JP2014078653A - Ｉｉｉ族窒化物半導体層の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】所望のIII族窒化物半導体層を得ることができるIII族窒化物半導体層の製造方法を提供すること。
【解決手段】本実施形態のテンプレート基板１の製造方法は、表面に凹凸のパターンが形成された転写体２を用意する工程と、下地層１０を被覆する被覆膜１２Ａを設ける工程と、被覆膜１２Ａを被覆する被転写層４Ａを設ける工程と、被転写層４Ａに転写体２の凹凸パターンを接触させて、被転写層４Ａに前記凹凸パターンを転写する工程と、被転写層４Ａのうち、転写する前記工程によって被転写層４Ａに形成された凹部４１の底部に位置する部分４２、および、前記被覆膜１２Ａのうち前記凹部４１の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部１２１を有するマスク１２を形成する工程と、マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層１３を得る工程とを含む。
【選択図】図５
Description
本発明は、III族窒化物半導体層の製造方法に関する。
従来、III族窒化物半導体材料の電子素子（たとえば、トランジスタ）や光素子（たとえば、発光素子）としての利用が盛んに検討されている。III族窒化物半導体層は、一般に下地基板上にエピタキシャル成長させることで得られるが、下地基板からの結晶の転位が問題となり、良好な特性の素子を得ることが困難であった。そこで、転位の少ないIII族窒化物半導体層を得る方法が提案されている（たとえば、特許文献１）。
特許文献１に開示された方法は、以下のようである。
サファイア等の下地基板上にマスクを形成し、このマスクの開口部からファセットを成長させる。ファセットにより、転位の伝播方向を変え、ファセット上部のIII族窒化物半導体層への貫通転位を低減する。
サファイア等の下地基板上にマスクを形成し、このマスクの開口部からファセットを成長させる。ファセットにより、転位の伝播方向を変え、ファセット上部のIII族窒化物半導体層への貫通転位を低減する。
特許文献１においては、下地基板上にマスクを形成する際に、フォトリソグラフィ法とウェットエッチング法とを使用していた。すなわち、下地基板上にマスクとなる被覆膜を形成した後、この被覆膜を被覆する感光性の樹脂層を設け、この感光性の樹脂層に選択的に光を照射して、未露光部分を除去することで開口を形成する。そして、この開口を介して、被覆膜をウェットエッチングすることで、マスクを形成していた。
このようなマスクの形成方法では、所望の開口部のパターンを有するマスクを形成することが困難であった。
マスクの開口部の配置位置、形状、大きさは、III族窒化物半導体層の品質に影響を及ぼすことがある。たとえば、開口部の大きさ等により、III族窒化物半導体層に生じる転位密度を制御できる場合があり、また、開口部の配置や形状により、III族窒化物半導体層に生じる反りの方向も制御できる場合がある。しかしながら、従来の製造方法では、感光性の樹脂層を露光現像して、開口を形成し、この開口を介して、マスクの開口部を形成しているので、露光波長により開口部の大きさ、形状等が制限されてしまう。そのため、所望のIII族窒化物半導体層を得ることが難しかった。
マスクの開口部の配置位置、形状、大きさは、III族窒化物半導体層の品質に影響を及ぼすことがある。たとえば、開口部の大きさ等により、III族窒化物半導体層に生じる転位密度を制御できる場合があり、また、開口部の配置や形状により、III族窒化物半導体層に生じる反りの方向も制御できる場合がある。しかしながら、従来の製造方法では、感光性の樹脂層を露光現像して、開口を形成し、この開口を介して、マスクの開口部を形成しているので、露光波長により開口部の大きさ、形状等が制限されてしまう。そのため、所望のIII族窒化物半導体層を得ることが難しかった。
本発明によれば、
表面に凹凸のパターンが形成された転写体を用意する工程と、
下地基板上にこの下地基板を被覆する被覆膜を設ける工程と、
被覆膜を被覆する被転写層を設ける工程と、
被転写層に前記転写体の前記凹凸パターンを接触させて、前記被転写層に前記凹凸パターンを転写する工程と、
前記被転写層のうち、転写する前記工程によって前記被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、前記被覆膜のうち前記凹部の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層を得る工程とを含むIII族窒化物半導体層の製造方法が提供される。
表面に凹凸のパターンが形成された転写体を用意する工程と、
下地基板上にこの下地基板を被覆する被覆膜を設ける工程と、
被覆膜を被覆する被転写層を設ける工程と、
被転写層に前記転写体の前記凹凸パターンを接触させて、前記被転写層に前記凹凸パターンを転写する工程と、
前記被転写層のうち、転写する前記工程によって前記被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、前記被覆膜のうち前記凹部の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層を得る工程とを含むIII族窒化物半導体層の製造方法が提供される。
この発明によれば、被転写層に転写体の凹凸パターンを転写し、この被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、被覆膜のうち前記凹部の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部を有するマスクを形成している。
この製造方法では、所望の凹凸パターンを有する転写体を用意して、これを転写することで、所望の開口部のパターンが形成されたマスクを得ることができる。これにより、所望のIII族窒化物半導体層を得ることができる。
この製造方法では、所望の凹凸パターンを有する転写体を用意して、これを転写することで、所望の開口部のパターンが形成されたマスクを得ることができる。これにより、所望のIII族窒化物半導体層を得ることができる。
本発明によれば、所望のIII族窒化物半導体層を得ることができるIII族窒化物半導体層の製造方法が提供される。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同一符号を付し、その詳細な説明は重複しないように適宜省略される。
はじめに、図１を参照して、本実施形態のテンプレート基板１の概要について説明する。
このテンプレート基板１は、III族窒化物半導体成長用のテンプレート基板である。
テンプレート基板１は、下地基板１１を含む下地層１０と、
下地層１０上に設けられ、複数の開口部１２１が形成されたマスク１２と、
マスク１２の開口部１２１から成長し、かつ、下地基板１１の基板面に対して傾斜するファセット面１３１Ａを有するIII族窒化物半導体のファセット構造１３１と、
ファセット構造１３１を被覆するように設けられたIII族窒化物半導体膜１３２とを備える。
本実施形態では、マスク１２は、開口部１２１および被覆部１２２がともに同一方向に、一方向に延在して、ストライプ状のパターンを形成している。
隣接する被覆部１２２間の最小間隔である、前記開口部１２１の最小幅Ｗｏが３００ｎｍ以下である。本実施形態では、開口部１２１の長手方向と直交する方向の幅は、開口部１２１の長手方向に沿って均一であり、最小幅Ｗｏに該当する。
はじめに、図１を参照して、本実施形態のテンプレート基板１の概要について説明する。
このテンプレート基板１は、III族窒化物半導体成長用のテンプレート基板である。
テンプレート基板１は、下地基板１１を含む下地層１０と、
下地層１０上に設けられ、複数の開口部１２１が形成されたマスク１２と、
マスク１２の開口部１２１から成長し、かつ、下地基板１１の基板面に対して傾斜するファセット面１３１Ａを有するIII族窒化物半導体のファセット構造１３１と、
ファセット構造１３１を被覆するように設けられたIII族窒化物半導体膜１３２とを備える。
本実施形態では、マスク１２は、開口部１２１および被覆部１２２がともに同一方向に、一方向に延在して、ストライプ状のパターンを形成している。
隣接する被覆部１２２間の最小間隔である、前記開口部１２１の最小幅Ｗｏが３００ｎｍ以下である。本実施形態では、開口部１２１の長手方向と直交する方向の幅は、開口部１２１の長手方向に沿って均一であり、最小幅Ｗｏに該当する。
従来、特許文献１に記載されているように、マスクを使用してＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長させることが行なわれていた。特許文献１の段落００２４には、マスクの開口部の幅が０．１〜１０μｍである旨の記載があるが、実際には、開口部の幅が２μｍ程度のマスクを使用している。
