(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一般構造式がＡ5（ＰＯ4）3Ｆ で表され、構成元素Ａが２Ａ族元素であるアパタイト型六方晶で構成された単結晶基板と、その単結晶基板上にエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成された、ことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項２】
上記単結晶基板の構成元素Ａは、カルシウム（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）である、請求項１に記載のエピタキシャルウェハ。
【請求項３】
一般構造式がＸ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 で表され、構成元素Ｘが２Ａ族元素、構成元素Ｚが３Ａ族希土類元素であるアパタイト型六方晶で構成された単結晶基板と、その単結晶基板上にエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成された、ことを特徴とするエピタキシャルウェハ。
【請求項４】
上記単結晶基板の構成元素Ｘは、カルシウム（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）であり、構成元素Ｚは、ランタン（Ｌａ）あるいはイットリウム（Ｙ）である、請求項３に記載のエピタキシャルウェハ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、単結晶基板とその上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成されたエピタキシャルウェハに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガリウムナイトライド（ＧａＮ）に代表される窒化物系化合物は、ウルツライト型の六方晶構造をした直接遷移型のワイドギャップ半導体であり、そのエネルギギャップに対応した発光作用に基づいて、青色から紫外領域の発光波長を持つ発光ダイオードあるいはレーザ素子材料として注目されている。この窒化物系化合物を使って、すでに青色の発光ダイオードは実用化され、短波長レーザは開発段階にさしかかっている。
【０００３】
この系の材料は融点が高く（ＧａＮの場合、１７２７℃）、その成長温度域での窒素（Ｎ）の平衡蒸気圧が高いため、常圧化でのバルク結晶の成長が困難である。そのため、電子デバイス用途、または発光デバイス用途としての単結晶を得るためには、有機金属気相法（ＭＯＣＶＤ法）やハライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などのエピタキシャル気相成長法が用いられ、基板上に結晶をエピタキシャルに成長させる方法が一般的に行われている。
【０００４】
ＧａＮのエピタキシャル成長において主に使われている基板は、六方晶構造を持つサファイア単結晶の（０００１）面である。サファイア単結晶が基板として使用されているのは、結晶構造が類似しているという理由からである。しかし、サファイアに比べて、ＧａＮの方が格子定数が小さく、サファイア基板の（０００１）面にＧａＮを成長させても、サファイア基板とＧａＮエピタキシャル膜との格子ミスマッチ量は、１３．８％と大きくなる。また、サファイアとＧａＮとでは、熱膨張係数の差が２５．５％も存在している。このため、ＧａＮの成長過程や成長後の降温過程において、格子ミスマッチと熱膨張差に起因した歪みや内部応力が必然的に発生し、エピタキシャル膜内に結晶欠陥を発生させ品質を悪化させていた。このように、ＧａＮ等の窒化ガリウム系化合物のエピタキシャル成長に適した基板は未だ得られておらず、このことが有望な発光デバイス、電子デバイスであるのに関わらず、実用化が思ったほど進まないでいる主要な原因となっている。
【０００５】
そこで、この問題を解決すべく、サファイア基板の上にバッファ層という中間層を堆積させ、その上にＧａＮ膜をエピタキシャル成長させるという手法が開発された。これにより、発光デバイスとしての使用に耐えうる良質なＧａＮエピタキシャル膜が得られるようになった。
【０００６】
