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特開2023-49570エピタキシャル成長用基板の製造方法及びエピタキシャル成長用基板
(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】P2023049570
(43)【公開日】2023-04-10
(54)【発明の名称】エピタキシャル成長用基板の製造方法及びエピタキシャル成長用基板
(51)【国際特許分類】
C30B 29/22 20060101AFI20230403BHJP
C30B 25/18 20060101ALI20230403BHJP
【ＦＩ】
C30B29/22
C30B25/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021159375
(22)【出願日】2021-09-29
(71)【出願人】
【識別番号】503098724
【氏名又は名称】株式会社オキサイド
(74)【代理人】
【識別番号】100088155
【弁理士】
【氏名又は名称】長谷川 芳樹
(74)【代理人】
【識別番号】100128381
【弁理士】
【氏名又は名称】清水 義憲
(72)【発明者】
【氏名】伊藤 猛
(72)【発明者】
【氏名】安齋 裕
(72)【発明者】
【氏名】田村 登
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA03
4G077BB10
4G077BC15
4G077BE11
4G077BE13
4G077BE15
4G077CF10
4G077FG02
4G077FG14
4G077FH05
4G077GA06
4G077HA12
(57)【要約】
【課題】単結晶のエピタキシャル成長により適したエピタキシャル成長用基板の製造方法を提供すること。
【解決手段】一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程と、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造（ステップ間の間隔であるテラスの幅が０．２～１００μｍである）を形成する工程と、を備える、エピタキシャル成長用基板の製造方法。一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。
【選択図】図１
【解決手段】一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程と、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造（ステップ間の間隔であるテラスの幅が０．２～１００μｍである）を形成する工程と、を備える、エピタキシャル成長用基板の製造方法。一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程と、
前記劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、前記劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成する工程と、
を備え、
前記ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである、
エピタキシャル成長用基板の製造方法。
［一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。］
前記劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、前記劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成する工程と、
を備え、
前記ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである、
エピタキシャル成長用基板の製造方法。
［一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。］
【請求項2】
前記劈開面への前記荷電粒子の衝突が、前記劈開面にイオンビームを照射することにより行われ、
前記イオンビームがＡｒイオンビームであり、
前記イオンビームを、下記条件の少なくとも一つを満たすように照射する、請求項１に記載の製造方法。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
前記イオンビームがＡｒイオンビームであり、
前記イオンビームを、下記条件の少なくとも一つを満たすように照射する、請求項１に記載の製造方法。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
【請求項3】
一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体の劈開面をエピタキシャル成長面として有し、
前記劈開面が、周期性を有するステップ・テラス構造を有し、
前記ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである、エピタキシャル成長用基板。
［一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。］
前記劈開面が、周期性を有するステップ・テラス構造を有し、
前記ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである、エピタキシャル成長用基板。
［一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。］
【請求項4】
前記ステップの高さが、前記単結晶体の単位格子長の整数倍である、請求項３に記載の基板。
【請求項5】
前記テラスの幅が０．３～３０μｍである、請求項３又は４に記載の基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エピタキシャル成長用基板の製造方法及びエピタキシャル成長用基板に関する。