従来、マスクを形成する際には、特許文献１の実施例にあるように、ＳｉＯ２膜を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、レジストをパターニングし、その後、ＳｉＯ２膜の一部をウェットエッチングで除去していた。このような形成方法においては、マスクの開口幅は、２μｍ程度が限界であり、これより小さくすることは非常に困難であった。レジストをパターニングする際には、一般に紫外線を使用する。露光装置のＵＶランプからの照射される紫外線の波長は、３５０ｎｍ〜４００ｎｍである。このような波長の光をレジストに照射して、レジストをパターニングする場合には、露光用の光の波長よりも幅の狭い開口部を形成することは非常に困難であり、現実的には、開口部の幅は２μｍ程度となるのである。
これに加え、従来、マスクの開口部の幅をナノオーダーとした場合に、ファセット構造が形成できるかどうか不明であり、かつ、マスクの開口部の幅をナノオーダーとした場合の効果についても認識がなかった。
これに対し、本発明者らは、マスクの開口の最小幅Ｗｏを３００ｎｍ以下と、非常に小さくすることで、転位が低減されたテンプレート基板を製造できることを見出した。
従来、マスクを形成する際には、特許文献１の実施例にあるように、ＳｉＯ２膜を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、レジストをパターニングし、その後、ＳｉＯ２膜の一部をウェットエッチングで除去していた。このような形成方法においては、マスクの開口幅は、２μｍ程度が限界であり、これより小さくすることは非常に困難であった。レジストをパターニングする際には、一般に紫外線を使用する。露光装置のＵＶランプからの照射される紫外線の波長は、３５０ｎｍ〜４００ｎｍである。このような波長の光をレジストに照射して、レジストをパターニングする場合には、露光用の光の波長よりも幅の狭い開口部を形成することは非常に困難であり、現実的には、開口部の幅は２μｍ程度となるのである。
これに加え、従来、マスクの開口部の幅をナノオーダーとした場合に、ファセット構造が形成できるかどうか不明であり、かつ、マスクの開口部の幅をナノオーダーとした場合の効果についても認識がなかった。
これに対し、本発明者らは、マスクの開口の最小幅Ｗｏを３００ｎｍ以下と、非常に小さくすることで、転位が低減されたテンプレート基板を製造できることを見出した。
（テンプレート基板）
次に、図１〜図３を参照して、テンプレート基板１について、詳細に説明する。
図１にテンプレート基板１の基板面に垂直な方向に沿った断面図を示す。図２は、図１の拡大図であり、図３は、テンプレート基板１の基板面側からのマスク１２の平面図である。
図１および図２に示すように、テンプレート基板１は、下地基板１１を含む下地層１０と、マスク１２と、単結晶のIII族窒化物半導体層１３とを備える。
下地層１０は、下地基板１１と、下地基板１１上に設けられた層１４とを含む。
下地基板１１は、III族窒化物半導体層１３と異種材料の基板であることが好ましく、たとえば、サファイア基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＺｎＯ基板のいずれかであることが好ましい。なかでも、製造コスト、取り扱い性等の観点から、シリコン基板、あるいは、サファイア基板が好ましい。
次に、図１〜図３を参照して、テンプレート基板１について、詳細に説明する。
図１にテンプレート基板１の基板面に垂直な方向に沿った断面図を示す。図２は、図１の拡大図であり、図３は、テンプレート基板１の基板面側からのマスク１２の平面図である。
図１および図２に示すように、テンプレート基板１は、下地基板１１を含む下地層１０と、マスク１２と、単結晶のIII族窒化物半導体層１３とを備える。
下地層１０は、下地基板１１と、下地基板１１上に設けられた層１４とを含む。
下地基板１１は、III族窒化物半導体層１３と異種材料の基板であることが好ましく、たとえば、サファイア基板、シリコン基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＺｎＯ基板のいずれかであることが好ましい。なかでも、製造コスト、取り扱い性等の観点から、シリコン基板、あるいは、サファイア基板が好ましい。
下地基板１１上には、III族窒化物半導体層１４が形成されている。このIII族窒化物半導体層１４は、下地層１０の表面層であり、たとえば、低温成長バッファ層と、その上部に形成されたエピタキシャル層とで構成され、その厚みは、たとえば、１〜２μｍである。III族窒化物半導体層１４は、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）であり、本実施形態では、ＧａＮ層である。
層１４の下地基板１１と反対側の面は、結晶面であり、本実施形態では、（０００１）面（ｃ面）である。
本実施形態では、下地基板１１と層１４とで下地層１０が形成されることとなる。ただし、層１４は設けなくてもよく、下地基板１１上に直接マスク１２を形成してもよい。
層１４の下地基板１１と反対側の面は、結晶面であり、本実施形態では、（０００１）面（ｃ面）である。
本実施形態では、下地基板１１と層１４とで下地層１０が形成されることとなる。ただし、層１４は設けなくてもよく、下地基板１１上に直接マスク１２を形成してもよい。
下地層１０のマスク１２の開口部１２１の直下の領域には、凹部１４１が形成されている。凹部１４１は、層１４に形成されており、層１４の表面が除去されることで形成されている。凹部１４１からは、III族窒化物半導体が成長しており、凹部１４１および開口部１２１を介してIII族窒化物半導体層１３が成長している。凹部１４１内部は、III族窒化物半導体により埋め込まれている。
下地基板１１の基板面と直交するとともに、開口部１２１の延在方向と直交する方向の断面（下地基板１１の基板面と直交するとともに、III族窒化物半導体層の<１―１００>方向に沿った断面）において、凹部１４１は、Ｖ字状である。
本実施形態では、凹部１４１は、開口部１２１の長手方向に沿って延在している。凹部１４１は、凹部１４１の側面が下地基板１１の基板面に対して傾斜したＶ字溝状となっている。ただし、凹部１４１は、側面が基板面に対して直交するＵ字溝状であってもよい。
凹部１４１は、マスク１２の開口部１２１の直下の領域内からはみ出さないように、開口部１２１の直下の領域内のみに形成されている。そして、凹部１４１は、マスク１２の被覆部１２２の直下には形成されていない。凹部１４１は、開口部１２１の全長にわたって形成されている。
また、凹部１４１の深さは、たとえば、開口部１２１の幅と等しく、たとえば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。なかでも、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、凹部１４１の側面（壁面）は、下地基板１１の基板面に対して傾斜した結晶面である。本実施形態では、凹部１４１の側面は、III族窒化物半導体層のｃ軸に対して傾斜した結晶面（ファセット面）であり、たとえば、｛１−１０１｝面となっている。
下地基板１１の基板面と直交するとともに、開口部１２１の延在方向と直交する方向の断面（下地基板１１の基板面と直交するとともに、III族窒化物半導体層の<１―１００>方向に沿った断面）において、凹部１４１は、Ｖ字状である。
本実施形態では、凹部１４１は、開口部１２１の長手方向に沿って延在している。凹部１４１は、凹部１４１の側面が下地基板１１の基板面に対して傾斜したＶ字溝状となっている。ただし、凹部１４１は、側面が基板面に対して直交するＵ字溝状であってもよい。
凹部１４１は、マスク１２の開口部１２１の直下の領域内からはみ出さないように、開口部１２１の直下の領域内のみに形成されている。そして、凹部１４１は、マスク１２の被覆部１２２の直下には形成されていない。凹部１４１は、開口部１２１の全長にわたって形成されている。
また、凹部１４１の深さは、たとえば、開口部１２１の幅と等しく、たとえば、５０ｎｍ〜３００ｎｍである。なかでも、１００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、凹部１４１の側面（壁面）は、下地基板１１の基板面に対して傾斜した結晶面である。本実施形態では、凹部１４１の側面は、III族窒化物半導体層のｃ軸に対して傾斜した結晶面（ファセット面）であり、たとえば、｛１−１０１｝面となっている。
