特開 2022-126520 テンプレート基板及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022126520

(43)【公開日】2022-08-30

(54)【発明の名称】テンプレート基板及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/40 20060101AFI20220823BHJP

   C30B 25/18 20060101ALI20220823BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20220823BHJP

【ＦＩ】

C30B29/40 502H

C30B25/18

H01L21/205

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021024641

(22)【出願日】2021-02-18

(71)【出願人】

【識別番号】504224153

【氏名又は名称】国立大学法人 宮崎大学

(71)【出願人】

【識別番号】000224798

【氏名又は名称】ＤＯＷＡホールディングス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100147485

【弁理士】

【氏名又は名称】杉村 憲司

(74)【代理人】

【識別番号】230118913

【弁護士】

【氏名又は名称】杉村 光嗣

(74)【代理人】

【識別番号】100179903

【弁理士】

【氏名又は名称】福井 敏夫

(74)【代理人】

【識別番号】100213436

【弁理士】

【氏名又は名称】木下 直俊

(72)【発明者】

【氏名】荒井 昌和

(72)【発明者】

【氏名】門脇 嘉孝

【テーマコード（参考）】

4G077

5F045

【Ｆターム（参考）】

4G077AA03

4G077AB01

4G077BE45

4G077DB08

4G077EA02

4G077EB01

4G077ED06

4G077EH05

4G077GA01

4G077GA05

4G077GA10

4G077HA06

4G077HA12

4G077TA04

4G077TA07

4G077TB05

4G077TC06

4G077TC14

4G077TK01

4G077TK08

5F045AA04

5F045AB09

5F045AB17

5F045AC08

5F045AD08

5F045AD09

5F045AD10

5F045AD11

5F045AF04

5F045DA59

5F045DA67

(57)【要約】

【課題】ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板であって、表面平坦性が高い基板及びその基板の製造方法を提供する。
【解決手段】テンプレート基板１００は、ＧａＡｓ基板１と、ＧａＡｓ基板１上に配置され、１００ｎｍ以上の厚さを有するＩｎＡｓ層２と、を備え、ＩｎＡｓ層２は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含み、ＧａＡｓ基板１と接する側とは反対側のＩｎＡｓ層２の表面における、一辺の長さが１０μｍである正方形領域をＡＦＭにより分析した二乗平均平方根粗さの値が２．０ｎｍ以下である。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板上に配置され、１００ｎｍ以上の厚さを有するＩｎＡｓ層と、を備え、
前記ＩｎＡｓ層は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含み、
前記ＧａＡｓ基板と接する側とは反対側の前記ＩｎＡｓ層の表面における、一辺の長さが１０μｍである正方形領域をＡＦＭにより分析した二乗平均平方根粗さの値が２．０ｎｍ以下であるテンプレート基板。

【請求項2】

前記ＩｎＡｓ層の前記表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲における、Ｚｎの平均濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である請求項１に記載のテンプレート基板。

【請求項3】

ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を形成するＩｎＡｓ層形成工程と、
前記ＩｎＡｓ層に含まれるＺｎの濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにＺｎをドープするドーピング工程と、を含み、
前記ＩｎＡｓ層形成工程は、
前記ＧａＡｓ基板上に、４００℃以上６００℃未満の成長温度で、厚さ５０ｎｍ以上の第一ＩｎＡｓ層を成長させる第一成長工程と、
前記第一ＩｎＡｓ層上に、６００℃以上７５０℃未満の成長温度で、厚さ５０ｎｍ以上の第二ＩｎＡｓ層を成長させる第二成長工程と、を含み、
前記ドーピング工程は、前記第一成長工程及び前記第二成長工程において、Ｚｎ含有ガスを通流させるテンプレート基板の製造方法。

【請求項4】

前記ドーピング工程は、前記第二ＩｎＡｓ層の前記ＧａＡｓ基板に対向する側とは反対側の表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲におけるＺｎの平均濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるように、前記Ｚｎ含有ガスを通流させる請求項３に記載のテンプレート基板の製造方法。

【請求項5】

前記ドーピング工程は、
前記第一成長工程において、前記Ｚｎ含有ガスの通流量を０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下とし、
前記第二成長工程において、前記Ｚｎ含有ガスの通流量を０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下とする請求項３又は４に記載のテンプレート基板の製造方法。

【請求項6】

前記ドーピング工程では、前記第二成長工程で通流させる前記Ｚｎ含有ガスの通流量は、前記第一成長工程で通流させる前記Ｚｎ含有ガスの通流量よりも少ない請求項３から５のいずれか一項に記載のテンプレート基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、テンプレート基板及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

