(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一平面に前記一平面の法線方向に突出する複数の突起がアレイ状に並んでいる単結晶基板をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する初期工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記単結晶基板の前記一平面及び前記複数の突起の表面を含む下地面上に島状の複数のＡｌＮ結晶核を形成する第１工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記複数のＡｌＮ結晶核を元に前記単結晶基板の前記下地面上に第１ＡｌＮ層を形成する第２工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記第１ＡｌＮ層上に第２ＡｌＮ層を形成する第３工程と、を含み、
前記第１工程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核がＮ極性のＡｌＮ結晶核よりも優先して形成される値であり、
前記第２工程におけるＶ／III比は、前記単結晶基板の前記法線方向に直交するファセットを有するＡｌＮ結晶の縦方向成長が促進される値であり、
前記第３工程におけるＶ／III比は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される値であり、
前記第１ＡｌＮ層の厚さは２μｍ以上であり、
前記第２工程におけるＶ／III比は、５１よりも大きく、
前記第３工程におけるＶ／III比は、５１よりも小さい、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項２】
一平面に前記一平面の法線方向に突出する複数の突起がアレイ状に並んでいる単結晶基板をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する初期工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記単結晶基板の前記一平面及び前記複数の突起の表面を含む下地面上に島状の複数のＡｌＮ結晶核を形成する第１工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で、前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記複数のＡｌＮ結晶核を元に前記単結晶基板の前記下地面上に第１ＡｌＮ層を形成する第２工程と、
前記単結晶基板を加熱した状態で前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記第１ＡｌＮ層上に第２ＡｌＮ層を形成する第３工程と、を含み、
前記第１工程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核がＮ極性のＡｌＮ結晶核よりも優先して形成される値であり、
前記第２工程におけるＶ／III比は、前記単結晶基板の前記法線方向に直交するファセットを有するＡｌＮ結晶の縦方向成長が促進される値であり、
前記第３工程におけるＶ／III比は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される値であり、
前記第１ＡｌＮ層の厚さは２μｍ以上であり、
前記第２工程及び前記第３工程それぞれにおける前記単結晶基板の温度は１３００℃よりも高くかつ１３９０℃未満である、
ことを特徴とするエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項３】
前記第２工程及び前記第３工程では、前記Ａｌの原料ガスのキャリアガスはＨ2ガスのみであり、かつ、前記Ｎの原料ガスのキャリアガスはＨ2ガスのみである、
ことを特徴とする請求項１または２に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【請求項４】
前記単結晶基板は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板又はＧａＮ基板であり、
前記単結晶基板の前記法線方向の結晶軸は、ｃ軸である、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載のエピタキシャル基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル基板の製造方法に関し、より詳細には、ＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）装置を用いたエピタキシャル基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
エピタキシャル基板の製造方法としては、一方の面に凸部の配列が形成された単結晶のサファイア基板を準備する工程と、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）ガスとアンモニアガスとを原料とするＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板の該一方の面にＡｌＮ結晶のバッファ層を成長させるバッファ層成長工程と、を含む製造方法が提案されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
バッファ層成長工程では、まず、結晶核（ＡｌＮ結晶核）を形成し、その後、横エンハンス成長（enhanced lateral growth）の条件でＡｌＮ結晶を成長させることにより下地結晶層を形成し、その後、凸部のそれぞれから、サファイア基板の一方の面の法線方向に延びる複数のピラーを成長させ、更に複数のピラーを一体化させている。
【０００４】
特許文献１には、上述のバッファ層を紫外発光層の結晶成長のためのテンプレートとして利用した紫外線発光ダイオードの製造方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＷＯ２０１４／０６９２３５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、エピタキシャル基板では、一般的に、転位密度が低いほど結晶性が良いと考えられている。
【０００７】
エピタキシャル基板の製造方法では、エピタキシャル基板の結晶性（単結晶基板上に結晶成長されたＡｌＮ層の結晶性）の更なる向上が望まれている。
【０００８】
