特許 6986024 複合基板および機能素子

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6986024

(24)【登録日】2021年11月30日

(45)【発行日】2021年12月22日

(54)【発明の名称】複合基板および機能素子

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20211213BHJP

   C30B 9/06 20060101ALI20211213BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/38 D

   C30B9/06

【請求項の数】6

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2018-547504(P2018-547504)

(86)(22)【出願日】2017年9月29日

(86)【国際出願番号】JP2017035537

(87)【国際公開番号】WO2018079192

(87)【国際公開日】20180503

【審査請求日】2020年5月11日

(31)【優先権主張番号】特願2016-211564(P2016-211564)

(32)【優先日】2016年10月28日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100097490

【弁理士】

【氏名又は名称】細田 益稔

(74)【代理人】

【識別番号】100097504

【弁理士】

【氏名又は名称】青木 純雄

(72)【発明者】

【氏名】磯田 佳範

(72)【発明者】

【氏名】野口 卓

(72)【発明者】

【氏名】内川 哲哉

(72)【発明者】

【氏名】平尾 崇行

(72)【発明者】

【氏名】下平 孝直

(72)【発明者】

【氏名】今井 克宏

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２５２９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２４９２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−１０６６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 FUJITA, Kohei et al.，HVPE growth of thick AlN on trench-patterned substrate，Phys. Status Solidi C，2011年，Vol. 8, No. 5，pp. 1483-1486，特にp. 1483, 1484左欄, 1485左欄, 1486右欄, Fig. 1, 2, 4, 6

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

ＣＡｐｌｕｓ（ＳＴＮ）

ＪＳＴＰｌｕｓ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴ７５８０（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

ＪＳＴＣｈｉｎａ（ＪＤｒｅａｍＩＩＩ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

単結晶基板、
前記単結晶基板上に設けられた種結晶膜、および
前記種結晶膜の平坦面上に設けられた１３族元素窒化物層
を備えている複合基板であって、
前記１３族元素窒化物層が第一の主面および第二の主面を有しており、
前記１３族元素窒化物層が、前記第一の主面側に設けられた第一のボイド欠乏層、前記第二の主面側に設けられた第二のボイド欠乏層、および前記第一のボイド欠乏層と前記第二のボイド欠乏層との間に設けられたボイド分布層を有しており、
前記種結晶膜が前記１３族元素窒化物層の前記第一の主面に接触していることを特徴とする、複合基板。

【請求項2】

前記１３族元素窒化物層が窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化アルミニウムガリウムからなることを特徴とする、請求項１記載の複合基板。

【請求項3】

前記第一のボイド欠乏層の厚さが３０〜１００μｍであることを特徴とする、請求項１または２記載の複合基板。

【請求項4】

前記第一のボイド欠乏層および前記第二のボイド欠乏層の長さ１００μｍ当たりのボイド数が１個以下であり、前記ボイド分布層の長さ１００μｍ当たりのボイド数が３〜１０個であることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。

【請求項5】

請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の複合基板、および
前記１３族元素窒化物層の前記第二の主面上に設けられた機能層を備えていることを特徴とする、機能素子。

【請求項6】

前記機能層が発光機能を有することを特徴とする、請求項５記載の機能素子。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、１３族元素窒化物層、複合基板および機能素子に関するものである。

【背景技術】

【0002】

窒化ガリウム単結晶からなる自立基板の作製方法として、サファイアやGaAsといった異種材料を下地基板とし、この上に厚膜の窒化ガリウム結晶を成長させ、その後、下地基板を除去する方法が知られている。この場合、下地基板と窒化ガリウムの熱膨張率が異なるため、冷却中に応力が発生するため、下地基板と窒化ガリウム結晶からなる複合基板の反りが大きく、窒化ガリウム結晶や下地基板にクラックが発生しやすくなり、歩留りが低下する。また、複合基板の反りが大きいと、例えばレーザーリフトオフなどの方法で下地基板を除去する際にクラックが発生するといった問題がある。

【0003】

特許文献１（特開2012-126602）によれば、種結晶基板の表面に空隙を作製し、この部分から結晶成長させることにより、種結晶基板と育成した結晶との接触面積を減らし、冷却時の熱膨張差を利用して、成長後の結晶を剥離させている。