中赤外領域（例えば、波長３μｍから５μｍ）の波長域を有する受発光素子は、センサやガス分析などの用途で、幅広く用いられている。

【0003】

このような受発光素子の活性層には、Ｉｎ、Ａｓ及びＳｂを含むＩｎＡｓＳｂ系ＩＩＩ－Ｖ族半導体が用いられる。ＩｎＡｓＳｂ層などのＩｎＡｓＳｂ系ＩＩＩ－Ｖ族半導体層をエピタキシャル成長させる場合、格子整合させるために、ＩｎＡｓ基板やＧａＳｂ基板が成長用基板として用いられていた。

【0004】

近年、ＩｎＡｓＳｂ層などのＩｎＡｓＳｂ系ＩＩＩ－Ｖ族半導体層と格子整合する安価な基板が求められるようになった。そのため、ＧａＡｓ基板など異種基板にＩｎＡｓを結晶成長したものをテンプレート基板として使用することも検討されている。

【0005】

特許文献１には、有機金属気相成長法を用いるＩｎＡｓ等のＩｎ系ＩＩＩ-Ｖ族化合物半導体結晶の作製方法が記載されている。この方法では、Ｉｎ原料（ＴＭＩ）とＶ族原料（ＡｓＨ３）を交互に供給し、成長温度を６００～８００℃の範囲で、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ結晶を気相成長することが記載されている。また、この方法によって得たＩｎＡｓ結晶は、ホール移動度３００００ｃｍ^２／Ｖｓであり、結晶特性が良いことが記載されている。なお、特許文献１には、従来技術として、ＩｎＡｓ化合物半導体やＩＩＩ族元素がＩｎであるＩｎ系ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体の結晶は有機金属気相成長法で作製されており、ＩｎＡｓを成長する場合には、４００℃以上６００℃未満の成長温度に加熱した基板上でＩＩＩ族原料やＶ族原料を用いてこれらを熱分解して成長を行っていたことが記載されている。また、Ｉｎ系の原料では成長温度を６００℃以上に上げると、基板上に良好な結晶を成長させることができなかったことが記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開平７－８９７９９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特許文献１に記載された発明では、表面平坦性の高いテンプレート基板を得ることができなかった。そのためＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板であって、表面平坦性が高い基板及びその基板の製造方法の提供が望まれる。

【0008】

本発明は、かかる実状に鑑みて為されたものであって、その目的は、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板であって、表面平坦性が高い基板及びその基板の製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記目的を達成するための本発明に係るテンプレート基板は、
ＧａＡｓ基板と、
前記ＧａＡｓ基板上に配置され、１００ｎｍ以上の厚さを有するＩｎＡｓ層と、を備え、
前記ＩｎＡｓ層は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含み、
前記ＧａＡｓ基板と接する側とは反対側の前記ＩｎＡｓ層の表面における、一辺の長さが１０μｍである正方形領域をＡＦＭにより分析した二乗平均平方根粗さの値が２．０ｎｍ以下である。

【0010】

本発明に係るテンプレート基板では、更に、
前記ＩｎＡｓ層の前記表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲における、Ｚｎの平均濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であってもよい。

【0011】

上記目的を達成するための本発明に係るテンプレート基板の製造方法は、
ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を形成するＩｎＡｓ層形成工程と、
前記ＩｎＡｓ層に含まれるＺｎの濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにＺｎをドープするドーピング工程と、を含み、
前記ＧａＡｓ基板上に、４００℃以上６００℃未満の成長温度で、厚さ５０ｎｍ以上の第一ＩｎＡｓ層を成長させる第一成長工程と、
前記第一ＩｎＡｓ層上に、６００℃以上７５０℃未満の成長温度で、厚さ５０ｎｍ以上の第二ＩｎＡｓ層を成長させる第二成長工程と、を含み、
前記ドーピング工程は、前記第一成長工程及び前記第二成長工程において、Ｚｎ含有ガスを通流させる。

【0012】

本発明に係るテンプレート基板の製造方法では、更に、
前記ドーピング工程は、前記第二ＩｎＡｓ層の前記ＧａＡｓ基板に対向する側とは反対側の表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲におけるＺｎの平均濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるように、前記Ｚｎ含有ガスを通流させてもよい。

【0013】

本発明に係るテンプレート基板の製造方法では、更に、
前記ドーピング工程は、
前記第一成長工程において、前記Ｚｎ含有ガスの通流量を０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下とし、
前記第二成長工程において、前記Ｚｎ含有ガスの通流量を０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下としてもよい。