本発明の目的は、エピタキシャル基板の結晶性の更なる向上を図ることが可能なエピタキシャル基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る一態様のエピタキシャル基板の製造方法は、一平面に前記一平面の法線方向に突出する複数の突起がアレイ状に並んでいる単結晶基板をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する初期工程と、前記単結晶基板を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記単結晶基板の前記一平面及び前記複数の突起の表面を含む下地面上に島状の複数のＡｌＮ結晶核を形成する第１工程と、前記単結晶基板を加熱した状態で、前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記複数のＡｌＮ結晶核を元に前記単結晶基板の前記下地面上に第１ＡｌＮ層を形成する第２工程と、前記単結晶基板を加熱した状態で前記Ａｌの原料ガスと前記Ｎの原料ガスとを前記反応炉内に供給することによって、前記第１ＡｌＮ層上に第２ＡｌＮ層を形成する第３工程と、を含み、前記第１工程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核がＮ極性のＡｌＮ結晶核よりも優先して形成される値であり、前記第２工程におけるＶ／III比は、前記単結晶基板の前記法線方向に直交するファセットを有するＡｌＮ結晶の縦方向成長が促進される値であり、前記第３工程におけるＶ／III比は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される値であり、前記第１ＡｌＮ層の厚さは２μｍ以上である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明のエピタキシャル基板の製造方法は、エピタキシャル基板の結晶性の更なる向上を図ることが可能になるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係るエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の模式的な断面図である。
【図２】図２Ａは、同上のエピタキシャル基板の製造方法に用いる単結晶基板の平面図である。図２Ｂは、図２ＡのＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】図３Ａは、同上のエピタキシャル基板の製造方法における第１工程を説明する主要工程断面図である。図３Ｂは、同上のエピタキシャル基板の製造方法における第２工程を説明する主要工程断面図である。図３Ｃは、同上のエピタキシャル基板の製造方法における第３工程を説明する主要工程断面図である。
【図４】図４は、本発明の一実施例に係るエピタキシャル基板の製造方法の成長シーケンス図である。
【図５】図５は、本発明の一実施例に係るエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の断面ＴＥＭ像（cross-sectional transmission electron microscope image）である。
【図６】図６は、図５の要部拡大像である。
【図７】図７は、本発明の一実施例に係るエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図８】図８は、比較例１のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図９】図９は、比較例２のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図１０】図１０は、比較例３のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図１１】図１１は、比較例４のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図１２】図１２は、比較例５のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【図１３】図１３は、比較例６のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板の表面に関して、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
下記の実施形態において説明する図１〜３は、模式的な図であり、図中の各構成要素の大きさや厚さそれぞれの比が、必ずしも実際の寸法比を反映しているとは限らない。
【００１３】
以下では、本実施形態のエピタキシャル基板（epitaxial substrate）１の製造方法について図１〜３に基づいて説明する。
【００１４】
エピタキシャル基板１は、単結晶基板２上にＡｌＮ層３をエピタキシャル成長させた基板である。より詳細には、エピタキシャル基板１は、単結晶基板２上にＡｌＮ層３をＭＯＶＰＥ（metal organic vapor phase epitaxy）装置によりエピタキシャル成長させた基板である。エピタキシャル基板１では、単結晶基板２の一平面２１の面方位とＡｌＮ層３の表面３０の面方位とが同じであり、ＡｌＮ層３がエピタキシャル層（epitaxial layer）である。エピタキシャル基板１では、単結晶基板２の一平面２１が（０００１）面であり、ＡｌＮ層３の表面３０が（０００１）面である。ＡｌＮ層３の表面３０が（０００１）面であることは、例えば、Ｘ線回折、ＴＥＭによる電子回折像等で確認することが可能である。ＡｌＮ層３の表面３０は、Ａｌ極性面である。エピタキシャル基板１のサイズは、例えば、チップサイズ（chip size）でもよいし、ウェハサイズ（wafer size）でもよい。
【００１５】
エピタキシャル基板１は、一平面２１に、当該一平面２１の法線方向に突出する複数の突起２２が２次元のアレイ状に並んでいる単結晶基板（single crystal substrate）２と、単結晶基板２の一平面２１上に形成されたＡｌＮ層３と、を備えている。複数の突起２２は、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に先細りとなる錐状である。ＡｌＮ層３は、複数の突起２２の先端が露出するように一平面２１及び複数の突起２２を覆う第１ＡｌＮ結晶３１と、複数の突起２２の先端から一平面２１の法線方向に沿って突出し、複数の突起２２のうちの対応する突起２２の先端からの距離が長くなるにつれて断面積が大きくなる柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２と、複数の第２ＡｌＮ結晶３２における単結晶基板２とは反対側の端部３２２を連結している層状の第３ＡｌＮ結晶３３と、を含む。
【００１６】
エピタキシャル基板１では、複数の第２ＡｌＮ結晶３２のうち隣り合う２つの第２ＡｌＮ結晶３２の間に空洞３７があるのが好ましい。言い換えれば、複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、複数の突起２２の先端から単結晶基板２の一平面２１の法線方向に沿って互いに接触しないように突出しているのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１では、突起２２と第２ＡｌＮ結晶３２との界面で生じて突起２２の先端付近から単結晶基板２の法線方向とは傾いた方向に延びた転位が空洞３７の箇所で消滅しやすくなる。
【００１７】
以下では、エピタキシャル基板１の各構成要素について詳細に説明した後に、エピタキシャル基板１の製造方法について詳細に説明する。
【００１８】