【背景技術】
【0002】
一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。）が知られている。例えばＳｃＡｌＭｇＯ４基板は、ＧａＮ等の窒化物半導体のエピタキシャル成長用の基板として用いられている（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0003】
【非特許文献1】岩渕拓也、“劈開ScAlMgO4基板上InGaNベースLEDの作製とその特性向上に関する研究”、東北大学機関リポジトリー、http://hdl.handle.net/10097/00127477
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
非特許文献１に記載されるように、ＳｃＡｌＭｇＯ４の研磨基板にはステップが多く、ｃ面の平坦なテラスが、単位格子内に存在する三つの劈開面に対応して３種類混在する。そのため、例えばＧａＮ等の単結晶を研磨基板上にてエピタキシャル成長させる場合、種類の異なるテラス間の境界部から多くの貫通転位が生じる。一方、ＳｃＡｌＭｇＯ４の劈開基板にはステップが極めて少ないため、同様にＧａＮ等の単結晶をエピタキシャル成長させる場合、結晶の成長核が不足してアイランド状で凸凹の結晶が成長する。
【0005】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単結晶のエピタキシャル成長により適したエピタキシャル成長用基板の製造方法を提供することを目的とする。本発明はまた、単結晶のエピタキシャル成長により適したエピタキシャル成長用基板を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の一側面に係る、エピタキシャル成長用基板の製造方法は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程と、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成する工程と、を備える。ステップ間の間隔であるテラスの幅は０．２～１００μｍである。
なお、一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。
なお、一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。
【0007】
上記製造方法の一態様において、劈開面への荷電粒子の衝突が、劈開面にイオンビームを照射することにより行われてよい。その際、イオンビームがＡｒイオンビームであることが好ましく、また当該イオンビームを、下記条件の少なくとも一つを満たすように照射することが好ましい。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
【0008】
本発明の一側面に係る、エピタキシャル成長用基板は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体の劈開面をエピタキシャル成長面として有し、劈開面が、周期性を有するステップ・テラス構造を有し、ステップ間の間隔であるテラスの幅が０．２～１００μｍである。
【0009】
上記基板の一態様において、ステップの高さが、単結晶体の単位格子長の整数倍であることが好ましい。
【0010】
上記基板の一態様において、テラスの幅が０．３～３０μｍであることが好ましい。
【発明の効果】
【0011】
本発明によれば、単結晶のエピタキシャル成長により適したエピタキシャル成長用基板の製造方法を提供することができる。また、本発明によれば、単結晶のエピタキシャル成長により適したエピタキシャル成長用基板を提供することができる。エピタキシャル成長用基板は、上記製造方法により得ることができる。本発明によれば、例えばＧａＮ等の単結晶をエピタキシャル成長させる場合に、貫通転位の発生を抑制しかつアイランド状に単結晶が成長することを抑制することができる、優れたエピタキシャル成長用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0012】
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下、場合により図面を参照しつつ本発明の実施形態について詳細に説明する。ただし、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【0014】
＜エピタキシャル成長用基板の製造方法＞
エピタキシャル成長用基板の製造方法は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程（劈開工程）と、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成する工程（ステップ・テラス形成工程）と、を備える。
エピタキシャル成長用基板の製造方法は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体を劈開させて、劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板を得る工程（劈開工程）と、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させて、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成する工程（ステップ・テラス形成工程）と、を備える。
【0015】
（劈開工程）
一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体（一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。）としては、ＳｃＡｌＭｇＯ４、ＬｕＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＹＦｅＦｅＯ４、ＹＦｅＭｎＯ４等が挙げられる。成長させたい結晶との格子定数整合性の観点から、単結晶体の種類を選択すればよい。
