(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含むテンプレートを製造するための方法であって、ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａ）基板を付与する工程と、
ｂ）所定の温度にて核形成と再結晶化を行った後、第１結晶成長温度にて前記基板上で結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長を行う工程と、
ｃ）前記第１結晶成長温度とは異なり、結晶成長が起こり得る第２結晶成長温度に変更する工程と、
ｄ）インジウムを添加せずに、前記第１結晶成長温度と比較して変化した前記第２結晶成長温度の範囲内の温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための結晶成長を継続する工程と、
を含み、
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも低く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１結晶成長温度未満で継続される、または
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも高く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１結晶成長温度超過で継続され、
工程ｄ）における成長段階中、成長温度において、成長表面の所与の湾曲が連続してまたは断続的に減少する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
工程ｃ）において、温度の変更すなわち低下または上昇が、反応器内において温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）を呈し、この値が少なくとも１０℃である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
工程ｃ）において、温度の変更すなわち低下または上昇が、反応器内において温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）を呈し、この値が１０〜１００℃の範囲内である、
ことを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
工程ｃ）において、結晶子凝集の開始時点で温度が変更され、前記温度変更の後に、結晶成長が、凝集している（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｄｉｎｇ）ＩＩＩ−Ｎ結晶子上で進行し、第１結晶成長温度よりも下または上の範囲内で設定される、
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載の方法。
【請求項５】
テンプレートの曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が、成長温度にて、工程ｄ）の開始（曲率値Ｋｓ）および終了（曲率値Ｋｅ）時に、正の代数符号を有する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項６】
テンプレートの曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が、成長温度にて、工程ｄ）の開始（曲率値Ｋｓ）および終了（曲率値Ｋｅ）時に、曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が少なくとも５ｋｍ−１である、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項７】
テンプレートを形成する工程ｄ）により、０．１〜１０μｍの範囲の厚さを有するＩＩＩ−Ｎ層が基板上に堆積される、
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１つに記載の方法。
【請求項８】
ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するための方法であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎからなる群から選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａ）基板を付与する工程と、
ｂ）所定の温度にて核形成と再結晶化を行った後、第１結晶成長温度にて前記基板上で結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長を行う工程と、
ｃ）前記第１結晶成長温度とは異なり、結晶成長が起こり得る第２結晶成長温度に変更する工程と、
ｄ）インジウムを添加せずに、前記第１結晶成長温度と比較して変化した前記第２結晶成長温度の範囲内の温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための結晶成長を継続する工程と、
ｅ）前記第１および第２結晶成長温度とは別個に選択され得る結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための更なるエピタキシャル結晶成長を行う工程であって、インジウムを任意に添加してもよい工程と、
ｆ）任意に、形成されたＩＩＩ−Ｎ単結晶および基板を分離する工程と、
を含み、
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも低く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１結晶成長温度未満で継続される、または
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも高く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１結晶成長温度超過で継続され、
工程ｄ）における成長段階中、成長温度において、成長表面の所与の湾曲が連続してまたは断続的に減少する、
ことを特徴とする方法。
【請求項９】
ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造する方法であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａａ）異種基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含み、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲されるテンプレートを付与するために請求項１乃至７のいずれか１つに記載の方法を実行する工程と、
ｂｂ）所定の温度にて核形成と再結晶化を行った後、テンプレートが湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲される結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長を行う工程と、
ｃｃ）任意に、工程ｂｂ）の前記結晶成長温度とは別個に設定され得る結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための更なるエピタキシャル結晶成長を行う工程であって、任意に、Ｉｎを添加する工程と、
ｄｄ）更に、任意に、ＩＩＩ−Ｎ単結晶と異種基板とを分離する工程と、
を含み、
工程ａａ）およびｂｂ）ではＩｎを添加しないこと、
反対に湾曲とは凸状の湾曲であり、
本質的に湾曲されないとは曲率（Ｋｅ）が最大３０ｋｍ−１の範囲内である、
ことを特徴とする方法。
【請求項１０】
工程ｂｂ）の完了後、「本質的に湾曲していない」または「反対に湾曲している」という条件は、結晶成長温度にて、曲率（Ｋｅ）が最大３０ｋｍ−１の範囲内であることを意味する、
ことを特徴とする請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
工程ａａ）において、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層がインジウムを含有せず、および／または工程ｂｂ）において、ＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長中、インジウムが添加されない、
ことを特徴とする請求項９または１０に記載の方法。
【請求項１２】
基板上での前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長中、またはその成長開始時もしくは開始から継続までの間の断続的な中間段階において、マスク材料が、基板上又は基板上に形成したＩＩＩ−Ｎ核形成層上に、中間層として、または、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料それ自体において、基板からまたはＩＩＩ−Ｎ核形成層から３００ｎｍの最大距離をもって堆積され、
次いで、前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長が行われるまたは継続されることによって、工程ａａ）において付与されるテンプレートが製造される、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１３】
基板上での前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長中、またはその成長開始時もしくは開始から継続までの間の断続的な中間段階において、マスク材料が、基板上又は基板上に形成したＩＩＩ−Ｎ核形成層上に、中間層として、または、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料それ自体において、基板からまたはＩＩＩ−Ｎ核形成層から１００ｎｍ未満の距離をもって堆積され、
次いで、前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長が行われるまたは継続されることによって、工程ａａ）において付与されるテンプレートが製造される、
ことを特徴とする請求項９乃至１１のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１４】
工程ａａ）において、テンプレートが
（ｉ）室温でσＸＸ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力を有し、
（ｉｉ）エピタキシャル結晶成長の温度範囲内でεＸＸ＜０のεＸＸ値を有し、及び／又は、室温でεＸＸ＜０でεＸＸ値を有する、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項１５】
工程ａａ）において、テンプレートが
（ｉ）室温でσＸＸ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力を有し、
（ｉｉ）エピタキシャル結晶成長の温度範囲内でεＸＸ＜０のεＸＸ値を有し、及び／又は、室温で０＞εＸＸ≧−０．００３の範囲でεＸＸ値を有する、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項１６】
工程ａａ）において、テンプレートが
（ｉ）室温でσＸＸ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力を有し、
（ｉｉ）エピタキシャル結晶成長の温度範囲内でεＸＸ＜０のεＸＸ値を有し、及び／又は、室温で、−０．００２〜−０．００４の範囲でεＸＸ値を有する、
ことを特徴とする請求項９乃至１３のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項１７】
工程ａ）またはａａ）で使用される基板が、成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する異種基板であり、ＬｉＡｌＯ２およびサファイアからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１８】
工程ａ）またはａａ）で使用される基板が、成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する異種基板であり、ＳｉＣおよびＳｉからなる群から選択される、
ことを特徴とする請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の方法。
【請求項１９】
工程ａａ）において、厚さ（ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）４３０μｍのサファイアが基板として使用又は設定され、厚さ（ｄＧａＮ）３．５μｍのＧａＮがテンプレートのＩＩＩ−Ｎ結晶層として使用又は設定され、テンプレートが、室温でＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）＜−１７０ｋｍ−１の範囲内で曲率を有し、他の層厚を使用するまたは設定する際、曲率値が、ストーニーの方程式：
ＫＴ（ｄＧａＮ；ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）＝ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）ｘ（４３０μｍ／ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）２ｘ（ｄＧａＮ／３．５μｍ）
に基づきそれぞれの層厚に応じて変化する、
ことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項２０】
工程ａａ）において、厚さ（ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）４３０μｍのサファイアが基板として使用又は設定され、厚さ（ｄＧａＮ）３．５μｍのＧａＮがテンプレートのＩＩＩ−Ｎ結晶層として使用又は設定され、テンプレートが、室温で−１７０ｋｍ−１＞ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）＞−２５０ｋｍ−１の範囲内で曲率を有し、他の層厚を使用するまたは設定する際、曲率値が、ストーニーの方程式：
ＫＴ（ｄＧａＮ；ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）＝ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）ｘ（４３０μｍ／ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）２ｘ（ｄＧａＮ／３．５μｍ）