エピタキシャル基板１における単結晶基板２は、六方晶（hexagonal crystal）の単結晶基板である。より詳細には、単結晶基板２は、サファイア基板である。ここで、単結晶基板２の一平面２１は、サファイア基板のｃ面、つまり（０００１）面である。したがって、単結晶基板２の一平面２１の法線方向は、単結晶基板２の結晶軸方向におけるｃ軸方向である。また、単結晶基板２の一平面２１の法線方向は、単結晶基板２の厚さ方向の一の方向である。単結晶基板２の一平面２１（第１面２０１）と、一平面２１とは反対の第２面２０２と、の間の距離は、例えば、１００μｍ〜１０００μｍ程度であるのが好ましく、１２０μｍ〜８００μｍ程度であるのがより好ましく、１５０μｍ〜５００μｍ程度であるのが更に好ましい。単結晶基板２は、（０００１）面からのオフ角が、０°〜０．４°であるのが好ましく、０．１°〜０．３１°であるのがより好ましい。
【００１９】
単結晶基板２では、一平面２１に、一平面２１の法線方向に突出する複数の突起２２がアレイ状に並んでいる。複数の突起２２は、１つ１つが独立した島状である。言い換えれば、複数の突起２２は、それぞれ島状であり、２次元のアレイ状に並んでいる。複数の突起２２は、仮想的な三角格子の各格子点に１つずつ配置されているが、これに限らず、例えば、仮想的な六角格子の各格子点に１つずつ配置されていてもよい。複数の突起２２は、互いに同じ大きさであるのが好ましい。図２Ａには、単結晶基板２の結晶軸におけるａ1軸、ａ2軸及びａ3軸それぞれの方向を矢印で記載してある。また、図２Ｂには、単結晶基板２の結晶軸におけるｃ軸の方向を矢印で記載してある。ａ1軸、ａ2軸及びａ3軸は、ｃ軸と直交する。ａ1軸とａ2軸及びａ3軸それぞれとのなす角度は１２０°である。ａ1軸、ａ2軸及びａ3軸は、図２Ａにおいて時計回り方向或いは反時計回り方向のいずれかの同じ方向に３０°ずつ、ずれていてもよい。
【００２０】
単結晶基板２は、複数の突起２２を一体に備えている。言い換えれば、複数の突起２２の各々は、単結晶基板２の一部である。ここで、単結晶基板２を構成するサファイア基板は、所謂ＰＳＳ（patterned sapphire substrate）である。複数の突起２２の各々は、単結晶基板２のｃ軸方向に先細りする円錐状である。したがって、複数の突起２２の各々において、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交する断面の形状は、円形状である。突起２２の高さは、例えば、３００ｎｍ〜２０００ｎｍ程度であるのが好ましい。突起２２の底面の直径は、例えば、３００ｎｍ〜３０００ｎｍ程度であるのが好ましい。本明細書でいう円錐状の形状は、母線が直線である場合に限らず、直線に近い曲線でもよい。複数の突起２２において隣り合う突起２２間の距離は、例えば、５０ｎｍ〜１０００ｎｍ程度であるのが好ましい。各突起２２のサイズ（高さ、底面の直径等）及び隣り合う２つの突起２２間の距離の数値は一例であり、特に限定されない。
【００２１】
エピタキシャル基板１におけるＡｌＮ層３は、複数の突起２２の先端から突出している柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２と、複数の第２ＡｌＮ結晶３２における単結晶基板２とは反対側の端部３２２を連結している層状の第３ＡｌＮ結晶３３と、を含んでいる。
【００２２】
複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、複数の突起２２の先端から一平面２１の法線方向に沿って突出している。つまり、複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々は、複数の突起２２のうち直下の突起２２の先端からｃ軸方向に突出している。複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、複数の突起２２と同様に仮想的な三角格子の各格子点に１つずつ配置されている。複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、複数の突起２２のうちの対応する突起２２の先端からの距離が長くなるにつれて断面積が大きくなる柱状である。複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々は、六角柱状である。ここで、複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々における端部３２１は、六角錐状である。複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々では、単結晶基板２側の端部３２１の断面積が、複数の突起２２のうちの対応する突起２２の先端からの距離が長くなるにつれて大きくなっており、端部３２１以外では断面積が略一定となっている。ここでいう断面積は、一平面２１の法線方向に直交する断面の面積である。この断面の形状は、六角形状である。ここでいう「六角形状」は、厳密に六角形でなくてもよく、略六角形であればよい。複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交する面内において、隣り合う２つの第２ＡｌＮ結晶３２それぞれの六角形の１つの辺同士が対向しているのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１では、第３ＡｌＮ結晶３３の厚さをより薄くすることが可能となる。複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々は、単結晶基板２のｃ軸方向にエピタキシャル成長したＡｌＮ単結晶である。
【００２３】
第３ＡｌＮ結晶３３は、複数の第２ＡｌＮ結晶３２に連続している。第３ＡｌＮ結晶３３は、複数の第２ＡｌＮ結晶３２において隣り合う２つの第２ＡｌＮ結晶３２同士が結合（一体化）し、層状に成長したＡｌＮ結晶である。単結晶基板２の一平面２１と隣り合う２つの第２ＡｌＮ結晶３２同士が結合する位置までの距離は、第３ＡｌＮ結晶３３の面内において、ばらつきがある。第３ＡｌＮ結晶３３は、単結晶基板２のｃ軸方向にエピタキシャル成長したＡｌＮ単結晶である。ＡｌＮ層３の表面３０は、第３ＡｌＮ結晶３３の表面３３０により構成されている。言い換えれば、エピタキシャル基板１では、第３ＡｌＮ結晶３３の表面３３０が、ＡｌＮ層３の表面３０を構成している。第３ＡｌＮ結晶３３の厚さは、ＡｌＮ層３の表面３０が平坦化されるように設定することが好ましい。第３ＡｌＮ結晶３３の厚さは、例えば、２μｍ〜１５μｍ程度であるのが好ましい。第３ＡｌＮ結晶３３の厚さは、単結晶基板２の一平面２１の法線方向における厚さである。
【００２４】
ＡｌＮ層３は、複数の突起２２の先端が露出するように単結晶基板２の一平面２１及び複数の突起２２を覆う第１ＡｌＮ結晶３１を更に備える。第１ＡｌＮ結晶３１は、単結晶基板２と、複数の第２ＡｌＮ結晶３２の各々における単結晶基板２側の端部３２１の側面３２１１との間に介在している。エピタキシャル基板１の断面ＴＥＭ像の観察結果から、第１ＡｌＮ結晶３１は、複数の多結晶ＡｌＮが重なり合って構成されたＡｌＮ結晶であると推考される。エピタキシャル基板１では、単結晶基板２とＡｌＮ層３との熱膨張係数差等に起因してＡｌＮ層３に発生する引張応力が複数の空洞３７により緩和されるため、ＡｌＮ層３を比較的厚くしながらも、ＡｌＮ層３へのクラックの発生を抑制することが可能となる。
【００２５】