一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体（一般式中、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ及びランタノイド元素からなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（III）、Ｇａ及びＡｌからなる群より選択される少なくとも一種の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（II）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ及びＣｄからなる群より選択される少なくとも一種の二価の元素を表す。）としては、ＳｃＡｌＭｇＯ４、ＬｕＧａＭｇＯ４、ＩｎＧａＭｇＯ４、ＹＦｅＦｅＯ４、ＹＦｅＭｎＯ４等が挙げられる。成長させたい結晶との格子定数整合性の観点から、単結晶体の種類を選択すればよい。
【0016】
ＳｃＡｌＭｇＯ４を例としてＲＡＭＯ４の一般的な構造を説明すると、ＳｃＡｌＭｇＯ４は、岩塩型構造であるＳｃＯ２層と、六方晶系グラファイト構造（ｈ－ＢＮ）であるＡｌＭｇＯ２層とが交互に積層した構造を有している。単位格子内に三か所存在するＡｌＭｇＯ２層間の結合力が弱いため、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶はＡｌＭｇＯ２層間においてｃ軸に垂直に劈開することができる。ＳｃＡｌＭｇＯ４の単位格子長は２５．１６０Åである。
【0017】
劈開面をエピタキシャル成長面として有する基板は、例えば引き上げ法等の公知の方法により得られる、小傾角粒界がない良質なＲＡＭＯ４単結晶体をブロック形状に切断加工した後に、ブロックの角にｃ面に平行に刃を当てて圧力を加えて劈開させることにより得ることができる。
【0018】
（ステップ・テラス形成工程）
劈開工程にて得られた基板の劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を均一に衝突させることにより、劈開面表面の結晶構造を再構築することができる。機械的な力により得られる劈開面には、不安定で原子スケールで平坦な表面状態のテラスが発生している。このテラスに適切な条件でエネルギーを有する荷電粒子を衝突させることにより、熱的に安定なステップを形成することができる。荷電粒子を衝突させる目的は、劈開面表面の温度を上げ、平坦な劈開面表面にステップとなる凸凹を形成することである。エネルギーを有する荷電粒子が結晶の表面に当たると、一般に表面の原子は弾き飛ばされたり、周りの原子にエネルギーを与え高温になることによって原子が移動したりする。荷電粒子を衝突させる際に、劈開面表面を加熱するため、プラズマやレーザー光照射を併用してもよい。
劈開工程にて得られた基板の劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を均一に衝突させることにより、劈開面表面の結晶構造を再構築することができる。機械的な力により得られる劈開面には、不安定で原子スケールで平坦な表面状態のテラスが発生している。このテラスに適切な条件でエネルギーを有する荷電粒子を衝突させることにより、熱的に安定なステップを形成することができる。荷電粒子を衝突させる目的は、劈開面表面の温度を上げ、平坦な劈開面表面にステップとなる凸凹を形成することである。エネルギーを有する荷電粒子が結晶の表面に当たると、一般に表面の原子は弾き飛ばされたり、周りの原子にエネルギーを与え高温になることによって原子が移動したりする。荷電粒子を衝突させる際に、劈開面表面を加熱するため、プラズマやレーザー光照射を併用してもよい。
【0019】
なお、基板表面を改質する方法としては、荷電粒子を用いる方法の他に、単に基板を空気中で加熱する方法や、熱リン酸を用いて基板をケミカルエッチングする方法が挙げられる。ただし、前者の方法では１４００℃で結晶は白濁し、またこれ以下の温度ではステップを増やすことが難しい。また、後者の方法では転位とステップのみが深くエッチングされ、均一な成長核を形成することが難しい。
【0020】
荷電粒子は、ステップ同士の間隔であるテラスの幅が０．２～１００μｍとなるように劈開面に衝突させる。これにより、劈開面上に適度な密度でステップが形成されることになり、貫通転位の発生を抑制しかつアイランド状に単結晶が成長することを抑制することができる。この観点から、テラスの幅は０．３～３０μｍであることがより好ましい。テラスの幅は、衝突させる荷電粒子のエネルギー強度、衝突数等により調整することができる。なお、ステップが極めて少ない劈開基板の劈開面が有するテラスの幅は、概ね１００μｍ超である。ステップが極めて多い研磨基板の研磨面が有するテラスの幅は、概ね０．１５μｍ以下である。
【0021】
荷電粒子は、ステップの高さが単位格子長の整数倍になるように劈開面に衝突させることが好ましい。基板上にて結晶をエピタキシャル成長させる際に、結晶はステップを結晶成長の成長核としてそこからテラスに対して平行に成長し、その後テラスを覆うと垂直方向に成長が進行する（ステップフロー成長）。垂直方向に成長するときに隣のテラスで成長した結晶層とぶつかるが、その際にテラスとテラスの境界部のステップの高さが単位格子長の整数倍であることにより、格子不整合を小さくすることができ貫通転位の発生を抑制することができる。ステップの高さは、荷電粒子のエネルギー強度を変えることで調節可能である。
【0022】
図１は、エピタキシャル成長用基板を用いたステップフロー成長を示す図である。同図において、Ｈはステップの高さ、Ｗはテラスの幅、矢印のＧｐはテラス上の結晶の成長方向、矢印のＧｖはテラスを覆った後の結晶の成長方向をそれぞれ意味する。
【0023】
エネルギーを有する荷電粒子は、劈開面に元々存在する、単位格子長の１／３倍の長さの整数倍の３種類のステップを減少させ、単位格子長の整数倍のステップを増加させるように照射することが好ましい。元々存在する３種類のステップの総数を最小限に抑えることで、貫通転位の発生をさらに抑制することができる。劈開面に元々存在するステップの総数は、荷電粒子のエネルギー強度を変えることで調整可能である。