【0014】

本発明に係るテンプレート基板の製造方法では、更に、
前記ドーピング工程では、前記第二成長工程で通流させる前記Ｚｎ含有ガスの通流量は、前記第一成長工程で通流させる前記Ｚｎ含有ガスの通流量よりも少なくしてもよい。

【発明の効果】

【0015】

ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板であって、表面平坦性が高い基板及びその基板の製造方法を提供する。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本実施形態のテンプレート基板の構成を示す図である。

【図2】ＧａＡｓ基板の構成を示す図である。

【図3】本実施形態のテンプレート基板の製造方法の説明図である。

【図4】ＩｎＡｓ層の表面のＡＦＭ像である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

本発明に従う実施形態の説明に先立ち、以下の点について予め説明する。本実施形態におけるＩｎＡｓとは、ＩＩＩ族として主にＩｎ、Ｖ族として主にＡｓからなるＩＩＩ－Ｖ族化合物である。ＩｎＡｓは、本発明の効果を奏する範囲でＩｎやＡｓ以外の不純物元素を含むことは許容される。この場合、ＩＩＩ族元素であるＧａについての表記がなくとも、Ｉｎの一部はＧａに置換されていてもよい。また、Ｖ族元素であるＰ又はＳｂについての表記がなくとも、Ａｓの一部はＰ又はＳｂに置換されていてもよい。

【0018】

Ｚｎ等の特定の不純物を意図的には添加しておらず、電気的にｐ型又はｎ型として機能しない場合、「ｉ型」又は「アンドープ」と言う。アンドープの層には、製造過程における不可避的な不純物の混入はあってよく、具体的には、キャリア密度が小さい（例えば４×１０^１６／ｃｍ^３未満）場合に「アンドープ」である、と本明細書において称する。また、Ｚｎ等の不純物濃度の値は、ＳＩＭＳ分析（二次イオン質量分析法、Secondary Ion Mass Spectrometry）によるものとする。本実施形態においては、Ｚｎ等の不純物濃度の値などとして、磁場型ＳＩＭＳを用いて分析した値を採用することができる。

【0019】

また、エピタキシャル成長により形成される各層の厚み全体は、光干渉式膜厚測定器を用いて測定することができる。ＳＩＭＳ、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）、ＳＥＭ（電子顕微鏡）によりＩｎＡｓ層の厚さを測定しても良い。更に、各層の厚みのそれぞれは、成長装置に付属させた光干渉式膜厚測定器や、成長レートの計算から求めることができ、隣接する各層の組成が十分異なる場合には、ＴＥＭ、ＳＥＭによる成長層の断面観察から算出できる。

【0020】

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。なお、同一の構成要素には原則として同一の参照番号を付して、重複する説明を省略する。また、各図において、説明の便宜上、基板及び各層の縦横の比率を実際の比率から誇張して示している。

【0021】

（テンプレート基板の構造の説明）
図１には、本実施形態に係るテンプレート基板１００を示している。テンプレート基板１００は、ＧａＡｓ基板１と、ＧａＡｓ基板１上に配置され、１００ｎｍ以上の厚さ（膜厚）を有するＩｎＡｓ層２と、を備えている。

【0022】

ＧａＡｓ基板１は、導電型をｎ型としたものを用いることができる。ＧａＡｓ基板１における、ＩｎＡｓ層２の結晶成長（エピタキシャル成長）を行う表面の面方位は（１００）面であるものを用いることができ、オフ角度をつけることもできる。なお、ＧａＡｓ基板１は、図２に示すように、基板となる第一ＧａＡｓ層１１上に初期層としてアンドープの第二ＧａＡｓ層１２が形成されたものを用いることが好ましい。

【0023】

ＩｎＡｓ層２は、ＩＩＩ族として主にＩｎ、Ｖ族として主にＡｓからなるＩＩＩ－Ｖ族化合物で形成された層である。ＩｎＡｓ層は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含む。ここで、ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、ＳＩＭＳ分析を行う側の表面（本実施形態ではＧａＡｓ基板１と接する側と反対の表面と同じ）から深さ２０ｎｍ未満の範囲を除くＩｎＡｓ層の深さ方向における平均（算術平均）のＺｎ濃度である。以下では、ＩｎＡｓ層の深さ方向におけるＺｎの平均濃度を、単にＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度と記載する場合がある。すなわち、単にＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度と記載した場合は、ＳＩＭＳ分析により求めたＺｎの濃度であって、ＳＩＭＳ分析を行う側の表面から深さ２０ｎｍ未満の範囲を除いたＩｎＡｓ層の表面からの深さ方向における平均のＺｎ濃度を意味する。なお、表面から深さ２０ｎｍ未満の範囲の分析値は異常値を取りやすいためＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度の分析に用いていない。