以下、エピタキシャル基板１の製造方法について図３に基づいて説明した後、エピタキシャル基板１について更に説明する。なお、以下では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置されている単結晶基板２の温度を基板温度という。「基板温度」は、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内において単結晶基板２を保持するサセプタ（susceptor）の温度を熱電対により測定した温度であるが、これに限らない。
【００２６】
〔１〕単結晶基板２を前処理する工程
この工程では、一平面２１に当該一平面２１の法線方向に突出する複数の突起２２がアレイ状に並んでいる単結晶基板２を準備して、薬品及び純水による前処理を行うことにより、単結晶基板２の一平面２１及び複数の突起２２の表面を含む下地面２０を清浄化し、乾燥させる。単結晶基板２を構成するサファイア基板は、所謂ＰＳＳである。
【００２７】
〔２〕単結晶基板２をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する工程（初期工程）
この工程では、前処理の終わった単結晶基板２をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する。要するに、初期工程では、一平面２１に当該一平面２１の法線方向に突出する複数の突起２２がアレイ状に並んでいる単結晶基板２をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する。より詳細には、初期工程では、単結晶基板２をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に導入し、その後、反応炉の内部の真空引きを行い、続いて、窒素ガス等を反応炉内へ流すことによって反応炉内を窒素ガスで満たしてから、排気する。なお、単結晶基板２は、エピタキシャル基板１を複数形成することが可能な単結晶ウェハであるのが好ましい。
【００２８】
〔３〕単結晶基板２を加熱して単結晶基板２の下地面２０を清浄化する工程
この工程は、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置された単結晶基板２の基板温度を、規定温度まで昇温し、さらに、この規定温度での加熱により単結晶基板２の下地面２０を清浄化する。
【００２９】
より具体的に説明すれば、この工程では、反応炉内の圧力を規定圧力に減圧した後、反応炉内を規定圧力に保ちながら基板温度を規定温度まで上昇させてから、規定温度で規定時間の加熱を行うことにより単結晶基板２の下地面２０を清浄化する。規定圧力は、一例として４０ｋＰａとしてあるが、１ｋＰａ〜７０ｋＰａの範囲で適宜設定すればよい。規定温度は、一例として１１００℃としてあるが、１０００℃〜１２００℃の範囲で適宜設定すればよい。規定時間は、一例として１０分としてあるが、５分〜１５分の範囲で適宜設定すればよい。この工程では、反応炉内へＨ2ガスを供給した状態で単結晶基板２を加熱することにより、清浄化を効果的に行うことが可能となる。
【００３０】
〔４〕島状の複数のＡｌＮ結晶核３４を形成する工程（第１工程）
この工程では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内へＡｌの原料ガス（tri-methyl aluminum：ＴＭＡｌ）とＮの原料ガス（ＮＨ3）とを供給することによって単結晶基板２の下地面２０上に島状の複数のＡｌＮ結晶核３４（図３Ａ参照）を形成する。要するに、第１工程は、単結晶基板２を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを反応炉内に供給することによって、単結晶基板２の一平面２１及び複数の突起２２の表面を含む下地面２０上に島状の複数のＡｌＮ結晶核３４を形成する。ここにおいて、島状の複数のＡｌＮ結晶核３４は、ＡｌＮ層３の一部となる。ＡｌＮ結晶核３４は、この工程よりも後の工程での結晶成長の種結晶（seed crystal）として機能すると推考される。島状の複数のＡｌＮ結晶核３４は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核であるのが好ましい。第１工程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核の形成がＮ極性のＡｌＮ結晶核の形成よりも優先されやすい値である。よって、第１工程において複数のＡｌＮ結晶核３４それぞれとしてＡｌ極性のＡｌＮ結晶核を形成し、かつ、Ｎ極性のＡｌＮ結晶核の形成を抑制することが可能となる。これにより、第２ＡｌＮ結晶３２及び第３ＡｌＮ結晶３３それぞれの成長時にＮ極性のＡｌＮ結晶が成長するのを抑制することが可能となる。
【００３１】
この工程では、複数の島状のＡｌＮ結晶核３４を形成する第１過程と、第１過程にて形成した複数の島状のＡｌＮ結晶核３４のサイズを大きくする第２過程と、を行う。
【００３２】
第１過程では、反応炉内の圧力を第１所定圧力とし基板温度を第１所定温度とした状態でＴＭＡｌとＮＨ3とを反応炉内に供給することで島状のＡｌＮ結晶核３４を形成する。ＴＭＡｌ及びＮＨ3それぞれのキャリアガスとしては、Ｈ2ガスを採用することが好ましい。第１所定圧力は、例えば、４０ｋＰａである。第１所定温度は、例えば、１１００℃、１２００℃、１２８０℃の順に段階的に変化させる。第１過程におけるＶ／III比は、例えば、８である。「Ｖ／III比」とは、III族元素であるＡｌの原料ガスのモル供給量［μmol/min］に対するＶ族元素であるＮの原料ガスのモル供給量［μmol/min］との比である。第１過程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核の形成がＮ極性のＡｌＮ結晶核の形成よりも優先される値である。また、第１過程におけるプロセスパラメータは、突起の形成されていないサファイア基板上に同条件でＡｌＮ結晶核を成長させたときに、ＡｌＮ結晶核の直径が１０ｎｍ〜３０ｎｍ、高さが１０ｎｍ〜３０ｎｍ、ＡｌＮ結晶核３４の密度が１５０〜２５０個／μｍ2程度となるときのプロセスパラメータと同じであるのが好ましい。これらの値は、評価用に作製したサンプルの表面を原子間力顕微鏡（atomic force microscopy：ＡＦＭ）により観察して評価して得られた値である。
【００３３】
第２過程では、反応炉内の圧力を第２所定圧力として基板温度を第２所定温度とした状態でＴＭＡｌとＮＨ3とを反応炉内に供給することで島状のＡｌＮ結晶核３４のサイズを大きくする。ＴＭＡｌ及びＮＨ3それぞれのキャリアガスとしては、Ｈ2ガスを採用することが好ましい。第２過程では、第１過程よりもＡｌ原子の拡散を促進させるように第２所定圧力、第２所定温度及びＶ／III比を設定するのが好ましい。これにより、Ａｌ原子をＡｌＮ結晶核３４に優先的に付着させることが可能になると推考される。第２所定圧力は、第１所定圧力よりも低圧であるのが好ましい。第２所定圧力は、例えば、２０ｋＰａである。第２所定温度は、第１所定温度よりも高いのが好ましい。第２所定温度は、例えば、１３５０℃である。第２過程におけるＶ／III比は、第１過程におけるＶ／III比よりも大きいのが好ましい。第２過程におけるＶ／III比は、例えば、１０６である。第２過程におけるプロセスパラメータは、突起の形成されていないサファイア基板上のＡｌＮ結晶核を同条件で大きくしたときに、ＡｌＮ結晶核３４の直径が２０ｎｍ〜５０ｎｍ、高さが２０ｎｍ〜４０ｎｍ、ＡｌＮ結晶核３４の密度が１５０〜２５０個／μｍ2程度となるときのプロセスパラメータと同じであるのが好ましい。これらの値は、評価用に作製したサンプルの表面を原子間力顕微鏡により観察して評価して得られた値である。