バッファ層は、格子ミスマッチと熱膨張係数差に起因した歪み、内部応力、貫通転位などを自身の中で緩和して、上層のＧａＮエピタキシャル膜に伝播させないという役割を果たしている。したがって、バッファ層上に成長させたＧａＮ膜は、サファイア基板に直接成長させたＧａＮ膜に対して、結晶方位の揺らぎが少ない、貫通転位や積層欠陥が減じているといった特徴を有している。なお、前者の結晶方位の揺らぎは、Ｘ線回折によるロッキングカーブから算出した半値幅により評価でき、また後者の貫通転位や積層欠陥は、透過電子顕微鏡によって観察可能である。また、電気特性では、残留キャリア濃度の減少と電子移動度の増加といった改善効果が現れてきた。現在では、このバッファ層の上に、ＧａＮとＡｌＮ、あるいはＩｎＮとの混晶化合物であるＡｌXＧａ1-XＮ、ＩｎXＧａ1-XＮ、ＩｎXＡｌYＧａ1-X-YＮ といった窒化ガリウム系化合物をエピタキシャル成長させて形成した活性層を有する発光ダイオードやレーザダイオードが作られている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、バッファ層上に形成したエピタキシャル膜には、減少したとはいえ、結晶欠陥は依然として多数存在しており、このため、デバイス化しても十分な発光特性を発揮させるに至っていない。ここで、結晶欠陥とは、ＧａあるいはＮが抜けた原子空孔であり、また基板・成長界面から成長面に抜ける貫通転位であり、さらには成長面に平行に存在する積層欠陥などをいう。
【０００８】
エピタキシャル膜中にこれらの結晶欠陥が存在すると、素子として構成したとき、その素子の中で非発光中心として作用し発光特性を悪化させてしまうし、素子への注入電流が残留転位を移動させたり堆積させる駆動力として消費されてしまい、強いては素子の劣化、破損につながってしまう。したがって、素子としての機能を充分に発揮させるには、エピタキシャル膜中の結晶欠陥を極力低減することが重要である。このような理由から、サファイア基板に替えて、基板上に直接成長させてもＧａＮと良好に格子整合でき、かつ熱膨張係数が近い単結晶基板が検討されてきた。
【０００９】
ＧａＮとは完全な格子整合はしないものの、サファイア基板に比べて格子ミスマッチ量（格子不整合率）が少ない単結晶として、ＧａＡｓ、Ｓｉ、ＺｎＯ、ＳｉＣなどが挙げられる。これらの単結晶の中でＳｉＣ基板は、ＧａＮとの熱膨張係数の差は、サファイア基板の場合と同程度であるが、格子ミスマッチ量は２．５％と小さい。また、このＳｉＣ基板はＧａＮの成長過程でも熱的に安定に存在するので、サファイア代替え基板としてはほぼ条件を満たしている。しかし、ＳｉＣ単結晶の場合、大型の単結晶が得られないこと、またこの結晶特有のマイクロパイプという欠陥が基板エピタキシャル面に存在し、やはり多数の結晶欠陥を発生させてしまうといったことが問題となっている。
このように、ＧａＮエピタキシャル膜の成長に最適な単結晶基板が確定していないのが現状であり、ここにおいて、ＧａＮと格子整合性があり、熱膨張係数の差が小さく、かつ熱的にも安定であるという条件を兼ね備えた単結晶の出現が強く望まれるようになってきた。
【００１０】
この発明は上記に鑑み提案されたもので、エピタキシャル膜との間で、格子整合性があり、熱膨張係数の差が小さく、かつ熱的にも安定であるという条件を備えた単結晶基板を提供し、その単結晶基板上に窒化ガリウム系化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させることで、エピタキシャル膜内の結晶欠陥を大幅に低減させ、電子デバイスに用いるとき、そのデバイス特性を大幅に改善できる、単結晶基板とその上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成されたエピタキシャルウェハを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、エピタキシャルウェハであって、一般構造式がＡ5（ＰＯ4）3Ｆ で表され、構成元素Ａが２Ａ族元素であるアパタイト型六方晶で構成された単結晶基板と、その単結晶基板上にエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成されているものである。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、エピタキシャルウェハであって、一般構造式がＸ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 で表され、構成元素Ｘが２Ａ族元素、構成元素Ｚが３Ａ族希土類元素であるアパタイト型六方晶で構成された単結晶基板と、その単結晶基板上にエピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成されているものである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下にこの発明の実施の形態を詳細に説明する。