【0024】

以下では、ＩｎＡｓ層２のうち、ＧａＡｓ基板１と接する側と反対の表面を単に表面と称する場合がある。

【0025】

ＩｎＡｓ層２の表面における、二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）の値は２ｎｍ以下である。ＩｎＡｓ層２の表面の二乗平均平方根粗さの値が２．０ｎｍ以下であることで、その上に平坦な結晶成長をすることのできるテンプレート基板とすることができる。以下では、ＩｎＡｓ層２の表面における二乗平均平方根粗さの値をＲＭＳ値と称する。ＩｎＡｓ層２の表面は、後述するように、ＩｎＡｓ層２に不純物（本発明ではＺｎ）を含ませることにより平坦化される。

【0026】

二乗平均平方根粗さ（ＲＭＳ）の値は、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）によって計測した値を用いることができる。本実施形態では、原子間力顕微鏡（株式会社日立ハイテク製ＡＦＭ５２００Ｓ）を用い、一辺の長さが１０μｍである正方形領域（１０ｎｍ×１０ｎｍ角の範囲）の表面の凹凸を測定して求めた二乗平均平方根粗さをＲＭＳ値として用いる。ＲＭＳ値の算出は、上記ＡＦＭ５２００Ｓに付属の解析ソフト（ＳＰＩＷｉｎ）で行う。

【0027】

ＩｎＡｓ層２のうち、表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲における、Ｚｎの平均濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることが好ましく、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上４．５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。

【0028】

（テンプレート基板の製造方法の説明）
図３に示すように、テンプレート基板１００の製造方法は、ＧａＡｓ基板１上にＩｎＡｓ層２を形成するＩｎＡｓ層形成工程と、ＩｎＡｓ層２に含まれるＺｎの濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上となるようにＺｎをドープするドーピング工程とを含む。

【0029】

上述のごとく、ＧａＡｓ基板１は、基板となる第一ＧａＡｓ層１１上に初期層としてアンドープの第二ＧａＡｓ層１２が形成されたものを用いることが好ましい。本実施形態では、図３に示すように、ＧａＡｓ基板１として、第一ＧａＡｓ層１１上に第二ＧａＡｓ層１２を形成する（図３のステップＡ）。ＧａＡｓ基板１では、第二ＧａＡｓ層１２の表面（第一ＧａＡｓ層１１に接する側と反対側の面）上にＩｎＡｓ層２が形成される（図３のステップＢ）。第二ＧａＡｓ層１２を形成することで、第一ＧａＡｓ層１１の表面とＭＯＣＶＤ装置内のクリーニングを行うことができ、ＩｎＡｓ層２を良好に形成可能となる。

【0030】

図３に示すように、ＩｎＡｓ層形成工程は、エピタキシャル成長によりＩｎＡｓ層２を結晶成長させて形成する（図３のステップＤ）。ＩｎＡｓ層２は、１００ｎｍ以上の厚さに成長される。ＩｎＡｓ層２の厚さは１００ｎｍ以上であることが好ましく、２００ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることがより好ましい。

【0031】

ＩｎＡｓ層形成工程は、ＧａＡｓ基板１上に第一ＩｎＡｓ層２１を成長させる第一成長工程（図３のステップＢ）と、第一ＩｎＡｓ層２１上に、第二ＩｎＡｓ層２２を成長させる第二成長工程（図３のステップＣ）と、を含む。すなわち、本実施形態においてＩｎＡｓ層２は、第一ＩｎＡｓ層２１上に第二ＩｎＡｓ層２２を形成することで得ることができる。

【0032】

ドーピング工程は、ＩｎＡｓ層形成工程の実行中に実行される（図３のステップＢ及びＣ）。ドーピング工程では、ＩｎＡｓ層形成工程の実行中、すなわち、ＩｎＡｓ層２の成長時にＺｎ含有ガス（Ｚｎ不純物ガス）を通流させる。これにより、ＩｎＡｓ層２にＺｎを不純物として添加（ドープ）する。Ｚｎ含有ガスとしては、ＤＥＺｎ（ジエチル亜鉛）、ＤＭＺｎ（ジメチル亜鉛）を使用することができる。