【００３４】
〔５〕単結晶基板２の下地面２０上に第１ＡｌＮ結晶３１及び柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２（図３Ｂ参照）を形成する工程
本明細書では、この工程において形成する第１ＡｌＮ結晶３１と複数の第２ＡｌＮ結晶３２とを含む層を、第１ＡｌＮ層３０１と称する。よって、この工程（第２工程）では、単結晶基板２を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとをＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に供給することによって、複数のＡｌＮ結晶核３４を元に単結晶基板２の下地面２０上に第１ＡｌＮ層３０１を形成する。エピタキシャル基板１の製造方法では、第１ＡｌＮ層３０１と、その一部となるＡｌＮ結晶核３４とで材質が同じであるので、最終生成物のエピタキシャル基板１においてＡｌＮ結晶核３４を区別するのは難しい。
【００３５】
この工程では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内の圧力を所定圧力に保ち単結晶基板２を加熱した状態で反応炉内にＡｌの原料ガス（ＴＭＡｌ）とＮの原料ガス（ＮＨ3）とを供給することによって単結晶基板２の下地面２０上に、第１ＡｌＮ結晶３１と柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２とを成長させる。この工程における所定圧力は、例えば、２０ｋＰａである。この工程におけるＶ／III比は、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交するファセット（facet）を有するＡｌＮ結晶の縦方向成長が促進される値であるのが好ましい。言い換えれば、この工程におけるＶ／III比は、第２ＡｌＮ結晶３２の成長が促進される値であるのが好ましい。これにより、柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２それぞれのファセットが単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交しやすくなり、結果的に第３ＡｌＮ結晶３３の表面の平坦性を向上させることが可能となる。この工程におけるＶ／III比は、例えば、５１よりも大きいのが好ましい。より詳細には、この工程におけるＶ／III比は、５２〜８７０であるのが好ましく、５２〜１４０であるのがより好ましい。「ファセット」とは、結晶成長の際に選択的に現れる小さい結晶面を意味し、他の結晶面に比べてエネルギー的に安定であり結晶成長しやすい面を意味する。この工程における基板温度は、例えば、１３５０℃である。この工程における基板温度は、１３００℃よりも高く１３９０℃よりも低いのが好ましい。なお、Ｖ／III比が８７０よりも大きいと、ＴＭＡｌとＮＨ3との寄生反応が支配的となり、結晶品質の悪化を招くと考えられる。「寄生反応」とは、ＴＭＡｌとＮＨ3との輸送中に発生するＴＭＡｌとＮＨ3との反応を意味している。
【００３６】
この工程において反応炉内にＡｌの原料ガスとＮの原料ガスとを供給している時間（成長時間）は、サファイア基板のｃ面上に同条件でＡｌＮ層を成長させたときに当該ＡｌＮ層の厚さが２μｍ以上となる時間であるのが好ましい。本願発明者らは、成長時間を当該ＡｌＮ層の厚さが０．２μｍとなる時間とした場合、ＡｌＮ層３の表面３０の一部が異常成長部の表面により構成されＡｌＮ層３の表面３０の平坦性がよくないことを確認している。本願発明者らは、断面ＳＥＭ像（cross-sectional scanning electron microscope image）により、異常成長部が、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交しない柱状のＡｌＮ結晶であることを確認している。また、本願発明者らは、異常成長部の表面については、ＴＥＭによる電子回折像からＡｌＮ結晶のｃ面であることを確認している。また、本願発明者らは、ＡｌＮ層３の表面３０の一部が異常成長部の表面により構成されている場合、そのＡｌＮ層３を含むエピタキシャル基板を用いた紫外線発光ダイオードでは、リーク電流が比較的大きくなり、電気的特性の信頼性が低いことを確認している。エピタキシャル基板１の製造方法では、第３ＡｌＮ結晶３３の表面３０の一部が、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交しない柱状の異常成長部の表面により構成されるのを抑制することが可能となり、ＡｌＮ層３の表面３０の平坦性を向上させることが可能となる。柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２は、それぞれ、単結晶基板２の複数の突起２２の先端から成長している。第２ＡｌＮ結晶３２は、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交するファセットを有するＡｌＮ結晶であると考えられる。これに対して、単結晶基板２の複数の突起２２の表面のうち先端を除く側面から成長している部分が第１ＡｌＮ結晶３１を構成している。第１ＡｌＮ結晶３１は、単結晶ではなく、多結晶であると考えられる。この工程では、ＴＭＡｌのキャリアガスとしてＨ2ガスのみを使用し、かつ、ＮＨ3のキャリアガスとしてＨ2ガスのみを使用するのが好ましい。
【００３７】
〔６〕第３ＡｌＮ結晶３３（図３Ｃ参照）を形成する工程
本明細書では、この工程において形成する第３ＡｌＮ結晶３３を、第２ＡｌＮ層３０２と称する。よって、この工程（第３工程）では、単結晶基板２を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとをＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に供給することによって、第１ＡｌＮ層３０１上に第２ＡｌＮ層３０２を形成する。エピタキシャル基板１の製造方法では、第１ＡｌＮ層３０１の第２ＡｌＮ結晶３２と第２ＡｌＮ層３０２の第３ＡｌＮ結晶３３とで材質及び結晶構造が同じであるので、最終生成物のエピタキシャル基板１において第１ＡｌＮ層３０１と第２ＡｌＮ層３０２とを区別するのは難しい。
【００３８】