基板上に窒化ガリウム（ＧａＮ）系化合物半導体結晶をエピタキシャル成長させる際に、基板側は次の条件（Ｉ）（II）（III ）を満たしている必要がある。
【００１８】
（Ｉ）窒化ガリウム系化合物半導体結晶との格子不整合率が２．５％以内であること。
格子整合性をここでは次にのべるように定義する。すなわち、窒化ガリウム系化合物半導体結晶のエピタキシャル成長を行わんとする単結晶基板において、基板に平行な結晶面における原子間隔（格子定数）をＤs 、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長方向に垂直な面におけるＧａ原子の格子定数をＤg とする。
格子不整合率をＬとしたとき、ＬはＤs とＤg の両者を用いて次に表わす式（１）で求められる。
格子不整合率Ｌ＝｛（ｎ１×Ｄg −ｎ２×Ｄs ）／（ｎ１×Ｄg ）｝×１００
・・・・・（１）
ｎ１、ｎ２：同じ結晶方位での格子定数の関係を表わす係数
この格子不整合率Ｌの値が低いほど基板と窒化ガリウム系化合物半導体結晶との格子整合性が良いといえる。
【００１９】
（II）窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長環境において、熱的かつ化学的に安定に存在する単結晶であること。
【００２０】
（III ）エピタキシャル成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶の結晶性が良いこと。
単結晶基板と窒化ガリウム系化合物半導体結晶との間の格子不整合性と、熱膨張係数の差とに起因した結晶欠陥は、最終的には得られたエピタキシャル膜の結晶の良否に影響を及ぼしている。そのため、ここではエピタキシャル膜の結晶性を具体的な物性数値で代表させ評価する。
【００２１】
すなわち、エピタキシャル膜の結晶としての良否の判断基準として、一つはＸ線回折測定によるロッキングカーブの半値幅が小さいことを挙げる。これはエピタキシャル膜の、成長方向に垂直な面内での揺らぎが少ないことを意味する。ここでは、窒化ガリウム系化合物半導体結晶の（０００２）面のロッキングカーブの半値幅が、３００秒以下になることを条件とする。
【００２２】
またエピタキシャル膜の転位密度が、透過電子顕微鏡観察から求まる数値として、１０8 ／ｃｍ2 以下になること、さらに成長面の粗さを表わす尺度としてＲｍｓがあるが、原子間力顕微鏡測定結果を統計処理して求まるＲｍｓの値として、１ｎｍ以下になることを条件とする。
【００２３】
このような、窒化ガリウム系化合物半導体結晶と格子整合性があり、かつ熱的、化学的安定性が窒化ガリウム系化合物半導体結晶の成長環境下で実現できる単結晶を鋭意検討したところ、本発明者は下記の（１）〜（６）に述べるところの単結晶がエピタキシャル成長に最適であることを見出した。
【００２４】
すなわち、
（１）結晶構造としてアパタイト型六方晶に属し、その一般構造式がＡ5 （ＰＯ4）3Ｆのタイプ（Ａは２Ａ族元素）、またはＸ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 のタイプ（Ｘは２Ａ族元素、Ｚは３Ａ族希土類元素）で表される単結晶の（０００１）面。
【００２５】
（２）特に、（１）の前者の構造式Ａ5（ＰＯ4 ）3Ｆでは、Ａで表わされる元素がカルシウム（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）であること。後者の構造式Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 では、Ｘで表わされる元素がカルシウム（Ｃａ）あるいはストロンチウム（Ｓｒ）であり、Ｚで表わされる元素がランタン（Ｌａ）あるいはイットリウム（Ｙ）であること。
【００２６】
（３）上記の一般構造式Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 において、配位子がＳｉＯ4 の代わりにＰＯ4 で構成され、一般構造式がＸ2Ｚ8（ＰＯ4）6Ｏ2 となる単結晶の（０００１）面。