マスク１２は、下地層１０上に直接形成されており、本実施形態では、層１４上に直接形成されている。マスク１２の材料としては、ＳｉＯ２が挙げられる。
本実施形態では、マスク１２には、図３の平面図にも示すように、一方向に延在する複数の開口部１２１が形成されている。マスク１２はストライプ形状に形成されており、下地基板１１の基板面側からの平面視において、帯状（平面矩形形状）の被覆部１２２と、帯状（平面矩形形状）の開口部１２１とが交互に配置され、互いに平行に延在している。各被覆部１２２の配列のピッチは等しい。
隣接する被覆部１２２間の最小値である開口部１２１の最小幅Ｗｏ、すなわち、本実施形態では、開口部１２１の長手方向（延在方向）と直交する方向の幅は、３００ｎｍ以下である。
本実施形態では、マスク１２には、図３の平面図にも示すように、一方向に延在する複数の開口部１２１が形成されている。マスク１２はストライプ形状に形成されており、下地基板１１の基板面側からの平面視において、帯状（平面矩形形状）の被覆部１２２と、帯状（平面矩形形状）の開口部１２１とが交互に配置され、互いに平行に延在している。各被覆部１２２の配列のピッチは等しい。
隣接する被覆部１２２間の最小値である開口部１２１の最小幅Ｗｏ、すなわち、本実施形態では、開口部１２１の長手方向（延在方向）と直交する方向の幅は、３００ｎｍ以下である。
ここで、開口部１２１の長手方向と直交する断面において、開口部１２１の幅が開口部１２１の開口面側から、開口部１２１の底面側に向かって変化することがある。この場合には、開口部１２１の最小幅Ｗｏは開口部１２１の底面における幅を意味し、開口部１２１の底面における幅が３００ｎｍ以下となる。たとえば、図２に示すように、開口部１２１の長手方向と直交する断面において、開口部１２１はテーパー状であり、開口部１２１の幅が開口面側から底面側に向かって小さくなる。この場合には、開口部１２１の底面における幅が３００ｎｍ以下であればよい。
また、本実施形態では、開口部１２１の幅は、開口部１２１の長手方向に沿って均一であるが、開口部１２１の幅が、開口部１２１の長手方向に沿って変化するような場合には、その最小値が、開口部１２１の最小幅Ｗｏとなり、３００ｎｍ以下となる。
ただし、開口部１２１の幅が、開口部１２１の長手方向に沿って変化するような場合において、III族窒化物半導体層１３の転位密度をより確実に低減させるためには、隣接する被覆部１２２間の間隔の最大値、すなわち、開口部１２１の最大幅が３００ｎｍ以下であることが好ましい。
また、本実施形態では、開口部１２１の幅は、開口部１２１の長手方向に沿って均一であるが、開口部１２１の幅が、開口部１２１の長手方向に沿って変化するような場合には、その最小値が、開口部１２１の最小幅Ｗｏとなり、３００ｎｍ以下となる。
ただし、開口部１２１の幅が、開口部１２１の長手方向に沿って変化するような場合において、III族窒化物半導体層１３の転位密度をより確実に低減させるためには、隣接する被覆部１２２間の間隔の最大値、すなわち、開口部１２１の最大幅が３００ｎｍ以下であることが好ましい。
開口部１２１の最小幅Ｗｏは３００ｎｍ以下であればよいが、III族窒化物半導体層１３の転位密度をより低減させるためには、最小幅Ｗｏは、１００ｎｍ以下、さらには、８０ｎｍ以下であることが好ましい。最小幅Ｗｏの下限値は特に限定されないが、開口部１２１を容易に形成するという観点から、３０ｎｍ以上であることが好ましく、なかでも、５０ｎｍ以上であることが好ましい。
また、開口部１２１の最小幅の幅方向に沿った被覆部１２２の幅をＷｃとした場合、ＷＯ／Ｗｃが１／１以下、特には、１／３以下であることが好ましい。
なかでも、III族窒化物半導体層１３の転位密度をより低減させるためには、ＷＯ／Ｗｃは１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることがより好ましい。また、被覆部１２２をIII族窒化物半導体層１３で完全に被覆するという観点からは、ＷＯ／Ｗｃの下限値は、１／５０である。
また、Ｗｃは、たとえば、１００ｎｍ以上、５μｍ以下である。
なお、被覆部１２２の幅Ｗｃは、下地基板１１の基板面と直交する断面であり、開口部１２１の最小幅Ｗｏに沿って、開口部１２１の最小幅がＷｏとなる位置を通る断面（たとえば、図１）における被覆部１２２の幅寸法である。なお、図２のように、開口部１２１がテーパー状となっており、被覆部１２２の幅が下地層１０側に向かって広がる場合には、下地層１０側の幅をＷｃとする。
なかでも、III族窒化物半導体層１３の転位密度をより低減させるためには、ＷＯ／Ｗｃは１／５以下であることが好ましく、１／１０以下であることがより好ましい。また、被覆部１２２をIII族窒化物半導体層１３で完全に被覆するという観点からは、ＷＯ／Ｗｃの下限値は、１／５０である。
また、Ｗｃは、たとえば、１００ｎｍ以上、５μｍ以下である。
なお、被覆部１２２の幅Ｗｃは、下地基板１１の基板面と直交する断面であり、開口部１２１の最小幅Ｗｏに沿って、開口部１２１の最小幅がＷｏとなる位置を通る断面（たとえば、図１）における被覆部１２２の幅寸法である。なお、図２のように、開口部１２１がテーパー状となっており、被覆部１２２の幅が下地層１０側に向かって広がる場合には、下地層１０側の幅をＷｃとする。
さらに、ＷＯ／Ｗｃが１／１以下であることに加えて、下地基板１１側からの貫通転位を抑制するという観点からは、マスク１２による下地基板１１の被覆率は、５０％以上、特には、７５％以上であることが好ましい。なかでも、９０％以上であることがより好ましい。また、マスク１２による下地基板１１の被覆率は、９８％以下であることが好ましい。
また、ファセット構造１３１の高さを小さくするという観点からは、隣接する被覆部１２２の幅Ｗｃの中心間の距離（被覆部１２２のピッチＰ）は２．５μｍ以下、特には２μｍ以下であることが好ましい。
また、ファセット構造１３１の高さを小さくするという観点からは、隣接する被覆部１２２の幅Ｗｃの中心間の距離（被覆部１２２のピッチＰ）は２．５μｍ以下、特には２μｍ以下であることが好ましい。
本実施形態では、マスク１２の開口部１２１の長手方向は、III族窒化物半導体層１３の<１１−２０>方向に沿っており、開口部１２１は、III族窒化物半導体層１３の<１１−２０>方向に延在している。このようにすることで、後述する断面三角形状のファセット構造１３１を成長させるやすくすることができる。
ただし、マスク１２の開口部１２１の長手方向は、これに限定されず、たとえば、III族窒化物半導体層１３の<１−１００>方向に沿っていてもよい。
ただし、マスク１２の開口部１２１の長手方向は、これに限定されず、たとえば、III族窒化物半導体層１３の<１−１００>方向に沿っていてもよい。
次に、図１，２を参照して、III族窒化物半導体層１３について説明する。
III族窒化物半導体層１３は、マスク１２上に設けられ、マスクの開口部１２１から成長した層である。III族窒化物半導体層１３は、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）である。III族窒化物半導体層１３は、層１４と同じ組成であることが好ましく、本実施形態では、ＧａＮ層である。
III族窒化物半導体層１３は、マスク１２上に設けられ、マスクの開口部１２１から成長した層である。III族窒化物半導体層１３は、ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１）である。III族窒化物半導体層１３は、層１４と同じ組成であることが好ましく、本実施形態では、ＧａＮ層である。
III族窒化物半導体層１３は、III族窒化物半導体のファセット構造１３１と、ファセット構造１３１を被覆するように設けられたIII族窒化物半導体膜１３２とを備える。
ファセット構造１３１と、III族窒化物半導体膜１３２とは、いずれも同じ組成のIII族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１））で構成され、本実施形態では、ＧａＮで構成されている。
ファセット構造１３１と、III族窒化物半導体膜１３２とは、いずれも同じ組成のIII族窒化物半導体（ＩｎｘＡｌｙＧａｚＮ（ｘ＋ｙ＋ｚ＝１、０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｚ≦１））で構成され、本実施形態では、ＧａＮで構成されている。
III族窒化物半導体層１３は複数のファセット構造１３１を有し、各開口部１２１からファセット構造１３１が成長している。
ファセット構造１３１は、対向する少なくとも１対のファセット面１３１Ａを有している。そして、ファセット構造１３１は、ファセット構造１３１の頂部を通り、下地基板１１の基板面に対して直交する断面において、１対のファセット面１３１Ａを側面とする三角形状を形成している。換言すると、下地基板１１の基板面と直交する断面であり、開口部１２１の最小幅Ｗｏの幅方向に沿って、開口部１２１の幅が最小幅Ｗｏとなる位置を、沿って通る断面において、ファセット構造１３１は三角形状となっている。
