つまり、エピタキシャル成長させる単結晶層及び成長させたい結晶方位に応じて、金属カルコゲナイドの組成を変えることで、例えば、ＳｉＣエピタキシャル成長用、ＧａＮエピタキシャル成長用などに適した基板を用意することができる。成長させる面方位も調整可能である。ＳｉＣ層やＧａＮ層に限られず金属カルコゲナイドで調整可能な範囲内であれば、成長可能な単結晶層は限定されない。成長可能な単結晶層は、他には例えば、ＧａＡｓ、ＩｎＮやＡｌＮなどから構成される半導体層などが含まれる。単結晶層は、ＳｉやＧｅなどの半金属、各種酸化物と化合物などからなる群から選ばれる１種以上であり特に限定されない。
【００２３】
エピタキシャル成長させる単結晶層の格子定数（エピタキシャル成長方向の結晶方位の格子定数）とバッファー層２の基材１側とは反対側の表面の金属カルコゲナイドの格子定数のとの差（［エピタキシャル成長させる単結晶層の格子定数］−［バッファー層２の基材１側とは反対側の表面の金属カルコゲナイドの格子定数］／「エピタキシャル成長させる単結晶層の格子定数」）は、±（プラスマイナス）１．０％以内が好ましい。格子定数の差が大きいと、エピタキシャル成長しにくく、ずれが大きいとエピタキシャル成長しない。そこで、エピタキシャル成長させる単結晶層の格子定数とバッファー層２の基材１側とは反対側の表面の金属カルコゲナイドの格子定数のとの差は、±０．５％以内であることがより好ましい。格子定数は、４軸Ｘ線回折測定によって求められる。
【００２４】
金属カルコゲナイドの金属は、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｇａ、Ｉｎ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｔ、Ａｕ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｐｂ及びＢｉからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。
【００２５】
二次元シート状の金属カルコゲナイドは、基材１側とは反対側の表面が、複数の二次元シート状の金属カルコゲナイドで構成されている場合がある。このとき、基材１側とは反対側の表面は、複数の二次元シート状の金属カルコゲナイドの結晶配向性が揃うように配列されている。複数の二次元シート状の金属カルコゲナイドは重なっていても問題はないし、図２のように段差があってもよい。単結晶ウエハとの剥離の際に、基材１側とは反対側の表面が１枚の二次元シートの金属カルコゲナイドではなくても、複数枚の二次元シートの金属カルコゲナイドの結晶配向性が揃っていれば、エピタキシャル成長が可能である。完璧な１枚のシート状物でなくともエピタキシャル成長が可能であることから、実施形態のエピタキシャル成長用基板は、安価に提供可能である。
【００２６】
ＳｉＣウエハ、ＧａＮウエハ、ＧａＡｓウエハを成長させる際に好適な金属カルコゲナイドの一例を示す。下記に示すように、金属カルコゲナイドの元素の組み合わせによって、ウエハに応じて好適な金属カルコゲナイドに調整することができる。
【００２７】
また、例えば、面方位が（０００１）のエピタキシャルＳｉＣウエハの成長用基板では、金属カルコゲナイドにＣｒ０．９６Ｓｎ０．０４Ｓ２を用いる。すると、ＳｉＣのａ軸長３．０７３Åと金属カルコゲナイドのａ軸長３．０７３Åの誤差が０．０％となりＳｉＣのエピタキシャル成長に好適である。
【００２８】
また、例えば、面方位が（０００１）のエピタキシャルＧａＮウエハの成長用基板では、金属カルコゲナイドにＭｏＳｅ１．６Ｓ０．４を用いる。すると、ＧａＮのａ軸長３．１８９Åと金属カルコゲナイドのａ軸長３．１８９Åの誤差が０．０％となりＧａＮのエピタキシャル成長に好適である。
【００２９】
また、例えば、面方位が（１１１）のエピタキシャルＧａＡｓウエハの成長用基板では、金属カルコゲナイドにＩｎ０．９９Ｇａ０．０１Ｓｅを用いる。すると、ＧａＡｓ（１１１）面のａ軸長３．９９７Åと金属カルコゲナイドの３角格子軸長３．９９７Åの誤差が０％となりＧａＡｓのエピタキシャル成長に好適である。
【００３０】
（第２実施形態）
第２実施形態は、エピタキシャル成長用基板の作製方法に関する。図４にエピタキシャル成長用基板の作製方法のフロー図を示す。図５にエピタキシャル成長用基板の作製方法の工程図を示す。以下に説明するエピタキシャル成長用基板の作製方法は、図４、５の工程に沿ったものである。第２実施形態で作製するエピタキシャル成長用基板は、第１実施形態のエピタキシャル成長用基板である。