【００２７】
（４）結晶構造として三方晶あるいは六方晶に帰属できる酸化物単結晶の中で、その一般構造式がＬｉ2Ｂ4Ｏ7 で表わされる単結晶の（０００１）面。
なお、上記の（１）〜（４）の各単結晶においては、ＧａＮエピタキシャル膜の成長方向はその構成単位格子である六方晶のｃ軸に平行な方向である。
【００２８】
（５）結晶構造として三方晶あるいは六方晶に帰属できる酸化物単結晶の中で、その一般構造式がＬａ3Ｎｂ1-XＧａxＯ14 で表わされる単結晶の（１００）面。
【００２９】
（６）結晶構造として三方晶あるいは六方晶に帰属できる酸化物単結晶の中で、その一般構造式がＬｉＨｏ（ＷＯ4）2で表わされる単結晶の（０００１）面。なお、上記（５）（６）のＬａ3Ｎｂ1-XＧａxＯ14 、ＬｉＨｏ（ＷＯ4）2においては、ＧａＮエピタキシャル膜の成長方向はその構成単位格子である六方晶のｃ軸に垂直な方向となる。
【００３０】
次に、上記の単結晶基板上に窒化ガリウム系化合物半導体結晶がエピタキシャル成長するときの原子配列を、ＧａＮの場合を例にとり、図１、図２及び図３を用いて説明する。
【００３１】
図１は基板上に成長させるＧａＮ結晶の（０００１）面の原子配列を示す図である。図中の黒丸印の位置がＧａ原子の配列に対応する。通常、ＧａＮの成長方向は構成単位格子である六方晶のｃ軸に平行な方向であるから、六方晶のａ軸の長さがこの原子配列での格子定数Ｄgaとなる。
【００３２】
図２はこの発明に係る単結晶基板の原子配列を示す図であり、アパタイト型六方晶の単結晶、および六方晶構造のＬｉ2Ｂ4Ｏ7 単結晶の各（０００１）面の原子配列を表している。図中の白抜き○印が元素の位置するところである。そして、これらの単結晶基板と上記のＧａＮとは、ａ軸方向で格子整合しており、図では単結晶基板の格子定数をＤsaで表している。
一般構造式（組成式）Ａ5（ＰＯ4）3Ｆ 中のＡで表すところの元素が、図中の元素１，２，３に対応している。
また、一般構造式Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 またはＸ2Ｚ8（ＰＯ4）6Ｏ2 中の、Ｘで表すところの元素が、図中の元素１に対応し、Ｚで表すところの元素が、図中の元素２，３に対応している。
さらに、一般構造式Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7 中のＬｉ（リチウム）原子が、図中の元素２に、Ｂ（ホウ素）原子が、図中の元素１，３に対応している。
【００３３】
基板とＧａＮとの格子整合は、図１のＧａ原子（黒丸印）が図２の○印の元素上に重ね合わさるように、＜０００１＞方向に成長したときに成立し、格子整合した状態での原子配列は、図３に示すように、ＧａＮのＧａ原子と、単結晶基板側の元素とが合致するようになる。
【００３４】
図４及び図５には、この発明に係る単結晶としての９つの組成例▲１▼〜▲９▼が例示してあり、また、各欄に▲１▼〜▲９▼の各組成から成る単結晶の格子定数Ｄs 、その単結晶基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮの格子定数Ｄg 、及びそのときの両者の格子不整合率Ｌを示してある。
【００３５】
図４において、組成例▲１▼は一般構造式Ａ5（ＰＯ4）3Ｆ 中のＡで表される元素にＣａ（カルシウム）を用いた場合であり、組成例▲２▼はそのＡにＳｒ（ストロンチウム）を用いた場合であり、組成例▲３▼は一般構造式Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 中のＸで表わされる元素にＣａを、Ｚで表される元素にＹ（イットリウム）を用いた場合であり、組成例▲４▼はそのＸにＣａを、ＺにＬａ（ランタン）を用いた場合であり、組成例▲５▼はそのＸにＳｒを、ＺにＬａを用いた場合であり、組成例▲６▼は一般構造式Ｘ2Ｚ8（ＰＯ4）6Ｏ2 中のＸで表わされる元素にＣａを、Ｚで表される元素にＬａを用いた場合であり、そして、組成例▲７▼は、組成式がＬｉ2Ｂ4Ｏ7 の場合である。
【００３６】
図４の７つの組成例▲１▼〜▲７▼から成る各単結晶基板とＧａＮとは、上記の図１〜図３で説明したように、ａ軸方向で格子整合しており、その格子不整合率Ｌは、上記の式（１）から求まる。式（１）の係数ｎ１はここでは「３」となり、係数ｎ２は「１」となり、したがって、▲１▼〜▲７▼の場合の格子不整合率Ｌを求める式は、次のようになる。
