(57)【要約】 【課題】  転位を集結した部分から転位が再び解き放たれず転位終結部以外の部分が低転位密度であり低転位である部分の面積を広くできるような窒化物半導体基板の製造方法と基板を提供すること。 【解決手段】下地基板の上に被覆部Υが閉曲線をなすマスクを付け窒化物半導体を気相成長させ、露呈部Πにファセット面で取り囲まれる凸型のファセット丘を形成し、露呈部Πの輪郭線をなす被覆部Υは窪みとし、露呈部Πのファセット丘と被覆部Υの窪みを維持しながら結晶成長させ転位をファセット面の作用で外側へ追い出して輪郭線である被覆部Υへ集結させ被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈを生成し露呈部Πの上ファセットの下には低欠陥単結晶領域Ｚを形成する。デバイスを製作したのち加熱したＫＯＨ、ＮａＯＨで欠陥集合領域Ｈを溶かし多角形のチップに分離できる。【選択図】図１
2007254258.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面と裏面を有し、幅Ｔ´の網目状に繰り返し連続して設けられ横方向に閉曲線である境界Ｋ、Ｋで仕切られ表面から裏面に貫通する欠陥の集合した欠陥集合領域Ｈと、閉曲線をなす欠陥集合領域Ｈの境界Ｋによって包囲され低欠陥で単結晶であり表面から裏面に至る低欠陥単結晶領域Ｚとを含むことを特徴とする窒化物半導体基板。 
【請求項２】
表面と裏面を有し、幅Ｔ´の網目状に繰り返し連続して設けられ横方向に閉曲線である境界Ｋ、Ｋで仕切られ表面から裏面に貫通する欠陥の集合した欠陥集合領域Ｈと、閉曲線をなす欠陥集合領域Ｈの境界Ｋによって包囲され低欠陥で単結晶であり表面から裏面に至る低欠陥単結晶領域Ｚと、低欠陥単結晶領域Ｚの中央部にあり低欠陥単結晶領域Ｚと同じ方位の単結晶で低欠陥であるＣ面成長したＣ面成長領域Ｙとを含むことを特徴とする窒化物半導体基板。 
【請求項３】
低欠陥単結晶領域Ｚの最大直径が０．１ｍｍ〜２０ｍｍであり、欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ´が０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍであることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体基板。 
【請求項４】
閉曲線である境界Ｋで囲まれた低欠陥単結晶領域Ｚが多角形であり、欠陥集合領域Ｈが連続する多角形の網目状輪郭線であって、欠陥集合領域Ｈによって分離された複数の低欠陥単結晶領域Ｚが繰り返し存在することを特徴とする請求項１または３に記載の窒化物半導体基板。 
【請求項５】
閉曲線である境界Ｋで囲まれた低欠陥単結晶領域Ｚが多角形であり、欠陥集合領域Ｈが連続する多角形の網目状輪郭線であって、欠陥集合領域Ｈによって分離された複数の低欠陥単結晶領域ＺおよびＣ面成長領域Ｙが繰り返し存在することを特徴とする請求項２または３に記載の窒化物半導体基板。 
【請求項６】
欠陥集合領域Ｈが、周囲の低欠陥単結晶領域Ｚの結晶方位と反対の方位を持つ単結晶であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項７】
欠陥集合領域Ｈが、多結晶であることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項８】
多角形である低欠陥単結晶領域Ｚの重心から低欠陥単結晶領域Ｚを囲む閉曲線までの最短距離Ｌ１と最長距離Ｌ２の比率Ｌ２／Ｌ１が５以下であることを特徴とする請求項１〜７の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項９】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが正多角形状であり、正多角形境界Ｋの最大直径が０．１ｍｍ〜５ｍｍであり、欠陥集合領域Ｈの幅Ｔが０．０１ｍｍ〜０．１ｍｍであることを特徴とする請求項１〜８の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１０】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが１２０゜の内角をもつ六角形状であり、六角形の辺が＜１０−１０＞方向に平行であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１１】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが１２０゜の内角をもつ六角形状であり、六角形の辺が＜１１−２０＞方向に平行であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１２】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが９０゜の内角をもつ四角形状であり、四角形の辺が＜１０−１０＞方向に平行或いは垂直であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１３】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが９０゜の内角をもつ四角形状であり、四角形の辺が＜１０−１０＞方向に対し４５゜をなすものであることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１４】
欠陥集合領域Ｈおよび境界Ｋが正三角形状であり、正三角形の辺が＜１０−１０＞方向に平行であることを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１５】
窒化物半導体はＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘ−ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）であることを特徴とする請求項１〜１４の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１６】
低欠陥単結晶領域ＺのＸ線回折による（０００４）面のピーク半値幅が３０秒以下であることを特徴とする請求項１〜１５の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１７】
低欠陥単結晶領域Ｚにおいて、転位密度が１×１０６ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１〜１６の何れかに記載の窒化物半導体基板。 
【請求項１８】
単結晶下地基板の上に０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ幅の被覆部を持ち最大直径が０．１ｍｍ〜２０ｍｍの閉曲線網目状マスクを形成し、窒化物半導体結晶を気相成長させ、マスクで覆われない下地基板露呈部に閉曲線で包囲されたファセット面よりなる凸型のファセット丘を形成し、結晶成長しにくい被覆部は閉曲線に沿う凹部とし、ファセットを埋め込まないで結晶成長させ、露呈部上の結晶に含まれる転位を成長の進行と共にファセット傾斜に沿って追い出し外側のマスク被覆部の上へ転位を集結させ、マスク被覆部の上には両側に境界Ｋ、Ｋをもち転位が集合した欠陥集合領域Ｈを形成し、マスク露呈部上のファセット丘の部分は転位の低い単結晶である低欠陥単結晶領域Ｚとし、欠陥集合領域Ｈは低欠陥単結晶領域Ｚとは方位が反転した単結晶あるいは多結晶とし、マスク露呈部の上のファセット丘とマスク被覆部の上の凹部を維持しながら結晶を成長させ、マスク露呈部上のファセット丘の低欠陥単結晶領域Ｚを低転位化し、網目状の欠陥集合領域Ｈと欠陥集合領域Ｈに包囲された低欠陥単結晶領域Ｚを含む、凹凸ある窒化物半導体結晶を成長させ、窒化物半導体結晶をスライスして、研磨することを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項１９】
低欠陥単結晶領域Ｚの内部にＣ面成長する結晶部分であるＣ面成長領域Ｙが存在しないことを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２０】
低欠陥単結晶領域Ｚの中心にＣ面成長する結晶部分であるＣ面成長領域Ｙがさらに存在することを特徴とする請求項１８に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２１】
マスク材料がＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉの何れかであることを特徴とする請求項１８または１９に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２２】
下地基板が、ＧａＡｓ（１１１）単結晶基板、６ｈ−ＳｉＣ単結晶基板、Ｓｉ（１１１）単結晶基板の何れかであることを特徴とする請求項１８または１９に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２３】
網目状被覆部の形状を決める閉曲線が正三角形、正方形、長方形、ひし形、平行四辺形、１２０度内角の六角形のいずれかの多角形であることを特徴とする請求項１８〜２２の何れかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２４】
網目状被覆部の形状を決める閉曲線が正三角形、正方形、正六角形のいずれかであって、最大直径が０．４ｍｍ〜２．３ｍｍであることを特徴とする請求項１８〜２２の何れかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２５】
マスク露呈部上に生ずるファセット丘のファセットが｛１１−２２｝、｛１０−１１｝、｛−１−１２２｝、｛−１０１１｝、｛１１−２１｝、｛１０−１２｝、｛−１−１２１｝、｛−１０１２｝のいずれかであることを特徴とする請求項１８〜２３の何れかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２６】
下地基板の上に５０μｍ〜３ｍｍの幅の被覆部を持ち最大直径が５ｍｍ〜１００ｍｍの正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形のいずれかの閉曲線よりなる網目状のマスクを一つ或いは複数個形成し、窒化物半導体結晶を気相成長させ、マスクで覆われない下地基板露呈部に閉曲線で包囲されたファセット面よりなる凸型のファセット丘を形成し、結晶成長しにくい被覆部は閉曲線に沿う凹部として、ファセットを埋め込まないで結晶成長させ、露呈部上の結晶に含まれる転位を成長の進行とともにファセット傾斜に沿って追い出し外側のマスク被覆部に転位を集結させ、マスク被覆部の上には両側に境界Ｋ、Ｋを持ち転位が集合した欠陥集合領域Ｈを形成し、マスク露呈部の上のファセット丘の部分は転位の低い単結晶である低欠陥単結晶領域Ｚとし、欠陥集合領域Ｈは低欠陥単結晶領域Ｚとは方位が反転した単結晶或いは多結晶とし、マスク露呈部の上のファセット丘とマスク被覆部の上の凹部を維持しながら結晶を成長させ、マスク露呈部のファセット丘の低欠陥単結晶領域Ｚを低転位化し、欠陥集合領域Ｈよりなる閉曲線で囲まれたマスク露呈部の上に低欠陥単結晶領域Ｚを含む凹凸ある窒化物半導体結晶を成長させ、マスク露呈部多角形閉曲線に内接する極低欠陥単結晶内接円を想定し、極低欠陥単結晶内接円の内部の結晶だけを切り取り、欠陥集合領域Ｈを含まない、柱状の凹凸ある結晶とし、マスク露呈部多角形が含むファセットの半径をｒとし、ファセット面のＣ面に対する傾斜角をΘとして、Ｑｃ＝２ｒｃｏｓｅｃ２Θによってすべてのファセットの臨界高さをもとめその最大臨界高さＱｃｍａｘを求め、下地基板と窒化物半導体結晶の境界から最大臨界高さＱｃｍａｘより以上の高さｈ（ｈ＞Ｑｃｍａｘ）で柱状の凹凸ある結晶を平行２面で切って薄片の結晶にし欠陥集合領域Ｈを含まない基板とすることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２７】
下地基板が（１１１）面ＡのＧａＡｓ単結晶であり、＜１１−２＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１１−２ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２８】
下地基板が（１１１）Ａ面のＧａＡｓ単結晶であり、＜１０−１＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１０−１ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項２９】
下地基板が（０００１）面のＧａＮ単結晶であり、＜１−１００＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１１−２ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３０】
下地基板が（０００１）面のＧａＮ単結晶であり、＜１１−２０＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１０−１ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３１】
下地基板が（０００１）面のサファイヤ単結晶であり、＜１１−２０＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１１−２ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３２】
下地基板が（０００１）面のサファイヤ単結晶であり、＜１０−１０＞方向に平行辺を持つような正三角形、菱形、平行四辺形、等角六角形の閉曲線よりなる網目状のマスクを形成し、多角形の辺に沿って、｛１０−１ｎ｝のファセット（ｎは正整数）を生成する事を特徴とする請求項２６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３３】
マスクの閉曲線形状が正三角形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面だけのファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）、（１−２１ｎ）の組だけ、あるいは（−１−１２ｎ）、（２−１−１ｎ）、（−１２−１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３４】
マスクの閉曲線形状が正三角形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面だけのファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）、（−１０１ｎ）の組だけ、あるいは（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）、（１０−１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３５】
マスクの閉曲線形状が正三角形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）、（１−２１ｎ）の組がマスク辺に出現し、等価な別の３面のファセット（１１−２ｎ’）、（−２１１ｎ’）、（１−２１ｎ’）が多角形の角或いは前記ファセットの稜線の途中から発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３６】
マスクの閉曲線形状が正三角形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）、（−１０１ｎ）の組がマスク辺に出現し、等価な別の３面のファセット（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）、（１０−１ｎ）が多角形の角あるいは前記ファセットの稜線の途中から発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３７】
マスクの閉曲線形状が平行四辺形あるいは菱形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な２面のファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）と別の等価な２面のファセット（−１−１２ｎ）、（２−１−１ｎ）の合計４面だけがマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３８】
マスクの閉曲線形状が平行四辺形あるいは菱形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な２面のファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）と別の等価な２面のファセット（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）の合計４面だけがマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項３９】
マスクの閉曲線形状が平行四辺形あるいは菱形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な２面のファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）と別の等価な２面だけのファセット（−１−１２ｎ）、（２−１−１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、多角形の角或いは前記ファセットの稜線の途中から別のファセット（−１０１ｎ’）、（１０−１ｎ’）とが発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項４０】
マスクの閉曲線形状が平行四辺形或いは菱形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な２面のファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）と別の等価な２面だけのファセット（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、多角形の角或いは前記ファセットの稜線の途中から別のファセット（−１２−１ｎ’）、（１−２１ｎ’）が発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項４１】
マスクの閉曲線形状が正六角形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）、（１−２１ｎ）と別の等価な３面のファセット（−１−１２ｎ）、（２−１−１ｎ）、（−１２−１ｎ）の合計６面だけがマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項４２】
マスクの閉曲線形状が正六角形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）、（−１０１ｎ）と別の等価な３面のファセット（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）、（１０−１ｎ）の合計６面だけがマスク辺に沿って出現し、Ｃ面が消滅するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項４３】
マスクの閉曲線形状が等角六角形であって、｛１１−２ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１１−２ｎ）、（−２１１ｎ）、（１−２１ｎ）と別の等価な３面のファセット（−１−１２ｎ）、（２−１−１ｎ）、（−１２−１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、多角形の角或いは前記ファセットの稜線の途中から別のファセット（−１０１ｎ’）、（１−１０ｎ’）、（０１−１ｎ’）、（１０−１ｎ’）、（−１１０ｎ’）、（０−１１ｎ’）とが発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２７、２９或いは３１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。 
【請求項４４】
マスクの閉曲線形状が等角六角形であって、｛１−１０ｎ｝（ｎは正整数）の等価な３面のファセット（１−１０ｎ）、（０１−１ｎ）、（−１０１ｎ）と別の等価な３面のファセット（−１１０ｎ）、（０−１１ｎ）、（１０−１ｎ）がマスク辺に沿って出現し、多角形の角或いは前記ファセットの稜線の途中から別のファセット（−１２−１ｎ’）、（−１−１２ｎ’）、（２−１−１ｎ’）、（１−２１ｎ’）、（１１−２ｎ’）、（−２１１ｎ’）が発生し（ｎ’＞ｎ）、Ｃ面が残存するようにしたことを特徴とする請求項２８、３０或いは３２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４５】
前記請求項１〜１７のいずれかに記載の窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分にひとつの半導体デバイスを作製したことを特徴とする窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項４６】
前記請求項１〜１７のいずれかに記載の窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分に複数単位の半導体デバイスを作製したことを特徴とする窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項４７】
前記請求項１８〜４４のいずれかに記載の方法により製造された窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分にひとつの半導体デバイスを作製したことを特徴とする窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項４８】
前記請求項１８〜４４のいずれかに記載の方法により製造された窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分に複数単位の半導体デバイスを作製したことを特徴とする窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項４９】
前記請求項１〜１７のいずれかに記載の窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分に半導体デバイス単数もしくは複数単位を作製し、複数の閉曲線で囲まれた領域で１つのアレイを構成することを特徴とする窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５０】
前記請求項１８〜４４のいずれかに記載の方法により製造された窒化物半導体基板上に半導体窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ、電極を形成して、閉曲線で囲まれた部分に複数単位の半導体デバイスを作製し、複数の閉曲線で囲まれた領域で１つのアレイを構成することを特徴とする窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５１】
閉曲線で囲まれた領域が正六角形であり、その中に素子単位が３、６或いは７個含まれることを特徴とする請求項４５または請求項４７に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項５２】
閉曲線で囲まれた領域が正六角形であり、その中に素子単位が３、６或いは７個含まれることを特徴とする請求項４６，４８、４９、５０のいずれかに記載の半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５３】
前記請求項４５、４７、５１のいずれかに記載の方法で製作された窒化物半導体デバイスを加熱したＮａＯＨ或いはＫＯＨに浸漬し、閉曲線である結晶欠陥集合領域Ｈを選択的に溶解し、閉曲線の輪郭を持つ半導体デバイスチップに分離し、基板部分が結晶欠陥集合領域Ｈを含まないことを特徴とする窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項５４】
前記請求項４６、４８、４９、５０、５２のいずれかに記載の方法で製作された窒化物半導体デバイスアレイを加熱したＮａＯＨ或いはＫＯＨに浸漬し、閉曲線である結晶欠陥集合領域Ｈを選択的に溶解し、閉曲線の輪郭を持つ半導体デバイスチップに分離し、基板部分が結晶欠陥集合領域Ｈを含まないことを特徴とする窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５５】
半導体デバイスが、発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする請求項４５、４７、５１，５３のいずれかに記載の窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項５６】
半導体デバイスアレイが、発光ダイオード（ＬＥＤ）あるいはレーザダイオード（ＬＤ）であることを特徴とする請求項４６、４８、４９、５０、５２、５４のいずれかに記載の窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５７】
半導体デバイスが、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の何れかであることを特徴とする請求項４５，４７、５１、５３のいずれかに記載の窒化物半導体デバイスの製造方法。
【請求項５８】
半導体デバイスアレイが、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）の何れかであることを特徴とする請求項４６，４８、４９、５０、５２、５４のいずれかに記載の窒化物半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項５９】
半導体デバイスが、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、放射センサ、可視-紫外検出器の何れかであることを特徴とする請求項４５，４７、５１、５３のいずれかに記載の半導体デバイスの製造方法。 
【請求項６０】
半導体デバイスアレイが、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、放射センサ、可視-紫外検出器の何れかであることを特徴とする請求項４６，４８、４９、５０、５２、５４のいずれかに記載の半導体デバイスアレイの製造方法。
【請求項６１】
半導体デバイスが圧電振動子、圧電アクチュエータ、表面弾性波素子（ＳＡＷ）の何れかであることを特徴とする請求項４５，４７、５１、５３のいずれかに記載の窒化物半導体デバイス。
【請求項６２】
半導体デバイスアレイが圧電振動子、圧電アクチュエータ、表面弾性波素子（ＳＡＷ）の何れかであることを特徴とする請求項４６，４８、４９、５０、５２、５４のいずれかに記載の半導体デバイスアレイの製造方法
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、一定形状の低転位単結晶領域を規則正しく縦横にちりばめそれら低転位単結晶領域の間は網目状の欠陥集合領域によって覆っているような構造の窒化物半導体基板とその製造方法を提供することを目的とする。半導体基板はデバイスをその上に作製するための基礎となる部材である。通常は全面で組成、構造ともに一様均一であることが望ましいとされる。が本発明は半導体基板でありながら組成構造が場所によって異なり不均一であるものを提供する。その点で通常の半導体基板とは異なる。 
【０００２】
窒化物半導体というのは窒化ガリウムＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮなどを意味する。３−５族窒化物半導体ともいう。基板というのはデバイスを作製する場合に下地となるような基板でありウエハ−ともいう。 
【０００３】
ＧａＮ、ＩｎＧａＮを用いた発光デバイスは、青色ＬＥＤ、青色ＬＤとして実用化がなされている。従来の青色デバイスの基板はサファイヤ単結晶が用いられていた。サファイヤは簡単に単結晶ができ入手しやすく安価であり物理化学的に安定でその上にＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ薄膜を成長させることができる。これら窒化物と相性がよい。青色発光素子の基板として適している。だからサファイヤ基板の上に薄いＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮなどの薄膜を気相成長（ＭＯＣＶＤ法など）させて発光デバイスを作ることができる。転位密度（ＥＰＤ）はとても多くて１０１０ｃｍ−２程度あるがそれでも劣化しない。そのような青色発光素子は大量生産され使用されている。 