この工程では、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内の圧力を所定圧力に保ち単結晶基板２を加熱した状態で反応炉内にＡｌの原料ガス（ＴＭＡｌ）とＮの原料ガス（ＮＨ3）とを供給することによって、第２ＡｌＮ層３０２を構成する第３ＡｌＮ結晶３３を形成する。第３ＡｌＮ結晶３３の表面３３０がＡｌＮ層３の表面３０を構成する。この工程における所定圧力は、例えば、２０ｋＰａである。この工程におけるＶ／III比は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される値であるのが好ましい。これにより、第３ＡｌＮ結晶３３と単結晶基板２との距離を短くすることが可能となり、ＡｌＮ層３の厚さをより薄くすることが可能となる。この工程におけるＶ／III比は、例えば、５１よりも小さいのが好ましい。この工程におけるＶ／III比は、２〜５０であるのが好ましく、４〜５０であるのがより好ましい。この工程における基板温度は、例えば、１３５０℃である。この工程における基板温度は、１３００℃よりも高く１３９０℃よりも低いのが好ましい。第２ＡｌＮ層３０２の成長時間は、平坦な表面を有するサファイア基板上に同条件で成長させたときに厚さが１０μｍとなる時間であるが、この時間に限定されない。この工程では、ＴＭＡｌのキャリアガスとしてＨ2ガスのみを使用し、かつ、ＮＨ3のキャリアガスとしてＨ2ガスのみを使用するのが好ましい。これにより、この工程では、ＴＭＡｌのキャリアガスとＮＨ3のキャリアガスとの少なくとも一方がＮ2ガス、あるいはＮ2ガスとＨ2ガスとの混合ガスである場合と比べて、ＡｌＮ結晶の横方向成長を促進させることが可能となり、ＡｌＮ層３の表面３０の平坦性の向上を図ることが可能となる。この工程では、反応炉内に供給されるキャリアガスがＮ2ガスを含まないようにすることにより、ＡｌＮ層３の表面３０を平坦化するために必要な第２ＡｌＮ層３０２の厚さをより薄くすることが可能となる。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、生産性の向上を図れ、低コスト化を図れる。第３工程では、ＡｌＮ結晶をａ1軸、ａ2軸及びａ3軸それぞれに沿った方向に横方向成長させやすい。その結果、第３工程では、第３ＡｌＮ結晶３３の厚さを過度に厚くすることなく、複数の第２ＡｌＮ結晶３２のうち隣り合う２つの第２ＡｌＮ結晶３２同士を空洞３７の上方で結合することが可能となる。
【００３９】
〔１〕〜〔６〕までの工程が終了した後、エピタキシャル基板１は、基板温度を例えば室温付近まで降温させた後にＭＯＶＰＥ装置から取り出せばよい。ＭＯＶＰＥ装置から取り出したエピタキシャル基板１は、エピタキシャル基板１の状態で保管してもよいし、ＭＯＶＰＥ装置以外の結晶成長装置によりIII族窒化物半導体層を成長するためのテンプレート基板（template substrate）として利用してもよい。ここでいう結晶成長装置は、例えば、ＭＢＥ（molecular beam epitaxy）装置等である。また、ＭＯＶＰＥ装置により製造したエピタキシャル基板１を直ちに窒化物半導体素子の製造に供する場合には、ＭＯＶＰＥ装置からエピタキシャル基板１を取り出さずに、エピタキシャル基板１上にIII族窒化物半導体層を成長させ、その後、基板温度を室温付近まで降温させ、ＭＯＶＰＥ装置から取り出すようにすればよい。
【００４０】
エピタキシャル基板１は、例えば、窒化物半導体素子の結晶層を成長するためのテンプレート基板として利用することができる。ここで、エピタキシャル基板１のＡｌＮ層３は、例えば発光素子（発光ダイオード、レーザダイオード等）のバッファ層として利用することができる。エピタキシャル基板１のＡｌＮ層３を発光素子のバッファ層として利用する場合、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置された単結晶基板２上にＡｌＮ層３を形成した後（つまり、エピタキシャル基板１を形成した後）、ＡｌＮ層３をバッファ層として、例えば、ｎ型ＡｌＧａＮ層、発光層、電子ブロック層及びｐ型ＡｌＧａＮ層を順次成長させればよい。この場合、発光素子では、エピタキシャル基板１として比較例２のエピタキシャル基板を採用している場合と比べて、ｎ型ＡｌＧａＮ層、発光層、電子ブロック層及びｐ型ＡｌＧａＮ層の結晶性を向上させることができる。発光素子では、発光層から放射される光（例えば、紫外線）を単結晶基板２の第２面２０２から放射させることが可能となる。
【００４１】
本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法は、初期工程と、第１工程と、第２工程と、第３工程と、を含む。初期工程では、一平面２１に当該一平面２１の法線方向に突出する複数の突起２２がアレイ状に並んでいる単結晶基板２をＭＯＶＰＥ装置の反応炉内に配置する。第１工程では、単結晶基板２を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを反応炉内に供給することによって、単結晶基板２の一平面２１及び複数の突起２２の表面を含む下地面２０上に島状の複数のＡｌＮ結晶核３４を形成する。第２工程では、単結晶基板２を加熱した状態で、Ａｌの原料ガスとＮの原料ガスとを反応炉内に供給することによって、複数のＡｌＮ結晶核３４を元に単結晶基板の下地面２０上に第１ＡｌＮ層３０１を形成する。第３工程では、単結晶基板２を加熱した状態でＡｌの原料ガスとＮの原料ガスとを反応炉内に供給することによって、第１ＡｌＮ層３０１上に第２ＡｌＮ層３０２を形成する。第１工程におけるＶ／III比は、Ａｌ極性のＡｌＮ結晶核がＮ極性のＡｌＮ結晶核よりも優先して形成される値である。第２工程におけるＶ／III比は、単結晶基板２の一平面２１の法線方向に直交するファセットを有するＡｌＮ結晶の縦方向成長が促進される値であり、第３工程におけるＶ／III比は、ＡｌＮ結晶の横方向成長が促進される値である。第１ＡｌＮ層３０１の厚さは２μｍ以上である。よって、本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法では、エピタキシャル基板１の結晶性（単結晶基板２上に結晶成長されたＡｌＮ層３の結晶性）の更なる向上を図ることが可能となる。より詳細には、第２工程では、複数の突起２２の先端が露出するように一平面２１及び複数の突起２２を覆う第１ＡｌＮ結晶３１と、複数の突起２２の先端から法線方向に沿って突出し、前記複数の突起のうちの対応する突起の先端からの距離が長くなるにつれて断面積が大きくなる柱状の複数の第２ＡｌＮ結晶３２と、を含む第１ＡｌＮ層３０１を形成する。また、第３工程では、複数の第２ＡｌＮ結晶３２における単結晶基板２とは反対側の端部３２１を連結する層状の第３ＡｌＮ結晶３３を形成する。本実施形態のエピタキシャル基板１の製造方法では、第２ＡｌＮ層３０２の表面の平坦性を向上させ、かつ、第２ＡｌＮ層３０２の転位密度を低減することが可能となり、結晶性を向上させることが可能となる。
【００４２】
エピタキシャル基板１の製造方法において、第２工程におけるＶ／III比は、５１よりも大きく、第３工程におけるＶ／III比は、５１よりも小さいのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、第２工程において単結晶基板２の一平面２１の法線方向に対して傾いた方向に直交するファセットを有する異常成長部が形成されるのを抑制することが可能となり、かつ、第３工程において第２ＡｌＮ層３０２の平坦性を向上させることが可能となる。
【００４３】
エピタキシャル基板１の製造方法において、第２工程及び第３工程それぞれにおける単結晶基板２の温度は１３００℃よりも高くかつ１３９０℃未満であるのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、第２ＡｌＮ層３０２の平坦性を向上させることが可能となる。第２工程及び第３工程それぞれにおいて、単結晶基板２の温度を１３９０℃以上とすると、Ａｌ原子及びＮ原子の脱離が支配的となって横方向に成長しにくくなると推考される。
【００４４】