Ｌ（％）＝｛（３×Ｄga−Ｄsa）／（３×Ｄga）｝×１００・・・・・（２）
上記の式（２）に図４の各格子定数Ｄsaの値と、ＧａＮの格子定数Ｄgaの値３．１６０Åを代入して格子不整合率Ｌを求めると、▲１▼では１．２％、▲２▼では２．５％、▲３▼では１．５％、▲４▼では１．６％、▲５▼では２．２％、▲６▼では０．２％、▲７▼では０．０１％となり、いずれも従来の格子不整合率、例えばサファイア基板の場合の約１４％に比べて大幅な改善となっている。
【００３７】
また、図５において、組成例▲８▼は組成式がＬａ3Ｎｂ1-XＧａxＯ14 の場合であり、組成例▲９▼は組成式がＬｉＨｏ（ＷＯ4）2の場合である。組成例▲８▼で表される単結晶基板とＧａＮとは、上記の▲１▼〜▲７▼の単結晶基板と異なり、ｃ軸方向で格子整合しており、その格子不整合率Ｌを求める式（１）は、次のようになる。
組成例▲８▼の場合の格子不整合率Ｌ（％）
＝｛（Ｄgc−Ｄsc）／Ｄgc｝×１００    ・・・・・（３）
【００３８】
また、組成例▲９▼で表される単結晶基板とＧａＮとは、基板側のａ軸方向と、ＧａＮ側のｃ軸方向とで格子整合しており、その格子不整合率Ｌを求める式（１）は、次のようになる。
組成例▲９▼の場合の格子不整合率Ｌ（％）
＝｛（Ｄgc−Ｄsa）／Ｄgc｝×１００    ・・・・・（４）
上記の式（３）（４）に図５の基板側の格子定数Ｄsc、Ｄsaの値と、ＧａＮの格子定数Ｄgcの値５．１２５Åをそれぞれ代入して求めた格子不整合率Ｌは、▲８▼では０．０６％、▲９▼では０．７％となり、上記の▲１▼〜▲７▼の場合と同様に、いずれも従来の格子不整合率、例えばサファイア基板の場合の約１４％に比べて大幅な改善となっている。
【００３９】
【実施例】
（実施例１）
この発明に係る単結晶基板の内、図４の組成例▲１▼（Ｃａ5（ＰＯ4）3Ｆ） から成る単結晶基板を用い、その基板上に分子線エピキタシ成長方法でＧａＮをエピタキシャル成長させた例を示す。先ず、基板となる単結晶はＸ線回折測定から結晶方位を決め、その面と平行になる断面で基板を切り出した。ここでは、アパタイト型単結晶であるので（０００１）面に平行に切り出すことになる。
【００４０】
ＧａＮの成長に供する単結晶基板は、厚みが０．５ｍｍ程度になるように切断し、そのカット面を研磨剤でラッピングした。その後弗化アンモニアで洗浄し、汚染金属成分を除いた後、有機溶剤と紫外線照射を行って残留有機物を取り除いた。
【００４１】
次に、この基板を成長準備室に装填し、９００℃で６時間加熱し、吸着ガスを除いた。その後、成長室に搬送しＧａＮの成長を開始した。Ｇａ源は金属Ｇａで、融点以上に加熱したクヌードセンるつぼから供給した。供給量は、るつぼの開口部のシャッターの開閉操作で制御した。また窒素源は窒素ガス、またはアンモニアガスをプラズマ化した活性窒素である。窒素の供給はプラズマ照射の有無で決定した。基板温度はパイロメーターで計測し、基板温度を１０００℃としてエピタキシャル成長を行わせた。成長している間はＲＨＥＥＤによって表面構造、主に成長面の平坦性をモニターした。成長時間は６０分とした。
【００４２】
これによって得られたＧａＮエピタキシャル膜は厚みが０．９μｍであった。また（０００２）面のＸ線回折によるロッキングカーブ測定では、そのピーク半値幅が  ２００秒であった。転位密度を透過電子顕微観察から求めたところ  １０5 ／ｃｍ2 であった。また原子力間顕微鏡で表面荒さＲｍｓを求めたところ、０．４ｎｍであった。
【００４３】
（実施例２）
この発明に係る単結晶基板の内、図４の組成例▲３▼（Ｃａ2Ｙ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2 ）から成る単結晶基板上に有機金属輸送法（ＭＯＣＶＤ法）によるＧａＮエピタキシャル膜の成長を行った。ここで、成長に供する単結晶基板の機械的、化学的前処理は実施例１と同じである。
ＭＯＣＶＤ成長装置に上記の単結晶基板を装着した。基板を固定するところは石英製反応チューブ内のカーボンサセプター上である。加熱は石英チューブの外周にある高周波コイルで行った。
【００４４】
