JP2003165799A - 単結晶窒化ガリウム基板およびその成長方法並びにその製造方法 - Google Patents

単結晶窒化ガリウム基板およびその成長方法並びにその製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】ファセットを形成し維持しながら窒化ガリウム
を成長させるファセット成長法では、ファセット面から
なるピット中央部から転位がモヤモヤと広がり、面状欠
陥が放射状に生成されるという欠点があった。またどこ
にピットができるのか制御不可能であったのでその上に
デバイスを設計することができなかった。それらの難点
を克服すること。 【解決手段】 下地基板の上に規則正しく種パターンを
設けてその上にファセットよりなるピットを形成し維持
しながらＧａＮをファセット成長させファセット面より
なるピット底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈを形成しそこへ転
位を集めてその周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚと単結晶
低転位余領域Ｙを低転位化する。閉鎖欠陥集合領域Ｈは
閉じているので、転位を閉じ込め再び解き放つというこ
とがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３−５族窒化物系
半導体からなる青色発光ダイオード（ＬＥＤ）や青色半
導体レーザ（ＬＤ）など青色発光素子の基板として利用
できる単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、および単結
晶窒化ガリウム基板（ＧａＮ）の成長方法、単結晶窒化
ガリウム基板（ＧａＮ）の製造方法に関する。
【０００２】窒化物系半導体（ＩｎＧａＮ、ＧａＮ）を
用いた発光素子は青色ＬＥＤとして既に実用化され利用
されている。しかし広い面積をもつＧａＮ基板を得る事
ができないので、殆どの場合基板としては絶縁性のサフ
ァイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）が用いられる。サファイヤの
三回対称面の上にＧａＮやＩｎＧａＮの薄膜をヘテロエ
ピタキシャル成長させてＬＥＤ構造を製造する。またＳ
ｉＣ基板を用いたＧａＮ系のＬＥＤも提案され、一部実
用に至っている。サファイヤ基板上に製作したＧａＩｎ
Ｎ系の青色ＬＥＤは転位密度が１０９〜１０１０ｃｍ
−２もあるのに発光ししかも劣化せず長寿命である。
【０００３】サファイヤは製造容易で入手しやすく廉価
である。化学的に安定で物理的にも堅牢な結晶であるか
ら発光素子の基板としては好適である。青色ＬＥＤの基
板としては実績もあり将来もサファイヤ基板が利用され
続けることであろう。
【０００４】しかしながらサファイヤ基板の発光素子に
はいくつかの欠点がある。劈開性を欠き、絶縁性である
ということである。劈開がないとチップ切り出しに問題
が生ずる。サファイヤウエハの上にウエハプロセスによ
って多数のＬＥＤを製作したあとチップ毎に切り出すと
き自然劈開を利用できない。刃物によってチップ毎に切
断（ダイシングという）しなければならない。だから歩
留まりが低く、コスト高になる。
【０００５】絶縁性であるから電流を基板に通すことが
できない。つまりｎ型電極（カソード）を基板の底面に
付けることができない。そこでサファイヤ基板の上に厚
いｎ型のＧａＮ層を作製し、その上にエピ成長によって
ＩｎＧａＮ系のＬＥＤ構造を作り、上頂部のｐ−ＧａＮ
薄膜から最下層のｎ−ＧａＮにいたるまで一部をエッチ
ング除去してｎ型部分を露呈しここへｎ電極（カソー
ド）を付け、残った部分の上頂部ｐ−ＧａＮにｐ電極を
付けるという構造になっている。ｎ−ＧａＮはかなり厚
い導電性の高いものとしなければならない。電極が二つ
とも上面になりワイヤボンディングを二回しなければな
らない。そのような理由で工程が増え製造時間も増え
る。またｎ電極が発光面積を削減するから、発光面積が
狭くなる。逆に言えば所定の発光量を得るためのチップ
面積は広いものになる。それでコスト高になる傾向があ
る。
【０００６】これらはＬＥＤの基板としての欠点である
が、半導体レーザ（ＬＤ）とする場合は劈開がないから
レーザの共振器端面を劈開によって作製することができ
ないという難点がある。共振器端面は研磨やエッチング
によって時間を掛けて形成する必要がある。もう一つの
欠点はやはり欠陥密度の高さである。サファイヤ基板上
のＧａＮは１０９ｃｍ−２程度の数多くの欠陥がある。
ＬＥＤの場合はそれは問題にならず高効率で発光する。
ＬＤの場合は電流密度が格段に高いから欠陥をもとにし
て劣化が開始するということがありうる。そのようなわ
けでサファイヤ基板は青色ＩｎＧａＮ発光素子の基板と
して実績があるが、なお最適の基板とは言えない。
【０００７】
【従来の技術】窒化物系発光素子の基板として最適のも
のはやはりＧａＮ単結晶基板である。現在まで高品質の
ＧａＮ単結晶基板を製造する技術が未成熟であったため
広い面積を有するＧａＮ基板が入手できなかった。もし
も高品質のＧａＮ基板が製造できるようになれば、それ
が窒化物系発光素子にとって最上の基板となる筈であ
る。ＧａＮ単結晶は自然劈開をもつ。それによってチッ
プへの切り出しが単純化され正確になる。ＬＤの共振器
面を劈開によって形成することができるようになる。Ｇ
ａＮはｎ型基板にすれば導電性があり、ｎ型基板の底面
にｎ電極を付けることができ素子構造が単純化され発光
面積をより大きく取る事ができる。またエピタキシャル
薄膜との間に格子定数の食い違いもない。そのような利
点が見込まれる。
【０００８】しかしＧａＮ多結晶原料を加熱すると昇華
してしまいＧａＮの融液を作ることができない。だから
加熱融液を冷却することによって固体結晶を製造するチ
ョクラルスキー法や、ブリッジマン法など通常の熱平衡
下での大型結晶製造技術を利用できない。超高圧を掛け
ると熱平衡状態を保持した単結晶成長が可能であると言
われている。たとえ可能であっても小型の結晶しかでき
ないから商業ベースにのるような大型ウエハを製造でき
る見込みはない。
【０００９】そこで適当な単結晶基板の上に気相成長法
によってＧａＮの結晶を厚く成長させ基板を除去するこ
とによってＧａＮの単結晶自立膜を得るようにしたＧａ
Ｎ基板製造方法が提案された。薄膜成長法を拡張した手
法といえよう。しかしサファイヤ基板は化学的に安定で
物理的にも硬いのでＧａＮを成長したあと除去すること
ができず基板としては不適である。最近レーザを利用し
てサファイヤ基板を分離する方法も試みられているが、
大型基板作成の歩留りは低いと考えられる。
【００１０】結晶成長後除去しやすくＧａＮと相性のよ
い基板を選ぶべきである。たとえばＧａＡｓの三回対称
性をもった面（１１１）の上にＧａＮをｃ軸方向に気相
合成することによってＣ面をもつ厚いＧａＮを作る。基
板とＧａＮとは格子定数も熱膨張率も違うので、なかな
かうまく基板上にＧａＮは成長しない。たとえ成長して
も内部応力が大きくて高品質の単結晶基板にならない。
さらなる工夫が必要であった。
【００１１】そこで多数の窓を有するマスクをＧａＡｓ
基板につけてマスクの上からＧａＮを気相成長させるこ
とによって内部応力、欠陥の少ないＧａＮ結晶を製造す
るラテラル成長法（Lateral Overgrowth）というものを
本発明者等は創案した。
【００１２】（１）特願平９−２９８３００号 （２）特願平１０−９００８号 （３）特願平１０−１０２５４６号 （４）特願平１０−１７１２７６号 （５）特願平１０−１８３４４６号
【００１３】などでその手法の内容を明らかにしてい
る。例えば三回対称性をもつ（１１１）ＧａＡｓ基板の
上に、ストライプや円形窓を分布させたＳｉＮマスク
（例えば１００ｎｍ厚み）をつける。マスクの長方形、
円形窓は、６回対称性をもち正三角形の繰り返しパター
ンの正三角形頂点の位置に合致するように設ける。だか
ら一つの窓からみれば６０゜の中心角をなして６つの最
近接の窓があることになる。
【００１４】そのパターンにおいて正三角形の辺は例え
ばＧａＡｓの［−１１０］方向或いは［１１−２］方向
に平行になるようにする。マスクにはＧａＮを排除する
機能があり、窓のＧａＡｓ面からＧａＮが成長し、マス
クの上にＧａＮは付かない。初めに低温（５００℃〜６
００℃）でマスクより薄い（例えば８０ｎｍ厚み）バッ
ファ層を形成する。これはマスクより低いから窓内部だ
けにできる層である。それは独立のＧａＮの核が孤立し
た窓において独立に成長してきたものである。
【００１５】その後より高温でＧａＮ気相成長をする
と、バッファ層の上にＧａＮが積み上がる。やがてマス
クと同じ高さになる。マスクの上にＧａＮが付かなかっ
たのであるが、窓内部からＧａＮがせり上がってきたの
で、その後ＧａＮは縦方向と共に横向きにもマスクの上
へと成長してゆく。だから窓の中心を中心とする正六角
形錐台の形状を取ってＧａＮ薄膜が成長してゆく。転位
はＧａＮ結晶の中に大量に含まれるがこれは成長方向に
平行に伸びてゆく。マスクのエッジにおいて成長方向が
一時的に横を向くから転位の延長方向も一時的に横向き
に変化する。正六角形錐台の形状を保持しながらＧａＮ
が成長するから転位の転回点はマスクエッジから引いた
外向き傾斜面の上に並ぶことになる。
【００１６】横向き成長した薄膜はやがて隣接の窓から
横向き成長してきた薄膜と相会する。６つの方向に同等
の窓があってそこから等しい速度で横向き（水平）成長
してきたから、それぞれの薄膜は窓を結ぶ線分の垂直二
等分線で同時に合体するようになる。そのときに転位は
横向きに延伸しているから反平行でありそれが衝突す
る。衝突によって転位が集中する。一部の転位はここで
消滅することもある。転位が一部に高密度に集中すると
その他の部分は低転位になり、発光素子の基板として充
分に利用可能だということになる。
【００１７】隣接窓から成長したＧａＮ薄膜が二等分線
で出会ったあとは、上向きの成長に変換されてゆきｃ軸
にそう成長になる。Ｃ面を保持した成長ということであ
る。時間を掛けて気相成長させてかなりの厚さ（数百μ
ｍ）のＧａＮ／マスク／ＧａＡｓの試料を得る。マスク
とＧａＡｓを除去してＧａＮのみの単独の自立膜にする
と、ＧａＮの基板結晶ができる。ＧａＡｓは王水で溶か
して取ることができる。マスクも簡単に除去できる。
【００１８】ラテラル成長法は、転位の延伸する方向が
２回変化して転位密度がそれによって低減するという利
点がある。これによって初めてＧａＮのかなり大きい単
結晶が成長できるようになった。これは充分な厚さ（１
００μｍ以上）をもち自立でき、本発明者によって初め
て得られたＧａＮ単結晶の基板であった。
【００１９】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら窒化ガリ
ウム基板そのものの品質が高品位でなければ、その上に
良好なデバイスを作製することはできない。特に量産用
の基板としては、広い範囲にわたって転位密度が低い良
質の結晶が求められる。
【００２０】多数の窓を有するマスクを使い気相成長さ
せるラテラル成長法によっても、転位密度は１〜２×１
０７ｃｍ−２程度もあって低転位のものはできない。Ｉ
ｎＧａＮ系ＬＤ用の基板としてはいまだ不十分である。
【００２１】そこで本発明者は、高品質低転位の窒化ガ
リウム単結晶を得るため、結晶成長とともに転位密度を
減少させることができる新規な方法を工夫した。
【００２２】（６）特開２００１−１０２３０７号（特
願平１１−２７３８８２号）
【００２３】ＧａＡｓの上にマスクを使ってラテラル成
長させる際に、平坦なＣ面を保持しつつ気相成長するの
でなくて凹凸に富んだ粗面（ファセット面）を保持しつ
つ成長させる。ｃ軸方向にＣ面成長させるのではなくて
Ｃ面から傾斜した面を表面に露呈させながら成長させる
のである。ここではファセット成長法と呼ぶ。
【００２４】図１〜図３によってそのファセット成長法
を説明する。ＧａＮ結晶２は平坦表面７がＣ面になるよ
うにｃ軸成長している。Ｃ面７に対して傾斜した面をフ
ァセット面６と呼ぶ。ファセット面６を埋め込む事無く
ファセット面６が露呈したまま成長させる。結晶は上に
向かって積み上げられるのであるからファセット面６は
集合して逆錐型のピット４となる。逆錐型のピット４は
円形に見えるが、実は６角錐（｛１１−２ｍ｝或いは
｛１−１０ｍ｝）か１２角錐（｛１１−２ｍ｝及び｛１
−１０ｍ｝）である（ｍは整数；結晶方位については後
に説明する）。図１〜２では書き易い逆六角錐ピット４
を示すが実際には１２角錐の方がより頻繁に出現する。
【００２５】そのようなピット４を埋め込むことなく成
長を持続するのがファセット成長法の秘訣である。成長
とともに凹面のファセット面６が上昇するから成長方向
に平行に進む転位はファセット面に対して内向きに向け
て進み、異なる方位のファセット面の境界線（稜線８）
に集合する。稜線に至った転位は成長の進行とともに内
向きに進み、ピット底にいたり多重点Ｄへ集結する。互
いに６０゜の角度をもった稜線部には、多くの集結途中
の転位が存在している。多重点Ｄに集結したものは線状
の転位集合欠陥部１１となる。集合途中の転位群は境界
線から底面に下した垂直平面の中に含まれるようにな
る。そのように互いに６０゜の角度をなす３枚の転位の
集中した面を面状欠陥１０という。特に多くの転位がこ
こに集合した場合これはかなり安定な状態となる事があ
る。
【００２６】このように前記のファセット成長は転位を
ファセット面で掃き集めて面状欠陥及び中心の多重点へ
と掃き溜めてゆくという作用がある。結晶成長は全体的
には上向き（ｃ軸向き）に進むが、転位の束は３枚の境
界平面（面状欠陥１０）に集中する。成長方向は常に内
向き傾斜面の方向におこるから、最終的には転位束の一
部は集中して線状欠陥の束１１となることもある。
【００２７】ファセット面からなるピットの底へ集中転
位の束である面状欠陥や線状欠陥を生成するので残りの
部分は低転位となる。適当な厚みまで成長させたら、Ｇ
ａＮ／ＧａＡｓ試料を取り出して、ＧａＡｓ基板とマス
クを除去する。するとＧａＮだけの自立膜ができる。そ
れは透明であって研磨によって平坦な基板にすることが
できる。目でみても平坦平滑なガラスのような材料であ
り転位はみえない。特別なエッチング液でエッチングし
ピットを出現させて顕微鏡観察することによって転位を
見ることができる。また材料の違いは蛍光顕微鏡によっ
てもみることができる。
【００２８】基板上の低転位領域の転位密度を顕微鏡観
察するとなんと１０６ｃｍ−２程度以下に減少すること
がわかった。ラテラル成長では１〜２×１０７ｃｍ−２
程度の転位密度があったのだから、転位密度がさらに１
ケタ程度減少したことになる。巧妙で有用な発明であっ
た。
【００２９】しかしながらそのような精妙な発明にも、
ＬＤの基板として使えるＧａＮ単結晶を作るという課題
からすると問題があることが分かった。
【００３０】ファセット面からなるピットを埋め込まな
いで結晶成長させることによって、ピットの底へ転位を
集めるようにするので、転位は狭い空間に集中する。し
かしながら、完全に一点に集中するとは限らず、少しバ
ラツクという問題があった。例えば１００μｍ直径のピ
ットを形成した場合、部位によっては、ピット中央の数
μｍの狭い範囲に転位が集中する。しかしその他の部位
においては、３０μｍ程度の範囲にぼんやりと広がって
転位が存在するということもある。
【００３１】これは一旦集中した転位が再びばらけてモ
ヤモヤと広がったものである。集中転位の綻びというこ
ともできよう。モヤモヤと広がった転位の筋は、かなり
の数の転位を含むものであることがわかった。つまり部
位によってピットの中心点を芯として雲のようにモヤモ
ヤと広がる転位の筋がある場合があるということであ
る。モヤモヤは先述の蛍光顕微鏡観察で直接にみること
ができる。図３はピット底の転位の集合束１５がばらけ
て転位がまわりに広がってゆく状況を説明している。
【００３２】低転位領域を広げるために、ピットの径を
より大きくすると、モヤモヤ状の転位の筋はより増大す
る傾向を示す。ピット径を大きくすると中心の芯へ集中
される転位の数が増加するから綻びて星雲状になる転位
の数や面積も増えるのである。
【００３３】それでは一旦凝縮した転位は芯からどうし
て解けてゆくのか？綻びが生じる原因はどこにあるのか
？そのような事を本発明者は考察した。それは転位の間
に働く斥力のせいであろうと本発明者は気づいた。
【００３４】転位というものは成長とともに成長の方向
に伸びてゆくものであるが、離合集散することがあるが
簡単には消滅しない。消滅せず集中するだけである。転
位は結晶の乱れであるから、転位が平行に接近するとそ
の間に結晶の不整合を圧縮させることになり格子のエネ
ルギーが増大する。格子エネルギーの増加が斥力をもた
らすのである。転位は一次元的にどこまでも伸びてゆく
が相互に接近すると格子構造の乱れを集中させエネルギ
ーを高めるので斥力を生ずることになるのであろう。そ
のようなダイナミズムは転位を１０３倍にも１０４倍に
も凝集させて初めて現れるものでありこれまで知られて
いなかったものである。
【００３５】１０００本あるいは１００００本もの転位
線を狭い範囲に集めるとそれらの間の斥力も著しくな
る。ために一旦凝集しても一部から転位線が解けてくる
のである。それが芯のまわりに漂って見えるモヤモヤ星
雲状構造を生成するのであろう。
【００３６】モヤモヤ転位線での転位密度は１０７ｃｍ
−２order程度で、その他の部分を含めた平均の転位密
度（１０６ｃｍ−２order）よりも１０倍以上大きい。
モヤモヤ転位線の転位密度は、ＬＤ基板として不十分で
ある。ＬＤ基板として利用できるためには、やはり１０
６ｃｍ−２order以下であることが望まれる。綻びによ
るモヤ状転位の問題、これが第一の問題である。
【００３７】次の問題は、ファセット面６からなるピッ
ト４底に転位を集中させるさい、ピット中央部に互いに
６０゜の角度をなしてできる面状欠陥１０である。ピッ
トを維持して成長させると転位がファセット面の境界に
集中しそこへ残留してゆくので面状に集中し面状欠陥１
０となるのである。ピット軸線に含まれ互いに６０゜の
角度をなし六回対称性をもつ面状欠陥は、転位が平行に
面状に整列したもので転位の塊だと考えられる。面状欠
陥は、先述のモヤ状転位とともに、結晶欠陥の問題であ
る。面状欠陥はピット芯から６０゜の角度をなして放射
状に存在する。時には面状欠陥の両側面で結晶面のズレ
を生じている可能性もある。これら面状欠陥の存在は、
基板の上にＬＤ素子を製造した場合に、劣化の原因にな
りレーザの寿命を短くすることが予想される。だから面
状欠陥を低減させる必要がある。
【００３８】最後の問題はより根元的である。それはピ
ットの分布が、予見不可能な偶然的確率的なものである
ということである。つまり欠陥の分布がランダムだとい
うことである。前述のようにファセットピットをそのま
ま埋め込まずに成長させることによって転位を減少させ
る前記のファセット成長法はどこにピットができるの
か、ということを予め規定することも知る事もできな
い。ファセット面よりなるピットは偶然的にそこに形成
されるのであって偶然にそこに転位が集中するというこ
とになる。転位の束の分布が確率的、偶然的であること
が問題になる。
【００３９】そのＧａＮウエハを使ってウエハプロセス
を行いＧａＮ−ＬＤチップを多数製造した場合、ＬＤの
ストライプ（活性層）がたまたま転位束に掛かるという
ことがありうる。発光層に欠陥の束が存在するとそのＬ
Ｄは短寿命となってしまう。その部分にストライプがか
かっているＬＤチップは予め除去しなければならない。
それはレーザ製造歩留まりを下げるということになる。
【００４０】ＧａＮ基板上に製作されるＬＤチップの寸
法は一定に決まらないが、例えば幅４００μｍ、長さ６
００μｍで中央縦に形成される発光層（ストライプ）が
例えば２〜３μｍ幅×６００μｍだとする。ウエハ上に
４００μｍ×６００μｍの矩形上ＬＤを製造するという
ことを考える。全横幅が４００μｍでその内３μｍだけ
がストライプだとすると、ストライプに転位芯やモヤモ
ヤ転位が重なるということは少ないように思えるかもし
れない。しかしそうではない。ストライプは幅こそ狭い
ものであるが、長さはチップ長さと同じでありしかも直
線でなければならないのであるから、ストライプに転位
芯（転位の集中点）が掛かるということは頻繁に起こり
うることなのである。
【００４１】ＬＤ用の基板を製造するためには、ストラ
イプが転位芯、モヤモヤ転位に掛からないようにできる
基板であることが必要である。そのために、転位束（転
位芯）がどこにできるか分からないというのでは困る。
そうでなくて転位芯の位置制御を積極的に行うようにし
たいものである。転位芯が発生するのはやむをえないと
しても、ＬＤを製造するときに好都合なように配置され
配置が予め分かれば良いのである。そのように転位芯
（束）の位置制御を可能とする結晶成長方法が望まれ
る。
【００４２】以上述べた３点が本発明の課題である。も
う一度繰り返すと次のような事である。
【００４３】（１）ファセット面からなるピット中央の
転位集合部からの転位のモヤモヤ状分布の低減。 （２）ファセット面からなるピット中央の転位集合部の
面状欠陥の消滅。 （３）ファセット面からなるピット中央の転位集合部の
位置を制御すること。 本発明はこれら３つの困難な課題を解決することを目的
とする。
【００４４】発明の説明に入る前に用語を少し説明す
る。まず気相成長法ということであるが、ＧａＮの薄膜
形成法として気相成長法が用いられるがそれにはＨＶＰ
Ｅ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＣ法、昇華法がある。これを
基板の製造にも用いる。
【００４５】１．ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長
法；Hydride Vapor Phase Epitaxy） Ｇａ原料として金属Ｇａを使う。窒素原料はアンモニア
ＮＨ３である。ホットウォール型の反応炉の下方のサセ
プタに基板を置き上方のボートにＧａ金属を入れ加熱し
ておく。そこへ水素ガス＋ＨＣｌガスを吹き付けて、塩
化ガリウムＧａＣｌを生成する。これが水素ガスにのっ
て下方へドリフトし加熱された基板にあたる。基板の近
傍へは水素ガス＋アンモニアガスが供給されておりＧａ
Ｃｌとアンモニアが反応してＧａＮを合成し加熱された
基板の上に積み上げられる。原料がＧａ金属でありＧａ
Ｃｌを作るからＧａＮ薄膜に炭素が入らないという利点
がある。
【００４６】２．ＭＯＣＶＤ法（有機金属ＣＶＤ；Meta
llorganic chemical vapor deposition） これはＧａＮ薄膜成長法として最も普通に利用されてい
る方法である。コールドウォール型の反応炉において、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）などのＧａの有機金属原
料と、アンモニアＮＨ３とを水素ガス（Ｈ２）ととも
に、加熱した基板に吹き付ける。ガリウム原料として有
機金属を用いるのはＧａＮ以外のガリウム化合物の薄膜
形成で頻繁に行われることである。加熱基板上でＴＭＧ
とアンモニアが反応して、ＧａＮが合成されこれが堆積
され薄膜が形成される。この方法は薄膜形成手法として
は実績のあるものである。しかし薄膜でなくて厚い基板
結晶を作製しようとすると問題がある。この方法は大量
のガスを用いるから原料ガス収率が低い。薄膜では問題
でないが基板形成の場合収率の低さは欠点となる。もう
一つの問題は原料が有機物を含み炭素が存在するからＧ
ａＮを形成した場合にその中へ炭素が混入するというこ
とがある。炭素は深いドナーとなり電子移動度を下げ電
気特性を悪化させる場合がある。
【００４７】３．ＭＯＣ法（有機金属塩化物気相成長
法；Metallorganic Chloride method） Ｇａ原料としてＴＭＧなど有機金属化合物を用い、窒素
原料としてアンモニアを使う。ＭＯＣＶＤ法と異なって
直接にＴＭＧとアンモニアを化合させるのではない。ホ
ットウォール型の反応炉でＴＭＧをＨＣｌ（塩化水素）
ガスを反応させ一旦ＧａＣｌを合成する。これは気体の
状態で加熱された基板まで流れてゆく。アンモニアは基
板近くに供給されているから、アンモニアとＧａＣｌが
基板近傍で反応してＧａＮとなり基板の上に逐次堆積し
てゆく。有機金属を使用するため薄膜への炭素の混入が
生じるという欠点もある。しかし、ＭＯＣＶＤよりも原
料ガス収率が高い。
【００４８】４．昇華法 これは原料としてガスを用いない。多結晶のＧａＮを原
料とするものである。反応炉の中で固体ＧａＮと基板を
別異の場所において温度勾配を設け、固体ＧａＮを加熱
して気化し、より温度の低い基板へ移動させて基板の上
にＧａＮ薄膜を堆積させるものである。
【００４９】次に結晶方位について説明する。このよう
なことは斯界の常識のようにみえるが必ずしも周知され
ていない。混乱もあり、読者にとっては空間幾何学的な
説明が理解できないということもある。以後結晶方位に
よって本発明の構造を述べるので方位の定義は明確にす
べきである。ＧａＮは六方晶系に属する。その場合面や
方位を示す指数は３つ使うものと４つ使うものがある。
４つ使う方法をここでは採用する。それについて表現方
法を述べる。
【００５０】結晶面と、結晶方位の表現に関していくつ
かの約束ごとがある。面方位を表現する総括表現は、
｛ｈｋｍｎ｝というように波括弧｛｝を使う。ｈ、ｋ、
ｍ、ｎは面指数（或いはミラー指数）と呼び必ず整数で
ある。個別面方位の表現は丸括弧（）を使って（ｈｋｍ
ｎ）というように表現する。結晶方位の総括表現は、鍵
括弧＜＞を使って、＜ｈｋｍｎ＞と表現する。結晶方位
の個別表現は角括弧［］を使って、［ｈｋｍｎ］という
ように表現する。同じ面指数をもつ結晶面と、結晶方位
は直交する。つまり（ｈｋｍｎ）に直交する方向が［ｋ
ｈｍｎ］である。
【００５１】その結晶が属する対称群によって許される
対称操作が決まる。対称変換操作によって元に戻る場
合、それらの面や方位は同じ総括表現によって表現され
る。六方晶系の場合、初めの３つの指数に関しては３回
回転操作が許されるので、ｈ、ｋ、ｍを相互に入れ換え
る対称操作は同等のものである。しかしｃ軸の指数ｎは
独特のものでこれらの３つの指数とは相互変換できな
い。総括表現で｛ｈｋｍｎ｝という総括面は一つの個別
面（ｈｋｍｎ）から出発して全ての許される対称操作に
よって到達できる全ての個別面を包含する。六方晶系と
いっても許される対称操作は結晶によってなお幾つかの
種類があり、一がいにどれが総括表現に含まれるという
ことはいえない。
【００５２】ＧａＮ結晶には３回対称性がある。だから
（ｈｋｍｎ）、（ｋｍｈｎ）、（ｍｈｋｎ）、（ｈｍｋ
ｎ）、（ｋｈｍｎ）、（ｍｋｈｎ）は総括表現｛ｈｋｍ
ｎ｝に含まれる６つの個別面である。逆に総括表現｛ｈ
ｋｍｎ｝、｛ｋｍｈｎ｝、｛ｍｈｋｎ｝、｛ｈｍｋ
ｎ｝、｛ｋｈｍｎ｝、｛ｍｋｈｎ｝の６つは同等の表現
である。面指数は整数であって、負の数には上線を付け
るのが習わしであるが、明細書では上線を付けることが
できないので、前にマイナスの符号を付することにす
る。ただし面指数の間にはコンマをつけないから面指数
か、座標かということは簡単に区別がつく。
【００５３】ＧａＮは六方晶系で３回対称性のある３つ
の軸がある。その内の二つをａ軸、ｂ軸という。３軸目
には名称がないからそれでは不便だからｄ軸とする。つ
まりａｂｄ軸が１２０度の中心角をなして設けられる。
それら３軸が含む面に直交する軸がｃ軸である。ｃ軸は
六方晶系において独特の軸であり、ａｂｄ軸間の対称性
を持たない。結晶面というのは同一の方向を向いた互い
に平行な無数の面の集合である。結晶面の方位は、１枚
目の結晶面がそれぞれの軸を切る接片の長さを軸の長さ
で割った値の逆数である。つまり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で切る場合にその面指数を（ｈｋｍｎ）と表現する。
【００５４】だから面指数が小さいほど基本的な面であ
り、面の数も少ないわけである。結晶方位［ｈｋｍｎ］
は面（ｋｈｍｎ）に直交する方向として定義される。４
つの指数の内前の３つの指数ｈ、ｋ、ｍは独立でない。
二次元だから二つの指数で表現する事ができ実際二つの
指数で表現する方法もある。しかしここでは対称性を見
やすくするために、４つの指数を用いている。だから
ｈ、ｋ、ｍは一次従属であるが、その間には見やすいサ
ムルールｈ＋ｋ＋ｍ＝０が常に成り立っている。
【００５５】ＧａＮの場合代表的な面が３つ存在する。
一つはＣ面である。これは（０００１）面というように
表現することができる。つまりｃ軸に直交する面であ
る。面と軸は互いに直交するが、以後面は大文字で、軸
は小文字で表現して区別することにする。ＧａＮはｃ軸
廻りの３回対称性をもつ。つまり１２０度の回転によっ
てもとに戻るような対称性をもつ。異種の基板の上にＧ
ａＮを結晶成長させる場合は、必ずｃ軸方向の成長を行
う。ＧａＡｓ基板やサファイヤ基板の上にヘテロエピ成
長した場合は必ずｃ軸方向の成長になる。ＧａＮは反転
対称性がない。だから（０００１）面と（０００−１）
面は相違する面である。
【００５６】２番面の代表的な面はＭ面という。それは
劈開面である。対称３軸（ａ、ｂ、ｄ）のうち一つの軸
先端を通り、他の二つの何れかの軸とｃ軸に平行な面で
ある。包括表現｛１−１００｝、｛０１−１０｝、｛−
１０１０｝、｛−１１００｝、｛０−１１０｝、｛１０
−１０｝や個別表現（１−１００）、（０１−１０）、
（−１０１０）、（−１１００）、（０−１１０）、
（１０−１０）などによって表現することができる。包
括表現は全て等価であるが、個別表現は異なる面を意味
している。異なる面は互いに６０度の角度をなす。９０
度の角度でなくて６０度であることに注意すべきであ
る。Ｍ面という表現は通称であって、ＧａＮの代表方位
を表現するのに便利である。
【００５７】３番目に代表的な面はＡ面という。対称３
軸（ａ、ｂ、ｄ）のうち２軸の先端を結びｃ軸に平行な
面である。包括表現｛２−１−１０｝、｛−１２−１
０｝、｛−１−１２０｝、｛−２１１０｝、｛１−２１
０｝、｛１１−２０｝や、個別表現（２−１−１０）、
（−１２−１０）、（−１−１２０）、（−２１１
０）、（１−２１０）、（１１−２０）などによって表
現できる。上記の包括表現｛…｝は等価なものを意味す
るが、個別表現（…）は別の面を示す。
【００５８】ＧａＮは６回対称性はないから、上の個別
の面は二つの種類の面を示す。それぞれの個別面は互い
に６０度の角度をなす。９０度でないことに注意すべき
である。この面をＡ面というのは通称である。便利な表
現である。ａ軸とは区別するべきである。Ａ面と同じ面
指数をもつ方位＜２−１−１０＞は、Ａ面に直交する方
位である。それはＭ面のいずれかと平行である。ａ方位
と呼ぶことができようがそのようにはいわない。Ｍ面と
同じ面指数をもつ方位＜１−１００＞はＭ面に直交する
方位であるが、Ａ面と平行である。これをｍ方位と呼ぶ
ことができるがそのようにはいわないようである。その
ようにＧａＮは３つの代表的な面、Ｃ面、Ａ面、Ｍ面を
持つ。
【００５９】後に出てくるファセット面というのは、Ａ
面やＭ面をｃ軸方向に少し傾けたもので構成される。だ
から例えば、Ａ面から派生したファセット｛２−１−１
１｝、｛２−１−１２｝や、Ｍ面から派生したファセッ
ト｛１−１０１｝、｛１−１０２｝などである。等価の