に基づきそれぞれの層厚に応じて変化する、
ことを特徴とする請求項９乃至１６のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項２１】
エピタキシャル結晶成長の完了後、少なくとも１ｍｍの層厚を有するＩＩＩ−Ｎ単結晶が成長される、
ことを特徴とする請求項８乃至１６、請求項１９、請求項２０のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項２２】
エピタキシャル結晶成長の完了後、少なくとも５ｍｍの層厚を有するＩＩＩ−Ｎ単結晶が成長される、
ことを特徴とする請求項８乃至１６、請求項１９、請求項２０のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【請求項２３】
請求項１９乃至２２のいずれか１つに記載の方法であって、
ウエハーを形成するための前記単結晶が分離されることを特徴とする方法。
【請求項２４】
異種基板に接着するＩＩＩ−Ｎ単結晶であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、少なくとも１ｍｍの厚さを有し、
エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、または、室温で、εＸＸ値が≦０であることを特徴とするＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項２５】
エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、または、室温で、εＸＸ値が０＞εＸＸ＞−０．０００５の範囲内にある
ことを特徴とする請求項２４に記載するＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項２６】
テンプレートの形状をなし、異種基板に接着するＩＩＩ−Ｎ単結晶であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
前記基板上のＩＩＩ−Ｎ結晶層と、その上にエピタキシャル成長した、ＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するＩＩＩ−Ｎ結晶層とは、同じ材料からなり、
ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、変形εＸＸの以下の値（ｉ）／（ｉｉ）の一方または両方により規定される：
（ｉ）エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、εＸＸ値が≦０である；
（ｉｉ）室温で、εＸＸ値が≦−０．００２の範囲内にある
ことを特徴とするＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項２７】
室温で、εＸＸ値が−０．００２〜−０．００４の範囲内にある
ことを特徴とする請求項２６に記載するＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項２８】
異種基板が、サファイアを含む、請求項２４乃至２７のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項２９】
異種基板が、サファイアからなる、請求項２４乃至２７のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項３０】
異種基板が除去されている、
ことを特徴とする請求項２４乃至２９のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項３１】
その後に個々のＩＩＩ−Ｎウエハーに分離されるより厚いＩＩＩ−Ｎ層またはＩＩＩ−Ｎ結晶ブールもしくは各バルク結晶を製造するために使用される、
ことを特徴とする請求項２４乃至３０のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【請求項３２】
半導体素子、電子および光電子素子を製造するために使用される、
ことを特徴とする請求項２４乃至３０のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複合基板（以下、「（１以上の）テンプレート」と称する）を製造するための方法およびＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するための方法に関する。本発明の方法によれば、特にウエハーとしての使用に適する亀裂のないＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造することができる。ＩＩＩは、Ａｌ、ＧａおよびＩｎからなる群から選択される元素周期表の第ＩＩＩ主族の少なくとも１つの元素を表す。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ−Ｎ単結晶は、技術的に極めて重要なものである。多数の半導体素子および光電素子（電力成分、高周波成分、発光ダイオードおよびレーザーなど）は、これらの材料をもとにしている。出発基板上でのエピタキシャル結晶成長がこのような素子を製造する際に頻繁に行われる、または、最初にテンプレートが出発基板上に形成され、次いでその上にＩＩＩ−Ｎ層またはＩＩＩ−Ｎブール（ｂｏｕｌｅｓ）が更なるエピタキシャル成長によって成長され得る。
【０００３】
ＩＩＩ−Ｎ基板または特に異種基板を出発基板として使用することができる。異種基板を使用する際、成長中、出発基板とエピタキシャル層との熱膨張係数の差により、ＩＩＩ−Ｎ層内に応力および亀裂が生じ得る。ＷＳｉＮ、ＴｉＮまたはＳｉＯ２から構成される部分的に構造化された中間層を活用して、最大１ｍｍのより厚い層を成長させることもできる。ここで、前記より厚い層を後に自立層として分離することができ、これらの自立層は、典型的には、可塑性の凹形に屈曲したｃ格子面および表面を有する。特に、このようなプロセスにおいて、それが中間層をもたない場合、出発基板とエピタキシャルＩＩＩ−Ｎ層との間の界面にまたはその上に、縦方向および横方向の微小亀裂が生じる。これらの微小亀裂は時間をかけて広がり、冷却プロセス中または後のＧａＮ層の破損の原因となり得る。
【０００４】
Ｈｅａｒｎｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７４，３５６−３５８（１９９９）による調査から、サファイア基板上へのＧａＮの堆積中に内因性の引張応力が増大し、これが成長と共に大きくなることが知られている。ｉｎ  ｓｉｔｕでの応力監視は、成長により生じた引張応力がアニーリングまたは熱サイクルによって適度に緩和され得ないことを示している。これはとりわけ、ＧａＮ層の成長末期に得られた応力が、冷却して同じ（成長）温度まで再加熱した後に再度同じ値を有することを意味する。Ｈｅａｒｎｅ  ｅｔ  ａｌ．ではまた、外因性（すなわち、サファイア基板とＧａＮ層との熱膨張係数差により生じる）および内因性（すなわち、成長により生じる）応力の観察に関する背景、関係および可能性が説明されている。
【０００５】
これに関し、Ｎａｐｉｅｒａｌａらは、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２８９，４４５−４４９（２００６）において、ＧａＮ／サファイアテンプレートの製造方法を記載しており、薄層における応力が屈曲によって解放され得るように窒化ガリウム結晶子の密度の設定を行って窒化ガリウムにおける内因性応力を制御することができることによって、亀裂のない薄いＧａＮ層がＧａＮ／サファイアテンプレート上に成長される。しかしながら、この方法において、厚い層は成長中に圧力を補償することができず、屈曲するにもかかわらず破損する傾向にある。Ｒｉｃｈｔｅｒ  ｅｔ  ａｌ．（Ｅ．  Ｒｉｃｈｔｅｒ，Ｕ．Ｚｅｉｍｅｒ，Ｓ．Ｈａｇｅｄｏｒｎ，Ｍ．Ｗａｇｎｅｒ，Ｆ．Ｂｒｕｎｎｅｒ，Ｍ．Ｗｅｙｅｒｓ，Ｇ．Ｔｒaｎｋｌｅ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１２，［２０１０］２５３７）には、水素化物気相成長（ＨＶＰＥ）によりＧａＮ結晶を製造する方法が記載されており、この製造方法では、塩化ガリウムの部分圧を設定することによって厚さ２．６ｍｍのＧａＮ層を亀裂がないように成長させることができ、得られたＧａＮ層は複数のＶ字穴をその表面に呈する。この方法で成長させた結晶は５．８ｍｍの厚さを有するが、より長い亀裂を呈する。Ｂｒｕｎｎｅｒらは、Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２９８，２０２−２０６（２００７）において、エピタキシャルＩＩＩ−Ｎ層の湾曲に対する層厚の影響を示している。ＧａＮ−サファイアテンプレート上でのＧａＮおよびＡｌＧａＮ（任意にＩｎＧａＮコンプライアンス層を伴う）の成長が調査されている。Ａｌモル分率が２．８％および７．６％であるＧａＮおよびＡｌＧａＮについて、成長中に凹形湾曲が増大し、観察によると、引張応力の生成を伴う（図３を参照）ことが判明した。更に、アルミニウム含量が増えるにつれて凹形湾曲が増大し、それにしたがって引張応力が更に増大する。加えて、ＧａＮバッファー層上でのＡｌモル分率が７．６％であるＡｌＧａＮ層の成長に対するＳｉドープ窒化インジウムガリウム層の影響が示されている。この目的のため、一方では、Ａｌモル分率７．６％のＡｌＧａＮ層をＧａＮバッファー層上に直接成長させ、他方では中間層としてＳｉドープ窒化インジウムガリウム層をＧａＮバッファー層上に成長させ、次いで、Ａｌモル分率７．６％のＡｌＧａＮ層を中間層上に成長させる。そうすると、Ｓｉドープ窒化インジウムガリウム層のＧａＮバッファー層上への堆積により結晶中に圧縮応力が生じることが示された。この方法において、ＧａＮバッファー層の当初の凹形湾曲が温度低下の過程でわずかに凹形の湾曲に変換され、この凹形湾曲が同方法においてＩｎ０．０６ＧａＮ層をエピタキシャル成長させることによって更なる成長の間に増大する。その後Ａｌ０．０７６ＧａＮ層がこのＩｎ０．０６ＧａＮ層上へ堆積する間、Ｉｎ０．０６ＧａＮ中間層がない場合に生じた湾曲と比較してより低い凹形湾曲が最終的に得られる。
【０００６】
Ｅ．Ｒｉｃｈｔｅｒ，Ｍ．Ｇｒuｎｄｅｒ，Ｂ．Ｓｃｈｉｎｅｌｌｅｒ，Ｆ．Ｂｒｕｎｎｅｒ，Ｕ．Ｚｅｉｍｅｒ，Ｃ．Ｎｅｔｚｅｌ，Ｍ．ＷｅｙｅｒｓおよびＧ．Ｔｒaｎｋｌｅ（Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ｃ８，Ｎｏ．５（２０１１）１４５０）は、ＨＶＰＥによりＧａＮ結晶を製造する方法を記載しており、この方法において、厚さは最大６．３ｍｍに到達し得る。これらの結晶は、傾斜した側壁と、表面上のＶ字穴とを呈する。更に、結晶格子は、およそ５．４ｍの凹形湾曲および６×１０−５ｃｍ−２の転位密度を有する。
米国特許出願第２００９／００９２８１５Ａ１は、１〜２ｍｍの厚さを有する窒化アルミニウム結晶ならびに５ｍｍの厚さを有する窒化アルミニウム層の製造について記載している。これらの層は、亀裂のないものとして記載され、素子および成分の製造における適用に関して９０％を超える有効面積を有する無色かつ光学的に透明なウエハーを切断するのに使用可能である。
【０００７】
上述の従来技術における方法は、成長および冷却後にＩＩＩ−Ｎ結晶が得られ、これらが強い外因性および内因性応力を受けることにより、材料の品質およびＩＩＩ−Ｎ基板に対する加工性を制限する亀裂または他の材料欠点が発生し得るという共通点を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】米国特許出願第２００９／００９２８１５Ａ１
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７４，３５６−３５８（１９９９）
【非特許文献２】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２８９，４４５−４４９（２００６）
【非特許文献３】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１２，［２０１０］２５３７
【非特許文献４】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ２９８，２０２−２０６（２００７）
【非特許文献５】Ｐｈｙｓ．Ｓｔａｔｕｓ  Ｓｏｌｉｄｉ  Ｃ８，Ｎｏ．５（２０１１）１４５０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、材料が有する欠点を最小にし、かつ、結晶の品質および加工性を向上させる条件下でのＩＩＩ−Ｎ結晶の成長を可能にするテンプレートおよびＩＩＩ−Ｎ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】
【００１１】
この目的は、クレーム１、２および８に記載の方法によって解決される。更なる実施形態が対応するサブクレームに記載される。更に、本発明は、サブクレームに記載されるその更なる実施形態と共に、クレーム１９に記載の異種基板に接着するＩＩＩ−Ｎ単結晶を付与する。有利な用途は、クレーム２３および２４に規定される。
【００１２】
本発明によれば、驚くべきことに、結晶成長が第１結晶成長温度にて基板上で行われ、その後、先に適用された温度が第２結晶成長温度に変更される場合、および、その後、更なる結晶成長が、第１結晶成長温度と比較して変化した第２結晶成長温度の範囲内で生じる場合、ＩＩＩ−Ｎ単結晶を制御可能な圧縮応力下で亀裂なく成長させることができることが判明した。適用温度をどのように変更するかは本方法のために選択される基板の種類に左右される。基板が、成長させるべきＩＩＩ−Ｎ単結晶と比較して高い熱膨張係数を有する場合、適用されるべき変更は、先に適用された第１温度よりも温度を低下させることである。しかしながら、基板が、成長させるべきＩＩＩ−Ｎ単結晶と比較して低い熱膨張係数を有する場合、適用されるべき変更は、先に適用された第１温度よりも温度を上昇させることである。
【００１３】
それにより、本発明によれば、テンプレート（すなわち、基板と、比較的薄いＩＩＩ−Ｎ結晶層とを有するユニットであって、そのようなテンプレートユニットは、その一部で（ｏｎ  ｉｔｓ  ｐａｒｔ）後続のＩＩＩ−Ｎ結晶ブール／インゴットまたはＩＩＩ−Ｎ素子製造用の出発生成物としての役割を果たす）において、臨界パラメーターであるテンプレートの曲率および応力（重要であると特定されている）が、テンプレートの有利な特性およびその更なる用途にとって適切かつ体系的に影響を受けることができ、それにより、特に本発明によるテンプレートを使用する後続の亀裂形成を効果的に妨げることが可能になる。代替の技術的解決策によれば、本発明に関連し、かつ、テンプレートの更なる加工にとって好ましい設定に関し、以下のことを確認すべきである：（ｉ）後に更に特定すべき曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が、テンプレート製造中の少なくとも１つの成長段階において、3０、特定的には＞０の範囲内にあること、または（ｉｉ）成長温度での状況下で製造されたテンプレートは屈曲しない、もしくは本質的に屈曲しない、または反対に（凸状に）屈曲する。本発明によれば、エピタキシャル結晶成長条件下で、全くもしくはほぼ湾曲を呈さない、または反対の（ｎｅｇａｔｉｖｅ）湾曲を呈するため、ごくわずかな内因性応力（更なる加工用の出発状況として有利であることが立証されている）しか呈さないテンプレートを製造することができる。