ファセット構造１３１は、対向する少なくとも１対のファセット面１３１Ａを有している。そして、ファセット構造１３１は、ファセット構造１３１の頂部を通り、下地基板１１の基板面に対して直交する断面において、１対のファセット面１３１Ａを側面とする三角形状を形成している。換言すると、下地基板１１の基板面と直交する断面であり、開口部１２１の最小幅Ｗｏの幅方向に沿って、開口部１２１の幅が最小幅Ｗｏとなる位置を、沿って通る断面において、ファセット構造１３１は三角形状となっている。
ここで、マスク１２の開口部１２１の長手方向がIII族窒化物半導体層１３の<１１−２０>方向に沿っている場合には、開口部１２１上において｛１−１０１｝面の成長が最も速いため、ファセット面１３１Ａは、｛１−１０１｝面となる。そして、三角柱形状のファセット構造１３１が形成されることとなる。
ファセット構造１３１の高さｈは、２μｍ以下であることが好ましく、なかでも、１．５μｍ以下であることが好ましい。ファセット構造の高さｈの下限値は、特に限定されないが、たとえば、０．５μｍである。
なお、高さｈは、マスク１２の下地基板１１と反対側の表面を基準とした高さである。
また、本実施形態では、ファセット構造１３１は、一つの開口部１２１から成長したものであり、２以上の開口部１２１に跨って形成されたものではない。各開口部１２１からファセット構造１３１が成長している。ただし、図９に示すように、隣接するファセット構造１３１を内包して、複数のファセット構造１３１を内含する大ファセット構造１３３が形成されていてもよい。ファセット構造１３１が形成された後、さらに、III族窒化物半導体の成長を続けると、複数のファセット構造１３１を内包する大ファセット構造１３３が形成されることとなる。
ファセット構造１３１が形成されることで、貫通転位は、下地基板１１の基板面と平行な方向に向きを変え、貫通転位密度が大幅に減少することとなる。しかしながら、図９の矢印で示すように、ファセット構造１３１から成長した結晶が会合する会合部では、下地基板の基板面と平行な方向に向きを変えた貫通転位の一部が成長表面に向かって上昇する。大ファセット構造１３３では、この成長表面に向かって延びる貫通転位をさらに折り曲げることができるため、III族窒化物半導体層１３表面に現れる貫通転位をより低減させることができる。
この場合、大ファセット構造１３３の高さは、１５μｍ以下であることが好ましく、特には、１０μｍ以下であることが好ましい。換言すると、このテンプレート基板１において、高さが１５μｍを超えるファセット構造は形成されないことが好ましい。このようにすることで、III族窒化物半導体層１３の厚みを厚くせずに、III族窒化物半導体層１３を平坦化することが可能となる。
なお、高さｈは、マスク１２の下地基板１１と反対側の表面を基準とした高さである。
また、本実施形態では、ファセット構造１３１は、一つの開口部１２１から成長したものであり、２以上の開口部１２１に跨って形成されたものではない。各開口部１２１からファセット構造１３１が成長している。ただし、図９に示すように、隣接するファセット構造１３１を内包して、複数のファセット構造１３１を内含する大ファセット構造１３３が形成されていてもよい。ファセット構造１３１が形成された後、さらに、III族窒化物半導体の成長を続けると、複数のファセット構造１３１を内包する大ファセット構造１３３が形成されることとなる。
ファセット構造１３１が形成されることで、貫通転位は、下地基板１１の基板面と平行な方向に向きを変え、貫通転位密度が大幅に減少することとなる。しかしながら、図９の矢印で示すように、ファセット構造１３１から成長した結晶が会合する会合部では、下地基板の基板面と平行な方向に向きを変えた貫通転位の一部が成長表面に向かって上昇する。大ファセット構造１３３では、この成長表面に向かって延びる貫通転位をさらに折り曲げることができるため、III族窒化物半導体層１３表面に現れる貫通転位をより低減させることができる。
この場合、大ファセット構造１３３の高さは、１５μｍ以下であることが好ましく、特には、１０μｍ以下であることが好ましい。換言すると、このテンプレート基板１において、高さが１５μｍを超えるファセット構造は形成されないことが好ましい。このようにすることで、III族窒化物半導体層１３の厚みを厚くせずに、III族窒化物半導体層１３を平坦化することが可能となる。
また、下地基板１１の基板面と直交する断面であり、開口部１２１の幅が最小幅Ｗｏとなる位置を、開口部１２１の最小幅Ｗｏに沿って通る断面（たとえば、図１、２）におけるファセット構造１３１の底辺の長さＬは、被覆部１２２間のピッチ（Ｗｏ＋１／２Ｗｃとなる。
なお、ここでは、ファセット構造１３１は、断面三角形状であるとしたが、これに限らず、断面台形形状であってもよい。ただし、断面三角形状であることで、III族窒化物半導体層１３中の貫通転位を確実に低減することができる。
III族窒化物半導体膜１３２は、ファセット構造１３１を埋め込むように設けられ、ファセット構造１３１を被覆している。
ファセット構造１３１を成長させることで、III族窒化物半導体膜１３２が形成されるが、ファセット構造１３１と、III族窒化物半導体膜１３２とでは、成長速度が異なり、取り込まれる不純物濃度が相違するので、ファセット構造１３１の輪郭が明確となる。
III族窒化物半導体膜１３２の下地層１０と反対側の表面、すなわち、テンプレート基板１の最表面は、平坦であり、単一の結晶面（等価な複数の結晶面は含まない）で一様に構成されている。たとえば、テンプレート基板１の最表面全面は、（０００１）面のみで構成されている。
さらに、III族窒化物半導体膜１３２は、下地基板１１と反対側の表面が平坦面となっており、その表面粗さＲａはたとえば、０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下である。
ファセット構造１３１を成長させることで、III族窒化物半導体膜１３２が形成されるが、ファセット構造１３１と、III族窒化物半導体膜１３２とでは、成長速度が異なり、取り込まれる不純物濃度が相違するので、ファセット構造１３１の輪郭が明確となる。
III族窒化物半導体膜１３２の下地層１０と反対側の表面、すなわち、テンプレート基板１の最表面は、平坦であり、単一の結晶面（等価な複数の結晶面は含まない）で一様に構成されている。たとえば、テンプレート基板１の最表面全面は、（０００１）面のみで構成されている。
さらに、III族窒化物半導体膜１３２は、下地基板１１と反対側の表面が平坦面となっており、その表面粗さＲａはたとえば、０．１ｎｍ以上、５ｎｍ以下である。
III族窒化物半導体層１３の厚みＴは、３５μｍ以下、特に３０μｍ以下であることが好ましく、なかでも、２０μｍ以下であることが好ましい。一方で、厚みＴは、１０μｍ以上であることが好ましい。この厚みＴは、マスク１２の下地基板１１側と反対側の表面から計測した厚みである。
III族窒化物半導体層１３は、厚さ３５μｍ以下、特には３０μｍ以下であり、かつ、その表面の転位密度は、２×１０８ｃｍ−２以下、さらには、１×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。なかでも、III族窒化物半導体層１３の表面の転位密度は、８×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。さらには、III族窒化物半導体層１３は、厚さ２５μｍ以下であり、かつ、表面の転位密度は、７×１０７ｃｍ−２以下であるとがより好ましい。
転位密度は、III族窒化物半導体層１３の表面をリン酸、硫酸等のエッチング液でエッチングし、形成された窪み（エッチピット）を、光学顕微鏡を用いて計測することで、得られる。
III族窒化物半導体層１３は、厚さ３５μｍ以下、特には３０μｍ以下であり、かつ、その表面の転位密度は、２×１０８ｃｍ−２以下、さらには、１×１０８ｃｍ−２以下であることが好ましい。なかでも、III族窒化物半導体層１３の表面の転位密度は、８×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。さらには、III族窒化物半導体層１３は、厚さ２５μｍ以下であり、かつ、表面の転位密度は、７×１０７ｃｍ−２以下であるとがより好ましい。
転位密度は、III族窒化物半導体層１３の表面をリン酸、硫酸等のエッチング液でエッチングし、形成された窪み（エッチピット）を、光学顕微鏡を用いて計測することで、得られる。