６面が集合してピットを構成する。６角錐型のピットと
いうのは、Ａ面から派生したファセット｛２−１−１
１｝、｛２−１−１２｝からなるか、Ｍ面から派生した
ファセット｛１−１０１｝、｛１−１０２｝からなるも
のである。Ａ面もＭ面の６０度の角度をなして６つ存在
するから穴になった場合は六角錐状のピットとなる。そ
の他に１２角錐状のピットも形成されるが、それは、Ａ
面ファセット｛２−１−１１｝、｛２−１−１２｝とＭ
面ファセット｛１−１０１｝、｛１−１０２｝が組み合
わされるので１２角形となるのである。１２角形の場合
これらの面が少しずれた面となっている場合も見られ
る。
【００６０】４番目の指数ｎは上記のファセットでは１
か２となっている。そのような低面指数のものが出現す
ることが多いので、これらについて述べる。例えばＡ面
｛２−１−１０｝をｃ軸に対して少し傾けると｛２−１
−１１｝面となる。さらに傾けると｛２−１−１２｝と
なる。４番目の指数ｎの値が大きいとｃ軸に対する傾斜
も大きくなる。つまり水平に近づく。ｎについてそれ以
上の高次の指数のファセット面が出現することもある
が、だいたいはｎ＝１か２程度である。
【００６１】後に二段重ねのファセットという概念が出
てくる。ピットを構成するファセットとそれより浅いフ
ァセットという２種類のファセットが登場する。文脈を
乱したくないから、ここでそれを予め説明する。浅いと
いうのはより水平にＣ面に近いということである。つま
りｃ軸方向のミラー指数ｎが大きいということである。
【００６２】通常ピット周りに出現するファセットが
｛１１−２２｝、｛１−１０１｝であると後で述べる。
ａ軸長さをａで、ｃ軸長さをｃで表現すると、｛１−１
０１｝面のＣ面に対する傾き角は、ｔａｎ−１（３
１／２ａ／２ｃ）である。｛１１−２２｝面のＣ面に対
する傾き角は、ｔａｎ−１（ａ／ｃ）である。
【００６３】より浅いファセットというと｛１１−２
３｝、｛１−１０２｝、｛１１−２４｝、｛１−１０
３｝などｎが大きいものをいう。｛１−１０ｎ｝（ｎ≧
２）のＣ面に対する傾きはｔａｎ−１（３１／２ａ／２
ｃｎ）である。ｎが２より大きいとこの値はｎ＝１の値
より小さくなる。｛１１−２ｎ｝（ｎ≧３）面のＣ面に
対する傾き角は、ｔａｎ−１（２ａ／ｎｃ）である。ｎ
が３より大きいと、この値はｎ＝２の値より小さくな
る。だからこのような高いｎのものを浅いファセットと
表現している。
【００６４】ＧａＮは六方晶系でありウルツ鉱型であ
る。正六角形の６頂点と中心にＧａ原子が存在する底面
と、正六角形の６頂点と中心にＧａ原子が存在する上面
と、底面と上面の中間より少し下において正六角形の６
頂点と中心にＮ原子が存在する下中間面と、その少し上
に３つのＧａ原子が存在する中間面とその上に３つのＮ
原子が存在する上中間面がある。３回対称性はあるが、
反転対称性はない。六回対称性もない。
【００６５】下地基板としてサファイヤ、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓなどを用いる。サファイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）は三方
晶系であるが、対称性が悪くて三回対称性はない。反転
対称性もない。対称性が悪いので劈開もない。
【００６６】Ｓｉは六方晶系でなく立方晶系でありダイ
ヤモンド構造をとる。だからミラー指数は３つである。
３指数によって面方位（ｋｈｍ）を完全に記述できる。
３指数は独立で前述のサムルールはなく、ｋ＋ｈ＋ｍ≠
０である。三回対称軸は対角線の方向である。それは
（１１１）面とかける。通常のＳｉデバイスの場合（０
０１）面を使うが、それは三回対称性がない。ここでは
三回対称が必要だからＳｉの場合は（１１１）面を使
う。
【００６７】ＧａＡｓも六方晶系でなく立方晶系であり
閃亜鉛鉱（ＺｎＳ；Zinc Blende）構造をとる。だから
ミラー指数は３つである。３指数によって面方位を完全
に記述できる。三回対称軸は対角線の方向である。それ
は（１１１）面とかける。通常のＧａＡｓデバイスの場
合劈開の関係から（００１）面を使うが、それは三回対
称性がない。ここでは三回対称が必要だからＧａＡｓの
場合も（１１１）面を使う。ＧａＡｓは反転対称がない
し（１１１）面といっても２種類がある。つまりＡｓが
外部に出る（１１１）面と、Ｇａが外部に出る（１１
１）面である。必要があれば（１１１）Ａｓ面とか、
（１１１）Ｇａ面とか言って区別する。
【００６８】
【課題を解決するための手段】平坦なＣ面を維持せず、
ファセット面を保持しながらＧａＮを成長させることに
よって転位をピット底部に収束させ残りの部分を低転位
化させる本発明者の創案した方法は見事なものである
が、いまだ問題があり３つの課題があることを説明し
た。
【００６９】（１）ファセット面からなるピット中央の
転位集合部からの転位のモヤモヤ状分布を低減するこ
と。
【００７０】（２）ファセット面からなるピット中央の
転位集合部の面状欠陥を消滅させること。
【００７１】（３）ファセット面からなるピット中央の
転位集合部の位置を制御すること。
【００７２】いずれも解決困難な課題である。これらの
問題についてさらに説明する。ファセット状ピットを形
成維持しながら結晶成長させる本発明者の先願の最大の
問題は転位の集合状態であると考えられる。図３
（１）、（２）は先願におけるピットでの転位の集合を
示す。ＧａＮ結晶１２のどこか一部にファセット１６か
らなるピット１４が発生する。ピット１４の生成位置は
予め与えることができない。偶然的なものである。平坦
面１７がＣ面方向に成長するとファセット面１も上昇し
転位１５がピット１４の底に溜まる。図３（２）に示す
ように、それは転位群１５が一時的にピット底にあるだ
けであって転位自体はバラバラであるし開放されており
再度広がる可能性もある。
【００７３】ファセット面からなるピット部において、
ファセット面での転位の伝搬方向の異方性を利用し数多
くの転位をピット中央に集めてくる際、その転位の集合
状態が問題になる。転位をピット中央に集中させること
はできるが転位は高密度に集中した状態にあり消滅して
おらずピットは開放されているから様々の問題を発生す
る。
【００７４】本発明者の方法は、ファセット成長のピッ
トが形状を維持したまま成長するのを利用して、数多く
存在する転位を、ピット中央に集中させるのであるが、
高密度の転位の集合が新たな問題を生ずる。
【００７５】場合によって、逆方向のバーガースベクト
ルをもつ転位同士は衝突して消滅する可能性はあろう。
しかし一つのファセット面によって掃引されて集合した
転位は同符号の転位が多いものと考えられる。だから集
合した転位が異符号であって互いに消滅するということ
は殆ど起こらないだろうと思われる。同符号の転位の集
合の場合、転位は消滅しないでいつまでも残留する。た
だ集中させるから残りの部分が低転位化するという利点
がある。
【００７６】しかし同符号の転位が穏やかに線、面に集
中してくれるのであればいいのであるが実はそうでな
い。先述のように転位集中部分からモヤモヤの転位の拡
散がみられる。それはどうしておこるのか？とその理由
を考えると、同符号の転位が集中すると転位間に斥力が
発生するからであると思われる。
【００７７】格子のズレが連続したものが転位である。
ズレの方向に同一の転位（同符号）が集中するとズレの
方向が倍加されるから格子力学的なエネルギーが増加す
る。そのためにエネルギーを低下させる必要があってそ
れが斥力となる。転位どうしに働く斥力のために転位の
集中体の一部から転位が解けてモヤモヤの転位の広がり
となる。折角集中させたのに転位が一部解けて拡散する
のでは困る。
【００７８】それにピットが合体して転位群が乱れた
り、転位群の合流によって、転位が濃縮し転位密度がさ
らに上昇する。そのためもあってさらにモヤ状の転位が
広がってゆくということもあろう。これが前記の（１）
の転位モヤモヤ分布の問題である。
【００７９】また状況によっては、ファセットからなる
ピッチ中央へ、転位が集合してゆく際中央から約６０度
の中心角をなして放射状に転位の面状集合体が形成され
ることもある。図１（ｂ）の面状欠陥１０のことであ
る。これは転位が６０度の角度をもって集合するためで
ある。同符号の転位が集合した場合、転位同士に斥力が
働き中央に集中できず、放射状の面状欠陥１０に転位が
集中するということもある。それが面状欠陥をより強固
なものにする。
【００８０】また複数ピットが合体しピットが大型化し
た場合、ピット中央に向かって集合する転位の数も増大
し、それに付随する面状欠陥がより大面積化する。
【００８１】さらにファセットの発生する位置は、自然
現象に任せたままであるから不規則である。ピット位置
は偶然的であり予め決定できない。制御不可能である。
ピット位置が不規則、無限定、ランダムであるから、モ
ヤモヤ状の転位群の面積が増大してきた場合、基板にデ
バイスを作製する時の妨げになる。デバイスの品質、歩
留まりを下げることになる。
【００８２】これらの課題を解決するためには、ファセ
ット面からなるピットを維持して成長させ転位をピット
中央に集合した際、転位が集合部に滞留するだけで収束
しないということが問題だと本発明者は考える（図３
（２）の転位群１５）。
【００８３】集合部での転位群は、転位の集合部にもし
も転位の消滅機構、蓄積機構があればそれが固定されて
再拡散がおこらず有効だと本発明者は考えた。
【００８４】もしも転位の消滅機構あるいは蓄積機構が
結晶中にあれば、転位が狭い領域に集中しても転位を消
滅させたり蓄積させたりできるので、転位がばらけたり
面状欠陥を作らないようになる筈である、と本発明者は
考えた。
【００８５】転位の消滅・蓄積機構として何を用いるか
？それが問題である。本発明者は、単結晶中に故意に粒
界などの欠陥を形成し欠陥面によって転位を消滅或いは
蓄積させるようにした。結晶粒界などの欠陥を積極的に
作り、これによって転位を安定に蓄積するか消滅させる
ようにしたのである。それが本発明の第１の新規な着想
である。
【００８６】本発明は、新たに結晶粒界を作り、それを
有効利用しようとするのである。図４はそれを図示した
ものである。ＧａＮ結晶２２にはファセット面２６を有
するピット２４が生成されている。成長とともに転位は
ファセット面を介してＣ面に平行に移動しピット２４の
底部２９にいたる。その後の転位の延長方向は成長方向
（ｃ軸方向）に平行である。ピット底部２９に続いて閉
じた欠陥集合領域２５を作っている。閉じた欠陥集合領
域２５が前記の転位を吸収する。転位は消滅したりある
いは閉じた欠陥集合領域２５に蓄積される。
【００８７】一旦蓄積されたら再び外部へ出てゆきにく
い。だからその意味においても「閉じた」ということが
出来る。閉じているのは欠陥集合領域２５の外を囲む結
晶粒界Ｋである。これが欠陥集合領域２５を封鎖する。
転位が捕獲されたらもはや再拡散しにくい。
【００８８】それでは欠陥集合領域２５を閉鎖する結晶
粒界Ｋを作るにはどうするのか？ファセットを維持しな
がらファセット成長させると、ファセットからなるピッ
トの中央部底に転位が集中することは既に述べた通りで
ある。このピットの中央部に、廻りの単結晶と異なる結
晶を形成することによってそれらの境界に結晶粒界を生
成することができる。周りの単結晶と相違する異結晶を
作ればよいのだから、それは方位の相違する単結晶であ
ってもよいし、方位を一義的に定義できない多結晶とし
てもよい。いずれにしても周りの単結晶は一様な方位を
もっており全体で単結晶なのであるから、それと相違す
るような異結晶体をピット中央部に形成するとそれら異
質の結晶の間に結晶粒界ができるはずである。はじめに
多結晶をピット中央部に形成する場合を説明する。
【００８９】具体的には、ピット中央部に多結晶領域を
形成する。周りの単結晶領域と、ピット底の狭い部分の
多結晶領域の間に、結晶粒界Ｋが生ずる。その結晶粒界
Ｋを転位の消滅・蓄積場所とする。転位を減らすことが
目的であるのに、転位を多数含む結晶粒界を新たに生成
してそれを反対に有効利用するというものである。もち
ろんこれらの結晶粒界のみならず、結晶粒界で囲まれ
た、内部の領域も、転位の蓄積場所とすることができ
る。非常に意表を付いた着想であって斬新である。
【００９０】そのように本発明は、転位のシンク（吸い
込み）を形成することによって、モヤモヤ状の分布の成
長を防ぎ一部消滅させることができる。またピット中央
部から広がる面状欠陥の低減消滅を促進することができ
る。
【００９１】さらに研究を重ねると、このような転位に
消滅・蓄積場所として機能する領域は、多結晶に限るも
のではないということを発見した。ピット底部に続いて
単結晶領域を生成してもそれが他の単結晶と結晶方位が
異なるものであれば、その間に結晶粒界Ｋができるから
結晶粒界Ｋが転位の消滅・蓄積場所となる。例えば、ｃ
軸が反転した、即ちＧａ面と窒素面が逆転した反転層と
なっている場合も含む。 ここで反転相とは、ＧａＮ結
晶の所定の領域において、それ以外の領域とＧａＮ結晶
の＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転し、極性（pola
rity）が反転しているものである。ＧａＮ結晶の（００
０１）面は、表面がＧａ原子面となっているが、（００
０−１）面は、窒素原子面となっている。
【００９２】さらに、単結晶であって、他の領域の単結
晶と方位が同一であっても、面欠陥で囲まれ、小傾角粒
界で囲まれている場合は、その小傾角結晶粒界Ｋが、転
位の消滅・蓄積場所となることがわかった。つまりピッ
ト中央部底部に続く領域であって、
【００９３】Ａ．多結晶領域 Ｂ．周りの単結晶と方位の違う単結晶領域 Ｃ．周りの単結晶と方位が同一であるが小傾角粒界で囲
まれた単結晶領域
【００９４】であれば、それらの領域と周りの領域の間
に結晶粒界Ｋができるから、結晶粒界Ｋが転位の消滅・
蓄積作用をもつのである。転位を消滅させることができ
れば効果的であるが、蓄積させて解き放たないというだ
けでも効果がある。そのような結晶芯となる部分はいず
れも結晶欠陥を内蔵しており、しかも結晶粒界で包囲さ
れているから、「閉じられた欠陥集合領域」と呼ぶこと
ができる。そのような部分構造自体新規なものである。
【００９５】閉じられた欠陥集合領域では冗長であるか
ら、閉鎖欠陥集合領域Ｈと呼ぶことにしよう。これはフ
ァセット成長においてファセット面の集合であるピット
の底部に生成されて周りの単結晶と何らかの異なる結晶
性をもつ芯Ｓがありその表面が結晶粒界Ｋによって包ま
れているという領域を意味する。つまり芯ＳがＡ、Ｂ、
Ｃのいずれかであって、閉鎖欠陥集合領域Ｈは芯Ｓと結
晶粒界Ｋとよりなる。象徴的にいえば、
【００９６】Ｈ＝Ｓ＋Ｋ
【００９７】Ｋ＝Ａ、Ｂ、またはＣ
【００９８】ということである。Ｋは結晶粒界であるが
転位を消滅・蓄積することができる。芯Ｓは、Ｋの内部
にあって、周囲の単結晶とは何らかの相違点ある結晶性
をもち、ファセット成長においてピットの底部に生成さ
れるものである。それら二つの成分を含めて閉鎖欠陥集
合領域Ｈと呼ぶのである。閉鎖欠陥集合領域Ｈの中にピ
ットの最深部があり、ここには、転位の集合部が生じて
いる。上の説明では、結晶粒界Ｋだけが転位の消滅・蓄
積作用があるように思えるが、それだけではなく、閉鎖
欠陥集合領域Ｈの内部の芯Ｓにも転位の消滅・蓄積作用
がある。ＫとＳの両方に転位の消滅・蓄積作用がある。
【００９９】本発明者の先願（特開２００１−１０２３
０７号）においてはピットがどこにできるのかは予め指
定することができない。そうであればピット底部に連続
して発生する閉鎖欠陥集合領域Ｈもどこにできるか予め
決めることができない。しかしピットの中央に閉鎖欠陥
集合領域ができるという相関が分かったことには意味が
ある。さらに発明者は研究を進めて、閉鎖欠陥集合領域
Ｈを予め与えることができるということを発見した。
【０１００】話しが逆になるが、閉鎖欠陥集合領域Ｈの
位置を何らかの手段によって予め与えることができれば
ピットの出現する場所が決まるということになる。これ
らの点にいろいろな飛躍があるので充分に注意すべきで
ある。
【０１０１】閉鎖欠陥集合領域Ｈを決める手段は後に詳
しく述べる。簡単にいえば下地基板の閉鎖欠陥集合領域
ができて欲しい位置へ「種」となるものを規則的に配置
するということである。その上からＧａＮを成長させる
と、種に続きピットが生成されピットに続いて閉鎖欠陥
集合領域ができるのである。
【０１０２】もしも閉鎖欠陥集合領域Ｈが決まると、こ
の領域は他のＣ面の成長に比較して成長速度が遅いか
ら、他のＣ面成長する部分に比べて低い窪み（ピット）
となる。窪みとなるとその周囲は安定な低次の面指数を
もつファセット面で囲まれる。成長と共にファセット面
が大きく成長し、それがピットとなる。ピットは消滅す
ることなくファセット成長の間維持されるからピットに
続いて閉鎖欠陥集合領域Ｈが連続的に生成される。縦方
向に成長するから、初めに決めた閉鎖欠陥集合領域Ｈの
位置から上が全て閉鎖欠陥集合領域となる。そのような
手法によってピット位置を制御することができるように
なる。任意の位置に閉鎖欠陥集合領域を作り得る。それ
も本発明の著しい特徴の一つである。
【０１０３】もう一つの閉鎖欠陥集合領域生成のメカニ
ズムがある。ピットはファセット面からなるが、その底
部にはより浅い傾斜（ｃ軸面指数のｎが大きい）の他の
ファセット面が形成されやすく（図５（ｂ）の（３）に
示す）、角度の浅いファセット面がピットの底に形成さ
れ二重のファセット面構造となる。これがピット中心を
固定する。浅いファセット面に続いて閉鎖欠陥集合領域
Ｈが生成される。 詳細は後述するが、閉鎖欠陥集合領
域Ｈが、周りに対してＧａＮ結晶の＜０００１＞方向の
みが１８０゜逆転したｃ軸方向の反転相からなる場合、
この現象が明確に現れる。
【０１０４】閉鎖欠陥集合領域の生成については、次の
ように考えられる。種の上に多結晶が形成された場合、
閉鎖欠陥集合領域は多結晶となり、他の単結晶部分と明
確に区別される。境界には結晶粒界Ｋが発生する。
【０１０５】しかし閉鎖欠陥集合領域は多結晶ばかりで
なく、単結晶の場合もある。単結晶であるが周囲の単結
晶部分と結晶方位が相違する。相違の方向は多様であ
る。後にこれも詳しく述べる。どうして結晶方位が相違
するのか？それはピット底部に小さい傾斜のファセット
面（ｎが大きい）が発生しそれを一面とするように閉鎖
欠陥集合領域が形成されるので、閉鎖欠陥集合領域が単
結晶だとしても他の単結晶部分と結晶方位が相違するの
である。結晶方位が相違するから、閉鎖欠陥集合領域と
他の単結晶部分の境界には必ず結晶粒界Ｋができる。結
晶粒界Ｋによって閉鎖欠陥集合領域の芯Ｓが完全に密封
方位され閉じた欠陥の集合を作る。それが閉鎖欠陥集合
領域Ｈである。
【０１０６】このように、Ｈ＝Ｓ＋Ｋとなる閉鎖欠陥集
合領域を作りＧａＮをファセット成長させる方法は、先
に述べた３つの問題を全て解決することができる。ピッ
ト中央から拡散するモヤモヤ状の転位は、先述の結晶粒
界Ｋによって吸収蓄積され解けないから外部へもはや出
てゆかない。ピット中央部底部から発生した６０度をな
す面状欠陥は結晶粒界Ｋによって引き寄せられその中に
蓄積され外部へ出ない。
【０１０７】またピット中心位置が定まらないからＬＤ
を作ったときに活性層（ストライプ）がピットに重なる
ことがあるという偶然性の問題は、積極的に閉鎖欠陥集
合領域つまりピットのできる位置を予め決めることによ
って解決できる。そのようなピット位置を予定できると
いうことが本発明では最も有用な利点だということもい
えよう。
【０１０８】以上本発明の原理を説明した。本発明によ
って前記の３つの問題点（ピット中央のモヤモヤ転位、
面状欠陥、位置制御の困難）を解決できるということも
述べた。以下に本発明のさらに具体的な態様についてよ
り詳しく述べる。
【０１０９】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について述べ
る。本発明の基本原理は次のようなことである。
【０１１０】ファセット面からなるピットが常に表面に
存在し欠陥の集合である閉鎖欠陥集合領域Ｈが内部に存
在するように窒化ガリウムを成長させ、閉鎖欠陥集合領
域Ｈとその周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚとの境界面で
ある結晶粒界Ｋを転位の消滅場所、蓄積場所とすること
によって、閉鎖欠陥集合領域Ｈの周囲の単結晶低転位随
伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙにおける転位を減少さ
せ低転位のＧａＮ結晶基板を得る、というところにある
（請求項４５）。
【０１１１】或いは、ファセット面からなるピットが常
に表面に存在し、しかも欠陥の集合である閉鎖欠陥集合
領域Ｈが内部に存在するように窒化ガリウムを成長さ
せ、閉鎖欠陥集合領域Ｈとその周囲の単結晶低転位随伴
領域Ｚとの境界面である結晶粒界Ｋとその内部の芯Ｓを
転位の消滅場所、蓄積場所とすることによって、閉鎖欠
陥集合領域Ｈの周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚと単結晶
低転位余領域Ｙにおける転位を減少させ低転位のＧａＮ
結晶基板を得る、というところにある（請求項４６）。
【０１１２】実際の実現方法としては、結晶成長時の成
長表面において、ファセット面からなるピットを形成
し、常にピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈを保持して結晶
成長させ、閉鎖欠陥集合領域に転位を捕獲させることに
よって、その周囲の単結晶部（単結晶低転位余領域Ｙ、
単結晶低転位随伴領域Ｚ）の転位を低減させるようにす
る（請求項４７）のである。
【０１１３】これらが本発明の基本思想である。ファセ
ットからなるピットを結晶表面に生成するというだけで
は不十分である。ピットに続いてその底に閉鎖欠陥集合
領域Ｈが存在するということが必要である。閉鎖欠陥集
合領域Ｈは内部（芯Ｓと呼ぶ）と表面（結晶粒界Ｋと呼
ぶ）よりなるがこれは欠陥の集合体でありしかも結晶粒
界Ｋによって完全に閉じられている空間である、という
ことが重要である。そして結晶粒界Ｋか、それに加えて
芯Ｓが転位の蓄積、消滅を担うので他の部分の転位が減
少する。
【０１１４】「他の部分」というのは二つに分割され
る。ピットの下に続く部分とピットの外にある部分であ
る。ピットによって覆われる部分をここでは単結晶低転
位随伴領域Ｚと呼ぶことにする。ピットの外にある部分
を単結晶低転位余領域Ｙと呼ぶ。いずれも低転位であっ
て、しかも単結晶である。
【０１１５】閉鎖欠陥集合領域の役割は、単結晶低転位
余領域Ｙや単結晶低転位随伴領域Ｚを低転位単結晶にす
るということにある。それは結晶粒界Ｋや芯Ｓが転位を
吸収して消滅させあるいは蓄積して離さないからであ
る。本発明において最も重要なのは閉鎖欠陥集合領域Ｈ
である。閉鎖欠陥集合領域Ｈが本発明において根元的な
重要性を持っている。
【０１１６】それでは表面のピットは何故に必要か？と
いうことであるが、それは二つの機能を持っている。一
つはピットの底に閉鎖欠陥集合領域Ｈを保持するという
ことである。ピットの底に連続して閉鎖欠陥集合領域Ｈ
ができる。ピットがなければ閉鎖欠陥集合領域Ｈができ
ない。ピットあっての閉鎖欠陥集合領域である。その点
でピットの生成は必須である。しかし逆は必ずしも真で
ない。ピットがあってもその下に閉鎖欠陥集合領域がな
いものもある。それを空ピットと呼ぶことができよう。
空ピットにしてしまってはいけないのである。
【０１１７】本発明者の前記の先願（特開２００１−１
０２３０７号）はピット生成を必須の要件としているが
それは閉鎖欠陥集合領域Ｈをともなわない空ピットであ
った。だから転位を消滅蓄積できなかったのである。空
ピットの底部には６０゜の角度をなす面状欠陥や線状欠
陥ができるが転位を閉じ込めることができなかった。
【０１１８】本発明はピットの底に閉鎖欠陥集合領域Ｈ
を形成している。このように閉鎖欠陥集合領域を底部に
有するピットは「実ピット」と呼ぶことができる。本発
明はだから実ピットを生成し閉鎖欠陥集合領域を設ける
ことによって閉鎖欠陥集合領域に転位を永久に消滅蓄積
できるようにする。
【０１１９】ピットのもう一つの役割はエピタキシャル
成長とともに内向きの傾斜が周囲の（単結晶低転位随伴
領域や単結晶低転位余領域）転位を内側へ引き込み閉鎖
欠陥集合領域Ｈへと掃引するということである。ピット
の傾斜がなければ転位はそのまま上方へ（成長方向に平
行）伸びるだけで閉鎖欠陥集合領域へ集結しない。集結
しなければ転位は減少しない。だからピットには、閉鎖
欠陥集合領域Ｈを保持するという役割と、転位を集めて
閉鎖欠陥集合領域へ導入するという役割がある。
【０１２０】それではどうして閉鎖欠陥集合領域を作る
のか？という問題であるが、そのためには結晶成長の初
期に基板面に種を分布させておくのである。種が基板面
にあることによってその上に閉鎖欠陥集合領域とピット
が形成される。種を基板面に積極的に配置することによ
って閉鎖欠陥集合領域とピットの位置を正確に指定でき
る。実は本発明の新規独創の着想は種の播種にあるので
ある。種を幾何学的に規則正しく配置することによって
閉鎖欠陥集合領域Ｈとピットを幾何学的に規則正しく生
成することができる。
【０１２１】閉鎖欠陥集合領域は欠陥の集合であって使
用できないとすると、その残りの単結晶低転位随伴領域
Ｚや単結晶低転位余領域Ｙが使用できることになる。閉
鎖欠陥集合領域の位置が種の播種によって厳密に予め指
定できるならば、単結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位
随伴領域Ｚが予め指定できる、ということである。その
ような空間的な制御性は種の播種に起因するのである。
本発明の価値はその種撒きによって単結晶低転位随伴領
域や単結晶低転位余領域を指定できるという空間的な制
御性の高さにある。
【０１２２】閉鎖欠陥集合領域Ｈが本発明において根本
的に重要である。それで閉鎖欠陥集合領域についてより
詳しく説明する必要がある。閉鎖欠陥集合領域は１種類
の構造を取るのではない。多結晶、単結晶など多様な構
造の閉鎖欠陥集合領域がある事が分かった。単結晶でも
方位が様々のものがある。閉鎖欠陥集合領域の種類を以
下に説明しよう。いずれの構造の閉鎖欠陥集合領域も本
発明の基本原理にもとづき転位低減の効果を奏すること
ができる。
【０１２３】［１．多結晶の閉鎖欠陥集合領域Ｈ（請求
項４８）］閉鎖欠陥集合領域Ｈが方位のバラバラの多結
晶ＧａＮであることがある。その場合は閉鎖欠陥集合領
域だけが多結晶であり、閉鎖欠陥集合領域周りに随伴す
るピット直下の単結晶低転位随伴領域Ｚやその外側の単
結晶低転位余領域Ｙは単一の単結晶である。閉鎖欠陥集
合領域が多結晶ならそれは粒界の集まりである。閉鎖欠
陥集合領域外周の結晶粒界Ｋというのは最外の粒界の連
続体を意味する。
【０１２４】［２．異なる方位の単結晶の閉鎖欠陥集合
領域Ｈ（請求項４９）］閉鎖欠陥集合領域Ｈが周囲の単
結晶と異なる一定方位の単結晶ＧａＮの１個以上の集合
であることがある。Ｃ面方向に成長させる場合、単結晶
低転位随伴領域Ｚや単結晶低転位余領域Ｙは（０００
１）面を表面平行にする単結晶である。閉鎖欠陥集合領
域は一定方位をもつ結晶の集合であるがｃ軸、ａ軸など
が、単結晶部分のｃ軸、ａ軸と食い違っている。
【０１２５】［３．＜０００１＞だけ一致する方位の単
結晶の閉鎖欠陥集合領域Ｈ（請求項５０）］閉鎖欠陥集
合領域Ｈが周囲の単結晶と＜０００１＞だけ共通でその
他では異なる一定方位の単結晶ＧａＮの１個以上の集合
であることがある。Ｃ面方向に成長させる場合、単結晶
低転位随伴領域Ｚや単結晶低転位余領域Ｙは（０００
１）面を表面平行にする単結晶である。閉鎖欠陥集合領
域はｃ軸を単結晶部分のｃ軸（＜０００１＞）に平行と
するがａ軸、ｂ軸が単結晶部分のａ軸、ｂ軸とは異なる
というものである。つまりｃ軸回りに回転している。閉
鎖欠陥集合領域を反対にｃ軸周りに回転させると単結晶
部分と同じ方位になる。
【０１２６】［４．極性が反転した単結晶の閉鎖欠陥集
合領域Ｈ（請求項５１、請求項５２）］単結晶部分のｃ
軸方向に対して閉鎖欠陥集合領域Ｈのｃ軸が反平行だと
いうものである。すなわち閉鎖欠陥集合領域Ｈにおい
て、その周りと＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転
し、極性が反転している単結晶となっているものであ
る。閉鎖欠陥集合領域Ｈのｃ軸を１８０゜回転させると
単結晶部分の方位と同一にできる。ＧａＮ結晶は極性を
有しており、（０００１）面は表面がＧａ原子面となっ
ているが、（０００−１）面は窒素原子面となってい
る。よって、＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転し、
極性が反転している場合、その領域の境界には粒界が存
在する。この閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶であっても
＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転した一つ以上の結
晶粒からなる多結晶であってもよい。
【０１２７】［５．面状欠陥で仕切られた閉鎖欠陥集合
領域Ｈ（請求項５３）］閉鎖欠陥集合領域が周囲の単結
晶部分とは面状欠陥によって仕切られた１以上の結晶粒
である。
【０１２８】［６．線状欠陥で仕切られた閉鎖欠陥集合
領域Ｈ（請求項５４）］閉鎖欠陥集合領域が周囲の単結
晶部分とは線状欠陥によって仕切られた１以上の結晶粒
である。
【０１２９】［７．面状欠陥で仕切られた同一方位の閉
鎖欠陥集合領域Ｈ（請求項５５）］閉鎖欠陥集合領域が
周囲の単結晶部分と結晶方位は同一であるが面状欠陥に
よって仕切られた１以上の結晶粒である。
【０１３０】［８．線状欠陥で仕切られた閉鎖欠陥集合
領域Ｈ（請求項５６）］閉鎖欠陥集合領域が周囲の単結
晶部分と結晶方位は同一であるが線状欠陥によって仕切
られた１以上の結晶粒である。
【０１３１】 ［９．微傾斜した閉鎖欠陥集合領域Ｈ
（請求項５９）］閉鎖欠陥集合領域が周囲の単結晶部分
の結晶方位に対して殆ど同一だが微傾斜しているという
ものである。
【０１３２】以上が閉鎖欠陥集合領域の結晶方位に関す
る多様性である。結晶方位に続いて欠陥についても説明
する。閉鎖欠陥集合領域内部には特に結晶欠陥が多い。
閉鎖欠陥集合領域が多結晶（１）の場合粒界があるのは
当然である。しかし閉鎖欠陥集合領域Ｈが単結晶の場合
でも欠陥が多くなる。ファセット面からなるピットの底
が閉鎖欠陥集合領域Ｈの内部にある。閉鎖欠陥集合領域
内部に転位群の集合部が形成されたり面状欠陥が形成さ
れることがある。だから閉鎖欠陥集合領域は欠陥を含み
周囲の単結晶部とは面状欠陥で仕切られるということが
ある。
【０１３３】［１０．欠陥を含み面状欠陥で仕切られた
閉鎖欠陥集合領域Ｈ（請求項５７）］閉鎖欠陥集合領域
Ｈは結晶欠陥を含み、周囲の単結晶部分と面状欠陥によ
って仕切られる。
【０１３４】［１１．欠陥を含み線状欠陥で仕切られた
閉鎖欠陥集合領域Ｈ（請求項５８）］閉鎖欠陥集合領域
Ｈは結晶欠陥を含み、周囲の単結晶部分と線状欠陥の集
合体によって仕切られる。
【０１３５】［１２．線状欠陥、面状欠陥を含む閉鎖欠
陥集合領域Ｈ（請求項６０）］閉鎖欠陥集合領域Ｈは結