【0004】

一方、特許文献2（WO2013/021804 A2）によれば、種結晶膜の界面に沿って、インクルージョン(異相)の多いインクルージョン分布層を形成することで、レーザーリフトオフ法によってクラックなく窒化ガリウムを剥離可能であると記載している。
また、特許文献3、4（特開2009-91225、特開2009-91226）によれば、温度や圧力を制御することで、窒化ガリウム結晶の成長効率を高めることを提案している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開2012-126602

【特許文献2】WO2013/021804 A2

【特許文献3】特開2009-91225

【特許文献4】特開2009-91226

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

しかし、特許文献１の方法では、窒化ガリウム結晶の剥離の成功率に限界があり、クラック抑制が十分ではない。

【0007】

特許文献２では、種結晶膜上にインクルージョン分布層を形成し、その上にインクルージョン欠乏層を形成することによって、転位欠陥をインクルージョン分布層で吸収し、クラックを抑制する。しかし、インクルージョン欠乏層の厚さやインクルージョンのサイズを制御することが難しく、インクルージョン欠乏層にクラックが発生することがあった。

【0008】

特許文献３、４は、窒化ガリウム結晶の成長速度を高める技術であるが、クラック抑制等については記載がない。

【0009】

本発明の課題は、１３族元素窒化物層のクラックを抑制できるような層構造を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明は、
単結晶基板、
前記単結晶基板上に設けられた種結晶膜、および
前記種結晶膜の平坦面上に設けられた１３族元素窒化物層
を備えている複合基板を提供する。

【0011】

前記１３族元素窒化物層が第一の主面および第二の主面を有しており、
前記１３族元素窒化物層が、前記第一の主面側に設けられた第一のボイド欠乏層、前記第二の主面側に設けられた第二のボイド欠乏層、および前記第一の欠乏層と前記第二の欠乏層との間に設けられたボイド分布層を有しており、
前記種結晶膜が前記１３族元素窒化物層の前記第一の主面に接触している。

【0012】

また、本発明は、
前記複合基板、および
前記１３族元素窒化物層の第二の主面上に設けられた機能層を備えていることを特徴とする、機能素子に係るものである。

【発明の効果】

【0013】

本発明者は、種結晶上に１３族元素窒化物層を形成するのに際して、まずボイドの乏しい第一のボイド欠乏層を形成し、その上にボイドの多いボイド分布層を形成した上で、ボイド分布層上にふたたび第二のボイド欠乏層を形成し、三層構造を提供することを想到した。すなわち、ボイド分布層と種結晶膜界面との間に第一のボイド欠乏層を配置する構造を製造することに成功した。

【0014】

その上で、得られた１３族元素窒化物層を精査したところ、第二のボイド欠乏層におけるクラックが著しく低減されることを見いだし、本発明に到達した。

【0015】

この理由は明らかではない。しかし、１３族元素窒化物層を冷却したときに、応力が、１３族元素窒化物層と種結晶表面との界面には集中せず、この界面から１３族元素窒化物層内に向かってある程度離れた場所に集中することが判明した。このため、ボイド分布層を、前記界面から１３族元素窒化物層中に離れた場所に設けることによって、冷却時の応力をボイド分布層あるいはその近辺に集中させ、応力を緩和させることができ、またはボイド分布層によってクラックの進展を抑制することができ、その上の第二のボイド欠乏層内でのクラックを抑制できたものと考えられる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】（ａ）は、単結晶基板１上に種結晶膜３を形成した状態を示す模式図であり、（ｂ）は、種結晶膜３上に第一のボイド欠乏層４ａを設けた状態を示す模式図であり、（ｃ）は、第一のボイド欠乏層上にボイド分布層４ｂを設けた状態を示す模式図である。