【００１４】
したがって、本発明の方法は、より有意には本発明の方法の好ましい特徴の観察により、室温でのεＸＸ値によるテンプレートのＩＩＩ−Ｎ結晶層における歪みの有利な設定を許容し、この室温でのεＸＸ値はεＸＸ＜０という有利な範囲内であり、特に好適には負のεＸＸ値であり、これは本発明のテンプレートの更なる加工に対して非常に好ましい効果を有するため、本発明のテンプレートの代替関連生成物の特徴を構成する。
【００１５】
従来の方法は、これまでのところ、全く異なる挙動を示している。また、従来の方法において、結晶成長は、ある所望の温度で行われている。この温度は、各ＩＩＩ−Ｎ材料に適すると認められる温度と関連がある。別のＩＩＩ−Ｎ材料を成長させるために、成長プロセスにおいて温度を低下させたとしても、それでもなお成長開始時または成長中、この特定的な新しい温度は更に低下されずに、一定に維持される。しかしながら、このような従来のケースでは、成長表面の所与の湾曲は、凸形凹形にかかわらず、典型的には成長の間連続して増大する。驚くべきことに、テンプレートのＩＩＩ−Ｎ材料層の特定の成長段階において、所与のＩＩＩ−Ｎ材料層の更なる成長にもかかわらず、所与の湾曲が低下するように本発明による方法を構成することができる。更に、従来の方法において湾曲が連続して増大した結果として、結晶内の対応する増大する内因性−典型的には引張−応力が増大し、任意には既に更なる成長中、遅くともエピタキシャル成長温度からの冷却中、微小亀裂、更には破損までも引き起こす可能性がある。対照的に、本発明の方法では、内因性−典型的には圧縮−応力を低く維持することができ、それにより、継続的な成長の間、および更には冷却中でさえ、亀裂を回避することができる、すなわち、ＩＩＩ−Ｎ結晶の亀裂のない成長を達成することができる。
【００１６】
任意には、本発明に従って、組み合わせて適用される、好ましい影響を及ぼす、および適切な条件下で設定する代替の新たな可能性として、上述の好ましい曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）および／または無曲率、本質的無曲率または負の（凸形の）曲率は、成長中または基板上での結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長開始時もしくはその開始から継続までの間の断続的な中間段階において、マスク材料が基板上に中間層（任意にはＩＩＩ−Ｎ核形成層を呈する）として、または、実際の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料において基板からもしくは任意に付与されたＩＩＩ−Ｎ核形成層から特定の最大距離をもって堆積され、次いで、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長が行われる、または継続されるという手順的手段（ｐｒｏｃｅｄｕｒａｌ  ｍｅａｓｕｒｅ）に基づくものである。マスク材料の中間層（好ましくは単一の薄い、一般的には非常に薄い層として形成され、その構成は以下に更に説明される）は、基板からまたは任意に付与されたＩＩＩ−Ｎ核形成層から３００ｎｍの最大距離をもって、好ましくは３００ｎｍ未満、より好ましくは２５０ｎｍ未満、更には１００ｎｍ未満、特定的には最大で５０ｎｍの距離をもって堆積される。
【００１７】
指定された湾曲挙動設定のこの代替方法では、中間層としてのマスク材料が少なくとも部分的に直接基板上に、または任意に存在するＩＩＩ−Ｎ核形成層上（すなわち、直近）に、またはテンプレートの結晶性材料中に、基板もしくは任意に存在するＩＩＩ−Ｎ核形成層の主表面に対して好適な距離をもって（すなわち、基板またはＩＩＩ−Ｎ核形成層との接触が生じる場所に）堆積されることに注目する。これはまた、表面構造化が基板上に任意に付与され、それにより規定の接触が部分的にしか生じない場合にも当てはまり、このような表面構造化は、すなわち、ｅｘ  ｓｉｔｕで行われる従来のパターニング、例えば、窓の開放、（フォト）リソグラフィーなどによる縞または点および他のマスク構造物の形成と関連しているにすぎないので、望ましい湾曲挙動を本発明によるようには設定できない従来の場合にも当てはまる。更に、寸法も異なる：ｅｘ  ｓｉｔｕで行われる表面マスキングおよびパターニングは、μｍ範囲の厚さ寸法を呈するが、一方、ｉｎ  ｓｉｔｕで付与されるマスク材料の中間層（本発明によれば、任意にまたは補助的に適用される）は、典型的には、サブμｍ範囲の厚さ寸法を呈する。
【００１８】
本発明によるＩＩＩ−Ｎ結晶において、材料の品質および／またはＩＩＩ−Ｎ基板に対する加工性を制限する亀裂が生じるのを回避することができる。本発明による「亀裂のないＩＩＩ−Ｎ結晶」とは、３０ｍｍ２の各画像片を光学顕微鏡で検査したときに、当該結晶が１５ｃｍ２の面積（２インチ；３ｍｍのマージンを除く）に亀裂を呈さないことを示す。
【００１９】
更に、本発明によれば、格子定数ａの変形（歪み）εＸＸの微視的特性も影響を受ける可能性がある。力学では、変形εは一般に、歪みテンソルと呼ばれ、εＸＸはその第１成分を示す。
結晶格子について、歪みεＸＸは以下のように定義される。
εＸＸ＝（格子定数ａ−格子定数ａ０）／格子定数ａ０
式中、ａは結晶中の実際の格子定数であり、ａ０は理論的な理想格子定数を表し、ａ０については、典型的には３．１８９２±０．００００４Aの文献値（ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ  ｖａｌｕｅ）を想定することができる（Ｖ．Ｄａｒａｋｃｈｉｅｖａ，Ｂ．Ｍｏｎｅｍａｒ，Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｍ．Ｓａｅｎｇｅｒ，Ｍ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１０（２００８）９５９−９６５による）。
【００２０】
したがって、実際に存在する結晶格子定数は、外因性応力下での結晶層のエピタキシャル成長により影響を受ける可能性がある。例えば、圧縮応力が、外因性応力により成長結晶に移送または付与される可能性があり、それにより、応力なしでの成長と比較して、成長面内での格子定数が縮小される。よって、内因性応力は結晶内で制御されかつ意図したように増大し、前記応力は、継続するまたは後続の結晶成長時に変形および応力の上記特性に好ましい影響を及ぼす。
このようなテンプレートは、ＩＩＩ−Ｎ系の更なるエピタキシャル層を成長させるため、特に厚いＩＩＩ−Ｎ層およびＩＩＩ−Ｎブール（バルク結晶）を生成するための出発生成物として非常に適する。本発明によれば、本発明のテンプレートのＩＩＩ−Ｎ結晶のεＸＸ値は、εＸＸ＜０の範囲であることが好ましい。
【００２１】
本発明を制限することなく、以下に、本発明の態様、更なる実施形態および特定の特徴を説明する一連の項目を示す。
【００２２】
１．基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含むテンプレートを製造するための方法であって、ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａ）基板を付与する工程と、
ｂ）第１結晶成長温度にて前記基板上で結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長を行う工程と、
ｃ）前記第１結晶成長温度とは異なり、結晶成長が起こり得る第２結晶成長温度に変更する工程と、
ｄ）インジウムを添加せずに、前記第１結晶成長温度と比較して変化した温度範囲内でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための結晶成長を継続する工程と、
を含み、
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも低く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１成長温度未満で継続される、または
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも高く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１成長温度超過で継続される、
ことを特徴とする方法。
【００２３】
２．ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するための方法であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎからなる群から選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａ）基板を付与する工程と、
ｂ）第１結晶成長温度にて前記基板上で結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長を行う工程と、
ｃ）前記第１結晶成長温度とは異なり、結晶成長が起こり得る第２結晶成長温度に変更する工程と、
ｄ）インジウムを添加せずに、前記第１結晶成長温度と比較して変化した温度範囲内でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための結晶成長を継続する工程と、
ｅ）前記第１および第２結晶成長温度とは別個に選択され得る結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための更なるエピタキシャル結晶成長を行う工程であって、インジウムを任意に添加してもよい工程と、
ｆ）任意に、形成されたＩＩＩ−Ｎ単結晶および基板を分離する工程と、
を含み、
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも低く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１成長温度未満で継続される、または
工程ｃ）の前記第２結晶成長温度は前記第１結晶成長温度よりも高く、使用する基板が工程ｄ）まで成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する場合、工程ｄ）では結晶成長が前記第１結晶成長温度超過で継続される、
ことを特徴とする方法。
【００２４】
３．工程ｂ）〜ｄ）において、ＭＯＶＰＥが成長方法として使用される、項目１または２に記載の方法。
【００２５】
４．工程ｃ）において、温度の変更すなわち低下または増大が、反応器内において温度差ΔＴ（Ｔ１−Ｔ２）を呈し、この値が少なくとも１０℃、特定的には１０〜１００℃の範囲内、好ましくは少なくとも２０℃、より好ましくは２０〜５０℃の範囲内、更により好ましくは２５〜４０℃の範囲内、および特定的には３０℃である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００２６】
５．反応器内での第１成長温度が１０００〜１１００℃の範囲内、好ましくは１０２０〜１０８０℃、より好ましくは約１０４０℃である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００２７】
６．工程ｂ）において、ＩＩＩ−Ｎ結晶子が縦方向および横方向に成長する、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００２８】
７．工程ｃ）において、結晶子凝集の開始時点で温度が変更され、前記温度変更の後に、エピタキシャル結晶成長が、凝集している（ｃｏａｌｅｓｃｅｎｄｉｎｇ）ＩＩＩ−Ｎ結晶子上で進行し、場合によっては第１成長温度よりも下または上の範囲内で設定される、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００２９】
８．工程ｃ）において、温度が、反応器内の第２成長温度まで低下され、９５０〜１０５０℃の範囲内、好ましくは９９０〜１０３０℃、より好ましくは約１０１０℃である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３０】
９．工程ｄ）において、成長温度が第１成長温度未満であり、９５０〜１０７５℃の範囲内、好ましくは９７５〜１０５０℃の範囲内、より好ましくは９９０〜１０３０℃の範囲内である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３１】
１０．温度低下後、工程ｄ）における更なる成長のための成長温度が、実質的に一定に維持される、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３２】
１１．工程ｄ）における成長段階中、すなわち、ＩＩＩ−Ｎ材料層の形成中、成長温度で、成長表面の所与の湾曲が連続してまたは断続的に減少する、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３３】
１２．工程ｂ）において、成長表面の凹形湾曲が生じ、工程ｃ）において、成長表面の温度を変更することによって、凹形湾曲が変更前の湾曲と比較して小さくなるか、または湾曲が取り除かれる、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３４】
１３．テンプレートの曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が工程ｄ）の開始（曲率値Ｋｓ）および終了（曲率値Ｋｅ）時に、正の代数符号を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３５】
１４．曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が少なくとも５ｋｍ−１であり、より好ましくは少なくとも１０ｋｍ−１である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３６】
１５．曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）が最大で５０ｋｍ−１であり、好ましくは最大で２０ｋｍ−１である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３７】