【０００４】
しかしサファイヤは劈開性がない。絶縁体である。窒化ガリウムとのミスマッチが大きいというような欠点がある。劈開性がないので自然劈開ができず、コスト高を招く。半導体レーザの場合は自然劈開によって共振器を作製できないという欠点がある。 
【０００５】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合でも絶縁体であるから基板の底面にｎ電極を形成することができず側方へｎ型ＧａＮ薄膜をはみ出させそこへｎ電極を設けワイヤボンデイングでリードピンへ接続する必要がある。素子構造が複雑になり工程が増えデバイス形状が大きくなるという欠点もある。 
【０００６】
だからＧａＮ系の発光素子の基板としては窒化ガリウム（ＧａＮ）の基板を用いたいという強い要求がある。ところが転位密度（ＥＰＤ）の低い良質の窒化ガリウム単結晶基板を製造するのは難しい。ＧａＮや、ＡｌＮ、ＩｎＮなど窒化物半導体材料は加熱しても融液にならない。だからチョクラススキー法やブリッジマン法で結晶を作ることはできない。 
【０００７】
ＭＯＣＶＤ法でサファイヤ基板（α−Ａｌ２Ｏ３）の上に薄い窒化ガリウム膜を作製することはできる。これはもともと薄膜形成のための技術である。ＭＯＣＶＤ法はＴＭＧやＴＥＧなどの有機金属とアンモニア（ＮＨ３）などでＧａＮ薄膜を作る。そのままでは転位密度が多いので転位密度を減らすためにＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ  Ｌａｔｅｒａｌ  Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法が用いられる。これは細かい孤立窓を多数もつ連続マスクＭを下地基板の上に形成しその上にＧａＮを気相成長させるものである。マスク被覆部Υは連続して一様である。マスクで被覆していない部分は「非被覆部」というのが正確な表現であるが「被覆部」と「非被覆部」では紛らわしいのでマスクで被覆していない部分は露呈部Πと以後表現する。露呈部Πはその後結晶が堆積するのでいつまでも露呈しているわけではない。マスクＭがないという意味で「非被覆部」ということで「被覆部」と明確に区別するため露呈部Πといっている。以後も「被覆部Υ」、「露呈部Π」という区別を一貫して用いる。
【０００８】
図２０にＥＬＯのマスクＭ／下地基板Ｓを示す。下地基板Ｓの上全面にＳｉＯ２などを形成しフォトリソグラフィ、エッチングで小さい穴をあける。ＥＬＯにおいて露出部Πは小さな窓である。被覆部Υが圧倒的に広い。露呈部Π（窓）面積Ｓ２は被覆部Υ面積Ｓ１よりかなり小さい（Ｓ１＞Ｓ２）。露出部から結晶成長がおこり結晶粒がマスクに乗り上げると成長方向が横になるから転位も横方向になりそれらがマスクの上で合体して転位がかなり減る。隣接窓からの結晶が合体した後表面を平坦にする。以後は表面を平坦Ｃ面とし、平坦なＣ面を維持しながら薄膜を成長させる。図２１にＥＬＯの成長の様子を示す。ＥＬＯは平坦なＣ面を保持するように成長させるものである。実は平坦なＣ面を維持しながら成長することは難しく表面を観察し平坦からずれると条件を変更して平坦面になるように絶えず制御する。
【０００９】
ＥＬＯは成長初期に転位を衝突によって減らす技術であり薄膜（厚み０．１〜３μｍ程度）には有効である。サファイヤ基板の上に１μｍ〜４μｍ程度のＧａＮ、ＩｎＧａＮ薄膜をＥＬＯで成長させＬＥＤとした場合転位密度は１０９〜１０１１ｃｍ−２程度あるがサファイヤとの相性がよく発光し劣化も起こらない。
【００１０】
しかしＥＬＯ法は厚い結晶成長には殆ど有効でない。ＥＬＯ法で厚いＧａＮを作っても下地基板から剥離したりするし、剥離しない場合でも転位密度が１０９〜１０１１ｃｍ−２と大きすぎる。基板成長にはＥＬＯ法以外の新規な手法が必要である。 
【背景技術】
【００１１】
厚いＧａＮの低転位の基板を作るために本出願人が創案したのがファセット成長法とでも呼ぶべきものである。この成長法も本出願人が改善工夫を重ね歴史的な発展を遂げてきた。本出願人による先行する３段階のファセット成長法がある。全部順に説明する。 
【００１２】
【特許文献１】特開２００１−１０２３０７（特願平１１−２７３８８２）
【００１３】
特許文献１はＣ面成長をさせるのではなく、わざとファセットを多数表面に作り出し、ファセットを埋め込まないようにしてファセットを成長の終わりまで維持する。図２２は下地基板Ｓの図である。マスクを設けない。その上にＧａＮ結晶を気相成長させる。多くの場合自然にファセットΦが表面に生ずる。これまではファセットが発生するとそれを消すように条件を制御していたのであるが、ここではファセットが生ずるようにしファセットを維持するようにする。従来の成長方法とは反対である。ファセットΦは低面指数（（ｋｈｍｎ）のｋ、ｈ、ｍ、ｎが０、１、２程度ということ）結晶面であり凹部（ピット）を形成する。
【００１４】
図２３にファセットピットが表面に生じた様子を示す。ファセット面が集合したものは六角錐、十二角錐のロート型ピットとなる。そのようなファセットピットが数多く無秩序に表面に存在するようにする。全体としてｃ軸方向に成長するが、ファセットピット内ではファセットの法線方向に成長する。成長とともにファセット内にあった転位がファセット交差線に集まりさらにピットの底へ集結する。ピット底に転位の束である線状欠陥ができる。転位は連続する糸の様な線であり消滅しないがピット底に集まる。そのために他の部分が低転位になる。これは成長条件を適当に制御してピットをランダムにつくりだす。区別するためランダム型ファセット成長法と呼ぶことにする。Ｃ面上にランダムにピットが存在する。位置も大きさもまちまちである。 
【００１５】
ランダム型ファセット成長法はランダムに欠陥（転位）が存在する基板であるので使いにくいという問題がある。また多数の転位がピット底に拘束されないので成長とともに再びばらけてくるということもある。ランダム型ファセット法にはそのような欠点があった。 
【００１６】
【特許文献２】特開２００３−１６５７９９（特願２００２−２３０９２５）
【００１７】
特許文献２は、ファセットピットの位置を正確に決めるために、下地基板の上に予め円形（ドット状）の孤立した被覆部を点状に形成しておいてその上からＧａＮを気相成長させる方法を提案した。図２４に下地基板Ｓの上に点状孤立マスクＭを設けた状態を示す。被覆部Υの面積Ｓ１は、露呈部Πの面積Ｓ２より小さい（Ｓ１＜Ｓ２）。これはＥＬＯ法と反対の関係である。ファセット成長法では必ずＳ１＜Ｓ２であってＥＬＯとは逆である。またＥＬＯの窓ピッチよりファセット法ではマスクピッチがずっと大きい。結晶成長させると露呈部Πで結晶成長が始まるが被覆部Υでは生成が遅れる。成長開始時間がずれるので、孤立マスク（被覆部Υ）の上に底があるファセットピットが必ず形成される。
【００１８】
ファセットは法線方向へ成長するので、露呈部Πに存在した転位Ｄはファセットの傾斜面からファセット境界線へ集まりさらに境界線にそってピットの底へと移動する。全ての転位がそのような運動をするので転位はファセットピットの底へ集まる。ピット底に転位が集結する。それは成長とともに視点が上がってゆくのでそうなるのであるが、視点を成長界面に固定すると、転位が「ファセットを滑り落ちファセットピットの底へ集まる」というように簡単に表現することもできる。以後もそんな表現を使うこともある。そのようにして孤立マスクＭの上方（被覆部Υ）ピットの底は転位の集結した欠陥集合領域Ｈとなる。露呈部Πの上ファセットの斜面の下にあたる部分は転位の少ない単結晶領域となる。これを「低欠陥単結晶領域Ｚ」と名付ける。
【００１９】
ピットの外にある部分は平坦なＣ面を維持して成長する。これは転位の少ない単結晶の領域でＣ面成長領域Ｙと呼ぶ。同心状にＨＺＹ構造となる。ファセットピットを維持しながら成長するので結晶成長が終わったときは表面に凹凸の多いボコボコの結晶となる。それをＣ面に平行に横切断（スライス）しアズカットウエハ−とする。さらに両面を研磨する。ミラーウエハ−になる。図２６にウエハ−の平面構造を示す。同心のＨＺＹ構造となる。Ｈ、Ｚ、Ｙともに表面から裏面に貫通した領域である。これは孤立した小さい被覆部（マスク）を点状に分布させるのでドット型ファセット成長法と呼ぶことができよう。 
【００２０】
ドット型ファセット成長法では、点状マスクを中心に円錐形のピットができる。転位はピット底へ吸収され拘束される。一旦拘束された転位はピット底の欠陥集合領域Ｈから二度と開放されない。これはドット底の近くのファセット下の領域は低転位（低欠陥単結晶領域Ｚ）になり好都合であった。 
【００２１】
しかし孤立マスクが点状に分布するとそれを中心としてピットが形成されるので、ピットに含まれない部分（Ｃ面成長領域Ｙ）の面積が大きくなる。Ｃ面成長領域Ｙは単結晶であるが転位低減は不十分である。またＣ面成長領域Ｙは電気抵抗が高くてｎ型の基板として必ずしも好都合でない。 
【００２２】
さらにドットが規則正しく分布してもたくさんのデバイスを同じ条件で基板の上に作ることができない、という問題もある。これはドット型という。ファセット成長法でランダム型とドット型の二つの類型が発明されたのである。 
【００２３】
【特許文献３】特開２００３ー１８３１００（特願２００２−２６９３８７）
【００２４】
特許文献３は、直線状平行複数の被覆部Υを下地基板のうえに形成し、その上からＧａＮを成長させたものである。図２７に下地基板Ｓの上に平行直線マスクＭを設けた状態を示す。マスクＭの被覆部Υは何十本もあるが一部だけを図示した。露呈部Πから結晶成長が始まる。被覆部Υは結晶粒の形成が遅れる。結晶成長開始時間、結晶成長速度が違うので、Ｖ溝状の結晶成長となる。マスク被覆部Υの面積Ｓ１は露呈部Πの面積Ｓ２より狭い（Ｓ１＜Ｓ２）。
【００２５】
マスク被覆部が平行であるから、ファセットの集まりは最早角錐形ピットを作らず平行のＶ溝を形成する。Ｖ溝の底は被覆部Υ（マスクＭ）に一致する。露呈部Πの上に向きが相反した傾斜壁ができる。露呈部Π上のＶ溝の２つの傾斜壁はファセットΦである。Ｖ溝は二つのファセットを持つだけである。ドット型のように６つあるいは１２のファセットをもつのとは異なる。
【００２６】
Ｖ溝を埋め込まず、ファセット成長を維持する。ファセットは法線方向に成長するからファセット面にあった転位がファセットを滑り落ちて、Ｖ溝の底に転位が集結し傾斜壁下に成長する部分は低転位の単結晶となる。これは溝底に欠陥集合領域Ｈがあり、その両側に低欠陥単結晶領域Ｚがあり、低欠陥単結晶領域Ｚのさらに横にＣ面成長領域Ｙがあるという構造であり、ＨＺＹＺＨＺＹ…というような周期構造をもつ。低欠陥単結晶領域Ｚが直線状に生成できるからデバイスを作る場合に便利である。図２８にそのような構造を持つファセット成長途中の結晶の状態を示す。
【００２７】
またマスクのピッチｐを狭くするとファセット面だけでＶ溝を構成できＣ面成長領域Ｙが存在しないようにすることもできる。それはマスクピッチがｐ＝８００μｍ以下というような制限がある。８００μｍ以上２０００μｍピッチ程度までファセット面には転位低減効果がある。しかしｐ＝２０００μｍ以上では転位低減効果がなくなる。
【００２８】
だから特許文献３のマスクピッチは２ｍｍ以下である。それにこれは平行なマスク、平行なＨ、Ｚ、Ｙという平行構造をとるのでウエハ−が割れ易いという欠点もある。これはＨ、Ｚ、Ｙすべてが平行なのでストライプ型とよぶ。 
【００２９】
３つのファセット成長法を述べた。特許文献１のランダム型はマスクなし（Ｓ１＝０）でランダムなピット配置となる。特許文献２は孤立点状のマスク（Ｓ１＜Ｓ２）でドット型というが規則正しくＨが存在しその周りに同心状にＺが存在する。特許文献３は平行直線状マスク（Ｓ１＜Ｓ２）を使いストライプ型というが、平行にＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…という繰り返し構造がある。 
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００３０】
特許文献３のストライプ型ファセット成長法は有用であり低転位のＧａＮ基板を得ることができる。しかしそれにもなおいくつかの問題がある。 
【００３１】
（１）  欠陥集合領域Ｈが直線状に配列されるので、欠陥集合領域Ｈと垂直方向にファセットΦが出現しない。そのため欠陥低減が不十分になる。欠陥は成長面に対し垂直に曲げられるため、ファセットΦが出現しない箇所では欠陥は低減しない。特許文献２のように孤立点状マスク（ドット型）の場合は角錐状のファセットピットを形成するから様々の面指数のファセットΦがピットに存在し転位Ｄを底へ集結する力が優勢であったが、ストライプの場合はＶ溝を作りファセットの傾きは２種類しかなく転位ＤをＶ溝の底へ集結させる力が不十分である。だから転位低減効果が不足する場合がある。
【００３２】
（２）  端面に鏡面を必要としないチップ（ＬＤ以外）の場合は、ダイシング等の加工工程が必要となる。ダイシングによってウエハ−からチップを切り出す場合ダイシングがデバイスにダメージを与える。ダメージによってデバイスが劣化する。ダイシング等の切断では、端面から加工に伴う（ダイヤモンドやＳｉＣ等の硬質砥粒）欠陥が混入し、その増殖により、素子の劣化が起こる。 
【００３３】
（３）  光を３次元的な箱から取り出す場合、単位体積あたりの表面積が多いほど外部に接触している割合が多く、四角形より三角形が有利である。発光素子（ＬＥＤ）の場合、端面が多いほど、光の取り出し量が増える。そのため光取り出し量を増やすには四角形よりも三角形の方がよい。あるいは六角形の素子の方が良いということもある。そのような異形の素子を作る事は難しい。 
【００３４】
（４）  刃物を使ったダイシングは四角形を切り出すことができるが、切断方向の変化する三角形や六角形を切り出すのは難しい。ダイシングで無理に四角形以外の多角形に切断すると無駄な部分が大量に生ずる。四角形以外の多角形チップの切りだしをダイシングで行うとウエハ−からは数多くのチップを取り出せない。ダイシング以外の手段で素子分離できれば異形のデバイスを作ることもできる。 
【００３５】
（５）  低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙの合計は、特許文献３の場合２ｍｍ以下（１０μｍ〜２０００μｍ）でなければならないと述べている。単結晶領域の幅が２ｍｍ以下であるため、低転位かつ大面積が必要なデバイスには使用できない。ストライプの長辺を長く取り、大面積にすることが考えられようが、電流の広がりから考えると円形に近い方が望ましい。チップ一辺が２ｍｍ以下であると、大面積の素子（高輝度発光デバイス、パワーデバイスなど）用としては使用できない。
【００３６】
本発明の目的はこれらの問題を解決することである。ファセット成長法であって、より転位密度を下げることができ、発光素子（ＬＥＤ）をその上に形成した場合より発光効率が高く、チップ分離にダイシング以外の手法を使う事ができより大型のチップを取り出すことを可能にする窒化物半導体基板を提供することが本発明の目的である。  
【課題を解決するための手段】
【００３７】
本発明は、下地基板Ｓの上に有限の幅Ｔをもち閉曲線をなす被覆部Υを形成しその上から窒化物半導体の結晶をファセット成長させる。露出部Πの上には結晶が先に成長する。マスク被覆部Υの上には結晶成長が遅れる。被覆部Υで低く、露呈部Πが高くなるような凸型のファセット丘Σができる。凸型ファセット丘Σの傾斜面（ファセットΦ）にあった転位Ｄは成長とともに傾斜面（ファセットΦ）を滑り落ち被覆部Υ上の部分に集まる。被覆部Υ直上部分は欠陥の集合した欠陥集合領域Ｈとなる。ファセットは法線方向に成長するから、成長とともに、露呈部Πの上のファセット部分にあった転位ＤはファセットΦを滑りおち、被覆部Υ上の欠陥集合領域Ｈに陥り欠陥集合領域Ｈに捕獲され拘束される。
【００３８】
閉曲線被覆部Υの上に形成された閉曲線欠陥集合領域Ｈは転位の集結捕獲場所となる。一旦捕獲された転位は二度と欠陥集合領域Ｈを離れることができない。だから被覆部Υの上に成長した欠陥集合領域Ｈに隣接する部分は低転位の単結晶部分となる。露呈部Π上にファセット成長した部分は低欠陥単結晶領域Ｚとよぶ。ファセット成長した低欠陥単結晶領域Ｚが欠陥集合領域Ｈによって囲まれているので転位の減少が著しいのである。
【００３９】
閉曲線の大きさや成長条件によっては、低欠陥単結晶領域Ｚのまん中にＣ面成長した領域Ｙが発生することもある。これをＣ面成長領域Ｙとよぶ。Ｃ面成長領域Ｙも単結晶で低転位であり、低欠陥単結晶領域Ｚと同じ方位の単結晶である。しかしＣ面成長領域Ｙは電気抵抗が高くてｎ型基板を作りたいという場合は好ましくないことがある。マスク被覆部Υ（閉曲線）の大きさや条件によってＣ面成長領域Ｙを減らすことができるし、完全に消失させることもできる。 
【００４０】
本発明では、欠陥集合領域Ｈが閉曲線をなすように設けられそれが低欠陥単結晶領域Ｚの全周を包囲し全周から転位Ｄを引き出すようにしているから低欠陥単結晶領域Ｚの転位Ｄを有効に欠陥集合領域Ｈへ引き取り捕獲し集積することができる。全周面から転位を引き出すので閉曲線で囲まれた低欠陥単結晶領域Ｚはより一層低転位となる。 
【００４１】
欠陥集合領域Ｈは転位が集結した領域であるが、好ましい条件の場合は、他の部分（ＺやＹ）と方位が反対向きの単結晶となる。つまり結晶反転単結晶部分となる。その場合、隣接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間には方位反転による結晶粒界ができる。方位反転結晶粒界は転位を欠陥集合領域Ｈ内に強く拘束して再び解き放つ事がない。 
【００４２】
条件が整わない場合、欠陥集合領域Ｈは多結晶となる。多結晶の場合でも隣接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間には結晶粒界ができる。これは反転による結晶粒界でないが、一旦欠陥集合領域Ｈに集積した転位を外側へ解き放つことがない。つまり欠陥集合領域Ｈと隣接する低欠陥単結晶領域Ｚの間には明確な境界Ｋが生ずる。それは結晶粒界である。結晶粒界のために、一旦欠陥集合領域Ｈに入った転位は再び低欠陥単結晶領域Ｚへ出て行かない。 
【００４３】
欠陥集合領域Ｈが有限の幅Ｔ‘をもち欠陥集合領域Ｈの両側が境界Ｋ、Ｋであるということが本発明の一つの特徴である。平行な境界Ｋ、Ｋの間隔が欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’である。欠陥集合領域Ｈに有限の幅Ｔ’を与えるためには、初めに下地基板に描くマスク被覆部Υ（閉曲線）に有限の幅Ｔを与えればよい。欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’＜Ｔである。厚みにもよるが、Ｔ’はＴに対し８割とか９割というような比例関係にある。だからマスク被覆部Υの幅Ｔによってその上にできる欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’をある程度決めることができるのである。
【００４４】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋは閉曲線を描くようにするというのが本発明の主張である。同じ単位が繰り返し現れるようにするとデバイス作製のときに便利である。同じ単位が繰り返し現れるということであれば基本円を外接させるような繰り返しパターンでもよい。また基本楕円を外接させるような繰り返しパターンも可能である。欠陥集合領域Ｈの形状としては円、楕円の繰り返しであってもよい。それらが外接するように繰り返し並べられたパターンでもよいのである。 
【００４５】
しかし円や楕円の同じ形状の繰り返しの場合は欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’が一定にならない。幅Ｔ’が一定でなくても良いのであれば、欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋとして円や楕円を採用できる。 
【００４６】
同じ単位が平面を隈なく敷き詰めるということになるとそれは多角形を単位としなければならない。同じ形状の多角形で平面を覆うとなるとそれは、正三角形、正方形、長方形、ひし形、平行四辺形、台形、１２０度の六角形に限られる。本発明では欠陥集合領域Ｈや境界Ｋの形状を正三角形、正方形、長方形、ひし形、平行四辺形、六角形、台形のいずれにしてもよい。図１〜図６は下地基板の上に予め形成する網目状マスクＭの例である。ここでもマスク被覆部はΥで表現し、露呈部はΠで表現する。 
【００４７】
図１は下地基板Ｓの上に正六角形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクＭの単位形状は正六角形で、幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。 
【００４８】
図２は下地基板Ｓの上に正三角形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクの単位形状は正三角形で内角が６０度なので隙間なくならべ同じ形状を繰り返すことができる。幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。 
【００４９】
図３は下地基板Ｓの上に長方形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクＭの単位形状は長方形で、幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。 
【００５０】
図４は下地基板Ｓの上に長六角形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクＭの単位形状は長六角形で、幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。内角が１２０度で２つの長辺と４つの短辺をもつ長六角形なので同じ単位を繰り返すことができる。 
【００５１】
図５は下地基板Ｓの上に平行四辺形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクＭの単位形状は平行四辺形で、幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。平行四辺形の場合は角度がどのようなものでも同じ単位を繰り返すことができる。 
【００５２】
図６は下地基板Ｓの上に台形を繰り返す網目状マスクパターンを設けている。マスクＭの単位形状は台形で、幅Ｗ、長さＨ、被覆部の幅Ｔなどの定義を示す。等脚台形であれば繰り返しパターンが可能である。不等脚台形でも表裏相反する２種の台形を組み合わせれば繰り返しパターンが可能である。 
【００５３】
窒化物半導体は六方晶系をとるので、Ｃ面を表面とする単結晶の場合、表面には代表的な＜１０−１０＞方向（等価な方向が１２０度をなして３つある）と＜１１−２０＞方向（等価な方向が１２０度をなして３つある）とがある。劈開面は｛１０−１０｝である。｛ｋｈｍｎ｝は面の集合表現、（ｋｈｍｎ）は面の個別表現である。｛ｋｈｍｎ｝はその結晶の対称操作によって到達できる全ての個別面を含む。窒化物半導体は反転対称性がないから｛ｋｈｍｎ｝と｛−ｋ−ｈ−ｍ−ｎ｝面は異なる面である。＜ｋｈｍｎ＞は方向の集合表現、［ｋｈｍｎ］は方向の個別表現である。［ｋｈｍｎ］は（ｋｈｍｎ）面の外向き法線であり長さは面間隔の逆数で与える。だから、＜１１−２０＞方向に平行に劈開しやすい。 
【００５４】
多角形の辺の一つを＜１１−２０＞、＜１０−１０＞方向に平行に取るということもできるし、それらからある角度をなすように取ることもできる。多角形マスク方位を劈開面に一致させると多角形の辺にそって劈開することが可能となる。しかし後に述べるように本発明の基板は不均一性があって欠陥集合領域Ｈにそって加熱ＫＯＨ、ＮａＯＨで湿式エッチングして容易に分離できるので必ずしも劈開面を辺に一致させる必要はない。 
【００５５】
図７の平面図、図８の縦断面図によって、正六角形網目状マスクＭを設けた例について本発明のファセット成長法を説明する。網目マスクを使うので、これまでのランダム型、ドット型、ストライプ型と区別するため、ネット型と呼ぶことにしよう。本発明のネット型ファセット成長法は図１〜６のどのマスクでも適用できるがここでは図１の正六角形マスクから出発したとして述べる。図１のマスク形成の段階の縦断面図が図８の（１）に当たる。下地基板Ｓの上に正六角形ネットマスクを設ける。下地基板Ｓの上面は露呈部Πと被覆部Υに分かれる。 
【００５６】
窒化物半導体（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＩｎＮ、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ）を気相成長させると、下地基板Ｓ上の露呈部Πに結晶核が生成されてここから成長が始まる。被覆部Υには結晶ができない。露呈部Πに六角台形の結晶ができる。六角台形は盛り上がって丘のようである。被覆部Υに接触する部分は傾斜したファセットΦとなっている。側面にファセットをもつ丘であるから露呈部Πの盛り上がりファセット丘Σと呼ぶ。図
７（１）と図８（２）はその状態を示す。ファセット丘Σのなかで、転位Ｄが上向きに延びている。 
【００５７】
さらに成長が進むと露呈部Πでファセット丘Σの高さが増える。側面のファセットΦが広くなり頂部平坦（Ｃ面）が狭くなる。図７（２）では頂部の僅かなＣ面が残っているファセット丘Σを図示している。被覆部Υには結晶がいまだできない。Ｃ面が残ることもあるがＣ面が完全に消滅する場合もある。Ｃ面がないほうが望ましい。図８（３）ではＣ面が完全に消失したファセット丘Σを示す。これが理想的な場合である。６つのファセットΦが頂部で合一した正六角錐のファセット丘Σとなる。転位Ｄは上向きに延びている。転位Ｄの上端はファセットΦに斜交する。ファセットΦの傾斜角は５０゜〜６０゜程度で決まっているから露呈部Π内だけではこれ以上大きくなれない。
【００５８】
だからさらに結晶成長が進行すると被覆部Υの上にも結晶が乗り上がる。ファセットΦの成長は最早上向きでなく傾斜面の法線方向となる。転位Ｄは法線方向へ方向転換して伸びる。転位Ｄは外向きに伸び始める。図７（３）と図８（４）に示す。斜め外向きに連続する糸状の転位Ｄがのびるからやがて被覆部Υの上に追い出される。被覆部Υにも結晶が堆積されるが次々に側方から転位Ｄが入ってくるのでここで転位Ｄの束ができる。転位Ｄは容易な事では消えないので連続して存在する。図８の（４）に示すように、上向きの転位となって被覆部Υの上に集結する。ここに転位が集合した欠陥集合領域Ｈが生成される。転位は消滅しにくいし新たに発生しにくい。欠陥集合領域Ｈに移動した分だけ、露呈部Πの上でファセットΦの下にあった部分の転位Ｄが減少する。だから露呈部Π上ファセットΦ下の領域が低転位となる。露呈部Π上ファセットΦ下の領域は、単結晶であり低転位だから低欠陥単結晶領域Ｚと呼ぶ。
【００５９】
転位はいろいろな不規則性から生ずるものであるが全体としてｃ軸方向に成長させているから、３族と窒素原子が反対の関係になっている転位も多い。そのような転位が欠陥集合領域Ｈに集まるのであるから、欠陥集合領域Ｈは下向きにｃ軸をもつような単結晶となることが多い。だから欠陥集合領域Ｈは方位が他の部分と反対の反転層となることが多い。それが最も望ましいのである。そのような場合結晶方位が反転したところに結晶粒界ができる。一旦欠陥集合領域Ｈに入った転位Ｄが再び広がるのを結晶粒界が防ぐ。転位は強く欠陥集合領域Ｈに閉じ込められる。 
【００６０】
条件が整わない場合欠陥集合領域Ｈが多結晶となる場合がある。その場合でも低欠陥単結晶領域Ｚと欠陥集合領域Ｈは結晶の様態が違うから境界に結晶粒界ができる。結晶粒界が低欠陥単結晶領域Ｚと欠陥集合領域Ｈの間に存在する。明確な境界Ｋ（結晶粒界）を持ちそれによって両側が仕切られる明確な欠陥集合領域Ｈができる。境界Ｋ、Ｋがあるので、欠陥集合領域Ｈは転位Ｄを捕獲拘束して二度と解き放つ事がないのである。 
【００６１】
結晶成長が終わったとき表面はファセット丘Σがたくさん存在し凹凸の多いぼこぼこの結晶となる。図９はその一部縦断斜視図である。表面にファセット丘Σがあって側面はファセットΦに、底はネット状になっている。ファセット丘Σの頂上に平坦部が残っている。結晶内部にはファセットΦに続く低欠陥単結晶領域Ｚ、ネット底に続く欠陥集合領域Ｈ、平坦部に続くＣ面成長領域Ｙがある。試料によってはＣ面成長領域Ｙのないものもある。
【００６２】
そのような凹凸に富んだインゴットを横切断（スライス）するとアズカットウエハ−となる。それを研磨するとミラーウエハ−となる。図１０はミラーウエハ−の構造を示す。ＧａＮの場合全体が透明でガラスのようであり区別はない。 
【００６３】
肉眼では構造が見えないがカソードルミネッセンス（ＣＬ）によると、構造物が見える。ネット状で表裏に伸びる欠陥集合領域Ｈと、正六角形柱状で表裏に伸びる低欠陥単結晶領域Ｚとがある。欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚの間は境界Ｋとなっている。これはＣ面成長領域Ｙのない試料である。 