【００３１】
第２実施形態のエピタキシャル成長用基板の作製方法は、無配向性である基材１上に多結晶の金属カルコゲナイド３と、多結晶の金属カルコゲナイド３の格子定数との差が±１．０％以内の単結晶ウエハ４を順に重ね（工程１）、加熱、冷却して基材１と単結晶ウエハ４の間に中間層５を形成し（工程２）単結晶ウエハと伴に中間層５の一部を剥離して（工程３）、基材１上に厚さが１．０μｍ以上のバッファー層２が存在するエピタキシャル成長用基板１００を得る。得られたエピタキシャル成長用基板１００を用いて、ヘテロエピタキシャル成長を行い目的のエピタキシャル基板を作製することができる。
【００３２】
第１実施形態に記載の基材１上に多結晶の金属カルコゲナイド３を設ける（図５（ａ））。多結晶の金属カルコゲナイド３は、薄膜又は粉体であることが好ましい。多結晶の金属カルコゲナイド３の薄膜は、蒸着又はスパッタで製膜することができる。
【００３３】
そして、基材１、多結晶の金属カルコゲナイド３、単結晶ウエハ４の順に重ねる（図５（ｂ））。このとき用いる単結晶ウエハ４は、多結晶の金属カルコゲナイド３の格子定数との差が±１．０％以内のウエハであることが好ましい。作製したいエピタキシャル基板を鋳型として単結晶ウエハ４に用いる。
【００３４】
そして、多結晶の金属カルコゲナイド３が溶融するまで加熱し、冷却して結晶化させて基材１と単結晶ウエハ４の間に結晶化した金属カルコゲナイドの中間層５が形成される（図５（ｃ））。多結晶の金属カルコゲナイド３を溶融する際に、基材１と単結晶ウエハ４を押し合わせて圧力をかけてもよいし、金属カルコゲナイド３を溶融させる雰囲気を加圧してもよい。中間層４の単結晶ウエハ４側では、単結晶ウエハ４の結晶格子とエピタキシャル関係を保った金属カルコゲナイドのエピタキシャル膜（固相エピキタシー）が形成される。従って、金属カルコゲナイドの結晶配向性が揃っている。これは、単結晶ウエハ４の格子定数（基材１側の面方位）が金属カルコゲナイドの格子定数とマッチしているため、単結晶ウエハ４の結晶面を鋳型にして金属カルコゲナイドが結晶化するからである。金属カルコゲナイドは、二次元シート状の結晶構造を有し、単結晶ウエハ４の結晶面に沿って全面的に配列された金属カルコゲナイドの二次元シートが、単結晶ウエハ４の基材１側の面と接し、基材１側方向に積層している。中間層５の厚さは、１．０μｍより厚いことが好ましく、３μｍ、５μｍ、１０μｍのいずれよりも厚いことがより好ましい。また、中間層５の厚さは、３５０μｍよりも薄いことが好ましい。融点の上昇や下降、剥離性の向上、結晶性向上、結晶格子マッチングの向上などの目的で、金属カルコゲナイドを構成する元素は適宜調整される。
【００３５】
そして、中間層５から劈開することで、単結晶ウエハ４と伴に中間層５の一部を剥離して、基材１上に厚さが１．０μｍ以上の第１実施形態に記載のバッファー層２が存在するエピタキシャル成長用基板１００（図５（ｄ））を得る。中間層５の一部は、バッファー層２となる。金属カルコゲナイドは二次元シート状の結晶であるため、シート間で劈開される。従って、基材１側のバッファー層２の表面も単結晶ウエハ４に残った中間層の一部の表面も金属カルコゲナイド６の二次元シート状の結晶が配列している。どちらの面も複数の金属カルコゲナイドの二次元シートで構成されていてもよい。１枚の二次元シートでなくても大面積のエピタキシャル成長が可能な基板が得られる。エピタキシャル成長させたい物質及び面方位に応じて、単結晶ウエハ４と多結晶の金属カルコゲナイド３の組み合わせを変えることができる。従って、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００の作製方法は、Ｓｉ、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、Ｇｅなどのエピタキシャル基板の種類に限定されない。単結晶ウエハ４は、ＳｉやＧｅなどの半金属、各種酸化物と化合物などからなる群より選ばれる１種以上の単結晶ウエハであり特に限定されない。
【００３６】