晶欠陥を含み、その欠陥は、面状欠陥であるか線状欠陥
であることが多い、ということである。
【０１３６】以上で多様な閉鎖欠陥集合領域について説
明した。次に結晶成長の方位であるが、結晶成長の方向
はｃ軸方向であるのが通常である（請求項６１）。異種
基板の上に六方晶系の窒化ガリウム結晶を成長させるか
ら、３回対称性のあるｃ軸方向に成長させると、異種基
板とＧａＮの結晶方位の対称性を合致させることができ
る。そのためにｃ軸方向に成長させることが多いという
ことになる。もしもＧａＮ自身を基板とすることができ
たらｃ軸以外の成長も可能であるが異種基板であるから
ｃ軸成長が主流である。
【０１３７】その場合、ファセット面からなるピットが
逆六角錐あるいは逆十二角錐となる（請求項６２）。Ｇ
ａＮは六方晶系でありｃ軸まわりに同等の傾斜面を６つ
持っているからである。それが六角錐ピットを形成す
る。図１はＣ面にできたピットを図示するが、逆六角錐
のピットは６つの傾斜面をもつ。平均的な成長方向はｃ
軸方向つまり図で上方である。しかし傾斜面（ファセッ
ト面）では面は矢印のように内向きに成長する。同等の
傾斜面が二組あれば十二角錐を形成するのである。つま
り（ｈｋｍｎ）面の前の３つの指数ｈ、ｋ、ｍを入れ換
えたものが同等であるから６つの同等の面が存在するの
である。
【０１３８】ファセット面の面指数は一般に｛ｋｋ−２
ｋｎ｝（ｋ、ｎは整数）と｛ｋ−ｋ０ｎ｝というように
表現できる（請求項６４）。これら２種類の面はそれぞ
れ６０゜ごとに存在し、二組の面は３０゜の角度をな
す。だから３０゜刻みの面を構成できる。だから逆１２
角錐ができる。いずれか一方の群だけが優越する場合は
逆６角錐となる。
【０１３９】その中でも最も頻出するファセット面は、
｛１１−２２｝面と｛１−１０１｝面である（請求項６
５）。いずれか一方だけで逆六角錐ができるし、両方が
並存すると逆十二角錐ができる。｛１１−２１｝面も出
ることがある。
【０１４０】さらにファセット面からなるピットが、傾
斜角の異なる二段重ねの逆六角錐、逆十二角錐のことも
ある（請求項６３）。これは例えば｛１１−２２｝、
｛１１−２１｝とか｛１−１０１｝、｛１−１０２｝い
うようにｃ軸指数ｎが異なるものがあるということであ
る。傾斜の浅い方が中心にくる（ｎが大きい方）。傾斜
のきつい面は外周にくる（ｎが小さい）がそれが単結晶
低転位随伴領域Ｚに接続する。
【０１４１】閉鎖欠陥集合領域Ｈと結晶成長時のファセ
ットの関係について述べる。閉鎖欠陥集合領域Ｈとファ
セット面の面指数に一定の関係のあることが分かった。
ファセット面からなるピット底には閉鎖欠陥集合領域Ｈ
がある。閉鎖欠陥集合領域Ｈは、ピットのファセット面
とは面指数が少し異なる面を有する（請求項６６）。先
述のようにピットを構成する大部分のファセット面の面
指数は｛１１−２２｝と｛１−１０１｝である。
【０１４２】ところが閉鎖欠陥集合領域の頂部（ピット
底）はファセットの傾斜面より浅い傾斜となっている
（請求項６７）。例えば図５（ｂ）（３）において二段
傾斜面が示される。それはｃ軸の指数がより大きいとい
うことだから、｛１１−２４｝、｛１１−２５｝、｛１
１−２６｝、｛１−１０２｝、｛１−１０４｝などが出
現しそれがピット底の傾斜面となっているということで
ある（請求項６７）。ファセット面からなるピット底に
続く閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや
単結晶低転位余領域Ｙとは、＜０００１＞方向のみが１
８０゜逆転し、極性が反転している場合に顕著に傾斜角
のより小さい面方位を表面として成長する（請求項６
８）。この場合、傾斜角のより小さい結晶面方位は、
｛１１−２−４｝、｛１１−２−５｝、｛１１−２−
６｝、｛１−１０−２｝、｛１−１０−３｝、｛１−１
０−４｝からなる（請求項６９）。それが成長とともに
埋まって閉鎖欠陥集合領域となるから閉鎖欠陥集合領域
がこのようなｎのより大きい面指数をもつということに
なるのである。ファセット面からなるピット底にある閉
鎖欠陥集合領域の境界は、ピットを構成するファセット
面よりも角度の浅い境界部に形成される（請求項７
０）。この現象は、特に閉鎖欠陥集合領域Ｈが周りの単
結晶領域と＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転し、極
性が反転している場合に顕著に認められる（請求項７
１）。ピット底の傾斜面の角度が浅いというのは重要な
知見である。
【０１４３】ファセット面からなるピット底にある閉鎖
欠陥集合領域Ｈは、点状に集中して存在する（請求項７
２）。ここで点状というのは線状とかドーナツ状という
のではなくて一箇所に点に集まっているという意味であ
る。例えば図７の同心円の中心の黒い部分が閉鎖欠陥集
合領域Ｈであり、点状に集中している。点状に集中して
いるからＧａＮ基板を様々な方向に劈開しても断面に閉
鎖欠陥集合領域Ｈが出てくる確率が低いという利点があ
る。
【０１４４】劈開面に閉鎖欠陥集合領域Ｈが露呈しにく
いので劈開面を有効に利用できる。それに劈開が容易だ
という利益もある。劈開しようとする平面に欠陥がある
と劈開が妨げられるからである。
【０１４５】ピット底にできる閉鎖欠陥集合領域Ｈは、
１μｍ〜２００μｍの直径を保持して成長させることが
できる（請求項７３）。成長条件にもよるが、閉鎖欠陥
集合領域Ｈの直径を１μｍ〜２００μｍにして成長させ
ることによって、転位をピット中央の閉鎖欠陥集合領域
Ｈに集めることができる。
【０１４６】ファセット状ピットの直径が小さい場合
は、閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径も小さい方がよい。ファ
セット状ピットの直径が大きい場合は、閉鎖欠陥集合領
域Ｈの直径も大きい方がよい。実際においては、小さい
場合で閉鎖欠陥集合領域の直径が１μｍあれば効果（転
位低減の）があり、大きい場合でも経済的な影響を考慮
して直径２００μｍまでが適当であると考えられる。
【０１４７】ファセット面からなるピット底の閉鎖欠陥
集合領域Ｈの形状（横断面）は通常不定形である（請求
項７４）。これは、閉鎖欠陥集合領域Ｈが成長するにつ
れ、エネルギー的にも不安定であるために結晶方位との
関係から、ファセット形状に応じて閉鎖欠陥集合領域が
変形するためである。
【０１４８】場合によっては閉鎖欠陥集合領域の形状
（横断面）が円形になる場合もありうる（請求項７
５）。閉鎖欠陥集合領域Ｈの多結晶粒の粒子数が多い場
合や、閉鎖欠陥集合領域の直径が大きい場合に円形断面
のものがよく見られる。
【０１４９】一方ファセット面からなるピット底の閉鎖
欠陥集合領域Ｈの多結晶粒子数が少ない場合や、閉鎖欠
陥集合領域の直径が小さい場合、閉鎖欠陥集合領域Ｈの
形状が角型になることもある（請求項７５）。
【０１５０】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向である場
合、実際の結晶成長の最表面ではファセット面からなる
ピット底の多結晶領域部が、結晶成長とともにピット底
に引き続き形成されその結果結晶中には、ｃ軸に平行に
柱状に多結晶領域がのびた形で存在することになる（請
求項７６）。
【０１５１】またその際、ファセット面からなるピット
の底の閉鎖欠陥集合領域と周りの単結晶部（単結晶低転
位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚ）との境界におい
て、単結晶部から閉鎖欠陥集合領域Ｈへ向かってＣ面に
平行に伸びた転位を集め、境界Ｋにおいて転位を消滅蓄
積させて単結晶部の転位を減らすメカニズムが働く（請
求項７７）。
【０１５２】この転位集中のメカニズムはＣ面から傾い
たファセット面よりなるピットにおいて、ファセット面
の成長とともに転位がＣ面に平行にピット中心へ向かっ
て伸び閉鎖欠陥集合領域に集中することによって、単結
晶部Ｚ、Ｙでの貫通転位を低減させるということである
（請求項７８）。例えば図１の（ａ）（ｂ）でファセッ
ト面は矢印のように内向きに積層してゆくから転位は矢
印で示されるようにＣ面に平行に内向きに進行するよう
になる。つまり転位はピット中心に向かって集中し中心
部の閉鎖欠陥集合領域Ｈに吸収される。図２はファセッ
ト面での転位の動きを示すための平面図である。内向き
に進んだ転位は６角錐の稜線８に衝突すると稜線の方向
へ転換して稜線に沿って水平に進むから中央の多重点Ｄ
に集中するのである。
【０１５３】それが先願においても述べられた転位減少
の機構である。しかし先願では多重点の下に閉鎖欠陥集
合領域が存在せず、図１（ｂ）のように広い面状欠陥１
０になり転位減少は不十分であった。
【０１５４】図３は先願の場合の転位の運動を示すが、
ピットの底に閉鎖欠陥集合領域がない。だから転位は集
中するが開放しており再び広がる可能性もある。集中度
も低い。開放系ではいけない。
【０１５５】本発明は図４に示すようにピット底に閉鎖
欠陥集合領域があり転位は閉鎖欠陥集合領域Ｈに吸収さ
れる。ここで一部は消滅し一部は蓄積される。その部位
は閉鎖欠陥集合領域Ｈの外周部である結晶粒界Ｋと内部
の芯Ｓである。結晶粒界Ｋだけである場合もあり、Ｋと
Ｓの両方である場合もある。いずれにしても閉鎖欠陥集
合領域は結晶粒界Ｋによって閉じられており密封空間で
ある。原理的には転位が一旦閉鎖欠陥集合領域Ｈに入る
と再び出ることができない。だから単結晶低転位余領域
Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚでの転位の減少は永久的で
ある。先願と本発明の対比は図３、図４によく現れる。
【０１５６】さて、実際の窒化ガリウム基板の製造にお
いて本発明の手法をどのように適用するのかについて説
明する。異種基板を使うから三回対称性のあるｃ軸方向
を成長方向とする。
【０１５７】実際の結晶基板の結晶成長方法としては、
結晶成長時の表面において、ファセット面からなるピッ
トを形成し、ピット中央の底に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有
するものを基本の構造物としてこれを規則正しく配列さ
せて結晶成長させる（請求項７９）。
【０１５８】それは空間的に規則正しくピット、閉鎖欠
陥集合領域を配列するということである。図６（ｂ）、
図７、図８（ａ）、（ｂ）などに規則正しい基礎構造体
の配列を示す。規則正しく同じパターンによって空間を
くまなく埋め尽くすようにするのが最も良い。その場合
可能なパターンはおのずから決まってくる。
【０１５９】このようにファセット面からなり中央に閉
鎖欠陥集合領域を有するピットを規則正しく隈なく並べ
るには、六回対称性（正三角形を並べ頂点に配置す
る）、四回対称性（正方形を並べ頂点に配置する）、二
回対称性（長方形を並べ頂点に配置する）の３種類のパ
ターンしかない。最も隈なく同じもので並べるという条
件をはずすともっとたくさんのパターンが可能となる。
【０１６０】［１．六回対称性パターン（図８（ａ）、
（ｂ））（請求項８０）］これは図８に示すが、ピット
が円形に近い１２角形、６角形であるので最稠密の配列
となる。正三角形の一辺の長さをピッチｐと呼ぶ。これ
はパターンの繰り返し周期である。もしも隣接のピット
が互いに接触するならピットの直径ｄはピッチｐにほぼ
等しい（ｐ＝ｄ）。図８の（ａ）はピッチの方向がＧａ
Ｎ結晶の＜１１−２０＞の方向に平行である。図８の
（ｂ）はピッチの方向がＧａＮ結晶の＜１−１００＞の
方向に平行である。
【０１６１】この図において同心円の中心の黒丸が閉鎖
欠陥集合領域Ｈである。その周囲の白丸の部分がピット
の広がりを示すがそれは同時に単結晶低転位随伴領域Ｚ
の範囲を示している。隣接する同心円の隙間にできる狭
い三角形の領域が単結晶低転位余領域Ｙである。最稠密
に配置しているということはある一定面積の中に占める
単結晶低転位随伴領域Ｚの面積が最大になるということ
である。しかし同時に閉鎖欠陥集合領域面積も最大にな
る。反対に単結晶低転位余領域Ｙの面積は最小になるわ
けである。Ｃ面から成長した領域（単結晶低転位余領域
Ｙ）は比抵抗が高くなる傾向がある。だから導電性基板
とする場合はＹが狭くなる六回対称パターンが望まし
い。
【０１６２】［２．四回対称性パターン（図９（ａ）、
（ｂ））（請求項８１）］これは図９に示すが、ピット
が円形に近い１２角形、６角形であるので中程度の稠密
の配列となる。正方形の一辺の長さをピッチｐと呼ぶ。
これはパターンの繰り返し周期である。もしも隣接のピ
ットが互いに接触するならピットの直径ｄはピッチｐに
ほぼ等しい（ｐ＝ｄ）。図９の（ａ）はピッチの方向が
ＧａＮ結晶の＜１１−２０＞と＜１−１００＞の方向に
平行である。図９の（ｂ）はピッチの方向がＧａＮ結晶
の＜１１−２０＞と＜１−１００＞の方向に対し４５度
をなす。この方位は低面指数で表現できない。
【０１６３】この図において同心円の中心の黒丸が閉鎖
欠陥集合領域Ｈである。その周囲の白丸の部分がピット
の広がりを示すがそれは同時に単結晶低転位随伴領域Ｚ
の範囲を示している。隣接する同心円の隙間にできる星
芒形の領域が単結晶低転位余領域Ｙである。これは前例
１よりも単結晶低転位余領域Ｙの面積が広くなる。Ｃ面
から成長した領域（単結晶低転位余領域Ｙ）は比抵抗が
高いので導電性基板とする場合は好ましくない。しかし
ＧａＮデバイスチップの形状が正方形である場合などで
はこの方がずっと好ましい。実際デバイスチップとして
有効に利用できるのは単結晶低転位余領域Ｙと単結晶低
転位随伴領域Ｚであり、それが規則正しく広くなってい
るからデバイス配置に余裕がある。デバイスのピッチと
ピットのピッチを合致させると全て同じ条件でデバイス
を作製することができ劈開も単純になる。
【０１６４】［３．二回対称性パターン（図１０
（ａ）、（ｂ））（請求項８２）］これは図１０に示す
が、ピットが円形に近い１２角形、６角形であるので稠
密でない配列となる。基本は長方形である。その短辺側
のピッチｐと長辺側のピッチｑを区別しなければならな
い。これはパターンの繰り返し周期に異方性があるとい
うことである。もしも隣接のピットが互いに接触するな
らピットの直径ｄは短ピッチｐにほぼ等しい（ｐ＝
ｄ）。図１０の（ａ）は短ピッチｐの方向がＧａＮ結晶
の＜１１−２０＞の方向に平行である。図１０の（ｂ）
は短ピッチｐの方向がＧａＮ結晶の＜１−１００＞の方
向に平行である。
【０１６５】この図において同心円の中心の黒丸が閉鎖
欠陥集合領域Ｈである。その周囲の白丸の部分がピット
の広がりを示すがそれは同時に単結晶低転位随伴領域Ｚ
の範囲を示している。隣接する同心円の隙間にできる幅
の広い帯状の領域が単結晶低転位余領域Ｙである。これ
はｑをｐより大きくするに従って前例の２つよりも単結
晶低転位余領域Ｙの面積が広くなる。デバイスチップと
して有効に利用できるのは単結晶低転位余領域Ｙと単結
晶低転位随伴領域Ｚであり、それが規則正しく広くなっ
ているからデバイス配置に余裕があり実際のデバイスチ
ップは矩形であるからこのパターンが最適だといえる。
【０１６６】結晶成長時の結晶表面に、底部に閉鎖欠陥
集合領域を有しファセット面からなるピットを数多く規
則正しく配列するのであるが、それらのピット間の最短
の中心距離（ピッチｐ）は、５０μｍ〜２０００μｍで
あるのが望ましい（請求項８３）。
【０１６７】実際のデバイスをその上に作製することを
考えるとデバイスのチップの大きさよりもピットピッチ
が小さいと使い難い。だから低転位単結晶のピットのピ
ッチは最低５０μｍは必要である。それ以下ではデバイ
スを製造するのが難しい。
【０１６８】反対にピットピッチの上限は２０００μｍ
程度である。あまりにピッチが広くなるとピットの深さ
も大きくなる。研磨してピット部分は除去するがピット
が広いと深さも大きく研磨厚みが大きくなるから無駄が
増える。経済的に不利になるからピットのピッチは２０
００μｍ以下とする。それは経済的な理由による制限で
あってピッチがこれ以上であっても本発明の転位減少と
いう効果は十分にある。
【０１６９】［閉鎖欠陥集合領域Ｈの形成方法］ファセ
ット面からなるピットの中央部底に発生する閉鎖欠陥集
合領域Ｈの形成方法について説明する。図５（ａ）、
（ｂ）にピット一つ分についての成長を示す。図６では
基板の平面図を示す。
【０１７０】本発明の結晶成長においては、ベースとな
る下地基板２１を使用する。窒化ガリウム単結晶を下地
基板２１としてもよいのは勿論である。しかし大型のＧ
ａＮ単結晶基板は容易に製造できないから、異種材料を
基板とするのが現実的である。異種基板でもＧａＮ基板
でもよいのであるが、その下地基板２１の閉鎖欠陥集合
領域となるべき部位に閉鎖欠陥集合領域の種２３を配置
する。この図はピット、種、閉鎖欠陥集合領域の一つ分
だけを図示しており実際には表面に多数のピットが形成
されるのである。
【０１７１】種２３は幾何学的に規則正しく基板表面に
配置される。平面図は図６（ａ）に示すとおりである。
ここでは下地基板２１の上に六回対称となる位置に種２
３を配置している。下地基板２１の残りの部分１９は基
板面が露呈している。ＧａＮ結晶２２を下地基板２１と
種２３の上に成長させる。ＧａＮは種２３の上には成長
しにくいが下地の上は成長しやすい。成長の難易の差を
利用しピットを生成する。巧妙な方法である。図５
（ａ）、（ｂ）の（２）のように下地面の上には厚く結
晶２２が付いてその上は平坦面２７（Ｃ面）ができる。
種２３の上は結晶が付きにくいからピット２４（凹部）
となる。ピット２４は６つあるいは１２のファセット面
２６からなる。種２３の上にピット２４ができる、とい
うことが重要である。
【０１７２】さらにＧａＮ結晶２２を成長させると対向
するファセット面２６が種２３の上で相合うようにな
る。そうなると種２３の上にもＧａＮ結晶の一部が堆積
してゆく。この部分はピット２４の底２９となる。成長
とともにピット２４は上方へ移動する。ピット２４の底
２９も段々に結晶が堆積してゆく。図５（ａ）、（ｂ）
の（３）はそのような状態を示す。
【０１７３】底２９の下へ連続して成長する結晶２５は
その他の部分の結晶２２とは異質である。底２９の下種
２３の上に当たる部分の結晶２５を閉鎖欠陥集合領域Ｈ
と呼ぶ。閉鎖欠陥集合領域Ｈとその他の結晶２２との境
界線３０が結晶粒界Ｋである。それに対して内部を芯Ｓ
と呼ぶ。つまり種２３−閉鎖欠陥集合領域Ｈ−底２９が
上下に並ぶ。種２３の位置の上方に必ずピットの中央底
がきて、種とピット底の間が閉鎖欠陥集合領域Ｈなので
ある（請求項８４）。
【０１７４】ファセット２６の直下の部分の結晶が単結
晶低転位随伴領域Ｚにあたる。平坦面２７の直下の結晶
が単結晶低転位余領域Ｙに当たる。ピット底２９につい
ては二通りの場合がある。図５（ａ）ではピット底２９
の傾斜はファセット２６の傾斜と同じであり同じ結晶方
位の面である。しかし図５（ｂ）の場合、ピット底２９
の傾斜は、ファセット２６より傾斜がゆるいものになっ
ている（請求項８５）。傾斜が浅いピット底２９は、フ
ァセット面２６と少し違う面となっているわけである。
つまりｃ軸方向の面指数ｎが少し大きくなっているので
ある。ファセット面２６が（１１−２２）だとするとそ
れに続く底２９は（１１−２４）のように表現できる。
【０１７５】［多様な種の可能性］閉鎖欠陥集合領域の
もととなる種２３は下地基板に直接に付けても良いし、
下地基板にＧａＮ層を薄くのせてからその上に付けても
よい。
【０１７６】種２３は空間的に規則正しく配置すべきで
ある。六回対称、四回対称、二回対称の種パターンにつ
いては既に説明した。
【０１７７】種の形態材料としては、ＧａＮの成長しに
くい材料であればよく、薄膜、粒子、異種基板面などが
ある。薄膜の場合は、非晶質薄膜、多結晶薄膜の両方を
用いることができる（請求項８６）。薄膜、粒子、基板
面など形態が異なると種の作製法、配置法も異なってく
る。
【０１７８】［種の作製方法１（薄膜の場合）］下地基
板の上に閉鎖欠陥集合領域とすべき部分に薄膜の種を乗
せる。薄膜は二次元形状を有し、所望の形状、分布にパ
ターニングする事が可能である（請求項８７）。パター
ニングするには、フォトリソグラフィを用いる方法や、
メタルマスクを使って薄膜を蒸着する方法、マスクを使
った印刷法などが可能である。精度良くパターニングす
ることによって、閉鎖欠陥集合領域の位置精度が向上す
る。
【０１７９】個々の種の形状は円形、多角形などとする
ことができる（請求項８８）。多角形というのは三角
形、四角形、六角形、八角形などである。これは閉鎖欠
陥集合領域Ｈの形状にも影響する。これら円形、多角形
にパターニングした非晶質、多結晶薄膜の直径は１μｍ
〜３００μｍとするのが好ましい（請求項８９）。種の
大きさによってその上に成長する閉鎖欠陥集合領域Ｈの
大きさが大体決まる。閉鎖欠陥集合領域の直径として１
μｍ〜３００μｍ程度が良いので種の大きさもそのよう
にする。ただし種直径よりも閉鎖欠陥集合領域直径の方
が僅かに小さいようである。
【０１８０】［薄膜の種材料の種類］種にするための多
結晶薄膜、非晶質薄膜は金属でも酸化物でもよいのであ
るが特に、
【０１８１】イ．ＳｉＯ２薄膜（請求項９０）（多結晶
又は非晶質） ロ．Ｓｉ３Ｎ４薄膜（請求項９０）（多結晶又は非晶
質） ハ．Ｐｔ薄膜（請求項９１）（多結晶） ニ．Ｗ薄膜（請求項９２）（多結晶） などが効果的である。
【０１８２】［種の作製方法２（粒子の場合）］種は必
ずしも薄膜にかぎらない。ＧａＮ多結晶粒子を下地基板
の上に規則正しく配置することによって閉鎖欠陥集合領
域の種とすることができる（請求項９３）。ＧａＮ単結
晶粒子を下地基板の上に規則正しく配置することによっ
て閉鎖欠陥集合領域の種とすることができる（請求項９
４）。これらＧａＮ粒子が下地基板の上に配置されるこ
とにより、その上には周りの単結晶部とは異なった方位
の多結晶が成長する。
【０１８３】ＧａＮ粒子であるのにその上へのＧａＮの
成長を遅延させピットを形成するというのはおかしいよ
うに思えるが、粒子は方位が違うので同じ材料のＧａＮ
の結晶成長でもそれを阻止する作用があるのである。だ
からＧａＮとはかぎらず、どのような材料の粒子でも良
いのである。しかしＧａＮ粒子とすれば拡散による汚染
の恐れがないから最適なのである。
【０１８４】粒子は、薄膜と違って三次元な構造をもつ
のであるが、薄膜と同様にピット、閉鎖欠陥集合領域形
成の効果を持つ。独立の粒子であるから自由に下地基板
の上へ乗せれば良い。
【０１８５】［種の作製方法３（異種基板面の場合）］
種は必ずしも薄膜、粒子にかぎらない。異種の下地基板
面そのものを種とすることができる。下地基板はＧａＮ
と違うのでＧａＮの成長速度が異なるからピットを生成
する原動力を与えることができる。これも凝った方法で
ある。
【０１８６】ＧａＮ以外の異種基板面をＧａＮ層から周
期的に露呈して種とする（請求項９５）のである。それ
だけではわかりにくいがこういうことである。下地基板
に一旦ＧａＮエピ層（ＧａＮバッファ層）を薄く成長さ
せ、閉鎖欠陥集合領域Ｈを生成すべき部位のＧａＮエピ
層を除去して下地基板を露呈させその上にＧａＮを再び
エピ成長させると下地基板の上で成長が遅れピットを生
成し閉鎖欠陥集合領域を作ることができる（請求項９
６）。
【０１８７】下地基板を露呈することによって種とする
手法では、ＧａＮバッファ層なしにＧａＮを成長させる
ことになるからその上には閉鎖欠陥集合領域が生成され
ることが多い。先述の薄膜種もフォトリソグラフィによ
って生成できるが、基板面種の場合、陰陽が反対になる
ことに注意すべきである。下地基板としては、サファイ
ヤ、スピネル、ＳｉＣ、ＧａＡｓなどを利用できる。
【０１８８】［種の作製方法４（ＧａＮエピ層の上に薄
膜を設ける場合）］種は下地基板の上に直接に薄膜を設
けるとは限らない。下地基板の上にＧａＮエピ層を成長
させその上に異種材料の多結晶、非晶質薄膜マスクを積
層し、マスクをフォトリソグラフィによって部分的に除
去し残った薄膜マスクを種とすることもできる（請求項
９７）。つまり下地基板／ＧａＮ／薄膜種という構造と
なる。初めに述べたものはＧａＮがなくて下地基板／薄
膜種となっていたので区別しなければならない。この薄
膜種によってもピットをここから成長させ、ピット底に
引き続いて閉鎖欠陥集合領域Ｈを成長させることができ
る。
【０１８９】［種の作製方法５（下地基板の上に薄膜を
設ける場合）］下地基板の上に直接に異種材料の多結
晶、非晶質薄膜マスクを積層し、マスクをフォトリソグ
ラフィによって部分的に除去し残った薄膜マスクを閉鎖
欠陥集合領域Ｈの種とすることもできる（請求項９
８）。つまり下地基板／薄膜種という構造となる。
【０１９０】［種の作用（図５）］種を設けた下地基板
において、種以外の部位においては、ＧａＮは下地基板
からエピタキシャル成長する。しかし種はＧａＮ成長を
阻止する作用があり、ＧａＮの成長が遅延する。遅延す
るが周囲の下地基板上エピ層が高く成長するとそれらが
侵入してくるので種の上にもＧａＮが乗ってくる。それ
が成長条件に依存していろいろに変わる。種の上にでき
るＧａＮが多結晶であること（Ａ）もある。
【０１９１】種の上に周りの単結晶が押し寄せてきて、
種の上を単結晶とする場合もある。そのときでも周囲の
単結晶とは結晶方位が異なる（Ｂ）。結晶方位が異なる
が極性が反転することもある。また＜０００１＞軸が共
通で周りの単結晶より回転していることもある。あるい
は少しだけ方位が異なる単結晶という場合もありうる。
種の上にできるＧａＮが閉鎖欠陥集合領域Ｈであるか
ら、条件によって閉鎖欠陥集合領域Ｈの構造が多様に変
化する。
【０１９２】［ＥＬＯマスクと閉鎖欠陥集合領域種マス
クとの併用１（同時的）］ＥＬＯ（Epitaxial Lateral
Overgrowth）というのは、規則正しく小窓を配置したマ
スクを下地基板の上に付け小窓面に孤立したＧａＮ層を
エピタキシャル成長させ、ＧａＮ層がマスク厚みを越え
ると転位方向が横向きになりＧａＮ層が隣接窓間の二等
分線で相合したときに転位が衝突して消滅するようにし
たもので、初期に転位を低減させることができる精妙な
手法である。これは本発明者の先願である特願平９−２
９８３００号、特願平１０−９００８号にも書いてあ
る。マスクを越えて横方向へ層を延ばし転位を横に走ら
せるからラテラルといい、マスクを越えて成長させるの
でオーバーグロースと呼ぶ。
【０１９３】ＥＬＯマスクは遮蔽部面積が広く開口部面
積が狭くて、小面積の小窓が規則正しくポツポツと開い
ているというようなネガ型のマスク（遮蔽部面積＞５０
％）である。これもくまなく敷き詰めた正三角形の頂点
に小窓を配置し、マスクパターンは六回対称とすること
が多い。この点でこれまで述べた閉鎖欠陥集合領域Ｈ種
のパターンと似た点もある。
【０１９４】しかし相違点が明確に存在する。ＥＬＯマ
スクにおいて、小窓は小さくて小窓配列のピッチも細か
い。小窓径も、ピッチも数μｍの程度である。遮蔽部面
積が広く開口部面積が狭いネガ型のマスク（遮蔽部面積
＞５０％）である。
【０１９５】種パターンはより大きい種（直径；１μｍ
〜３００μｍ）が広くまばらに（５０μｍ〜２０００μ
ｍ）分布したようなパターンである。遮蔽部面積が狭く
開口部面積が広いポジ型のマスク（遮蔽部面積＜５０
％）である。このように形状、寸法が異なる。
【０１９６】作用も異なるので混同してはならない。そ
もそもＥＬＯは転位を消滅させるのが目的であり、閉鎖
欠陥集合領域Ｈの種は積極的に閉鎖欠陥集合領域Ｈを形
成するのが目的である。
【０１９７】種パターンは空白部（下地基板が露呈する
部分）が広い。空白部にＥＬＯマスクを載せる。つまり
下地基板は種パターンとその空白部に形成したＥＬＯマ
スクという２種類の別異のマスクによって覆われるとい
うことになる。まことに複雑で洗練された手法である
（請求項９９）。例えば図６（ａ）において、下地基板
２１の上に種２３を６回対称に配置しているが、広い空
白部１９が残る。その空白部１９にＥＬＯマスクを載せ
るというのである。マスク材料は同じものであってかま
わない。ＳｉＯ２、ＳｉＮや金属マスクを利用できる。
マスク材料が同一なら一回の蒸着、フォトリソグラフィ
或いは印刷でマスクを形成できる。
【０１９８】そのような複合マスクの作用は別々のもの
である。ＥＬＯマスクでのＧａＮ成長においては転位を
横向きにして初期に転位を減らす作用がある。種マスク
の種では、ピットと閉鎖欠陥集合領域Ｈが形成される。
そのような作用は単に相加的である。しかし成長初期に
転位が減少しており少なくなった転位を閉鎖欠陥集合領
域Ｈが吸収し消滅、蓄積するので単結晶低転位随伴領域
Ｚと単結晶低転位余領域Ｙでの低転位化が一層推進され
る。
【０１９９】［ＥＬＯマスクと閉鎖欠陥集合領域種マス
クとの併用２（経時的）］ＥＬＯマスクを、種の空白部
１９（図６（ａ））に設ける先述の方法はマスク形成、
ＧａＮ成長が一度でできるという利点がある。しかし種
２３のない空白部１９だけにＥＬＯマスクを付けるので
成長条件が場所によって相違することになる。それが好
ましくないという場合は、初めに下地基板の上にＥＬＯ
マスクを付けＥＬＯ成長して薄い低転位ＧａＮ層を作り
その上に種マスクを付けてファセット成長させるように
２段階の成長をさせるとよい（請求項１００）。下地基
板の上にＧａＮの薄いバッファ層を成長させてからＥＬ
Ｏマスクを付けてもよい。その後ＥＬＯ成長させ、種マ
スクを付けファセット成長させるのは同様である。
【０２００】上記の方法では、初めに、下地基板の上、
或いはＧａＮバッファ層を有する下地基板の上にＥＬＯ
マスクを形成する。これはＳｉＮやＳｉＯ２の薄膜（１
００ｎｍ〜２００ｎｍ程度）を形成してくまなく並べた
一辺が数μｍの正三角形の頂点位置に小窓（円形、角
型、短冊型）をエッチング除去して形成する。その上に
ＧａＮバッファ層（８０ｎｍ〜１３０ｎｍ程度）を低温
で気相成長させる。バッファ層は格子不整合を調整する
ための層である。その上にＧａＮエピタキシャル層を高
温で気相成長させる。ラテラルオーバーグロースによっ
てＧａＮ層を低転位化する。
【０２０１】その上に先述の種パターンを設ける。これ
は薄膜でも粒子でもよい。パターンサイズが大きいので
ＥＬＯとは区別できる。種パターンを持つＧａＮエピタ
キシャル層の上にＧａＮを成長させると、種に続いてピ
ットが形成されピットの底部には閉鎖欠陥集合領域Ｈが
生成される。ピットの傾斜面の下には単結晶低転位随伴
領域Ｚができる。ピットとピットの間はＣ面成長となり
その下は単結晶低転位余領域Ｙが生成される。２段階の
異なる低転位化のための成長を用いているからいっそう
ＧａＮ結晶は低転位になる。
【０２０２】［ファセット面からなるピットの位置の制
御法］種パターンを下地基板に（下地基板の上にＧａＮ
バッファ層を設けたものでもよい）配置しその上にＧａ
Ｎをファセット成長させると種の上に一体一対応してピ
ットが発生する。それは本発明の根本であってこれまで
にもたびたび説明した。図６の（ａ）の種パターンと、
（ｂ）のＧａＮ厚膜の配置を比較すればよく理解でき
る。
【０２０３】本発明は、下地基板の上に予めピット発生
のための種を配置しその上からＧａＮを結晶成長させ
て、種の場所に優先的にピットを発生させる（請求項１
０１）。
【０２０４】具体的には、パターンニングした非晶質、
多結晶薄膜種を離散的周期的に下地基板の上に配置して
おきその上から窒化ガリウムを成長させ、薄膜種の上に
優先的にピットを発生させる（請求項１０２）ことがで
きる。それはパターンニングした非晶質多結晶薄膜種の