１６．工程ｄ）の完了後、基板が湾曲していないもしくは本質的に湾曲していないか、または反対に湾曲しており、好ましくは、曲率（Ｋｅ）が最大３０ｋｍ−１である、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３８】
１７．工程ｄ）の完了後、基板が本質的に湾曲しておらず、曲率（Ｋｅ）が好ましくは±３０ｋｍ−１の範囲内にある、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００３９】
１８．工程ｂ）〜ｄ）が、基板の単一の（すなわち、１つで同一の）ＩＩＩ−Ｎ層のみの成長の間に行われる、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００４０】
１９．工程ｄ）の完了後、最大２５μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは２〜５μｍの範囲の厚さを有するＩＩＩ−Ｎ層が基板上に堆積される、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００４１】
２０．ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造する方法であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａａ）異種基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含むテンプレートを付与し、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、テンプレートが湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲される工程と、
ｂｂ）テンプレートが湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲される結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長を行う工程と、
ｃｃ）任意に、工程ｂｂ）の前記結晶成長温度とは別個に設定され得る結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するための更なるエピタキシャル結晶成長を行う工程であって、任意に、Ｉｎを添加する工程、
ｄｄ）更に、任意に、ＩＩＩ−Ｎ単結晶と異種基板とを分離する工程と、
を含み、
工程ａａ）およびｂｂ）ではＩｎを添加しないこと、
ことを特徴とする方法。
【００４２】
２１．工程ｂｂ）の完了後、「本質的に湾曲していない」または「反対に湾曲している」という条件は、曲率（Ｋｅ）が最大３０ｋｍ−１の範囲内であることを意味する、項目２０に記載の方法。
【００４３】
２２．テンプレートが本質的に湾曲しておらず、曲率（Ｋｅ）が好ましくは±３０ｋｍ−１の範囲内にある、項目２１に記載の方法。
【００４４】
２３．工程ａ）またはａａ）で使用される基板が、成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも高い熱膨張係数を有する異種基板であり、ＬｉＡｌＯ２およびサファイアからなる群から選択され、好ましくはサファイアである、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００４５】
２４．工程ａ）またはａａ）で使用される基板が、成長されるべきＩＩＩ−Ｎ結晶よりも低い熱膨張係数を有する異種基板であり、ＳｉＣおよびＳｉからなる群から選択される、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００４６】
２５．工程ａａ）において、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層がインジウムを含有せず、および／または工程ｂｂ）において、ＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長中、インジウムが添加されない、項目２０〜２４のいずれか１つに記載の方法。
【００４７】
２６．工程ａａ）において付与されるテンプレートが、項目１〜１９のいずれか１つに記載の方法によって製造される、項目２０〜２５のいずれか１つに記載の方法。
【００４８】
２７．基板上での前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長中、またはその成長開始時もしくは開始から継続までの間の断続的な中間段階において、マスク材料が、基板上に中間層（任意にＩＩＩ−Ｎ核形成層を呈する）として、または、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料それ自体において、基板からまたは任意に付与されたＩＩＩ−Ｎ核形成層から３００ｎｍの最大距離をもって、好ましくは１００ｎｍ未満、より好ましくは最大で５０ｎｍの距離をもって堆積され、次いで、前記ＩＩＩ−Ｎ結晶層用の結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長が行われるまたは継続されることによって、工程ａａ）において付与されるテンプレートが製造される、項目２０〜２６のいずれか１つに記載の方法。
【００４９】
２８．マスク材料が基板材料およびＩＩＩ−Ｎ材料とは異なる材料であり、その上でＩＩＩ−Ｎ成長が阻害され、妨害されまたは防止され、マスク材料が好ましくはＳｉｘＮｙ（式中、ｘおよびｙはそれぞれ独立して化学量論的または非化学量論的ＳｉＮ化合物、特定的にはＳｉ３Ｎ４を導く正数を示す）、ＴｉＮ、ＡｌｘＯｙ（式中、ｘおよびｙはそれぞれ独立して化学量論的または非化学量論的ＡｌＯ化合物、特定的にはＡｌ２Ｏ３を導く正数を示す）、ＳｉｘＯｙ（式中、ｘおよびｙはそれぞれ独立して化学量論的または非化学量論的ＳｉＯ化合物、特定的にはＳｉＯ２を導く正数を示す）、ＷＳｉおよびＷＳｉＮからなる群から選択される、項目２７に記載の方法。
【００５０】
２９．中間層が単層として形成され、および／または中間層の厚さがナノメートルまたはサブナノメートル範囲、例えば、５ｎｍ未満、より好ましくは１ｎｍ未満、特定的には単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）よりも小さい（すなわち、０．２〜０．３ｎｍ以下）ものである、項目２７または２８に記載の方法。
【００５１】
３０．工程ａａ）において指定された付与されたテンプレートの湾曲挙動が、テンプレートの単一のＩＩＩ−Ｎ層のみの成長中に設定される、項目２０〜２９のいずれか１つに記載の方法。
【００５２】
３１．工程ａ）またはａａ）における出発基板が、研磨された表面を有する、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００５３】
３２．工程ａ）またはａａ）における出発基板が、リソグラフィー、または湿式化学エッチングもしくは乾式化学エッチング（例えば、ＩＣＰ）によって構造化された表面を呈する、前述の項目のいずれか１つに記載の方法。
【００５４】
３３．少なくも項目２の工程ｅ）または項目２０の任意工程ｃｃ）における−任意には全ての結晶成長工程における−結晶成長がＨＶＰＥにより行われる、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００５５】
３４．エピタキシャル成長の完了後、少なくとも０．５ｍｍ、好ましくは少なくとも１ｍｍ、より好ましくは少なくとも５ｍｍ、特定的には少なくとも７ｍｍおよび最も好ましくは少なくとも１ｃｍの層厚を有するＩＩＩ−Ｎ単結晶が成長される、項目２〜３３のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００５６】
３５．少なくとも１つの、任意にはそれ以上のＧａＮ−、ＡｌＮ−、ＡｌＧａＮ−、ＩｎＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＩｎＮ−またはＡｌＩｎＧａＮ層が堆積されることによって、より厚いＩＩＩ−Ｎ層またはＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００５７】
３６．基板上のＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびにその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶が、同一のＩＩＩ−Ｎ材料から構成される、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００５８】
３７．基板上のＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびにその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶において、ＩＩＩ成分に関する交換が行われなかった、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００５９】
３８．基板上のＩＩＩ−Ｎ結晶ならびにその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶がそれぞれ二成分系を形成する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６０】
３９．ＩＩＩ−Ｎ単結晶と基板との任意の分離が、自己分離によって、好ましくは結晶成長温度からの冷却中に行われる、項目２〜３８に記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６１】
４０．ＩＩＩ−Ｎ単結晶と基板との任意の分離が、研削、挽切またはリフトオフ法によって行われる、項目２〜３８のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６２】
４１．基板および少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層が、ＩＩＩ−Ｎ結晶層表面が室温で凸形の湾曲を有するように形成される、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６３】
４２．エピタキシャル結晶成長の温度範囲内において、ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、εＸＸ≦０の値、好ましくはεＸＸ＜０の値を有する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６４】
４３．ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、室温で−４〜−６ｍの範囲内の半径を有する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６５】
４４．ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、室温でσＸＸ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力を有する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６６】
４５．厚さ４３０μｍのサファイアが基板として使用され、厚さ３．５μｍのＧａＮがＩＩＩ−Ｎ結晶層として使用され、ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、室温でＫＴ＜−１７０ｋｍ−１、好ましくは−１７０ｋｍ−１＞ＫＴ＞−２５０ｋｍ−１の曲率を有し、他の層厚を使用するまたは設定する際、曲率値が、以下の範囲：
ＫＴ（ｄＧａＮ；ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）＝ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）ｘ（４３０μｍ／ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）２ｘ（ｄＧａＮ／３．５μｍ）
内でストーニーの方程式に類似するそれぞれの層厚に応じて変化する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６７】
４６．ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、室温でεＸＸ≦−０．００２の値、好ましくは−０．００２〜−０．００４の範囲内の値εＸＸを有する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶を調製する方法。
【００６８】
４７．ＩＩＩ−Ｎ結晶ウエハーを製造する方法であって、
ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、
ａ）ＩＩＩ−Ｎ単結晶を形成するための項目２〜４６に記載の方法を実行する工程と、
ｂ）単結晶を分離して、ウエハー、任意には複数のウエハーを形成する工程と、
を含むことを特徴とする方法。
【００６９】
４８．異種基板に接着するＩＩＩ−Ｎ単結晶であって、ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、変形εＸＸの以下の値（ｉ）／（ｉｉ）の一方または両方により規定される：
（ｉ）室温で、εＸＸ値が＜０の範囲内にあり、好ましくはεＸＸ値がεＸＸ≦−０．００２の範囲内にある；
（ｉｉ）任意の材料および特定的にはＩＩＩ−Ｎ材料のエピタキシャル結晶成長が生じる温度範囲内で、εＸＸ値が≦０、好ましくはεＸＸが＜０である、
ＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７０】
４９．室温でのεＸＸが、−０．００２〜−０．００４の範囲内にある、項目４８に記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７１】
５０．最大２５μｍ、好ましくは０．１〜１０μｍ、より好ましくは２〜５μｍの範囲内にあるＩＩＩ−Ｎ単結晶の層厚を有するテンプレートの形状をなす項目４８または４９に記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７２】
５１．ＩＩＩ−Ｎ単結晶が、室温でσＸＸ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力を有する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７３】
５２．異種基板が、ＳｉＣ、Ｓｉ、ＬｉＡｌＯ２およびサファイアからなる群から選択され、好ましくはサファイアを含み、より好ましくはサファイアからなる、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７４】