エピタキシャル基板１の製造方法において、第２工程及び第３工程では、Ａｌの原料ガスのキャリアガスはＨ2ガスのみであり、かつ、Ｎの原料ガスのキャリアガスはＨ2ガスのみであるのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、第２ＡｌＮ層３０２の平坦性を向上させることが可能となる。より詳細には、第２工程及び第３工程でキャリアガスがＮ2ガスを含んでいる場合に比べて、Ａｌ原子の拡散を促進させることが可能となり、横方向成長が抑制されにくくなり、複数の第２ＡｌＮ結晶３２における単結晶基板２とは反対側の端部３２２を連結している層状の第３ＡｌＮ結晶３３を形成することが可能となる。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法では、第２ＡｌＮ層３０２の表面の平坦性を向上させることが可能となる。
【００４５】
エピタキシャル基板１の製造方法において、単結晶基板２は、サファイア基板に限らず、六方晶の単結晶基板であればよく、例えば、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板又はＧａＮ基板でもよい。言い換えれば、エピタキシャル基板１の製造方法では、単結晶基板２は、サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＡｌＮ基板又はＧａＮ基板であるのが好ましい。ここで、単結晶基板２における一平面２１の法線方向の結晶軸はｃ軸であるのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法は、ＡｌＮ層３の更なる結晶性の向上を図れる。
【００４６】
エピタキシャル基板１の製造方法において、複数の突起２２は、それぞれ島状であり、２次元のアレイ状に並んでいるのが好ましい。これにより、エピタキシャル基板１の製造方法により製造されるエピタキシャル基板１を利用した紫外線発光ダイオードでは、発光層から放射された紫外線が複数の突起２２で散乱されやすくなり、光取り出し効率を向上させることが可能となる。
【００４７】
以下、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１について説明する。
【００４８】
エピタキシャル基板１における単結晶基板２は、サファイア基板、より詳細には所謂ＰＳＳである。ここで、単結晶基板２の一平面２１は、（０００１）面である。単結晶基板２の一平面２１は、（０００１）面からのオフ角が、０．２°±０．１°である。単結晶基板２における突起２２は、円錐状である。突起２２の高さは、６００ｎｍである。また、突起２２の底面の直径は、９００ｎｍである。また、複数の突起２２において隣り合う突起２２間の距離は、１００ｎｍである。
【００４９】
一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法は、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内において図４に示す成長シーケンスにより単結晶基板２上にＡｌＮ層３をエピタキシャル成長させる。
【００５０】
第１工程の第１過程では、反応炉内の圧力を４０ｋＰａとして、基板温度を１１００℃とした状態でＶ／III比を８とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に４．５秒だけ供給し、その後、基板温度を１２００℃とした状態でＶ／III比を８とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に３秒だけ供給し、その後、基板温度を１２８０℃とした状態でＶ／III比を８とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に３秒だけ供給した。第１工程の第２過程では、反応炉内の圧力を２０ｋＰａとして、基板温度を１３５０℃とした状態でＶ／III比を１０６とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に３秒だけ供給した。第１工程では、ＴＭＡｌ及びＮＨ3それぞれのキャリアガスとして、Ｈ2ガスを採用した。
【００５１】
第２工程では、反応炉内の圧力を２０ｋＰａ、基板温度を１３５０℃とした状態で、Ｖ／III比を１４０とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に供給した。第２工程では、突起２２なしの場合の同条件でのＡｌＮの成長速度に基づいて当該ＡｌＮの厚さが２μｍとなるように成長時間を設定した。第２工程では、ＴＭＡｌ及びＮＨ3それぞれのキャリアガスとして、Ｈ2ガスを採用した。
【００５２】
第３工程では、反応炉内の圧力を２０ｋＰａ、基板温度を１３５０℃とした状態で、Ｖ／III比を４とするようにＴＭＡｌ及びＮＨ3を反応炉内に供給した。第３工程では、突起２２なしの場合の同条件でのＡｌＮの成長速度に基づいて当該ＡｌＮの厚さが１０μｍとなるように成長時間を設定した。第３工程では、ＴＭＡｌ及びＮＨ3それぞれのキャリアガスとして、Ｈ2ガスを採用した。
【００５３】
一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１の断面ＴＥＭ像を図５及び６に示す。図５及び６から、エピタキシャル基板１では、突起２２の先端付近から単結晶基板２の法線方向とは傾いた方向に延びた転位が空洞３７の箇所で消滅しており、第３ＡｌＮ結晶３３中の転位が低減されていることが確認された。
【００５４】
エピタキシャル基板１の結晶性については、ＡｌＮ層３の表面モフォロジー、ＡｌＮ層３の転位密度等によって評価した。ＡｌＮ層３の表面モフォロジーは、第２ＡｌＮ層３０２の表面モフォロジーである。ここでいう転位密度は、刃状転位（edge dislocation）と、螺旋転位（screw dislocation）と、混合転位（mixed dislocation）と、を含む転位（刃状転位が大部分を占めている）の密度を意味する。言い換えれば、ここでいう転位密度は、刃状転位と螺旋転位と混合転位とを区別せずにまとめて算出した値を意味する。転位密度は、断面ＴＥＭ像から算出した値である。
【００５５】
一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１の表面の光学顕微鏡による観察像の写真を図７に示し、比較例１のエピタキシャル基板の製造方法により製造したエピタキシャル基板の表面の光学顕微鏡による観察像の写真を図８に示す。比較例１のエピタキシャル基板の製造方法は、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法と同様である。比較例１のエピタキシャル基板の製造方法では、第２工程において成長時間を突起２２なしの場合の同条件でのＡｌＮの成長速度に基づいて当該ＡｌＮの厚さが０．２μｍとなるように設定した点が一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法とは相違する。また、比較例１のエピタキシャル基板の製造方法では、第３工程において成長時間を突起２２なしの場合の同条件でのＡｌＮの成長速度に基づいて当該ＡｌＮの厚さが１１．８μｍとなるように設定した点が一実施例のエピタキシャル基板の製造方法とは相違する。図７及び８から、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１では、比較例１のエピタキシャル基板の製造方法により製造したエピタキシャル基板と比べて、表面の平坦性が向上していることが分かる。