【0033】

ＩｎＡｓ層２は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含むようにＺｎを添加される。ＩｎＡｓ層２は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下の平均濃度でＺｎを含むようにＺｎを添加されることが好ましい。ＩｎＡｓ層２へのＺｎのドープにより、ＩｎＡｓ層２の表面が平坦化される。ＩｎＡｓ層２のＲＭＳ値は、２．０ｎｍ以下まで平坦化される。ＩｎＡｓ層２の表面の平坦化は、ＩｎＡｓ層２の成長時にＺｎ含有ガスを通流させることにより進行する。

【0034】

ドーピング工程は、第一成長工程及び第二成長工程において実行される。以下では、第一成長工程及び第二成長工程、並びに、同時に実行されるドーピング工程について詳述する。以下では、ＩｎＡｓ層２にＺｎを添加することを、単にドーピングと称する場合がある。

【0035】

第一成長工程におけるエピタキシャル成長は、４００℃以上６００℃未満の成長温度で行われる。成長温度は、４３０℃以上５７０℃以下とすることがより好ましい。第一ＩｎＡｓ層２１は、厚さ（膜厚）が５０ｎｍ以上となるまで成長されることが好ましい。第一ＩｎＡｓ層２１を５０ｎｍ以上の厚さに成長させることで、ＧａＡｓ基板１に接する側とは反対側の表面が十分に平坦化するためである。第一ＩｎＡｓ層２１は、厚さが８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に成長されると更に良い。

【0036】

第一ＩｎＡｓ層２１の成長温度は、ＧａＡｓ基板１の基板温度により制御される。本実施形態では、ＧａＡｓ基板１の基板温度が第一ＩｎＡｓ層２１の成長温度である。また、ステージの上にＧａＡｓ基板１を載置して第一ＩｎＡｓ層２１の結晶成長を行うため、当該ステージの温度を基板温度、すなわち成長温度とみなして制御できる。

【0037】

ドーピングは、第一ＩｎＡｓ層２１を成長させながら行う（図３のステップＢ）。第一ＩｎＡｓ層２１のＺｎの平均濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となるようにドーピングされるとよい。第一ＩｎＡｓ層２１のＺｎの平均濃度は、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下がより好ましく、４×１０^１８／ｃｍ^３以上とすることが更に好ましい。Ｚｎ含有ガスの流量は０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下（ｃｍ^３／ｍｉｎ）とするとよい。Ｚｎ含有ガスは、Ｚｎ含有ガス単体又はその他のキャリアガスなどと混合して混合ガスＧ1として供給することができる。

【0038】

なお、第一ＩｎＡｓ層２１のＺｎの平均濃度とは、ＧａＡｓ基板１と接する面から表面側に向けて５０ｎｍ以内の範囲における平均（算術平均）のＺｎ濃度である。

【0039】

第二成長工程におけるエピタキシャル成長は、第一成長工程におけるエピタキシャル成長の成長温度よりも高い温度で行う。第二成長工程におけるエピタキシャル成長は、６００℃以上７５０℃未満の成長温度で行われる。成長温度は、６３０℃以上６７０℃以下とすることがより好ましい。なお、成長温度の制御は、第一成長工程と同様に行う。

【0040】

第二ＩｎＡｓ層２２は、厚さ（膜厚）が５０ｎｍ以上となるまで成長されることが好ましい。第二ＩｎＡｓ層２２を５０ｎｍ以上の厚さに成長させることで、第一ＩｎＡｓ層２１に接する側とは反対側の表面が十分に平坦化するためである（図３のステップＤ）。第二ＩｎＡｓ層２２は、厚さが８０ｎｍ以上３００ｎｍ以下に成長されると更に良い。以下では、第一ＩｎＡｓ層２１及び第二ＩｎＡｓ層２２に関し、ＧａＡｓ基板１に対向する側と反対側の表面を単に表面と称する。

【0041】

第一ＩｎＡｓ層２１及び第二ＩｎＡｓ層２２の合計厚さ、すなわち、ＩｎＡｓ層２の厚さは、上述のごとく、１００ｎｍ以上であることが好ましく、１５０ｎｍ以上６００ｎｍ以下であることがより好ましい。第一ＩｎＡｓ層２１及び第二ＩｎＡｓ層２２の厚さは、成長レートを用いて計算できる。例えば、第一ＩｎＡｓ層２１のみを成長した場合の成長後の膜厚をＳＩＭＳ、ＴＥＭ、ＳＥＭなどの方法で求めた場合と、第一ＩｎＡｓ層２１及び第二ＩｎＡｓ層２２を成長した後の合計膜厚をＳＩＭＳ、ＴＥＭ、ＳＥＭなどの方法で求めた場合について、それぞれ求めることで、各層ごとの成長レートを計算できる。