以上のようなテンプレート基板１は、III族窒化物半導体層１３上にIII族窒化物半導体を成長させるために用いられる。具体的には、III族窒化物半導体層１３をエピタキシャル成長させて、厚膜（たとえば、２００μｍ）のIII族窒化物半導体層を形成する。その後、必要に応じて、下地基板１１をIII族窒化物半導体層から剥離する。これにより、たとえば、III族窒化物半導体の自立基板を得ることができる。
（製造方法）
次に、図４〜図７を参照して、上述したテンプレート基板１の製造方法について説明する。なお、図５，６において、下地基板１１、層１４、マスク１２は模式的に示しており、説明の便宜上、マスクの厚みを誇張して記載している。
ここで、テンプレート基板１の製造方法の概要について説明する。
本実施形態のテンプレート基板１の製造方法は、
表面に凹凸のパターンが形成された転写体２を用意する工程と、
下地層１０を被覆する被覆膜１２Ａを設ける工程と、
被覆膜１２Ａを被覆する被転写層４Ａを設ける工程と、
被転写層４Ａに転写体２の凹凸パターンを接触させて、被転写層４Ａに前記凹凸パターンを転写する工程と、
被転写層４Ａのうち、転写する前記工程によって被転写層４Ａに形成された凹部４１の底部に位置する部分４２、および、前記被覆膜１２Ａのうち前記凹部４１の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部１２１を有するマスク１２を形成する工程と、
マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層１３を得る工程とを含む。
このような製造方法においては、転写体２の凹凸パターンを被転写層４Ａに転写し、マスク１２を形成するため、転写体２の凹凸パターンを所望の形状とすることで、所望のマスク１２を得ることができる。たとえば、非常に微細な凹凸パターンを形成し、この凹凸パターンに応じた開口部１２１、被覆部１２２のパターンを有するマスク１２を形成することが可能となる。従って、このような製造方法によれば、マスクの設計の自由度があがり、所望のマスクを形成することができる。
従来は、マスクを形成する際には、特許文献１の実施例にあるように、ＳｉＯ２膜を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、レジストをパターニングし、その後、ＳｉＯ２膜の一部をウェットエッチングで除去していた。レジストをパターニングする際には、一般に紫外線を使用する。露光装置のＵＶランプからの照射される紫外線の波長は、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることから、微細な開口パターンのマスクを形成することは非常に困難であった。
マスクの開口部の大きさや、被覆部の配置パターンは、III族窒化物半導体層の品質に影響を及ぼすことがある。たとえば、本実施形態のように、開口部の大きさにより、III族窒化物半導体層に生じる転位密度を制御でき、また、開口部の配置や形状により、III族窒化物半導体層に生じる反りの方向も制御できる。本実施形態のように、所望のマスクを形成することで、所望の品質のIII族窒化物半導体層を得ることができる。
次に、図４〜図７を参照して、上述したテンプレート基板１の製造方法について説明する。なお、図５，６において、下地基板１１、層１４、マスク１２は模式的に示しており、説明の便宜上、マスクの厚みを誇張して記載している。
ここで、テンプレート基板１の製造方法の概要について説明する。
本実施形態のテンプレート基板１の製造方法は、
表面に凹凸のパターンが形成された転写体２を用意する工程と、
下地層１０を被覆する被覆膜１２Ａを設ける工程と、
被覆膜１２Ａを被覆する被転写層４Ａを設ける工程と、
被転写層４Ａに転写体２の凹凸パターンを接触させて、被転写層４Ａに前記凹凸パターンを転写する工程と、
被転写層４Ａのうち、転写する前記工程によって被転写層４Ａに形成された凹部４１の底部に位置する部分４２、および、前記被覆膜１２Ａのうち前記凹部４１の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部１２１を有するマスク１２を形成する工程と、
マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層１３を得る工程とを含む。
このような製造方法においては、転写体２の凹凸パターンを被転写層４Ａに転写し、マスク１２を形成するため、転写体２の凹凸パターンを所望の形状とすることで、所望のマスク１２を得ることができる。たとえば、非常に微細な凹凸パターンを形成し、この凹凸パターンに応じた開口部１２１、被覆部１２２のパターンを有するマスク１２を形成することが可能となる。従って、このような製造方法によれば、マスクの設計の自由度があがり、所望のマスクを形成することができる。
従来は、マスクを形成する際には、特許文献１の実施例にあるように、ＳｉＯ２膜を形成した後、レジストを塗布し、フォトリソグラフィ技術により、レジストをパターニングし、その後、ＳｉＯ２膜の一部をウェットエッチングで除去していた。レジストをパターニングする際には、一般に紫外線を使用する。露光装置のＵＶランプからの照射される紫外線の波長は、３５０ｎｍ〜４００ｎｍであることから、微細な開口パターンのマスクを形成することは非常に困難であった。
マスクの開口部の大きさや、被覆部の配置パターンは、III族窒化物半導体層の品質に影響を及ぼすことがある。たとえば、本実施形態のように、開口部の大きさにより、III族窒化物半導体層に生じる転位密度を制御でき、また、開口部の配置や形状により、III族窒化物半導体層に生じる反りの方向も制御できる。本実施形態のように、所望のマスクを形成することで、所望の品質のIII族窒化物半導体層を得ることができる。
次に、テンプレート基板１の製造方法について詳細に説明する。
はじめに転写体２を用意する。
図４（Ａ）に示すように、マスク１２の開口部１２１および被覆部１２２の配置パターンに応じた凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を用意する。マスターモールド３は、たとえば、シリコンあるいは石英などから形成されている。
このようなマスターモールド３は、以下のようにして製造される。
石英あるいはシリコンの基板上に、スパッタリング法で金属膜、たとえばＣｒ膜を１０〜２０ｎｍ成膜する。金属膜上に、電子線用レジスト膜を塗布し、描画装置から電子線ビーム（ＥＢ）を前記レジストに照射した後、現像装置で現像する。その後、レジストの開口部から露出する金属膜をドライエッチング装置でエッチングして、金属膜に開口部を形成する。更に、ドライエッチング装置で金属膜の開口部から露出する基板をエッチングする。その後、レジスト膜、金属膜を全て剥離する。これによりマスターモールド３を得ることができる。
はじめに転写体２を用意する。
図４（Ａ）に示すように、マスク１２の開口部１２１および被覆部１２２の配置パターンに応じた凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を用意する。マスターモールド３は、たとえば、シリコンあるいは石英などから形成されている。
このようなマスターモールド３は、以下のようにして製造される。
石英あるいはシリコンの基板上に、スパッタリング法で金属膜、たとえばＣｒ膜を１０〜２０ｎｍ成膜する。金属膜上に、電子線用レジスト膜を塗布し、描画装置から電子線ビーム（ＥＢ）を前記レジストに照射した後、現像装置で現像する。その後、レジストの開口部から露出する金属膜をドライエッチング装置でエッチングして、金属膜に開口部を形成する。更に、ドライエッチング装置で金属膜の開口部から露出する基板をエッチングする。その後、レジスト膜、金属膜を全て剥離する。これによりマスターモールド３を得ることができる。
一方で、フィルム２１上に、樹脂層２２を塗布しておく。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を採用することができる。
次に、図４（Ｂ）に示すように、樹脂層２２に、凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を押圧して、マスターモールド３の凹部に樹脂層２２を入り込ませ、樹脂層２２に、凹凸パターンを転写する。
このとき、樹脂層２２を加熱して転写を行なう熱インプリント法と、樹脂層２２に光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法（たとえば、ＵＶ（紫外線）インプリント法）を採用することが好ましい。
熱インプリント法では、熱可塑性樹脂を含む樹脂層２２をガラス転移温度以上に加熱して、軟化させて、マスターモールド３の凹凸パターンを樹脂層２２に転写する。その後、樹脂層２２を冷却して固化する。