【００６４】
欠陥集合領域Ｈのもとになる閉曲線マスク被覆部Υの幅Ｔは０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度とする。被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈができるがその幅Ｔ’は、被覆部Υ幅より少し狭くなる（Ｔ＞Ｔ’）。マスク被覆部Υ幅が０．０５ｍｍ〜０．３ｍｍの範囲にあるとき、その上にできる欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’は０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ程度になる。Ｔが０．０５ｍｍより小さいと、その上に欠陥集合領域Ｈがうまく成長しないで不安定になり時には欠陥集合領域Ｈが消えてしまう。０．３ｍｍ以上の欠陥集合領域Ｈだと低欠陥単結晶領域Ｚの転位低減効果はあるのであるが、欠陥集合領域Ｈ自体はデバイスを作るためには役に立たないからあまり大きな比率を占めるのは好ましくない。それで上限を０．３ｍｍ程度にする。
【００６５】
更に好ましくはマスク幅Ｔは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとする。その上に発生する欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ’は０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍ程度になる。それはデバイス面積に入らない欠陥集合領域Ｈを減らしコスト高を防ぐうえに有効である。 
【００６６】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋは閉曲線であるが、それに囲まれる低欠陥単結晶領域Ｚの重心から閉曲線にいたる最長距離Ｌ２と、最短距離Ｌ１の比率Ｌ２／Ｌ１が５以下であるようにする。 
【００６７】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋを長方形とした場合は、長辺／短辺の比率が５以下ということである。 
【００６８】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋを６０度、１２０度の内角をもつ菱形とした場合はＬ２／Ｌ１＝２であるから上の条件を満たす。 
【００６９】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋを６０度、１２０度の内角をもつ平行四辺形とすると、長辺と短辺の比の値が４．６８以下だということである。 
【００７０】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋが正三角形の場合、Ｌ２／Ｌ１＝２であるから、５以下であるとする上の条件を満足する。 
【００７１】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋが正四角形の場合、Ｌ２／Ｌ１＝１．４であるから、５以下であるとする上の条件を満足する。 
【００７２】
欠陥集合領域Ｈ、境界Ｋが正六角形の場合、Ｌ２／Ｌ１＝１．１６であるから、５以下であるとする上の条件を満足する。 
【００７３】
欠陥集合領域Ｈの閉曲線境界Ｋの最大直径は０．１ｍｍ〜２０ｍｍである。最大直径というのは境界Ｋ上の２点間距離の最大値である。境界Ｋは表面において二次元の閉曲線であるから２点間距離の最大値が必ず存在する。それを最大直径と定義する。それは低欠陥単結晶領域Ｚの最大直径だということもできる。０．１ｍｍ以下でももちろん低転位化できるが、欠陥集合領域Ｈの幅Ｔ‘（０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍ）によってかなりの面積を占有されるので、低欠陥単結晶領域Ｚ直径が０．１ｍｍ以下であると経済的な損失が大きい。また最大直径が２０ｍｍを越えると最小辺を小さくしても、欠陥集合領域Ｈによって囲まれる領域が広すぎて全部を低転位化することができない場合がある。それはストライプ型に近づきその欠点が現れる 
【００７４】
また欠陥集合領域Ｈと境界Ｋを正多角形とする場合、閉曲線境界Ｋの最大直径が０．１ｍｍ〜５．０ｍｍとする。 
【００７５】
ランダム型ファセット成長（特許文献１）、ドット型ファセット成長（特許文献２）の場合はファセット面はピット（凹部、穴）を形成した。平坦なＣ面のところどころにできたピット（穴）がファセットの集合であり、ファセットの傾斜が転位をピット底へ取り込み捕獲するように働いた。 
【００７６】
ところが本発明は凹凸の関係が反対である。成長面に平坦なＣ面がはじめから存在するのではなくて、はじめから存在するのは閉曲線である欠陥集合領域Ｈである。欠陥集合領域Ｈが高さの基準となり、ファセットが形成するのは欠陥集合領域Ｈから上に盛り上がった凸型のファセット丘Σである。ファセット丘Σの最大高さは閉曲線の広さに依存する。だから欠陥集合領域Ｈの閉曲線を広げるとファセット丘Σの最大高さを大きくできる。ファセットが維持されている限り転位をファセット丘Σの高い部分から低い部分へ移動させる作用がある。
【００７７】
だから成長とともに輪郭線内部の方の転位も欠陥集合領域Ｈへと引き寄せられて減少してしまう。それが、特許文献１、２の凹型（ピット、穴）の場合と違う。凸型ファセット丘Σが平面の上に突出しそれが高く延びるのであるから転位低減効果は低欠陥単結晶領域Ｚの深奥部にまで及ぶのである。 
【００７８】
特許文献３のストライプ型は特許文献１、２の凹型ファセットピットと本発明の凸型ファセット丘Σの中間的なものである。ストライプの場合は平行に延びる多数のＶ溝、Λ棟があり凹型とも凸型ともいえず中間的である。ストライプ型の場合、ファセット面がＶ溝の両側に一つずつあり、それに含まれる転位がＶ溝の底へ引き込まれることによって転位が減少する。ストライプの延長方向に欠陥集合領域Ｈが存在しないから転位を引き寄せる力、転位を閉じ込める力が弱い。
【００７９】
そのように本発明はファセット成長法のカテゴリーに含まれるが凸型のファセット丘Σを形成し成長とともに転位をファセット丘Σからふるい落とすことによってファセット成長する部分の転位を周囲閉曲線をなす欠陥集合領域Ｈに集め捕獲し拘束する。それによってファセット成長部分の転位を１×１０６ｃｍ−２程度にまで下げることができる。
【００８０】
本発明は低欠陥単結晶領域Ｚの転位を減らすことができるということの他に、ウエットエッチングやドライエッチングにより欠陥集合領域Ｈに沿って素子分離できるという優れた特長がある。刃物を使わないでウエハ−からチップ分離を行うことができる。六角形や三角形のチップ形状の場合刃物でチップを切り出すのは難しいがエッチングで分離できるのでどのような形状でも容易に素子分離できる。これも本発明の顕著な利点である。 
【発明の効果】
【００８１】
閉曲線被覆部Υを有するマスクを下地基板に設けてから窒化物半導体を気相成長させるので、被覆部Υ上に閉曲線をなすように欠陥集合領域Ｈが発生し、それが露呈部Π上に成長した低欠陥単結晶領域Ｚを取り囲むようになる。低欠陥単結晶領域Ｚのどの場所にあっても近くに欠陥集合領域Ｈが存在する。露呈部Π上に成長した低欠陥単結晶領域Ｚの転位線は成長とともに最も近い欠陥集合領域Ｈの方へ曲がりその欠陥集合領域Ｈへ引き寄せられやがて吸収される。低欠陥単結晶領域Ｚが閉曲線欠陥集合領域Ｈで包囲されるのでストライプ型ファセット成長に比べて転位の低減効果が大きい。
【００８２】
欠陥集合領域Ｈの部分は機械的化学的物理的に他の部分よりも弱い。それは欠陥集合領域Ｈが包囲の逆転した単結晶であるか多結晶であるからである。いずれにしても表面にＮ（窒素）面が露呈している。ＧａＮや窒化物半導体において、Ｇａ面、ＩｎＧａ面、Ａｌ面などは堅牢であるが、窒素面（Ｎ面）は化学的物理的に弱い。低欠陥単結晶領域ＺやＣ面成長領域Ｙは表面がＧａ面、ＩｎＧａ面など３族元素の並ぶ面であるが、欠陥集合領域Ｈは窒素面（Ｎ面）である。そのような不均一性がある。 
【００８３】
それは均一であるべき半導体デバイスの基板としては欠点のようにも思えるが同時に長所でもある。それはチップ分離を欠陥集合領域Ｈに沿って容易に行えるからである。 
【００８４】
欠陥集合領域Ｈは窒素面（Ｎ）が露呈した反転単結晶であるか多結晶であるので、化学的に脆弱でありウエットエッチングによってその部分だけをきれいに除去することができる。だから欠陥集合領域Ｈにそってウエハ−を切断しチップ分離できる。これは本発明の大きい特長である。 
【００８５】
機械的にダイシングしなくても適当なエッチング液（例えば加熱したＫＯＨなど）に浸すことによって欠陥集合領域Ｈに沿ってチップ分離することができる。化学的にチップ分離するというような技術はこれまでの半導体技術にはないことである。刃物を使う機械的な切断であると直線運動だけで切り出せる矩形（正方形、長方形）のチップ以外はうまく切り出せない。だからこれまでの全ての半導体チップの形状は矩形であった。欠陥集合領域Ｈに沿ってウエットエッチングによってチップ分離することができるので、本発明の基板は三角形であろうが、六角形であろうが９０゜以外の内角をもつチップを簡単にウエハ−から分離することができる。 
【００８６】
ダイシングによるチップ分離は時間もかかるし歩留まりは低いし、砥粒が端面を傷つけそれが欠陥を増殖することもあり不都合である。しかし本発明はダイシングでなく液体に付けることによって素子分離できるから、切り屑もでないし端面劣化の恐れもない。有効なチップ分離の手法である。 
【００８７】
発光ダイオード（ＬＥＤ）の場合端面が多いほど光の取り出し量を増やす事ができる場合もある。三角形チップは四角チップより端面面積が広い。六角形チップが良いということもある。本発明の基板は欠陥集合領域Ｈを液体によってエッチングすることができるので、三角形、六角形のチップを切り屑や損失なく切り出す事ができる。高輝度高効率の発光ダイオードを作製することができる。有用な発明である。 
【００８８】
ストライプ型ファセットの場合はＨ、Ｚ、Ｙの構造のピッチを２ｍｍ（２０００μｍ）以上に大きくする事ができない。それはＶ溝の両側にファセットが２面しかなく転位を引き込む力が弱いからである。本発明の場合は両側だけでなく前後にも欠陥集合領域Ｈがあるので転位を引き込む作用が増強される。そのために最大直径が３ｍｍ〜５ｍｍの多角形でも転位減少効果がある。最大直径が２０ｍｍの六角形の場合でも転位低減の効果がある。だから大型の発光素子や大型のパワーデバイスの基板として有用である。
【００８９】
ストライプ型ファセットの場合は平行な構造をもつから平行な欠陥集合領域Ｈで割れ易くてウエハ−プロセスにおいてハンドリングが難しいという欠点もあった。本発明の場合は入り組んだ多角形の欠陥集合領域Ｈとなるから様々の方向の応力に強く簡単には割れない。 
【発明を実施するための最良の形態】
【００９０】
［窒化物半導体基板製造方法］ 
下地基板を準備する。ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板、ＳｉＣ単結晶基板、スピネル単結晶基板、Ｓｉ単結晶基板、サファイヤ単結晶基板などを下地基板とすることができる。 
下地基板の上に幅Ｔをもつ閉曲線被覆をもつ網目状のマスクを形成する。網目状だから被覆部Υは連続しており一体である。しかも被覆部Υ面積Ｓ１が露呈部Π面積Ｓ２より小さい。Ｓ１＜Ｓ２である。この関係はファセット成長法ではかならず成り立つ関係である。ＥＬＯはＳ１＞Ｓ２であり関係が反対である。
【００９１】
マスク材料はＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｐｔ、Ｗ、Ｔｉなどであるが、最も良いのはＳｉＯ２である。マスクをＳｉＯ２とすると被覆部Υ上に成長した欠陥集合領域Ｈが反転単結晶（ＺやＹと方位が逆転した単結晶）となることが多い。Ｐｔ，Ｗなど金属のマスクでも被覆部Υ上に欠陥集合領域Ｈを作ることができるが多結晶となることが多い。多結晶の欠陥集合領域Ｈでも結晶粒界の境界Ｋができるが転位を減少させ捕獲する作用は、反転単結晶の欠陥集合領域Ｈが最も大きいようである。だからＳｉＯ２が最も良いようである。ＳｉＮは欠陥集合領域Ｈが消失したりしてあまり良いマスクではない。それでも低欠陥単結晶領域Ｚの転位を減らす効果はある。
【００９２】
だからマスクとしての適性は、ＳｉＯ２＞Ｗ＞Ｐｔ＞ＳｉＮという順である。マスクはスパッタリング、蒸着などで膜形成されフォトリソグラフィ、エッチングによって所望のパターンにする。 
【００９３】
マスク厚みは２０ｎｍ〜５００ｎｍ程度である。特に良いのは５０ｎｍ〜１００ｎｍ程度である。マスク厚みの大小はあまり結晶品質に影響しない。 
【００９４】
被覆部Υは閉曲線でなければならない。連続すると網目状となる。被覆部Υの形状を網目状として、同じパターンを繰り返す網目構造だとすると、正三角形、正方形、長方形、１２０゜内角の六角形に限られる。被覆部Υ幅Ｔは０．０３ｍｍ〜０．２ｍｍである。更に好ましくは幅Ｔは０．０５ｍｍ〜０．２ｍｍとする。
【００９５】
窒化物半導体の成長は、低温バッファ層の形成と高温厚膜層の形成の２段階になる。下地基板との不整合を緩和するため低温で薄いバッファ層をまず作る。それは薄いもので５０ｎｍ〜１５０ｎｍ程度である。そのあと１ｍｍ〜５ｍｍといった厚い窒化物半導体膜を気相成長させる。 
【００９６】
気相成長法は、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＣ法、昇華法等を用いることができる。ＧａＮの場合について説明する。ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ、などの場合は原料が少し違うがほぼ同じ手法で成長させることができる。 
【００９７】
［ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）］ 
Ｇａ原料として金属Ｇａを用いる。窒素原料はアンモニアである。ホットウオール型の反応炉の下方にサセプタがある。サセプタの上に下地基板を置き加熱する。反応炉の上方にＧａボート（Ｇａ溜）があり加熱し融液としておく。上方から水素ガス＋ＨＣｌガスをＧａ融液に吹き付けてＧａＣｌを生成する。これが水素ガスとともに下方へながれ加熱された下地基板の近くでアンモニアと反応しＧａＮを生成しそれが下地基板の上に堆積する。これは成長速度が速いという長所があり厚膜形成に適した方法である。また炭素が混入しにくいという利点もある。 
【００９８】
［ＭＯＣＶＤ法（有機金属ＣＶＤ法）］ 
ＧａＮ薄膜成長法として最も普通に用いられている方法である。コールドウオール型の反応炉において、ＴＭＧ（トリメチルガリウム）、ＴＥＧ（トリエチルガリウム）などＧａ有機金属と、アンモニアガスを水素をキャリヤガスとして、加熱された下地基板へ吹き付ける。ＧａＮが反応生成物として下地基板の上に堆積する。これは成長速度が遅く膜厚制御が容易で薄膜形成に向いた方法である。ＩｎやＡｌを含む窒化物半導体の場合は、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）、ＴＭＡ（トリメチルアルミニウム）などを原料として用いる。 
【００９９】
［ＭＯＣ法（有機金属塩化物気相成長法）］ 
Ｇａ原料としてＴＭＧなど有機金属を用いる。窒素原料としてアンモニアを用いる。そこはＭＯＣＶＤ法と同じであるが、直接にＴＭＧとアンモニアを反応させない。ホットウオール型反応炉で、まずＴＭＧとＨＣｌを反応させてＧａＣｌを生成する。ＧａＣｌとアンモニアを反応させてＧａＮとしそれを下地基板の上に堆積する。 
【０１００】
［昇華法］ 
これは多結晶のＧａＮを原料とする。反応炉の中に原料の多結晶ＧａＮと下地基板を別異の場所において多結晶ＧａＮを加熱し多結晶と下地基板の間に温度勾配を形成する。多結晶が気化して移動し下地基板の上にＧａＮ薄膜が堆積する。 
【０１０１】
そのような方法のいずれによっても本発明を行うことができる。 
露呈部Π（Ｓ２）で孤立した結晶核が形成され露呈部Πで結晶成長が先に始まる。結晶核が互いに接触し結合され膜となる。転位をたくさん含む膜となる。転位は成長とともに成長方向に糸のように伸び簡単には消滅しない。ＥＬＯに比べ露呈部Πが広いので、露呈部Π（Ｓ２）を埋め尽くすのに時間が掛かる。被覆部Υでは結晶成長がなかなか始まらない。だから露呈部Πに結晶の丘ができる。
【０１０２】
結晶丘の側面は低面指数のファセットである。だからこの結晶丘をファセット丘Σと呼ぶ。下地基板が３回対称性のある単結晶の場合、ＧａＮなどはｃ軸方向に成長を始める。平坦であれば表面がＣ面となるが全部が平坦でなく側面にファセットができるのである。
【０１０３】
ｃ軸方向の成長の場合よく出現するファセットは｛１０−１１｝、｛１０−１２｝、｛１１−２２｝、｛１１−２１｝などである。ファセットが広がり角錐台形のファセット丘Σであったものが次第に角錐に近づく。ファセットの直下に続いて成長する部分は単結晶になり次第に低転位になる。はじめから低転位でなく成長とともに転位が減少する。だから低欠陥単結晶領域Ｚと呼ぶのである。
【０１０４】
ファセット丘Σが完全に角錐になればいいのであるが、必ずしもならないこともある。中心に残った台地はＣ面を維持して成長する。その部分をＣ面成長領域Ｙという。露呈部Πで結晶成長が行われ十分な高さに達すると、マスク被覆部Υの上でも結晶成長が始まる。それは反転層（結晶方位が他の部分と反対である単結晶）であることもあり、多結晶であることもある。マスク材料や成長条件による。
【０１０５】
そのあとも結晶成長が持続するが露呈部Π上のファセット丘Σが高く、被覆部Υ上が低いというようになる。網目状の低地と網目内の高地がほぼ同じ速度で厚みを増やしてゆく。だからファセット丘Σの形状が維持されながら成長が続いて行くのである。ａ軸長さをａ、ｃ軸長さをｃとすると、｛１１−２２｝ファセットの水平面（Ｃ面）に対する傾斜角はｃｏｔ−１（ａ／ｃ）である。｛１−１０１｝ファセットのＣ面に対する傾斜角はｃｏｔ−１（３１／２ａ／２ｃ）である。これらはかなり大きい角度で５０゜〜６０゜程度であるから、かなり急傾斜のファセット丘Σを形成する。
【０１０６】
貫通転位は消滅することはなく成長とともに成長方向に延びる。本発明の場合凸型ファセット丘Σができる。凸型の傾斜の成長は傾斜面の法線の方向であるから転位も法線の方向へ延びる。凸型ファセット丘Σであるから法線は外側に向かう。転位も外側に向かって伸長する。成長とともに転位が外側へ掃き出される。やがてファセット丘Σの裾まで滑りおちる。そして輪郭線をなす欠陥集合域Ｈの中へ吸い込まれる。欠陥集合領域Ｈは結晶粒界を境界Ｋとして有するので一旦吸い込まれた転位は再び出て行かない。ファセット丘Σにあった貫通転位は端のものから順にファセットを滑りおちて輪郭線である欠陥集合領域Ｈに集結してゆく。
【０１０７】
どうして欠陥集合領域Ｈに転位が矛盾なく入って行くのか？多少の疑問が起こるであろう。転位には色々のものがあるが原子配列が周囲と逆転しているという転位が多くそれが欠陥集合領域Ｈに至りそのまま集合すると反転層になるからもともと反転層であった欠陥集合領域Ｈに矛盾なく吸収されるのである。 
【０１０８】
ファセット面によって転位が周辺部へ掃き寄せられるという作用は露出部での結晶が薄膜になり角錐台になってファセットが形成されると同時に始まる。だから露出部でのどの部位でも転位の減少は同じように思えるがそうではない。露出の中央部では転位の増殖がなく左右へ移動するだけである。だから転位は減るだけのことである。露出部の中間部ではファセット面を滑り落ちて欠陥集合領域Ｈへ行くので転位は減るが上から新しい転位が滑り落ちてきて補填されるのであまり減らない。だから欠陥集合領域Ｈから遠いにも拘らず露出部の中央が最も転位が低いということになる。中間部、周辺部は、転位の吸い込みである欠陥集合領域Ｈに近いのであるが、上から次々と新しい転位がやってくるのでなかなか低転位にならない。そういうわけで露出部の転位は中央部でより低く、中間部、周辺部でより高くなる。 
【０１０９】
また成長厚みによっても転位密度が変化する。成長とともに欠陥集合領域Ｈが変質するからである。マスクの幅、マスク材質によって、成長が進むとともに欠陥集合領域Ｈが反転層から多結晶層に変化することがある。また欠陥集合領域Ｈ自体が消失することもある。網目状輪郭線をなしていた欠陥集合領域Ｈが消失するとそれ以後は転位を吸収捕獲する力を失う。欠陥集合領域Ｈが消滅するとこの部分の高さが高くなりファセットの角度が低減しファセットが消えることもある。欠陥集合領域Ｈの転位の捕獲拘束作用がなくなる。そのため以後は露出部上の結晶の転位が減少せずかえって増加するということになる。 
【０１１０】
そうしてできた結晶はファセット丘Σが網目の中に存在する凹凸のあるものである。図１６にその概略の斜視図を示す。ファセット丘Σの斜面が低欠陥単結晶領域Ｚである。頂部がＣ面成長領域Ｙである。低地のネットが欠陥集合領域Ｈである。
【０１１１】
凹凸があっては基板にならない。適当な厚みに切断（スライス）してアズカットウエハ−としてさらに研磨してミラーウエハ−とする。 
ミラーウエハ−はガラスのように透明であり肉眼では、網目構造は見えない。しかしカソードルミネッセンス（ＣＬ）法で見ると網目構造が見える。それを図１７に示す。正六角形ネット状に欠陥集合領域Ｈがあるそれに囲まれて低欠陥単結晶領域Ｚがある。低欠陥単結晶領域Ｚの中心にＣ面成長領域Ｙがある。Ｃ面成長領域Ｙがない場合もある。   
【０１１２】
転位密度の測定方法は次のようである。燐酸（Ｈ３Ｐ０４）と硫酸（Ｈ２ＳＯ４）の混合溶液を２４０℃〜２８０℃に加熱し、ＧａＮ／下地基板の試料を浸す。試料表面の欠陥部分にエッチピットが発生する。ノマルスキ微分干渉顕微鏡を用いて一定面積内のエッチピットを数えてエッチピット密度を求める。
【０１１３】
［チップ分離］ 
そのように製造した半導体ウエハー上に、ＭＯＣＶＤ法で通常のＡｌＧａＩｎＮ系のＬＥＤ構造を作製し、水酸化ナトリウム水溶液（ＮａＯＨ：１規定以上の濃度）に浸すと、欠陥集合領域Ｈのみがエッチングされて、低欠陥単結晶領域Ｚ＋Ｃ面成長領域Ｙ（ともに低欠陥領域）のみが分離できる。しかもＭＯＣＶＤ法で作製した活性層に欠陥が増殖されていないことをカソードルミネッセンス（ＣＬ）評価で確認した。 
【０１１４】
同様に、水酸化カリウム水溶液（ＫＯＨ：１規定以上の濃度）でも分離できることを確認した。特に、水溶液の温度を５０℃以上にすると、エッチング速度が速くなるようである。 
【０１１５】
ウエットエッチングだけでなく、ドライエッチングでも分離できるということを確認した。準備したウエハ−を再度ＨＶＰＥ炉にセットし、塩化水素ガスによって処理すると、欠陥集合領域Ｈのみが選択的にエッチングできる条件があることが分かった。好適温度条件は、温度７００℃から９００℃であった。それは１０５０℃の成長温度より低温である。それは好都合なことである。 
【０１１６】
ドライエッチングにおいて、通常はマスクを付け他の部分を保護してからマスク露出部をエッチングするのであるが、このウエハ−では素地自体が選択性を持っているのでマスク被覆したりマスク除去したりする必要がない。欠陥集合領域Ｈだけがエッチングされるからエッチング部分にそって、チップ分離が容易に行える。 
【０１１７】
［低欠陥が可能な理由］ 
特許文献３と本発明の相違点は、この欠陥集合領域Ｈを１次元の直線状でなく、２次元の多角形状に配置することである。このように欠陥集合領域Ｈを配置することによって、Ｃ面成長領域Ｙが少なくなり、ストライプ状に配置した場合に比べて格段に欠陥を少なくすることが可能である。その理由は次に示すとおりである。 
【０１１８】
Ｃ面成長領域Ｙというのは、（０００１）面（Ｃ面）を表面に持って成長して来た面であるため、ファセット面を出現させて成長する際、欠陥（転位）が曲がるという効果は殆ど働かない。特許文献３のストライプファセット成長法では、成長の条件を調整して（０００１）面を極力少なくするとようにしても、必ずＣ面成長領域Ｙは出現する。 
【０１１９】
何故なら、表面がファセット面によって囲まれた状態では、先端が鋭く尖った状態になりエネルギー的に不安定だからである。だからどんなに成長条件をコントロールしても、（０００１）面だけを上面にもって成長する領域が存在する。Ｃ面成長部分の欠陥は、低欠陥単結晶領域Ｚへ移動することになる。だから特許文献３のように直線状一次元欠陥集合領域Ｈを設けたパターンでは、Ｃ面成長領域Ｙが直線状に存在し、低欠陥単結晶領域Ｚの欠陥の減少は限界があり、１×１０６ｃｍ−２程度以下にはなかなかならない。 
【０１２０】
ところが本発明のように、欠陥集合領域Ｈを閉曲線をなすよう（好ましくは多角形状に）二次元的に配置すると、欠陥集合領域Ｈを直線状に配置する場合に比べて、Ｃ面成長領域Ｙが減少する。そのため多角形状に配置された欠陥集合領域Ｈに囲まれた低欠陥単結晶領域Ｚでの欠陥密度は、欠陥集合領域Ｈを直線状に配置させた場合より、１／１０程度に減少させることが可能になる。低欠陥単結晶領域Ｚの欠陥密度は１×１０５ｃｍ−２に下がる。もっと条件の良いときには、更に１×１０４ｃｍ−２程度に下がることもある。
【０１２１】
なお閉曲線の形状は、円形より、直線を組み合わせた形状（多角形）の場合、特に下地結晶の対称性を考慮した直線を組み合わせた形状の場合（六方晶の（０００１）面なら三角形、菱形、台形、六角形など）にきれいなファセット面が出現し、欠陥低減の効果が高い。 
【０１２２】
［大面積が可能な理由］ 
成長は、気相（ガス）反応を用いているため、ガスが入り込めない領域で成長は起こらない。成長中に出現するファセット面は、約４５゜と決まっているため、欠陥集合領域Ｈが直線状に配置された構造（特許文献３：ストライプ型）では、表面の凹凸（溝深さ）は、パターンのピッチサイズによって決定される。例えば最大２ｍｍのピッチでは、ファセットの角度を４５゜と仮定すると、最表面から谷底までの深さは約１ｍｍ近くになる。谷はウエハ−に一方向に出現するため、ウエハ−中央部では原料ガスが入り込めない、ガスが抜けないなど均一な結晶成長にとり悪条件となる。 
【０１２３】
しかし本発明のように欠陥集合領域Ｈを多角形状に配置すると、最大の高さは直線状配置の場合と同一になるが、ガスの抜ける方向があらゆる方向に存在するために、高低差が１ｍｍ以上であっても、問題なく結晶が成長する。実際に幅５ｍｍ、高低差が約２．５ｍｍあるサンプルでも面内にほぼ均一に成長することを確認した。 
【０１２４】
［応用例］ 
このように大面積（最大で２０ｃｍ２）で低欠陥（最小で１×１０４ｃｍ−２以下）を持つ、窒化物半導体ウエハ−を製造すると、次のような用途で、より高品質な素子が作製可能となる。
【０１２５】
発光素子（発光ダイオード、半導体レーザ）、電子素子（整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ）、半導体センサ−（温度センサ−、圧力センサ−、放射センサ−、可視−紫外光検出器）、ＳＡＷデバイス、加速度センサ−、ＭＥＭＳ部品、圧電振動子、共振器、圧電アクチュエータ 
【０１２６】
中でも発光素子では、高電流密度注入時（１×１０３〜１×１０５Ａ／ｃｍ２）に、欠陥密度１×１０７ｃｍ−２の場合と比べて、本発明の基板から作製したデバイスは数十〜数百倍の寿命があることを確認した。窒化物系発光素子での劣化原因としては
【０１２７】
（１）活性層中の欠陥の増殖 
【０１２８】
（２）欠陥を通しての不純物元素の拡散など 
【０１２９】
が指摘されている。本発明は、もともと欠陥が少ないウエハ−を用いることによって活性層に貫通する欠陥を大幅に抑制する事ができ、それによって長寿命化が達成できたものと思われる。 
【０１３０】
電子素子は、特に、高電圧、大電流で効果を確認した。このデバイスも欠陥がおそらく電流のリークパスとなるため、欠陥密度が１×１０７ｃｍ−２の場合に比べて耐圧特性が向上したものと考えられる。 
【０１３１】
リークパスの存在はセンサーにも重大な影響（ノイズとなる部分）を与えるため、高感度のセンサーの作製が本発明によって可能となる。 
【実施例１】
【０１３２】
［実施例１（サファイヤテンプレート下地基板：パターン・試料Ａ〜Ｊ：図１１〜１５）］   
下地基板として、ＭＯＣＶＤ法によって２〜５μｍ程度のＧａＮ薄膜を堆積させた２インチ径のサファイヤ基板を用いた。これをサファイヤテンプレートと呼ぶ。サファイヤテンプレートの上にスパッタリングによって１００ｎｍ厚みのＳｉＯ２膜を堆積させた。通常のフォトリソグラフィとエッチングによってＳｉＯ２のマスクパターンを作製した。だからここでの層構造は下から順にＳｉＯ２／ＧａＮ／サファイヤとなる。パターンの一つの単位を図１１〜図１５に示す。それらは一つの単位しか描いていないが実際には縦横の同じ寸法形状のものがくまなく繰り返しているのである。
【０１３３】
［１．パターンＡ〜Ｅ  （正三角形の繰り返しパターン；図１１）］ 
図１１は正三角形のマスクパターンである。これは一つしか示していないが実際には同じ正三角形が隙間なく縦横に並ぶ繰り返しパターンである。一辺が＜１０−１０＞方向に平行になるようにしている。ＧａＮは三回対称性のある六方晶系の結晶であるから等価な方向が１２０゜の方向に存在する。だから正三角形の辺は全て＜１０−１０＞に平行なのである。方向の個別表現は鍵括弧［…］で、集合表現は角括弧＜…＞で示す。だから上の３辺はそれぞれ異なる［１０−１０］、［０１−１０］、［−１１００］方向に平行であるわけである。集合表現の＜１０−１０＞、＜０１−１０＞、＜−１１００＞方向はすべて上の３つの方向を含み同じものを表しているのである。