５３．異種基板としてのサファイアと、ＩＩＩ−Ｎ単結晶としてのＧａＮとを有する前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶であって、
サファイアの厚さが４３０μｍであり、ＧａＮ層の厚さが３．５μｍである場合、室温での曲率ＫＴ＜−１７０ｋｍ−１、好ましくは−１７０ｋｍ−１＞ＫＴ＞−２５０ｋｍ−１の範囲内であり、
サファイアおよび／またはＧａＮ層の層厚がそれ以外である場合、曲率値が以下の範囲：
ＫＴ（ｄＧａＮ；ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）＝ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）ｘ（４３０μｍ／ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）２ｘ（ｄＧａＮ／３．５μｍ）
内でストーニーの方程式に類似するそれぞれの層厚に応じて変化する、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７５】
５４．ＩＩＩがＧａを表し、成長方向の結晶が、ａ＜０．３１８９２６ｎｍ、例えば、０．３１８２９ｎｍ＜ａ＜０．３１８９２６ｎｍの範囲内の格子定数を呈する、項目４６〜５１のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７６】
５５．異種基板が除去される、前述の項目のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７７】
５６．結晶が項目２〜４６に記載の方法に従って調製される、項目４８〜５４のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶。
【００７８】
５７．その後任意に個々のＩＩＩ−Ｎウエハーに分離されるより厚いＩＩＩ−Ｎ層またはＩＩＩ−Ｎ結晶ブールもしくはバルク結晶を調製するための項目４８〜５６のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶またはテンプレートの使用。
【００７９】
５８．半導体素子または電子および光電子素子を調製するための項目４８〜５６のいずれか１つに記載のＩＩＩ−Ｎ単結晶またはテンプレートの使用。
【００８０】
５９．電力成分、高周波成分、発光ダイオードおよびレーザーを調製するための項目５８に記載の使用。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態によるＩＩＩ−Ｎテンプレートを形成するための成長プロセスの様々な段階を概略的に示す図である。
【図２】図２は、可能な実施形態によるサファイア上でのＧａＮの堆積例としての、方法工程（番号１〜６は図１の工程（ｉ）〜（ｖｉ）に相当する）に応じた成長表面の曲率および各々に適用された温度の変化を示す図である。
【図３】図３は、本発明の一実施形態によるサファイア上へのＧａＮの典型的な成長中の経時的な温度、反射および曲率プロファイルを示す図である。
【図４】図４は、本発明の代替実施形態によるＳｉまたはＳｉＣ上でのＧａＮの典型的な成長中の経時的な温度、反射および曲率プロファイルを示す図である。
【図５】図５は、サファイア上でのＧａＮの従来の成長中の経時的な温度、反射および曲率プロファイルを示す図である。
【図６】図６は、代替的にテンプレートを付与することができる更なる実施形態を概略的に示す図であり、ＩＩＩ−Ｎテンプレートを形成するための成長プロセスのそれぞれ好適な段階でマスク材料を伴う中間層を付与して正しい場所に配置することによって意図的かつ量的に正確にその応力を設定することができることを示している。
【図７Ａ】図７Ａは、比較例と比較した、本発明の異なる可能な実施形態による、主にマスク材料を伴う中間層の付与および位置／配置に応じた成長表面の曲率の変化を示す図である。
【図７Ｂ】図７Ｂは、比較例と比較した、本発明の異なる可能な実施形態による、主にマスク材料を伴う中間層の付与および位置／配置に応じた成長表面の曲率の変化を示す図である。
【図７Ｃ】図７Ｃは、比較例と比較した、図７Ａおよび図７Ｂに従って規定されるテンプレートを、より厚い層を生成するための更なるＩＩＩ−Ｎ（ＧａＮ）層成長に供する際の成長表面の曲率に関する結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００８２】
したがって、本発明を制限することなく、以下の図面、態様、更なる実施形態および特定の特徴の詳細な説明は、本発明を明瞭に例証し、特定実施形態を詳細に説明するものである。
【００８３】
ＩＩＩ−Ｎ出発基板を製造するための方法において、驚くべきことに、異種基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含むテンプレートであって、ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎからなる群から選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表すテンプレートを製造することができ、当該テンプレートが優れた特性を有するＩＩＩ−Ｎ単結晶の成長を可能にすることが判明した。
【００８４】
第１実施形態において、まず、このようなテンプレートを製造するために、基板が付与される。好適な基板を、ホモまたはヘテロ出発基板、成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶子の層を有する出発基板ならびにその上に構造（例えば、特定の調製されたＩＩＩ−Ｎ構造および／またはマスク構造）が形成された出発基板からなる群から選択してもよい。図１に示す本発明の実施形態によれば、本発明の方法は、工程（ｉ）〜（ｉｉｉ）により基板を付与することを含む。したがって、まず、出発基板（ｉ）を付与して、それを脱離工程（ｉｉ）および核形成工程（ｉｉｉ）に供する。
【００８５】
出発基板を付与するためには、好ましくは、ＳｉＣ、シリコン、ＬｉＡｌＯ２またはサファイアから作成される、特に好ましくはサファイアから構成される異種基板が適している。より好ましくはｃ平面サファイア基板が使用され、これは、０．１〜０．５°だけ（１−１００）または（１１−２０）へ傾斜しており、片面がエピレディ研磨され、裏面が研磨および／または好ましくはラッピングされている。更なる実施形態によれば、出発基板は、リソグラフィー、または湿式化学エッチングもしくは乾式化学エッチング（例えば、ＩＣＰエッチング）によって構造化された表面を呈する。出発基板として異種基板を使用することは特に有利である。その理由は、異種基板の材料および成長されたＩＩＩ−Ｎ材料が異なる熱膨張係数を有するため、温度変化時に、基板の（特定的には成長表面の）湾曲が生じ、これが特に出発状態として本発明の方法に適しているからである。
【００８６】
しかしながら、本発明に関しては、ホモ基板を出発基板として使用することもできる。この場合、例えば出発材料における温度勾配により湾曲を導入することができる。更なる可能性は、−任意には構造化された−異種マスキング層がその上に堆積されるホモ出発基板を使用することであり、その結果、温度が変化すると基板の曲率も変化し得る。
【００８７】
好適な出発基板を付与する更なる可能性は、後の出発基板からの分離をサポートするために中間層または中間構造を形成すること、および／または、ＷＯ２００６０３５２１２  Ａ１、ＷＯ２００８０９６１６８  Ａ１、ＷＯ２００８０８７４５２  Ａ１、ＥＰ２１３６３９０  Ａ２およびＷＯ２００７１０７７５７  Ａ２などに記載されるように、ナノコラム構造を有するＧａＮコンプライアンス層をその上に形成した基板をベースとするいわゆるＧａＮ「ナノガラス」を形成することを含み得る。
【００８８】
任意には、出発基板を更に前処理してもよい。図１（ｉｉ）に例証されるように、好ましくは、付与された出発基板を用いて脱離工程が行われる。この脱離工程では、例えば、炭化水素残基だけでなく他の揮発性汚染物質を出発基板または構造化もしくはその他の方法で前処理された基板から除去することができる。本方法において、脱離工程の間、出発基板は、高温、好ましくは１０００〜１２００℃の温度まで、より好ましくは１０５０〜１１５０℃の温度まで、例えばおよそ１０９０℃まで加熱される。それにより、基板における温度勾配に起因して、例えば、指向加熱（典型的には、基板ホルダーの基板側または成長表面と反対である堆積面（ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）からの加熱などによる）に起因して、出発基板は、後にＩＩＩ−Ｎ材料が堆積される表面に対して典型的には反対の（凹形の）湾曲を伴う屈曲を受ける（図１を参照）。脱離工程は、アンモニアによる窒化を更に含んでいてもよい。更なる任意の工程は、脱離が起こった後、例えば、４００〜６００℃の温度まで、好ましくは４５０〜５５０℃の温度まで温度を低下させることからなる。この冷却の間、−好ましくは凹形−湾曲は、例えば脱離工程における加熱開始時と同様のレベルまで再度低下する。
【００８９】
本発明のテンプレートを製造するための方法における基板の付与および前処理は、好ましくは、核形成工程を更に含んでいてもよく、この工程において、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料、特に微細なＩＩＩ−Ｎ結晶子を出発基板上に成長させる。この工程は、図１（ｉｉｉ）に概略的に例証されている。結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料、特に微細なＩＩＩ−Ｎ結晶子は、後の結晶成長プロセスの工程において種結晶としての役割を果たす。ＩＩＩ−Ｎ結晶子は、例えば、不規則な形状で１〜４０ｎｍのサイズを呈し、一般には出発基板上に無秩序に存在し、好適には初めに非連続的な核形成層を形成する。この核形成工程は、典型的には、４００〜６００℃、好ましくは４５０〜５５０℃およびより好ましくは５００〜５４０℃の温度で行われる。核形成温度は、典型的には、任意選択的な先の脱離温度よりも低いため、湾曲は工程（ｉｉ）から（ｉｉｉ）へと減少する。よって、工程（ｉｉｉ）で付与された基板の状態は、典型的には比較的低い曲率または（図１に概略的に例証されるように）更には無曲率によって説明されるものである。
【００９０】
任意には核形成工程などの上述の任意手段により基板を付与した後、つまり、本発明による工程ａ）の後、ＩＩＩ層を形成するための結晶成長を可能にする温度まで温度が上昇する。本発明の定義によれば、このスタジアムにおける温度は、本発明による工程ｂ）の「第１」結晶成長温度と呼ばれる。この定義はそれとは別個に適用され、例えば、出発材料の前処理、構造化または他の加工を行うべく、上昇された温度が前に適用されたことを除外するものではない。このような第１成長温度での結晶成長の間、任意には温度を上昇させるために行われる加熱の間、典型的にはＩＩＩ−Ｎ種の再配列プロセスが行われる。ここでは、より小さい種が消滅してより大きい種となり、空隙が形成され（境界表面における将来的な空格子位置またはボイド）、核形成工程において先に示したにすぎない種の六方晶形状がここで著しく増大する。本実施形態によるこのような工程は、図１（ｉｖ）に例証されている。特に図１の工程（ｉｖ）において概略的に示されるように、ＩＩＩ−Ｎ種の拡大または凝集に起因して、層形成の過程において、成長方向に、つまり凹形の範囲に湾曲が生じる。反応器内の前記「第１」成長温度は、各ＩＩＩ−Ｎ材料の良好な成長状態が存在する温度範囲内である。ＧａＮの場合、この「第１」成長温度は、例えば９９０〜１０９０℃の範囲内、好ましくは１０２０〜１０６０℃で、より好ましくは約１０４０℃である。Ａｌ含量が３０％〜９０％のＡｌＧａＮの場合、「第１」成長温度は、例えば１０７０〜１２５０℃の範囲内、好ましくは１０９０〜１１３０℃、より好ましくは１１１０℃である。
【００９１】
この第１成長温度で、基板上での結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長が起こる。ＩＩＩ−Ｎ結晶子は縦方向および横方向に成長している。このＩＩＩ−Ｎ結晶子の縦方向および横方向への成長により、十分な結晶化時間で結晶子の凝集が生じ得る。第１結晶成長温度での結晶成長の間、基板の湾曲が増大する。変形／湾曲の方向または代数記号は、ＩＩＩ−Ｎ材料が後に堆積される表面に対して規定される。異種基板を使用する場合、異種基板と成長されるべきＩＩＩ−Ｎ材料との熱膨張係数の差に起因して、温度と共に湾曲が増大する。それにより、例えば形成されたＩＩＩ−Ｎ材料に対して使用される異種基板を選択することにより、典型的には凹形湾曲が増大するように条件が選択され得る。ホモ基板を使用する場合、例えば基板における温度勾配によって湾曲が生じる。
【００９２】
本発明によれば、次いで、テンプレートの更なる湾曲の発生の系統的かつ特異的な影響のために、本実施形態では、成長温度が本発明の工程ｃ）に従って変更される。したがって、サファイアまたはＬｉＡｌＯ２を異種基板として使用する場合には温度を低下させ、他方、ＳｉＣまたはＳｉを使用する場合には温度を上昇させる。これは、好ましくは、成長しているＩＩＩ−Ｎ結晶子の凝集開始時またはその間に行われる。しかしながら、この工程では、結晶成長および好ましくはエピタキシャル結晶成長が更に起こり得る程度まで温度を最大限に変更する（すなわち、低下させるまたは上昇させる）。温度変化のせいで成長プロセスを中断する必要はない。次いで、凝集しているＩＩＩ−Ｎ結晶子上での温度変化の後、第２結晶成長温度範囲内でエピタキシャル結晶成長が起こる。温度の変更（すなわち、低下または上昇）により、反応器内に温度差ΔＴ（第１成長温度Ｔ１−第２成長温度Ｔ２）が生じ、この値は少なくとも１０℃、特に１０〜１００℃の範囲内、好ましくは少なくとも２０℃、より好ましくは２０〜５０℃の範囲内、さらにより好ましくは２５〜４０℃の範囲内、特に３０℃である。
したがって、ＧａＮの成長の場合、９９０〜１０９０℃の範囲内、好ましくは１０２０〜１０６０℃の範囲内、より好ましくは約１０４０℃の温度Ｔ１が反応器内に存在する。
【００９３】
したがって、例えばサファイアまたはＬｉＡｌＯ２を異種基板として使用する際の第２成長温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされたＴ２であり、９５０〜１０５０℃の範囲内、好ましくは９９０〜１０３０℃の範囲内、より好ましくは約１０１０℃である。他方、ＳｉＣまたはＳｉを異種基板として使用する際、第２成長温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされ、１０３０〜１１３０℃の範囲内、好ましくは１０５０〜１１１０℃の範囲内、より好ましくは約１０６０℃である。
【００９４】