【００５６】
また、一平面に突起のない単結晶基板上にＡｌＮ層を一実施例と同条件で成長させた参考例の製造方法により製造したエピタキシャル基板におけるＡｌＮ層の転位密度は、２．０×１０9ｃｍ-2であった。これに対し、エピタキシャル基板１におけるＡｌＮ層３の転位密度は、６．２×１０8ｃｍ-2であった。要するに、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１は、参考例のエピタキシャル基板の製造方法により製造したエピタキシャル基板よりも、結晶性が向上している。
【００５７】
ところで、本願発明者らは、特許文献１に記載されている成長条件に準じてＡｌＮ層を成長しても、Ａｌの原料ガスの流量、Ｎの原料ガスの流量等を変更した場合に、ＡｌＮ層の表面の平坦性が低下してしまうことがあるという知見を得た。そこで、本願発明者らは、ＡｌＮ層の表面の平坦性が低くなる原因について鋭意研究を行った。そして、本願発明者らは、光学顕微鏡による表面の観察、ＳＥＭによる断面観察の結果から、表面がｃ面であっても当該ｃ面が単結晶基板２の一平面２１の法線方向から傾いた直線に直交している異常成長部が形成されていることにより、ＡｌＮ層の表面の平坦性が低下しているという知見を得た。
【００５８】
そこで、本願発明者らは、成長条件を種々変化させた複数の比較例の製造方法それぞれにより製造したエピタキシャル基板について、光学顕微鏡による観察を行い、平坦性を評価した。一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法の成長条件、比較例１〜６それぞれの製造方法の成長条件を下記の表１に示す。
【００５９】
【表１】
0006693618.tif 000002
【００６０】
表１中において、「圧力」は、ＭＯＶＰＥ装置の反応炉内の圧力である。「ＴＭＡｌ［sccm］」は、反応炉内に供給するＴＭＡｌの流量である。「sccm」は、「standard cc per minute」の略語である。また、「ＮＨ3［sccm］」は、反応炉内に供給するＮＨ3の流量である。「slm」は、「standard liter per minute」の略語である。また、表１中において、第２工程の欄の「厚さ」は、成長厚さ（一実施例では、第１ＡｌＮ層３０１の厚さ）である。また、表１中において、第３工程の欄の「厚さ」は、成長厚さ（一実施例では、第２ＡｌＮ層３０２の厚さ）である。
【００６１】
一実施例と比較例１とは、第２工程での厚さ及び第３工程での厚さを異ならせてあるだけで、他の成長条件を同じとしてある。比較例１では、第２工程での厚さと第３工程での厚さとの合計厚さを一実施例における第２工程での厚さと第３工程での厚さとの合計厚さと同じにしてある。
【００６２】
一実施例と比較例３とは、第２工程での厚さ及び第３工程での厚さを異ならせてあるだけで、他の成長条件を同じとしてある。比較例３では、第２工程での厚さ及び第３工程での厚さのいずれも一実施例よりも薄い。比較例２と比較例３と比較例４とは第３工程の成長温度を異ならせてあるだけで、他の成長条件を同じとしてある。
【００６３】
一実施例と比較例６とは、第２工程での厚さ及び第３工程での厚さを異ならせてあるだけで、他の成長条件を同じとしてある。比較例６では、第２工程での厚さを比較例１と同じにし、第３工程での厚さを比較例２よりも薄くしてある。比較例６では、第２工程での厚さと第３工程での厚さとの合計厚さを一実施例における第２工程での厚さと第３工程での厚さとの合計厚さの半分としてある。比較例５と比較例６とはキャリアガスが異なるだけで他の成長条件を同じとしてある。比較例６では、キャリアガスがＨ2ガスのみであるのに対して、比較例５では、キャリアガスがＨ2ガスとＮ2ガスとを含んでいる。Ｈ2ガスの流量とＮ2ガスの流量との合計流量に対するＨ2ガスの流量の割合は７５％である。なお、比較例３〜６では、単結晶基板２における突起２２の高さは、１．３μｍである。また、比較例３〜６では、単結晶基板２における突起２２の底面の直径は、１．８μｍである。また、比較例３〜６では、複数の突起２２において隣り合う突起２２間の距離は、０．２μｍである。
【００６４】
図７は、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造したエピタキシャル基板１の表面に関し、光学顕微鏡による観察像の写真である。図８〜１３は、それぞれ、比較例１〜６のエピタキシャル基板の製造方法により製造したエピタキシャル基板の表面に関し、光学顕微鏡による観察像の写真である。
【００６５】
図７〜１３から、一実施例のエピタキシャル基板１の製造方法により製造されたエピタキシャル基板１は、比較例１〜６のエピタキシャル基板の製造方法により製造されたエピタキシャル基板よりも良好な平坦性が得られていることが分かる。
【００６６】
また、図９〜１１から、比較例２〜４のエピタキシャル基板の製造方法それぞれにより製造されたエピタキシャル基板の比較では、基板温度が１３５０℃の比較例３のほうが、基板温度が１３００℃の比較例２及び基板温度が１３９０℃の比較例３の場合に比べて、柱状のＡｌＮ結晶同士の結合が促進されていることが分かる。
【００６７】
また、図１２〜１３から、比較例６〜７のエピタキシャル基板の製造方法それぞれにより製造されたエピタキシャル基板の比較では、キャリアガスをＨ2ガスのみとした比較例７のほうが、キャリアガスとしてＨ2ガスとＮ2ガスとがある比較例６と比べて、柱状のＡｌＮ結晶同士の結合が促進されていることが分かる。
【００６８】
実施形態及び実施例に記載した材料、数値等は、好ましい例を示しているだけであり、それに限定する主旨ではない。更に、本願発明は、その技術的思想の範囲を逸脱しない範囲で、構成に適宜変更を加えることが可能である。
【００６９】
例えば、複数の突起２２の各々は、円錐状に限らず、例えば、角錐状でもよい。また、複数の突起２２の各々は、錐台状（円錐台状、角錐台状等）でもよいし、半球状でもよい。
【００７０】
また、複数の突起２２は、２次元のアレイ状に並んでいる例に限らず、例えば、１次元のアレイ状（例えば、ストライプ状）に並んでいてよい。
【００７１】
なお、ＡｌＮ層３は、このＡｌＮ層３を成長させる際に不可避的に混入されるＨ、Ｃ、Ｏ、Ｓｉ、Ｆｅなどの不純物を含有していてもよい。また、ＡｌＮ層３は、このＡｌＮ層３を成長させる際に導電性制御のために意図的に導入されるＳｉ、Ｇｅ、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｃ等の不純物を含有していてもよい。
【００７２】
エピタキシャル基板１を利用して製造する窒化物半導体素子は、発光ダイオード（例えば、紫外線発光ダイオード等）、レーザダイオードに限らず、例えば、ＡｌＧａＮ系の高電子移動度トランジスタ等でもよい。
【符号の説明】
【００７３】
１  エピタキシャル基板
２  単結晶基板
２０  下地面
２１  一平面
２２  突起
３４  ＡｌＮ結晶核
３０１  第１ＡｌＮ層
３０２  第２ＡｌＮ層
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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