【０１３４】
サファイヤＣ面の上にＧａＮを成長させるとやはりＣ面を表面にするように結晶ができるが結晶主軸が９０゜回転する。サファイヤの［１１−２０］方向に平行なＧａＮ方向は［１０−１０］である。図１１〜１５ではそのような事を含んでＧａＮの結晶方位で表現している。 
【０１３５】
パターンの正三角形の一辺の長さをＨとし高さをＷとする。被覆部Υの幅をＴとする。Ｔ幅の部分がＳｉＯ２の被覆部Υである。内側の正三角形部分は下地基板（ＧａＮ／サファイヤ）が露呈した露出部である。正三角形であるが寸法を変えて６種類のマスクパターンを作製した。それぞれをパターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅとする。
【０１３６】
Ｗ（辺）      Ｈ（高さ）      Ｔ（幅） 
パターンＡ      ０．３５ｍｍ  ０．４ｍｍ        ０．００２ｍｍ 
パターンＢ      ０．３５ｍｍ  ０．４ｍｍ        ０．０５ｍｍ 
パターンＣ      ０．９ｍｍ        １ｍｍ        ０．１ｍｍ 
パターンＤ      ４．４ｍｍ        ５ｍｍ        ０．１ｍｍ 
パターンＥ      ４．４ｍｍ        ５ｍｍ        ０．３ｍｍ 
【０１３７】
これはＳｉＯ２被覆部Υの寸法である。パターンＡ〜Ｅの上にＧａＮ結晶を成長させたものを試料Ａ〜Ｅとする。被覆部Υの上には欠陥集合領域Ｈができる。露出部の上には主に低欠陥単結晶領域Ｚが成長する。中央部に僅かなＣ面成長領域Ｙができることもある。欠陥集合領域Ｈが反転層か、多結晶か、消失するかということ、及び露呈部Π結晶の端と中央での転位密度を検査した。その結果は表１に上げている。それは結晶成長方法や転位密度測定方法を述べたのちに試料ごとに説明する。
【０１３８】
［２．パターンＦ  （正四角形の繰り返しパターン；図１２）］ 
図１２のように正方形被覆部Υを繰り返し設けたパターンをＦとする。一辺Ｈを＜１０−１０＞方向の長さとする。他の一辺Ｗは＜１１−２０＞方向に平行である。パターンＦの寸法は以下のようである。
【０１３９】
Ｗ              Ｈ              Ｔ 
パターンＦ    １ｍｍ            １ｍｍ          ０．０５ｍｍ 
これが被覆部Υの寸法で被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈができる。被覆部Υで囲まれた内部の０．９ｍｍ×０．９ｍｍの正方形が露出部である。露出部の上に低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙができることもある。
【０１４０】
［３．パターンＧ  （菱形（正四角形）の繰り返しパターン；図１３）］ 
図１３のように菱形被覆部Υを繰り返し設けたパターンをＧとする。角度が９０゜の菱形であるから正方形なのであるが、＜１０−１０＞方向にも＜＞方向にも平行でなく４５゜の角度をなすようなパターンとしている。だから菱形と言える。この場合寸法の定義が先ほどとすこし違う。＜１１−２０＞方向の対角線長をＷとする。＜１０−１０＞方向の対角線長をＨとする。だから１辺はそれにｃｏｓ４５゜を掛けたものである。パターンＧの寸法は以下のようである。
【０１４１】
Ｗ              Ｈ              Ｔ 
パターンＧ    １ｍｍ            １ｍｍ          ０．０５ｍｍ 
【０１４２】
これが被覆部Υの寸法で被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈができる。被覆部Υの外側の大きさは０．７０７ｍｍ×０．７０７ｍｍである。被覆部Υで囲まれた内部の０．６９７ｍｍ×０．６９７ｍｍの正方形が露出部である。露出部の上に低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙができることもある。
【０１４３】
［４．パターンＨ，Ｉ  （正六角形の繰り返しパターン；図１４）］ 
図１４のように正六角形被覆部Υを繰り返し設けたパターンをＨ，Ｉとする。正六角形だから辺の長さで寸法を表現することもできるがここでは直径（対角線）の長さをＨとしており、平行対辺の距離をＷとしている。幅がＴであるのはこれまでと同じである。パターンＨ，Ｉの寸法は以下のようである。
【０１４４】
Ｗ              Ｈ              Ｔ 
パターンＨ    ０．１ｍｍ        ０．０９ｍｍ          ０．０５ｍｍ 
パターンＩ    ２ｍｍ            ２．３ｍｍ            ０．０５ｍｍ 
【０１４５】
これが被覆部Υの寸法で被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈができる。被覆部Υで囲まれた内部の正六角形が露出部である。露出部の上に低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙができることもある。パターンＨ、Ｉはともに正六角形が繰り返すパターンであるが、パターンＩの方が２０倍大きいものになっている。
【０１４６】
［５．パターンＪ  （不等六角形の繰り返しパターン；図１５）］ 
図１５のように不等六角形被覆部Υを繰り返し設けたパターンをＪとする。１２０゜の内角をもち４辺は短く平行２辺が長くなっている。長辺は＜１０−１０＞方向に平行である。長い方の直径をＨとして、短い方の直径をＷとしている。パターンＪの寸法は以下のようである。
【０１４７】
Ｗ              Ｈ              Ｔ 
パターンＪ    ０．４ｍｍ        ２０ｍｍ          ０．０５ｍｍ 
【０１４８】
これが被覆部Υの寸法で被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈができる。被覆部Υで囲まれた内部の不等六角形が露出部である。露出部の上に低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙができることもある。
【０１４９】
ＧａＮ結晶の成長はＭＯＣＶＤ法またはＨＶＰＥ法による。ここでは主にＨＶＰＥ法によって行った。縦長のホットウオール型炉の中央部に抵抗加熱サセプタを、上方にＧａ溜めを設ける、上方からＨＣｌ＋水素、水素＋アンモニアガスを導入するようになっている。サセプタの上に先ほどのマスクを形成した下地基板（ＳｉＯ２／ＧａＮ／サファイヤ）を置き１０００℃以上に加熱しておく。Ｇａ溜めの金属Ｇａを８００℃以上に加熱してＧａ融液としておきそこへ水素＋ＨＣｌガスを吹き込みＧａＣｌを生成する。ＧａＣｌガスが下方へ流れサセプタ上の下地基板に接触するアンモニアガス（Ｈ２＋ＮＨ３）がここへ吹き込まれるのでＧａＣｌとアンモニアが反応してＧａＮができそれが下地基板の上に堆積する。
【０１５０】
パターンＡの成長条件 
ＭＯＣＶＤ法     
基板温度＝１０３０℃  
ＮＨ３／Ｇａ＝２０００ 
成長時間＝３０時間
【０１５１】
パターンＢ〜Ｊの成長条件 
ＨＶＰＥ法 
Ｇａ溜め温度＝８００℃、 
基板温度＝１０５０℃  
ＮＨ３分圧２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ）     
ＨＣｌ分圧０．０２ａｔｍ 
【０１５２】
５ｍｍの厚みまでＧａＮを成長させた試料をスライスし研磨してウエハ−に加工した。パターンＡ〜Ｊのマスクの上にＧａＮ薄膜を形成した試料をサンプルＡ〜Ｊということにする。つまりパターン名とサンプル名を一致させる。ウエハ−の表面を顕微鏡観察してエッチピットの数を数えた。研磨面のままではエッチピットが現れない。 
【０１５３】
燐酸と硫酸の混合溶液を２４０℃〜２８０℃に加熱し、ＧａＮ／下地基板の試料を浸す。すると表面の欠陥部分にエッチピットが発生する。一定面積内のエッチピットを数えてエッチピット密度を求めることができる。ノマルスキ微分干渉顕微鏡を用いて０．１ｍｍ×０．１ｍｍの範囲のピット数を数えた。計数可能なピット数の下限は１００００個／ｃｍ２である。上限は１０８ｃｍ−２程度である。表１に試料記号Ａ〜Ｗとそのマスク形状、寸法、成長厚み（０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、１ｍｍ、２ｍｍ、５ｍｍ）毎の露呈部Πでの端と中央部での転位密度（ＥＰＤ）を示した。
【０１５４】
【表１】
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【０１５５】
［試料Ａ（Ｗ＝０．３５ｍｍ、Ｈ＝０．４ｍｍ、Ｔ＝０．００２ｍｍ；正三角形）］  正三角形マスクパターンＡの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた場合、結晶欠陥集合領域Ｈの発生を確認できなかった。パターンＡは被覆部Υ幅がＴ＝０．００２ｍｍで狭すぎるからであろう。ＨＶＰＥ法は成長が速いのが特長である。しかし速すぎて、小さい被覆部ΥがすぐにＧａＮ結晶で埋められてしまうようである。そのため、２μｍ程度の幅Ｔの領域に欠陥集合領域Ｈを発生させることができないようである。狭い幅Ｔの被覆部Υの上に欠陥集合領域Ｈが発生するにはある程度成長速度が遅くないといけないということである。そこでパターンＡに関しては成長速度の遅いＭＯＣＶＤ法を使って成長させ、欠陥集合領域Ｈの発生が可能かどうか調べた。その結果、表１試料Ａ欄に示すように、パターンＡのように細かい被覆部Υ幅のパターンでも成長速度を遅くすることによって欠陥集合領域Ｈを発生させることができるということがわかった。
【０１５６】
結晶厚みが０．１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層（他の部分Ｚ、Ｙと結晶方位が反対である単結晶）であり、露出部（Ｚ、Ｙ）の中央での転位密度が１×１０７ｃｍ−２、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２であった。反転層である欠陥集合領域Ｈの転位密度低減効果が大きい。
【０１５７】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、露出部の中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２である。端では先ほどよりも転位が増えている。一旦集束した転位がばらけ、拡散したのである。その原因は欠陥集合領域Ｈが消失したことにある。もともと被覆部Υ幅Ｔが０．００２ｍｍと狭いから、欠陥集合領域Ｈ幅Ｔ’は狭く、成長とともに痩せてきてついに消滅したのである。
【０１５８】
［試料Ｂ（Ｗ＝０．３５ｍｍ、Ｈ＝０．４ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ；正三角形）］  正三角形マスクパターンＢの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈが発生した。試料Ａより被覆部Υが広い（０．０５ｍｍ）からである。ＨＶＰＥは成長速度が速いので厚みが０．１ｍｍでは転位密度（ＥＰＤ）を調べない。 
【０１５９】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層であり、露出部（Ｚ、Ｙ）の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。反転層である欠陥集合領域Ｈの転位密度低減効果が中央での転位密度に大きく現れている。
【０１６０】
結晶厚みが１ｍｍのとき、露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。中央での１×１０４ｃｍ−２というのはすばらしい転位低減の効果を示す。そのような低転位は本発明によって初めて実現される。欠陥集合領域Ｈは反転層でその転位減少効果である。
【０１６１】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈが消失した。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりも転位が増えている。欠陥集合領域Ｈが消えたので露出部での転位が増加した。
【０１６２】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはすでにない。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈが消えたので露出部での転位がさらに増加したのである。
【０１６３】
［試料Ｃ（Ｗ＝０．９ｍｍ、Ｈ＝１ｍｍ、Ｔ＝０．１ｍｍ；正三角形）］ 
正三角形マスクパターンＣの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈが発生し転位低減効果は膜厚が２ｍｍまで持続した。それは、試料Ｂより被覆部Υが広い（０．１ｍｍ）からである。 
【０１６４】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層であり、露出部中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。
【０１６５】
結晶厚みが１ｍｍのとき、露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈは反転層でその転位減少効果である。
【０１６６】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは依然として反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりも転位が減っている。特に中央部での１×１０４ｃｍ−２というのは本発明には顕著な低減効果があることを示す。このような低転位はこれまでの手法では到達不可能であった。欠陥集合領域Ｈが生きているので転位がさらに減少したのである。
【０１６７】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは一部反転層で一部消失しかけであった。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりも転位が増えている。欠陥集合領域Ｈが消えかけているので露出部での転位がさらに増加したのである。
【０１６８】
［試料Ｄ（Ｗ＝４．４ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、Ｔ＝０．１ｍｍ；正三角形）］ 
正三角形マスクパターンＤの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈが発生し転位低減効果は膜厚が５ｍｍまで持続した。それは、試料Ｂ、Ｃより露出部が広い（Ｈ＝５ｍｍ）からである。 
【０１６９】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層であり、露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。
【０１７０】
結晶厚みが１ｍｍのとき、露出部の中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が６×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈは反転層でその転位減少効果である。
【０１７１】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは依然として反転層である。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりも転位が減っている。欠陥集合領域Ｈが生きているので転位がさらに減少したのである。
【０１７２】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは一部反転層で一部消失しかけであった。露出部の中央での転位密度が５×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が５×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈの効果が持続している。
【０１７３】
試料Ｃと試料Ｄを比較すると、マスク被覆部Υ網目パターンが大きいほど転位低減効果の発生は遅れるが膜厚が増えても低減効果は長く持続するということがわかる。網目パターンが大きいと露出部（Ｚ、Ｙ）と輪郭線の距離が増え転位の掃き出しが遅れるので転位低減効果が遅れるのだと考えられる。しかしパターンが大きいと膜厚が増えてもマスク被覆部Υの上の欠陥集合領域Ｈが消失しにくいので転位低減効果は長く持続するのである。膜厚の大きい結晶で低転位のものが欲しいという場合は網目パターンを大きくすれば良いのである。
【０１７４】
［試料Ｅ（Ｗ＝４．４ｍｍ、Ｈ＝５ｍｍ、Ｔ＝０．３ｍｍ；正三角形）］ 
正三角形マスクパターンＥの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈが発生し転位低減効果は膜厚が５ｍｍまで持続した。しかし欠陥集合領域Ｈは反転層でなく多結晶であった。試料Ｄと比べて欠陥集合領域Ｈが多結晶になったのは被覆部Υ幅Ｔが大きい（０．３ｍｍ）からだと思われる。 
【０１７５】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶層であり、露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。欠陥集合領域Ｈが多結晶であっても反転層であっても低減効果はあまり変わらない。
【０１７６】
結晶厚みが１ｍｍのとき、露出部の中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈは多結晶であり、その転位減少効果である。
【０１７７】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりも転位が減っている。多結晶の欠陥集合領域Ｈが生きているので転位がさらに減少したのである。
【０１７８】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が４×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈの効果が持続している。試料Ｃ、Ｄ、Ｅをみれば、露出部上（Ｚ、Ｙ）の転位密度が１０６ｃｍ−２以下になっていることが多い。とくに中央部では１０６ｃｍ−２以下に下がり１０５〜１０４ｃｍ−２となる場合もある。
【０１７９】
［試料Ｆ（Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：四角形）］ 
＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に平行辺をもつ四角形マスクパターンＦの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは一部反転層で一部は消失した。膜厚が２ｍｍ以上で欠陥集合領域Ｈは消失した。それとともに転位低減効果もなくなり膜厚とともに転位は増加した。 
【０１８０】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは＜１０−１０＞に平行な部分は反転層となり、＜１１−２０＞に平行な部分は消失した。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈが一部にあるので転位低減効果がある。
【０１８１】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは＜１０−１０＞に平行な部分は反転層となり、＜１１−２０＞に平行な部分は消失した。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈが一部残っており、その転位減少効果である。
【０１８２】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消失した。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２である。転位が少し増えている。欠陥集合領域Ｈが消失したからである。
【０１８３】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が８×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈがなく転位は増える。
【０１８４】
試料Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを比較してみれば、露呈部Πの多角形としては正方形より正三角形が適しているようである。正四角形網目マスクでも、露出部上（Ｚ、Ｙ）中央部の転位密度を１０６ｃｍ−２以下にすることができる。
【０１８５】
［試料Ｇ（Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：四角形）］ 
＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に４５゜の角度をなす辺をもつ四角形マスクパターンＦの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層で転位低減効果がある。膜厚が２ｍｍ以上で欠陥集合領域Ｈは消失し、転位低減効果もなくなり膜厚とともに転位は増加した。 
【０１８６】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に４５゜の角度をなす欠陥集合領域Ｈは反転層となった。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２、端での転位密度が４×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがあるので転位低減効果がある。
【０１８７】
結晶厚みが１ｍｍのとき、＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に４５゜の角度をなす欠陥集合領域Ｈは反転層となった。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈが反転層として存在しており、その転位減少効果である。
【０１８８】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈが消失した。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。転位が少し増えている。欠陥集合領域Ｈが消失したからである。
【０１８９】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央での転位密度が８×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０８ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈがなく転位は増える。
【０１９０】
試料Ｆ、Ｇを比較してみれば、露呈部Πの多角形としては正方形を選んだ場合、四辺が＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に平行であるより、非平行であるほうが転位減少効果、欠陥集合領域存続効果ともに優れるようである。特に＜１１−２０＞方向に平行な被覆部Υが消滅しやすいということがわかる。その原因はわからない。
【０１９１】
［試料Ｈ（Ｗ＝０．１ｍｍ、Ｈ＝０．０９ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
正六角形マスクパターンＨの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層として存在し転位低減効果があった。２ｍｍで欠陥集合領域Ｈが消失し転位は増加に転ずる。 
【０１９２】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層となる。露出部中央での転位密度が８×１０４ｃｍ−２で，０．５ｍｍ程度の膜厚でこれほどの低転位はなかなか得られないものである。端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがあるので転位低減効果がある。
【０１９３】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で抜きんでて低転位である。端での転位密度が５×１０５ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈがありその転位減少効果である。
【０１９４】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消失した。露出部の中央での転位密度が８×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。膜厚が０．５ｍｍの場合と同じぐらいに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈが消失したからである。
【０１９５】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈがなく転位が増える。
【０１９６】
試料Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈを比較してみれば、露呈部Πの多角形としては正方形より正三角形が、正三角形よりは正六角形が適しているようである。正六角形網目マスクの場合は１×１０４ｃｍ−２まで転位を減少させることができる。
【０１９７】
［試料Ｉ（Ｗ＝２ｍｍ、Ｈ＝２．３ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
正六角形マスクパターンＩの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層として存在し転位低減効果があった。２ｍｍで欠陥集合領域Ｈが消失し転位は増加に転じた。 
【０１９８】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層となる。露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が４×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがあるので転位低減効果がある。
【０１９９】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が６×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈがありその転位減少効果である。
【０２００】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消失した。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈが消失しても中央部の転位密度は減少している。
【０２０１】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が増えている。欠陥集合領域Ｈがなく転位が増える。
【０２０２】
［試料Ｊ（Ｗ＝０．４ｍｍ、Ｈ＝２０ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：長六角形）］ 
長六角形マスクパターンＪの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。細長比は５０倍である。膜厚が５ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層として存在し転位低減効果があった。 
【０２０３】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層となる。露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがあるので転位低減効果がある。
【０２０４】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が５×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈがありその転位減少効果である。
【０２０５】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が８×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈの作用で転位密度は減少している。