劈開によって得られた単結晶ウエハ４は、中間層５を形成する際に用いる単結晶ウエハ４として再利用が可能である。また、単結晶ウエハ４に残り単結晶ウエハ４と接している中間層５の一部の金属カルコゲナイド６も中間層５の原料として再利用が可能である。単結晶ウエハ４は高価であるが第２実施形態のエピタキシャル成長用基板の作製方法では、再利用が可能であるため、エピタキシャル成長用基板の作製コストを下げることができる。エピタキシャル成長用基板の作製方法のプロセスが単結晶ウエハ４に大きな負荷を与えないため再利用可能な回数が、例えば、数百回、数千回と非常に多い点で、第２実施形態のエピタキシャル成長用基板の作製方法は優れている。
【００３７】
（第３実施形態）
第３実施形態は、エピタキシャル基板に関する。第３実施形態のエピタキシャル基板は、第１実施形態のエピタキシャル成長用基板１００を用いてエピタキシャル成長させた基板である。図６に第３実施形態のエピタキシャル基板２００の概念図を示す。図６のエピタキシャル基板２００は、基材１と、バッファー層２と、エピタキシャル層７とを有する。
【００３８】
基材１とバッファー層２は、エピタキシャル成長用基板１００である。バッファー層２の基材１側とは反対側の表面にある金属カルコゲナイドの格子定数は、エピタキシャル層７に合わせてある。エピタキシャル層７の格子定数（基材１側の面方位）は、金属カルコゲナイドの格子定数との差（［エピタキシャル層７の格子定数］−［バッファー層２の基材１側とは反対側の表面の金属カルコゲナイドの格子定数］／「エピタキシャル層７の格子定数」）が１．０％以内であり、バッファー層２とエピタキシャル層７は、ヘテロエピタキシャルである。
【００３９】
エピタキシャル層７は、ＳｉＣ層、ＧａＡｓ層やＧａＮ層などの半導体層、ＹＢＣＯなどの超伝導層である。エピタキシャル層７は、ＳｉやＧｅなどの半金属、各種酸化物と化合物などからなる群より選ばれる１種以上のエピタキシャル層であり特に限定されない。
【００４０】
エピタキシャル基板２００が実施形態のエピタキシャル成長用基板１００を用いていることは、エピタキシャル基板２００の任意の４点を観察、測定すればよい。エピタキシャル基板２００を上から見たとき素子が円形、四角形などである場合は、中央および対角、外周から中央の点の中点を、任意で３点ほど測定すればよい。測定項目としては、透過型電子顕微鏡によりエピタキシャル基板２００の断面を観察し、膜厚、組成などを明らかにすることと、Ｘ線回折によりエピタキシャル基板２００の膜面直や面内の回折ピークを観測することにより、エピタキシャル膜７とバッファー層２とのエピタキシャル関係が分かる。
【００４１】
エピタキシャル基板２００から基材１を引きはがしてもよい。また、エピタキシャル基板２００からバッファー層２を除去することもできる。例えば、エピタキシャル層７がＹＢＣＯなどの超伝導層である場合、基材１及びバッファー層２を除去して、エピタキシャル層７上に絶縁層を設け、超伝導配線や超伝導磁石を作製することができる。
【００４２】
（第４実施形態）
第４実施形態は、半導体素子に関する。図７に実施形態の半導体素子３００の概念図を示す。図７に示す半導体素子３００は、太陽電池である。図７に示す半導体素子３００は、下部電極３０１、遷移金属カルコゲナイド３０２、ｐ型ＧａＡｓ層３０３、ｎ型ＧａＡｓ層３０４と、上部電極３０５を有する。遷移金属カルコゲナイド３０２、ｐ型ＧａＡｓ層３０３とｎ型ＧａＡｓ層３０４が第３実施形態のエピタキシャル基板に相当する。第４実施形態では、エピタキシャル基板の基材を除去し、下部電極３０１を設けてもよいし、基材に金属板を用い、金属板を下部電極３０１としてもよい。遷移金属カルコゲナイド３０２は、導電性があるため、ｐ型ＧａＡｓ層３０３と下部電極３０１との間に設けてもよいし、遷移金属カルコゲナイド３０２を除去してもよい。第４実施形態では、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＡｓ層が含まれる。通常、エピタキシャルＧａＡｓ層の形成には、大きなコストが必要であるが、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＡｓ層は低コストで形成が可能であるため、半導体素子の作製コストを下げることができる。なお、太陽電池は、多接合型太陽電池としてもよい。
【００４３】
（第５実施形態）