最大３０％のＡｌ含量を有するＡｌＧａＮの成長の場合、反応器内の温度Ｔ１は、１０１０〜１１１０℃の範囲内、好ましくは１０４０〜１０８０℃の範囲内、より好ましくは約１０６０℃である。したがって、例えばサファイアまたはＬｉＡｌＯ２を異種基板として使用する際、第２成長温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされ、９７０〜１０７０℃の範囲内、好ましくは１０１０〜１０５０℃の範囲内、より好ましくは約１０３０℃である。他方、ＳｉＣまたはＳｉを異種基板として使用する際、第２成長温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされ、１０５０〜１１５０℃の範囲内、好ましくは１０６０〜１１００℃の範囲内、より好ましくは約１０８０℃である。
【００９５】
３０％〜最大９０％のＡｌ含量を有するＡｌＧａＮの成長の場合、反応器内の温度Ｔ１は、１０７０〜１２５０℃の範囲内、好ましくは１０９０〜１１３０℃の範囲内、より好ましくは約１１１０℃である。したがって、例えばサファイアまたはＬｉＡｌＯ２を異種基板として使用する際、第２温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされ、１０４０〜１２２０℃の範囲内、好ましくは１０６０〜１１００℃の範囲内、より好ましくは約１０８０℃である。他方、ＳｉＣまたはＳｉを異種基板として使用する際、第２成長温度Ｔ２は、特異的に選択された温度Ｔ１と比較して低くされ、１０８０〜１２５０℃の範囲内、好ましくは１０９０〜１１５０℃の範囲内、より好ましくは約１１２０℃である。
【００９６】
第１結晶成長温度での基板上への結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料の成長の間に存在した結晶性成長表面の湾曲は、成長温度の変更によって低減されるが、驚くべきことに、第２成長温度の範囲内でエピタキシャル結晶成長を継続する場合、−すなわち、第１結晶成長温度より低いまたは高い温度で使用される基板に応じて−成長表面の湾曲は再び増大しないが、少なくとも一定に維持され、好ましくは継続的または断続的に減少することが判明した。好ましい実施形態において、成長表面の凹形湾曲は、継続成長時に変化する成長温度で減少する。よって、従来の方法と対照的に、第２成長温度での成長にもかかわらず、湾曲は減少する。第２成長温度は、所定の、しかし第１成長温度と比較して変更された範囲内で変化し得る、または変更された温度範囲内の特定温度で一定に維持され得る。
【００９７】
第２成長温度での結晶成長の開始時の曲率値は「Ｋｓ」（Ｋｓｔａｒｔ）と表し、特にテンプレートのＩＩＩ−Ｎ層の成長終了までの、後の時点での曲率値は「Ｋｅ」（Ｋｅｎｄ）と表し、テンプレートの曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）は正の代数記号を呈する。好ましくは、Ｋｓ−Ｋｅは少なくとも５ｋｍ−１、より好ましくは少なくとも１０ｋｍ−１である。他方、曲率差（Ｋｓ−Ｋｅ）は５０ｋｍ−１以下、より好ましくは２０ｋｍ−１以下であるべきである。
【００９８】
この挙動およびそれと関連する相関性を認識することによって、本発明の方法により、まったくもしくはほぼ（実質的に）湾曲を呈さないまたは反対に湾曲した第１のＩＩＩ−Ｎ層を含むテンプレートを製造することができる。「ほぼ」または「本質的に」湾曲して「いない」という用語は、エピタキシャル成長温度での曲率値（Ｋｅ）が最大で±３０ｋｍ−１の範囲内であるように定義されるのが好ましい。
【００９９】
上述の説明から分かるように、本発明によれば、湾曲挙動は、有利に影響を受け、かつ、テンプレートの単一の（すなわち、１つで同一の）ＩＩＩ−Ｎ層の成長時に既に生じ得るものである。特に、湾曲挙動への影響は示される工程ｂ）〜ｄ）において及ぼされ、その結果、テンプレートの単一のＩＩＩ−Ｎ層が生成される。工程ｄ）は、記載された条件とは別個にその後行うことができる。
【０１００】
本発明をいかなる理論にも拘束されることを望むものではないが、第１のＩＩＩ−Ｎ層の凝集段階において、すなわち、直前、凝集の開始時または直後における、表面上の種の密度は非常に大きくなるので、閉鎖された表面がエネルギーの理由からより好ましく、成長面において結晶子の膨張が生じることによって、引張応力が増大される（図１（ｉｖ））ことが想定される。記載された温度変化により、任意には異種基板の存在下で、また出発基板の熱膨張係数の差により、凝集している種が平面内で圧縮され、後続のＩＩＩ−Ｎ結晶成長に圧縮応力を受けた表面格子が付与される。この圧縮応力の結果として、成長中のＩＩＩ−Ｎ結晶層は異種基板を押し戻し、それにより、湾曲が減少する、好ましくは凹形湾曲が減少する（図１（ｖｉ））。本プロセスは、所望のわずかな湾曲もしくは湾曲がない状態、または反対の湾曲の生成が達成されるまで継続してもよい（図１（ｖｉ））。
【０１０１】
第２結晶成長温度で成長を継続することによって、更なるＩＩＩ−Ｎ材料がエピタキシャル成長される。ＩＩＩ−Ｎ材料のＩＩＩ成分は、基本的に、所望であれば変更可能であるが、好ましくは湾曲挙動への有利な影響を妨げないように更なる条件に注意を払うべきである。特に、当該方法のこの段階におけるインジウムの導入は不利益を有するので、差し控えることが好ましい。その理由は、インジウム含有材料の成長には特に低い特定の成長温度が必要となり、結果として結晶品質が悪化し、おそらくは分離（ｓｅｇｒｅｇａｔｉｏｎ）が生じるからである。よって、「第２」成長温度での成長のこの段階において、Ｉｎの添加を行わないことが好ましい。
【０１０２】
更に、成長のこの段階において、ＩＩＩ−Ｎ材料を用いて第２成長温度の範囲内で成長を行うことが好ましく、この場合、アルミニウムを使用すると、ＩＩＩ−Ｎ材料は最大６０％のアルミニウム含量を呈し、更に、ＩＩＩ−Ｎ材料中に任意に存在するアルミニウムの含量は、最大３０％、より好ましくは最大２０％、またはほんの１０〜０％の範囲内であるのが好ましい。他方、３０％を超える、例えば５０〜７０％の範囲内のアルミニウム含量を有する興味深い適用も妥当である。実際、７０％を超える極めて高いアルミニウム含量も基本的には可能であるが、どちらかといえば避けるべきである。その理由は、このような材料は、単離する性質を有し、光電成分における適用にはあまり適さないからである。更に、ＩＩＩ成分は、第２成長温度の範囲内での成長工程までの先の工程−例えば、前述のような基板上での最初のＩＩＩ−Ｎ結晶子の形成時−に基づいて、比較的小さく変化する、あるいはむしろ全く変化しないことが好ましい。例えば、ＩＩＩ成分が変更される場合には、ＩＩＩ成分の変更は最大で１０％であるのが望ましい。特定の実施形態において、ＩＩＩ成分は、第２成長温度の範囲内での成長段階においては変更されず、好ましくはＩＩＩ−Ｎ材料はＧａＮである。
【０１０３】
第２成長温度の範囲内での成長段階において、好適には少なくとも０．１μｍ、例えば、０．１〜１０μｍの範囲内、好ましくは２〜５μｍの層厚を基板上に堆積することができる。
【０１０４】
本発明の好ましい実施形態において、任意に行われる核形成工程を含めた第１実施形態における上述の全結晶成長工程は、有機金属気相エピタキシー（Ｍｅｔａｌ−Ｏｒｇａｎｉｃ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ（ＭＯＶＰＥ））により行われる。しかしながら、あるいはまたは組み合わせて、先に述べた結晶成長工程はまたＨＶＰＥによって行うこともできる。
【０１０５】
第２成長温度での結晶成長を完了させることによって、本発明によるテンプレートが付与される。このようにして得られたテンプレートは、以下に更に記載される有利な特性および特徴を有する。したがって、当該テンプレートは、興味深い商業的な目的であるが、付与、保存または出荷の後直接的または間接的に以下に記載される更なる工程においてテンプレートとして更に加工することもできる。
【０１０６】
本発明に従って更なるＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するためのテンプレートは、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内ではまったくまたはほぼ湾曲していない。テンプレートの基板用に厚さ（ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）４３０μｍのサファイアと、テンプレートのＩＩＩ−Ｎ層用に厚さ（ｄＧａＮ）３．５μｍのＧａＮとを使用または設定する場合、エピタキシャル結晶成長温度で「本質的に湾曲していない」または「反対に湾曲している」という要件は、テンプレートが室温で曲率ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）＜−１７０ｋｍ−１、好ましくは−１７０ｋｍ−１＞ＫＴ＞−２５０ｋｍ−１（ここで、ＫＴは室温でのテンプレート表面の曲率を意味する）の範囲内であることを意味し、他の層厚を使用または設定する場合、曲率値は以下の簡略化されたストーニーの方程式に類似する各層厚に応じて変化してもよく、それによれば、−フィルム（ｄＧａＮ）が基板（ｄｓｕｂｓｔｒａｔｅ）よりも著しく薄い場合に限り−以下の関係が当てはまる（式中、Ｒ＝曲率半径およびεｘｘ＝変形（歪み））。
１／Ｒ＝６＊（ｄＧａＮ／ｄ２ｓｕｂｓｔｒａｔｅ）＊εｘｘ
【０１０７】
非常に薄い層を仮定する場合、εｘｘは一定であると考えられ、すなわち、層厚が変化する際、系はＲの変化と反応する（曲率の変化から生じるεｘｘの変化は無視される）。よって、室温での曲率値ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）の場合に当てはまる上述の（部分的には好ましい）範囲は、他の値がｄＧａＮおよびｄｓｕｂｓｔｒａｔｅに当てはまる場合、以下のように変換することができる。
ＫＴ（ｄＧａＮ；ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）＝ＫＴ（３．５μｍ；４３０μｍ）ｘ（４３０μｍ／ｄｓａｐｐｈｉｒｅ）２ｘ（ｄＧａＮ／３．５μｍ）
【０１０８】
本発明のテンプレートに関し、これは例えば、４３０μｍのサファイアおよび３．５〜４μｍ厚のＧａＮ層に対して２５０ｋｍ−１の曲率が存在する際、同じプロセスでは３３０μｍのサファイアに対して−４２５ｋｍ−１の曲率となることを意味する。
【０１０９】
更なる好ましい実施形態において、室温でのテンプレートは、ｄｓａｐｐｈｉｒｅ＝４３０μｍおよびｄＧａＮ＝３．５μｍの場合に−４〜−６ｍの範囲内の曲率半径を呈する。
【０１１０】
本発明に従って得られたテンプレートの製品特性または構造特性を特徴的に記載する別の可能性は、格子定数または応力の歪みを特定することである。
【０１１１】
歪みεｘｘは、以下のように定義される。
εｘｘ  ＝（格子定数ａ−格子定数ａ０）／格子定数ａ０
式中、ａは結晶における実際の格子定数をを表し、ａ０は理論的な理想格子定数を表す。
【０１１２】
絶対格子定数を決定するためのＸ線法は、Ｍ．Ａ．ＭｏｒａｍおよびＭ．Ｅ．Ｖｉｃｋｅｒｓ，Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇ．Ｐｈｙｓ．７２，０３６５０２（２００９）において詳細に検討されている。それにより、まず、格子定数ｃに関して、例えば００４の対称反射における３軸ジオメトリによる２θスキャンからブラッグの法則を使用して決定が行われる：
【数１】
0006349298.tif 000002
Ｖ．Ｄａｒａｋｃｈｉｅｖａ，Ｂ．Ｍｏｎｅｍａｒ，Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｍ．Ｓａｅｎｇｅｒ，Ｍ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１０（２００８）９５９−９６５による理想格子定数は、ｃ０＝５．１８５２３±０．００００２Aである。次いで、格子定数ａの決定が、例えばＭ．Ａ．ＭｏｒａｍおよびＭ．Ｅ．Ｖｉｃｋｅｒｓ，Ｒｅｐ．Ｐｒｏｇ．Ｐｈｙｓ．７２（２００９）０３６５０２にも記載される以下の方程式を用いて、２θスキャンにおいて例えば−１０５の非対称反射ｈｋｌから行われる。
【数２】
0006349298.tif 000003
Ｖ．Ｄａｒａｋｃｈｉｅｖａ，Ｂ．Ｍｏｎｅｍａｒ，Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｍ．Ｓａｅｎｇｅｒ，  Ｍ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１０（２００８）９５９−９６５によれば、応力を受けていないＧａＮに関する理想格子定数ａ０は、ａ０＝３．１８９２６±０．００００４Aであると仮定することができる。内因性および外因性応力の現象の背景について、とりわけ格子定数についての考慮については、Ｈｅａｒｎｅ  ｅｔ  ａｌ．，Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓｉｃｓ  Ｌｅｔｔｅｒｓ  ７４，３５６−３５８（２００７）を参照。
【０１１３】
更に、以下の応力σｘｘによって特性を付与することができる。
σｘｘ＝Ｍｆ・εＸＸ  （フックの式）
式中、Ｍｆは二軸弾性係数を表す。
【０１１４】
応力σｘｘの決定は、Ｉ．Ａｈｍａｄ，Ｍ．Ｈｏｌｔｚ，Ｎ．Ｎ．ＦａｌｅｅｖおよびＨ．Ｔｅｍｋｉｎ，Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．９５，１６９２（２００４）などに記載されるように、ラマン分光法により容易に可能である。ここでは、３６２ＧＰａの二軸弾性係数が値として文献から得られ、３５９ＧＰａという非常に似た値をＪ．Ｓｈｅｎ，Ｓ．Ｊｏｈｎｓｔｏｎ，Ｓ．Ｓｈａｎｇ，Ｔ．Ａｎｄｅｒｓｏｎ，Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ  ６（２００２）２４０から導き出すことができる。よって、二軸弾性係数Ｍｆの好適かつ一貫した値は、約３６０ＧＰａである。
【０１１５】
本発明のテンプレートは、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内でεＸＸ≦０（すなわち、εＸＸ＝０を含む）、しかし特にεＸＸ＜０の値を呈する。この値は、曲率のｉｎ  ｓｉｔｕ測定から直接決定することができる。
【０１１６】
本発明のテンプレートは、更に、室温で圧縮応力σｘｘ＜−０．７０ＧＰａを呈する。室温でのテンプレートの変形εｘｘは、εｘｘ≦−０．００２（特に＜−０．００２）、好ましくは−０．００２〜−０．００４の範囲内の値に設定することができる。
【０１１７】
気相エピタキシー用装置と組み合わせて適用できる好適な曲率測定装置は、例えば、Ｌａｙｔｅｃ  ＡＧ（ドイツ、ベルリン、ゼーゼーナー・ストラッセ（Ｓｅｅｓｅｎｅｒ  Ｓｔｒａｓｓｅ））の曲率測定装置である（例えば、ＤＥ１０２００５０２３３０２  Ａ１およびＥＰ０００００２２９９２３６  Ａ１を参照）。これらの曲率測定装置は、ＭＯＶＰＥ、ＨＶＰＥまたはＭＢＥ（分子線エピタキシー）などの利用可能な気相エピタキシー用装置と組み合わせるようによく適合され、更にウエハー表面での温度測定を可能にする。