【図2】（ａ）は、ボイド分布層上に第二のボイド欠乏層４ｃを設けた状態を示す模式図であり、（ｂ）は、１３族元素窒化物層からなる自立基板６を示す模式図である。

【図3】本発明の１３族元素窒化物層を製造するのに利用できる温度プロファイルを示す。

【図4】本発明実施例で得られた１３族元素窒化物層の顕微鏡写真である。

【図5】図４の部分拡大写真を示す。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を適宜参照しつつ、本発明の実施形態を更に説明する。
図１（ａ）に示すように、単結晶基板１の育成面１ａ上に種結晶膜３を形成する。次いで、図１（ｂ）に示すように、種結晶膜３の育成面３ａ上に、第一のボイド欠乏層４ａを形成する。次いで、図１（ｃ）に示すように、第一のボイド欠乏層４ａ上にボイド分布層４ｂを形成する。次いで、図２（ａ）に示すように、ボイド分布層４ｂ上に、第二のボイド欠乏層４ｃを成膜し、１３族元素窒化物層４を得る。

【0018】

図２（ａ）の状態で、複合基板５とし、複合基板５上に機能素子構造を成膜することができる。あるいは、図２（ｂ）に示すように、１３族元素窒化物層４を種結晶基板から剥離させ、１３族元素窒化物層からなる自立基板６を得ることができる。この場合には、第二のボイド欠乏層４ｃの表面上に機能素子構造を成膜できる。

【0019】

本発明の１３族元素窒化物層４は、第一の主面４ｄおよび第二の主面４ｅを有する。そして、第一の主面４ｄ側に設けられた第一のボイド欠乏層４ａ、第二の主面４ｅ側に設けられた第二のボイド欠乏層４ｃ、および第一の欠乏層４ａと第二の欠乏層４ｃとの間に設けられたボイド分布層４ｂを有する。

【0020】

以下、本発明の各構成要素について更に説明する。
（種結晶基板）
種結晶基板は、単結晶基板およびその上の種結晶膜を備えていてよく、あるいは、種結晶からなる自立基板であってよい。

【0021】

単結晶基板の材質は限定されないが、サファイア、ＡｌＮテンプレート、ＧａＮテンプレート、ＧａＮ自立基板、シリコン単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＬｉＡｌＯ_２、ＬｉＧａＯ_２、ＬａＡｌＯ_３，ＬａＧａＯ_３，ＮｄＧａＯ_３等のペロブスカイト型複合酸化物、ＳＣＡＭ（ＳｃＡｌＭｇＯ_４）を例示できる。また組成式〔Ａ_１−ｙ（Ｓｒ_１−ｘＢａ_ｘ）_ｙ〕〔（Ａｌ_１−ｚＧａ_ｚ）_１−ｕ・Ｄ_ｕ〕Ｏ_３（Ａは、希土類元素である；Ｄは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である；ｙ＝０．３〜０．９８；ｘ＝０〜１；ｚ＝０〜１；ｕ＝０．１５〜０．４９；ｘ＋ｚ＝０．１〜２）の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。

【0022】

種結晶を構成する材質は１３族元素窒化物が好ましく、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化タリウム（ＴｌＮ）、これらの混晶（ＡｌＧａＮ：ＡｌＧａＩｎＮ等）が挙げられる。

【0023】

種結晶膜の形成方法は気相成長法が好ましいが、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。

【0024】

（１３族元素窒化物層）
１３族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。１３族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属（錫、ビスマス、銀、金）、高融点金属（鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属）が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。

【0025】

好適な実施形態においては、１３族元素窒化物が窒化ガリウム、窒化アルミニウムまたは窒化アルミニウムガリウムであ。

【0026】

ボイド分布層においては、ボイドが１３族元素窒化物中に分布している。ボイドは、１３族元素窒化物層中で、窒化物やその他の包含成分がない空隙のことである。本明細書におけるボイドとは、以下のようにして測定されるものである。

【0027】

すなわち、種結晶およびその上の窒化物膜を横断面に沿って切り出し、横断面を粒径１ミクロン程度のダイヤモンドスラリーで研磨する。そして倍率２００倍の透過型光学顕微鏡で横断面を撮影する。その上で、単結晶と１３族元素窒化物層との界面に沿って長さ１００μｍについて、各層において、径１μｍ以上のボイドの数を計数する。