上にＧａＮ結晶成長させると種と下地基板余白部分で成
長の条件が異なり種部分での成長が遅延するから種を底
にするピットが形成されるからである（請求項１０
３）。
【０２０５】種となるものは金属、酸化物、窒化物など
任意であり、薄膜であっても粒子であっても良い。下地
基板とＧａＮバッファ層の組み合わせで種を作りだすこ
ともできる。これについては詳しく述べた。非晶質多結
晶薄膜としては、ＳｉＯ２膜、ＳｉＮ膜が特に効果的で
ある（請求項１０４）。種として微粒子を用いることも
できる。下地基板あるいは下地基板の上に薄いＧａＮバ
ッファ層を設けたものの上に微粒子を規則正しく配置さ
せその上からＧａＮをファセット成長させる。そうする
と微粒子の上とその他の部位での成長条件が異なるから
微粒子の上に底がくるようなピットが優先的に形成され
る（請求項１０５）。
【０２０６】そのための微粒子としては異種金属の微粒
子や、酸化物の微粒子を用いることもできる。またＧａ
Ｎ多結晶微粒子、ＧａＮ単結晶微粒子をも使うことがで
きる（請求項１０６）。このように下地基板の上に空間
的に規則正しく種を配置してその上にＧａＮをファセッ
ト成長させると種位置にピット底がくるようになる。ピ
ット位置を予め決めることができる。ピット底には閉鎖
欠陥集合領域Ｈがあり、ピットの傾斜面（ファセット）
の下には単結晶低転位随伴領域Ｚがあり、ピットの外の
Ｃ面成長平坦部下には単結晶低転位余領域Ｙがあるのだ
から、種の配置によってこれら３つの領域Ｈ、Ｙ、Ｚを
厳密に正しく与えることができる。
【０２０７】［平坦な窒化ガリウム基板の製造］従来の
ＧａＡｓ基板などに窒化ガリウム結晶を成長させる場合
は例外無く平坦なＣ面成長を行っていた。Ｃ面成長の場
合表面は綺麗な平坦面を保持して成長させていた。それ
は均一に大量の転位が分布し高転位のものであったが表
面は平坦であった。先述のＥＬＯ（Epitaxial Lateral
Overgrowth）成長の場合も平坦Ｃ面成長であった。それ
であれば平坦面をそのまま利用することができる。
【０２０８】しかし本発明者の先願（特開２００１−１
０２３０７号）はファセット成長を初めて提案した。本
発明もファセット成長に加えて種の播種による閉鎖欠陥
集合領域Ｈの創成をいう成長方法を提案する。その成長
方法もファセット面を維持しながら成長させるもので、
できた結晶の表面はファセット面からなるピットを数多
く含み極めて凹凸に富む。そのままでは凹凸のためにデ
バイスを作ることができない。
【０２０９】だから本発明の方法で製造された窒化ガリ
ウムは必ず機械加工し研磨しなければならない。機械加
工し、研磨した窒化ガリウム基板は平坦面をもち、デバ
イス製造のためのウエハとすることができる。機械加工
としては、スライス加工、研削加工、ラッピング加工な
どを用いる。それらをクレームしたのが請求項１０８〜
１１０である。さらに裏面に付いた下地基板はエッチン
グや研磨、機械研削などによって除去する必要がある。
下地基板を除いた裏面も同様に平坦に研磨する。
【０２１０】本発明は、ＧａＮ結晶成長において、閉鎖
欠陥集合領域Ｈを保持して成長させ、閉鎖欠陥集合領域
Ｈの芯Ｓと結晶粒界Ｋを転位の消滅場所、蓄積場所とし
て利用することにより周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚ、
単結晶低転位余領域Ｙを低転位化し、得られたＧａＮ結
晶を機械加工した後、研磨し、平坦な表面を有する基板
とする（請求項１０８）。
【０２１１】或いは、本発明は、ＧａＮ結晶成長におい
て、成長表面にファセット面からなるピットを形成し、
ピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈを保持して成長させ、閉
鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓと結晶粒界Ｋを転位の消滅場
所、蓄積場所として利用することにより周囲の単結晶低
転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙを低転位化し、
得られたＧａＮ結晶を機械加工した後、研磨し、平坦な
表面を有する基板とする（請求項１０９）。
【０２１２】機械加工の方法としては、スライス加工、
研削加工、ラッピング加工のうち一つあるいは二つ以上
の組み合わせとなる（請求項１１０）。本発明の結晶成
長の下地基板としては、ＧａＮ、サファイヤ、ＳｉＣ、
スピネル、ＧａＡｓ、Ｓｉなどの単結晶を用いることが
できる（請求項１１１）。
【０２１３】また、以上に述べてきた製造方法で、Ｇａ
Ｎの結晶成長を実施する際に、ＧａＮ結晶を厚く成長さ
せインゴットとし、当該結晶をスライス加工することに
より多数枚の窒化ガリウム結晶を得ることもできる（請
求項１１２）。さらには、既に本発明の方法により作成
したＧａＮ基板を種結晶として、その上に厚く成長する
ことができる。この際、注目すべきは、種結晶の閉鎖欠
陥集合領域Ｈの上には閉鎖欠陥集合領域Ｈが成長し、単
結晶低転位随伴領域Ｚや単結晶低転位余領域Ｙの上には
単結晶低転位随伴領域Ｚまたは単結晶低転位余領域Ｙが
成長するという事実である。別の表現をすると、種結晶
の閉鎖欠陥集合領域Ｈの上にはファセット面からなるピ
ットの底が形成され、そこには閉鎖欠陥集合領域Ｈが形
成され、また、種結晶の単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
晶低転位余領域Ｙの上にはファセット面からなるピット
の斜面および水平なファセット面が形成され、単結晶低
転位随伴領域Ｚまたは単結晶低転位余領域Ｙが成長す
る。結局、このように種結晶として本発明によるＧａＮ
結晶を用いて厚くＧａＮ結晶成長を実施した場合、前述
のインゴットとほぼ同等なインゴットを得ることができ
る。これらのインゴットからスライス加工することによ
り、多数枚の窒化ガリウム結晶を得ることができる（請
求項１１３、請求項１１４）。
【０２１４】［本発明の窒化ガリウム基板］本発明の結
晶成長方法、製造方法によって作製された窒化ガリウム
基板について述べる。機械加工研磨した後の基板である
から平坦であり、下地基板も除去されている。図７に本
発明の下地基板除去・平坦化後のＧａＮ基板を示す。こ
れはＣＬ（カソードルミネセンス）による観察像を斜視
図にして分かりやすく示したもので肉眼視像でも顕微鏡
像でもない。肉眼でみれば単に透明のガラスのようなも
のである。
【０２１５】規則正しくパターンが並んでいる。同心円
状の繰り返しパターンである。中心の黒い部分が閉鎖欠
陥集合領域Ｈである。これはピット底に連続して成長す
る部分であり芯Ｓとそれを囲む結晶粒界Ｋからなる。結
晶粒界Ｋと芯Ｓあるいは結晶粒界Ｋが転位の消滅、蓄積
場所となっている。ピットは種に続いて形成される。種
を下地基板へ規則正しく配置したので閉鎖欠陥集合領域
Ｈ自体が規則正しく配列している。
【０２１６】この状態では基板を平坦に研磨したのでピ
ットは存在しないし種もない。上下方向中間部の閉鎖欠
陥集合領域Ｈだけが残る。閉鎖欠陥集合領域Ｈを同心状
に囲む白地の部分が単結晶低転位随伴領域Ｚである。ピ
ットの傾斜壁として成長した部分である。即ち、過去に
おいてピットの傾斜壁であった部分である。ピットは機
械研削などで除去しているから存在しないがその履歴に
あたる部分が単結晶低転位随伴領域Ｚなのである。
【０２１７】単結晶低転位随伴領域Ｚは円状（十二角、
六角）でありほぼ同一の寸法であるが、隣接した部分の
間の単結晶部が単結晶低転位余領域Ｙである。単結晶低
転位余領域Ｙも単結晶低転位随伴領域Ｚの低転位であり
単結晶でありＣ面を表面とする。しかしＣＬ像では明確
な相違があって明度の差となって現れる。
【０２１８】本発明の窒化ガリウム基板は、基板表面に
おいて一部に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有し、その周囲に単
結晶の低転位領域（Ｙ、Ｚ）を有する（請求項１）もの
である。
【０２１９】それはＨ＋Ｙ＋Ｚよりなる基本組織体一単
位にすぎない。一単位で小片に切断すればそのようにな
るし、ピット径が大きくて基板全体にピットを一つだけ
形成したという場合もそのようになる。
【０２２０】或いは、本発明の窒化ガリウム基板は、基
板表面において一部に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有し、その
周囲に単結晶の低転位領域（Ｙ、Ｚ）を有する基本組織
体（Ｈ＋Ｙ＋Ｚ）を一単位として複数の基本組織体から
なるものである（請求項２）。以上が本発明の単結晶窒
化ガリウム基板の基本である。
【０２２１】［閉鎖欠陥集合領域Ｈの種類］これまでに
もたびたび述べているが閉鎖欠陥集合領域Ｈには多様性
がある。多結晶であることもあり、単結晶である場合も
ある。単結晶でも周囲の単結晶（Ｙ、Ｚ）と結晶方位が
異なる。異なるといっても一筋縄ではゆかない。周囲単
結晶と＜０００１＞軸を共通にしてその軸回りに回転し
た単結晶のこともある。＜０００１＞軸が反転している
場合もある。さらに周囲の単結晶から結晶方位がわずか
にずれている場合もある。
【０２２２】Ａ．多結晶の場合（請求項３）閉鎖欠陥集
合領域Ｈが多結晶で、周囲の部分（Ｚ、Ｙ）は低転位の
単結晶である。その場合は方位が違うから周囲部分との
間に結晶粒界Ｋが明白に存在する。
【０２２３】Ｂ．周囲の単結晶部と結晶方位の異なる単
結晶の場合閉鎖欠陥集合領域Ｈが、単結晶であるが周囲
の単結晶部と結晶方位が違う１個以上の結晶粒からなる
こともある（請求項４）。
【０２２４】閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と
は＜０００１＞軸のみ合致するが残りの３軸方向が異な
る結晶方位の１個以上の結晶粒からなることもある（請
求項５）。
【０２２５】閉鎖欠陥集合領域Ｈの結晶方位が、周囲の
単結晶部とは＜０００１＞軸方向の結晶方位が１８０゜
異なり、極性が反転した単結晶領域からなる場合、有効
である。また、その場合の閉鎖欠陥集合領域Ｈは単結晶
以外でもよく、＜０００１＞軸方向の結晶方位が１８０
゜異なった一個以上の結晶粒であってもよい。
【０２２６】その場合は結晶粒界Ｋを境界として内外で
（０００１）Ｇａ面と（０００−１）Ｎ面が逆になって
いる。ＧａＮは反転対称性がないので、［０００１］と
［０００−１］面は相違する。
【０２２７】閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と
は微傾斜した結晶方位をもつ１個以上の結晶粒からなる
こともある（請求項１４）。
【０２２８】閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と
は面状欠陥で仕切られている場合もある（請求項８）。
【０２２９】閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と
は線状欠陥集合体で仕切られている場合もある（請求項
９）。
【０２３０】Ｃ．周囲の単結晶部と結晶方位が同一であ
る場合閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と結晶方
位が同一である単結晶であるが、周囲の単結晶部とは面
状欠陥で仕切られている場合もある（請求項１０）。
【０２３１】閉鎖欠陥集合領域Ｈが、周囲の単結晶部と
結晶方位が同一である単結晶であるが、周囲の単結晶部
とは線状欠陥集合体で仕切られている場合もある（請求
項１１）。
【０２３２】 ［閉鎖欠陥集合領域Ｈの内部構造］閉鎖
欠陥集合領域Ｈの内部には特に結晶欠陥が多い。転位群
の集合や、面状欠陥が形成されることもある。境界であ
る結晶粒界Ｋが面状欠陥、線状欠陥の集合体であること
もあり、内部の芯Ｓが面状欠陥、線状欠陥の集合体であ
ることもある。
【０２３３】本発明の閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単
結晶領域（Ｚ、Ｙ）とはその境界部において面状欠陥で
仕切られ、内部は結晶欠陥を含む結晶領域となっている
（請求項１２）。
【０２３４】或いは、本発明の閉鎖欠陥集合領域Ｈは、
周囲の単結晶領域（Ｚ、Ｙ）とはその境界部において線
状欠陥の集合体で仕切られ、内部は結晶欠陥を含む結晶
領域となっている（請求項１３）。
【０２３５】本発明の閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓに含ま
れる結晶欠陥は、線状欠陥あるいは面状欠陥であること
が多い（請求項１５）。
【０２３６】［閉鎖欠陥集合領域Ｈの形状］閉鎖欠陥集
合領域Ｈの直径は１μｍ〜２００μｍである（請求項１
６）。それは種の直径によって簡単に制御することがで
きる。
【０２３７】基板表面において閉鎖欠陥集合領域Ｈがド
ット状に存在していることがある。その直径は５μｍ〜
７０μｍであって（請求項１１５）、実際上は２０μｍ
〜７０μｍが好ましい（請求項１７）。ドット状という
のは単に孤立して点在するということを表現したことば
であり、形状を限定していない。その形状については、
【０２３８】基板表面において、閉鎖欠陥集合領域Ｈが
不定形である（請求項１８）こともある。
【０２３９】基板表面において、閉鎖欠陥集合領域Ｈが
円形である（請求項１９）こともある。
【０２４０】基板表面において、閉鎖欠陥集合領域Ｈが
角形である（請求項２０）こともある。
【０２４１】閉鎖欠陥集合領域Ｈの形状は、種の形状、
結晶成長条件、制御状況などによって変わる。
【０２４２】［転位密度の分布］本発明の窒化ガリウム
基板において転位密度を評価した。単結晶低転位随伴領
域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙにおいて平均の貫通転位密
度は、５×１０６ｃｍ− ２以下であった（請求項２
１）。
【０２４３】さらに細かく見てゆくと、閉鎖欠陥集合領
域Ｈの極々近傍（単結晶低転位随伴領域Ｚ）の３０μｍ
以内の領域では、貫通転位密度のやや高い１×１０７ｃ
ｍ− ２〜３×１０７ｃｍ−２の領域が観察されることが
ある（請求項２２）。しかし、これから離れると極めて
転位密度の低い１０５ｃｍ−２台程度以下の領域が見ら
れる。低いところでは５×１０４ｃｍ−２の領域も見ら
れた。
【０２４４】平均転位密度は閉鎖欠陥集合領域Ｈから離
隔するにしたがって低減するという傾向が見られる（請
求項２４）。これは、閉鎖欠陥集合領域Ｈの転位の閉じ
込めが完全ではなく、Ｈからの転位のほどけの発生が見
られる為である。
【０２４５】これら転位密度は、透過電子顕微鏡（ＴＥ
Ｍ）、カソードルミネセンス（ＣＬ）、エッチピット密
度（ＥＰＤ）測定などによって評価することができる。
【０２４６】［基板の方位］本発明による転位低減の効
果は、窒化ガリウムの成長方向が＜０００１＞方向であ
るときに特に顕著である。つまり平均的な成長表面が
（０００１）面であり、かつＣ面を表面とするように切
りだした場合に表面の転位密度減少が顕著に現れる（請
求項２４）。その場合最終的な窒化ガリウム基板の表面
はＣ面（０００１）である。
【０２４７】［転位の延長方向］本発明の単結晶窒化ガ
リウム基板は、平均的な成長方向がｃ軸方向である場
合、表面にはファセット面からなるピットを数多く形成
し維持しながら成長させる。ピット底には閉鎖欠陥集合
領域Ｈを伴う。ファセット面は面に直交する方向に成長
し転位はピット中心にむかってＣ面に平行に移動するか
ら中心へ集中する。ファセット面よりなるピットは転位
求心作用（Centripetal Function）がある。そのメカニ
ズムによって転位を中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈに集中さ
せる。だから周りの単結晶低転位随伴領域Ｚでは大部分
の転位はＣ面平行で閉鎖欠陥集合領域Ｈにむかう求心的
分布（Centripetal Distribution）をする（請求項２
８）。
【０２４８】［閉鎖欠陥集合領域Ｈの延長方向］本発明
の単結晶窒化ガリウム基板は、平均的な成長方向がｃ軸
方向である場合、閉鎖欠陥集合領域Ｈは結晶内部でｃ軸
方向に長く伸びて存在する（請求項２９）。つまり閉鎖
欠陥集合領域Ｈは基板厚みを横断している。それは成長
時において、閉鎖欠陥集合領域Ｈも成長方向に平行に伸
びるからである。だから平坦なＧａＮ基板の表面が（０
００１）面（Ｃ面）であるとき、閉鎖欠陥集合領域Ｈは
基板表面に垂直に伸びている（請求項３０）。
【０２４９】本発明の結晶成長は表面にファセット面か
らなるピットを数多く形成し維持しながら成長させるの
で凹凸がある。だから機械研削し研磨して平坦平滑面を
もつ基板に加工する必要がある。平均的な成長方向がｃ
軸方向である場合、そうしてできた平面状基板は（００
０１）面を表面とする窒化ガリウム基板である（請求項
３１）。もちろん閉鎖欠陥集合領域Ｈが多結晶からなる
場合、その部分だけは多結晶となる。また、閉鎖欠陥集
合領域Ｈが周囲の単結晶領域とｃ軸方向に１８０゜反転
している場合には、その部分だけは（０００−１）面、
すなわちＧａ面となる（請求項２５、請求項２６）。そ
の場合は、研磨完了した段階で閉鎖欠陥集合領域Ｈにお
いて段差が生じ、若干低くなる（請求項２７）。これ
は、研磨のされやすさの相違のためであると考えられ
る。
【０２５０】［閉鎖欠陥集合領域Ｈのパターン］たびた
び述べたが、閉鎖欠陥集合領域Ｈの周期的規則的分布の
パターンをここで繰り返し説明する。
【０２５１】本発明のＧａＮ結晶は、表面に垂直に伸び
欠陥を多数含む閉鎖欠陥集合領域Ｈとこれを同心状に包
囲する単結晶低転位随伴領域Ｚとその外側にある余空間
である単結晶低転位余領域Ｙとからなる基本組織体を一
単位としている。一単位でもよいが、これを規則正しく
多数配列したものも本発明のＧａＮ基板（請求項３２）
である。
【０２５２】二次元的に規則正しく配列するパターンは
４つある。ア．６回対称（図８）、イ．４回対称（図
９）、ウ．２回対称（図１０）、エ．３回対称の４つで
ある。これまでア〜ウについては繰り返し説明したが、
エもあり得るのでここでは可能な全ての配列について述
べよう。
【０２５３】［ア．六回対称パターン（図８、請求項３
３、３４、３５）］閉鎖欠陥集合領域Ｈとその周囲の単
結晶低転位随伴領域Ｚ、Ｙとからなる基本組織体を一単
位として六回対称に、つまり隈無く敷き詰めた正三角形
の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈがくるように配列したもの
である。これは最稠密配列である（請求項３３）。ピッ
トは１２角形で厳密には円でないが以下の説明では簡単
に円だとして述べる。隣接ピットは外接するとして説明
する。
【０２５４】正三角形の辺の方向つまり最短ピッチｐの
方向が＜１−１００＞方向となるようにできる（請求項
３４；図８（ｂ））。ピット直径をｄとするとピッチは
ｐ＝ｄである。劈開したとき閉鎖欠陥集合領域Ｈの間隔
ｈを広くできる。ＧａＮの劈開面はＭ面｛１−１００｝
であるが方向にすると＜１１−２０＞である。＜１１−
２０＞方向に切断したとき、ピットの直径をｄとする
と、閉鎖欠陥集合領域Ｈの間隔は、ｈ＝３１／２ｄとな
るということである。劈開と直交する方向の繰り返しピ
ッチｑは狭い。ｑ＝ｄである。
【０２５５】正三角形の辺の方向つまり最短ピッチｐの
方向が＜１１−２０＞方向となるようにできる（請求項
３５；図８（ａ））。ピッチはｐ＝ｄである。劈開（＜
１１−２０＞方向に切断した）ときの閉鎖欠陥集合領域
Ｈの間隔ｈが狭い。閉鎖欠陥集合領域Ｈの間隔は、ｈ＝
ｄとなる。しかし劈開面に直交する方向のくりかえしピ
ッチｑを大きくできる。ｑ＝３１／２ｄである。
【０２５６】Ｈ、Ｚ、Ｙの断面積を比較する。単結晶低
転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙの比はパターン
が決まれば決まる。しかし同心のＺとＨの比はそれでは
決まらない。ＺとＨの半径の比をξとする（ξ＞１）
と、
【０２５７】Ｚ：Ｈ＝ξ２−１：１ Ｙ：（Ｈ＋Ｚ）＝２×３１／２−π：π＝１：１０
【０２５８】である。単結晶低転位余領域Ｙが最も狭く
なるパターンである。単結晶低転位余領域ＹはＣ面成長
した部分であり伝導率が低い。単結晶低転位余領域Ｙの
比率が低いので導電性基板としての用途に向いている。
【０２５９】［イ．四回対称パターン（図９、請求項３
６、３７、３８）］閉鎖欠陥集合領域Ｈとその周囲の単
結晶低転位随伴領域Ｚ、Ｙとからなる基本組織体を一単
位として四回対称につまり隈無く敷き詰めた正方形の頂
点に閉鎖欠陥集合領域Ｈがくるように配列したものであ
る（請求項３６）。
【０２６０】正方形の辺の方向が＜１−１００＞方向と
なるようにできる（請求項３７；図９（ａ））。ピット
直径をｄとするとピッチはｐ＝ｄである。劈開したとき
（＜１１−２０＞方向に切断したとき）の閉鎖欠陥集合
領域Ｈの間隔ｈは狭い（ｈ＝ｄ）。劈開と直交する方向
の繰り返しピッチｑも狭い（ｑ＝ｄ）。
【０２６１】正方形の対角線の方向が＜１−１００＞方
向となるようにできる（請求項３８；図９（ｂ））。ピ
ット直径をｄとするとピッチはｐ＝ｄである。劈開した
とき（＜１１−２０＞方向に切断したとき）の閉鎖欠陥
集合領域Ｈの間隔ｈは広い（ｈ＝２１／２ｄ）。劈開と
直交する方向の繰り返しピッチｑも広い（ｑ＝２１／ ２
ｄ）。
【０２６２】Ｈ、Ｚ、Ｙの断面積を比較する。
【０２６３】Ｚ：Ｈ＝ξ２−１：１ Ｙ：（Ｈ＋Ｚ）＝４−π：π＝１：３．６６
【０２６４】である（ξはＺとＨの半径の比）。単結晶
低転位余領域Ｙがより広くなる。閉鎖欠陥集合領域Ｈの
間隔も広がり正方形チップのデバイスを作製するのに好
適のものとなる。
【０２６５】［ウ．二回対称パターン（図１０、請求項
３９、４０、４１）］閉鎖欠陥集合領域Ｈとその周囲の
単結晶低転位随伴領域Ｚ、Ｙとからなる基本組織体を一
単位として二回対称につまり隈無く敷き詰めた長方形の
頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈがくるように配列したもので
ある（請求項３９）。長方形の長辺と短辺の比をζとす
る（ζ＞１）。
【０２６６】長方形の短辺の方向が＜１１−２０＞方向
となるようにできる（請求項４１；図１０（ａ））。ピ
ット直径をｄとすると短辺方向のピッチはｐ＝ｄで、長
辺方向のピッチはζｄである。劈開したとき（＜１１−
２０＞方向に切断したとき）の閉鎖欠陥集合領域Ｈの間
隔ｈは狭い（ｈ＝ｄ）。劈開と直交する方向の繰り返し
ピッチｑは広い（ｑ＝ζｄ）。
【０２６７】長方形の短辺の方向が＜１−１００＞方向
となるようにできる（請求項４０；図１０（ｂ））。ピ
ット直径をｄとすると短辺方向のピッチはｐ＝ｄで、長
辺方向のピッチはζｄである。劈開したとき（＜１１−
２０＞方向に切断したとき）の閉鎖欠陥集合領域Ｈの間
隔ｈは広い（ｈ＝ζｄ）。劈開と直交する方向の繰り返
しピッチｑは狭い（ｑ＝ｄ）。Ｈ、Ｚ、Ｙの断面積を比
較する。
【０２６８】Ｚ：Ｈ＝ξ２−１：１ Ｙ：（Ｈ＋Ｚ）＝４ζ−π：π＝１＋４．６６（ζ−
１）：３．６６
【０２６９】である（ξはＺとＨの半径の比）。単結晶
低転位余領域Ｙがさらにより広くなる。閉鎖欠陥集合領
域Ｈの間隔も広がり正方形チップ、長方形チップのデバ
イスを作製するのに好適のものとなる。
【０２７０】［エ．三回対称パターン］閉鎖欠陥集合領
域Ｈとその周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚ、Ｙとからな
る基本組織体を一単位として三回対称につまり隈無く敷
き詰めた正六角形の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈがくるよ
うに配列したものである。これは図８の構造において一
つおきに基本組織体を除去したもので疎配列である。
【０２７１】正六角形の辺の方向つまり最短ピッチｐの
方向が＜１−１００＞方向となるようにできる。正六角
形の辺の方向つまり最短ピッチｐの方向が＜１１−２０
＞方向となるようにもできる。
【０２７２】Ｈ、Ｚ、Ｙの断面積を比較する。単結晶低
転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙの比はパターン
が決まれば決まる。しかし同心のＺとＨの比はそれでは
決まらない。ＺとＨの半径の比をξとする（ξ＞１）
と、
【０２７３】Ｚ：Ｈ＝ξ２−１：１ Ｙ：（Ｈ＋Ｚ）＝３×３１／２−π：π＝１：１．５
【０２７４】である。単結晶低転位余領域Ｙが広くなる
パターンである。六回対称のものの６倍程度である。単
結晶低転位余領域Ｙは低転位で単結晶であるからこれが
広いと余裕をもってデバイス作製をすることができる。
【０２７５】［閉鎖欠陥集合領域Ｈの間隔］本発明の窒
化ガリウム基板において、閉鎖欠陥集合領域Ｈの中心間
距離は、５０μｍ〜２０００μｍである（請求項４
２）。これはピット形成上の制約からくるものである。
【０２７６】［閉鎖欠陥集合領域Ｈが基板を貫通するこ
と］本発明の窒化ガリウム基板において、閉鎖欠陥集合
領域Ｈはｃ軸方向に長く伸びている。閉鎖欠陥集合領域
Ｈが基板を貫通して存在する（請求項４３）。
【０２７７】ｃ軸方向の結晶成長の場合、閉鎖欠陥集合
領域Ｈはｃ軸方向に伸びる。Ｃ面を表面とする基板の場
合、閉鎖欠陥集合領域Ｈが厚さ方向に基板を貫通する
（請求項４４）。
【０２７８】以上に説明した単結晶窒化ガリウム基板を
用いて半導体レーザデバイスを作製することができる。
非常に低転位であり、導電性の基板であるから長寿命の
高性能レーザができる。
【０２７９】窒化ガリウムの成長方法については、すで
に説明したように、ＨＶＰＥ、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ
法、ＭＯＣ法、昇華法がある。本発明の方法はどの製造
方法を用いても実施することができる。
【０２８０】
【実施例】［実施例１（サファイヤ基板、図１１）］本
発明のＧａＮ基板を製造する方法（実施例１）を述べ
る。製造工程を図１１に示した。下地基板としてサファ
イヤＣ面基板５１を使用した。図１１（１）はサファイ
ヤ基板５１を図示している。サファイヤは三方晶系（Tr
igonal symmetry）であり、ＧａＮは六方晶系に属す
る。既に実用化されているＬＥＤ、ＬＤでは専らサファ
イヤＣ面基板が用いられている。
【０２８１】サファイヤ基板５１に予めＭＯＣＶＤ法
（有機金属ＣＶＤ法）によって、厚さ約２μｍのＧａＮ
エピ層５２を設けた。表面はだからＧａＮのＣ面にな
る。
【０２８２】ＧａＮエピ層５２の上面に、厚さ１００ｎ
ｍのＳｉＯ２膜を一様に成膜した。これは種５３を規則
正しくＧａＮエピ層５２の上に設定するためのものであ
る。フォトリソグラフィによって所望の種パターン５３
を形成した。種パターンはマスクと呼ぶこともある。種
パターン５３は、同一サイズの正三角形を一辺の方向が
＜１１−２０＞（ａ方向）となるようにくまなく敷き詰
めてその正三角形の頂点に位置するように多数の円形部
５３を残しそれ以外の部分を除去したパターンである。
円形部が種５３となる。正三角形の配置は図８、図９に
示すような六回対称の配置となる。それはＣ面上のＧａ
Ｎが六回対称であることに対応する。その状態を図１１
（３）に示す。
【０２８３】種パターンは六回対称であるが、円形部分
の直径と、円形のピッチを変化させた次の４種類のパタ
ーンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄとした。それぞれの種パターンの円
形部の直径と、円形部のピッチ（正三角形辺長）は次の
ようである。
【０２８４】パターンＡ 円形部径 ５０μｍ；正三角
形辺長 ４００μｍ パターンＢ 円形部径２００μｍ；正三角形辺長 ４０
０μｍ パターンＣ 円形部径 ２μｍ；正三角形辺長 ２
０μｍ パターンＤ 円形部径３００μｍ；正三角形辺長２００
０μｍ
【０２８５】それぞれの種パターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄをも
つ試料をサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄと呼ぶことにする。
【０２８６】（１）サンプルＡ、サンプルＢの成長 種パターンＡをもつサンプルＡと、種パターンＢを持つ
サンプルＢの上にＧａＮ結晶を成長させた。成長法とし
てはＨＶＰＥ法を用いた。縦長の反応炉は内部上方にＧ
ａメタルを収容したバリアボートを有し下方には、基板
を上向きに戴置したサセプタが設けられる。サセプタの
上に基板を設置する。ここでは、サンプルＡとサンプル
Ｂをサセプタに載せて同じ条件でＧａＮ成長させる。
【０２８７】反応炉の上方から水素ガス（Ｈ２）と塩化
水素（ＨＣｌ）ガスをＧａボートに供給するようになっ
ており、アンモニアガス（ＮＨ３）と水素ガスをサセプ
タに載せた基板の直近へ供給できるようになっている。
水素ガスはキャリヤガスである。
【０２８８】実施例１では、反応炉は常圧としてＧａボ
ートは８００℃以上に加熱した。サファイヤ基板は１０
５０℃に加熱した。ＧａとＨＣｌでＧａＣｌが合成され
る。ＧａＣｌが下降して基板付近に至りアンモニアガス
と反応する。反応生成物であるＧａＮが、ＧａＮエピタ
キシャル層５２や種５３の上に堆積する。
【０２８９】エピ層の成長条件は次の通りである。 成長温度 １０５０℃ ＮＨ３分圧 ０．３ａｔｍ （３０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ０．０２ａｔｍ（ ２ｋＰａ） 成長時間 １０時間
【０２９０】この成長の結果、パターンＡ、パターンＢ
の上に、１２００μｍ厚みのＧａＮエピ層をもったサン
プルＡ、サンプルＢが得られた。図１１（４）はその状
態を示している。
【０２９１】［サンプルＡの観察（ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｃ
Ｌ）］まずサンプルＡについて観察した。サンプルＡ
は、逆１２角錐のファセット面５６からなるピットを一
面に有している。ファセット面５６からなるピットは基
板上に規則正しく配列していることが顕微鏡観察によっ
て分かった。
【０２９２】ピットの配列の規則性は初めのマスク（種
パターン）と一致していた。しかもファセット面５６よ
りなるピットの中心５９の位置は初めにＧａＮ層の上に
与えた円形部（種）の位置と正確に合致していた。それ
は種５３の直上がピット中心５９だということである。
ピット中心５９は正三角形を敷き詰めたパターンの頂点
に並ぶようになる。その正三角形は一辺が４００μｍで
あった。
【０２９３】サンプルＡの表面に現れるピットの直径は
約４００μｍであった。それは円形部の配列のピッチ
（正三角形の一辺の長さ）と等しい。ということは種パ
ターン５３（ＳｉＯ２）の上にピットが円錐状に成長し
たということである。さらに隣接した種から成長したピ
ットは互いに接触している事も分かる。
【０２９４】くまなく敷き詰めた繰り返し正三角形の頂
点にかさなるように設けた種（円形部）５３を中心とし
てファセット面５６よりなるピットが成長していったと
いうことである。図１１（４）において、種５３の上に
擂り鉢状のピットが存在する。擂り鉢状ピットの底５９
は先述の閉鎖欠陥集合領域５５（Ｈ）となっている（閉
鎖欠陥集合領域５５の周囲の境界線６０が結晶粒界とな
る）。隣接ピットの継ぎ目には平坦部５７が存在する。