基板エピタキシャル面に斜め方向から原料ガスが到達するように設けた原料ガス導入管から、アンモニア（ＮＨ3 ）を２．５ｓｌｍで供給しながら、基板を１１００℃のまで６０分かけて昇温した。１１００℃になったところで３０分保持した。１１００℃のまま、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）を３０ｓｃｃｍ、水素（Ｈ2 ）を６．０ｓｌｍ、アンモニアガス（ＮＨ3 ）を２．５ｓｌｍ、窒素ガス（Ｎ2 ）を１．３ｓｌｍそれぞれ流した。ここで、ｓｌｍ、ｓｃｃｍとは、標準状態ガスの毎分当たりに流れる体積を表す単位であり、１０００ｓｃｃｍ＝１ｓｌｍである。
【００４５】
このようにして得られたＧａＮエピタキシャル膜の厚みは３．０μｍであった。また（０００２）面のロッキングカーブ測定ではその半値幅が２２０秒であった。また、透過電子顕微鏡から求めた転位密度は１０5 ／ｃｍ2 であった。成長表面の荒さを原子間力顕微鏡で観察したところ、表面荒さＲｍｓが０．３５ｎｍであった。
また、この発明に係る他の組成例から成る単結晶基板についても、その基板上に実施例１または実施例２と同様にしてＧａＮエピタキシャル膜を成長させたが、そのＧａＮエピタキシャル膜に関しても上記の実施例１、実施例２とほぼ同等の品質結果が得られた。
【００４６】
このように、実施例１、実施例２の双方とも、基板にＧａＮと格子整合性があり、熱膨張率の差も小さく、かつ成長環境において安定に存在する、一般構造式がＡ5（ＰＯ4）3Ｆ、Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2、Ｘ2Ｚ8（ＰＯ4）6Ｏ2、Ｌｉ2Ｂ4 Ｏ7、Ｌａ3Ｎｂ1-XＧａXＯ14、あるいはＬｉＨｏ（ＷＯ4）2で表される単結晶を用い、その基板上に、バッファー層を介さないで、直接エピタキシャル成長させることで、結晶面の揺らぎが小さく、転位密度が低く、また表面粗さも小さいＧａＮ膜を得ることができた。この基板とエピタキシャル膜とから成るエピタキシャルウェハを、例えば発光デバイスに適用した場合、その発光特性の改善に大きく寄与することができ、発光デバイスの材料として大いに有望である。
【００４７】
なお、上記の実施例１，２では、単結晶基板の上に直接ＧａＮを成長させているが、この発明に係る単結晶基板の上にバッファー層を介在させた状態で、上記の実施例１，２と同条件でＧａＮを成長させたところ、上記の結果と同等、またはそれ以上の品質を備えたＧａＮエピタキシャル膜を得ることができた。
【００４８】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明の単結晶基板とその上に成長させた窒化ガリウム系化合物半導体結晶とから構成されるエピタキシャルウェハによれば、一般構造式がＡ5（ＰＯ4）3Ｆ、Ｘ2Ｚ8（ＳｉＯ4）6Ｏ2、Ｘ2Ｚ8（ＰＯ4）6Ｏ2 、Ｌｉ2Ｂ4Ｏ7、Ｌａ3Ｎｂ1-XＧａXＯ14、あるいはＬｉＨｏ（ＷＯ4）2で表される単結晶を基板として用いたので、単結晶基板と、その単結晶基板上に成長させる窒化ガリウム系化合物半導体結晶との間での格子整合性を大幅に改善することができた。このため、この単結晶基板上に成長させたエピタキシャル膜（窒化ガリウム系化合物半導体結晶）内の結晶欠陥を大幅に低減することができ、したがってこのエピタキシャルウェハを例えば発光デバイスに適用した場合、その発光特性の改善に大きく寄与することができ、発光デバイスの材料として大いに有望である。
【図面の簡単な説明】
【図１】基板上に成長させるＧａＮ結晶の（０００１）面の原子配列を示す図である。
【図２】この発明に係る単結晶基板の原子配列を示す図である。
【図３】単結晶基板上にＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させたときの原子配列を示す図である。
【図４】この発明に係る単結晶としての７つの組成例と、その格子不整合率とを示す図である。
【図５】この発明に係る単結晶としての２つの組成例と、その格子不整合率とを示す図である。
【符号の説明】
１，２，３    単結晶基板の原子配列
Ｇａ    Ｇａ原子
Ｄsa    ａ軸での基板側格子定数
Ｄsc    ｃ軸での基板側格子定数
Ｄga    ａ軸でのＧａＮ側格子定数
Ｄgc    ｃ軸でのＧａＮ側格子定数
【図１】
0003853942.tif 000002
【図２】
0003853942.tif 000003
【図３】
0003853942.tif 000004
【図４】
0003853942.tif 000005
【図５】
0003853942.tif 000006