【０１１８】
従って、第２成長温度の範囲内でのエピタキシャル結晶成長後、上述の特徴に基づき、更なるエピタキシャル成長工程において傑出した品質および特徴を有する結晶を製造するのに適するテンプレートが得られる。よって、テンプレートは更なる使用に非常に適しており、したがって、更なる使用のために付与、保存または出荷されてもよいし、方法全体において直接更に使用されてもよい。
【０１１９】
よって、本発明の更なる実施形態ではＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造することができ、このＩＩＩ−Ｎ単結晶は、第２成長温度での結晶成長工程の後に−中断することなくまたは中断して−結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するために本発明に従って得られたテンプレート上で更なるエピタキシャル結晶成長を行うことによって得られ、この結晶成長温度は前記第１および第２結晶成長温度とは別個に選択され得る（本実施形態の発明による工程ｅ）に相当する）。それにより、工程ｅ）での結晶成長温度は、形成されるべきエピタキシャル層にとって望ましいＩＩＩ−Ｎ材料に応じて自由に選択でき、よって、各ＩＩＩ−Ｎ材料の良好な成長条件である範囲内であり得る。
【０１２０】
ここで、本発明の工程ｅ）において、結晶成長の他の条件もまた自由に選択できる。例えば、ＩＩＩ成分が自由に選択できるＩＩＩ−Ｎ材料を成長させることができる。更に、ここでインジウムをＩＩＩ成分として含有させてもよい。更に、Ａｌ含量が６０％を超える材料を使用してもよい。
【０１２１】
従って、本実施形態の発明による工程ｅ）では、少なくとも１つ（任意にはそれ以上）のＧａＮ−、ＡｌＮ−、ＡｌＧａＮ−、ＩｎＮ−、ＩｎＧａＮ−、ＡｌＩｎＮ−またはＡｌＩｎＧａＮ−層を堆積させ、それによってより厚いＩＩＩ−Ｎ層またはＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造することができる。好ましくは、基板上へのＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびに基板上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶は完全な二成分系、例えばＧａＮ、ＡｌＮまたはＩｎＮを形成するか、または基板上へのＩＩＩ−Ｎ結晶層は完全な二成分系、特にＧａＮであり、その上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶は、自由に選択できる二成分または三成分ＩＩＩ−Ｎ材料、やはり特に二成分ＧａＮである。
【０１２２】
工程ｅ）は工程ｄ）のすぐ後に行われてもよく、あるいは、工程ｄ）とｅ）の間で本方法を中断してもよい。更に、同一反応器内で工程ｄ）およびｅ）を行うこと、あるいはこれら２つの工程間で反応器を変更することが可能である。これにより、各工程に対して最適な条件を選択するために、付与されるテンプレートの製造において使用される方法とは異なる成長方法によってＩＩＩ−Ｎ単結晶を成長させることが可能になる。例えば、本発明により製造されたテンプレート上での更なるエピタキシャル結晶成長は、ＨＶＰＥにより行われるのが好ましい。ＨＶＰＥ条件下での工程ｅ）の有利な選択によって、成長率が向上し、それに従ってより厚い層を得ることができる。しかしながら、ＩＩＩ−Ｎ層の成長全体に関連する方法の全工程は、単一の装置内で、特定の成長技術を用いて、例えばＨＶＰＥによってのみ行われることもできる。
【０１２３】
本発明の更なる態様は、ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造する方法であって、ＩＩＩがＡｌ、ＧａおよびＩｎから選択される元素周期表第３主族の少なくとも１つの元素を表し、前記方法が、
ａａ）出発基板と、少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを含むテンプレートを付与する工程であって、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で、テンプレートが湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲されるように出発基板と少なくとも１つのＩＩＩ−Ｎ結晶層とを形成する工程、
ｂｂ）テンプレートが湾曲されないもしくは本質的に湾曲されないか、または反対に湾曲される結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長を行う工程、
を含む方法である。
先の実施形態において既に述べた理由で、ここでもまた、工程ａａ）およびｂｂ）においてＩｎを添加しないことが好ましい。所望であれば、その後更なるエピタキシャル結晶成長を任意に行うことにより、工程ｂｂ）の前記結晶成長温度とは別個に選択され得る結晶成長温度でＩＩＩ−Ｎ結晶を形成することができ、この成長継続工程においては、インジウムを任意で添加してもよい。
その後、任意には、１以上のＩＩＩ−Ｎ単結晶層を基板から分離することができる。
【０１２４】
本発明のこの態様は、工程ａａ）およびｂｂ）において特定される前提条件により亀裂形成の危険性を最小限に抑えるまたは完全に排除するという代替の解決原理から始まる。
【０１２５】
工程ａａ）用のテンプレートを付与するために、例えば、本発明によるテンプレートの形成に関する上述の記載を参照してもよい。例えば、代替としてまたは任意に組み合わせて適用可能である工程ａａ）用のテンプレートを付与するための可能性として、先に述べたのと同様、成長中の上述の温度変更方法またはテンプレート−ＩＩＩ−Ｎ層形成時にマスク材料の中間層を使用する方法のそれぞれが適用できる。前者の方法に関しては上述の詳細な説明を参照することができ、後者の方法に関しては、典型的な実施形態が図６に概略的に示されている。
【０１２６】
図６Ａおよび６Ｂにおいて、同じ工程（１）において、最初に、各基板１００Ａおよび１００Ｂの付与が示される。各基板には任意に上述のような前処理を施すことができ、特に前記基板をそれぞれ脱離工程および核形成工程に供することができる。核形成工程において、結晶性ＩＩＩ−Ｎ材料１０１Ａまたは１０１Ｂが形成され、特に出発基板上の微細なＩＩＩ−Ｎ結晶子（図６Ａおよび６Ｂの工程（２））は、後の更なるＩＩＩ−Ｎ結晶成長時の種結晶としての役割を果たす。更なる工程は、図６Ａおよび６Ｂにそれぞれ別個に例証されるように、時点およびマスク材料層の位置／配置ならびに生じたその結果に関して変更することができる。図６Ａに示した実施形態において、マスク材料１０２Ａから作成される中間層は、結晶子の凝集が始まる前に、核形成層１０１Ａ上に既に直接堆積されている。更なる変形（ここでは具体的に示されていない）において、この中間層の堆積は、核形成層上に直接ではなく、非常に短いＩＩＩ−Ｎ成長段階の後にのみ行われるが、やはり、ナノメートル範囲（例えば最大３０ｎｍの範囲内の距離）で核形成層と非常に近い。核形成層と非常に近くなるように選択されたこの距離範囲において、実際には図６Ａに示される形態と同様に後続の工程が行われる。図６Ｂに示される実施形態において、核形成層１００Ｂ上で、最初に、特定の概してやはり比較的短い間、例えば３０ｎｍ以上、好適には最大３００ｎｍ以下、好ましくは最大およそ１００ｎｍ、より好ましくは最大およそ５０ｎｍの小さい厚さの結晶性ＩＩＩ−Ｎ層１０３Ｂが形成されるまでＩＩＩ−Ｎ成長が行われ、そうすることによって初めて、マスク材料１０２Ｂから作成される中間層が基板の核形成層から相当する距離で堆積される。好適におよび有利には、示される中間層１０２Ａまたは１０２Ｂの堆積は、テンプレートのＩＩＩ−Ｎ層を成長させるための技術と適合可能な方法と同一の反応器内で行われる。
【０１２７】
例えば、シランガスおよびアンモニアを反応器に流入し、好適な圧力および例えば８００℃〜１２００℃、好ましくは約１０５０〜１１５０℃の好適な温度で共に反応させ、Ｓｉ３Ｎ４および任意には更に化学量論的または過剰もしくは準化学量論的ＳｉｘＮｙ組成物の形態で、調製された基板上に堆積させる（１００Ａ；１０１Ａ）。ＴｉＮ、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＯ２、ＷＳｉおよびＷＳｉＮなどの、ＳｉＮ以外のマスク材料を堆積させる工程は、容易かつそれに応じて調節することができる。そのように形成されたマスク層１０２Ａまたは１０２Ｂは異なる形状を呈し得る。それは一般に非常に薄く（好適にはナノメートルまたはサブナノメートルの範囲内）、例えば５ｎｍ未満、より好ましくは１ｎｍ未満、特に単分子層（ｍｏｎｏｌａｙｅｒ）よりも小さい（すなわち、０．２〜０．３ｎｍ以下）ものであり、表面上に均質に分配されることができ、連続層を形成してもよく、あるいは、しかしながら、やや微細な／ナノ構造化された空隙または非連続構造（図面中では破線で表された層１０２Ａまたは１０２Ｂの形状で概略的に示されている）を呈する。マスク材料を備えた中間層を堆積させた後、ＩＩＩ−Ｎ層１０４Ａ、１０４Ｂの（継続的な）成長（図６Ａ／６Ｂにおける段階（４））がその直後に、成長終了時（図６Ａ／６Ｂにおける段階（５））のテンプレートが、０．１〜１０μｍの範囲内、好ましくは３〜１０μｍの範囲内における所望の厚さを有するＩＩＩ−Ｎ層１０５Ａ、１０５Ｂを呈するまで行われる。本発明によれば、この実施形態においても、テンプレートのＩＩＩ−Ｎ層の特性である曲率（成長表面で測定される）および／または応力が好ましい影響を受け、かつ、後続のプロセスに有利に使用されることが確認される。
【０１２８】
本発明によれば、図６Ａ／６Ｂの各工程（４）において概略的に示されるように、成長しているＩＩＩ−Ｎ層１０４Ａまたは１０４Ｂが後に更に成長している間にテンプレートの湾曲の減少が生じる。堆積なしの状況と違って、本発明によれば、好適な配置／位置にあるマスク層１０２Ａ／１０２Ｂによって、湾曲の減少さえ達成され、よって、曲率差Ｋｓ−Ｋｅ≧０が認められる。
【０１２９】
本発明による格子変形および圧縮応力のインプリンティングにより、結果として、工程ａａ）において付与されるテンプレートの状態は、成長温度でεＸＸ≦０（すなわち、εＸＸ＝０を含む）の値、しかし特にεＸＸ＜０の値を呈するという点において代替的に定義することができ、ここで、当該値は好ましくは０＞εｘｘ＞−０．０００５の範囲内にある。したがって、室温ではσｘｘ＜−０．７０ＧＰａの圧縮応力が存在し、よって、テンプレートの室温での歪みεＸＸはεＸＸ＜０の値、好ましくは０＞εｘｘ≧−０．００３の範囲内、より好ましくは＜−０．００２の範囲内、特に−０．００２〜−０．００４の範囲内、更により良好には−０．００２０≧εｘｘ≧−０．００２５の値を呈する。
【０１３０】
本実施形態の工程ｂｂ）によるＩＩＩ−Ｎ結晶のエピタキシャル結晶成長は、上述の実施形態の工程ｄ）に従って実施してもよい。これに関連して、それに相当する記載が明らかに参照される。好ましい実施形態において、この成長は、ＨＶＰＥにより行われる。特に、再び、ＩＩＩ−Ｎ材料は自由に選択可能である。しかしながら、基板上へのＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびにその上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ結晶層（ここでＩＩＩ−Ｎ結晶を形成する）が同一材料から構成されるか、またはＩＩＩ成分の変化が１０％未満であることが好ましい。更に、基板上へのＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびにその上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ−Ｎ結晶においてＩＩＩ成分用の材料の交換を行わないことが可能である。異種基板ではなく、ホモ基板が出発基板として使用される場合、出発基板、基板上へのＩＩＩ−Ｎ結晶層ならびにその上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ−Ｎ結晶が同一のＩＩＩ−Ｎ材料から構成される更なる可能な実施形態が発生する。
【０１３１】
本発明によれば、上述の本実施形態によるＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するための方法において、付与されたテンプレート上でのエピタキシャル結晶成長は、エピタキシャル成長（記載された実施形態の工程ｅ）またはｂｂ））を完了させた後、少なくとも１ｍｍ、好ましくは少なくとも５ｍｍ、更に好ましくは少なくとも７ｍｍおよび最も好ましくは少なくとも１ｃｍの層厚を有するＩＩＩ−Ｎ単結晶が得られる。
【０１３２】
ＩＩＩ−Ｎ単結晶を製造するためのエピタキシャル結晶成長の完了後、任意には、ＩＩＩ−Ｎ単結晶を基板から分離することができる（任意の工程ｆ）またはｃｃ））。好ましい実施形態において、これは、例えば結晶成長温度からの冷却中に自己分離によって行われる。更なる実施形態において、ＩＩＩ−Ｎ単結晶と基板との分離は、研削、挽切またはリフトオフ法によって行うことができる。
【０１３３】
エピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ単結晶が十分に大きい厚さを呈し、いわゆるＩＩＩ−Ｎブールまたはインゴットが得られる場合、好適な方法を使用することによってこの単結晶を分離して複数の個々の薄いディスク（ウエハー）を形成することができる。単結晶分離は、ＩＩＩ−Ｎ単結晶を切断または挽切するための一般的な方法を含む。このようにして得られたウエハーは、光電成分および電子成分などの半導体素子および成分を製造するための基礎として非常に適している。本発明に従って製造されるウエハーは、電力成分、高周波成分、発光ダイオードとしてのおよびレーザーにおける使用に良好に適している。
【０１３４】
本発明の更なる態様は、異種基板に接着するテンプレートまたはＩＩＩ−Ｎ単結晶を付与することである。これらの生成物は、上述の方法により入手可能であり、特に、より厚いＩＩＩ−Ｎ層またはブール（バルク結晶）を生成するための基礎材料および成分生成のための基礎として特に適している。本発明に従って付与されるこれらの生成物は、ＩＩＩ−Ｎ単結晶に関する上述のパラメーター、とりわけ、エピタキシャル結晶成長の温度範囲においてまたは室温で所与の値εＸＸ≦０（すなわち、εＸＸ＝０を含む）、特に＜０のεＸＸ値、好ましくは０＞εｘｘ＞−０．０００５の範囲内の値を有する。
【０１３５】