継ぎ目平坦部分（Ｃ面）５７は基板面から円形ピットを
除いた十字型の部分である。
【０２９５】理解を速めるように結晶内部とピットの関
係について予め結論を述べる。結晶の内部には、種５３
の上に成長した部分とそうでない部分がある。種５３の
上に成長した部分が閉鎖欠陥集合領域５５とピット底５
９である。これが最も成長の遅れる部分である。だから
ピットの底５９が閉鎖欠陥集合領域５５となり成長が持
続するとその上下が全部閉鎖欠陥集合領域となるのであ
る。種５３（ＳｉＯ２）はＧａＮでないから成長が遅く
なりそのためにここがピットの底５９になるのである。
ピットは欠陥を集めながら成長が進行するので、成長の
最も遅い種直上部分に欠陥が集合して閉鎖欠陥集合領域
５５となるのである。つまり結晶に表面のピット底５９
と、閉鎖欠陥集合領域５５と、種５３が上下に一対一の
対応をするのである。
【０２９６】さらにピットの傾斜面の直下に成長した部
分が単結晶低転位随伴領域５４（Ｚ）に該当する。その
部分Ｚは単結晶になっている。上下方向に種周囲−単結
晶低転位随伴領域Ｚ５４−ピット傾斜壁５６という対応
がある。ピットとピットの継ぎ目に僅かに平坦部５７が
残る。平坦部５７の直下が単結晶低転位余領域５８とな
る。その部分も単結晶である。上下方向に種隙間−単結
晶低転位余領域５８−平坦部５７というような対応関係
がある。
【０２９７】顕微鏡鏡観察によれば、１２角形のピット
間の隙間の部分の平坦部５７は全て鏡面状の（０００
１）面となっていた。ピット内部の傾斜面（ファセット
面）は｛１１−２２｝面、｛１−１０１｝面の集合とな
っていた。さらにピットの底にはやや角度の浅いファセ
ット面５９が存在している事が分かった。サンプルＡ
を、｛１ー１００｝劈開面で劈開した。劈開面に現れる
ピットの断面を観察した。断面観察は、走査型電子顕微
鏡（ＳＥＭ）とカソードルミネセンス（ＣＬ）によって
行った。
【０２９８】この観察の結果ピット底５９の下には、あ
る程度の幅をもってＣ軸方向（成長方向）に伸びてい
る、他の部分と区別できる部分があることが分かった
（後に閉鎖欠陥集合領域と命名する部分）。その区別可
能な成長方向に伸びる部分（閉鎖欠陥集合領域Ｈ）は直
径が４０μｍ程であって、ＣＬによって、他の領域に比
べて暗いコントラストになった。この部分は明確に他の
部分と区別できた。さらに様様の部分で劈開することに
よって、この区別可能なＣ軸方向延長部分が三次元的に
柱状に存在している事が分かった。
【０２９９】さらにピット底５９に続く柱状の部分をＣ
Ｌ（カソードルミネセンス）とＴＥＭ（透過電子顕微
鏡）によってより詳細に分析した。その結果転位の様子
が他の部分と著しく相違する事が分かった。つまり暗い
線状の境界線６０によって囲まれた部分（閉鎖欠陥集合
領域）は数多くの転位が存在した。転位密度で１０８〜
１０９ｃｍ−２もの高転位密度であった。さらに暗い線
状の境界線６０（後に結晶粒界Ｋであることがわかる）
は転位の集合体であることが分かった。
【０３００】境界線６０（結晶粒界Ｋ）によって囲まれ
る部分５５は結晶欠陥の集合であることもわかった（こ
れが芯Ｓに対応する）。結晶成長の方向に伸びる三次元
的な構造をもつこの領域５５は結晶欠陥を多数もってお
り、明確な境界線６０で囲まれている。そこでその部分
５５を芯Ｓと呼ぶ。欠陥を含む芯Ｓとそれを囲む欠陥集
合体である境界線（結晶粒界Ｋ）を併せて閉鎖欠陥集合
領域Ｈと呼ぶことにした（Ｈ＝Ｋ＋Ｓ）。閉鎖欠陥集合
領域はその他の部分よりずっと欠陥密度が高いし結晶の
性質も相違している。そこでここを他から区別すること
が重要である。
【０３０１】閉鎖欠陥集合領域は図１１（３）の種５３
の上にできるから閉鎖欠陥集合領域の位置を積極的に制
御する事が可能である。この制御可能性が広い用途を展
望を本発明に与えている。
【０３０２】目を閉鎖欠陥集合領域Ｈの外側に転じよ
う。暗い境界線（結晶粒界Ｋ）の外側の領域において
は、転位密度は極めて低い。つまり境界線を境に転位密
度は著しい非対称性を示す。境界線より外側は低転位密
度になっており、境界線の極近くでは、１０６〜１０７
ｃｍ−２の中程度の転位密度の部分が存在する。しかし
境界線から離れるにしたがって転位密度は減少してゆ
く。境界線から１００μｍ程度も離れると、転位密度は
１０４〜１０５ｃｍ−２にも低下している。場所によっ
ては境界線の近くでも転位密度は１０４〜１０５ｃｍ
−２である部分もある。境界線の外部ではこのようにピ
ットの中心５９から離れるに従って転位密度は下がって
ゆく。
【０３０３】その部分の転位は少ないがその延長方向は
ほとんどがＣ面に平行である。Ｃ面に平行であってしか
もそれは中心の閉鎖欠陥集合領域の方向へ伸びる傾向が
ある。しかも閉鎖欠陥集合領域外部の転位密度は初めか
なり高いが、成長とともに転位密度が低くなってゆくこ
とがわかる。つまり境界線外部において積層の初期と終
期を比較すると転位密度が徐々に減少していっているこ
とがわかる。しかも境界線外部は単結晶であることがわ
かった。
【０３０４】つまりそれらの事実はこういうことを示唆
している。境界線の外側の欠陥は成長とともにファセッ
ト面によって中央部（閉鎖欠陥集合領域）へと掃きよせ
られて、境界線に蓄積される。そのために外部での転位
密度は減少し、境界線での転位密度は高いのである。境
界線からさらに欠陥が内部の芯Ｓにまで入る。これら転
位欠陥の境界線部と芯Ｓにおける存在比率等、詳しいこ
とはまだわかっていない。
【０３０５】境界線の外部といっても煩雑であるから、
その性質をとって単結晶低転位領域と呼ぶことにした
い。しかし境界線外部といっても二つの区別できる領域
がある。つまりピットの傾斜壁５６が通過した部分５４
と、ピットの隙間の平坦部５７が通過した部分５８は相
違するものである。ピット傾斜壁５６直下部分５４はフ
ァセットに従って成長したことによって低転位になって
いる。だからここでは「単結晶低転位随伴領域Ｚ」と呼
ぶことにする。ファセットに随伴するから随伴領域と呼
ぶのである。この部分は閉鎖欠陥集合領域に随伴する部
分であるから閉鎖欠陥集合領域が高密度に（種が高密度
に）存在することによって増える部分である。
【０３０６】平坦な部分５７（Ｃ面に平行な鏡面部分）
の直下の部分５８は最も低転位であって綺麗な結晶質の
領域である。これはファセット面が通過した部分でない
がファセット面の影響によって低転位化した部分であ
る。ファセットは円形や１２角形をして上へ伸びてゆく
からどうしても余分の部分が残る。同等の正三角形によ
って平面をくまなく覆う事ができるし、同等の正六角形
によって平面を覆うこともできる。
【０３０７】しかし正１２角形や円形によっては平面を
くまなく覆うという事はできない。どうしても一部が残
ってしまう。同一寸法の円形を隣接するように敷き詰め
たとしても十字形の部分が残る。そのような部分は平坦
部５７の下の５８になるがやはり低転位であり単結晶で
あることがわかった。ファセットの外側にあるのでここ
は「単結晶低転位余領域Ｙ」と呼ぶことにする。「余」
というのはファセットの残りの部分ということである。
この部分は、閉鎖欠陥集合領域が高密度に存在するに従
って面積が減少する。その点で先ほどの単結晶低転位随
伴領域Ｚとは違う。しかし結晶が低転位であり単結晶で
ある点は共通である。
【０３０８】つまり全ＧａＮの表面Ｔは、閉鎖欠陥集合
領域Ｈ、単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域
Ｙの合計であり、閉鎖欠陥集合領域は芯Ｓと結晶粒界Ｋ
の和である。
【０３０９】Ｔ＝Ｈ＋Ｚ＋Ｙ、 Ｈ＝Ｓ＋Ｋ
【０３１０】こうして用語を定義して結晶の区別をし
た。これによって本発明のＧａＮ結晶の構造がより明確
になった。
【０３１１】さらにこの閉鎖欠陥集合領域Ｈと、ピット
内のファセット面５６の関係について詳細に検討した。
このピットを形成するファセット面は｛１１−２２｝
面、｛１−１０１｝面が主流となっており、ピットの底
５９にはこれらのファセット面５６に対してやや角度の
浅いファセット面５９が存在している。このことは先に
も述べている。浅いファセット面５９は何か？というこ
とである。
【０３１２】調査の結果、より浅い部分により結晶成長
がなされた部分が閉鎖欠陥集合領域Ｈに当たるという事
が分かった。角度の浅いファセット面５９と角度の深い
ファセット面５６の境界に続くのが閉鎖欠陥集合領域Ｈ
の境界である結晶粒界Ｋ（６０）である。サンプルＡの
場合角度の浅いファセット面が閉鎖欠陥集合領域Ｈを形
成するということがハッキリした。
【０３１３】さらに角度の浅いファセット面５９は、ピ
ット底の両側から形成されている。角度の浅いファセッ
トは周辺部ではｃ軸方向に伸びて結晶粒界Ｋになってい
る。角度の浅いファセット面は中心部ではｃ軸方向にの
びて芯Ｓになる。両方併せて閉鎖欠陥集合領域Ｈとな
る。芯Ｓの部分が転位密度が高い。ファセット面｛１１
−２２｝面、｛１−１０１｝面によってピット中央に集
められた転位は閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓに蓄積され
る。それによって周辺部が低転位の単結晶低転位随伴領
域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙとなる。
【０３１４】本発明は常にファセットを保持しながら成
長させることによって、閉鎖欠陥集合領域Ｈがファセッ
トの底に付随し、しかも欠陥を結晶粒界Ｋに収束させる
ことが明らかになってきた。一部は芯Ｓにも集積してい
るのかもしれない。そのようにして本発明の成長方法は
ファセット面によって閉鎖欠陥集合領域の周囲の部分の
転位を低減しているということがわかる。
【０３１５】［サンプルＢの観察（ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｃ
Ｌ）］サンプルＢについてもＳＥＭ、ＴＥＭ、ＣＬによ
って観察した。その結果は似たようなものである。しか
しサンプルＢでは閉鎖欠陥集合領域Ｈの大きさが１８０
μｍと大きかった。サンプルＡでは閉鎖欠陥集合領域直
径が４０μｍであったからそれは直径で４倍以上、面積
が２０倍になる。閉鎖欠陥集合領域Ｈの形状は断面形状
は不定形であり、三次元的には柱状である。
【０３１６】さらにサンプルＢの閉鎖欠陥集合領域Ｈを
詳細に調べた。閉鎖欠陥集合領域Ｈには、周囲の単結晶
領域Ｚ、Ｙに対して微傾斜している事が分かった。閉鎖
欠陥集合領域Ｈの内部において、幾つかの結晶方位の異
なる部分領域があることもわかった。部分領域の結晶方
位はそれぞれ微傾斜している。サンプルＢの閉鎖欠陥集
合領域Ｈは、転位欠陥や、面状欠陥を含み、微傾斜した
グレインを含むという事も分かった。
【０３１７】（サンプルＡ、サンプルＢの加工）サンプ
ルＡ、サンプルＢの基板を研削加工した。裏面のサファ
イヤ基板を研削加工で削り落とした。その後表面を研削
加工して、平板な基板状とした。そのあと研磨加工し
て、平坦な表面を有するＧａＮ基板とした。直径１イン
チ程度の大きさのＧａＮ基板が得られた。図１１（５）
のような形状になる。ファセットがないが、ファセット
中心部の直下は閉鎖欠陥集合領域Ｈ（５５）に、ファセ
ット壁の下は単結晶低転位随伴領域Ｚ（５４）に、平坦
部（Ｃ面）の直下部分は単結晶低転位余領域Ｙ（５８）
になっている。結晶粒界Ｋが境界６０を与える。図１１
（５）は断面図だから区別して描いているが、肉眼でみ
た場合ガラス板のように一様な透明板にすぎないし顕微
鏡でもそのような違いは分からない。
【０３１８】このＧａＮ基板は、表面を（０００１）
面、Ｃ面とする基板である。基板自体は透明で平坦であ
る。しかし基板表面のＣＬ像を観察すると、結晶成長の
履歴がコントラストとして観察できる。ＧａＮのバンド
端に近い波長の３６０ｎｍの光でＣＬ観察すると、閉鎖
欠陥集合領域が４００μｍピッチで規則正しく並んでい
るという事が分かった。これはマスク５３のピッチと同
じである。
【０３１９】また閉鎖欠陥集合領域Ｈは暗いコントラス
トとして見える事が多いが、場所によっては明るいコン
トラストとなる。必ずしもそれらの性質が合致しないこ
とがある。明るい、暗いといってもＣＬ像のことであり
肉眼観察では全く一様であり透明平坦である。顕微鏡観
察でも透明であり平坦である。ＣＬ像として初めて明る
い、暗いという差異が出てくるのである。
【０３２０】しかしファセットのピット壁５６に続いて
成長した単結晶低転位随伴領域Ｚは、１２角形の明るい
コントラストとして見える。
【０３２１】平坦分５７の下の単結晶低転位余領域Ｙは
暗いコントラストとして見える。これはＣ面成長した部
分である。ＣＬによって観察するとコントラストによっ
て、簡単に丸い閉鎖欠陥集合領域Ｈ、その同心円の単結
晶低転位随伴領域Ｚ、残余の単結晶低転位余領域Ｙを区
別することができる。
【０３２２】閉鎖欠陥集合領域Ｈはｃ軸方向に伸びてい
る。閉鎖欠陥集合領域Ｈは基板結晶を貫通して基板表面
に垂直に伸びるものとして存在している。しかしながら
基板に穴が開いている訳ではない。基板は一様な充填物
である。ＣＬによって初めて見える組織である。しかし
ながら、閉鎖欠陥集合領域Ｈの領域が、若干の段差が生
じて窪んでいる場合がある。特にサンプルＡについては
０．３μｍ程の段差が見られた。これは閉鎖欠陥集合領
域Ｈにおいて研磨時の研磨速度に若干の差があったため
であると考えられる。
【０３２３】平坦な基板形状になっているから、貫通転
位密度などは測定容易である。ＣＬ像、エッチピット、
ＴＥＭによって観察することができる。しかしＣＬ像で
観察するのが最も容易である。
【０３２４】ＣＬ像では貫通転位は暗い点として観察さ
れる。サンプルＢ、サンプルＡでは、閉鎖欠陥集合領域
Ｈの内部に貫通転位が集中している事が分かった。閉鎖
欠陥集合領域Ｈの境界に転位が集合して線状に並んでい
るということも分かった。これは三次元的には面状欠陥
に相当する。閉鎖欠陥集合領域ＨはＣＬでも暗い閉曲線
（境界線；結晶粒界Ｋ）で明確に区別される。
【０３２５】閉鎖欠陥集合領域ＨはサンプルＡでは４０
μｍ直径（種は５０μｍ直径）で形状は角型、不定形で
あった。閉鎖欠陥集合領域はサンプルＢでは１８０μｍ
直径（種は２００μｍ）であり、丸みを帯びた不定形で
あった。サンプルＡ、Ｂの違いは閉鎖欠陥集合領域の直
径だけである。そしてそれは種（ＳｉＯ２）の大きさに
依存する。
【０３２６】サンプルＡ、サンプルＢともに閉鎖欠陥集
合領域Ｈの外側（単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転
位余領域Ｙ）は、転位は少なく、閉鎖欠陥集合領域Ｈか
ら離れるにしたがって転位密度は減少する。場所によっ
ては、閉鎖欠陥集合領域Ｈからすぐに転位密度が激減す
ることもある。単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位
余領域Ｙにおいて平均の転位密度は５×１０６ｃｍ−２
以下であった。単結晶低転位余領域、単結晶低転位随伴
領域では転位はＣ面に平行で閉鎖欠陥集合領域Ｈに向け
て走っているものが多い。だから転位は閉鎖欠陥集合領
域Ｈに吸収蓄積されるのでその他の領域（単結晶低転位
随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙ）で転位が低くなる
のだと考えられる。
【０３２７】サンプルＡ、ＢのＧａＮ基板をＫＯＨ水溶
液によって温度を上げてエッチングした。サンプルＢに
ついて観察すると、特に閉鎖欠陥集合領域が選択的にエ
ッチングされやすいという部分が存在した。その他の単
結晶低転位余領域、単結晶低転位随伴領域はエッチング
されにくい。閉鎖欠陥集合領域にはエッチングされ易い
部位とされにくい部位がある。ということは閉鎖欠陥集
合領域Ｈは、Ｇａ面である（０００１）面だけではなく
て（エッチングされにくい）、Ｎ（窒素）面である（０
００−１）面となっている部分もある、ということであ
る。単結晶低転位余領域や単結晶低転位随伴領域はＧａ
面（０００１）面ばかりでエッチングされにくく、閉鎖
欠陥集合領域は一部極性が反転しており窒素面（０００
−１）が出ているからＫＯＨによってエッチングされ易
いところが一部に出現したのであろう。このように閉鎖
欠陥集合領域には極性が一部逆転した部位も存在する。
それに対し、サンプルＡについて詳細に観察すると、大
部分の閉鎖欠陥集合領域Ｈの部分がエッチングされ窪ん
でいた。さらにＴＥＭ（透過電子顕微鏡）観察結果と合
わせて分析した結果、このサンプルＡの閉鎖欠陥集合領
域Ｈについては、大部分が周囲の単結晶領域とは結晶方
位が＜０００１＞方向に１８０゜逆転した単結晶からな
ることがわかった。よって、研磨後の表面は周囲の単結
晶領域がＧａ面であるのに対し、閉鎖欠陥集合領域Ｈは
窒素面である。さらに、詳細な解析の結果、サンプルＡ
の数多くの閉鎖欠陥集合領域Ｈの中には、結晶方位が＜
０００１＞方向に１８０゜逆転しているが複数の結晶粒
からなるところもあることが判明した。また、これらの
結果から、サンプルＡの結晶成長時における閉鎖欠陥集
合領域Ｈに相当する傾斜角の小さいファセットの面指数
は、｛１１−２−４｝、｛１１−２−５｝、｛１１−２
−６｝、｛１−１０−２｝、｛１−１０−３｝、｛１−
１０−４｝であると考えられる。
【０３２８】サンプルＡ（種径５０μｍ）、サンプルＢ
（種径２００μｍ）のＧａＮ基板は基本的な性質は共通
である。最も大きい相違は、閉鎖欠陥集合領域Ｈの大き
さである（４０μｍと１８０μｍ）。それは種（ＳｉＯ
２）の大きさによって予め決めることができる。基板面
積をできるだけ有効に利用するためには、転位の多い閉
鎖欠陥集合領域Ｈを小さくするのが良い。そして単結晶
低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚを大きくする
のが得策である。
【０３２９】しかしながらあまりに閉鎖欠陥集合領域Ｈ
を小さく（種を小さく）しすぎると、閉鎖欠陥集合領域
Ｈがそもそも形成されないということがある。そうなる
とファセット成長によって欠陥を掃き集めるということ
ができず、単結晶低転位余領域や単結晶低転位随伴領域
ができず転位密度を下げることができない。
【０３３０】［サンプルＣ（種径２μｍ、ピッチ２０μ
ｍ）の成長］２μｍ径の種を２０μｍ辺の正三角形の頂
点に分布させたサンプルＣについてＧａＮ成長を行っ
た。これは種直径が小さくピッチも小さい例である。前
述のサンプルＡ、Ｂと同様にＨＶＰＥ法で成長させよう
とした。すると２μｍ径の種（ＳｉＯ２）が埋まってし
まいファセット成長させても、ファセット底が種から発
生するというような関係にならなかった。だから種５３
によってファセット中心を規定することができなかっ
た。ランダムなファセットの分布となってしまった。ピ
ット位置の制御ができなかった。それは問題である。
【０３３１】そこでＨＶＰＥ法をやめてＭＯＣＶＤ法に
より遅い成長速度でＧａＮ結晶を成長させた。成長速度
を落とすのは種（ＳｉＯ２）からピットを立ち上がらせ
るためである。
【０３３２】ＭＯＣＶＤ法は金属Ｇａを使わず、Ｇａを
含む有機金属を原料とする。ガス原料はトリメチルガリ
ウム（ＴＭＧ；３族ガス）とアンモニアガス（ＮＨ３；
５族ガス）と水素ガス（Ｈ２；キャリヤガス）を用い
る。
【０３３３】反応炉のサセプタにサンプルＣを置いて１
０３０℃に加熱し、原料ガスを常圧で３族：５族比＝
１：２０００で供給してＧａＮの成長を行った。成長速
度は４μｍ／ｈであり、成長時間は３０時間であった。
１２０μｍ程度の厚みのＧａＮ層を成長させることがで
きた。
【０３３４】これによって種５３を底としたピット状の
ファセットを持った結晶成長が行われた。ピット底が種
５３の位置に合致するのでピット配置の制御が可能であ
る。ピットの底には閉鎖欠陥集合領域Ｈが連続する。
【０３３５】サンプルＣにおいては種の直径は２μｍと
極めて小さいが、ピット底にできた閉鎖欠陥集合領域Ｈ
もそれにつれて小さくて直径は１μｍ程度であった。つ
まり種５３は閉鎖欠陥集合領域Ｈの位置を与えるだけで
なくその大きさをも与えることができるということであ
る。
【０３３６】ピットの傾斜面５６の下に連続して単結晶
低転位随伴領域Ｚが成長した。ピッチが狭いからこれは
小さい円となる。ＴＥＭ観察によってここは低転位で単
結晶であることを確認した。ピット間の平坦面（Ｃ面）
５７に対応して単結晶低転位余領域Ｙも発生した。ここ
も低転位で単結晶であった。そのような性質はサンプル
Ａ、Ｂと共通である。閉鎖欠陥集合領域Ｈが極めて小さ
いというところがサンプルＣの特徴である。ＨＶＰＥで
は不可能でもＭＯＣＶＤ法を使うことによって小さい種
と同じ配置寸法の閉鎖欠陥集合領域Ｈの分布を得る事が
できた。
【０３３７】［サンプルＤ（種径３００μｍ、ピッチ２
０００μｍ）の成長］３００μｍ径の種を２０００μｍ
辺の正三角形の頂点に分布させたサンプルＤについてＧ
ａＮ成長を行った。これは種直径が大きくピッチも大き
い例である。前述のサンプルＡ、Ｂと同様にＨＶＰＥ法
で成長させた。ＨＶＰＥの成長条件は次の通りである。
【０３３８】 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ０．３ａｔｍ（３０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 成長時間 ３０時間
【０３３９】この成長によって、厚さ４．３ｍｍのＧａ
Ｎ厚膜結晶が得られた。サンプルＤにおいては、逆１２
角錐形状のファセット面からなるピットが見られる。閉
鎖欠陥集合領域Ｈは規則正しく配列していた。その位置
は、初めのＧａＮ膜の上に形成した種（ＳｉＯ２マス
ク）５３の位置と正しく一致した。
【０３４０】しかしながら、ピット形状には崩れかかっ
たところも多かった。またマスクに対応して規則正しく
配列しているピット以外に小さいピットも発生してい
た。ピットの位置制御性が不完全である。
【０３４１】閉鎖欠陥集合領域Ｈは２０００μｍピッチ
で存在しそれは当初のマスク（種）５３のピッチと等し
い。そのような規則正しい位置にあるピットは直径が２
０００μｍ程度で逆１２角錐の綺麗な形状のものもあっ
た。しかし２０００μｍピッチで所定の位置にあるにも
かかわらず形が崩れ隣接ピットがつながったものもあっ
た。そのような形状乱れのあるピットの径（位置は正し
いが）は約２００μｍ程度で小さいものであった。閉鎖
欠陥集合領域Ｈは転位密度は高かった。
【０３４２】しかし閉鎖欠陥集合領域が型くずれしてい
ても所定位置にある閉鎖欠陥集合領域Ｈの周りには、単
結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚが生成さ
れその部分の平均の転位密度は５×１０６ｃｍ−２以下
であり低転位であった。規則的配置からずれた部位（種
に基づかない）にできた閉鎖欠陥集合領域Ｈの周囲には
単結晶低転位余領域や単結晶低転位随伴領域の生成が明
確でなくて低転位にならないところもあった。
【０３４３】サンプルＡ〜Ｄによる実験によって、閉鎖
欠陥集合領域Ｈの直径は１μｍ〜２００μｍ、閉鎖欠陥
集合領域を与える種（マスク；円形部）の直径は２μｍ
〜３００μｍ、閉鎖欠陥集合領域のピッチは２０μｍ〜
２０００μｍという条件で、充分に本発明の効果を得る
事ができる、ということが明白になった。
【０３４４】［実施例２（ＧａＡｓ、Ｓｉ、サファイヤ
基板；パターンＡ、Ｈ（Ａ＋ＥＬＯ）；図１２）］次の
三種類の異種材料基板を準備した。 イ．（１１１）面ＧａＡｓ基板 ロ．Ｃ面（０００１）サファイヤ基板 ハ．（１１１）面Ｓｉ基板
【０３４５】Ｓｉはダイヤモンド構造の立方晶系であ
る。ＧａＡｓは閃亜鉛鉱構造（Zinc Blende）型の立方
晶系である。ＧａＮは六方晶系である。そのＣ面は３回
回転対称性をもつ。立方晶系は（１１１）面だけが３回
対称性をもつ。それでＳｉとＧａＡｓは三回対称性の
（１１１）面の基板を用いる。サファイヤは三方晶系で
ある。ｃ軸方向に成長させるためサファイヤはＣ面（０
００１）をもつ単結晶を基板とする。
【０３４６】図１２（１）〜（３）にＧａＮの成長方法
を図示した。サンプルＡ〜Ｄは異種基板の上に２μｍ厚
みのＧａＮ層を付けてからマスク（ＳｉＯ２）材を付け
て種５３を形成したが、実施例２では初めから異種材料
下地基板５１の上にマスク材をつけて種５３を形成す
る。直接異種基板５１に０．１μｍ厚みのＳｉＯ２層を
形成しフォトリソグラフィによって周期的に設けた正三
角形の頂点に円形部が残留するような六回対称性のある
パターンの種５３を形成した。
【０３４７】実施例２で用いられる種５３の配置パター
ンはＡとパターンＨの二つである。パターンＡは実施例
１と同じである。パターンＨはパターンＡにＥＬＯ（ラ
テラル成長）マスクを重ね合わせたハイブリッド型であ
る。
【０３４８】（パターンＡ） 実施例１のパターンＡ
（５０μｍ直径、４００μｍピッチ）と同様の配置とす
る。つまり一辺４００μｍの正三角形の集合を想定しそ
の頂点に直径５０μｍの円形部を設けたものである。こ
れはそれ以外の面（余白１９：図６（ａ））はそのまま
で何も付けないというものである。
【０３４９】（パターンＨ） パターンＡ（５０μｍ直
径、４００μｍピッチ）とＥＬＯマスクを重畳したハイ
ブリッドなマスクとする。パターンＡというのは、一辺
４００μｍの正三角形の集合を想定しその頂点に直径５
０μｍの円形部を設けたものである。これは開口部の方
が広い面積をとるようなパターンである。その円形部の
ない部分（余白部１９）にＥＬＯ（Epitaxial Lateral
Overgrowth）マスクを付ける。ＥＬＯマスクとしてはと
いうのは、ラテラルオーバーグロースを行うときに用い
られるマスクパターンである。それは開口部は少なくマ
スク面積の方が広いようなパターンである。例えばここ
では一辺が４μｍの正三角形をくまなく敷き詰めたパタ
ーンの正三角形の頂点に直径２μｍのドット状の開口部
（窓）を配置したものである。基準となる正三角形の一
辺が、パターンＡの正三角形の一辺の方向と平行になる
ようにしている。図１２（１）ではあまりに細かいから
ＥＬＯパターンの図示を略しているが、種５３の間に多
数窓が存在する薄膜層を設けているのである。
【０３５０】異種基板の上に直接にマスクパターンを乗
せるから、その方位はＧａＮ結晶の方位によって定義で
きない。異種基板の方位によって定義する必要がある。
パターンＡの場合正三角形の辺の方向を基準方向という
ことにする。ＧａＡｓ基板の場合は、基準方向が＜１−
１０＞方向とした。サファイヤ基板の場合は＜１−１０
０＞方向とした。Ｓｉ基板の場合は＜１−１０＞方向と
した。こうして基板の違うものとパターンの違うもので
４種類のサンプルＥ〜Ｈを作製した。それぞれのサンプ
ルは次のようなものである。
【０３５１】サンプルＥ；ＧａＡｓ基板（１１１）の上
に直接にパターンＡ（５０μｍ直径円部、４００μｍピ
ッチ）を種パターンとして設けたもの。 サンプルＦ；サファイヤ基板（０００１）の上に直接に
パターンＡ（５０μｍ直径、４００μｍピッチ）を種パ
ターンとして設けたもの。 サンプルＧ；Ｓｉ基板（１１１）の上に直接にパターン
Ａの種パターン形成したもの。 サンプルＨ；ＧａＡｓ基板の上に直接にパターンＨ（パ
ターンＡ＋ＥＬＯ）を形成したもの。
【０３５２】これらの試料のマスクを付けた状態は図１
２（１）に示す。実施例１と違うのは異種基板の上にＧ
ａＮ層を付けることなく基板へ直接にマスクパターンを
形成したことである。サンプルＥ〜Ｈについて実施例１
と同じようにＨＶＰＥ法によってＧａＮの層を形成し
た。ＨＶＰＥ法は反応炉の上方にＧａボートを有し、下
方に基板を乗せるためのサセプタを有する。上方から水
素ガスとＨＣｌガスをＧａボートに供給してＧａＣｌを
生成する。ＧａＣｌが下方へ流れ加熱された基板に接触
する部位においてアンモニアを供給してＧａＣｌとの反
応によってＧａＮを合成する方法である。マスクの上へ
ＧａＮバッファ層を低温で成長した後高温でＧａＮエピ
層を厚く成長させる。ＧａＮについて２段階の成長をさ
せる。
【０３５３】（１．ＧａＮバッファ層の成長）ＧａＡ
ｓ、サファイヤ、Ｓｉ基板などの上にＧａＮバッファ層
を次の条件でＨＶＰＥ法により成長させた。バッファ層
を設けるのは通常よく行うことである。 アンモニア分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２×１０−３ａｔｍ（２００Ｐａ） 成長温度 ４９０℃ 成長時間 １５分 バッファ層厚み ５０ｎｍ
【０３５４】（２．ＧａＮエピ層の成長）低温成長した
バッファ層の上にＨＶＰＥ法により高温でエピ層を設け
る。 アンモニア分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２５００Ｐａ） 成長温度 １０１０℃ 成長時間 １１時間 エピ層厚み 約１３００μｍ（１．３ｍｍ）
【０３５５】このように低温でバッファ層を、高温でエ
ピ層を成長させる手法はよく知られたものである。サン
プルＥ〜Ｈともに厚みは１．３ｍｍで透明のＧａＮ基板
が得られた。外見は実施例１のサンプルと同様である。
透明であってガラスのような感じがする。ＣＬによって
観察して初めて閉鎖欠陥集合領域、単結晶低転位随伴領
域、単結晶低転位余領域などの違いがわかるのである。
しかしファセット成長するから表面の凹凸（ピット）は
顕微鏡観察でもよくわかる。
【０３５６】図１２（２）に断面図を示す。４つのサン
プルのいずれもファセット面５６からなるピットを表面
に多数有していた。ピット中心位置（底）５９は、最初
に種５３（ＳｉＯ２）として設けたマスク位置と合致し
ていた。つまり実施例１と同様に最稠密配列した直径４
００μｍのピットが互いに接して表面上に存在する。ピ
ットは逆１２角錐であり中心部にはより角度の小さいフ
ァセットが存在することも確認された。
【０３５７】種５３の上には閉鎖欠陥集合領域（Ｈ）５
５が続き、その上がピットの底５９となっている。ピッ
トの傾斜面５６の下が単結晶低転位随伴領域Ｚとなり、
Ｃ面の平坦面５７の下が単結晶低転位余領域（Ｙ）５８
となっている。単結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随
伴領域Ｚともに低転位で単結晶であった。
【０３５８】（研削加工）サンプルＥ〜Ｈに研削加工を
した。まず裏面を研削して、異種基板５１であるＧａＡ
ｓ基板、Ｓｉ基板、サファイヤ基板を除去した。種５３
もついでに除去される。さらに表面も研削しピットを除
いて表面を平坦にした。平坦な表裏面を有する基板がで
きた。直径は２インチ程度の平坦平滑透明の基板が得ら
れた。図１２（３）はその状態を示す。これら基板は全
てＧａＮ（０００１）面（Ｃ面）を表面とする透明の基
板である。基板表面に６回対称性をもって閉鎖欠陥集合
領域（Ｈ）５５が並んでいる。その中心は初めに設定し
た種５３と一致する。それぞれの閉鎖欠陥集合領域Ｈは
不定形であった。閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径は約４０μ
ｍであった。それは種パターン（５０μｍ直径、４００
μｍピッチ）に対応した寸法である。六回対称性をもつ
ＳｉＯ２種５３の上に閉鎖欠陥集合領域が成長すると考
えればうなずける結果である。
【０３５９】閉鎖欠陥集合領域Ｈの内部では転位密度は
高いが、閉鎖欠陥集合領域から離れるにしたがって転位
密度が下がる。閉鎖欠陥集合領域Ｈの外側の単結晶低転
位余領域（Ｙ）５８、単結晶低転位随伴領域Ｚでは低転