【0028】

各層におけるボイドの平均径は、１．５〜６μｍであることが好ましい。ここで、各ボイドの径は、以下のようにして算出する。
すなわち、上述したように、倍率２００倍の透過型光学顕微鏡で１３族元素窒化物結晶層の横断面を撮影した後、この横断面写真において、各ボイドについて、各層の成長方向に対して垂直な方向の長さを測定し、各ボイドについてこの測定値の最大値を径とする。

【0029】

好適な実施形態においては、各ボイド欠乏層における長さ１００μｍあたりの径１μｍ以上のボイド数は、膜品質の観点からは、１個以下が好ましく、径１μｍ以上のボイドが観察されないことが望ましい。

【0030】

好適な実施形態においては、ボイド分布層における長さ１００μｍあたりの径１μｍ以上のボイド数は、応力を緩和してクラックを防止するという観点からは、３個以上が好ましく、５個以上が更に好ましい。また、膜品質の観点からは、１５個以下が好ましく、 １０個以下が更に好ましい。

【0031】

好ましくは、第一のボイド欠乏層４ａの厚さｔａ（図２（ｂ）参照）が３０μｍ以上である。これによって、ボイド分布層４ｂで応力を緩和しやすくなる。この観点からは、第一のボイド欠乏層４ａの厚さｔａは５０μｍ以上が更に好ましい。また、膜品質の観点からは、第一のボイド欠乏層４ａの厚さｔａは１５０μｍ以下が好ましく、１００μｍ以下が更に好ましい。

【0032】

（機能素子）
本発明の機能素子は、前記１３族元素窒化物層、および
第二の主面上に設けられた機能層を備えている。

【0033】

本発明の機能素子は、高品質であることが要求される技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザ、純青色、純緑色の光源用ＬＥＤやレーザ、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。

【0034】

（１３族元素窒化物層の製法例）
本発明の１３族元素窒化物層の製法は特に限定されず、フラックス法のような液相法、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法のような気相法を例示できる。

【0035】

具体的には、種結晶上に１３族元素窒化物層を成膜するのに際して、各層のボイド数を増大し、あるいは減少させるような条件を選択する。

【0036】

以下、フラックス法の例について説明する。
好適な実施形態においては、図３に示すように、フラックス法の実施に際して、温度スケジュールを少なくとも３段階変更する。具体的には、工程（ａ）における成膜温度Ｔａよりも工程（ｂ）における成膜温度Ｔｂを低く、急速に降温し、次いで、工程（ｂ）における成膜温度Ｔｂよりも工程（ｃ）における成膜温度Ｔｃを高くする。成膜温度を上げると成膜速度が低くなり、ボイドが生じにくくなるし、成膜温度を下げると成膜速度が高くなり、ボイドが生じやすくなるので、こうした温度スケジュールは有利である。また、ＴａからＴｂへの降温速度が速いほど、フラックス中の過飽和度が急激に変化するため、ボイドが生じやすくなり、有利である。

【0037】

成膜温度Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃの具体的数値は、成膜するべき１３族元素窒化物によって変化するが、一般的には以下の範囲が好ましい。

【0038】

ＴａおよびＴｃ： ８５０〜９００℃（好ましくは８６０〜８８０℃）
Ｔｂ： ８００〜８５０℃（好ましくは８２０〜８５０℃）
Ｔａ−ＴｂおよびＴｃ−Ｔｂ： １０〜５０℃（好ましくは２０〜４０℃）

【0039】

また、ＴａからＴｂへの降温速度は、１２〜９０℃／時間とすることが好ましく、ＴｂからＴｃへの昇温速度は５０〜５００℃／分とすることが好ましい。

【0040】

また、成膜時の圧力については、３．０〜５．０ＭＰａとすることが好ましく、３．３〜４．５ＭＰａとすることが更に好ましい。また、工程（ａ）、工程（ｃ）における圧力ＰＡ、ＰＣを相対的に低くし、工程（ｂ）における圧力ＰＢを相対的に高くすることによって、ボイド制御できる。この観点からは、ＰＢ−ＰＡ、ＰＢ−ＰＣは、０．２ＭＰａ以上とすることが好ましい。