【0024】
劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させる方法としては、例えば、劈開面にイオンビームを照射する方法や、劈開面をプラズマで処理する方法（ただし、プラズマ中のイオン等の荷電粒子を上記イオンビーム照射における荷電粒子と同等の条件（エネルギー強度、衝突数等）に調整する）などが挙げられる。いずれの方法においても、非常に弱い条件にて劈開面表面を処理することで、所望のステップ・テラス構造を形成することができる。
【0025】
基板と化学反応しなければ、イオンビームに用いられるイオン種は特に制限されない。イオン種としてはＡｒ、Ｎ２、Ｈｅ、Ｏ２等が挙げられる。原子レベルで平坦な面に均一密度で格子定数の整数倍のステップを形成する目的を達成するうえで必要な表面加熱と粒子の衝突による表面の破壊ができるのであれば、粒子の種類は問わない。
【0026】
イオンビームに含まれるイオンは、均一な密度でイオンビームが照射できるのであれば特に制限されず、単一イオンでもクラスターイオン（ガスクラスターイオンビーム）でもよい。照射イオンのイオン種、イオンビームのエネルギー、照射イオンの粒子数、照射密度等を適宜調節することにより、所望の密度の均質な単一種類ステップと、所望の幅を有するテラスとを劈開面上に形成することができる。
【0027】
イオンビームとしては、イオンが不活性であり、ある程度の質量があるとの観点からＡｒイオンビームを用いることができる。また、イオンビームを、下記条件の少なくとも一つを満たすように照射することが好ましい。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
いずれの条件も、非常に弱い条件のイオンビームにて劈開面表面を処理することを意味している。ステップの高さの調整や、劈開面に元々存在するステップを減少させるには、上記範囲にて各種条件を調整すればよい。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０８／ｃｍ２以下。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１ＫｅＶ以下。
Ａｒイオンのビーム電流値が０．０５μＡ以下。
いずれの条件も、非常に弱い条件のイオンビームにて劈開面表面を処理することを意味している。ステップの高さの調整や、劈開面に元々存在するステップを減少させるには、上記範囲にて各種条件を調整すればよい。
【0028】
なお、ステップを形成できるのであれば特に制限されないが、イオンビームの照射条件は例えば以下のように設定することができる。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０３／ｃｍ２以上。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１０ｅＶ以上。
Ａｒイオンのビーム電流値が１ｐＡ以上。
Ａｒイオンの粒子衝突数が１０３／ｃｍ２以上。
Ａｒイオンの粒子エネルギーが１０ｅＶ以上。
Ａｒイオンのビーム電流値が１ｐＡ以上。
【0029】
本開示では、劈開面にエネルギーを有する荷電粒子を衝突させることで、平坦な劈開面表面にステップとなる凸凹を形成する方法を採用しているが、その他ケミカルエッチング、サーマルエッチング、あるいはレーザーアブレーション等の、原子レベルで平坦な面を荒らすことができる方法により、劈開面表面を処理してもよい。
【0030】
＜エピタキシャル成長用基板＞
エピタキシャル成長用基板は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体の劈開面をエピタキシャル成長面として有し、劈開面が、周期性を有するステップ・テラス構造を有し、ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである。
エピタキシャル成長用基板は、一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体の劈開面をエピタキシャル成長面として有し、劈開面が、周期性を有するステップ・テラス構造を有し、ステップ間の間隔である前記テラスの幅が０．２～１００μｍである。
【0031】
上記エピタキシャル成長用基板は、上述したエピタキシャル成長用基板の製造方法により得ることができる。
【0032】
エピタキシャル成長用基板上にはＩＩＩ－Ｖ族半導体、ＩＩ－ＶＩ族半導体、その他の化合物半導体の結晶を成長させることができる。ＩＩＩ－Ｖ族半導体としては、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮ及びこれらの固溶体が挙げられ、ＩＩ－ＶＩ族半導体としてはＺｎＯ、ＺｎＳ等が挙げられ、その他の化合物半導体としてはＧａ２Ｏ３等が挙げられる。
【0033】
例えばＳｃＡｌＭｇＯ４を加工して得られるエピタキシャル成長用基板は、格子整合性の観点からＧａＮの結晶成長に特に好適に用いることができる。ＳｃＡｌＭｇＯ４は、サファイヤに比べてＧａＮとの格子不整合率が１０倍小さく、貫通転位密度を大幅に低減することができる。
【0034】
例えばＧａＮの結晶成長には、非特許文献１に記載されるようにＭＯＶＰＥ法を採用することができる。ＭＯＶＰＥ法では、気体である有機金属（Ｇａ）とアンモニア（ＮＨ３）が、高温に加熱された基板表面近傍で反応しＧａＮが基板に吸着する。原子状のＧａＮは基板表面を移動しながらステップに堆積し、テラスに沿って基板に平行な横方向にエピタキシャル成長することになる。
【実施例0035】
以下、本発明について実施例を用いて詳細に説明するが、本発明は以下の実施例のみに限定されるものではない。
【0036】
（ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶の育成）