位密度となっていた。いずれのサンプルでも、５×１０
６ｃｍ−２以下の低転位であった。より具体的には、単
結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙの平均転
位密度は、 サンプルＥ（ＧａＡｓ基板）； ２×１０６ｃｍ−２ サンプルＦ（サファイヤ基板）； １×１０６ｃｍ−２ サンプルＧ（Ｓｉ基板）； ３×１０６ｃｍ−２ サンプルＨ（ＧａＡｓ基板）； ９×１０５ｃｍ−２
【０３６０】であった。いずれも十分な低転位密度にな
っている。下地基板に対する依存性があるようである。
Ｅ、Ｆ、Ｇの中で最も転位密度を低くするものはサファ
イヤ基板（Ｆ）である。ついでＧａＡｓ基板（Ｅ）が転
位密度を低くする。Ｓｉ基板（Ｇ）は転位低減の作用が
最も弱いようである。
【０３６１】さらにＥＬＯの手法を併用したサンプルＨ
は最も低転位化が著しい。種マスクだけのサンプルＥと
比べて、平均転位密度が約半分に減少している。種マス
クによる低減（閉鎖欠陥集合領域Ｈ）とＥＬＯマスク
（方向転換と衝突による転位低減）の作用が大体同じ程
度であることが推定される。
【０３６２】閉鎖欠陥集合領域Ｈの状態も実施例１と同
様であった。ファセット面よりなるピットが最初の種５
３の上に成長してゆき、ピットの底に転位が集中して閉
鎖欠陥集合領域が形成される。転位が閉鎖欠陥集合領域
に集中するからその他の単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結
晶低転位余領域Ｙでは転位が減っている。
【０３６３】（サンプルＥの不思議）サンプルＥ（Ｇａ
Ａｓ基板；パターンＡ）についてはサンプルを２枚作製
した。不思議な事に２枚について成長結晶の様子が異な
っていた。サンプルＥの１枚は、実施例１や実施例２と
して先述のように閉鎖欠陥集合領域Ｈと単結晶低転位随
伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙが明確に区別され、Ｚ
＋Ｙでは低転位となっていた。しかしサンプルＥのもう
一つの基板には、ファセット面からなるピットは種５３
の上に正しく六回対称の位置に生成されていたがピット
中央に閉鎖欠陥集合領域Ｈが存在しないということがわ
かった。それはＣＬ像をみることによって分かる。同じ
製法で違うものができたのは不思議な事である。
【０３６４】（閉鎖欠陥集合領域を欠くサンプルＥ）そ
のサンプルＥをより子細に調べてみると、ピットの底５
９に続く筈の閉鎖欠陥集合領域Ｈがなくてファセットに
よって集められるべき転位の束が広い領域に広がってい
るのだ、という事が分かった。平均の転位密度は６×１
０６ｃｍ−２であった。だから他のサンプルの単結晶低
転位随伴領域や単結晶低転位余領域より転位密度が高
い。このサンプルＥにおいて、幾つかのピットにおいて
は、ピット中央５９から線状に転位群が並んでいた。線
状欠陥の周りには面状欠陥も存在した。この面状欠陥は
図１（ｂ）の互いに６０度の角度をなす面状欠陥であ
る。線状欠陥は面状欠陥の交線でありピット底の直下に
延びる。面状欠陥はピット中心から１００μｍ以上にわ
たって延びているものもあった。これは一旦集中した転
位がばらばらに分散したと考えられよう。
【０３６５】サンプルＥの一つのように閉鎖欠陥集合領
域が消失している場合は、ファセットからなるピットに
おいて転位の集積集合がうまく行われず、転位が広が
り、面状欠陥がピット底に出現する。もちろんその場合
でもピットの配列は種の配列を正確に転写している。し
かしピット底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈが形成されない
（空ピット）。そのため低転位化がなされていないので
ある。空ピットではだめなのである。
【０３６６】つまり低転位ＧａＮ結晶を作ろうとする本
発明を実効あるものにするには、ピットが種の配列を忠
実に転写して生成されることと、ピット底に閉鎖欠陥集
合領域Ｈが生成されることの二つの条件が必須だという
ことである。ピットが規則的に形成されただけでは不十
分である。さらにピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈが形成
されなければならないのである。本発明のＧａＮ基板に
おいて、閉鎖欠陥集合領域Ｈの重要性が理解できよう。
【０３６７】［実施例３（マスクの種類）］面方位（１
１１）Ａｓ面を有するＧａＡｓ基板を複数枚下地基板と
して用意した。マスク（種パターン）の差異がどのよう
な効果をもつのか確かめるために基板に異なる薄膜の種
パターンを作製する。（１１１）Ａｓ−ＧａＡｓ基板に
直接に、厚さ０．１５μｍのＳｉ３Ｎ４薄膜を形成した
もの（Ｉ）、厚さ０．２μｍのＰｔ薄膜を形成したもの
（Ｊ）、厚さ０．２μｍのＷ薄膜を形成したもの
（Ｋ）、厚さ０．１μｍのＳｉＯ２薄膜を形成したもの
（Ｌ、Ｍ）を作製した。
【０３６８】レジストを塗布しフォトリソグラフィとエ
ッチングによって、薄膜の一部を除去し種パターンを作
製した。種パターンは、ＳｉＮ薄膜（Ｉ）、Ｐｔ薄膜
（Ｊ）、Ｗ薄膜（Ｋ）については、実施例１で述べた六
回対称のパターンＡ（図６（ａ））とした。パターンＡ
は、一辺４００μｍの正三角形の繰り返しからなるもの
の頂点に５０μｍ直径の円形種を配置したものである。
正三角形の一辺（ピッチ）方向がＧａＡｓ基板の＜１−
１０＞方向に平行になるようにした。
【０３６９】ＳｉＯ２薄膜基板については四回対称のパ
ターンＬと二回対称のパターンＭを作製した。パターン
Ｌは、一辺４００μｍの正方形の繰り返しからなるもの
の頂点に５０μｍ直径の円形の種を配置した四回対称の
ものである。パターンＭは、４００μｍ×６００μｍの
長方形の繰り返しからなるものの頂点に５０μｍ直径の
円形の種を配置した二回対称のものである。パターンＬ
は繰り返し正方形の一辺の方向がＧａＡｓ基板の＜１−
１０＞方向に平行になるようにした。パターンＭは繰り
返し長方形の短辺の方向がＧａＡｓ基板の＜１−１０＞
方向に平行になるようにした。
【０３７０】４種類の薄膜をＸ線回折法で調査した。Ｓ
ｉ３Ｎ４薄膜（Ｉ）は非晶質、Ｐｔ薄膜（Ｊ）は多結
晶、Ｗ薄膜は多結晶、ＳｉＯ２薄膜は非晶質であった。
これら５種類の種マスクをもった試料をサンプルＩ、
Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍとする。
【０３７１】サンプルＩ；Ｓｉ３Ｎ４薄膜のパターンＡ
を直接形成したＧａＡｓ基板 サンプルＪ；Ｐｔ薄膜のパターンＡを直接形成したＧａ
Ａｓ基板 サンプルＫ；Ｗ薄膜のパターンＡを直接形成したＧａＡ
ｓ基板 サンプルＬ；ＳｉＯ２薄膜のパターンＬを直接形成した
ＧａＡｓ基板 サンプルＭ；ＳｉＯ２薄膜のパターンＭを直接形成した
ＧａＡｓ基板
【０３７２】その後、これらサンプル基板上にＨＶＰＥ
法によって、ＧａＮの成長を行った。実施例３における
ＨＶＰＥ法は実施例１、２におけるものと同じものであ
る。ホットウォール型反応炉の上方にＧａボートがあり
下方に基板を載せたサセプタがある。Ｇａは８００℃以
上に加熱されてＧａ融液になっている。基板も下記の温
度に加熱される。上方から水素とＨＣｌガスをＧａボー
トに吹き付けＧａＣｌを合成する。ＧａＣｌが加工して
基板の近傍に導入されるＮＨ３（＋水素）と反応してＧ
ａＮができるがそれが基板上に堆積してＧａＮ層とな
る。
【０３７３】最初にバッファ層を低温で薄く成長させそ
の上に高温で厚くエピ層を成長させる。条件は以下のよ
うである。 （バッファ層の成長条件；ＨＶＰＥ法） 成長温度 ４９０℃ ＮＨ３分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２×１０−３ａｔｍ（２００Ｐａ） 成長時間 ２０分 膜厚 ６０ｎｍ
【０３７４】 （エピタキシャル層の成長条件；ＨＶＰＥ法） 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ０．２５ａｔｍ （２５ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ （２．５ｋＰａ） 成長時間 １３時間 膜厚 １８００μｍ（平均）
【０３７５】平均１．８ｍｍのＧａＮ厚膜を堆積したサ
ンプルは表面に多数のピットを持っていた。サンプル
Ｉ、Ｊ、Ｋは外見上殆ど同じ表面形態をもっていた。逆
１２角錐上のファセット面からなるピットを多数有して
おり、しかもその位置が当初基板の上に設けた円形ドッ
ト状の種の位置と一致しており、正しく六回対称に並ん
でいた。つまり図６（ｂ）に示すようになっていた。ピ
ッチは約４００μｍであって、ピットの径も約４００μ
ｍであり隣接ピットは外接しており二次元最稠密配列に
なった。外見上は実施例１のサンプルＡと全く同じであ
った。つまり種の位置とピット中心位置が合致してい
た。
【０３７６】サンプルＬ、Ｍについても逆１２角錐のフ
ァセットからなるピットが数多く見られるという点では
同様であった。しかしその配列が違いサンプルＬは４０
０μｍピッチの正方形パターンからなる四回対称のもの
となった。サンプルＭは短辺４００μｍ、長辺６００μ
ｍの矩形パターンからなる二回対称のものとなった。こ
れらにおいても種の位置とピット中心位置が合致してい
た。
【０３７７】サンプルＭでは長方形の長辺にそってピッ
ト・ピット間の広い間隙が生ずる（単結晶低転位余領域
Ｙ）。この単結晶低転位余領域Ｙにおいては種に対応し
なピット発生が所々に散見された。しかし大体において
ピットと種は上下対応していた。
【０３７８】ファセット面からなるピットの底の形状を
観察した。サンプルＩ、Ｊ、Ｋ、Ｌ、Ｍにおいては、ピ
ット底にピット傾斜面を形成するファセット面よりも角
度の浅いファセット面（ｃ軸指数のｎが大きい）の存在
が確認された。しかしサンプルＪに関してはピット底に
ごつごつした凹凸が見られた。その後、これら５種類の
サンプルＩ〜Ｍを研削加工した。つまり裏面のＧａＡｓ
基板を研削加工によって削り落とし、それから表面を研
削加工して平板な基板状とした。そのあと研磨加工を施
して、平坦平滑な表面を有する基板とした。２インチ程
度の直径の基板が得られた。
【０３７９】これらサンプルＩ、Ｊ、Ｋの基板は、表面
を（０００１）面、つまりＣ面とする基板である。基板
自体は平坦で透明である。表面には閉鎖欠陥集合領域Ｈ
が規則正しく並んでいた。サンプルＩ〜Ｋについては閉
鎖欠陥集合領域が六回対称に並び、閉鎖欠陥集合領域Ｈ
の形状はサンプルＩ、Ｋ、Ｌ、Ｍにおいては角型を含ん
だ不定形であった。直径は４０μｍ程度であった。しか
しサンプルＪにおいては、閉鎖欠陥集合領域は直径が５
０μｍ〜８０μｍにばらついており、その形状は円形、
丸みを帯びた不定形であるものが多かった。
【０３８０】いずれのサンプルにおいても、閉鎖欠陥集
合領域の外側では、転位は少ない。閉鎖欠陥集合領域か
ら離れるに従って転位密度は減少する。場所によって
は、閉鎖欠陥集合領域の境界から転位は激減することも
確認した。
【０３８１】閉鎖欠陥集合領域Ｈの外側の単結晶低転位
随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙでの平均的な転位密
度はいずれも５×１０６ｃｍ−２以下であった。より具
体的には サンプルＩ：１×１０６ｃｍ−２ サンプルＪ：４×１０６ｃｍ−２ サンプルＫ：２×１０６ｃｍ−２ サンプルＬ：２×１０６ｃｍ−２ サンプルＭ：４×１０６ｃｍ−２
【０３８２】というような転位密度であった。サンプル
Ｉ、Ｋ、Ｌ、Ｍにおいては、閉鎖欠陥集合領域Ｈの状況
は、実施例１のサンプルＡと同じであった。ファセット
面からなるピットが円形マスク（種）を中心として形成
され、円形マスク（種）上でピッチ底に続いて閉鎖欠陥
集合領域が成長すること、転位が閉鎖欠陥集合領域Ｈに
集められていることが分かった。
【０３８３】基板表面のＣＬ像をとって観察したところ
Ｐｔを種としたサンプルＪについては少し事情が相違す
ることがわかった。閉鎖欠陥集合領域Ｈが多結晶である
ということが判明したのである。ＣＬ像、ＴＥＭにより
閉鎖欠陥集合領域Ｈの構造を解析すると、閉鎖欠陥集合
領域Ｈには多様な形態があるということが分かった。
【０３８４】サンプルＪのように幾つかの結晶粒子から
なる多結晶であることがある。そうでなくて結晶粒は１
個（単結晶）であるがその周りの単結晶領域（Ｚ、Ｙ）
とは異なる結晶方位を有する場合もある。あるいは周り
の単結晶領域とは＜０００１＞軸のみ一致するが異なる
結晶方位を持つ場合もある。そのように多様な閉鎖欠陥
集合領域Ｈがあるという事が分かった。
【０３８５】Ｐｔを種としたサンプルＪにおいても、フ
ァセット面からなるピットが円形マスクを中心として形
成され、円形マスク上で閉鎖欠陥集合領域Ｈが形成さ
れ、閉鎖欠陥集合領域Ｈがピット底に付随して成長する
ことによって転位を閉鎖欠陥集合領域Ｈに集められてい
る、という点は他のものと共通する。
【０３８６】サンプルＪに顕著に現れた多結晶の閉鎖欠
陥集合領域Ｈは、サンプルＡやサンプルＥについても認
められた。それが特にサンプルＪにおいてはっきりと現
れた。多結晶の閉鎖欠陥集合領域Ｈは、成長初期に、円
形のマスク上に形成されたＧａＮからなるポリ結晶が先
に延びて、角度の浅いファセット面に埋め込まれる前に
十分に延びていたために発生するに至ったためであると
考えられている。サンプルＬについては、閉鎖欠陥集合
領域Ｈが一辺４００μｍの正方形の頂点にくるように四
回対称の位置に発生していた。サンプルＭについては、
閉鎖欠陥集合領域Ｈが４００μｍ×６００μｍの長方形
の頂点の位置に来るように２回対称位置に発生した。隣
接した閉鎖欠陥集合領域の最近接の方向（ピッチ方向）
はＧａＡｓ基板の＜１１−２０＞方向となっていた。サ
ンプルＬ、Ｍのような配置によって閉鎖欠陥集合領域
Ｈ、ピットの位置を直交系に配置することができる。正
方形、長方形のデバイスを作製したとき転位分布、結晶
性をそれぞれにおいて同一にすることができる。サンプ
ルＬ、Ｍでは、パターンの配列方向（ピッチ方向）は＜
１１−２０＞としたが、＜１−１００＞としても良い。
【０３８７】［実施例４（ＧａＮ粒子を種とする；図１
３）］ＧａＮ単結晶、ＧａＮ多結晶を粉砕してＧａＮの
微粒子を作製した。この微粒子はＧａＮの単結晶、多結
晶の微粒子である。その直径は１０μｍ〜５０μｍにば
らついていた。さらにくまなく敷き詰めた一辺５００μ
ｍの正三角形の頂点の位置に微細な穴を穿孔したメタル
プレートを作製した。微粒子はフォトリソグラフィが使
えないから規則正しい播種のためにステンシルとしての
メタルプレートを用いるのである。
【０３８８】基板としてＣ面を表面とするサファイヤ基
板６１を用意した（図１３（１））。サファイヤ基板６
１の表面に予めＨＶＰＥ法で厚さ約３μｍのＧａＮエピ
層６２を全面に成長させた（図１３（２））。サファイ
ヤ基板上のＧａＮ層の上に正三角形の辺の方向がＧａＮ
の＜１１−２０＞に平行になるようメタルプレートをお
いてその上からＧａＮ微粒子をばらまいた。微細孔に微
粒子が入り込みＧａＮ層の上に付着する。メタルプレー
トを除去すると、ＧａＮ層の上に種としての微粒子６３
が６回対称の位置に配置されたことになる。それが図１
３（３）に示す状態である。
【０３８９】単結晶ＧａＮ微粒子と多結晶ＧａＮ微粒子
をメタルプレートをとおしＧａＮ層上に散布した２種類
のものを作製した。それぞれをサンプルＮ、Ｏとする。 サンプルＮ：種としてＧａＮ単結晶微粒子を配置したＧ
ａＮ層つきサファイヤ基板 サンプルＯ：種としてＧａＮ多結晶微粒子を配置したＧ
ａＮ層つきサファイヤ基板
【０３９０】これら基板上に、ＨＶＰＥ法によってＧａ
Ｎの厚い層を成長させた。その手法は実施例１、２、３
で述べたものと同じである。上方にＧａボートを下方に
サセプタをもつ反応炉のサセプタの上にサセプタ基板を
戴置し、Ｇａボートは８００℃に加熱し、ＨＣｌと水素
ガスをＧａボートへ、アンモニアと水素ガスをサセプタ
へと導き、ＧａＣｌを合成してから、アンモニアと反応
させ、基板の上にＧａＮ層を堆積させる。
【０３９１】（エピ成長条件） 成長温度 １０５０℃ ＮＨ３分圧 ０．３ａｔｍ（３０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 成長時間 １０時間 成長膜厚 約１４００μｍ
【０３９２】この成長によって、約１４００μｍのＧａ
Ｎ厚膜層が得られた。サンプルＮ、Ｏは外見上は殆ど同
じ表面形態をしていた。断面形状が図１３（４）に示す
ようなものになった。逆十二角錐のファセット面６６か
らなるピットが表面に規則正しい配列で存在する。ピッ
トは表面で、二次元的に大体において最稠密配列してお
り直径５００μｍのピットが外接して存在する。ピット
間には平坦部６７（Ｃ面）がある。ピット底６９を観察
すると、ファセット面６６よりも傾斜角の浅い別のファ
セット面（ｃ軸面指数ｎが大きい）を有しているものも
あることが観察された。
【０３９３】底６９に続く部分が閉鎖欠陥集合領域
（Ｈ）６５であり、結晶粒界（Ｋ）７０によって仕切ら
れている。ファセット面６６の直下で結晶粒界Ｋ７０の
外側が単結晶低転位随伴領域Ｚ（６４）である。平坦面
６７の直下が単結晶低転位余領域（Ｙ）６８である。つ
まりピット底６９−閉鎖欠陥集合領域（Ｈ）６５−種６
３が上下に並ぶ。ファセット６６−単結晶低転位随伴領
域Ｚ、および平坦部６７−単結晶低転位余領域（Ｙ）６
８が上下に並んでいる。
【０３９４】サンプルＮ、Ｏの基板は凹凸があるから研
削加工を行った。まず裏面を研削加工してサファイヤ基
板６１と種（微粒子）６３を削り落とした。さらに表面
を研削加工してピットを消滅させ平坦表面とした。さら
に研磨した平坦平滑の表面をもつ平板基板とした。２イ
ンチ直径程度の大きさのＧａＮ基板が得られた。
【０３９５】図１３（５）に平坦平滑基板を示す。閉鎖
欠陥集合領域Ｈとその両側の単結晶低転位随伴領域Ｚ、
さらに離れた部位の単結晶低転位余領域Ｙが断面に現れ
る。これら基板Ｎ、Ｏは、表面を（０００１）面つまり
Ｃ面とする基板である。基板自体は透明であり肉眼では
一様に透明にみえるだけである。ＣＬやＴＥＭでみる
と、閉鎖欠陥集合領域Ｈ、単結晶低転位随伴領域Ｚ、単
結晶低転位余領域Ｙを明確に弁別することができる。閉
鎖欠陥集合領域Ｈは規則正しく、（種と同じ）六回対称
位置に並んでいた。その（横断面）形状は不定形であ
る。閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径はばらつきがあるが、１
０μｍ〜７０μｍの程度であった。これは種である微粒
子の直径のばらつきを反映している。
【０３９６】閉鎖欠陥集合領域Ｈの内部は高密度の欠陥
が存在する。単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余
領域Ｙでは転位は少なくて、閉鎖欠陥集合領域Ｈから遠
く離れるに従って転位は減少する。結晶粒界Ｋ（７０）
から少し離れるだけで激減するところもあった。単結晶
低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙでの平均的な
転位密度は何れのサンプルでも５×１０６ｃｍ−２以下
であった。それぞれは サンプルＮ： １×１０６ｃｍ−２ サンプルＯ： ２×１０６ｃｍ−２ という転位密度であった。閉鎖欠陥集合領域Ｈの状況は
実施例１のサンプルＡと同様であった。
【０３９７】実施例４ではメタルプレートによって微粒
子を位置決めするから微粒子径のばらつきや散布のばら
つきのために、フォトリソグラフィを使う実施例１、２
ほど位置精度が高くない。このように微粒子も閉鎖欠陥
集合領域Ｈの種として使えることが確かめられた。Ｇａ
Ｎの単結晶微粒子（サンプルＮ）でもＧａＮ多結晶微粒
子（サンプルＯ）でも差がない事も分かった。
【０３９８】ここでは不純物を避けるためにＧａＮ自身
を微粒子としたが、それ以外の半導体材料、金属材料、
絶縁材料の微粒子でも同様に、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種
となりうる。そのような場合でも裏面研磨によって下地
基板６１とともに種６３も除去するから最後の平坦基板
の内部構造は変わらないわけである。
【０３９９】［実施例５（下地基板一部露呈部を種とす
る；図１４）］基板としてＣ面を表面とするサファイヤ
基板７１を用意した（図１４（１））。サファイヤ基板
７１の表面に予めＭＯＣＶＤ法で厚さ約２μｍのＧａＮ
エピ層７２を全面に成長させた（図１４（２））。
【０４００】一辺４００μｍの正三角形の辺の方向がＧ
ａＮ７２の＜１１−２０＞に平行になるよう正三角形を
隈なく敷き詰めた種パターンをサファイヤ基板上の上に
想定する。その種パターンの正三角形頂点に当たる部位
のＧａＮ層７２に直径７０μｍの円形穴を開けた。図１
４（３）に示すようになる。ＧａＮ層７２の上よりも下
地基板面である円形穴７３の上でのＧａＮ成長が遅延す
る。だから円形穴の下地基板露呈面７３が種として機能
しうる。実施例５はこのように下地基板露呈部を種７３
とするものである。これは他の材料を使わないからＧａ
Ｎの純度が高くしかもフォトリソグラフィによって正確
に位置決めできるという優れた利点がある。この種パタ
ーンもピッチ４００μｍ、種径７０μｍである六回対称
パターンである。これをパターンＰとしそのパターンＰ
を持つ基板をサンプルＰとする。サンプルＰ：種として
異種材料下地基板露呈部をもつＧａＮ層つきサファイヤ
基板
【０４０１】この基板Ｐ上に、ＨＶＰＥ法によってＧａ
Ｎの厚い層を成長させた。その手法は実施例１、２、
３、４で述べたものと同じである。上方にＧａボートを
下方にサセプタをもつ反応炉のサセプタの上にサセプタ
基板を戴置し、Ｇａボートは８００℃以上に加熱し、Ｈ
Ｃｌと水素ガスをＧａボートへ、アンモニアと水素ガス
をサセプタへと導き、ＧａＣｌを合成してから、アンモ
ニアと反応させ、基板の上にＧａＮ層を堆積させる。
【０４０２】（エピ成長条件） 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ０．２５ａｔｍ（２５ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．０×１０−２ａｔｍ（２ｋＰａ） 成長時間 １２時間 成長膜厚 約１５００μｍ
【０４０３】この成長によって、約１５００μｍのＧａ
Ｎ厚膜層が得られた。サンプルＰの断面形状が図１４
（４）に示すようなものになった。逆十二角錐のファセ
ット面７６からなるピットが表面に規則正しい配列で存
在する。ピットは表面で、二次元的に大体において最稠
密配列しており直径４００μｍのピットが外接して存在
する。ピット間には平坦部７７（Ｃ面）がある。ピット
底７９を観察すると、ファセット面７６よりも傾斜角の
浅い別のファセット面（ｃ軸面指数ｎが大きい）を有し
ているものもあることが観察された。
【０４０４】底７９に続く部分が閉鎖欠陥集合領域
（Ｈ）７５であり、結晶粒界（Ｋ）８０によって仕切ら
れている。ファセット面７６の直下で結晶粒界Ｋ８０の
外側が単結晶低転位随伴領域Ｚである。平坦面７７の直
下が単結晶低転位余領域（Ｙ）７８である。つまりピッ
ト底７９−閉鎖欠陥集合領域（Ｈ）７５−種７３が上下
に並ぶ。ファセット７６−単結晶低転位随伴領域（Ｚ）
７４、および平坦部７７−単結晶低転位余領域（Ｙ）７
８が上下に並んでいる。
【０４０５】サンプルＰの基板は凹凸があるから研削加
工を行った。まず裏面を研削加工してサファイヤ基板７
１とＧａＮ層７２（種７３を挟む部分）を削り落とし
た。さらに表面を研削加工してピットを消滅させ平坦表
面とした。さらに研磨した平坦平滑の表面をもつ平板基
板とした。２インチ直径程度の大きさのＧａＮ基板が得
られた。図１４（５）に平坦平滑基板を示す。閉鎖欠陥
集合領域Ｈとその両側の単結晶低転位随伴領域Ｚ、さら
に離れた部位の単結晶低転位余領域Ｙが断面に現れる。
【０４０６】これら基板Ｎ、Ｏは、表面を（０００１）
面つまりＣ面とする基板である。基板自体は透明であり
肉眼では一様に透明にみえるだけである。ＣＬやＴＥＭ
でみると、閉鎖欠陥集合領域Ｈ、単結晶低転位随伴領域
Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙを明確に弁別することができ
る。閉鎖欠陥集合領域Ｈは規則正しく、（種と同じ）六
回対称位置に並んでいた。その（横断面）形状は不定形
である。閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径は大体５０μｍの程
度であった。フォトリソグラフィで下地基板露呈面７３
を正確に形成しているから直径のばらつきが少ない。位
置のばらつきも少ない。精度の高い手法である。
【０４０７】閉鎖欠陥集合領域Ｈの内部は高密度の欠陥
が存在する。単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余
領域Ｙでは転位は少なくて、閉鎖欠陥集合領域Ｈから遠
く離れるに従って転位は減少する。結晶粒界Ｋ（８０）
から少し離れるだけで激減するところもあった。サンプ
ルＰの単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙ
での平均的な転位密度は１×１０６ｃｍ−２以下であっ
た。閉鎖欠陥集合領域Ｈの状況は実施例１のサンプルＡ
と同様であった。
【０４０８】このようにＧａＮ層を一部除去した下地基
板露呈面７３も閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として使えるこ
とが確かめられた。これはＧａＮ層自体を種のネガとし
て利用するもので不純物汚染の問題がない。種の部分の
ＧａＮはどうせ削り取るのだからＧａＮ結晶の厚み方向
の不均一性はない。
【０４０９】[実施例６（ＧａＮ基板、パターンＡ；図
１５）]実施例６について二種類のサンプルを準備し
た。一つは実施例１において用いたパターンＡ（種パタ
ーン円形部直径５０μｍ、円形部ピッチ４００μｍ）に
よって作成したＧａＮ基板である（図１５（１））。こ
れは、既に下地基板が除去されているもので、表面加工
が施され研磨もされており、基板上にエピタキシャル成
長が実現できるよう準備を整えているものである。これ
をサンプルＱとする。
【０４１０】もう一つは、サファイヤ基板上にＳｉＯ２
薄膜を成膜させたものを用いる。これは、あらかじめサ
ファイヤ基板上にＭＯＣＶＤ法により厚さ２μｍのＧａ
Ｎエピ成長層を設け、エピ成長層の表面に厚さ０．１μ
ｍのＳｉＯ２薄膜を成膜して、フォトリソグラフィーに
よりパターン形成を行ったものである。作成プロセスは
実施例１と同じであり、パターンＡを用いている。これ
をサンプルＲとよぶ。
【０４１１】これらサンプルＱとサンプルＲを用いて、
ＱとＲの上に同時にＧａＮエピタキシャル成長層を厚付
した（図１５（２）（３））。これには、これまでの実
施例と同じＨＶＰＥ法を成長法として採用した。反応炉
に基板をセットした後、キャリアガスはＨ２ガスとして
昇温し、１０３０℃の高温にてＧａＮエピタキシャル層
を成長させた。エピタキシャル層の成長条件については
下記のとおりである。なお、サンプルＱ、サンプルＲの
基板径は共に３０ｍｍ径である。
【０４１２】（エピ成長条件） 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ０．２５ａｔｍ（２５ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２×１０−２ａｔｍ（２ｋＰａ） 成長時間 ８０時間 成長薄膜 約１０ｍｍ
【０４１３】その結果、サンプルＱ、サンプルＲともに
厚さが１０ｍｍ程度のＧａＮ結晶のインゴットが得られ
た。この二つのインゴットをそれぞれＱインゴット、Ｒ
インゴットとよぶ。これらのインゴットはそれぞれが同
様の表面形態を有して成長していた。すなわち、元のパ
ターンに応じて２次元的に大体において最稠密配列し
て、径４００μｍのファセットからなるピットを敷き詰
めた形になっている。特に注目すべきは、Ｑインゴット
において、特にパターンは設けず既に作成したＧａＮ基
板の上に更に成長を行っただけであるのに、成長後の表
面形態はパターン形成したのと同等の表面形態になって
いたことである。
【０４１４】さらに、Ｑインゴット及びＲインゴットの
端を縦に切断し断面を観察した。Ｑインゴットの断面を
図１５（３）に示す。その結果、Ｑインゴットにおいて
種結晶の閉鎖欠陥集合領域５５Ｈの上には閉鎖欠陥集合
領域８５Ｈが引き継いで成長し、単結晶低転位随伴領域
５４Ｚや単結晶低転位余領域５８Ｙの上には必ずしも一
致しないが単結晶低転位随伴領域８４Ｚまたは単結晶低
転位余領域８８Ｙのどちらかが成長していることがわか
った。もちろん、閉鎖欠陥集合領域８５Ｈの領域は、フ
ァセット面８６からなるピットの底８９に位置してい
る。
【０４１５】これら二種類のインゴットにスライス加工
を施し多数枚のＧａＮ基板を切り出した後、表面研削加
工、研磨加工を施した。スライス加工には、ワイヤーソ
ーを用いた。その結果、それぞれのインゴットから９枚
ずつのＧａＮ基板が得られた（図１５（４））。
【０４１６】これらの基板は、成長の終りの２〜３枚は
異物欠陥等が見られたが、成長初期の６〜７枚は良好で
あると見られる。これらの基板は、表面を（０００１）
面、Ｃ面とする基板であり、基板自体は平坦で透明であ
る。基板表面に閉鎖欠陥集合領域Ｈが大体において規則
正しく６回対称に並んでおり、その形状は不定形であ
り、径は５０μｍ程度であった。閉鎖欠陥集合領域Ｈの
外側では転位は少なく、閉鎖欠陥集合領域部Ｈから離れ
るに従って転位密度は減少する。場所によっては閉鎖欠
陥集合領域部の境界から転位は激減するところがあるこ
とも確認した。閉鎖欠陥集合領域部の外側の平均的な転
位密度は、いずれも５×１０６ｃｍ−２以下であり、実
用的なＧａＮ基板として使用に耐えうるものであった。
この方法は、結晶成長の生産性向上につながる有効な製
造方法であると考えられる。
【０４１７】
【発明の効果】本発明はファセット成長によってピット
底部に転位を集めてその他の部分を低転位化し、ピット
底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈを形成して転位を閉じ込め再
び解き放つということがない。閉鎖欠陥集合領域Ｈのた
めに先に課題として挙げた３つの問題、
【０４１８】（１）ファセット面からなるピット中央の
転位集合部からの転位のモヤモヤ状分布の低減。 （２）ファセット面からなるピット中央の転位集合部の
面状欠陥の消滅。 （３）ファセット面からなるピット中央の転位集合部の
位置を制御すること。を本発明は全て解決できる。
【０４１９】本発明の方法によって、転位の集合した閉
鎖欠陥集合領域Ｈの位置を正確に制御し、低転位の窒化
ガリウム基板を作製することができる。また本発明のＧ
ａＮ基板は、転位を規則正しく特定の狭い部分に集合さ
せてあり、デバイスの重要部分に使用する部分（単結晶
低転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙ）では低転位
で単結晶である。ＩｎＧａＮ青紫レーザダイオード（Ｌ
Ｄ）などの低転位ＧａＮ基板として最適のものを与え
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明者が特開２００１−１０２３０７号にお
いて提案した表面にファセット面からなるピットを形成