次に、図４（Ｂ）に示すように、樹脂層２２に、凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を押圧して、マスターモールド３の凹部に樹脂層２２を入り込ませ、樹脂層２２に、凹凸パターンを転写する。
このとき、樹脂層２２を加熱して転写を行なう熱インプリント法と、樹脂層２２に光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法（たとえば、ＵＶ（紫外線）インプリント法）を採用することが好ましい。
熱インプリント法では、熱可塑性樹脂を含む樹脂層２２をガラス転移温度以上に加熱して、軟化させて、マスターモールド３の凹凸パターンを樹脂層２２に転写する。その後、樹脂層２２を冷却して固化する。
一方で、光インプリント法では、樹脂層２２は光硬化性の樹脂組成物で構成され、未硬化の樹脂層２２をマスターモールド３の凹凸パターンに当接させて、転写を行なう。そして、ＵＶ（紫外）光等の光を照射し、樹脂層２２を光硬化させる。
樹脂層２２を構成する光硬化性の樹脂組成物は、たとえば、光ラジカル発生剤およびラジカル重合性化合物を含むラジカル重合性化合物、あるいは、光酸発生剤とカチオン重合性化合物を含むカチオン硬化性組成物があげられる。
ラジカル重合性化合物としては、たとえば、（メタ）アクリレート化合物を主成分とする組成物が挙げられる。
カチオン硬化性組成物としては、たとえば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物のいずれか１種以上を主成分とするものが挙げられる。
樹脂層２２を構成する光硬化性の樹脂組成物は、たとえば、光ラジカル発生剤およびラジカル重合性化合物を含むラジカル重合性化合物、あるいは、光酸発生剤とカチオン重合性化合物を含むカチオン硬化性組成物があげられる。
ラジカル重合性化合物としては、たとえば、（メタ）アクリレート化合物を主成分とする組成物が挙げられる。
カチオン硬化性組成物としては、たとえば、エポキシ化合物、オキセタン化合物、ビニルエーテル化合物のいずれか１種以上を主成分とするものが挙げられる。
その後、図４（Ｃ）に示すように、樹脂層２２と、マスターモールド３とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された樹脂層２２とフィルム２１とで構成される転写体２を得る。以上の工程により、転写体２を用意することができる。
次に、下地層１０を被覆する被覆膜１２Ａを設ける。
まず、下地基板１１を用意して、この下地基板１１上に下地基板１１の表面全面を被覆する層１４を設ける。たとえば、下地基板１１としてサファイア基板を使用する場合には、サファイア基板の（０００１）面上に層１４を設ける。
まず、下地基板１１を用意して、この下地基板１１上に下地基板１１の表面全面を被覆する層１４を設ける。たとえば、下地基板１１としてサファイア基板を使用する場合には、サファイア基板の（０００１）面上に層１４を設ける。
以下のような条件で層１４を形成することができる。
有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、４００〜７００℃で低温成長バッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ法で、１０００〜１２００℃でIII族窒化物半導体層を形成し、１〜２μｍの層１４を設ける。これにより、下地基板１１と、この下地基板１１を被覆する層１４とで構成される下地層１０を得ることができる。
次に、図５（Ａ）に示すように、下地層１０上に被覆膜１２Ａを設ける。被覆膜１２Ａは、マスク１２となるものである。たとえば、ジシラン（ＳｉＨ４）ガスと、酸素ガスとを反応させて、下地層１０の一方の面の全面を被覆するＳｉＯ２の被覆膜１２Ａを形成する。被覆膜１２Ａの厚みは、たとえば、０．０１〜１μｍである。
有機金属化学的気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）により、４００〜７００℃で低温成長バッファ層を形成した後、ＭＯＣＶＤ法で、１０００〜１２００℃でIII族窒化物半導体層を形成し、１〜２μｍの層１４を設ける。これにより、下地基板１１と、この下地基板１１を被覆する層１４とで構成される下地層１０を得ることができる。
次に、図５（Ａ）に示すように、下地層１０上に被覆膜１２Ａを設ける。被覆膜１２Ａは、マスク１２となるものである。たとえば、ジシラン（ＳｉＨ４）ガスと、酸素ガスとを反応させて、下地層１０の一方の面の全面を被覆するＳｉＯ２の被覆膜１２Ａを形成する。被覆膜１２Ａの厚みは、たとえば、０．０１〜１μｍである。
その後、図５（Ｂ）に示すように、被覆膜１２Ａを被覆する被転写層４Ａを設ける。具体的には、被覆膜１２Ａ上に、被転写層４Ａを構成する樹脂組成物を塗布する。塗布方法は特に限定されないが、スピンコート法を採用することができる。
被転写層４Ａとしては、前述した樹脂層２２と同様のものを採用できる。
その後、図５（Ｃ）に示すように、被転写層４Ａに、転写体２の凹凸パターンを押圧して転写体２の凹凸パターンを転写する。この転写方法としては、前述した樹脂層２２への転写方法と同様の方法を採用できる。具体的には、被転写層４Ａを加熱して転写を行なう熱インプリント法と、被転写層４Ａに光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法（たとえば、ＵＶインプリント法）を採用することが好ましい。
被転写層４Ａとしては、前述した樹脂層２２と同様のものを採用できる。
その後、図５（Ｃ）に示すように、被転写層４Ａに、転写体２の凹凸パターンを押圧して転写体２の凹凸パターンを転写する。この転写方法としては、前述した樹脂層２２への転写方法と同様の方法を採用できる。具体的には、被転写層４Ａを加熱して転写を行なう熱インプリント法と、被転写層４Ａに光を照射して転写を行なう光インプリント法のいずれを採用してもよいが、常温で実施することができる光インプリント法（たとえば、ＵＶインプリント法）を採用することが好ましい。
その後、図５（Ｄ）に示すように、被転写層４Ａと、転写体２とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された被転写層４Ａを得る。図６（Ａ）にも示すように、この被転写層４Ａの凹部４１の底部に位置する部分４２の厚みは、凹部の底面からの凸部の高さよりも非常に小さくなっている。
次に、図６（Ｂ）に示すように、被転写層４Ａに形成された凹凸パターンの凹部４１の底部に位置する部分４２を選択的に除去する。これにより、被転写層４Ａを貫通する開口部４３が形成されることとなる。部分４２を除去する方法としては、ドライエッチングが挙げられる。被転写層４Ａのエッチング速度を適宜調整し、被転写層４Ａに形成された凸部の配置パターンを維持しつつ、部分４２を除去して、開口部４３を形成する。これにより、エッチング前の被転写層４Ａに形成された凹凸パターンの凹部４１が開口部４３となり、凸部が被覆部４４となったマスク４が形成されることとなる。
ドライエッチングは、被エッチング物を載置した電極に高周波電力を印加し、発生した負の自己バイアス電圧により、プラズマから生成されたイオンを加速して被エッチング物に衝撃させる反応性イオンエッチングとエッチング物にバイアスを印加せずにプラズマより生成したラジカルにより被エッチング物をエッチングするプラズマエッチングに大別されるが、いずれの方法を採用してもよい。
エッチングガスとしては、フッ素系ガスを含むものがあげられる。フッ素系ガスとしては、ＣｘＦｙ（例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８）ガス、ＳＦ６ガス、ＣＨＦ3ガスのいずれか１種以上を使用することができる。また、エッチングガスとして、酸素含有ガスを使用してもよい。さらには、フッ素系ガスに、酸素含有ガスを混合してもよい。酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガス、ＣＯガス、Ｏ３ガスのいずれか一種以上を使用できる。
エッチングガスとしては、フッ素系ガスを含むものがあげられる。フッ素系ガスとしては、ＣｘＦｙ（例えば、ＣＦ４、Ｃ２Ｆ６、Ｃ３Ｆ８）ガス、ＳＦ６ガス、ＣＨＦ3ガスのいずれか１種以上を使用することができる。また、エッチングガスとして、酸素含有ガスを使用してもよい。さらには、フッ素系ガスに、酸素含有ガスを混合してもよい。酸素含有ガスとしては、Ｏ２ガス、ＣＯガス、Ｏ３ガスのいずれか一種以上を使用できる。
次に、図６（Ｃ）に示すように、マスク４の開口部４３から露出する被覆膜１２Ａを選択的に除去する。