【０２０６】
結晶厚みが５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が７×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりも僅かに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈの効果が持続している。
【０２０７】
試料Ｈ、Ｉ、Ｊを比較すると、マスクパターンが大きいほど膜厚がかなり大きくなるまで欠陥集合領域Ｈが存続し転位減少効果が持続するようである。 
【０２０８】
マスク被覆幅Ｔが狭いほど、成長後に欠陥集合領域Ｈが狭くなり、成長厚みが増加するに従い、欠陥集合領域Ｈが狭くなるようである。そして更に膜厚が増えると欠陥集合領域Ｈが消える。 
【０２０９】
「消失」と記載している部分は、面欠陥としての欠陥集合領域Ｈが存在しなくなる領域である。しかしその（被覆部Υ上）部分でも欠陥を集合させているということには変わりない。しかし面欠陥でないと欠陥の閉じ込め効果が低いようである。だから面欠陥である欠陥集合領域Ｈを形成するほうが欠陥を減らす上で有効である。
【０２１０】
マスク被覆部Υを、ＧａＮの＜１０−１０＞方向に平行にするとうまく、面欠陥を含む欠陥集合領域Ｈを発生させることができるようである。それは四辺型のパターンＦ、Ｇによって確認した。
【０２１１】
ぴったり＜１０−１０＞に平行でなく、この方向から±１５゜の範囲の角度であれば欠陥集合領域Ｈがうまく発生するようである。それは４角形の９０゜パターンで確認した。 
【０２１２】
六角形の場合、正六角形のパターンでは面欠陥を含む欠陥集合領域Ｈの成長厚み依存性が大きい。しかし正六角形から離れると、欠陥集合領域Ｈの成長厚み依存性は小さくなるようである。 
【実施例２】
【０２１３】
［実施例２（ＧａＡｓ、Ｓｉ、サファイヤ、ＳｉＣ下地基板：試料Ｋ〜Ｎ）］   
下地基板をサファイヤテンプレートでなく、ＧａＡｓ（１１１）Ａ（試料Ｋ）、Ｓｉ（試料Ｌ）、ＳｉＣ（試料Ｍ）、サファイヤ（試料Ｎ）下地基板などにした。下地基板の上にマスクを付け、ＧａＮを成長させて欠陥集合領域Ｈの発生の様子を調べた。 
【０２１４】
これら下地基板に、スパッタリングで１００ｎｍ厚みのＳｉＯ２膜を堆積し、通常フォトリソグラフィとエッチングによってＳｉＯ２マスクパターンＫ、Ｌ、Ｍ、Ｎを作製した。マスクパターンはいずれも正六角形で同じであるが下地基板が異なる。 
【０２１５】
Ｗ          Ｈ        Ｔ 
パターンＫ（ＧａＡｓ下地基板）      １         １．２      ０．０５ 
パターンＬ（Ｓｉ下地基板）          １         １．２      ０．０５ 
パターンＭ（６ｈ−ＳｉＣ）          １         １．２      ０．０５ 
パターンＮ（サファイヤ）            １          １．２    
０．０５ 
【０２１６】
それぞれの下地基板の上にＨＶＰＥ法によって低温堆積層（バッファ層）と高温堆積層（エピタキシャル層）よりなるＧａＮ薄膜を成長させた。 
【０２１７】
（Ａ．ＧａＮ低温堆積層の形成） 
低温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度         ８００℃ 
下地基板温度     ４９０℃ 
ＮＨ３分圧        ０．２ａｔｍ（２０ｋＰａ） 
ＨＣｌ分圧        ２．０×１０−３ａｔｍ（２００Ｐａ） 
成長時間          １５分 
ＧａＮ膜厚        ５０ｎｍ 
【０２１８】
（Ｂ．ＧａＮ高温堆積層の形成） 
高温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度         ８００℃ 
下地基板温度     １０１０℃ 
ＮＨ３分圧        ０．２ａｔｍ（２０ｋＰａ） 
ＨＣｌ分圧        ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 
成長時間          １１時間 
【０２１９】
いずれの下地基板を用いても、欠陥集合領域は生ずるようである。ＧａＡｓ（１１１）Ａ、サファイヤ、ＳｉＣ下地基板ではいずれも面欠陥を含む欠陥集合領域Ｈをマスク被覆部Υの上に形成することができた。 
【０２２０】
しかしＳｉ下地基板の場合は面欠陥を含む欠陥集合領域Ｈを発生させることができなかった。それはＳｉとＧａが反応して成長界面の制御が狙い通り進まなかったからである。 
【０２２１】
図１６にＧａＡｓ（１１１）面を下地基板として作製した窒化ガリウム結晶の成長直後の模式的な斜視図を示す。正六角形のマスク被覆部Υに対応した正六角形部分が欠陥集合領域Ｈになりそれによって囲まれる部分から六角錐形状のＧａＮが成長している。ＧａＮの六角錐の頂面に水平部分が少し存在する。六角錐の傾斜面がファセット面である。ファセット面のある部分が低欠陥単結晶領域Ｚである。水平に成長した頂点部分がＣ面成長領域Ｙである。そのような実際に凹凸のある結晶となる。傾斜面の角度は決まっている。マスク露呈部Πと同じ寸法をもつ六角錐ができるのであるから、上頂部はかなりの高さになる訳である。かなりの高さになるが平面から突出した部分は基板として使えない。そのような凹凸のある厚い結晶を横方向にスライスしてアズカットウエハ−とし研磨して平滑な面を形成した。
【０２２２】
研磨したウエハ−の斜視図を図１７に示す。表面に正六角形の低欠陥単結晶領域Ｚができる。その部分は転位密度が低く良質の単結晶である。正六角形の辺にそった部分が欠陥集合領域Ｈである。欠陥集合領域Ｈはマスク被覆部Υの幅Ｔよりすこし狭いようである。低欠陥単結晶領域Ｚの正六角形の中心にはＣ面成長領域Ｙが存在する。これは大体六角形であるが形状や寸法はまちまちである。実際にそのような区別が見える訳ではない。ＧａＮウエハ−は、肉眼でみた場合一様なガラスのような感じである。カソードルミネッセンス（ＣＬ）によってそのような区別がはじめてあらわれる。
【０２２３】
［試料Ｋ（ＧａＡｓ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
【０２２４】
試料Ｋ〜Ｎは下地基板をＧａＡｓ、Ｓｉ、ＳｉＣ、サファイヤというように異ならせている。試料ＫではＧａＡｓ下地基板上の正六角形マスクパターンＫの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層として存在し転位低減効果があった。膜厚が増えて欠陥集合領域Ｈが消えても中央部では転位が減少した。周辺部で転位が増加に転じても遅延効果があり中央部での低減傾向はしばらく続くのである。 
【０２２５】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがあるので転位低減効果がある。
【０２２６】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。先ほどよりもさらに転位が減っている。欠陥集合領域Ｈがありその転位減少効果である。
【０２２７】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消失した。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２であり低減効果が暫く中央部では持続するのでそのような低転位となった。端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈの作用で転位密度は減少している。
【０２２８】
厚み２ｍｍで欠陥集合領域Ｈが消えたのでそこで成長を中止した。試料Ｋと試料Ｉを比較すると、下地基板としては、ＧａＮ／サファイヤよりＧａＡｓの方が転位密度を減らすためにはより有効なようである。 
【０２２９】
［試料Ｌ（Ｓｉ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料ＬではＳｉ下地基板上の正六角形マスクパターンＬの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。被覆部Υ上の閉じられた欠陥集合領域Ｈははじめから存在しないが被覆部Υによる転位減効果はあった。Ｓｉは欠陥集合領域Ｈを作る事ができず下地基板としてはあまり良くないということである。
【０２３０】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。境界Ｋをもつ反転層、多結晶層である領域がない。被覆部Υ上は周囲と同じ方位の単結晶に近いものである。しかしファセットは存在するから被覆部Υへ転位を掃き出す効果はある。露出部中央での転位密度が３×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が４×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがないが被覆部Υによる転位低減効果はある。
【０２３１】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央での転位密度が３×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０６ｃｍ−２である。被覆部Υによる転位減少効果である。
【０２３２】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が３×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈがなくファセットの掃き出し作用だけがあるので露呈部Πの中央で転位が減り端では減らない。
【０２３３】
［試料Ｍ（６ｈ−ＳｉＣ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料Ｍでは６ｈ−ＳｉＣ下地基板上の正六角形マスクパターンＭの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。「６ｈ−」というのは六方晶ということである。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在したが、２ｍｍで消失した。露呈部Π中央は遅延効果があるので膜厚２ｍｍまで転位密度が減少し続けた。６ｈ−ＳｉＣは下地基板として欠陥集合領域Ｈを作ることができる。下地基板としての適性は、ＧａＡｓとＳｉの中間程度である。
【０２３４】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が４×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２３５】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が２×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２３６】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が２×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈがなくファセットの掃き出し作用だけがあるので露呈部Πの中央で転位が減るが端では減らない。
【０２３７】
［試料Ｎ（サファイヤ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料Ｎではサファイヤ下地基板上の正六角形マスクパターンＮの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。試料Ａ〜Ｊも下地基板はサファイヤを含むが、サファイヤの上に２μｍ厚みのＧａＮ薄膜を成長させたテンプレート基板である。試料Ｎの下地基板はＧａＮ薄膜のないサファイヤ下地基板の上にマスクをつけＧａＮを成長させたものである。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在したが、２ｍｍで消失した。露呈部Π中央は遅延効果があるので膜厚２ｍｍまで転位密度が減少し続けた。サファイヤは下地基板として欠陥集合領域Ｈを作ることができる。下地基板としての適性は、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉよりすぐれているようである。
【０２３８】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２３９】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２４０】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が２×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈがなくファセットの掃き出し作用だけがあるので露呈部Πの中央で転位が減るが端では減らない。
【０２４１】
試料Ｋ〜Ｎを比較すると転位を減らすという観点から、下地基板としては、サファイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）、ＧａＡｓ、ＳｉＣ、Ｓｉの順に優れているらしいということがわかる。 
【０２４２】
ウエハ−（試料Ｋ）の結晶性を、Ｘ線回折によって評価した。Ｘ線源には、Ｃｕ−Ｋα１（λ＝０．１５４０５６ｎｍ）を使用した。Ｘ線回折装置としては、スペクトリスＸ’ｐｅｒｔ−ＭＲＤを使用した。結晶に照射されるＸ線の面積を０．２５ｍｍ２以下となるようにスリットなどで調整した。回折強度は（００４）回折で測定した。
【０２４３】
（００４）というのは３指数法の表現であり四指数法だと（０００４）である。回折強度グラフを図１８に示す。横軸は角度（秒）であり、縦軸はカウント数である。半値幅ＦＷＨＭは３０秒以下であった。それは良好な結晶性をもっているということがわかる。それはＧａＡｓを下地基板とするものであるが、ＳｉＣやサファイヤを下地基板とするものでも同様に優れた結晶性であることがわかった。 
【０２４４】
上記ウエハ−（ＧａＡｓ下地基板から成長させスライスし研磨したもの）をＭＯＣＶＤ法装置にセットし、有機金属原料とアンモニアなどを材料として、発光ダイオード（ＬＥＤ）を作製した。 
【０２４５】
層構造を図１９に示す。ＧａＮ基板の上に、５μｍのｎ−ＧａＮバッファ層、１５０ｎｍのｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層、５０ｎｍのｎ−Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ層、１５０ｎｍのｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ層、５００ｎｍのｐ−ＧａＮ層を有する構造である。表面にＮｉ／Ａｕ電極（ｐ電極）を、裏面にＴｉ／Ａｌ電極（ｎ電極）を作製した。電極形成後、裏面をワックスで保護し、ＫＯＨ溶液（１規定：１００℃）に４時間浸して欠陥集合領域Ｈだけを選択的にエッチングした。それによって６角形のＬＥＤチップができた。これをＬＥＤ１とする。
【０２４６】
欠陥密度が１×１０７ｃｍ−２のＧａＮウエハ−を用いて図１９の構造をもち同じ発光面積をもつＬＥＤ２を作製した。
【０２４７】
ＬＥＤ１とＬＥＤ２に同じ条件で通電して発光させた。２０ｍＡの電流で駆動したときにＬＥＤ１は、ＬＥＤ２に比較して約１．２倍の発光強度が得られた。 
【０２４８】
１００ｍＡ通電して寿命試験を行った。ＬＥＤ１は、ＬＥＤ２の１０倍以上の長い寿命があるということを確認した。 
【０２４９】
それは本発明の実施例２にかかるＧａＮウエハ−の転位密度が少なく良質の基板であるということによる効果である。 
【実施例３】
【０２５０】
［実施例３（ＳｉＯ２、ＳｉＮ、Ｐｔ、Ｗマスク：試料Ｏ〜Ｒ）］ 
パターンはいずれも同じであるが、マスクの材質だけを変えた。ＳｉＯ２マスク（試料Ｏ）、Ｓｉ３Ｎ４マスク（試料Ｐ）、Ｐｔマスク（試料Ｑ）、Ｗマスク（試料Ｒ）の材料を用いた。マスク厚みはいずれも１００ｎｍである。 
【０２５１】
Ｗ              Ｈ              Ｔ 
パターンＯ（ＳｉＯ２）  １ｍｍ      １．２ｍｍ        ０．０５ｍｍ
パターンＰ（Ｓｉ３Ｎ４）１ｍｍ      １．２ｍｍ        ０．０５ｍｍ
パターンＱ（Ｐｔ）  １ｍｍ      １．２ｍｍ       ０．０５ｍｍ
パターンＲ（Ｗ）    １ｍｍ      １，２ｍｍ       ０．０５ｍｍ
【０２５２】
その上に低温で薄いＧａＮバッファ層を形成し、高温で厚いＧａＮエピ層を形成した。その条件は以下の用である。 
【０２５３】
（Ａ．ＧａＮ低温堆積層の形成） 
低温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度         ８００℃ 
下地基板温度     ４９０℃ 
ＮＨ３分圧        ０．２ａｔｍ（２０ｋＰａ） 
ＨＣｌ分圧        ２．０×１０−３ａｔｍ（２００Ｐａ） 
成長時間          １５分 
ＧａＮ膜厚        ５０ｎｍ 
【０２５４】
（Ｂ．ＧａＮ高温堆積層の形成） 
高温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度         ８００℃ 
下地基板温度     １０１０℃ 
ＮＨ３分圧        ０．２ａｔｍ（２０ｋＰａ） 
ＨＣｌ分圧        ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 
成長時間          １１時間 
【０２５５】
マスクをＳｉＯ２とした場合は、その上に面欠陥を含む欠陥集合領域Ｈを形成することができた。しかしＳｉ３Ｎ４をマスクとした場合は、面欠陥を発生させることができなかった。だから表１には「消失」と書いている。 
【０２５６】
Ｐｔマスク、Ｗマスクの上にＧａＮを成長させた場合、マスクの上に欠陥集合領域Ｈはできるがそれは単結晶でなく多結晶となるようである。 
【０２５７】
欠陥集合領域Ｈが明確にできてそれが他の部分の単結晶と方位が反転する反転層となるためにはＳｉＯ２マスクがこのなかでは最も適していると言える。 
【０２５８】
［試料Ｏ（ＳｉＯ２：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
実施例３の試料Ｏ〜Ｒでは下地基板はＧａＡｓ（１１１）Ａ面単結晶であるが、マスクの材料がＳｉＯ２、Ｓｉ３Ｎ４、Ｐｔ、Ｗとしている。 
試料ＯではＧａＡｓ下地基板上の正六角形ＳｉＯ２マスクパターンＯの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。  欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在したが、２ｍｍで消失した。露呈部Π中央は遅延効果があるので膜厚２ｍｍまで転位密度が減少し続けた。 
【０２５９】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２６０】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２６１】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈがなくファセットの掃き出し作用だけがあるので露呈部Πの中央で転位が減るが端では減らない。ＳｉＯ２はマスク材料として好適であることがわかる。
【０２６２】
［試料Ｐ（Ｓｉ３Ｎ４：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料ＰではＧａＡｓ下地基板上の正六角形Ｓｉ３Ｎ４マスクパターンＰの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈははじめから発生しなかった。しかしファセット丘Σは形成され被覆部Υへ転位を運び込む作用はあるので転位をある程度減らすことができる。 
【０２６３】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部中央での転位密度が２×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２であった。ファセット丘Σと被覆部Υによる転位低減効果である。
【０２６４】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０６ｃｍ−２である。ファセット丘Σと被覆部Υによる転位減少効果である。
【０２６５】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が６×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈがなくファセットの掃き出し作用だけがあるので露呈部Πの中央で転位が減るが端では増える。欠陥集合領域Ｈを作らないのでＳｉ３Ｎ４はマスク材料としてあまり好適でないことがわかる。
【０２６６】
［試料Ｑ（Ｐｔ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料ＱではＧａＡｓ下地基板上の正六角形ＰｔマスクパターンＱの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈは多結晶層として２ｍｍ膜厚まで存在した。多結晶欠陥集合領域Ｈの作用で露呈部Π中央、端ともに結晶成長とともに（膜厚が増えるに従って）転位が減少した。 
【０２６７】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が５×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２６８】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が５×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２６９】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が２×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈが存在するので転位は露呈部Π中央でも端でも減少する。
【０２７０】
Ｐｔマスクは転位密度を２×１０５ｃｍ−２以下にできないが多結晶の欠陥集合領域Ｈを維持するのでマスク材料として有効である。
【０２７１】
［試料Ｒ（Ｗ：Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１．２ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：正六角形）］ 
試料ＲではＧａＡｓ下地基板上の正六角形ＷマスクパターンＲの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。欠陥集合領域Ｈは多結晶層として２ｍｍ膜厚まで存在した。多結晶欠陥集合領域Ｈの作用で露呈部Π中央、端ともに結晶成長とともに（膜厚が増えるに従って）転位が減少した。 
【０２７２】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部中央での転位密度が３×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２であった。多結晶欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２７３】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が３×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２７４】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が２×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈが存在するので転位は露呈部Π中央でも端でも減少する。
【０２７５】
Ｗマスクは転位密度を２×１０５ｃｍ−２以下にできないが多結晶の欠陥集合領域Ｈを維持するのでマスク材料として有効である。ＰｔやＷなど金属マスクは多結晶の欠陥集合領域Ｈを作り出す傾向があるようである。転位密度低減効果はＳｉＯ２より低いが膜厚が増えても低減効果が長続きするという利点があるようである。ＰｔマスクよりＷマスクの方が転位減少効果で勝っているようである。
【実施例４】
【０２７６】
［実施例４（ＡｌＮ、ＩｎＮ基板）試料Ｓ〜Ｗ）］ 
これまでは全て窒化ガリウム（ＧａＮ）の基板を作ることを目的としてきた。窒化ガリウム以外にＡｌを含む窒化物基板（試料Ｔ）、Ｉｎを含む窒化物基板（試料Ｕ）をこの方法を利用して作製することを試みた。 
【０２７７】
窒化アルミニウム（ＡｌＮ）は、Ｓｉの酸化膜（ＳｉＯ２）や窒化膜（Ｓｉ３Ｎ４）に対して選択性が得られないので、ＳｉＯ２やＳｉＮパターンのうえにＡｌ窒化物を成長させてもＧａＮのようなファセット成長を期待できない。そこで一旦マスクを形成しＧａＮ成長させて欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚを有するＧａＮをつくりそれを下地基板とすることを考えた。 
【０２７８】
用いた下地基板は、ＧａＡｓ（１１１）Ａ面表面にＳｉＯ２マスクを形成しその上にＨＶＰＥ法でＧａＮバッファ層、厚膜層を形成してスライスした実施例２（試料Ｋ）によって製造したＧａＮウエハ−である。 
【０２７９】
だから図１７に示すように正六角形の辺に沿って欠陥集合領域Ｈがあり、正六角形内部には低欠陥単結晶領域Ｚがあり、正六角形の中心部にはＣ面成長領域ＹがあるようなＧａＮ下地基板である。試料Ｓ、Ｔ、Ｕは正六角形マスクを使って実施例２で作製しスライス研磨したＧａＮ（試料Ｋ）のＨ＋Ｚ＋Ｙの正六角形構造をもつウエハ−である。 
【０２８０】
Ｗ          Ｈ          Ｔ 
試料Ｓ（ＧａＮ下地基板Ｋ）        １ｍｍ      １．２ｍｍ  ０．０５ｍｍ 
試料Ｔ（ＧａＮ下地基板Ｋ）        １ｍｍ      １．２ｍｍ  ０．０５ｍｍ 
試料Ｕ（ＧａＮ下地基板Ｋ）        １ｍｍ      １．２ｍｍ  ０．０５ｍｍ 
【０２８１】
試料Ｓ、Ｔ、Ｕは、ＨＶＰＥでそれぞれＧａＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮを成長させる。試料Ｓ、Ｔ、Ｕの生成はＨＶＰＥ法で共通するところも多い。 
つまり実施例４の試料Ｓ〜Ｗは、実施例２の方法で作製した試料ＫのＧａＮ結晶をスライス、研磨したウエハ−を下地基板とし、マスクは付けていない。試料ＳはＧａＮ下地基板にＧａＮを成長させ、試料ＴはＧａＮ下地基板の上にＡｌＧａＮを成長させ、試料ＵはＧａＮ下地基板の上にＩｎＧａＮを成長させたものである。 
【０２８２】
試料Ｓの場合について述べる。サセプタには上記の（実施例２で作製された）ＧａＮ基板が置いてある。加熱温度は１０５０℃である。８００℃に加熱されたＧａ溜めへ塩化水素ガスを吹き込み塩化ガリウムを生成し、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を反応部（サセプタの近傍）へ送りこむ。反応部の１０５０℃に加熱されたサセプタ付近にはアンモニア（＋水素）を吹き込んでいるのでＧａＣｌとアンモニアの反応でＧａＮが合成され、ＧａＮがＧａＮ下地基板の上に成長する。
【０２８３】
（試料Ｓ；ＧａＮ高温堆積層の形成）
高温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度       
８００℃ 
ＧａＣｌ       （←Ｇａ＋ＨＣｌ）
下地基板温度    １０５０℃ 
ＮＨ３分圧       ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ）
ＨＣｌ分圧       ０．０２ａｔｍ（２ｋＰａ）
成長時間          ３０時間 
【０２８４】
新しく成長したＧａＮは、もとのＧａＮと同じ欠陥集合領域Ｈをもって成長しているということがわかった。つまり下地基板の欠陥集合領域Ｈの部分には、欠陥集合領域Ｈがあらたに成長し、低欠陥単結晶領域Ｚの上には低欠陥単結晶領域Ｚが成長する。だから正六角形の欠陥集合領域Ｈができる。 
【０２８５】
試料Ｔの場合について述べる。サセプタには上記のＧａＮ基板が置いてある。加熱温度は１０５０℃である。金属Ａｌを５００℃〜６００℃に加熱し、塩化水素ガス（水素ガスで希釈された）を反応させ、反応部へ送り込む。塩化アルミニウム（ＡｌＣｌ３）ができて高温の反応部へ送給されるのである。同時にＧａ溜め（８００℃）へ塩化水素ガスを吹き込み塩化ガリウムを生成し、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）も反応部へ送りこむ。反応部の１０５０℃に加熱されたサセプタ付近にはアンモニア（＋水素）を吹き込んでいるのでＡｌとＧａを含む窒化物（ＡｌＧａＮ）が合成される。ＡｌＧａＮがＧａＮ下地基板の上に成長する。