し維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長
法においてファセットは平均的な成長方向とは別にピッ
トの内向きに成長するので転位がファセット稜線に掃き
寄せられるということを説明するための斜視図。（ａ）
はファセット面が内向きに成長し転位が稜線に集まりピ
ット底へ溜まることを示す斜視図。（ｂ）はピット底に
溜まった転位の間に強い斥力が生ずるから六方へ放射状
に広がった面状欠陥が形成されることを説明する斜視
図。
【図２】本発明者が特開２００１−１０２３０７号にお
いて提案した表面にファセット面からなるピットを形成
し維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長
法においてファセットは平均的な成長方向とは別にピッ
トの内向きに成長するので成長とともに転位がファセッ
ト稜線に掃き寄せられさらにピット底の多重点に集中す
るということを説明するためのピットの平面図。
【図３】本発明者が特開２００１−１０２３０７号にお
いて提案した表面にファセット面からなるピットを形成
し維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長
法においてファセットは平均的な成長方向とは別にピッ
トの内向きに成長するので成長とともに転位がファセッ
ト稜線に掃き寄せられさらにピット底の多重点に集中し
底に続く転位の集合束を縦長に形成するということを説
明するためのピットの断面図。（１）は成長とともにピ
ット底へ転位が集中して縦方向に伸びる転位束を形成す
ることを説明する断面図。（２）は成長とともにピット
底へ転位が集中して縦方向に伸びる転位束を形成するの
であるが被覆するものがなく転位集合開放系であり転位
相互には強い斥力が働くので一旦集合した転位がばらけ
てきて周りに広がりモヤモヤ状の転位の拡散が起こるこ
とを説明する断面図。
【図４】表面にファセット面からなるピットを形成し維
持しながらＧａＮを結晶成長さるファセット成長法にお
いてファセットは平均的な成長方向とは別にピットの内
向きに成長するので成長とともに転位がファセット稜線
に掃き寄せられさらにピット底の多重点に集中し底に続
く閉じた転位の集合束である閉鎖欠陥集合領域Ｈを縦長
に形成し閉じた空間に転位を集結させるので転位が再び
ばらけることがないという本発明の単結晶窒化ガリウム
基板の成長方法の概略を説明するためのピットの断面
図。（１）は成長とともにピット底へ転位が集中して縦
方向に伸びる閉じた閉鎖欠陥集合領域に転位束を集結さ
せることを説明する断面図。（２）は成長とともにピッ
ト底が上昇するが常に底へ閉鎖欠陥集合領域Ｈが付随し
て転位を吸収してゆくことを説明する断面図。
【図５】下地基板の上に種を配置しその上にＧａＮをフ
ァセット成長させてピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをそ
の周りに単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、その周りに
単結晶低転位余領域Ｙを設けるようにした本発明の単結
晶窒化ガリウム基板の成長方法を示す図。
【図６】下地基板の上に種を配置しその上にＧａＮをフ
ァセット成長させてピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをそ
の周りに単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、その周りに
単結晶低転位余領域Ｙを設けるようにした本発明の単結
晶窒化ガリウム基板の成長方法を示す平面図。種の配置
を下地基板上に幾何学的に規則正しく行っていることが
わかる。
【図７】下地基板の上に種を配置しその上にＧａＮをフ
ァセット成長させてピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをそ
の周りに単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、その周りに
単結晶低転位余領域Ｙを設けるようにして結晶を成長さ
せた後、下地基板を除去し平坦にした本発明の単結晶窒
化ガリウム基板の斜視図。
【図８】下地基板の上に種を六回対称性パターンで配置
し結晶を成長させる本発明の単結晶窒化ガリウム基板の
成長方法を示す平面図。
【図９】下地基板の上に種を四回対称性パターンで配置
し結晶を成長させる本発明の単結晶窒化ガリウム基板の
成長方法を示す平面図。
【図１０】下地基板の上に種を二回対称性パターンで配
置し結晶を成長させる本発明の単結晶窒化ガリウム基板
の成長方法を示す平面図。
【図１１】下地基板の上にＧａＮエピ層を成長させ、そ
の上に種を配置しＧａＮをファセット成長させてピット
底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをその周りに単結晶低転位随伴
領域Ｚを形成し、その周りに単結晶低転位余領域Ｙを設
けるようにして結晶を成長させた後、下地基板とＧａＮ
エピ層を除去し平坦にした本発明の実施例１にかかる単
結晶窒化ガリウム基板の成長方法を示す図。
【図１２】下地基板の上に直接に種を配置しＧａＮをフ
ァセット成長させてピット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをそ
の周りに単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、その周りに
単結晶低転位余領域Ｙを設けるようにして結晶を成長さ
せた後、下地基板を除去し平坦にした本発明の実施例２
にかかる単結晶窒化ガリウム基板の成長方法を示す図。
【図１３】サファイヤなどの異種基板の上にＧａＮエピ
層を成長させ、その上にＧａＮ粒子である種を配置しＧ
ａＮをファセット成長させてピット底に閉鎖欠陥集合領
域Ｈをその周りに単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、そ
の周りに単結晶低転位余領域Ｙを設けるようにして結晶
を成長させた後、サファイヤ基板とＧａＮエピ層を除去
し平坦にした本発明の実施例４にかかる単結晶窒化ガリ
ウム基板の成長方法を示す図。
【図１４】サファイヤなどの異種基板の上にＧａＮエピ
層を成長させ、ＧａＮエピ層にエッチング除去により穴
をあけ、その穴の上にＧａＮをファセット成長させてピ
ット底に閉鎖欠陥集合領域Ｈをその周りに単結晶低転位
随伴領域Ｚを形成し、その周りに単結晶低転位余領域Ｙ
を設けるようにして結晶を成長させた後、サファイヤ基
板とＧａＮエピ層を除去し平坦にした本発明の実施例５
にかかる単結晶窒化ガリウム基板の成長方法を示す図。
【図１５】本発明の実施例１のパターンＡを用いて作成
したＧａＮ基板を下地基板として使い、種は配置せず、
その上にＧａＮエピ層をファセット成長させ、閉鎖欠陥
集合領域Ｈの上には閉鎖欠陥集合領域Ｈが形成され、単
結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚの上には
単結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚのどち
らかが形成された厚いＧａＮ結晶をスライス加工し、研
磨して複数枚のＧａＮ基板が得られることを示す本発明
実施例６にかかる単結晶窒化ガリウム基板の製造工程
図。
【符号の説明】
Ｈ 閉鎖欠陥集合領域 Ｚ 単結晶低転位随伴領域 Ｙ 単結晶低転位余領域 ２ ＧａＮ結晶 ４ ピット ６ ファセット ７ 平坦面 ８ 稜線 ９ 内向き成長方向 １０ 面状欠陥 １１ 線状転位集合欠陥部 １２ ＧａＮ結晶 １４ ピット １５ 転位集合束 １７ 平坦面 １９ 余白部 ２１ 基板 ２２ ＧａＮ結晶 ２３ 種 ２４ ピット ２５ 閉鎖欠陥集合領域（Ｈ） ２６ ファセット ２７ 平坦面 ２９ ピット底（浅いファセット面） ３０ 結晶粒界（Ｋ） ５１ 基板 ５２ ＧａＮ結晶 ５３ 種 ５４ 単結晶低転位随伴領域（Ｚ） ５５ 閉鎖欠陥集合領域（Ｈ） ５６ ファセット ５７ 平坦面 ５８ 単結晶低転位余領域（Ｙ） ５９ ピット底（浅いファセット面） ６０ 結晶粒界（Ｋ） ６１ 基板 ６２ ＧａＮ結晶 ６３ 種 ６４ 単結晶低転位随伴領域（Ｚ） ６５ 閉鎖欠陥集合領域（Ｈ） ６６ ファセット ６７ 平坦面 ６８ 単結晶低転位余領域（Ｙ） ６９ ピット底（浅いファセット面） ７０ 結晶粒界（Ｋ） ７１ 基板 ７２ ＧａＮ結晶 ７３ 種（穴） ７４ 単結晶低転位随伴領域（Ｚ） ７５ 閉鎖欠陥集合領域（Ｈ） ７６ ファセット ７７ 平坦面 ７８ 単結晶低転位余領域（Ｙ） ７９ ピット底（浅いファセット面） ８０ 結晶粒界（Ｋ） ８４ 単結晶低転位随伴領域（Ｚ） ８５ 閉鎖欠陥集合領域（Ｈ） ８６ ファセット ８７ 平坦面 ８８ 単結晶低転位余領域（Ｙ） ８９ ピット底（浅いファセット面） ９０ 粒界（Ｋ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 中畑 成二 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 弘田 龍 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 上松 康二 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 AB01 BE15 DB05 DB08 EA02 ED05 ED06 FG11 FJ03 HA02 HA12 TA04 TB03 TB05 TK01 TK04 TK06 TK11 5F041 AA40 AA41 AA43 AA44 CA40 CA64 CA65 CA77 5F045 AA08 AB14 AC12 AC13 AD14 AE17 AE19 CA11 CA12 DA61 5F073 CA02 CB02 DA05 DA07 EA28

Claims (115)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 窒化ガリウム基板であって、基板表面に
    おいて、基板面を貫通して伸びる多数の欠陥の集合した
    芯Ｓを内部に含み結晶粒界Ｋにより区別される閉じた領
    域である閉鎖欠陥集合領域Ｈと、閉鎖欠陥集合領域Ｈに
    随伴しその周囲に形成された単結晶低転位随伴領域Ｚ
    と、単結晶低転位随伴領域Ｚの外部に存在し同一の結晶
    方位を有する単結晶低転位余領域Ｙとを有することを特
    徴とする単結晶窒化ガリウム基板。
  2. 【請求項２】 窒化ガリウム基板であって、基板表面に
    おいて、基板面を貫通して伸びる多数の欠陥の集合した
    芯Ｓを内部に含み結晶粒界Ｋにより区別される閉じた領
    域である閉鎖欠陥集合領域Ｈと、それに随伴し周囲に形
    成された単結晶低転位随伴領域Ｚと、その外部に存在し
    同一の結晶方位を持つ単結晶低転位余領域Ｙからなる基
    本組織体を一単位とし、複数の基本組織体の組み合わせ
    によって構成されることを特徴とする単結晶窒化ガリウ
    ム基板。
  3. 【請求項３】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは多結晶となってお
    り、単結晶低転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙは
    全て単一の単結晶であることを特徴とする請求項１また
    は２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  4. 【請求項４】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙとは、異なる結
    晶方位を有する一個以上の結晶粒からなることを特徴と
    する請求項１または３に記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  5. 【請求項５】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙと＜０００１＞
    方向のみ一致するが、異なる結晶方位を有する、１個以
    上の結晶粒からなる事を特徴とする請求項１〜３のいず
    れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  6. 【請求項６】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚおよび単結晶低転位余領域Ｙとは、結晶
    方位が、＜０００１＞方向のみが１８０゜逆転し、極性
    が反転している単結晶からなることを特徴とする請求項
    １または２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  7. 【請求項７】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙとは、結晶方位
    が、＜０００１＞方向が１８０゜逆転し、極性が反転し
    ている結晶方位を持つ一個以上の結晶粒からなることを
    特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の単結晶窒化
    ガリウム基板。
  8. 【請求項８】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚとは面状欠陥によって仕切られた一個以
    上の結晶粒からなることを特徴とする請求項１〜３のい
    ずれかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  9. 【請求項９】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶低
    転位随伴領域Ｚとは線状欠陥の集合体によって仕切られ
    た一個以上の結晶粒からなることを特徴とする請求項１
    〜３いずれかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  10. 【請求項１０】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚとは面状欠陥によって仕切られ、周囲
    の単結晶低転位随伴領域Ｚと同一の結晶方位をもつ単結
    晶領域であることを特徴とする請求項１または２に記載
    の単結晶窒化ガリウム基板。
  11. 【請求項１１】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚとは線状欠陥の集合体によって仕切ら
    れ、周囲の単結晶低転位随伴領域Ｚと同一の結晶方位を
    もつ単結晶領域であることを特徴とする請求項１または
    ２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  12. 【請求項１２】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚとは面状欠陥によって仕切られ、内部
    に結晶欠陥を含む結晶領域であることを特徴とする請求
    項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  13. 【請求項１３】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚとは線状欠陥の集合によって仕切ら
    れ、内部に結晶欠陥を含む結晶領域であることを特徴と
    する請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  14. 【請求項１４】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは、周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙの結晶方位に
    対し僅かに傾斜した結晶方位を有する１個以上の結晶粒
    からなることを特徴とする請求項１または２に記載の単
    結晶窒化ガリウム基板。
  15. 【請求項１５】 閉鎖欠陥集合領域Ｈに含まれる結晶欠
    陥は、線状欠陥あるいは面状欠陥であることを特徴とす
    る請求項１、２、１２、１３の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  16. 【請求項１６】 閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径が１μｍ〜
    ２００μｍであって、基板表面において点状に離隔分布
    していることを特徴とする請求項２に記載の単結晶窒化
    ガリウム基板。
  17. 【請求項１７】 閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径が２０μｍ
    〜７０μｍであって、基板表面において点状に離隔分布
    している事を特徴とする請求項２に記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板。
  18. 【請求項１８】 基板表面において、閉鎖欠陥集合領域
    Ｈの形状が不定形であることを特徴とする請求項１６ま
    たは１７に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  19. 【請求項１９】 基板表面において、閉鎖欠陥集合領域
    Ｈの形状が円形であることを特徴とする請求項１６また
    は１７に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  20. 【請求項２０】 基板表面において、閉鎖欠陥集合領域
    Ｈの形状が多角形であることを特徴とする請求項１６ま
    たは１７に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  21. 【請求項２１】 単結晶低転位余領域Ｙおよび単結晶低
    転位随伴領域Ｚにおける平均の貫通転位密度が５×１０
    ６ｃｍ−２以下であることを特徴とする請求項１または
    ２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  22. 【請求項２２】 単結晶低転位随伴領域Ｚにおいて、閉
    鎖欠陥集合領域Ｈの近傍３０μｍの領域で、やや貫通転
    位密度が高く、３×１０７ｃｍ−２以下であることを特
    徴とする請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板。
  23. 【請求項２３】 単結晶低転位余領域Ｙおよび単結晶低
    転位随伴領域Ｚにおける貫通転位密度が、閉鎖欠陥集合
    領域Ｈから離隔するに従って減少してゆくことを特徴と
    する請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  24. 【請求項２４】 表面が（０００１）面であることを特
    徴とする請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板。
  25. 【請求項２５】 閉鎖欠陥集合領域Ｈ以外の領域の表面
    が（０００１）面であり、閉鎖欠陥集合領域Ｈのみ表面
    が（０００−１）面であることを特徴とする請求項１、
    ２、６、７のいずれかに記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  26. 【請求項２６】 閉鎖欠陥集合領域Ｈ以外の領域の表面
    がＧａ面であり、閉鎖欠陥集合領域Ｈのみ表面の極性が
    異なり、窒素面であることを特徴とする請求項１、２、
    ６、７のいずれかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  27. 【請求項２７】 閉鎖欠陥集合領域Ｈ以外の領域に対
    し、閉鎖欠陥集合領域Ｈのみ表面にやや段差を有し低く
    なっていることを特徴とする請求項２５または２６に記
    載の単結晶窒化ガリウム基板。
  28. 【請求項２８】 単結晶低転位随伴領域Ｚにおいて、大
    部分の転位がＣ面に平行に伸びていることを特徴とする
    請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  29. 【請求項２９】 基板結晶内部において、閉鎖欠陥集合
    領域Ｈがｃ軸方向に垂直に伸びていることを特徴とする
    請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  30. 【請求項３０】 基板結晶内部において、閉鎖欠陥集合
    領域Ｈが基板表面に垂直に伸びていることを特徴とする
    請求項１または２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  31. 【請求項３１】 研磨加工によって表面を（０００１）
    面としたことを特徴とする請求項２４に記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  32. 【請求項３２】 中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈとそれを囲
    む単結晶低転位随伴領域Ｚとそれを囲む単結晶低転位余
    領域Ｙよりなる基本組織体Ｑを、周期性をもって規則正
    しく基板表面に配置させたことを特徴とする請求項２に
    記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  33. 【請求項３３】 中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈとそれを囲
    む単結晶低転位随伴領域Ｚとそれを囲む単結晶低転位余
    領域Ｙよりなる基本組織体Ｑを、周期性をもって規則正
    しく基板表面に配置させるにあたり、二次元的に最稠密
    配列になるよう、同一寸法の正三角形の繰り返しからな
    る６回対称性をもつ６回対称配列パターンの正三角形の
    頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが合致するように、基本組織
    体Ｑを基板表面に配置させたことを特徴とする請求項３
    ２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  34. 【請求項３４】 中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈとそれを囲
    む単結晶低転位随伴領域Ｚとそれを囲む単結晶低転位余
    領域Ｙよりなる基本組織体Ｑを、周期性をもって規則正
    しく基板表面に配置させるにあたり、閉鎖欠陥集合領域
    Ｈが最も短いピッチで周期的に並ぶ方向つまり六回対称
    配列パターンの正三角形の辺の方向が、＜１−１００＞
    方位である事を特徴とする請求項３３に記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  35. 【請求項３５】 中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈとそれを囲
    む単結晶低転位随伴領域Ｚとそれを囲む単結晶低転位余
    領域Ｙよりなる基本組織体Ｑを、周期性をもって規則正
    しく基板表面に配置させるにあたり、閉鎖欠陥集合領域
    Ｈが最も短いピッチで周期的に並ぶ方向つまり六回対称
    配列パターンの正三角形の辺の方向が、＜１１−２０＞
    方位である事を特徴とする請求項３３に記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  36. 【請求項３６】 中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈとそれを囲
    む単結晶低転位随伴領域Ｚとそれを囲む単結晶低転位余
    領域Ｙよりなる基本組織体Ｑを、周期性をもって規則正
    しく基板表面に配置させるにあたり、同一寸法の正四角
    形の繰り返しからなる４回対称性をもつ４回対称配列パ
    ターンの正四角形の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが合致す
    るように、基本組織体を基板表面に配置させたことを特
    徴とする請求項３２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  37. 【請求項３７】 閉鎖欠陥集合領域Ｈが最も短いピッチ
    で周期的に並ぶ方向つまり四回対称配列パターンの正四
    角形の辺の方向が、＜１−１００＞方位である事を特徴
    とする請求項３６に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  38. 【請求項３８】 四回対称配列パターンの正四角形の対
    角線の方向が、＜１−１００＞方位である事を特徴とす
    る請求項３６に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  39. 【請求項３９】 同一寸法の長方形或いは菱型の繰り返
    しからなる２回対称性をもつ２回対称配列パターンの長
    方形或いは菱型の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが合致する
    ように、基本組織体を基板表面に配置させたことを特徴
    とする請求項２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  40. 【請求項４０】 閉鎖欠陥集合領域Ｈが最も短いピッチ
    で周期的に並ぶ方向つまり二回対称配列パターンの長方
    形の短辺或いは菱形の短対角線の方向が、＜１−１００
    ＞方位である事を特徴とする請求項３９に記載の単結晶
    窒化ガリウム基板。
  41. 【請求項４１】 閉鎖欠陥集合領域Ｈが最も短いピッチ
    で周期的に並ぶ方向つまり二回対称配列パターンの長方
    形の短辺或いは菱形の短対角線の方向が、＜１１−２０
    ＞方位である事を特徴とする請求項３９に記載の単結晶
    窒化ガリウム基板。
  42. 【請求項４２】 基本組織体が規則正しく配列された基
    板表面において、隣接する閉鎖欠陥集合領域Ｈの最短距
    離Ｌが５０μｍ〜２０００μｍであることを特徴とする
    請求項３２〜４１の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム
    基板。
  43. 【請求項４３】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは基板結晶内部に
    おいてｃ軸方向に伸びており、基板結晶内部を貫通して
    いることを特徴とする請求項１または２に記載の単結晶
    窒化ガリウム基板。
  44. 【請求項４４】 閉鎖欠陥集合領域Ｈは基板結晶内部に
    おいて、基板表面に垂直に伸びており、基板結晶内部を
    貫通していることを特徴とする請求項１または２に記載
    の単結晶窒化ガリウム基板。
  45. 【請求項４５】 下地基板の上に気相成長法によって窒
    化ガリウム結晶を成長させる窒化ガリウム結晶成長にお
    いて、下地基板面と垂直の方向に伸びる多数の欠陥の集
    合した芯Ｓとそれを包囲する結晶粒界Ｋからなる閉じた
    空間である閉鎖欠陥集合領域Ｈと、閉鎖欠陥集合領域Ｈ
    の周囲に随伴する単結晶である単結晶低転位随伴領域Ｚ
    と、単結晶低転位随伴領域Ｚの外周に存在し同じ結晶方
    位を有する単結晶低転位余領域Ｙとを保持しながら結晶
    成長させ、閉鎖欠陥集合領域Ｈと単結晶低転位随伴領域
    Ｚの境界面にできる結晶粒界Ｋを、単結晶低転位余領域
    Ｙ、単結晶低転位随伴領域Ｚから伸びてきた転位の消滅
    場所あるいは蓄積場所として成長させることによって単
    結晶の転位を低減する事を特徴とする単結晶窒化ガリウ
    ム基板の成長方法。
  46. 【請求項４６】 下地基板の上に気相成長法によって窒
    化ガリウム結晶を成長させる窒化ガリウム結晶成長にお
    いて、下地基板面と垂直の方向に伸びる多数の欠陥の集
    合した芯Ｓとそれを包囲する結晶粒界Ｋからなる閉じた
    空間である閉鎖欠陥集合領域Ｈと、閉鎖欠陥集合領域Ｈ
    の周囲に随伴する単結晶である単結晶低転位随伴領域Ｚ
    と、単結晶低転位随伴領域Ｚの外周に存在し同じ結晶方
    位を有する単結晶低転位余領域Ｙとを保持しながら結晶
    成長させ、閉鎖欠陥集合領域Ｈと単結晶低転位随伴領域
    Ｚの境界面にできる結晶粒界Ｋと閉鎖欠陥集合領域Ｈ内
    部の芯Ｓを、単結晶低転位余領域Ｙ、単結晶低転位随伴
    領域Ｚから伸びてきた転位の消滅場所あるいは蓄積場所
    として成長させることによって単結晶の転位を低減する
    事を特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  47. 【請求項４７】 結晶成長表面にファセット面からなる
    ピットを形成し、ピットの底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈを
    連続して成長させ、閉鎖欠陥集合領域Ｈの周囲の単結晶
    低転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙの転位を引き
    込み消滅あるいは蓄積することによって単結晶低転位随
    伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙの転位を低減する事を
    特徴とする請求項４５又は４６に記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板の成長方法。
  48. 【請求項４８】 結晶成長とともにファセット面からな
    るピットが上昇したあとに形成されてゆく閉鎖欠陥集合
    領域Ｈの芯Ｓは多結晶であり、その周囲に随伴する単結
    晶低転位随伴領域Ｚとその外部にある単結晶低転位余領
    域Ｙは同一方位の単結晶であることを特徴とする請求項
    ４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板の
    成長方法。
  49. 【請求項４９】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは単結晶低転位随伴領域Ｚや