【0041】

また、融液を収容する容器を回転させることによって、ボイドの生成しやすさを制御することができる。例えば、工程（ａ）、工程（ｃ）においては、容器の回転速度Ｒａ、Ｒｃを１０〜５０ｒｐｍとすることが好ましい。また、工程（ｂ）においては、容器の回転速度Ｒｂを１０〜１００ｒｐｍとすることが好ましい。

【0042】

また、本発明の１３族元素窒化物層を生成させる上で、容器の回転を停止させることが好ましい。この場合には、回転停止時間は１秒〜６０００秒が好ましく、１０秒〜３６００秒が更に好ましい。また、回転停止時間の前後における回転時間は１０秒〜３６００秒が好ましい。

【0043】

融液における１３族元素窒化物／フラックス（例えばナトリウム）の比率（ｍｏｌ比率は、本発明の観点からは、高くすることが好ましく、１８ｍｏｌ％以上が好ましく、２５ｍｏｌ％以上が更に好ましい。これを大きくすることで、ボイドの生成を促進できる。ただし、この割合が大きくなり過ぎると結晶品質が落ちる傾向があるので、４０ｍｏｌ％以下が好ましい。

【実施例】

【0044】

（実施例１）
図１〜図３を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム結晶層を育成した。
具体的には、直径３インチ、厚さ０．２５ｍｍのｃ面サファイア基板１に、厚さ５ミクロンの窒化ガリウム種結晶膜３をMOCVD法によりエピタキシャル成長させ、いわゆるＧａＮテンプレートを作製した（図１（ａ））。

【0045】

次いで、フラックス法によって、種結晶膜３上に窒化ガリウム単結晶層４を育成した。
具体的には、内径８０mm、高さ４５mmの円筒平底坩堝を用い、育成原料（金属Ga60ｇ、金属Na60ｇ）をグローブボックス内でそれぞれ融解して坩堝内に充填した。まずNaを充填し、その後Gaを充填することにより、Naを雰囲気から遮蔽し、酸化を防止した。坩堝内の原料の融液高さは約１５mmとなった。

【0046】

この坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の回転が可能な台上に設置した。870℃・4.5MPaまで昇温加圧後、5時間保持した。この間、融液を回転することで撹拌しながら結晶成長させた（工程（ａ））。回転条件は以下のようにした。
回転速度：１０ｒｐｍ
回転時間：６００秒
停止時間：６００秒

【0047】

次いで、1時間かけて840℃まで降温し（降温速度30℃／時間）、そこで3時間保持した（工程（ｂ））。次いで、再び870℃まで昇温し（昇温速度３００℃／時間）、92時間かけて結晶成長させた（工程（ｃ））。その後10時間かけて室温まで徐冷した。

【0048】

育成した結晶は、1.3ｍｍの厚さで成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。得られた結晶の横断面写真を図４、図５に示す。横断面方向から観察すると、サファイア基板１側から観て、第一のボイド欠乏層、ボイド分布層、第二のボイド欠乏層が観られ、三層構造であった。

【0049】

各層の構造は、以下のとおりである。
第一のボイド欠乏層：
厚さ： ６５μｍ
長さ１００μｍあたりのボイド数： ０個
ボイド分布層：
厚さ： ５０μｍ
長さ１００μｍあたりのボイド数： ５個
ボイド径（平均値）： ２μｍ
第二のボイド欠乏層：
長さ１００μｍあたりのボイド数： ０個
１３族元素窒化物層の合計厚さ： １．３ｍｍ

【0050】

以上のような１３族元素窒化物層を１０体形成し、育成後のクラック発生数を調べたが、クラック発生率は０％であった。
また、各１３族元素窒化物層について、レーザーリフトオフ法によってサファイア基板から分離した。同様の実験を１０回繰り返した結果、１３族元素窒化物層中のクラック発生率は０％であった。

【0051】

（実施例２〜７）
実施例１と同様にして各例の１３族元素窒化物層を成膜した。
ただし、工程（ａ）、（ｂ）、（ｃ）における各条件を、表１に示すように変更した。

【0052】

得られた各例の１３族元素窒化物層について、各層の構造を表２に示す。また、得られた各例の１３族元素窒化物層について、育成後およびレーザーリフトオフ法による剥離後について、１３族元素窒化物層中のクラックの有無を観察した。結果を表２に示す。