【0042】

ドーピングは、第二ＩｎＡｓ層２２を成長させながら行う（図３のステップＣ）。第二ＩｎＡｓ層２２のＺｎの平均濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上１×１０^１９／ｃｍ^３以下となるようにドーピングされるとよい。第二ＩｎＡｓ層２２のＺｎの平均濃度は５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上４．５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下であることがより好ましい。Ｚｎ含有ガスの流量は、０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下とするとよい。Ｚｎ含有ガスは、Ｚｎ含有ガス単体又はその他のキャリアガスなどと混合して混合ガスＧ２として供給することができる。混合ガスＧ２は、混合ガスＧ1と同じ処方であってもよいし、異なる処方であってもよい。

【0043】

なお、第二ＩｎＡｓ層２２のＺｎの平均濃度とは、表面から深さ２０ｎｍ以上５０ｎｍ以下の範囲における平均（算術平均）のＺｎ濃度である。

【0044】

以下では、ＩｎＡｓ層２の表面の平坦化の効果と、成長温度及びＺｎ含有ガスの通流量との関係を説明する。

【0045】

ＩｎＡｓ層２を４００℃以上６００℃未満の低い基板温度で成長させた場合は、Ｚｎ含有ガスの通流量が少なくてもＩｎＡｓ層２へのＺｎの取り込みが多くなる（添加量が増大する）。Ｚｎ含有ガスの通流量が０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下の範囲では、Ｚｎ含有ガスの通流量が増えるほどＩｎＡｓ層２の表面が平坦化する傾向がある。しかし、Ｚｎ含有ガスの通流量が１０ｃｃｍを超えるとＩｎＡｓ層２の結晶成長速度が遅くなると共に、ＩｎＡｓ層２の表面が逆に荒れることになる。

【0046】

一方、ＩｎＡｓ層２を６００度以上の高い基板温度で成長した場合は、Ｚｎ含有ガスの通流量が０．１ｃｃｍ以上１０ｃｃｍ以下の範囲では、Ｚｎ含有ガスの通流量が増えるにつれてＩｎＡｓ層２へのＺｎの取り込み量が増える（添加量が増大する）傾向にある。そして、ＩｎＡｓ層２の表面の平坦化効果は、Ｚｎ含有ガスの通流量が少ない方が大きくなる傾向にある。

【0047】

そのため、ドーピング工程では、第二成長工程で通流させるＺｎ含有ガスの通流量を、第一成長工程で通流させるＺｎ含有ガスの通流量よりも少なくするとよい。これにより、安定的に表面が平坦なＩｎＡｓ層２を得ることができる。

【0048】

以下では、本実施形態に係るテンプレート基板の実施例を説明する。

【0049】

（実施例1）
実施例１のテンプレート基板は、ＭＯＣＶＤ法を用いて、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を形成して製造した。ＩｎＡｓ層の形成は、第一ＩｎＡｓ層の形成後に成長温度を変更して第二ＩｎＡｓ層を形成する二段階のステップで行った。ＩｎＡｓ層の形成中には、Ｚｎ含有ガスを通流させて、ＩｎＡｓ層にＺｎを添加した。

【0050】

なお、実施例１では、アンドープのＧａＡｓ基板上に、６５０℃の成長温度で厚さ８０ｎｍのi-ＧａＡｓ層を形成した後、このi-ＧａＡｓ層上にＩｎＡｓ層を形成している。以下では、i-ＧａＡｓ層が形成されたＧａＡｓ基板を単にＧａＡｓ基板と称する。以下、実施例１のテンプレート基板の製造方法について詳述する。

【0051】

まず、ＭＯＣＶＤ装置内のステージ上にＧａＡｓ基板を配置した。次に、ステージの温度を５００℃に設定して、第一ＩｎＡｓ層をＧａＡｓ基板上に成長させながら、ＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＩ（トリメチルインジウム）ガス、ＡｓＨ_３（アルシン）ガス、ＤＥＺｎガス及びキャリアガスとしての水素を同時に通流させた。ＴＭＩガス、ＡｓＨ_３ガス及びＤＥＺｎガスの流量は、それぞれ、１００ｃｃｍ、１００ｃｃｍ及び０．５ｃｃｍとした。第一ＩｎＡｓ層は、厚さ９０ｎｍとなるまで成長させた。