【０２８６】
（試料Ｔ；ＡｌＧａＮ高温堆積層の形成） 
高温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度       
８００℃ 
ＧａＣｌ     （←Ｇａ＋ＨＣｌ）
ＡｌＣｌ３   （←Ａｌ＋ＨＣｌ）
下地基板温度   １０５０℃ 
ＮＨ３分圧    ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ）
ＨＣｌ分圧    ０．０２ａｔｍ（２ｋＰａ）
成長時間      ３０時間 
【０２８７】
この場合ももとのＧａＮの欠陥集合領域Ｈと同じ位置に新たなＡｌＧａＮ結晶の欠陥集合領域Ｈができ、もとの低欠陥単結晶領域Ｚのうえには新しいＡｌＧａＮ結晶の低欠陥単結晶領域Ｚができる。つまり結晶組成が変わっているのに欠陥集合領域Ｈは受け継がれるということがわかった。 
【０２８８】
試料Ｕの場合について述べる。サセプタの上に実施例２で作ったＧａＮをスライス研磨したＧａＮ下地基板を載せて１０５０℃に加熱する。金属Ｉｎを１００℃〜１２０℃に加熱し、塩化水素ガスを反応させてＩｎＣｌ３として反応部へ送り込む。同時に塩化ガリウムＧａＣｌの反応部へ送り込む。サセプタの上のウエハ−は１０５０℃に加熱されておりアンモニアとＧａＣｌ、ＩｎＣｌ３が反応してＩｎＧａＮが生成するそれがウエハ−の上に堆積する。
【０２８９】
（試料Ｕ；ＩｎＧａＮ高温堆積層の形成） 
高温ＨＶＰＥ法  Ｇａ温度        ８００℃ 
ＧａＣｌ （←Ｇａ＋ＨＣｌ）
ＩｎＣｌ３ （←Ｉｎ＋ＨＣｌ）
下地基板温度   １０５０℃ 
ＮＨ３分圧     ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ）
ＨＣｌ分圧    ０．０２ａｔｍ（２ｋＰａ）
成長時間      ３０時間 
【０２９０】
この場合ももとのＧａＮの欠陥集合領域Ｈと同じ位置に新たなＩｎＧａＮ結晶の欠陥集合領域Ｈができ、もとの低欠陥単結晶領域Ｚのうえには新しいＩｎＧａＮ結晶の低欠陥単結晶領域Ｚができる。つまり結晶組成が変わっているのに欠陥集合領域Ｈは受け継がれるということがわかった。 
【０２９１】
実施例２で作製したＧａＮ結晶を基板として、（１０−１０）面（試料Ｖ）、（１１−２２）面で切断し（試料Ｗ）て、スライス・研磨して作ったＧａＮウエハ−をさらにＨＶＰＥ法でＧａＮを成長させた。 
【０２９２】
（１０−１０）面で切断したＧａＮウエハ−の上にＧａＮを再成長させた試料Ｖでは、欠陥集合領域Ｈが完全に消失してしまった。であるからこの面方位で、本発明の手法によって欠陥を減少させることはできないようである。 
【０２９３】
（１１−２２）面で切断した（試料Ｗ）ＧａＮウエハ−の上にＧａＮを再成長させたものは、欠陥集合領域Ｈが存在し、本発明の手法でさらに欠陥を低減する事ができる。ただし欠陥集合領域Ｈは反転層でなく多結晶となっている。（１１−２２）面はＣ面に直交する面でなくファセット面の一つである。 
【０２９４】
［試料Ｓ（ＧａＮ（Ｗ＝１、Ｈ＝１．２、Ｔ＝０．０５：試料Ｋの下地基板上にＧａＮ）） 
試料Ｓでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでも欠陥集合領域Ｈが下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、低欠陥単結晶領域Ｚが下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＧａＮ結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在し２ｍｍでは消失した。 
【０２９５】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央での転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０２９６】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０６ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈによる転位減少効果である。
【０２９７】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消失した。露出部の中央での転位密度が１×１０４ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈが消滅したので周辺部では転位密度が増えるが、中央部では遅延効果のため転位密度が減る。
【０２９８】
試料Ｓは本発明の基板を実際にデバイスの基板として用いる時の参考にもなる。表面にマスクはないが、内部には欠陥集合領域Ｈ、低欠陥単結晶領域Ｚの構造を持っているからその上にＧａＮを形成すると、下地基板の構造をそのまま転写するのである。欠陥集合領域Ｈの上には欠陥集合領域Ｈが、低欠陥単結晶領域Ｚの上には低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙがあるときはその上にＣ面成長領域Ｙができる。そのように上部構造を規定する作用が本発明の基板にはあるのでデバイス作製のときは異方性、周期性を十分に考慮すべきである。 
【０２９９】
［試料Ｔ（（試料Ｋの）ＧａＮ下地基板上にＡｌＧａＮ）］ 
試料Ｔでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＡｌＧａＮ混晶薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでもＡｌＧａＮの欠陥集合領域Ｈが、ＧａＮ下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、ＡｌＧａＮ低欠陥単結晶領域Ｚが、ＧａＮ下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＡｌＧａＮ混晶結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として０．５ｍｍ膜厚まで存在し１ｍｍでは消失した。 
【０３００】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央でのＡｌＧａＮ転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０３０１】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは消滅した。露出部の中央での転位密度が１×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。
【０３０２】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２である。欠陥集合領域Ｈが消滅したので周辺部、中央部ででは転位密度が増える。
【０３０３】
試料Ｔは本発明の基板を実際にデバイスの基板として用いる時の参考にもなる。  表面にマスクはないが、内部には欠陥集合領域Ｈ、低欠陥単結晶領域Ｚの構造を持っているからその上にＡｌＧａＮを形成すると、下地基板の構造をそのまま転写する。欠陥集合領域Ｈの上には欠陥集合領域Ｈが、低欠陥単結晶領域Ｚの上には低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙがあるときはその上にＣ面成長領域Ｙができる。そのように組成（ＡｌＧａＮ）が多少違っても上部構造を規定する作用が本発明の基板にはあるのでデバイス作製のときは異方性、周期性を十分に考慮すべきである。 
【０３０４】
［試料Ｕ（（試料Ｋの）ＧａＮ下地基板上にＩｎＧａＮ）］ 
試料Ｕでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＩｎＧａＮ混晶薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでもＩｎＧａＮの欠陥集合領域Ｈが、ＧａＮ下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、ＩｎＧａＮ低欠陥単結晶領域Ｚが、ＧａＮ下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＩｎＧａＮ混晶結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在し２ｍｍでは消失した。 
【０３０５】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部中央でのＩｎＧａＮ転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【０３０６】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは反転層である。露出部の中央でのＩｎＧａＮ転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２である。
【０３０７】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が２×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が３×１０７ｃｍ−２である。
【０３０８】
試料Ｕは本発明の基板を実際にデバイスの基板として用いる時の参考にもなる。  表面にマスクはないが、内部には欠陥集合領域Ｈ、低欠陥単結晶領域Ｚの構造を持っているからその上にＩｎＧａＮを形成すると、下地基板の構造をそのまま転写する。欠陥集合領域Ｈの上には欠陥集合領域Ｈが、低欠陥単結晶領域Ｚの上には低欠陥単結晶領域Ｚができる。Ｃ面成長領域Ｙがあるときはその上にＣ面成長領域Ｙができる。そのように組成（ＩｎＧａＮ）が多少違っても上部構造を規定する作用が本発明の基板にはあるのでデバイス作製のときは異方性、周期性を十分に考慮すべきである。 
【０３０９】
［試料Ｖ（（試料Ｋの）ＧａＮ基板を（１０−１０）面で切断した下地基板上にＧａＮ）］ 
試料Ｖでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＡｓ結晶を（１０−１０）面で切断したものを下地基板としてＧａＮを再び成長させたものである。この面の上にＧａＮを成長させると欠陥集合領域Ｈが消滅してしまう。この面方位では本発明の転位減少機構は働かないようである。 
【０３１０】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部中央でのＧａＮ転位密度が２×１０７ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２であった。反転層欠陥集合領域Ｈがないので転位低減効果がない。
【０３１１】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは存在しない。露出部の中央でのＧａＮ転位密度が１×１０７ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。
【０３１２】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈはない。露出部の中央での転位密度が８×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が８×１０６ｃｍ−２である。もともと下地基板は実施例２で作られたもので低転位であるからその上に成長したものはそれなりに転位が少ないが、欠陥集合領域Ｈがないのでそれによる追加的な転位減少効果はない。
【０３１３】
［試料Ｗ（（試料Ｋの）ＧａＮ基板を（１１−２２）面で切断した下地基板上にＧａＮ）］ 
試料Ｗでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＡｓ結晶を（１１−２２）面で切断したものを下地基板としてＧａＮを再び成長させたものである。この面の上にＧａＮを成長させると欠陥集合領域Ｈが多結晶として出現する。多結晶欠陥集合領域Ｈのために、転位減少効果がある。 
【０３１４】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部中央でのＧａＮ転位密度が２×１０７ｃｍ−２で、端での転位密度が２×１０７ｃｍ−２であった。
【０３１５】
結晶厚みが１ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央でのＧａＮ転位密度が１×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。
【０３１６】
結晶厚みが２ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部の中央での転位密度が５×１０５ｃｍ−２で、端での転位密度が１×１０７ｃｍ−２である。もともと下地基板は実施例２で作られたもので低転位であるからその上に成長したものはそれなりに転位が少ないが、欠陥集合領域Ｈによって追加的な転位減少効果がある。  
【実施例５】
【０３１７】
［実施例５（図３０、３１、サファイヤ基板、正三角形マスク、テンプレート）］ 
同一の多角形が繰り返すマスクを下地基板の上に形成してその上にＧａＮ結晶を成長させ、マスクの上に転位を集中させ欠陥集合領域Ｈを形成し、マスク以外の部分に低欠陥の領域を作るというのが本発明の本質である。そのままのＧａＮ結晶を使うとどこかに欠陥集合領域Ｈが存在することになる。これまで述べたものはそのような例である。 
【０３１８】
しかし欠陥集合領域Ｈと、低欠陥の領域（低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙ）のある場所が分かっているのだから、広いマスクパターン（最大直径が５ｍｍ〜１００ｍｍ）の大きい結晶を成長させてその一部を切り抜く事によって欠陥集合領域Ｈの全くない結晶を得る事ができる。 
【０３１９】
マスク（５０μｍ〜3ｍｍ幅）の上が欠陥集合領域Ｈになることが分かっているので、多角形の中心を中心軸として多角形マスク辺に内接する内接円を想定する。その内接円より内部であってある程度の高さにある部分は欠陥集合領域Ｈを全く含まない。つまりＺ＋Ｙだけ或いはＺだけの高品質のＧａＮ単結晶となるのである。その内接円を「極低欠陥単結晶内接円」と呼ぶ。極低欠陥単結晶内接円の発見が本発明のもう一つの要点である。マスクにかからないように結晶を縦曲面に沿って切断すればそれは極低欠陥単結晶である。円で切り取るという必然性はないのであるが、半導体ウエハ−はハンドリングの便のため多くは円形ウエハ−とするのでここでも円で切り取っている。それは円形ウエハ−にするためである。 
【０３２０】
「或る程度の高さ」と上に述べた。どのような高さであろうか？図３５によって簡単に説明する。これは図３４の正六角形結晶の縦断面図であるが、それ以外の多角形マスクの場合でも同様である。図３５において下地基板の上にマスク（Ｔｉ）があり、その間にＧａＮ結晶がファセット成長している。ファセットの辺と直交する方向の広がりをそのファセットの半径ｒとする。ｒはファセットの半径であって、２ｒがマスク間距離になるとは限らない。 
【０３２１】
ファセットの半径ｒ内で結晶が縦に成長する。転位も半径ｒ内で縦にのびる。破線で転位を示す。転位も上向きに延びる。マスクに結晶端が乗り上げることなく、あるファセットを形成するまで露呈部での結晶成長が続く。ファセットが完成する。露呈部でファセット面を持つ山形の結晶（山形実線で示す）ができる。このファセットの水平となす角度をΘとする。 
【０３２２】
ファセットは埋め込まないで成長させる。すると山形結晶ができた以後はファセット面の法線方向に結晶成長するようになる。法線というのは面に直交する直線のことである。転位もファセット法線の方向に延びる。斜め破線は転位の延びる有り様を示す。転位はマスク上に延びた結晶部分に合流する。反対側からも同じ角度で結晶が延びている。マスク上方で両側からの結晶と転位が合流する。だからマスク上方は転位が集結した欠陥集合領域Ｈとなる。 
【０３２３】
マスク端から距離ｘの点から延びた転位を考える。縦方向にｘｔａｎΘだけ延びる。ここで実線で示したファセットに至る。ここで法線方向に転向する。曲がり角はΘである。転位と欠陥集合領域Ｈとの交差角もΘである。斜め転位の長さはｘｃｏｓｅｃΘである。ｃｏｓｅｃΘというのはｓｉｎΘの逆数である。ｃｏｓｅｃΘ＝１／ｓｉｎΘ。斜め転位の縦方向の高さは長さにｃｏｓΘを掛けて、ｘｃｏｓｅｃΘｃｏｓΘとなる。 
【０３２４】
転位が欠陥集合領域Ｈに吸収される最大高さをＱｃとする。それはｘ＝ｒでの転位が到達する高さである。Ｑｃ＝ｒｔａｎΘ＋ｒｃｏｓｅｃΘｃｏｓΘ＝２ｒ／ｓｉｎ２Θ＝２ｒｃｏｓｅｃ２Θ。つまりマスク間直径２ｒにｃｏｓｅｃ２Θを掛けたものが最大高さＱｃである。ｃｏｓｅｃ２Θを掛けるということは、ｓｉｎ２Θで割るということである。 
【０３２５】
Θ＝４５゜でＱｃ＝２ｒ。つまり臨界高さＱｃが露呈部の直径に等しくなる。Θが４５゜から離れると、Ｑｃは直径より大きくなる。 
【０３２６】
ファセットが複数種類ある場合は、最も傾斜角Θの低いファセットの半径ｒが最も大きくなる（ｒｍａｘ）ので、それの傾斜角Θから計算した２ｒｍａｘ／ｓｉｎ２Θを最大臨界高さＱｃｍａｘとして採用する。 
【０３２７】
結晶内での高さｈがｈ＞Ｑｃｍａｘであればそれは極低欠陥単結晶領域である。 
【０３２８】
実際には、転位は真っ直ぐ上に延びるだけでなく曲がることもあり、途中で発生することもある。だからｈ＞Ｑｃｍａｘでも完全に無転位とはならないが、図３５のように下地基板面から延びた転位は全部排除できている。 
【０３２９】
理想的な単結晶は無欠陥であるが上のような事情で転位が少しはある。だから一歩譲って「極低欠陥単結晶領域」ということができる。それはＺとＹだけであり、Ｈは存在しない。ＺとＹといっても、これまで述べてきたＺとＹとは意味が違うことに注意すべきである。理想的には無転位の領域である。 
【０３３０】
そこでｈ＞Ｑｃｍａｘとなる極低欠陥単結晶領域でウエハ−Ｗを切りとる。そのウエハ−Ｗは極低欠陥単結晶内接円の内部であり、しかも臨界高さＱｃより上にあるから極低欠陥となる。結晶成長方向と直角に切ると  （０００１）面の極低欠陥ウエハ−となる。 
【０３３１】
しかし図３５のように極低欠陥単結晶領域は高さがあるので、斜め方向にウエハ−を切りとることもできる。そうすると任意の面方位を持つような低転位窒化物半導体ウエハ−を作ることが可能になる。 
【０３３２】
そうすると低欠陥領域の方位（Θに関係）と広さ（２ｒを決める）を明確にする必要がある。 
【０３３３】
下地基板がＧａＡｓ（１１１）基板、サファイヤ基板、ＧａＮ基板の時に、マスク方位とその上にできるＧａＮ結晶の方位の関係が異なる。 
【０３３４】
本発明者の数多くの実験によって次の事が分かった。 
【０３３５】
マスク辺をサファイヤ下地基板の＜１１−２０＞方向に平行にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１１−２ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。ｎは正整数である。ｎ＝２、３、４が多いようである。それより内側には｛１０−１ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）し現れない事もある。多角形の画数が少ない時、対称性が良いときは｛１０−１ｎ’｝ファセットは出現しない。マスクに接触する部分に｛１０−１ｎ’｝ファセットは現れないようである。うまくファセット成長させているからであるが、これはどうも例外がないようである。 
【０３３６】
マスク辺をサファイヤ下地基板の＜１０−１０＞方向に平行にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１０−１ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。ｎは正整数である。ｎ＝２、３、４が多いようである。それより内側には｛１１−２ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）し現れない事もある。多角形の画数が少ない時、対称性が良いときは｛１１−２ｎ’｝ファセットは出現しない。マスクに接触する部分に｛１１−２ｎ’｝ファセットは現れないようである。 
【０３３７】
＜ｈｋｍｎ＞は方位包括表現、［ｈｋｍｎ］は方位個別表現、｛ｈｋｍｎ｝は面包括表現、（ｈｋｍｎ）は面個別表現である。括弧で囲まれた４つの整数ｈ、ｋ、ｍ、ｎを面指数という。数字の間にカンマをつけない。負数は数字に上線を付けるのが鉱物学の習わしである。明細書では上線を付けることができない。負数には前にマイナス符号を付ける。前３つの面指数の間にはｈ＋ｋ＋ｍ＝０という制約がある。六方晶の軸をａ軸、ｂ軸、ｄ軸、ｃ軸として、面（ｈｋｍｎ）はａ軸をａ／ｈで切り、ｂ軸をｂ／ｋで切り、ｄ軸をｄ／ｍで切り、ｃ軸をｃ／ｎで切る平行な面の集合を表す。包括面｛ｈｋｍｎ｝は対称操作で面（ｈｋｍｎ）に重ねることができる面の全てを意味する。方位というのは面に直交する方向をいう。厳密に使用すべきである。混同してはならない。｛０００１｝と｛０００−１｝は等価でない。だから｛０００１｝面は（０００１）面しか含まない。 
【０３３８】
サファイヤは三方晶系であり対称性がＧａＮとは違う。しかし方位面の表現はＧａＮと同じように４指数で表現できる。面と方位は直交するのだから、サファイヤの＜１１−２０＞方向に平行にＧａＮの｛１１−２ｎ｝ファセットができるということはサファイヤに対しＧａＮの結晶軸がｃ軸まわりに９０゜ねじれているということである。「９０゜捻れ」というような性質が分かってみると、マスク方位を決める事によって、サファイヤ基板の上に所望の方位のファセット群を作りだすことができる。 
【０３３９】
サファイヤの＜１１−２０＞方向に平行な辺を持つ多角形マスクを付けたとき、マスク直近には｛１１−２２｝或いは｛１１−２３｝ＧａＮファセットができる事が多い。それだけの場合もあるが、｛１１−２４｝、｛１０−１２｝、｛１０−１３｝ファセットなどが内部にできることもある。 
【０３４０】
マスク直近の｛１１−２２｝又は｛１１−２３｝ファセットと、その内側の｛１０−１２｝、｛１０−１３｝、…ファセットなどとの継ぎ目は明確に決まる。 
【０３４１】
｛１１−２ｎ｝、｛１０−１ｎ’｝ファセット群の内側には（０００１）面つまりＣ面が存在することもあり、存在しない事もある。｛１１−２ｎ｝ファセット面の下も、｛１０−１ｎ’｝ファセットの下も転位密度の低い低欠陥単結晶領域Ｚとなる。 
【０３４２】
Ｃ面つまり（０００１）面の下はＣ面成長領域Ｙとなる。Ｃ面成長領域Ｙがあると結晶の中心に平坦な頂面ができる。Ｃ面成長領域Ｙがないと結晶の中心軸のあたりは尖った頂点となる。 
【０３４３】
Ｃ面が残るかどうかということはファセットの出来具合による。どのようなファセットができるかは、成長条件によるのであろうが、どのような条件だとどのようなファセットができ、Ｃ面が残って、どのような条件だとＣ面が消滅するのか今のところは良く分からない。だからＣ面の広さがどうなるのかということは予め分らない。しかしできるファセットが決まるとＣ面の大きさも大体決まってくる。これについては後に述べる。 
【０３４４】
Ｃ面成長領域Ｙも低欠陥単結晶領域Ｚも低転位だということでは共通する。しかしＣ面成長領域Ｙは電気抵抗が高く、低欠陥単結晶領域Ｚは電気抵抗が低いという違いがある。デバイスを作製する基板にする場合、電気抵抗が低いということが望まれる場合もある。その場合は、低欠陥単結晶領域Ｚだけの方が良い。 
【０３４５】
［実施例５の結晶製造方法］ 
２インチ径のＣ面（０００１）サファイヤ基板の上にＭＯＣＶＤ法によって２μｍ程度の厚みのＧａＮ層を成長させた。これをテンプレートと呼ぶ。下地基板が炭化珪素（ＳｉＣ：（０００１）面）の場合には、ＭＯＣＶＤ法によってＡｌＮを薄く（２０ｎｍ程度）成長させてから、ＧａＮ層を１μｍ程度の厚さで成長させることによってテンプレートとすることができる。シリコン（１１１）面の下地基板の場合も、ＡｌＮを２０ｎｍ程度成長させてからＧａＮ層を１μｍ程度の厚さに成長させてテンプレートとすることができる。 
【０３４６】
テンプレートの表面にスパッタ法でＳｉＯ２を１００ｎｍの厚さで堆積させた。  通常のフォトリソグラフィとエッチング加工技術によって、線幅１００μｍ、一辺５ｍｍの正三角形パターンを作製した。正三角形の辺は下地のＧａＮテンプレート結晶の＜１−１００＞方向と平行になるようにした。 
【０３４７】
そのようにして準備したウエハ−をＨＶＰＥ反応炉に入れ、１０００℃で大気圧、水素雰囲気中で、ＨＣｌ＋Ｈ２ガスとＮＨ３ガスを導入しＧａＮ結晶を成長させた。Ｇａ融液とＨＣｌが反応してＧａＣｌが合成される。ＧａＣｌ＝２ｋＰａ、ＮＨ３＝１０ｋＰａの分圧で原料ガスを導入した。 
【０３４８】
その状態で３００時間結晶成長を続けた。その後反応炉から試料を取り出した。ＳｉＯ２の正三角形の辺にあたる部分は欠陥集合領域Ｈが生成されていた。辺で囲まれた内側の部分は｛１１−２２｝ファセットで覆われ、その内部は｛１１−２５｝ファセット（ｎ＝５である理由は後で述べる）と（０００１）面で覆われていた。図３０はその平面図を、図３１は図３０において３１−３１断面図を示す。 
【０３４９】
｛１１−２ｎ｝のＣ面とのなす角度をΘとすると、ｔａｎΘ＝２ｃ／ｎａである。ｃはｃ軸の長さでｃ＝０．５１８５０ｎｍである。ａはａ軸の長さでａ＝０．３１８９２ｎｍである。ｔａｎΘ＝３．２５１／ｎである。 
【０３５０】
ｎ＝１でΘ＝７２．９゜ 
ｎ＝２でΘ＝５８．４゜ 
ｎ＝３でΘ＝４７．３゜ 
ｎ＝４でΘ＝３９．１゜ 
ｎ＝５でΘ＝３３．０゜ 
【０３５１】
３つの辺に接触する沿辺ファセットをＴ２、Ｔ４、Ｔ６とする。沿辺ファセットで挟まれる中間ファセットをＳ１、Ｓ２、Ｓ３とする。以下に面指数とＣ面に対する傾斜角を示す。 
【０３５２】
（中間ファセットが生成する場合：図３０、３１） 
Ｓ１＝（１１−２５）          ３３．０゜ 
Ｔ２＝（−１２−１２）        ５８．４゜ 
Ｓ３＝（−２１１５）          ３３．０゜ 
Ｔ４＝（−１−１２２）        ５８．４゜ 
Ｓ５＝（１−２１５）          ３３．０゜ 
Ｔ６＝（２−１−１２）        ５８．４゜ 
というようになっている。 
【０３５３】
中央部にＣ面（０００１）が残っている。 
沿辺ファセットＴ２、Ｔ４、Ｔ６の水平（Ｃ面）に対する傾斜角は５８゜であったので｛−１−１２２｝（ｎ＝２）ファセットだということが分る。中間ファセットＳ１、Ｓ３、Ｓ５の傾斜角は３３゜であったので、｛１−２１５｝（ｎ＝５）ファセットだということが分かる。 
【０３５４】
もしも中間ファセットＳ１、Ｓ３、Ｓ５が｛１−２１３｝（ｎ＝３）、或いは｛１−２１４｝（ｎ＝４）だとすると、中央に三角形のＣ面は残らない。だから中間ファセットはｎ＝３でもｎ＝４でもない。 
【０３５５】
中間ファセットＳ１、Ｓ３、Ｓ５が｛１−２１５｝（ｎ＝５）であるので傾斜角は３３．０゜である。沿辺ファセットの傾斜角が５８．４゜であるから、中央に残るＣ面の正三角形を計算できる。Ｃ面正三角形の一辺はマスク辺の０．１２５倍であることが分る。つまり中央Ｃ面三角形の１辺は５ｍｍ×０．１２５＝０．６３ｍｍである。また中央Ｃ面三角形のＨ上面からの高さは１辺の０．３５１４倍である。だからＣ面のＨ上面からの高さは５ｍｍ×０．３５１４＝１．７５７ｍｍである。 
【０３５６】
また中間ファセットＳ１と隣接する沿辺ファセットＴ２の法線のなす角度は４７．８゜である。つまり面継ぎ目での内角は１３２．２゜である。 
沿辺ファセットＴ２、Ｔ４、Ｔ６の辺から内部の端までの水平距離が前記（図３５）の半径にあたる。ｒ＝１．０８ｍｍである。臨界高さＱｃ＝１．０８×２／ｓｉｎ１１６．８＝２．４ｍｍである。 
【０３５７】
中間ファセットＳ１、Ｓ３、Ｓ５の角から内部の端（Ｃ面まで）までの水平距離が半径である。ｒ＝２．７０ｍｍである。臨界高さＱｃ＝２．７０×２／ｓｉｎ６６゜＝５．９２ｍｍである。中間ファセットの臨界高さのほうが高いので、この結晶の最大臨界高さはＱｃｍａｘ＝５．９２ｍｍということになる。 
【０３５８】
一般に、ｎの大きい、傾斜角Θの小さいファセットの方が半径ｒが大きいので臨界高さは大きい。だから中間ファセットによって最大臨界高さＱｃｍａｘが決まる。 
【０３５９】
その結晶を正三角形の中心軸を中心として内接円（直径２．９ｍｍ）内部で円筒形（直径２．５ｍｍ）に切り抜いた。さらに臨界高さＱｃ（５．９２ｍｍ）より上部の一部を薄片に切った。薄い円盤状の結晶がえられた。円盤状結晶の表面と裏面を研磨した。２５０℃に加熱した燐酸と硫酸の混合溶液にＧａＮ結晶を漬けてエッチピットを生成した。顕微鏡を用いてエッチピットを数えた。ＥＰＤは８×１０４ｃｍ−２以下であった。優れて低転位であることが分かる。 
【０３６０】