全ての方法段階において、特に実際のエピタキシャル成長されたＩＩＩ−Ｎ層のために、およびそれに応じて本発明によるＩＩＩ−Ｎ単結晶において、ドーパントを包含させることができる。好適なドーパントは、ｎ−ならびにｐ−ドーパントを含み、Ｂｅ、Ｍｇ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、ＳｅおよびＴｅからなる群から選択される元素を含み得る。半単離材料のために、好適なドーパントは、Ｃ、Ｆｅ、ＭｎおよびＣｒからなる群から選択される元素を含み得る。
【０１３６】
更に好ましい実施形態において、得られたＩＩＩ−Ｎ単結晶は窒化ガリウムから構成され、この結晶は成長方向に、＜ａ０の範囲内、特に０．３１８２９ｎｍ＜ａ≦０．３１８９２６ｎｍの格子定数ａを呈する。ＧａＮの格子定数ａ０の参照値として、ここで、ａ０＝０．３１８９２６ｎｍの値を想定することができる（Ｖ．Ｄａｒａｋｃｈｉｅｖａ，Ｂ．Ｍｏｎｅｍａｒ，Ａ．Ｕｓｕｉ，Ｍ．Ｓａｅｎｇｅｒ，Ｍ．Ｓｃｈｕｂｅｒｔ，Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ  ３１０（２００８）９５９−９６５を参照）。これは、およそ０≦εｚｚ＜＋０．００１の範囲内の格子定数ｃに相当する。
【実施例１】
【０１３７】
実施例１は、サファイア出発基板上で行われるＧａＮ成長に関する。本方法の個々の工程は図２および図３に例証されている。図２は、方法工程１〜６（図１の工程（ｉ）〜（ｖｉ）に相当する）に応じた成長表面の曲率（右縦座標；下側の線）および各々に適用された温度（左縦座標；上側および真ん中の線）の変化を示す。
【０１３８】
図３において、以下のパラメーターが時間に対してプロットされている：９５０ｎｍでの反射（左上の図）ならびに温度（右上の図。ここで、上側の曲線は設定または制御された方法温度を表し、下側の曲線はウエハー配置時の実際の温度を表す）の変化および成長表面の曲率の変化（下の図）。個々の方法工程が図３の２つの部分図形間に示されており、以下において、「ＧａＮ層」という用語で示された図３からの方法工程は「結晶成長」と称する。
【０１３９】
図３に示される方法工程は、図１と以下のように対応している。
図１：
「脱離」は図１の工程（ｉｉ）に対応する。
「ＧａＮ核形成」は図１の工程（ｉｉｉ）に対応する。
「再結晶化」は図１の工程（ｉｖ）に対応する。
「Ｔランプ」は図１の工程（ｖ）に対応する。
「ＧａＮ層」図１の工程（ｖｉ）に対応する。
【０１４０】
成長表面の曲率の測定はｉｎ  ｓｉｔｕで行われる。ＬａｙＴｅｃ社（ドイツ、ベルリン）製ＥｐｉｃｕｒｖｅＴＴ曲率測定装置を用いて測定を行って、成長表面の曲率、反射および温度に関するデータを同時に得た。
【０１４１】
以下において、本発明によるテンプレート製造のための第１実施形態の詳細を説明する。成長技法としてＭＯＶＰＥを使用する。ここで付与された温度は、ヒーターの温度に関連する。テンプレートまたは結晶の温度は約２００Ｋ低い（図２を参照：ここで、公称ヒーター温度が上側の線で示され、ウエハー支持体の測定温度が真ん中の線で例証される）。
【０１４２】
異種基板：
ｃ面サファイア基板
４３０μｍ厚
未構造化
【０１４３】
ＭＯＶＰＥマルチウエハー反応器における脱離工程
反応器：Ａｉｘ２６００  Ｇ３またはＧ４
反応器圧力：２００ｈＰａ
加熱：１３分で４００℃から１１８０℃
反応器温度：１１８０℃
プロセス温度時間：Ｈ２雰囲気中１０分
５４０℃まで冷却
【０１４４】
核形成工程
ガス流量：２５ｓｃｃｍ  ＴＭＧａ、１ｓｌｍ  ＮＨ３
５３０℃まで冷却
流量をそれぞれ１００ｓｃｃｍまで低下させることによるサテライト回転の低下
バルブの開放
核形成：８分３０秒
５．５ｓｌｍへのアンモニア流量の増大
【０１４５】
再結晶化
８分で５３０℃から１２４０℃まで加熱
６００ｈＰａへの反応器圧力の同時ランピング
天井温度：３７０℃
ガス流量：１００ｓｃｃｍ  ＴＭＧａ、１６ｓｌｍ  ＮＨ３。
その後、凝集条件の設定：
反応器圧力：１０分で６００ｈＰａから５００ｈＰａへ低下
堆積率を増大させるためのガス流量：２００ｓｃｃｍ  ＴＭＧ
天井温度：３１０℃
【０１４６】
Ｔランプおよび結晶成長
１０分で１２４０℃から１２１０℃まで冷却
反応器圧力：５００ｈＰａ、Ｈ２雰囲気
ガス流量：２００ｓｃｃｍ  ＴＭＧａ、５５００ｓｃｃｍ  ＮＨ３
結晶成長時間：９０分
【０１４７】
成長終了および冷却
加熱およびＴＭＧａ流のスイッチング
ＮＨ３の減少：５分で５５００ｓｃｃｍから４ｓｌｍまで
スイッチングオフ：７００℃下でＮＨ３流
スイッチングオーバー：ＮＨ３流からＮ２流へ
【０１４８】
図２および３から分かるように、温度ランプを適用する、すなわち、「第１」成長温度から「第２」成長温度まで低下させることによって、基板（ＧａＮ材料が最初にその上に形成された）の曲率（ここでは凹形）が曲率値Ｋｓまで低下し、この（ここでは凹形）曲率Ｋｓは更にＧａＮ結晶成長過程において「第２」成長温度でＧａＮ結晶成長終了時の曲率値Ｋｅまで低下する。以下の関係が当てはまる：サファイアの曲率Ｋｓ（図２の位置５；矢印と点によっても示されている）＞ＧａＮ／サファイアの曲率Ｋｅ（図２の位置６；矢印と点によっても示されている）。つまりＧａＮ層は本質的に圧縮応力を受けている。ここで、差Ｋｓ−Ｋｅは≧５ｋｍ−１であるが、それぞれより高い温度差を設定することによって、それよりも高く、例えば、≧１０、≧１５または≧２０ｋｍ−１に設定してもよい。
曲率Ｋｓ：３６ｋｍ−１
曲率Ｋｅ：１６ｋｍ−１
得られたＧａＮ結晶の値（冷却後）：
３．５μｍ厚のＧａＮ層（９０分ＭＯＶＰＥ後）
格子定数ａ：０．３１８２８
εｘｘ値：−０．００２０３
σｘｘ値：−０．７３ＧＰａ
ロッキングカーブの半値幅：Ｐｈｉｌｉｐｓ製Ｘ’Ｐｅｒｔ  Ｐｒｏのエントリースリット０．２ｍｍ×２ｍｍにて、００２反射で２００ａｒｃｓｅｃおよび３０２反射で３８０ａｒｃｓｅｃ
【０１４９】
よって最終的に、「第２」成長温度における成長温度で、ＧａＮ／サファイアテンプレートは最大でもわずか３０ｋｍ−１の曲率値Ｋｅを有する。よって、エピタキシャル結晶成長の温度範囲内で湾曲を全くまたはほぼ有さないテンプレートの状態が付与される。
【０１５０】
更なる手順を必要に応じて選択してもよい。例えば、より厚いＩＩＩ−Ｎ結晶を形成するために更なるエピタキシャル結晶成長を引き続き行ってもよい。このような成長の継続は、原則として言及した第１および第２結晶成長温度とは別個に選択できる結晶成長温度で行うことができる。
【０１５１】
あるいは、テンプレートを室温まで冷却し、後の時点で任意に別の場所または別の反応器内に置いて、再度使用または後の段階で必要に応じて再度加工してもよい。図２および３から導き出せるように、本実施例において、湾曲は、室温までの冷却の過程において、凹形から凸形へと傾斜する。冷却により、更なる外因性圧縮応力がＧａＮ層の上述の内因性圧縮応力に加えられる。それにより、以下の比較例と比較して、本発明に従って得られた圧縮応力を受けたＩＩＩ−Ｎ層は、外因性圧縮のみによって応力を受けたＩＩＩ−Ｎ層よりも強く圧縮応力を受ける。
【０１５２】
意外にも判明したように、本発明に従って得られたこの圧縮応力を受けたＩＩＩ−Ｎ層は、室温で湾曲挙動、特に任意の再加熱状態に対して正の作用を有する。
【０１５３】
このように得られたテンプレートが作業温度まで再び加熱される、つまり好適なエピタキシャル成長温度まで加熱されると、曲率（Ｋｅ）が低いもしくはない状態に戻り、それにより、更なるエピタキシャルＩＩＩ−Ｎ結晶温度にとって有利な状態が再度達成される。
【実施例２】
【０１５４】
この例は、実施例１のように、より高い（サファイア）がＧａＮよりも低い熱膨張係数を有さない異種基板（ＳｉまたはＳｉＣなど）上でのＧａＮ成長に関する。ここで、性能は実施例１に従って発揮され得るが、相当する図４に概略的に例証されるように、示された関連する温度変化（「Ｔランプ」）が低下ではなく上昇である点で異なる。しかしながら、意図された効果は、質的に同一であり、つまり、テンプレートの更なるＩＩＩ−Ｎ成長の過程における曲率Ｋｓ−Ｋｅ＞０の低下である。テンプレートの成長が完了すると、次いでこのテンプレート上への直接的または間接的な（中断ありまたはなし）更なる成長が行われ得る。任意には、テンプレートを室温まで冷却し、この場合、テンプレートは、生来そのような室温までの冷却時に、図４に示すようにここで更に凹形方向に更に湾曲する／熱的に（外因的に）応力を受ける。しかしながら、本発明による更なる使用または加工のために、更なる熱的な外因性応力／湾曲が可逆的であり、故に、本発明のテンプレートがエピタキシャル成長のための作業温度まで再度加熱される場合、曲率（Ｋｅ）が低いもしくはない状態に戻り（図４の「冷却」前の湾曲状態を参照）、それにより、更なるエピタキシャルＩＩＩ−Ｎ結晶成長にとって最も有利な状態が再度達成されることは重要である。
【０１５５】
比較例：
比較例において、温度が低下されないことを除き、同じ手順条件を適用してもよい。
【０１５６】
図５は、このような比較例、すなわち対象を絞り込んだ温度ランプを適用しない例におけるサファイア上でのＧａＮのＭＯＶＰＥ成長の典型的なｉｎ  ｓｉｔｕデータを示す。図３および４と同様、以下のパラメーターが時間に対してプロットされている：９５０ｎｍでの反射（上図の左縦軸）ならびに温度（上図の右縦軸。ここで、上側の曲線は設定または制御された方法温度を表し、下側の曲線はウエハー配置時の実際の温度を表す）の変化および成長表面の曲率の変化（下の図）。
【０１５７】
下図は、５つの異なるサファイア基板についてのプロセス中の湾曲の生成について示している。矢印は参照されるべき曲率値ＫｓおよびＫｅを示しており（四角の点によって示される温度曲線の位置も参照）、Ｋｓ−Ｋｅ＜０となり、すなわち、ＧａＮ層は引っ張るように内因的に応力を受ける。冷却によって、ＧａＮ層のこの応力に外因性圧縮応力が加えられる。
比較例についての典型的な値は次の通りである。
曲率Ｋｓ：５０ｋｍ−１
曲率Ｋｅ：７０ｋｍ−１
εＸＸ値：−０．００１５
σＸＸ値：−０．５５ＧＰａ
【実施例３】
【０１５８】
実施例１に従って製造されたテンプレート上におよびそれと並行して比較例に従って製造されたテンプレート上に、従来の方法におけるパラメーター下のＨＶＰＥプラントにおいて、約１ｍｍ厚のＧａＮブールをそれぞれ成長させる。それにより、比較例と比較して、実施例１のテンプレートに設定された限界圧縮応力は、亀裂形成への傾向がより低いという点で正の効果を有する。
【実施例４】
【０１５９】
以下の実施例４および５では、エピタキシャル結晶成長の温度範囲において湾曲しないもしくは本質的に湾曲しない、または反対に湾曲するテンプレートを代替的に付与することが可能な更なる実施形態について記載され、このテンプレートは次にＩＩＩ−Ｎ結晶の更なるエピタキシャル結晶成長を実行するのに非常に好適である。成長技術として、例えば、前処理されたサファイア（脱離および核形成を受けた）上でのＭＯＶＰＥが使用される（これについての詳細は以下に記載される）。ここで付与される温度は、ヒーターの公称設定温度に関連する。テンプレートまたは結晶での温度はより低く、幾つかの場合においては最大で約７０Ｋ低い。
【０１６０】
反応器：
ＭＯＶＰＥ反応器  Ａｉｘｔｒｏｎ２００／４ＲＦ−Ｓ、単一ウエハー、水平
異種基板：
ｃ面サファイア基板、ｍ方向にオフカット０．２°
４３０μｍ厚
未構造化
脱離工程（図６（１）；１００）
反応器圧力：１００ｍｂａｒ
加熱：７分で４００℃から１２００℃
反応器温度：１２００℃
プロセス温度時間：Ｈ２雰囲気中１０分
９６０℃まで冷却
核形成工程（図６（２）；１０１）
ガス流量：２５ｓｃｃｍ  トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、バブラー：５℃、２５０ｓｃｃｍ  ＮＨ３
９６０℃まで冷却
バルブの開放
核形成：１０分
１．６ｓｌｍへのアンモニア流量の増大
Ｔランプ：任意の結晶成長（図６（２）〜（３）前；１０３）
４０秒で９６０℃から１１００℃まで加熱
反応器圧力：１５０ｍｂａｒ、Ｈ２雰囲気
ガス流量：任意に１６〜２６ｓｃｃｍ  トリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、２４７５ｓｃｃｍ  ＮＨ３
結晶成長時間：０〜１０分（０〜３００ｎｍに相当）
ＳｉＮ堆積（図６（３）；１０２）
ガス流量：０．１１３μｍｏｌ／分  シラン、１４７５ｓｃｃｍ  ＮＨ３
ＴＭＧａなし
圧力：１５０ｍｂａｒ
温度：１１００℃
時間：３分
更なる結晶成長：（図６（４）；１０４）
１１００℃
反応器圧力：１５０ｍｂａｒ、Ｈ２雰囲気
ガス流量：２６ｓｃｃｍ  ＴＭＧａ、２０００ｓｃｃｍ  ＮＨ３
結晶成長時間：９０〜２４０分（３〜１０μｍのＧａＮ厚に相当）
成長終了および冷却：（図６（５）〜（６））
加熱およびＴＭＧａ流のスイッチングオフ
ＮＨ３の低下：４０秒で２０００ｓｃｃｍから５００ｓｃｃｍまで
スイッチングオフ：７００℃下でＮＨ３流
スイッチングオーバー：ＮＨ３流からＮ２流へ
【０１６１】
図７Ａは、成長温度（１３５０°Ｋ）での湾曲の過程が示されており、これは成長されたＧａＮ層の厚さに対してプロットされており、よって、時間的経過において、ＡｌＮ核形成層に対するＳｉＮ（ＳｉｘＮｙ）の距離に従ってそれぞれ識別されている。この点に関し、ゼロ点はＩＩＩ−Ｎ層１０４Ａ、１０４Ｂの継続的な成長の開始（すなわち、図６Ａ／６Ｂにおける段階（３）の前であって段階（４）の前または間）に関連する。湾曲挙動は、意図的かつ正確に制御できる。以下の表１は、各々が約７μｍの厚さを有するテンプレートの製造終了時の、ｉｎ  ｓｉｔｕのすなわち成長温度で測定されたεＸＸ値、室温で測定された曲率値Ｃ（ｋｍ−１）、およびＣから決定された室温でのεＸＸ値を示す。
【０１６２】
【表１】
0006349298.tif 000004
【実施例５】
【０１６３】
実施例５および比較例
核形成層上に直接（サンプルＡ）または非常に小さい（１５〜３０ｎｍ；サンプルＤ）もしくはより大きい（３００ｎｍ；サンプルＣ）距離でＳｉＮ中間層を有するＧａＮ層が堆積される実施例４に従って、またはＧａＮがＳｉＮなしに（サンプルＢ）または低温ＧａＮ核形成層上に（サンプルＥ）成長された比較例に従って製造された、選択されたテンプレート上に、実施例４と同様に、すなわち、図７Ｂに示されるようにおよそ７μｍまでのＭＯＶＰＥ成長の範囲内で、または図７Ｃに示されるようにおよそ２５μｍまでの更なるＨＶＰＥ成長を行っている間、湾曲を形成した（ｆｏｌｌｏｗｅｄ）。図７Ｂおよび７Ｃの結果は、ＳｉＮ中間層のない比較例のテンプレート（Ｂ）および（Ｅ）に比べて本発明によるテンプレート（Ａ）、（Ｃ）および（Ｄ）の湾曲の設定および挙動に関して著しく良好な結果を重ねて示している。
【図１】
0006349298.tif 000005
【図２】
0006349298.tif 000006
【図３】
0006349298.tif 000007
【図４】
0006349298.tif 000008
【図５】
0006349298.tif 000009
【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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