【0052】

厚さ９０ｎｍまで成長した第一ＩｎＡｓ層のＡＦＭによるＲＭＳ値は６．０ｎｍであった。なお、厚さ９０ｎｍまで成長した第一ＩｎＡｓ層のＲＭＳ値は、ＩｎＡｓ層の形成を一旦停止してＭＯＣＶＤ装置から取り出して計測した。

【0053】

その後、ステージ温度を６５０℃に変更し、第二ＩｎＡｓ層を第一ＩｎＡｓ層上に成長させながら、ＭＯＣＶＤ装置内に、ＴＭＩガス、ＡｓＨ３ガス、ＤＥＺｎガス及びキャリアガスとしての水素を同時に通流させた。ＴＭＩガス、ＡｓＨ３ガス及びＤＥＺｎガスの流量はそれぞれ流量１００ｃｃ、１００ｃｃ、０．５ｃｃｍとした。すなわち、第二ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量は、第一ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量と同じとした。第二ＩｎＡｓ層は、厚さ９０ｎｍとなるまで成長させた。第一ＩｎＡｓ層と第二ＩｎＡｓ層を合わせたＩｎＡｓ層の合計厚さは１８０ｎｍである。これにより、実施例のテンプレート基板を得た。

【0054】

テンプレート基板における、第二ＩｎＡｓ層の表面（ＩｎＡｓ層の表面）のＡＦＭによるＲＭＳ値は１．５ｎｍであった。第二ＩｎＡｓ層の表面のＡＦＭ像を図４の（ａ１）に示す。以下の説明では、ＩｎＡｓ層の表面と記載した場合は、第二ＩｎＡｓ層の表面と同義である。

【0055】

（比較例１）
比較例１のテンプレート基板は、ＤＥＺｎを使用せずにＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。比較例１のテンプレート基板におけるＩｎＡｓ層の表面のＡＦＭ像を図４の（ｂ１）に示す。ＩｎＡｓ層表面のＲＭＳ値は２．４ｎｍであった。

【0056】

（比較例２）
比較例２のテンプレート基板は、ＤＥＺｎの代わりに（ＤＥＺｎを使用せずに）Ｈ_２Ｓｅ（セレン化水素）ガスを用いてＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。比較例１のテンプレート基板におけるＩｎＡｓ層の表面のＡＦＭ像を図４の（ｂ２）に示す。ＩｎＡｓ層の表面のＲＭＳ値は３．２ｎｍであった。

【0057】

実施例１、比較例１及び比較例２の結果より、Ｚｎ及びそれ以外の不純物を添加しない場合（比較例１）、Ｚｎとは別の不純物を添加しない場合（比較例１）のいずれもＩｎＡｓ層の表面の平坦化は十分ではなく、ＩｎＡｓ層の表面を平坦化するにはＺｎを添加することが有効であることが分かった。

【0058】

（実施例２）
実施例２のテンプレート基板は、ＤＥＺｎガスの通流量を変更してＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。実施例２では、第一ＩｎＡｓ層と第二ＩｎＡｓ層を形成するときのＤＥＺｎガスの流量を０．１５ｃｃｍとした。

【0059】

第一ＩｎＡｓ層は厚さ９０ｎｍで、ＲＭＳ値は９．５ｎｍであった。第二ＩｎＡｓ層は厚さ９０ｎｍで、ＲＭＳ値は１．８ｎｍであった。ＩｎＡｓ層の合計厚さは１８０ｎｍであった。

【0060】

ＳＩＭＳ分析では、第一ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、８．６×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、第二ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、６．２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、５．１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。

【0061】

（実施例３）
実施例３のテンプレート基板は、ＤＥＺｎガスの通流量を変更してＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。実施例３では、第一ＩｎＡｓ層と第二ＩｎＡｓ層を形成するときのＤＥＺｎガスの流量を１．６６ｃｃｍとした。

【0062】

第一ＩｎＡｓ層は厚さ９０ｎｍで、ＲＭＳ値は３．８ｎｍであった。第二ＩｎＡｓ層は厚さ９０ｎｍで、ＲＭＳ値は１．８ｎｍであった。ＩｎＡｓ層の合計厚さは１８０ｎｍであった。

【0063】

ＳＩＭＳ分析では、第一ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．７×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、第二ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、３．４×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。