原料として酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３、酸化マグネシムＭｇＯ、及び酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３粉末を秤量混合し、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をアルミナ製るつぼ内に入れて１４００℃で焼成して冷却した後、焼成粉末を単結晶育成炉内のＩｒ製るつぼ内に入れた。
高周波加熱によりＩｒ製るつぼを加熱して、酸素を微量に含む窒素中で焼成粉末を溶融し、融液の上からシードを接触させて固化することにより単結晶を引き上げた。成長した単結晶を融液から切り離して冷却した後、炉から取り出した。
以上のようにして、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶を得た。
原料として酸化スカンジウムＳｃ２Ｏ３、酸化マグネシムＭｇＯ、及び酸化アルミニウムＡｌ２Ｏ３粉末を秤量混合し、混合粉末を得た。
得られた混合粉末をアルミナ製るつぼ内に入れて１４００℃で焼成して冷却した後、焼成粉末を単結晶育成炉内のＩｒ製るつぼ内に入れた。
高周波加熱によりＩｒ製るつぼを加熱して、酸素を微量に含む窒素中で焼成粉末を溶融し、融液の上からシードを接触させて固化することにより単結晶を引き上げた。成長した単結晶を融液から切り離して冷却した後、炉から取り出した。
以上のようにして、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶を得た。
【0037】
（ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶の劈開基板作製）
上記のとおり得られたＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶をブロック形状に切断加工した。そして、ブロックの角にｃ面に平行に刃を当て、圧力を加えることで、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶の劈開基板を得た。当該劈開基板の劈開面には、肉眼で観察できる段差は認められなかった。
上記のとおり得られたＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶をブロック形状に切断加工した。そして、ブロックの角にｃ面に平行に刃を当て、圧力を加えることで、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶の劈開基板を得た。当該劈開基板の劈開面には、肉眼で観察できる段差は認められなかった。
【0038】
【0039】
図２は、劈開面のテラス部分のＡＦＭ像である。同図に示されるように、劈開面には原子レベルで平坦なテラスが存在することが分かる。
【0040】
図３は、劈開面のステップ部分のＡＦＭ像である。劈開面の大部分はテラスで構成されているが、その一部にはステップが存在する。ステップの高さは約８Å（０．８ｎｍ）であり、同図では数段整然と並ぶテラス間の段差を構成している。ステップの高さは単位格子のおよそ１／３に当たり、これは単位格子中に３箇所結合が弱い面（劈開面）があると指摘されている事実と合致している。
【0041】
（劈開基板へのイオンビーム照射）
上記のとおり得られた劈開基板の劈開面に、株式会社昭和真空製の照射装置を用いてＡｒイオンビームを照射した。同装置では、高周波電界によってイオン化された低圧のＡｒガスを直流の電界によってイオンビームとする。本実施例では、そのビーム径をアパーチャーにより絞った後に劈開面に照射した。イオンビームの照射により、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成することができた。所望のステップが形成された部分では、Ａｒイオンの粒子衝突数は１０８／ｃｍ２以下であった。その際のＡｒイオンの粒子エネルギーは１ＫｅＶ以下であり、Ａｒイオンのビーム電流値は０．０５μＡ以下であった。
上記のとおり得られた劈開基板の劈開面に、株式会社昭和真空製の照射装置を用いてＡｒイオンビームを照射した。同装置では、高周波電界によってイオン化された低圧のＡｒガスを直流の電界によってイオンビームとする。本実施例では、そのビーム径をアパーチャーにより絞った後に劈開面に照射した。イオンビームの照射により、劈開面に周期性を有するステップ・テラス構造を形成することができた。所望のステップが形成された部分では、Ａｒイオンの粒子衝突数は１０８／ｃｍ２以下であった。その際のＡｒイオンの粒子エネルギーは１ＫｅＶ以下であり、Ａｒイオンのビーム電流値は０．０５μＡ以下であった。
【0042】
図４は、劈開基板の劈開面における、イオンビーム照射により形成されたステップ・テラス構造のＡＦＭ像である。また、図５は、劈開基板の劈開面における、イオンビーム照射により形成されたステップ・テラス構造のＡＦＭ像の断面図である。形成されたステップ・テラス構造におけるステップの高さは、約２５Åの整数倍であった。また、約８Å（単位格子ｃ軸の１／３）の高さのステップは見つからなかった。テラスの幅は１０μｍであった。
【0043】
比較として、ＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶のエピレディー研磨基板を例示する。図６は、研磨基板の研磨面における、ステップ・テラス構造のＡＦＭ像の断面図である。ステップ・テラス構造におけるステップの高さは、約８Å（単位格子ｃ軸の１／３）であった。テラスの幅は約０．１４μｍであった。
【0044】
上記のとおり得られた基板は、ＧａＮ等の単結晶のエピタキシャル成長に適したエピタキシャル成長用基板であるということができる。
【産業上の利用可能性】
【0045】
本開示に係るエピタキシャル成長用基板は、エピレディー研磨基板よりも少なく、かつ単なる劈開基板よりも多い、適度なステップを有する。そのため、本開示に係るエピタキシャル成長用基板を用いることで、単結晶をエピタキシャル成長させる際に、アイランド状に単結晶が成長することを抑制しつつ貫通転移を低減させることができる。これにより、欠陥密度の小さいＧａＮ等の窒化物半導体を得ることができる。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】