エッチングガスとしては、前述したガスを使用することができる。エッチングガスを適宜選択するとともに、被覆膜１２Ａのエッチング速度と、マスク４のエッチング速度との比である選択比を調整することで、開口部１２１と被覆部１２２とが所定のパターンで配置されたマスク１２を形成することができる。
なお、ここでは、反応性イオンエッチングを実施することが好ましい。
エッチングガスとしては、前述したガスを使用することができる。エッチングガスを適宜選択するとともに、被覆膜１２Ａのエッチング速度と、マスク４のエッチング速度との比である選択比を調整することで、開口部１２１と被覆部１２２とが所定のパターンで配置されたマスク１２を形成することができる。
なお、ここでは、反応性イオンエッチングを実施することが好ましい。
その後、図６（Ｄ）に示すように、マスク１２上のマスク４を除去する。たとえば、アッシングにより、マスク４を除去する。具体的には、酸素ガスを高周波などによりプラズマ化させ、そのプラズマにより、マスク４を炭化する。
これにより、マスク１２が設けられた下地層１０を用意することができる。
これにより、マスク１２が設けられた下地層１０を用意することができる。
次に、マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、III族窒化物半導体層１３を形成する。
この工程は、以下の２つの工程を含んでなる。
（１）マスク１２の開口部１２１から、下地基板１１の基板面に対して傾斜するファセット面を有するIII族窒化物半導体のファセット構造を成長させる第一の成長工程
（２）さらにIII族窒化物半導体の成長を行い、ファセット構造１３１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させて、III族窒化物半導体層１３を得る第二の成長工程
この工程は、以下の２つの工程を含んでなる。
（１）マスク１２の開口部１２１から、下地基板１１の基板面に対して傾斜するファセット面を有するIII族窒化物半導体のファセット構造を成長させる第一の成長工程
（２）さらにIII族窒化物半導体の成長を行い、ファセット構造１３１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させて、III族窒化物半導体層１３を得る第二の成長工程
そして、第一の成長工程および第二の成長工程では、同種の気相成長法を用いる。第一の成長工程におけるIII族原料ガスの分圧は、第二の成長工程における前記III族原料ガスの分圧よりも高い。
以下に各成長工程について詳細に説明する。
（第一の成長工程）
第一の成長工程では、マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、ファセット構造を形成する。
はじめに、図７に示すように、マスク１２が設けられた下地層１０をＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）装置５の反応管５０内のフォルダ５１にセットする。そして、ガス導入管５３，５４により、窒素（Ｎ2）ガスを供給して反応管５０内をパージする。反応管５０内に供給したガスは、排出口５８より排出される。反応管５０内を十分パージした後、水素（Ｈ2）ガスに切替えて、ヒータ５５により反応管５０を昇温する。成長領域５６の温度が５００℃前後となったら、ガス導入管５４よりV族原料ガス（窒素含有ガスであり、たとえば、アンモニア（ＮＨ3））ガスを加えて昇温する。さらにＧａソース（III族ソース）５７領域の温度が８５０℃、成長領域５６の温度が９５０℃〜１１００℃になるまで昇温を続ける。
Ｇａソース５７領域の温度及び成長領域５６の温度が安定してからガス導入管５３よりハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＨＣｌガス）を加えて供給し、ソースボート５９内のガリウム（Ｇａ）と反応させてIII族元素をハロゲン化し、III族原料ガスとなる塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成し、成長領域５６に輸送する。そして成長領域５６にて、塩化ガリウムと、窒素含有ガスとが反応してIII族窒化物半導体が形成されることとなる。
これにより、図８に示すように、開口部１２１からファセット構造１３１´を成長させることができるが、この工程において、前述した凹部１４１が形成されると推測される。
これは、以下のようなメカニズムであると考えられる。
（第一の成長工程）
第一の成長工程では、マスク１２の開口部１２１からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、ファセット構造を形成する。
はじめに、図７に示すように、マスク１２が設けられた下地層１０をＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）装置５の反応管５０内のフォルダ５１にセットする。そして、ガス導入管５３，５４により、窒素（Ｎ2）ガスを供給して反応管５０内をパージする。反応管５０内に供給したガスは、排出口５８より排出される。反応管５０内を十分パージした後、水素（Ｈ2）ガスに切替えて、ヒータ５５により反応管５０を昇温する。成長領域５６の温度が５００℃前後となったら、ガス導入管５４よりV族原料ガス（窒素含有ガスであり、たとえば、アンモニア（ＮＨ3））ガスを加えて昇温する。さらにＧａソース（III族ソース）５７領域の温度が８５０℃、成長領域５６の温度が９５０℃〜１１００℃になるまで昇温を続ける。
Ｇａソース５７領域の温度及び成長領域５６の温度が安定してからガス導入管５３よりハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＨＣｌガス）を加えて供給し、ソースボート５９内のガリウム（Ｇａ）と反応させてIII族元素をハロゲン化し、III族原料ガスとなる塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を生成し、成長領域５６に輸送する。そして成長領域５６にて、塩化ガリウムと、窒素含有ガスとが反応してIII族窒化物半導体が形成されることとなる。
これにより、図８に示すように、開口部１２１からファセット構造１３１´を成長させることができるが、この工程において、前述した凹部１４１が形成されると推測される。
これは、以下のようなメカニズムであると考えられる。
開口部１２１から露出する下地層１０の表面層を構成する層１４は、開口部１２１を形成する際のドライエッチングによりダメージを受けている。そのため、反応管５０内を昇温する工程で、層１４のうち、開口部１２１から露出する部分から層１４を構成する窒素原子が脱離することとなる。
その後、ガス導入管５３からハロゲン元素を含むガスが供給されると、層１４の開口部１２１から露出した部分に残存しているIII族原子がハロゲン原子と結合して、層１４から脱離することとなる。また、反応管５０内では、III族元素のハロゲン化化合物（ＧａＣｌ）が形成され、このIII族元素のハロゲン化化合物（ＧａＣｌ）と、窒素含有ガスとが反応してIII族窒化物半導体が形成されるが、このとき、副生成物として、ハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＨＣｌガス）が生成する。この副生成物のガス中のハロゲン原子と、開口部１２１から露出した部分に残存しているIII族原子とが結合して、III族原子が層１４から脱離することもあると考えられる。
以上のようにして、層１４のエッチングが行われ、凹部１４１が形成されると推測される。
その後、ガス導入管５３からハロゲン元素を含むガスが供給されると、層１４の開口部１２１から露出した部分に残存しているIII族原子がハロゲン原子と結合して、層１４から脱離することとなる。また、反応管５０内では、III族元素のハロゲン化化合物（ＧａＣｌ）が形成され、このIII族元素のハロゲン化化合物（ＧａＣｌ）と、窒素含有ガスとが反応してIII族窒化物半導体が形成されるが、このとき、副生成物として、ハロゲン元素を含むガス（たとえば、ＨＣｌガス）が生成する。この副生成物のガス中のハロゲン原子と、開口部１２１から露出した部分に残存しているIII族原子とが結合して、III族原子が層１４から脱離することもあると考えられる。
以上のようにして、層１４のエッチングが行われ、凹部１４１が形成されると推測される。
なお、特許文献１に開示されたＧａＮ系半導体の成長方法においては、マスクを形成する際に、ウェットエッチングでＳｉＯ２膜の一部をエッチングして、マスクの開口部を形成している。ウェットエッチングでＳｉＯ２膜の一部をエッチングする場合には、下地層がダメージを受けにくいため、本実施形態のような凹部１４１が形成されることはない。
特に、マスクの下層にＧａＮ層が形成されている場合、このＧａＮ層は、エッチング速度はきわめて遅いため、本実施形態のような凹部１４１は形成されないと考えられる。