これは中間ファセットＳ１、Ｓ２、Ｓ３ができた場合であるが、中間ファセットができず、沿辺ファセットだけの場合は、尖った三角錘を形成する可能性がある。その場合はＣ面を完全に消滅させることが可能である。 
【０３６１】
沿辺ファセットだけでファセット面群を形成する場合、上のＴ１〜Ｔ３のように、ｎ＝２では傾斜角が大きくなり過ぎ自由エネルギーを下げる必要から中間ファセットＳ１〜Ｓ３ができるのであろう。沿辺ファセットだけで正三角形を覆い尽くして三角錘とするには、傾斜角がもっと低いファセットであれば良い。ｎ＝３或いは４として、 
【０３６２】
（中間ファセットがない場合） 
Ｔ’２＝（−１２−１３）          ４７．３゜ 
Ｔ’４＝（−１−１２３）          ４７．３゜ 
Ｔ’６＝（２−１ー１３）          ４７．３゜ 
又は 
【０３６３】
Ｔ’２＝（−１２−１４）          ３９．１゜ 
Ｔ’４＝（−１−１２４）          ３９．１゜ 
Ｔ’６＝（２−１−１４）          ３９．１゜ 
【０３６４】
という３つだけのファセットが成長し正三角形を覆い尽くす可能性がある。その場合は頂点にＣ面ができない。Ｃ面成長領域Ｙを排除できる。 
【０３６５】
中間ファセットができないと臨界高さＱｃも減るという利点がある。 
【０３６６】
沿辺ファセットＴ２、Ｔ４、Ｔ６の辺から正三角形重心までの水平距離が（図３５の）半径にあたる。ｒ＝１．４４ｍｍである。ｎ＝３、Θ＝４７．３゜で、臨界高さＱｃ＝１．４４×２／ｓｉｎ９４．６＝２．８９ｍｍである。ｎ＝４、Θ＝４７．３゜で、臨界高さＱｃ＝１．４４×２／ｓｉｎ７８．２＝２．９４ｍｍである。先ほどの中間ファセットのある場合の値５．９２ｍｍより低い。 
【実施例６】
【０３６７】
［実施例６（図３２、３３、ＧａＡｓ基板、菱形マスク、） 
ＧａＡｓ基板（１１１）Ａ面を下地基板として用いた。Ａ面というのはＧａ面ということである。正確にはＧａ面は（１１１）でＡｓ面は（−１−１−１）である。ところが混用されてＡｓ面を（１１１）Ｂ面と書く事もある。Ｇａ面だと言う事を明らかにするため（１１１）Ａ面という。 
【０３６８】
マスク辺を（１１１）ＧａＡｓ下地基板の＜１１−２＞方向に平行にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１１−２ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。ｎは正整数であるが、ｎ＝２、３、４が多い。多角形の画数が多いとか対称性が低いとそれより内側には｛１０−１ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）。 
【０３６９】
マスク辺を（１１１）ＧａＡｓ下地基板の＜１−１０＞方向に平行）にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１−１０ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。ｎは正整数であるが、ｎ＝２、３、４が多い。多角形の画数が多いとか対称性が低いとそれより内側には｛１１−２ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）。 
【０３７０】
ＧａＡｓは立方晶だから面指数は３つである。つまりサファイヤの前の３指数と（１１１）ＧａＡｓ基板の指数を同じとみればその上に成長するＧａＮ結晶の方位は同じになる。サファイヤ基板の場合は９０゜捻り則があった。（１１１）ＧａＡｓも９０゜捻り則があると思えば覚え易い。 
【０３７１】
そのような規則性がわかれば、（１１１）ＧａＡｓ基板Ａ面にどのようにマスクを作製すると、どのような方位寸法のファセット丘ができるか予め分かる。（１１１）ＧａＡｓ基板は反転対称性がないので（１１１）ＧａＡｓ基板Ｂ面の場合は、−９０゜捻り則となる。１８０゜違うので同じ事になる。しかしＢ面を使うことはあまりない。 
【０３７２】
［実施例６の結晶製造方法］ 
２インチ径（５０ｍｍ直径）のＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板上に通常のフォトリソグラフィ技術で幅３００μｍ、一辺２０ｍｍのＳｉＯ２による菱形マスクのパターンを作製した。ここで菱形の辺がＧａＡｓ基板の＜１−１０＞方向と垂直になるように菱形の方向を決めた。その上に、真空蒸着法でニッケル（Ｎｉ）を１００ｎｍ堆積させ、リフトオフ法でＧａＡｓ基板上にパターンを転写した。 
【０３７３】
そのように準備したＧａＡｓウエハ−を反応炉内に入れた。５００℃、大気圧、水素雰囲気中で、ＧａＣｌ分圧が０．１ｋＰａ、ＮＨ３分圧が１０ｋＰａになるよう原料ガスを供給してＧａＮ膜（低温堆積層）の成長を２時間行なった。 
【０３７４】
その後反応炉の温度を１０００℃まで上げた。ＧａＣｌ分圧を２ｋＰａに、ＮＨ３分圧が２０ｋＰａであるような原料ガスを反応炉に導入してＧａＮ膜の成長を１２００時間行った。 
【０３７５】
１２００時間の成長を経て、炉からＧａＡｓ基板を取り出した。ＧａＡｓ基板の上に凹凸のあるＧａＮ結晶が生成されていた。基板上のニッケルの菱形辺の部分に結晶欠陥集合領域Ｈが生成されていた。菱形辺で囲まれた内部は｛１１−２２｝ファセット面と、｛１１−２５｝、｛１０−１５｝ファセット面と、（０００１）面で成長していた。図３２はその結晶の平面図である。図３３は図３２における３３−３３断面図である。 
【０３７６】
極低欠陥単結晶内接円直径は１７．３ｍｍである。その凹凸の多い結晶を、菱形の中心を軸としてφ１６の円筒状に切り抜いた。それをさらに高さが５６．９ｍｍ以上の部位で（Ｑｃ＝５６．９ｍｍは後述）基板面に平行に切断して円形の結晶を得た。円形結晶の表面と裏面を研磨し平滑面とした。欠陥密度を調べるため、２５０℃に加熱した燐酸と硫酸の混合溶液に結晶を１時間浸漬した。表面、裏面にエッチピットが現れた。表面のエッチピット密度を数えたところ３×１０４ｃｍ−２であった。 
【０３７７】
図３２において沿辺ファセットＴ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６と中間ファセットＳ２、Ｓ５が出現する。Ｔ４、Ｓ５、Ｔ６の部分は前例の正三角形の場合と同じである。その他に別の群に属する異種中間ファセットＦ７、Ｆ１０が発生する。          
【０３７８】
（中間ファセットが生成する場合：図３２、３３） 
Ｔ１＝（１１−２２） 
Ｓ２＝（−１２−１５） 
Ｔ３＝（−２１１２） 
Ｆ１０＝（−１０１ｎ’） 
Ｔ４＝（−１−１２２） 
Ｓ５＝（１−２１５） 
Ｔ６＝（２−１−１２） 
Ｆ７＝（１０−１ｎ’） 
というようになる。 
【０３７９】
Ｆ１０、Ｆ７は異種のファセットである。ｎ’が未定である。これらについても傾斜角Θを計算できる。だからｎ’を確定できる。 
【０３８０】
｛１０−１ｎ’｝のＣ面とのなす角度をΘとすると、ｔａｎΘ＝２ｃ／３１／２ｎ’ａである。ｃはｃ軸の長さでｃ＝０．５１８５０ｎｍである。ａはａ軸の長さでａ＝０．３１８９２ｎｍである。ｔａｎΘ＝１．８７７／ｎ’である。 
【０３８１】
ｎ’＝１でΘ＝６２．０゜ 
ｎ’＝２でΘ＝４３．１゜ 
ｎ’＝３でΘ＝３２．０゜ 
ｎ’＝４でΘ＝２５．１゜ 
ｎ’＝５でΘ＝２０．６゜ 
【０３８２】
となる。図３０に於いて中央Ｃ面の正三角形の辺は、全体の正三角形の辺の０．１２５倍であった。図３２の菱形においてＣ面の短辺の長さがそれに等しいから、全体のひし形辺の０．１２５倍である。だからＦ７、Ｆ１０のＣ面までの水平距離は、菱形辺の０．９３７倍である。ここで高さが辺長の０．３５１４倍であるのであるから、Ｆ７、Ｆ１０の傾斜角はｔａｎΘ＝０．３５１４／０．９３７＝０．３７４８となる。ということはΘ＝２０．６゜だということである。傾斜角が２０．６゜なので、Ｆ７、Ｆ１０はｎ’＝５だということが分かる。面方位とＣ面に対する傾斜角を以下に書く。 
【０３８３】
（中間ファセットが生ずる場合） 
Ｔ１＝（１１−２２）          ５８．４゜ 
Ｓ２＝（−１２−１５）        ３３．０゜ 
Ｔ３＝（−２１１２）          ５８．４゜ 
Ｆ１０＝（−１０１５）        ２０．６゜ 
Ｔ４＝（−１−１２２）        ５８．４゜ 
Ｓ５＝（１−２１５）          ３３．０゜ 
Ｔ６＝（２−１−１２）        ５８．４゜ 
Ｆ７＝（１０−１５）          ２０．６゜ 
というようになる。 
【０３８４】
臨界高さは、前回（図３０、３１）とは異なって中間ファセットＦ１０、Ｆ７で決まる。Ｆ１０、Ｆ７のＣ面までの水平距離は、菱形辺の０．９３７倍であるから、半径ｒ＝２０ｍｍ×０．９３７＝１８．７４ｍｍである。傾斜角が２０．６゜であるから、臨界高さはＱｃ＝２×１８．７４／ｓｉｎ４１．２゜＝５６．９ｍｍである。 
【０３８５】
中央のＣ面は、帯状であるが、短辺が辺長の０．１２５８倍、長辺が辺長の０．５１４４倍である。２０ｍｍを掛けて、Ｃ面の寸法は２．５ｍｍ×１０．２ｍｍである。 
【０３８６】
菱形マスクでもＣ面ができないこともある。その場合は沿辺ファセットＴ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６だけで菱形を覆うようにする。ｎ＝２では面指数が低過ぎ急峻になるから中間ファセットができてしまう。ｎ＝３、４ぐらいであれば中間ファセットが発生しないかもしれない。 
【０３８７】
（中間ファセットが生じない場合） 
Ｔ１’＝（１１−２３）          ４７．３゜ 
Ｔ３’＝（−２１１３）          ４７．３゜ 
Ｔ４’＝（−１−１２３）        ４７．３゜ 
Ｔ６’＝（２−１−１３）        ４７．３゜ 
又は 
【０３８８】
（中間ファセットが生じない場合） 
Ｔ１’＝（１１−２４）          ３９．１゜ 
Ｔ３’＝（−２１１４）          ３９．１゜ 
Ｔ４’＝（−１−１２４）        ３９．１゜ 
Ｔ６’＝（２−１−１４）        ３９．１゜ 
【０３８９】
これはＮＨ３分圧、ＨＣｌ分圧を下げるか温度を下げるかによって実現できる。 
その場合、ファセットの半径はｒ＝８．６６ｍｍとなるので、上のｎ＝３の場合は臨界高さがＱｃ＝２×８．６６／ｓｉｎ９４．６゜＝１７．４ｍｍとなる。下のｎ＝４の場合は、臨界高さがＱｃ＝２×８．６６／ｓｉｎ７８．２゜＝１７．７ｍｍとなる。中間ファセットが生じたときよりずっと臨界高さが低くなる。 
【実施例７】
【０３９０】
［実施例７：図３４、３５、３６、３７；  ＧａＮ基板、正六角形の場合］ 
ＧａＮ基板（０００１）面を下地基板として用いた。（０００１）面というのはＧａ面である。Ｎ面は（０００−１）面である。（０００−１）面は（０００１）Ｎ面と表現することもある。ここではＧａ面を使う。念を入れてＧａＮ（０００１）Ａ面ということもできる。 
【０３９１】
マスク辺を（０００１）ＧａＮ下地基板の＜１０−１０＞方向に平行にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１１−２ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。つまりマスク方向と面接線方向は一致する。これはエピタキシャル成長だから捻れがないのである。ｎは正整数であるが、ｎ＝２、３、４が多い。多角形の画数が多いとか対称性が低いとそれより内側には異なるファセット群の｛１０−１ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）。 
【０３９２】
マスク辺を（０００１）ＧａＮ下地基板の＜１１−２０＞方向に平行にした場合、多角形のマスク辺に接触する部分には｛１−１０ｎ｝ファセットが出現することが分かってきた。つまり基板と薄膜の方位の間に捻じれがないのである。ｎは正整数であるが、ｎ＝２、３、４が多い。多角形の画数が多いとか対称性が低いとそれより内側には異なるファセット群の｛１１−２ｎ’｝ファセットが現れることもある（ｎ’は正整数）。 
【０３９３】
下地基板と薄膜結晶の間に捻じれがないという規則性が分れば、（０００１）ＧａＮ基板にどのようにマスクを作製すると、どのような方位寸法のファセット丘ができるか予め分かる。 
【０３９４】
［実施例７の結晶製造方法］ 
４インチ径（１００ｍｍ直径）の（０００１）面ＧａＮ基板上に通常のフォトリソグラフィ技術によって、幅１ｍｍ、一辺５０ｍｍの正六角形マスクパターンを形成した。正六角形の一辺が＜１−１００＞方向と平行になるように方位を決めた。マスクパターンとＧａＮ基板面にＥＢ蒸着法でＴｉ層を１００ｎｍの厚みで堆積させ、リフトオフ法でＧａＮ基板上へパターンを転写した。 
【０３９５】
そのようにして準備したＧａＮ下地基板を炉内に入れた。９５０℃で、大気圧、水素雰囲気で、ＧａＣｌ分圧が２ｋＰａ、ＮＨ３分圧が１０ｋＰａであるように原料ガスを導入して５時間、ＧａＮ膜を成長させた。 
【０３９６】
５時間成長の後、炉の温度を１０５０℃まで上げた。ＧａＣｌ分圧が４ｋＰａ、ＮＨ３分圧が１５ｋＰａである原料ガスを炉内に導入してＧａＮを３０００時間成長させた。反応炉から試料を取り出した。ＧａＮ結晶はＴｉの正六角形マスクパターンの上に欠陥集合領域Ｈが生成されていた。正六角形の内部の領域は｛１１−２２｝ファセット面と、｛１０−１５｝ファセット面と、（０００１）面で覆われていた。 
【０３９７】
極低欠陥単結晶内接円の直径は８７ｍｍである。その結晶を（０００１）方向にスライスした。さらに欠陥集合領域Ｈで囲まれた内部を８０φの大きさで円柱状に切り抜いて円柱状の結晶を作った。１５１ｍｍ以上の高さで、円筒状結晶を（０００１）方向に薄くスライスして、円盤状のウエハ−を得た。欠陥密度を調べるために２５０℃に加熱した燐酸と硫酸の混合溶液に１時間浸した。エッチピットが表面に現れたのでそれを数えた。エッチピット密度（ＥＰＤ）は５×１０４ｃｍ−２であった。優れて低転位である。 
【０３９８】
図３６の一点鎖線で示すように、（１０−１０）面に平行にスライスし、（１０−１０）面を持つ薄片とした。表面と裏面を研磨し、（１０−１０）ＧａＮウエハ−を作製した。欠陥密度を調べるためにカソードルミネッセンスによって、非発光の暗点を数えた。非発光暗点数は３×１０４ｃｍ−２であった。これも低転位であって優れたＧａＮ基板結晶である。 
【０３９９】
図３６の二点鎖線で示すように、（１−２１０）面に平行にスライスし、（１−２１０）面を持つウエハ−（薄片）とした。表面と裏面を研磨し、（１−２１０）ＧａＮウエハ−を作製した。欠陥密度を調べるためにカソードルミネッセンスによって、非発光の暗点を数えた。非発光暗点数は３×１０４ｃｍ−２であった。これも低転位であって優れたＧａＮ基板結晶である。 
【０４００】
図３７の一点鎖線で示すように、（１−２１２）面に平行にスライスし、（１−２１２）面を持つ薄片とした。表面と裏面を研磨し、（１−２１２）ＧａＮウエハ−を作製した。欠陥密度を調べるためにカソードルミネッセンスによって、非発光の暗点を数えた。非発光暗点数は４×１０４ｃｍ−２であった。低転位結晶である。 
【０４０１】
図３７の二点鎖線で示すように、（１０−１２）面に平行にスライスし、（１０−１２）面を持つ薄片とした。表面と裏面を研磨し、（１０−１２）ＧａＮウエハ−を作製した。欠陥密度を調べるためにカソードルミネッセンスによって、非発光の暗点を数えた。非発光暗点数は２×１０４ｃｍ−２であった。優れて低転位の結晶である事が分かる。 
【０４０２】
図３４に示すように、正六角形の辺に沿って、沿辺ファセットＴ１、Ｔ２、Ｔ３，Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６が発生し、その内部に異種群の中間ファセットＦ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１、Ｆ１２が生ずる。同種の中間ファセットＳ１、Ｓ２…などは生じない。 
【０４０３】
（中間ファセットが生ずる場合） 
Ｔ１＝（１１−２２）          ５８．４゜ 
Ｆ８＝（０１−１５）          ２０．６゜ 
Ｔ２＝（−１２−１２）        ５８．４゜ 
Ｆ９＝（−１１０５）          ２０．６゜ 
Ｔ３＝（−２１１２）          ５８．４゜ 
Ｆ１０＝（−１０１５）        ２０．６゜ 
Ｔ４＝（−１−１２２）        ５８．４゜ 
Ｆ１１＝（０−１１５）        ２０．６゜ 
Ｔ５＝（１−２１２）          ５８．４゜ 
Ｆ１２＝（１−１０５）        ２０．６゜ 
Ｔ６＝（２−１−１２）        ５８．４゜ 
Ｆ７＝（１０−１５）          ２０．６゜ 
というようになる。 
【０４０４】
沿辺ファセットは縁だけに存在する。この中間ファセットＦ７〜Ｆ１２は同種のファセットであるので中心に向かって延びることができる。中央にＣ面が残っているように図３４、３５では描いているが、このＣ面は無くすことができる。つまり、図３０、３２のように中央のＣ面が幾何学的な制約で残るというのとは事情が異なる。 
【０４０５】
理想的にＣ面が消失したときを考える。その場合中間ファセットＦ７〜Ｆ１２の水平距離つまり半径はｒ＝５０ｍｍである。臨界高さはＱｃ＝２×５０／ｓｉｎ４１．２゜＝１５１ｍｍである。そのように臨界高さが高くなるのは中間ファセットＦ７〜Ｆ１２の傾斜角が２０．６゜で小さいからである。 
【０４０６】
正六角形の場合も中間ファセットが発生しない場合もある。ｎ＝３、４、５程度であればそれが可能である。それはＮＨ３分圧、ＨＣｌ分圧、温度を下げることによって実現できる。 
【０４０７】
（中間ファセットが生じない場合：ｎ＝３） 
Ｔ１’＝（１１−２３）          ４７．３゜ 
Ｔ２’＝（−１２−１３）          ４７．３゜ 
Ｔ３’＝（−２１１３）          ４７．３゜ 
Ｔ４’＝（−１−１２３）        ４７．３゜ 
Ｔ５’＝（１−２１３）          ４７．３゜ 
Ｔ６’＝（２−１−１３）        ４７．３゜ 
又は 
【０４０８】
（中間ファセットが生じない場合：ｎ＝４） 
Ｔ１’＝（１１−２４）          ３９．１゜ 
Ｔ２’＝（−１２−１４）          ３９．１゜ 
Ｔ３’＝（−２１１４）          ３９．１゜ 
Ｔ４’＝（−１−１２４）        ３９．１゜ 
Ｔ５’＝（１−２１４）          ３９．１゜ 
Ｔ６’＝（２−１−１４）        ３９．１゜ 
である。 
【０４０９】
ｎ＝３の場合の臨界高さは、ｒ＝５０ｍｍであるから、Ｑｃ＝２×５０／ｓｉｎ９４．６゜＝１００．３ｍｍである。 
【０４１０】
ｎ＝４の場合の臨界高さは、ｒ＝５０ｍｍであるから、Ｑｃ＝２×５０／ｓｉｎ７８．２゜＝１０２．２ｍｍである。この場合も中間ファセットの存在しない簡単なファセット構造の方が臨界高さＱｃは低くなる。
【実施例８】
【０４１１】
本発明の基板は、広く３族窒化物半導体デバイスの基板として用いることができる。例えば、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｏｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、縦型ＭＩＳパワートランジスタなどを本発明の基板の上に製造することができる。 
【０４１２】
本発明の基板を使って窒化物薄膜をエピタキシャル成長させると、専ら低欠陥単結晶領域ＺやＣ面成長領域Ｙの上だけに窒化物薄膜が成長する。結晶欠陥集合領域Ｈの上には殆ど薄膜が生成しない。しかも基板中の欠陥集合領域Ｈの部分は化学的に弱くて加熱したＮａＯＨやＫＯＨで溶ける。だからそのようなウエハの上に窒化物薄膜や電極を付けて同等の多角形デバイスを多数作製した場合、加熱したＮａＯＨやＫＯＨに漬けることによって、外殻部をなす欠陥集合領域Ｈとその上の薄膜部分を特異的に溶かすことができる。欠陥集合領域Ｈの特異溶解によってチップ分離を簡単に行うことができる。
【０４１３】
通常のけがき（スクライブ）と劈開によるチップ分割分離は格子状のチップでないと切り出せないが、本発明の場合は結晶欠陥集合領域Ｈを特異的に溶解するので任意の閉曲線形状の素子単位を容易に切り抜く事ができる。そのようなことは本発明の結晶欠陥集合領域Ｈの特異な性質を巧みに利用したことによる。本発明の基板は閉曲線で囲まれる低欠陥単結晶領域Ｚの最大直径が０．１ｍｍ〜２０ｍｍであるようにしているので、最大直径が０．１ｍｍ〜２０ｍｍであるデバイスチップを作り出すことができる。 
【０４１４】
［実施例８（ＬＥＤ；図３８）］ 
図３８は、本発明の基板の上に３族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることによってＬＥＤを作製したもののチップ構造をしめす。本発明の方法で作った多角形（ＺＨ、ＺＨＹ）構造をもつｎ型ＧａＮ基板６０の上に、ＡｌＧａＮ層６２、多重量子井戸ＭＱＷ６３、ｐ型ＡｌＧａＮ層６４、ｐ型ＧａＮ層６５をエピタキシャル成長させ、ｐ型ＧａＮ層６５にｐ型電極６６を形成し、ｎ型ＧａＮ基板６０の裏面にｎ電極６７を作製したものである。 
【０４１５】
ｎ電極６７は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕよりなる。ｐ電極６６はＮｉである。ＭＱＷ６３は（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ）が２回繰り返す（ＧａＮ／ＩｎＧａＮ）２構造である。このＬＥＤは上面から光が出る。通常の４角形のチップより本発明の６角形のチップの方がより強い発光強度を得ることができる。 
【実施例９】
【０４１６】
［実施例９（ＨＥＭＴ；図３９）］ 
図３９は、本発明の基板の上に３族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることによってＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を作製したもののチップ構造を示す。本発明の方法で作った多角形（ＺＨ、ＹＺＨ）構造をもつｎ型ＧａＮ基板７０の上に、ｉ−ＧａＮ層７２、ｉ−ＡｌＧａＮ７３をエピタキシャル成長させ、ｉ−ＡｌＧａＮ層７３にソース電極７４、ドレイン電極７５、ゲート電極７６を形成したものである。ソース、ドレイン電極はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕよりなる。ゲート電極７６はＡｕよりなる。平面形状は正六角形、正三角形、菱形などである。 
【実施例１０】
【０４１７】
［実施例１０（ＳＢＤ；図４０）］ 
図４０は、本発明の基板の上に３族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることによってＳＢＤ（Ｓｃｈｏｔｔｋｙ  Ｂａｒｒｉｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）を作製したもののチップ構造をしめす。本発明の方法で作った多角形（ＺＨ、ＹＺＨ）構造をもつｎ−ＧａＮ基板８０の上に、ｎー−ＧａＮ層８２をエピタキシャル成長させ、ｎ−−ＧａＮ層８２にショットキー電極８３を、ｎ−ＧａＮ基板８０の裏面にオーミック電極８４を形成したものである。裏面のオーミック電極８４はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕよりなる。ショットキー電極８３はＡｕよりなる。平面形状は正六角形、正三角形、菱形などである。 
【実施例１１】
【０４１８】
［実施例１１（縦型ＭＩＳトランジスタ；図４１）］ 
図４１は、本発明の基板の上に３族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることによって縦型ＭＩＳトランジスタ（Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｓｕｌａｔｏｒ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）を作製したもののチップ構造を示す。本発明の方法で作った多角形（ＺＨ、ＹＺＨ）構造をもつｎ−ＧａＮ基板９０の上に、ｎー−ＧａＮ層９２をエピタキシャル成長させ、ｎ−−ＧａＮ層９２の両側にｐ型ドーパントを拡散してｐ領域９３を作っている。ｐ領域９３の上からｎ＋−領域９５を拡散によって設けている。ｎ−−ＧａＮ９２とｐ−領域９３を覆うように絶縁層９８が設けてある。絶縁層９８を介しｎ−ＧａＮ９２の直上にはゲート電極９９を形成してある。ｎ＋−領域９５にはソース電極９７を形成している。ｎ−ＧａＮ基板９０の裏面にドレイン電極９４を形成したものである。裏面のドレイン電極９４、表面のソース電極９７はＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕよりなる。ゲート電極９９はＡｕよりなる。平面形状は正六角形、正三角形、菱形などである。とくに対称性のたかい正六角形のチップであると大電流を制御する事ができ極めて有用である。 
【実施例１２】
【０４１９】
［実施例１２（面発光レーザ；図４２、４３、４４）］ 
図４２は、本発明の基板の上に３族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させることによって作製した面発光型レーザダイオード一チップの斜視図をしめす。図４３は一チップの縦断面図をしめす。図４４はレーザダイオードチップ一部に内蔵される２次元回折格子の平面図である。本発明の方法で作った正六角形角形（ＺＨ、ＹＺＨ）構造をもつｎ−ＧａＮ基板４０の上に、ｎ型クラッド層４２、活性層４３、ｐ型クラッド層４４をこの順にエピタキシャル成長してある。ｐ型クラッド層４４の上には正三角形を敷き詰めた頂点の位置に低屈折率材料（ＳｉＯ２など）ドット５０を持つ。それらを囲むようにｐ型クラッド層４５がある。その上にさらにｐ型ＧａＮクラッド層４６、ｐ型コンタクト層４７をエピタキシャル成長してある。ｐ型コンタクト層４７の上にｐ電極４８が設けられる。ｎ型ＧａＮ基板４０の裏面にはｎ型電極４９が形成される。 
【０４２０】
図４４はｐ型クラッド層４５とその中に形成された低屈折率材料ドット５０の配置を示す平面図である。正三角形が縦横方向に連続して並列する６回対称性のある配置となっている。これは一次元格子が１２０゜の角度をなして並んでいるものと考えられる。ｐ電極からｎ電極へ電流を流すと活性層４３において注入電流が電子正孔対を作り出し、これが再結合して光を発生する。媒質中での波長が格子間隔のｓｉｎ６０゜になるようにしている。光は３種類の回折格子で６０゜の回折を受け正六角形の経路を描いて元の位置に戻ってくる。リングレーザのように回帰光が重ね合わされるので位相が揃えられレーザと同じ増幅作用を持ち発振する。それが回折格子で上方向にも回折されるので上面発光型のレーザとなる。光は電極４８の周囲から上向きに出る。 
【０４２１】
この半導体レーザチップの平面形状は正六角形である。正六角形は正方形より円に近い。上面方向に光が出るので通常の正方形のチップよりも光量が増強される。本発明の正六角形のＺＨ、ＺＨＹ構造を持つ基板は、そのような面発光レーザの基板として最適である。 
【０４２２】
図４５は正六角形の欠陥集合領域Ｈで囲まれた部分（ＺＹエリア：低欠陥単結晶領域Ｚ＋Ｃ面成長領域Ｙ；Ｙはないときもある）全部を１チップとした物を示す。正六角形チップの一辺の長さをｇ、電極直をｅとする。たとえばｇ＝０．１ｍｍ、ｅ＝０．０５ｍｍ、Ｈ＝０．２ｍｍである。これは１ＺＹエリア（Πに等しい）＝１チップの例である。 
【実施例１３】
【０４２３】
本発明の基板は、結晶欠陥集合領域Ｈが多角形の構造を持ち、その上に作れられる素子の同じ多角形の構造を持つので、同等の素子を複数個並べたアレイとする場合の基板として好適である。つまり１ＺＹエリア＝ｍ素子とし、ｍ個の素子単位を並べたアレイとする。正多角形の形状によって最適のｍが限られる場合もある。１ＺＹエリア（Πに等しい）が正三角形（図２）の場合、素子単位も正三角形とするとｍ＝４、９、１６、…、ｕ２である（ｕは整数）。なお、個々の素子配置はｍ個の全ての分割部に必ずしもすべて配置する必要もない。また、アレイは１ＺＹエリアを数個含んでもよい。 
【０４２４】
１ＺＹエリア（Πに等しい）が正方形の場合、素子単位も正方形とするとｍ＝４、９、１６…ｕ２である（ｕは整数、先述のｕと異なる、以下同じ）。１ＺＹエリア（Πに等しい）が長方形の場合、素子単位も相似の長方形（図３）とするとｍ＝４、９、１６…ｕ２である（ｕは整数）。素子単位を正方形とすると、ｍ＝ｕｕ’である（ｕ、ｕ’は整数）。 
【０４２５】
１ＺＹエリアが長六角形の場合（図４）、素子単位を正三角形とすると、ｍ＝６、１０、１４、…、２＋４ｕ（ｕは整数）である。それよりもっと大きくもできる。１ＺＹエリア（Π）が平行四辺形の場合（図５）、素子単位を正三角形とすると、ｍ＝２、４、６、８…、２ｕである（ｕは整数）である。１ＺＹエリアが等脚台形の場合（図６）、素子単位を正三角形とすると、ｍ＝３、５、７、８、９、１１、１３、１５、１７、…である。１ＺＹエリア（Π）が正六角形の場合（図１）、素子単位を正三角形とすると、ｍ＝６、２４、５４、…、６ｕ２（ｕは整数）となる。１ＺＹエリアが正六角形で、素子単位が平行四辺形の場合、ｍ＝３、１２、２７、…３ｕ２、である（ｕは整数）。 
【０４２６】