【0064】

（実施例４）
実施例４のテンプレート基板は、ＤＥＺｎガスの通流量を変更してＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。実施例４では、第一ＩｎＡｓ層と第二ＩｎＡｓ層を形成するときのＤＥＺｎガスの流量を５ｃｃｍとした。

【0065】

第一ＩｎＡｓ層は厚さ８０ｎｍで、ＲＭＳ値は２．０ｎｍであった。第二ＩｎＡｓ層は厚さ８０ｎｍで、ＲＭＳ値は２．０ｎｍであった。ＩｎＡｓ層の合計厚さは１６０ｎｍであった。

【0066】

ＳＩＭＳ分析では、第一ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、３．８×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、第二ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．３×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。

【0067】

（比較例３）
比較例３のテンプレート基板は、ＤＥＺｎガスを用いずにＩｎＡｓ層を形成した以外は実施例１のテンプレート基板と同様にして製造した。

【0068】

第一ＩｎＡｓ層は厚さ１００ｎｍで、ＲＭＳ値は１２ｎｍであった。第二ＩｎＡｓ層は厚さ１００ｎｍで、ＲＭＳ値は２．５ｎｍであった。ＩｎＡｓ層の合計厚さは２００ｎｍであった。

【0069】

ＳＩＭＳ分析では、第一ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．４×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、第二ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、８．２×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。また、ＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度は、４．４×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^－３であった。なお、比較例３では、Ｚｎ含有ガスとしてのＤＥＺｎガスを用いておらずＺｎをＩｎＡｓ層に意図的には添加していないため、上記のＺｎの平均濃度は、いわゆるバックグランドとしての値である。比較例１及び２についてＺｎの平均濃度は計測していないが、比較例１及び２のテンプレート基板におけるＩｎＡｓ層のＺｎの平均濃度も、比較例３と同様のオーダーであると考えられる。

【0070】

実施例１から４及び比較例３について、表１にテンプレート基板の製造条件及び各測定結果を示す。

【0071】

【表1】

【0072】

以上の結果から、ＩｎＡｓ層を成長させながらＭＯＣＶＤ装置内にＺｎ含有ガスを通流させた実施例１から４のテンプレート基板はいずれも、ＩｎＡｓ層を成長させながらＭＯＣＶＤ装置内にＺｎ含有ガスを通流させなかった比較例３のテンプレート基板に比べて表面平坦性が高いことが分かった。

【0073】

また、実施例１から４における第一ＩｎＡｓ層のＲＭＳ値と第二ＩｎＡｓ層のＲＭＳ値との関係を見ると、テンプレート基板が、ＧａＡｓ基板と、ＧａＡｓ基板上に配置され、１００ｎｍ以上の厚さを有するＩｎＡｓ層と、を備え、ＩｎＡｓ層全体として、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の平均濃度でＺｎを含む場合に、ＲＭＳ値が２．０ｎｍ以下となり、表面平坦性が高いテンプレート基板を提供できることが分かった。

【0074】

また、第二ＩｎＡｓ層を６５０度で成長した場合においては、Ｚｎ含有ガスの通流量が増えるにつれてＩｎＡｓ層２へのＺｎの添加量が増大する傾向にあることが分かった。そして、ＩｎＡｓ層２の表面の平坦化効果は、Ｚｎ含有ガスの通流量が少ない方が大きくなる傾向にあることがわかった。

【0075】

以上のようにして、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板であって、表面平坦性が高い基板及びその基板の製造方法を提供することができる。

【0076】

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、実施例として第二ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量は、第一ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量と同じとした場合を説明した。しかしながら、第二ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量は、第一ＩｎＡｓ層の成長中に通流させるＺｎ含有ガスの通流量よりも少なくしてもよい。これにより、ＩｎＡｓ層の表面の平滑性をより高めることができる場合がある。

【0077】

（２）上記実施形態では、Ｚｎ含有ガスとしてＤＥＺｎガスを用いた場合の実施例を説明した。しかし、ＤＥＺｎガス以外のＺｎ含有ガスを用いてもよい。

【0078】

なお、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

【産業上の利用可能性】

【0079】

本発明は、ＧａＡｓ基板上にＩｎＡｓ層を有するテンプレート基板及びその製造方法に適用できる。

【符号の説明】

【0080】

１ ：ＧａＡｓ基板
２ ：ＩｎＡｓ層
１１ ：第一ＧａＡｓ層
１２ ：第二ＧａＡｓ層
２１ ：第一ＩｎＡｓ層
２２ ：第二ＩｎＡｓ層
Ｇ１ ：混合ガス
Ｇ２ ：混合ガス

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】