第５実施形態は、半導体素子に関する。図８に実施形態の半導体素子４００の概念図を示す。図８に示す半導体素子４００は、高周波デバイスである。図８に示す半導体素子４００は、アルミナ板４０１、遷移金属カルコゲナイド４０２、半絶縁ＧａＡｓ層４０３、能動層４０４、ゲート４０５、ドレイン４０６とソース４０７を有する。遷移金属カルコゲナイド４０２と半絶縁ＧａＡｓ層４０３の格子定数がマッチし、アルミナ板４０１、遷移金属カルコゲナイド４０２と半絶縁ＧａＡｓ層４０３が第３実施形態のエピタキシャル基板に相当する。遷移金属カルコゲナイド４０２は、ｐ半絶縁ＧａＡｓ層４０３とアルミナ板４０１との間に設けてもよいし、基材とともに遷移金属カルコゲナイド４０２を除去してもよい。第５実施形態では、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＡｓ層が含まれる。通常、エピタキシャルＧａＡｓ層の形成には、大きなコストが必要であるが、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＡｓ層は低コストで形成が可能であるため、半導体素子の作製コストを下げることができる。
【００４４】
（第６実施形態）
第６実施形態は、半導体素子に関する。図９に実施形態の半導体素子５００の概念図を示す。図９に示す半導体素子５００は、発光デバイス（Light Emitting Device: LED）である。図９に示す半導体素子５００は、下部電極５０１、遷移金属カルコゲナイド５０２、ｎ型ＧａＮ層５０３、量子井戸層５０４、ｐ型ＧａＮ層５０５と上部電極５０６を有する。遷移金属カルコゲナイド５０２とｎ型ＧａＮ層５０３の格子定数がマッチし、下部電極５０１が第３実施形態のエピタキシャル基板に相当する。第６実施形態では、下部電極５０１や遷移金属カルコゲナイド５０２を除去し、絶縁膜を形成してもよい。第６実施形態では、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＮ層が含まれる。通常、エピタキシャルＧａＮ層の形成には、大きなコストが必要であるが、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＧａＮ層は低コストで形成が可能であるため、半導体素子の作製コストを下げることができる。
【００４５】
（第７実施形態）
第７実施形態は、半導体素子に関する。図１０に実施形態の半導体素子６００の概念図を示す。図１０に示す半導体素子６００は、トレンチ型ＳｉＣ−ＭＯＳＦＥＴ（Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor）である。図１０に示す半導体素子６００は、ドレイン電極６０１、遷移金属カルコゲナイド６０２、ｎ型ＳｉＣドリフト層６０３、ｐ−層６０４、ｐ＋領域６０５、ｎ＋領域６０６、ゲート６０７、絶縁膜６０８、ソース電極６０９を有する。遷移金属カルコゲナイド６０２とｎ型ＳｉＣドリフト層６０３の格子定数がマッチし、ドレイン電極６０１、遷移金属カルコゲナイド６０２、ｎ型ＳｉＣドリフト層６０３、ｐ−層６０４、ｎ＋領域６０５とｐ＋領域６０６が第３実施形態のエピタキシャル基板に相当する。遷移金属カルコゲナイド６０２は、導電性があるため、ｎ型ＳｉＣドリフト層６０３とドレイン電極６０１との間に設けてもよいし、遷移金属カルコゲナイド６０２を除去してもよい。第７実施形態では、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＳｉＣ層が含まれる。通常、エピタキシャルＳｉＣ層の形成には、大きなコストが必要であるが、実施形態のエピタキシャル成長用基板１００から成長させたエピタキシャルＳｉＣ層は低コストで形成が可能であるため、半導体素子の作製コストを下げることができる。
【００４６】
以下、実施例および比較例を説明する。
【００４７】
（実施例１）
基板として、厚さ０．５ｍｍのガラス基板（イーグルＸＧ）を用意した。この基板上に、蒸着法により微量のＧａを含むＩｎＳｅを５０μｍ形成した。蒸着膜にＧａＡｓ（１１１）単結晶基板を重ねて置いた。これをアルゴン雰囲気１気圧の電気炉で加熱、徐冷し、ＩｎＳｅを溶解、結晶化させた。これを取り出し、２００℃程度に保ちながらガラス基板とＧａＡｓ（１１１）単結晶基板の間にカッターナイフを差し込み、基板を上下に引きはがした。これによりガラス上に２次元層状化合物の形成されたエピタキシャル成長用基板を得た。４軸Ｘ線回折によりＩｎＳｅ化合物のａ軸長を決定したところ、４．０００Åであった。これを基材に用いてにＧａＡｓ系三接合光電変換素子を作製し、作製後にガラス基材から引きはがして電極を形成した。