    単結晶低転位余領域Ｙとは異なる結晶方位を有する一個
    以上の結晶粒からなることを特徴とする請求項４５〜４
    ７の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方
    法。
  50. 【請求項５０】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは単結晶低転位随伴領域Ｚや
    単結晶低転位余領域Ｙと＜０００１＞軸のみ一致しその
    他の方位が異なる結晶方位を有する一個以上の結晶粒か
    らなることを特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記
    載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  51. 【請求項５１】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方向の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
    晶低転位余領域Ｙとは＜０００１＞方向のみが１８０゜
    逆転し、極性が反転している単結晶であることを特徴と
    する請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板の成長方法。
  52. 【請求項５２】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
    晶低転位余領域Ｙとは＜０００１＞方向が１８０゜逆転
    し、極性が反転している一個以上の結晶粒からなること
    を特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶
    窒化ガリウム基板の成長方法。
  53. 【請求項５３】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは１個以上の結晶粒からな
    り、芯Ｓを包囲する結晶粒界Ｋは面状欠陥であることを
    特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板の成長方法。
  54. 【請求項５４】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは１個以上の結晶粒からな
    り、芯Ｓを包囲する結晶粒界Ｋは線状欠陥の集合体であ
    ることを特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  55. 【請求項５５】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは単結晶低転位随伴領域Ｚや
    単結晶低転位余領域Ｙと同一の結晶方位をもつ単結晶で
    あり、芯Ｓを包囲する結晶粒界Ｋは面状欠陥であること
    を特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶
    窒化ガリウム基板の成長方法。
  56. 【請求項５６】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは単結晶低転位随伴領域Ｚや
    単結晶低転位余領域Ｙと同一の結晶方位をもつ単結晶で
    あり、芯Ｓを包囲する結晶粒界Ｋは線状欠陥の集合体で
    あることを特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載
    の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  57. 【請求項５７】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは結晶欠陥を含む結晶領域で
    あり、芯Ｓを包囲する結晶粒界は面状欠陥であることを
    特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板の成長方法。
  58. 【請求項５８】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは結晶欠陥を含む結晶領域で
    あり、芯Ｓを包囲する結晶粒界は線状欠陥の集合体であ
    ることを特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  59. 【請求項５９】 単結晶低転位随伴領域Ｚとその外部に
    ある単結晶低転位余領域Ｙは同一方位の単結晶であり、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓは前記単結晶から僅かに傾斜
    した方位をもつ１個以上の結晶粒からなることを特徴と
    する請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板の成長方法。
  60. 【請求項６０】 閉鎖欠陥集合領域Ｈの芯Ｓをなす結晶
    領域の結晶欠陥は線状欠陥あるいは面状欠陥であること
    を特徴とする請求項５７または５８に記載の単結晶窒化
    ガリウム基板の成長方法。
  61. 【請求項６１】 単結晶低転位余領域Ｙおよび単結晶低
    転位随伴領域Ｚにおける平均的な結晶成長の方向がｃ軸
    方向であることを特徴とする請求項４５〜４７の何れか
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  62. 【請求項６２】 ファセット面からなるピットが逆六角
    錐状あるいは逆十二角錐状であることを特徴とする請求
    項６１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  63. 【請求項６３】 ファセット面からなるピットが、側面
    の角度の異なる２段重ねの逆六角錐あるいは側面の角度
    の異なる２段重ねの逆十二角錐であることを特徴とする
    請求項６１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方
    法。
  64. 【請求項６４】 ピットを形成するファセット面の面指
    数が｛ｋｋ−２ｋｎ｝面および｛ｋ−ｋ０ｎ｝面（ｋ、
    ｎは整数）であることを特徴とする請求項６１に記載の
    単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  65. 【請求項６５】 ピットを形成するファセット面の面指
    数が｛１１−２２｝面および｛１−１０１｝面であるこ
    とを特徴とする請求項６４に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  66. 【請求項６６】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈはピットを形成するファセット面と
    は面指数が異なる表面を維持して成長することを特徴と
    する請求項４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板の成長方法。
  67. 【請求項６７】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈはピットを形成するファセット面と
    は面指数が異なり、傾斜角のより小さい面方位を表面と
    して成長することを特徴とする請求項４５〜４７の何れ
    かに記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  68. 【請求項６８】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
    晶低転位余領域Ｙとは＜０００１＞方向のみが１８０゜
    逆転し、極性が反転しており、かつ、傾斜角のより小さ
    い面方位を表面として成長することを特徴とする請求項
    ４５〜４７の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板の
    成長方法。
  69. 【請求項６９】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
    晶低転位余領域Ｙとは＜０００１＞方向のみが１８０゜
    逆転し、極性が反転しており、かつ、傾斜角がより小さ
    い面方位であり、その面方位は、｛１１−２−４｝、
    ｛１１−２−５｝、｛１１−２−６｝、｛１−１０−
    ２｝、｛１−１０−３｝、｛１−１０−４｝からなるこ
    とを特徴とする請求項４５〜４７の何れかに記載の単結
    晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  70. 【請求項７０】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの境界は、ピットを形成するファセ
    ット面より角度が小さい面方位の境界面であることを特
    徴とする請求項６７に記載の単結晶窒化ガリウム基板の
    成長方法。
  71. 【請求項７１】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈは、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結
    晶低転位余領域Ｙとは＜０００１＞方向のみが１８０゜
    逆転し、極性が反転しており、その境界は、ピットを形
    成するファセット面とそれより角度が小さい面との境界
    線に一致することを特徴とする請求項６８に記載の単結
    晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  72. 【請求項７２】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈが、点状に集中して存在しながら成
    長することを特徴とする請求項６１に記載の単結晶窒化
    ガリウム基板の成長方法。
  73. 【請求項７３】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈが１μｍ〜２００μｍの直径を維持
    しながら成長することを特徴とする請求項４７に記載の
    単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  74. 【請求項７４】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの横断面の形状が不定形であること
    を特徴とする請求項４７に記載の単結晶窒化ガリウム基
    板の成長方法。
  75. 【請求項７５】 ファセット面からなるピット底にある
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの横断面の形状が円形または角型で
    あることを特徴とする請求項４７に記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板の成長方法。
  76. 【請求項７６】 ファセット面からなるピット底に続く
    閉鎖欠陥集合領域Ｈが成長とともにピット底に引き続き
    形成され、その結果ｃ軸方向に伸びた形で存在すること
    を特徴とする請求項６１に記載の単結晶窒化ガリウム基
    板の成長方法。
  77. 【請求項７７】 ファセット面からなるピット底にある
    閉鎖欠陥集合領域Ｈと周りの単結晶低転位随伴領域Ｚと
    の境界の結晶粒界Ｋが、単結晶低転位随伴領域Ｚから閉
    鎖欠陥集合領域Ｈへ向かってＣ面に平行に伸びて来た転
    位を集め、転位を蓄積あるいは消滅させることによっ
    て、転位を低減することを特徴とする請求項６１に記載
    の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  78. 【請求項７８】 Ｃ面から傾いたファセット面からなる
    ピットにおいて、ファセット面の結晶成長とともに、転
    位をＣ面に平行に、ピット中心の閉鎖欠陥集合領域Ｈへ
    向かって伸ばすことにより貫通転位を低減する事を特徴
    とする請求項６１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成
    長方法。
  79. 【請求項７９】 ファセット面の集合からなり中央底部
    に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有するピットを複数個、結晶成
    長時の表面に、規則正しく配列させて結晶成長させるこ
    とを特徴とする請求項４７に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  80. 【請求項８０】 ファセット面の集合からなり中央底部
    に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有するピットを複数個、結晶成
    長時の表面に、規則正しく配列させるに当たり、６回対
    称に、すなわち同一寸法の正三角形の集合を想定し正三
    角形の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが位置するようにピッ
    トを配列させて結晶成長させることを特徴とする請求項
    ７９に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  81. 【請求項８１】 ファセット面の集合からなり中央底部
    に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有するピットを複数個、結晶成
    長時の表面に、規則正しく配列させるに当たり、４回対
    称に、すなわち同一寸法の正方形の集合を想定し正方形
    の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが位置するようにピットを
    配列させて結晶成長させることを特徴とする請求項７９
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  82. 【請求項８２】 ファセット面の集合からなり中央底部
    に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有するピットを複数個、結晶成
    長時の表面に、規則正しく配列させるに当たり、２回対
    称に、すなわち同一寸法の長方形の集合を想定し長方形
    の頂点に閉鎖欠陥集合領域Ｈが位置するようピットを配
    列させて結晶成長させることを特徴とする請求項７９に
    記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  83. 【請求項８３】 ファセット面の集合からなり中央底部
    に閉鎖欠陥集合領域Ｈを有するピットを複数個、結晶成
    長時の表面に、規則正しく配列させるに当たり、それら
    のピット間の最短距離が、中心間距離で５０μｍ〜２０
    ００μｍである事を特徴とする請求項７９に記載の単結
    晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  84. 【請求項８４】 ファセット面の集合からなるピット中
    央部の閉鎖欠陥集合領域Ｈの形成においては、閉鎖欠陥
    集合領域Ｈを生じさせる種を下地基板上に設け、基板の
    上に窒化ガリウムを結晶成長させ、種の上には閉鎖欠陥
    集合領域Ｈを形成し、種以外のピットファセット面に続
    く部分には単結晶低転位随伴領域Ｚを形成し、隣接ピッ
    トの間のＣ面成長する部分には単結晶低転位余領域Ｙを
    成長させるようにし、かつピット中央位置を、下地基板
    に設けた種の位置に合致させることを特徴とする請求項
    ４７に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  85. 【請求項８５】 ファセット面の集合からなるピット中
    央部の閉鎖欠陥集合領域Ｈの形成においては、閉鎖欠陥
    集合領域Ｈを生じさせる種を下地基板上に設け、種を有
    する基板の上に窒化ガリウムを結晶成長させ、種の上に
    はピットのファセット面とは面指数が異なりより浅い傾
    斜角の面を成長させることによって閉鎖欠陥集合領域Ｈ
    を形成することを特徴とする請求項８４に記載の単結晶
    窒化ガリウム基板の成長方法。
  86. 【請求項８６】 多結晶或いは非晶質薄膜を、閉鎖欠陥
    集合領域Ｈの種として下地基板上に配置することを特徴
    とする請求項８４に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成
    長方法。
  87. 【請求項８７】 所定の形状にパターニングした多結晶
    或いは非晶質薄膜を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として下
    地基板上に配置することを特徴とする請求項８６に記載
    の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  88. 【請求項８８】 円形或いは多角形にパターニングした
    多結晶或いは非晶質薄膜を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種と
    して下地基板上に配置することを特徴とする請求項８７
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  89. 【請求項８９】 直径が１μｍ〜３００μｍの円形或い
    は多角形にパターニングした多結晶或いは非晶質薄膜
    を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として下地基板上に配置す
    ることを特徴とする請求項８８に記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板の成長方法。
  90. 【請求項９０】 ＳｉＯ２薄膜又はＳｉ３Ｎ４薄膜を、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として下地基板上に配置するこ
    とを特徴とする請求項８６に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  91. 【請求項９１】 プラチナ（Ｐｔ）薄膜を、閉鎖欠陥集
    合領域Ｈの種として下地基板上に配置することを特徴と
    する請求項８６に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長
    方法。
  92. 【請求項９２】 タングステン（Ｗ）薄膜を、閉鎖欠陥
    集合領域Ｈの種として下地基板上に配置することを特徴
    とする請求項８６に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成
    長方法。
  93. 【請求項９３】 ＧａＮ多結晶粒子を、閉鎖欠陥集合領
    域Ｈの種として下地基板上に配置することを特徴とする
    請求項８４に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方
    法。
  94. 【請求項９４】 ＧａＮ単結晶粒子を、閉鎖欠陥集合領
    域Ｈの種として下地基板上に配置することを特徴とする
    請求項８４に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方
    法。
  95. 【請求項９５】 ＧａＮ以外の異種材料の単結晶面を、
    閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として下地基板上に配置するこ
    とを特徴とする請求項８４に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  96. 【請求項９６】 下地基板上にＧａＮエピタキシャル層
    を作製した後、ＧａＮエピタキシャル層を部分的にエッ
    チング除去して下地基板を露呈し、露呈した下地基板の
    一部表面を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として利用するこ
    とを特徴とする請求項９５に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  97. 【請求項９７】 下地基板上にＧａＮエピタキシャル層
    を作製し、その上にＧａＮ以外の異種材料からなる多結
    晶或いは非晶質薄膜層よりなるマスク層を形成し、その
    マスク層を部分的にエッチング除去して所定の形状にパ
    ターニングしたマスク層を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種と
    して利用することを特徴とする請求項９５に記載の単結
    晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  98. 【請求項９８】 ＧａＮ以外の異種材料の多結晶或いは
    非晶質薄膜層よりなるマスク層を下地基板上に直接に形
    成し、そのマスク層を部分的にエッチング除去して所定
    の形状にパターニングしたマスク層を、閉鎖欠陥集合領
    域Ｈの種として利用することを特徴とする請求項９５に
    記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  99. 【請求項９９】 所定の形状にパターニングした多結晶
    或いは非晶質薄膜を、閉鎖欠陥集合領域Ｈの種として下
    地基板上に配置し、種が存在しない下地基板表面にはエ
    ピタキシャルラテラルオーバーグロースを行うためのＥ
    ＬＯパターンを配置して、種パターンとＥＬＯパターン
    を有する下地基板の上にＧａＮ結晶成長を行うことを特
    徴とする請求項８７に記載の単結晶窒化ガリウム基板の
    成長方法。
  100. 【請求項１００】 下地基板にＥＬＯパターンを配置し
    てエピタキシャルラテラルオーバーグロース法によって
    低転位のＧａＮ薄膜を成長させ、低転位ＧａＮ薄膜の上
    に、ＧａＮ以外の異種材料よりなり所定の形状にパター
    ニングされた多結晶或いは非晶質薄膜層を形成し、閉鎖
    欠陥集合領域Ｈの種として利用することを特徴とする請
    求項８７に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  101. 【請求項１０１】 下地基板上に窒化ガリウムを結晶成
    長させるに当たり、ピット発生のための種を予め下地基
    板に配置し、種を有する下地基板に窒化ガリウムを成長
    させることによって、優先的にその種の上にピットを発
    生させることを特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の成
    長方法。
  102. 【請求項１０２】 ピット発生のための種として、パタ
    ーニングした非晶質或いは多結晶の薄膜を予め下地基板
    上に配置し、種を有する下地基板に窒化ガリウムを成長
    させることによって、優先的にその種の上にピットを発
    生させることを特徴とする請求項１０１に記載の単結晶
    窒化ガリウム基板の成長方法。
  103. 【請求項１０３】 ピット発生のための種として、パタ
    ーニングした非晶質或いは多結晶の薄膜を予め下地基板
    上に配置し、種を有する下地基板に窒化ガリウムを成長
    させることによって、優先的にその種の上にピット底が
    くるようにピットを発生させることを特徴とする請求項
    １０１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  104. 【請求項１０４】 ピット発生のための種として、パタ
    ーニングしたＳｉＯ ２或いはＳｉ３Ｎ４の非晶質或いは
    多結晶の薄膜を予め下地基板上に配置し、種を有する下
    地基板に窒化ガリウムを成長させることによって、優先
    的にその種の上にピットを発生させることを特徴とする
    請求項１０２または１０３に記載の単結晶窒化ガリウム
    基板の成長方法。
  105. 【請求項１０５】 ピット発生のための種として、微粒
    子を予め下地基板上に配置し、種を有する下地基板に窒
    化ガリウムを成長させることによって、優先的にその種
    の上に底がくるようにピットを発生させることを特徴と
    する請求項１０１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成
    長方法。
  106. 【請求項１０６】 ピット発生のための種として利用す
    る微粒子は、ＧａＮ単結晶微粒子あるいはＧａＮ多結晶
    微粒子であることを特徴とする請求項１０５に記載の単
    結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  107. 【請求項１０７】 下地基板にピット発生のための種を
    規則正しく配置し、その後の下地基板上への窒化ガリウ
    ムの結晶成長によって、ピット発生種の位置に規則正し
    くピットを配列するようにしたことを特徴とする請求項
    １０１に記載の単結晶窒化ガリウム基板の成長方法。
  108. 【請求項１０８】 結晶成長において閉鎖欠陥集合領域
    Ｈを保持しながら成長し、閉鎖欠陥集合領域Ｈと単結晶
    低転位随伴領域Ｚの境界面にできる結晶粒界Ｋと閉鎖欠
    陥集合領域Ｈ内部の芯Ｓを、単結晶低転位余領域Ｙ、単
    結晶低転位随伴領域Ｚから伸びてきた転位の消滅場所あ
    るいは蓄積場所として成長させ、単結晶の転位を低減さ
    せた結晶を得、得られた結晶を機械加工した後、研磨を
    施し、平坦な表面をもつ窒化ガリウム基板とすることを
    特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の製造方法。
  109. 【請求項１０９】 結晶成長表面にファセット面からな
    るピットを形成し、ピットの底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈ
    を連続して成長させ、閉鎖欠陥集合領域Ｈの周囲の単結
    晶低転位随伴領域Ｚと単結晶低転位余領域Ｙの転位を引
    き込み低減した結晶を得、得られた結晶を機械加工した
    後、研磨を施し、平坦な表面をもつ窒化ガリウム基板と
    することを特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の製造方
    法。
  110. 【請求項１１０】 機械加工として、スライス加工、研
    削加工、ラッピング加工のうち少なくとも一つを含むこ
    とを特徴とする請求項１０８または１０９に記載の単結
    晶窒化ガリウム基板の製造方法。
  111. 【請求項１１１】 下地基板として、ＧａＮ、サファイ
    ヤ、ＳｉＣ、スピネル、ＧａＡｓ、Ｓｉの何れかの材料
    とすることを特徴とする請求項４７に記載の単結晶窒化
    ガリウム基板の成長方法。
  112. 【請求項１１２】 結晶成長表面にファセット面からな
    るピットを形成し、ピットの底部に閉鎖欠陥集合領域Ｈ
    を連続して成長させ、閉鎖欠陥集合領域Ｈの周囲の単結
    晶低転位随伴領域Ｚや単結晶低転位余領域Ｙの転位を引
    き込み低減した結晶を厚く成長させインゴットとし、当
    該結晶をスライス加工することにより、多数枚の窒化ガ
    リウム結晶を得ることを特徴とする単結晶窒化ガリウム
    基板の製造方法。
  113. 【請求項１１３】 基板表面において、基板面を貫通し
    て伸びる多数の欠陥の集合した芯Ｓを内部に含み結晶粒
    界Ｋにより区別される閉じた領域である閉鎖欠陥集合領
    域Ｈと、閉鎖欠陥集合領域Ｈに随伴しその周囲に形成さ
    れた単結晶低転位随伴領域Ｚと、単結晶低転位随伴領域
    Ｚの外部に存在し同一の結晶方位を有する単結晶低転位
    余領域Ｙとを有する単結晶窒化ガリウム基板を種結晶と
    して、その上に窒化ガリウムを厚く成長することによ
    り、種結晶の閉鎖欠陥集合領域Ｈの上には閉鎖欠陥集合
    領域Ｈを成長し、単結晶低転位随伴領域Ｚや単結晶低転
    位余領域Ｙの上には、単結晶低転位随伴領域Ｚまたは単
    結晶低減余領域Ｙを成長することでインゴットを作成
    し、当該結晶をスライス加工することにより、多数枚の
    窒化ガリウム結晶を得ることを特徴とする単結晶窒化ガ
    リウム基板の製造方法。
  114. 【請求項１１４】 基板表面において、基板面を貫通し
    て伸びる多数の欠陥の集合した芯Ｓを内部に含み結晶粒
    界Ｋにより区別される閉じた領域である閉鎖欠陥集合領
    域Ｈと、閉鎖欠陥集合領域Ｈに随伴しその周囲に形成さ
    れた単結晶低転位随伴領域Ｚと、単結晶低転位随伴領域
    Ｚの外部に存在し同一の結晶方位を有する単結晶低転位
    余領域Ｙとを有する単結晶窒化ガリウム基板を種結晶と
    して、その上に窒化ガリウムを厚く成長することによ
    り、種結晶の閉鎖欠陥集合領域Ｈの上には、ファセット
    面からなるピットの底が形成され、そこには閉鎖欠陥集
    合領域Ｈが形成され、また、単結晶低転位随伴領域Ｚや
    単結晶低転位余領域Ｙの上には、ファセット面からなる
    ピットの斜面および水平なファセット面が形成され、単
    結晶低転位随伴領域Ｚまたは単結晶低転位余領域Ｙを成
    長することでインゴットを作成し、当該結晶をスライス
    加工することにより、多数枚の窒化ガリウム結晶を得る
    ことを特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の製造方法。
  115. 【請求項１１５】 閉鎖欠陥集合領域Ｈの直径が５μｍ
    〜７０μｍであって、基板表面において点状に離隔分布
    している事を特徴とする請求項２に記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板。
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