［実施例１３（１ＺＹエリアが正六角形で、素子単位が平行四辺形の場合；図４６）］］ 
図４６に１ＺＹエリアが正六角形で素子単位が平行四辺形の場合の、アレイをしめす。ｍ＝３のアレイである。正六角形の１辺の長さをｇとし電極の直径をｅとする。たとえばｇ＝０．３ｍｍ、ｅ＝０．１ｍｍ、Ｈ＝０．６ｍｍである。 
【０４２７】
面発光レーザだけでなく、多くの種類のデバイスをアレイにすることができる。 
例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、レーザダイオード（ＬＤ）アレイ、整流器アレイ、バイポーラトランジスタアレイ、電界効果トランジスタアレイ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）アレイ、温度センサアレイ、圧力センサアレイ、加速度センサアレイ、放射センサアレイ等を作製することができる。 
【実施例１４】
【０４２８】
［実施例１４（１ＺＹエリアが正六角形で、素子単位が正三角形の場合；図４７）］］ 
図４７に１ＺＹエリアが正六角形で素子単位が正三角形の場合の、アレイをしめす。ｍ＝６である。正六角形の１辺の長さをｇとし電極の直径をｅとする。たとえばｇ＝０．５ｍｍ、ｅ＝０．２ｍｍ、Ｈ＝１．０ｍｍである。 
【０４２９】
これも例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、レーザダイオード（ＬＤ）アレイ、整流器アレイ、バイポーラトランジスタアレイ、電界効果トランジスタアレイ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）アレイ、温度センサアレイ、圧力センサアレイ、加速度センサアレイ、放射センサアレイ等を作製することができる。 
【実施例１５】
【０４３０】
［実施例１５（１ＺＹエリアが正六角形で、素子単位が正三角形の場合；図４８）］］ 
図４８に１ＺＹエリアが正六角形で素子単位が正三角形の場合の、アレイをしめす。中心部に余分の素子分を設けている。だからｍ＝７である。正六角形の１辺の長さをｇとし電極の直径をｅとする。たとえばｇ＝０．５ｍｍ、ｅ＝０．２ｍｍ、Ｈ＝１．０ｍｍである。 
これも例えば発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイ、レーザダイオード（ＬＤ）アレイ、整流器アレイ、バイポーラトランジスタアレイ、電界効果トランジスタアレイ、高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）アレイ、温度センサアレイ、圧力センサアレイ、加速度センサアレイ、放射センサアレイ等を作製することができる。 
【図面の簡単な説明】
【０４３１】
【図１】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に正六角形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部、Ｈは正六角形マスクパターン高さ、Ｗは正六角形マスクパターン長さ、Ｔはマスク幅。
【０４３２】
【図２】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に正三角形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部、Ｈは正三角形マスクパターン高さ、Ｗは正三角形マスクパターン長さ、Ｔはマスク幅。
【０４３３】
【図３】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に長方形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部。
【０４３４】
【図４】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に長六角形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部。
【０４３５】
【図５】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に平行四辺形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部。
【０４３６】
【図６】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため下地基板の上に台形網目状のマスクを設けた状態の下地基板の一部の平面図。Ｓは下地基板、Ｍはマスク、Πは露呈部、Υは被覆部。
【０４３７】
【図７】下地基板の上に正六角形網目状マスクを形成しその上に窒化物半導体結晶を気相成長させた場合の表面の結晶成長の状態を示す平面図。図７（１）は被覆部Υには結晶成長がおこらず、下地基板Ｓが露呈した露呈部ΠにファセットΦで囲まれた凸結晶であるファセット丘Σができた状態を示す。図７（２）はファセットΦで囲まれたファセット丘Σがさらに高くなり台形状になった状態を示す。図７（３）はファセット丘Σが高くなり平坦部が消失し正六角錐となってさらに結晶成長が持続して被覆部Υにも結晶成長が始まった状態を示す平面図である。
【０４３８】
【図８】下地基板の上に網目状マスクを形成しその上に窒化物半導体結晶を気相成長させた場合の表面の結晶成長の状態を示す縦断面図。図８（１）は下地基板Ｓの上に網目状マスクＭを設けた縦断面図。Υは被覆部、Πは露呈部。図８（２）は窒化物半導体気相成長の初期で、被覆部Υには窒化物半導体結晶成長が起こらず、下地基板Ｓが露呈した露呈部ΠにファセットΦで囲まれた凸結晶であるファセット丘Σができ始めた状態を示す。図８（３）はファセットΦで囲まれたファセット丘Σがさらに高くなり平坦部がなくなり角錐台のファセット丘Σになった状態を示す。図８（４）はファセット丘Σが高くなりさらに結晶成長が持続して被覆部Υにも結晶成長が始まりさらに被覆部Υには転位が集結した欠陥集合領域Ｈができファセット丘Σの部分は低欠陥単結晶領域Ｚが生じた状態を示す縦断面図である。この例ではＣ面成長領域Ｙがないが、ファセット丘のまん中にＣ面成長領域Ｙが生ずることもある。
【０４３９】
【図９】本発明の方法にしたがって、下地基板Ｓの上に正六角形マスクＭを形成しその上に窒化物半導体を気相成長させ、マスク被覆部Υには転位が集合した欠陥集合領域Ｈが、露呈部ΠにはファセットΦによって囲まれた角錐台のファセット丘ΣができファセットΦの下には低欠陥単結晶領域Ｚが生じた状態を示す斜視断面図。欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚの境界Ｋは結晶粒界である。この例ではファセット丘Σの頂上に平坦なＣ面が存在しその下にはＣ面成長領域Ｙが発生している。Ｃ面成長領域Ｙが発生しない場合もある。
【０４４０】
【図１０】本発明の方法にしたがって、下地基板Ｓの上に正六角形マスクＭをつけ窒化物半導体を成長させ、被覆部Υには転位が集結した欠陥集合領域Ｈを、露呈部Πには低欠陥単結晶領域Ｚを発生させ凹凸ある結晶を製造したあとスライスし研磨して基板とした状態のＣＴで見た一部構造を示す斜視図。
【０４４１】
【図１１】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため正三角形マスク（パターンＡ〜Ｅ）を下地基板へ形成した状態を示す平面図。一つしか正三角形を書いていないが実際には連続して多数同等の網目状マスクを設ける。マスクパターンの幅Ｗ、長さＨ、マスク被覆部幅Ｔの定義を示す。
【０４４２】
【図１２】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため辺が＜１０−１０＞、＜１１−２０＞方向に平行になるよう正四角形マスク（パターンＦ）を下地基板へ形成した状態を示す平面図。一つしか正四角形を書いていないが実際には連続して多数同等の網目状マスクを設ける。マスクパターンの幅Ｗ、長さＨ、マスク被覆部幅Ｔの定義を示す。
【０４４３】
【図１３】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため辺が＜１０−１０＞、＜１１−２０＞方向に対し４５度をなすよう正四角形マスク（パターンＧ）を下地基板へ形成した状態を示す平面図。一つしか正四角形を書いていないが実際には連続して多数同等の網目状マスクを設ける。マスクパターンの幅Ｗ、長さＨ、マスク被覆部幅Ｔの定義を示す。
【０４４４】
【図１４】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため正六角形マスク（パターンＨ，Ｉ）を下地基板へ形成した状態を示す平面図。一つしか正六角形を書いていないが実際には連続して多数同等の網目状マスクを設ける。マスクパターンの幅Ｗ、長さＨ、マスク被覆部幅Ｔの定義を示す。
【０４４５】
【図１５】本発明の窒化物半導体成長方法を実行するため長六角形マスク（パターンＪ）を下地基板へ形成した状態を示す平面図。一つしか長六角形を書いていないが実際には連続して多数同等の網目状マスクを設ける。マスクパターンの幅Ｗ、長さＨ、マスク被覆部幅Ｔの定義を示す。
【０４４６】
【図１６】下地基板の上に正六角形網目状のマスクを形成した上から窒化物半導体を結晶成長させ、露呈部ΠにファセットΦからなる凸型のファセット丘を形成し凹凸のある結晶を成長させた状態の斜視図。露呈部Πの上ファセットΦの下には低欠陥単結晶領域Ｚが、露呈部Πの上平坦なＣ面の下にはＣ面成長領域Ｙが、被覆部Υの上には欠陥集合領域Ｈが発生する。
【０４４７】
【図１７】本発明の方法で下地基板の上に正六角形マスクを形成してから結晶成長させ露呈部Πに六角形の低欠陥単結晶領域Ｚを発生成長させ、被覆部Υには欠陥集合領域Ｈを発生成長させ凹凸のある結晶としたのち結晶をスライスして研磨して平坦な基板としたものをＣＬで観察して構造を表した斜視図。
【０４４８】
【図１８】本発明のファセット成長方法で製造した窒化物半導体の低欠陥単結晶領域ＺにおけるＸ線回折線の（０００４）方向の回折強度を示すグラフ。横軸は角度（秒）で縦軸はＸ線回折強度である。本発明の手法で作製した窒化ガリウム結晶の（０００４）方向回折線強度のＦＷＨＭは３０秒以下であることがわかった。
【０４４９】
【図１９】本発明のファセット成長法で製造したｎ型ＧａＮ基板の上に、ｎ−ＧａＮ、ｎ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ、ｎ−Ｉｎ０．０６Ｇａ０．９４Ｎ、ｐ−Ａｌ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ、ｐ−ＧａＮをエピタキシャル成長し、ｎ型ＧａＮ基板にはＴｉ／Ａｌ電極を、ｐ−ＧａＮ薄膜にはＮｉ/Ａｕ電極を形成した発光ダイオード（ＬＥＤ）の縦断面図。
【０４５０】
【図２０】ＧａＮ薄膜の場合によく用いられるＥＬＯ法を行うため下地基板の上にマスクを形成した状態の一部斜視図。マスクＭには被覆部Υが広く連続し、小さい孤立露呈部Πが多数存在する。
【０４５１】
【図２１】ＧａＮ薄膜の場合によく用いられるＥＬＯ法を行うため下地基板の上にマスクを形成しさらにその上にＧａＮを気相成長させた状態の一部斜視図。狭い露呈部ΠからでたＧａＮ結晶は横方向にマスク被覆部Υの上を広がり合体し後は平坦なＣ面成長を全面において行う。ＥＬＯ結晶面は平坦でありファセットは存在しない。被覆部面積の方が露呈部Π面積より広い。
【０４５２】
【図２２】本出願人が初めに創案したランダムファセット成長法のためのマスクのない下地基板Ｓの一部斜視図。
【０４５３】
【図２３】本出願人が初めに創案したランダムファセット成長法によって窒化物半導体を成長させると、ランダム位置に様々の寸法のファセットピットができる事を示すための斜視図。
【０４５４】
【図２４】本出願人が二番目に考案したドット型ファセット成長法において下地基板Ｓの上に孤立マスクＭを点在させたものの斜視図。被覆部Υ面積より露呈部Π面積がずっと広い。
【０４５５】
【図２５】本出願人が二番目に考案したドット型ファセット成長法において下地基板Ｓの上に孤立マスクＭを点在させ、結晶成長させると孤立マスクの上にファセットを面にもつ角錐凹部（ファセットピット）ができファセットΦの下の部分は低欠陥単結晶領域Ｚになり、被覆部Υの部分は転位が集まった欠陥集合領域Ｈとなりその他の部分はＣ面成長部となることを示す結晶／下地基板の斜視図。
【０４５６】
【図２６】本出願人が二番目に考案したドット型ファセット成長法によって成長させたＧａＮ結晶をスライスし研磨した基板のＣＬによってあきらかになるＨ、Ｚ、Ｙが同心に存在する基板の構造を示す平面図。
【０４５７】
【図２７】本出願人が三番目に考案したストライプ型ファセット成長法において下地基板Ｓの上に直線状マスクＭを平行に設けたものの斜視図。被覆部Υ面積より露呈部Π面積がずっと広い。
【０４５８】
【図２８】本出願人が三番目に考案したストライプ型ファセット成長法において下地基板Ｓの上に直線状マスクＭを平行に設け、結晶成長させると直線状平行マスクＭの上にファセットを面にもつプリズム型Ｖ溝ができファセットΦの下の部分は低欠陥単結晶領域Ｚになり、Ｃ面成長した部分はＣ面成長領域Ｙとなり、Ｖ溝の底で被覆部Υの上の部分は転位が集まった欠陥集合領域Ｈとなることを示す結晶／下地基板の斜視図。
【０４５９】
【図２９】本出願人が三番目に考案したストライプ型ファセット成長法によって成長させたＧａＮ結晶をスライスし研磨した基板のＣＬによって明らかになるＨ、Ｚ、Ｙが直線平行に存在する基板の構造を示す平面図。
【０４６０】
【図３０】サファイヤ（０００１）基板の上にＧａＮテンプレート層を薄く積み、ＧａＮに対して＜１０−１０＞方向に平行辺をもつ（サファイヤの＜−１２−１０＞方向に平行）正三角形のマスクを作りその上にＧａＮを厚くファセット成長させて、マスクの上に欠陥集合領域Ｈを、マスク内部には沿片ファセットＴ２、Ｔ４、Ｔ６と、中間ファセットＳ１、Ｓ３、Ｓ５と、Ｃ面とで囲まれる正三角形凸状のＧａＮ単結晶を作製した実施例５の結晶の平面図。
【０４６１】
【図３１】図３０に於ける３１−３１断面図。
【０４６２】
【図３２】ＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板の上に、ＧａＡｓに対して＜−１２−１＞方向に平行な辺を持つ菱形のマスクを作りその上にＧａＮを厚くファセット成長させて、マスクの上に欠陥集合領域Ｈを、マスク内部には沿片ファセットＴ１、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ６と、中間ファセットＳ２、Ｆ１０、Ｓ５、Ｆ７と、Ｃ面とで囲まれる菱形凸状のＧａＮ単結晶を作製した実施例６の結晶の平面図。
【０４６３】
【図３３】図３２に於ける３３−３３断面図。
【０４６４】
【図３４】ＧａＮ（０００１）Ａ面基板の上に、ＧａＮに対して＜１−１００＞方向に平行な辺をもつ正六角形のマスクを作りその上にＧａＮを厚くファセット成長させて、マスクの上に欠陥集合領域Ｈを、マスク内部には沿片ファセットＴ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６と、中間ファセットＦ７、Ｆ８、Ｆ９、Ｆ１０、Ｆ１１、Ｆ１２と、Ｃ面とで囲まれる正六角形凸状のＧａＮ単結晶を作製した実施例７の結晶の平面図。
【０４６５】
【図３５】図３４に於ける３５−３５断面図。ファセット毎に臨界高さＱｃがあり臨界高さＱｃがどのように計算されるのかを説明する。
【０４６６】
【図３６】（０００１）面ＧａＮ基板の上に閉曲線マスクをつけその上に厚くＧａＮ結晶を成長させて（１０―１０）面のウエハを丸く切り取った様子と、（１−２１０）面のウエハを丸く切り取る様子を示す説明図。
【０４６７】
【図３７】（０００１）面ＧａＮ基板の上に閉曲線マスクをつけ、その上に厚くＧａＮ結晶を成長させ、結晶を斜めに切って（１０−１２）面ウエハを丸く切り取った様子と、（１−２１２）面ウエハを丸く切り取った様子を示す説明図。
【０４６８】
【図３８】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけてＬＥＤを製作しチップ分離したあとのＬＥＤチップの縦断面図。
【０４６９】
【図３９】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけてＨＥＭＴを製作しチップ分離したあとのＨＥＭＴチップの縦断面図。
【０４７０】
【図４０】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけてショットキーダイオードを製作しチップ分離したあとのショットキーダイオードチップの縦断面図。
【０４７１】
【図４１】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけて縦型ＭＩＳトランジスタを製作しチップ分離したあとの縦型ＭＩＳトランジスタチップの縦断面図。
【０４７２】
【図４２】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけて面発光型レ−ザダイオードを製作しチップ分離したあとの正六角形の面発光型レ−ザダイオードチップの縦断面図。
【０４７３】
【図４３】閉曲線の欠陥集合領域Ｈを有する本発明のＧａＮ基板の上に窒化物薄膜をエピタキシャル成長させ電極をつけて面発光型レ−ザダイオードを製作しチップ分離したあとの面発光型レ−ザダイオードチップの斜視図。
【０４７４】
【図４４】図４２，４３に示す面発光型レ−ザダイオードの中間に挟まれた回折格子の部分の平面図。
【０４７５】
【図４５】正六角形の欠陥集合領域Ｈを網目状に設けた本発明の窒化物半導体基板の上に、一つの正六角形で囲まれた部分に一つのデバイスチップを作成したチップと上部電極とを示す平面図。
【０４７６】
【図４６】正六角形の欠陥集合領域Ｈを網目状に設けた本発明の窒化物半導体基板の上に、一つの正六角形で囲まれた部分に平行四辺形のデバイス単位を３つずつ作成し3個の単位素子からなるデバイスアレイを示す平面図。
【０４７７】
【図４７】正六角形の欠陥集合領域Ｈを網目状に設けた本発明の窒化物半導体基板の上に、一つの正六角形で囲まれた部分に正六角形のデバイス単位を６つずつ作成し６個の単位素子からなるデバイスアレイを示す平面図。
【０４７８】
【図４８】正六角形の欠陥集合領域Ｈを網目状に設けた本発明の窒化物半導体基板の上に、一つの正六角形で囲まれた部分に正六角形のデバイス単位を７つずつ作成し７個の単位素子からなるデバイスアレイを示す平面図。
【符号の説明】
【０４７９】
Ｈ  欠陥集合領域 
Ｚ  低欠陥単結晶領域 
Ｙ  Ｃ面成長領域 
Ｋ  境界 
Ｄ  転位 
Ｍ  マスク 
Υ  マスク被覆部 
Π  露呈部 
Ｗ  マスク単位パターン長さ 
Ｈ  マスク単位パターン高さ 
Ｔ  マスクパターン幅 
Ｓ  下地基板 
ＥＬＯ  エピタキシャルラテラルオーバーグロース法 
Φ  ファセット 
Σ  ファセット丘 
Ｃ面  （０００１）面 
Ｔ１（１１−２２） 
Ｔ２（−１２−１２） 
Ｔ３（−２１１２） 
Ｔ４（−１−１２２） 
Ｔ５（１−２１２） 
Ｔ６（２−１−１２） 
Ｆ７（１０−１５） 
Ｆ８（０１−１５） 
Ｆ９（−１１０５）   
Ｆ１０（−１０１５） 
Ｆ１１（０−１１５） 
Ｆ１２（１−１０５） 
Ｑｃ臨界高さ（２ｒ／ｓｉｎ２Θ） 
Ｓ１＝（１１−２５） 
Ｓ２＝（−１２−１５） 
Ｓ３＝（−２１１５） 
Ｓ４＝（−１−１２５） 
Ｓ５＝（１−２１５） 
Ｓ６＝（２−１−１５）
６０  ｎ型ＧａＮ基板
６２  ＡｌＧａＮ層 
６３  ＭＱＷ
６４  ｐ型ＡｌＧａＮ層
６５  ｐ型ＧａＮ層
６６  ｐ電極
７０  ＧａＮ基板
７２  ｉ−ＧａＮ
７３  ｉ−ＡｌＧａＮ
７４、９７  ソース電極
７６、９９  ゲート電極
８０、９０  ｎ−ＧａＮ基板
８２、９２  ｎ−  −ＧａＮ
８３  ショットキー電極
９０  ｎ−ＧａＮ基板
９４  ドレイン電極
【図１】
2007254258.tif 000004
【図２】
2007254258.tif 000005
【図３】
2007254258.tif 000006
【図４】
2007254258.tif 000007
【図５】
2007254258.tif 000008
【図６】
2007254258.tif 000009
【図７】
2007254258.tif 000010
【図８】
2007254258.tif 000011
【図９】
2007254258.tif 000012
【図１０】
2007254258.tif 000013
【図１１】
2007254258.tif 000014
【図１２】
2007254258.tif 000015
【図１３】
2007254258.tif 000016
【図１４】
2007254258.tif 000017
【図１５】
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【図１６】
2007254258.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【手続補正書】
【提出日】平成18年7月6日(2006.7.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１２２】
［大面積が可能な理由］
成長は、気相（ガス）反応を用いているため、ガスが入り込めない領域で成長は起こらない。成長中に出現するファセット面は、約４０゜〜６０゜と決まっているため、欠陥集合領域Ｈが直線状に配置された構造（特許文献３：ストライプ型）では、表面の凹凸（溝深さ）は、パターンのピッチサイズによって決定される。例えば最大２ｍｍのピッチでは、ファセットの角度を４５゜と仮定すると、最表面から谷底までの深さは約１ｍｍ近くになる。谷はウエハ−に一方向に出現するため、ウエハ−中央部では原料ガスが入り込めない、ガスが抜けないなど均一な結晶成長にとり悪条件となる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２５１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２５１】
Ｗ          Ｈ               Ｔ
試料Ｏ（ＳｉＯ２）    １ｍｍ    １．２ｍｍ      ０．０５ｍｍ
試料Ｐ（Ｓｉ３Ｎ４）   １ｍｍ    １．２ｍｍ      ０．０５ｍｍ
試料Ｑ（Ｐｔ）       １ｍｍ    １．２ｍｍ      ０．０５ｍｍ
試料Ｒ（Ｗ）         １ｍｍ    １．２ｍｍ      ０．０５ｍｍ
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月25日(2007.1.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３２】
［実施例１（サファイヤテンプレート下地基板：パターン・試料Ａ〜Ｊ：図１１〜１５）］   
下地基板として、ＭＯＣＶＤ法によって２〜５μｍ程度のＧａＮ薄膜を堆積させた２インチ径のサファイヤ基板を用いた。これをサファイヤテンプレートと呼ぶ。サファイヤテンプレートの上にスパッタリングによって１００ｎｍ厚みのＳｉＯ２膜を堆積させた。通常のフォトリソグラフィとエッチングによってＳｉＯ２のマスクパターンを作製した。だからここでの層構造は上から順にＳｉＯ２／ＧａＮ／サファイヤとなる。パターンの一つの単位を図１１〜図１５に示す。それらは一つの単位しか描いていないが実際には縦横の同じ寸法形状のものがくまなく繰り返しているのである。 
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１８５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１８５】
［試料Ｇ（Ｗ＝１ｍｍ、Ｈ＝１ｍｍ、Ｔ＝０．０５ｍｍ：四角形）］ 
＜１０−１０＞、＜１１−２０＞に４５゜の角度をなす辺をもつ四角形マスクパターンＧの上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。膜厚が１ｍｍまで、欠陥集合領域Ｈは反転層で転位低減効果がある。膜厚が２ｍｍ以上で欠陥集合領域Ｈは消失し、転位低減効果もなくなり膜厚とともに転位は増加した。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２６７】
結晶厚みが０．５ｍｍのとき、欠陥集合領域Ｈは多結晶である。露出部中央での転位密度が５×１０６ｃｍ−２で、端での転位密度が５×１０７ｃｍ−２であった。欠陥集合領域Ｈによる転位低減効果である。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２９４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２９４】
［試料Ｓ（ＧａＮ（Ｗ＝１、Ｈ＝１．２、Ｔ＝０．０５：試料Ｋの下地基板上にＧａＮ））］
試料Ｓでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＮ／ＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＧａＮ薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでも欠陥集合領域Ｈが下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、低欠陥単結晶領域Ｚが下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＧａＮ結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在し２ｍｍでは消失した。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０２９９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０２９９】
［試料Ｔ（（試料Ｋの）ＧａＮ下地基板上にＡｌＧａＮ）］ 
試料Ｔでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＮ／ＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＡｌＧａＮ混晶薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでもＡｌＧａＮの欠陥集合領域Ｈが、ＧａＮ下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、ＡｌＧａＮ低欠陥単結晶領域Ｚが、ＧａＮ下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＡｌＧａＮ混晶結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として０．５ｍｍ膜厚まで存在し１ｍｍでは消失した。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０４】
［試料Ｕ（（試料Ｋの）ＧａＮ下地基板上にＩｎＧａＮ）］ 
試料Ｕでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＮ／ＧａＡｓ下地基板の上にＨＶＰＥ法でＩｎＧａＮ混晶薄膜を成長させた。マスクは存在しない。それでもＩｎＧａＮの欠陥集合領域Ｈが、ＧａＮ下地基板の欠陥集合領域Ｈの上に生成し、ＩｎＧａＮ低欠陥単結晶領域Ｚが、ＧａＮ下地基板の低欠陥単結晶領域Ｚの上に生成した。つまり下地基板のＧａＮ基板を転写したようなＩｎＧａＮ混晶結晶ができた。欠陥集合領域Ｈは反転層として１ｍｍ膜厚まで存在し２ｍｍでは消失した。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３０９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３０９】
［試料Ｖ（（試料Ｋの）ＧａＮ基板を（１０−１０）面で切断した下地基板上にＧａＮ）］ 
試料Ｖでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＮ／ＧａＡｓ結晶を（１０−１０）面で切断したものを下地基板としてＧａＮを再び成長させたものである。この面の上にＧａＮを成長させると欠陥集合領域Ｈが消滅してしまう。この面方位では本発明の転位減少機構は働かないようである。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０３１３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０３１３】
［試料Ｗ（（試料Ｋの）ＧａＮ基板を（１１−２２）面で切断した下地基板上にＧａＮ）］ 
試料Ｗでは試料Ｋでつくられ網目状欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域ＺをもつＧａＮ／ＧａＡｓ結晶を（１１−２２）面で切断したものを下地基板としてＧａＮを再び成長させたものである。この面の上にＧａＮを成長させると欠陥集合領域Ｈが多結晶として出現する。多結晶欠陥集合領域Ｈのために、転位減少効果がある。