【0053】

【表1】

【0054】

【表2】

【0055】

（比較例１）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム結晶層を育成した。
具体的には、実施例１と同じＧａＮテンプレートを作製した（図１（ａ））。

【0056】

次いで、フラックス法によって、種結晶膜３上に窒化ガリウム単結晶層を育成した。
具体的には、内径８０mm、高さ４５mmの円筒平底坩堝を用い、育成原料（金属Ga60ｇ、金属Na60ｇ）をグローブボックス内でそれぞれ融解して坩堝内に充填した。まずNaを充填し、その後Gaを充填することにより、Naを雰囲気から遮蔽し、酸化を防止した。坩堝内の原料の融液高さは約１５mmとなった。

【0057】

この坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の回転が可能な台上に設置した。870℃・4.5MPaまで昇温加圧後、１００時間保持し、結晶を育成した。この間、融液を回転することで撹拌しながら結晶成長させた。回転条件は以下のとおりである。
回転速度：１０ｒｐｍ
回転時間：６００秒
停止時間：６００秒

【0058】

育成した結晶は、1.3ｍｍの厚さで成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、10％未満であった。得られた結晶の横断面写真を観察すると、サファイア基板１側から観て、一層構造であった。この層の構造は、以下のとおりである。
厚さ： １．３ｍｍ
長さ１００μｍあたりのボイド数： ０個

【0059】

以上のような１３族元素窒化物層を１０体形成し、育成後のクラック発生数を調べたが、クラック発生率は４０％であった。
また、各１３族元素窒化物層について、レーザーリフトオフ法によってサファイア基板から分離した。同様の実験を１０回繰り返した結果、１３族元素窒化物層中のクラック発生率は４０％であった。

【0060】

（比較例２）
図１、図２を参照しつつ説明した方法に従い、窒化ガリウム結晶層を育成した。
具体的には、実施例１と同じＧａＮテンプレートを作製した（図１（ａ）。

【0061】

次いで、フラックス法によって、種結晶膜３上に窒化ガリウム単結晶層４を育成した。
具体的には、内径８０mm、高さ４５mmの円筒平底坩堝を用い、育成原料（金属Ga60ｇ、金属Na60ｇ）をグローブボックス内でそれぞれ融解して坩堝内に充填した。まずNaを充填し、その後Gaを充填することにより、Naを雰囲気から遮蔽し、酸化を防止した。坩堝内の原料の融液高さは約１５mmとなった。

【0062】

この坩堝を耐熱金属製の容器に入れて密閉した後、結晶育成炉の回転が可能な台上に設置した。870℃・4.5MPaまで昇温加圧後、２時間保持し、結晶を育成した。回転条件は以下のとおりである。
回転速度：６０ｒｐｍ
回転時間：１０秒
停止時間：１０秒

【0063】

次いで、870℃・4.5MPaのまま回転条件を以下のとおりに変更して９８時間保持し、結晶を育成した。
回転速度：１０ｒｐｍ
回転時間：６００秒
停止時間：６００秒

【0064】

育成した結晶は、１．３ｍｍの厚さで成長していた。面内の厚さバラツキは小さく、１０％未満であった。得られた結晶の横断面写真を観察すると、サファイア基板１側から観て、二層構造であった。
各層の構造は、以下のとおりである。
ボイド分布層：
厚さ：２０μｍ
長さ１００μｍあたりのボイド数：１０個
ボイド欠乏層：
長さ１００μｍあたりのボイド数： ０個
１３族元素窒化物層の合計厚さ： １．３ｍｍ

【0065】

以上のような１３族元素窒化物層を１０体形成し、育成後のクラック発生数を調べたが、クラック発生率は２０％であった。
また、各１３族元素窒化物層について、レーザーリフトオフ法によってサファイア基板から分離した。同様の実験を１０回繰り返した結果、１３族元素窒化物層中のクラック発生率は３０％であった。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】