【００４８】
（実施例２）
基板として、厚さ０．５ｍｍのアルミナ基板を用意した。この基板上に、スパッタ法により２０％程度のＳｅを含むセレン化硫化モリブデンを５０μｍ形成した。蒸着膜にＧａＮ（０００１）単結晶基板を重ねて置いた。これをアルゴン雰囲気１０気圧の電気炉に加熱、徐冷し、セレン化硫化モリブデン化合物を溶解、結晶化させた。これを２００℃程度に保ちながらアルミナ基板とＧａＮ（０００１）単結晶基板の間にカッターナイフを差し込み、基板を上下に引きはがした。これによりアルミナ基板上に２次元層状化合物の形成されたエピタキシャル成長用基板を得た。４軸Ｘ線回折によりセレン化硫化モリブデン化合物のａ軸長を決定したところ、３．１８９Åであった。これを基材に用いてにＧａＮ系発光素子を作製した。作製後にアルミナ基材から引きはがして電極を形成した。また横型素子を用いる場合、アルミナ基板を引きはがす必要はない。
【００４９】
（実施例３）
基板として、厚さ０．５ｍｍのアルミナ基板を用意した。この基板上に、スパッタ法により４０％程度のＣｒを含む硫化クロムモリブデンを５０μｍ形成した。蒸着膜にＳｉＣ（０００１）単結晶基板を重ねて置いた。これをアルゴン雰囲気１０気圧の電気炉に加熱、徐冷し、硫化クロムモリブデン化合物を溶解、結晶化させた。これを２００℃程度に保ちながらアルミナ基板とＳｉＣ（０００１）単結晶基板の間にカッターナイフを差し込み、基板を上下に引きはがした。これによりアルミナ基板上に２次元層状化合物の形成されたエピタキシャル成長用基板を得た。４軸Ｘ線回折により硫化クロムモリブデン化合物のａ軸長を決定したところ、３．０７３Åであった。これを基材に用いてにＳｉＣパワーデバイスを作製した。作製後にアルミナ基材から引きはがして電極を形成した。また横型素子を用いる場合、アルミナ基板を引きはがす必要はない。
【００５０】
（比較例１）
基板として、厚さ０．５ｍｍのガラス基板（イーグルＸＧ）を用意した。この基板上に、蒸着法により微量のＧａを含むＩｎＳｅを５０μｍ形成した。蒸着膜ガラス基板を重ねて置いた。これをアルゴン雰囲気１気圧の電気炉で加熱、徐冷し、ＩｎＳｅを溶解、結晶化させた。これを取り出し、２００℃程度に保ちながらガラス基板とガラス基板の間にカッターナイフを差し込み、基板を上下に引きはがした。これについてＸＲＤ回折パターン測定を行ったところ、ガラス上に２次元層状化合物が形成されていることはわかったが、面直はある程度ｃ軸配向だったものの面内の配向はランダムで半値幅が１００００程度と大きく、エピタキシャル成長用基板として使用できるものではなかった。
明細書中、一部の元素は、元素記号のみで表している。
【００５１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない上述したこれら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行なうことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１００…エピタキシャル成長用基板、１…基材、…２…バッファー層、３…多結晶の金属カルコゲナイド３、４…単結晶ウエハ、５…中間層、６…金属カルコゲナイド、
２００…エピタキシャル基板、７…エピタキシャル層、
３００…半導体素子、３０１…下部電極、３０２…遷移金属カルコゲナイド、３０３…ｐ型ＧａＡｓ層、３０４…ｎ型ＧａＡｓ層、３０５…上部電極、
４００…半導体素子、４０１…アルミナ板、４０２…遷移金属カルコゲナイド、４０３…半絶縁ＧａＡｓ層、４０４…能動層、４０５…ゲート、４０６…ソース、４０７…ドレイン、
５００…半導体素子、５０１…下部電極、５０２…遷移金属カルコゲナイド、５０３…ｎ型ＧａＮ層、５０４…量子井戸層、５０５…ｐ型ＧａＮ層、５０６…上部電極、
６００…半導体素子、６０１…ドレイン電極、６０２…遷移金属カルコゲナイド、６０３…ｎ型ＳｉＣドリフト層、６０４…ｐ−層、６０５…ｎ＋領域、６０６ｐ＋領域、６０７…ゲート、６０８…絶縁膜、６０９…ソース電極、
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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