これに加え、マスクの下層のＧａＮ層がｃ面である場合、ｃ面はエッチング速度が極めて遅く、ウェットエッチングにより、異方性エッチングされることはないため、本実施形態のような断面Ｖ字型の凹部１４１は形成できない。
また、従来は、ドライエッチングによりマスクの開口部を形成した場合、下地層がダメージを受けるため、下地層に欠陥等が生じ、下地層上に成長させるIII族窒化物半導体層の結晶品質が劣化すると考えられていた。しかしながら、ドライエッチングにより下地層１０がダメージを受けた場合であっても、ダメージを受けた部分がIII族窒化物半導体層１３の成長の初期段階で持ち去られて、凹部１４１が形成されるため、III族窒化物半導体層１３の品質の劣化が防止できると考えられる。
特に、マスクの下層にＧａＮ層が形成されている場合、このＧａＮ層は、エッチング速度はきわめて遅いため、本実施形態のような凹部１４１は形成されないと考えられる。
これに加え、マスクの下層のＧａＮ層がｃ面である場合、ｃ面はエッチング速度が極めて遅く、ウェットエッチングにより、異方性エッチングされることはないため、本実施形態のような断面Ｖ字型の凹部１４１は形成できない。
また、従来は、ドライエッチングによりマスクの開口部を形成した場合、下地層がダメージを受けるため、下地層に欠陥等が生じ、下地層上に成長させるIII族窒化物半導体層の結晶品質が劣化すると考えられていた。しかしながら、ドライエッチングにより下地層１０がダメージを受けた場合であっても、ダメージを受けた部分がIII族窒化物半導体層１３の成長の初期段階で持ち去られて、凹部１４１が形成されるため、III族窒化物半導体層１３の品質の劣化が防止できると考えられる。
成長領域５６では、窒素含有ガスとIII族元素のハロゲン化化合物（ＧａＣｌ）とが反応して、III族窒化物半導体が成長するが、成長初期の段階においては、この成長よりも前述したエッチングが優位となり、凹部１４１が形成されることとなる。その後、III族窒化物半導体の成長が優位となり、凹部１４１から、III族窒化物半導体が成長して、凹部１４１内部がIII族窒化物半導体で埋め込まれるとともに、図８に示すように、開口部１２１にファセット構造１３１´が形成されることとなる。そしてファセット構造のファセット面が出現することで、転位がファセット面に向かって進み、下地層１０から垂直に伸びていた転位が垂直な方向へ伸びることができなくなる。転位はファセット構造１３１´の成長とともに横方向に曲げられ、そのほとんどの転位は、結晶の端に出てしまうか、閉ループを形成することとなる。
その後、ファセット構造１３１´を形成しながらさらに、III族窒化物半導体を成長させると、ファセット構造１３１´が発達して、ファセット構造１３１が形成されることとなる。ファセット構造１３１は、隣接するファセット構造１３１とは合体していないが、隣接するファセット構造１３１間において、被覆部１２２は露出していない。
その後、ファセット構造１３１´を形成しながらさらに、III族窒化物半導体を成長させると、ファセット構造１３１´が発達して、ファセット構造１３１が形成されることとなる。ファセット構造１３１は、隣接するファセット構造１３１とは合体していないが、隣接するファセット構造１３１間において、被覆部１２２は露出していない。
ファセット構造１３１が形成された後、ファセット構造１３１がIII族窒化物半導体膜１３２により完全に埋め込まれてしまう前に、第一の成長工程を終了する。第一の成長工程においては、隣接するファセット構造同士の一部が合体してもよいが、好ましくは、隣接するファセット構造同士が合体する前段で、第一の成長工程を終了する。
また、ファセット構造１３１´が形成された後、このファセット構造１３１´がファセット構造１３１となる前に、第一の成長工程を終了してもよい。この場合には、後述する第二の成長工程で、さらにファセット構造が発達して、ファセット構造１３１が形成されることとなる。
III族原料ガス（ここでは、ＧａＣｌ））の分圧は、第二の工程におけるIII族原料ガス（ここでは、ＧａＣｌ）の分圧よりも高い。たとえば、第一の工程におけるIII族原料ガスの分圧は、２×１０−３ＭＰａ以上、６×１０−３ＭＰａ以下であることが好ましい。特に、３×１０−３ＭＰａ以上であることが好ましい。
さらに、第一の成長工程におけるV族原料ガス（窒素含有ガス（ＮＨ3ガス））の流量（モル供給量）と、III族原料ガス（ＧａＣｌガス）の流量（モル供給量）との比であるV／III比は、第二の工程におけるV／III比よりも低いことが好ましい。たとえば、V／III比は、１５以下、５以上であることが好ましい。これに加え、III族原料ガスの流量を１００ｃｃ／ｍｉｎ〜３００ｃｃ／ｍｉｎとし、V族原料ガスの流量を５００ｃｃ／ｍｉｎ〜４５００ｃｃ／ｍｉｎとすることが好ましい。
また、第一の成長工程において、ハロゲン元素を含むガスの供給を開始した直後からのファセット構造１３１の成長時間は、たとえば、１０〜６０秒である。
なお、本明細書においてV／III比というときはモル比基準の値を指す。ただし、ＨＶＰＥ成長は常圧で行う。また、III族原料ガスとV族原料ガスは、同じ圧力、温度で供給するため、これらの流量比は、流速比基準であってもモル比基準であっても同じ値を示す。
また、ファセット構造１３１´が形成された後、このファセット構造１３１´がファセット構造１３１となる前に、第一の成長工程を終了してもよい。この場合には、後述する第二の成長工程で、さらにファセット構造が発達して、ファセット構造１３１が形成されることとなる。
III族原料ガス（ここでは、ＧａＣｌ））の分圧は、第二の工程におけるIII族原料ガス（ここでは、ＧａＣｌ）の分圧よりも高い。たとえば、第一の工程におけるIII族原料ガスの分圧は、２×１０−３ＭＰａ以上、６×１０−３ＭＰａ以下であることが好ましい。特に、３×１０−３ＭＰａ以上であることが好ましい。
さらに、第一の成長工程におけるV族原料ガス（窒素含有ガス（ＮＨ3ガス））の流量（モル供給量）と、III族原料ガス（ＧａＣｌガス）の流量（モル供給量）との比であるV／III比は、第二の工程におけるV／III比よりも低いことが好ましい。たとえば、V／III比は、１５以下、５以上であることが好ましい。これに加え、III族原料ガスの流量を１００ｃｃ／ｍｉｎ〜３００ｃｃ／ｍｉｎとし、V族原料ガスの流量を５００ｃｃ／ｍｉｎ〜４５００ｃｃ／ｍｉｎとすることが好ましい。
また、第一の成長工程において、ハロゲン元素を含むガスの供給を開始した直後からのファセット構造１３１の成長時間は、たとえば、１０〜６０秒である。
なお、本明細書においてV／III比というときはモル比基準の値を指す。ただし、ＨＶＰＥ成長は常圧で行う。また、III族原料ガスとV族原料ガスは、同じ圧力、温度で供給するため、これらの流量比は、流速比基準であってもモル比基準であっても同じ値を示す。
（第二の成長工程）
次に、III族原料ガスの流量を変え、V／III比を変えて、第二の成長工程を実施する。
この第二の成長工程は、ファセット構造１３１から、III族窒化物半導体結晶をさらに成長させ、隣接するファセット構造１３１から横方向成長したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させる。そして、さらにIII族窒化物半導体結晶を成長させることで、III族窒化物半導体膜１３２を形成する。
第二の成長工程においても、ＨＶＰＥ法が採用されるが、第二の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧は、第一の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さい。たとえば、０．１×１０−３ＭＰａ以上、２×１０−３ＭＰａ以下とする。これに加え、第二の成長工程におけるV/III比は、第一の成長工程のV/III比よりも大きいことが好ましい。第二の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧を、第一の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さくし、かつ、第二の成長工程におけるV/III比を、第一の成長工程のV/III比よりも大きくすることで、第二の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長速度を低くすることができる。
次に、III族原料ガスの流量を変え、V／III比を変えて、第二の成長工程を実施する。
この第二の成長工程は、ファセット構造１３１から、III族窒化物半導体結晶をさらに成長させ、隣接するファセット構造１３１から横方向成長したIII族窒化物半導体結晶同士を合体させる。そして、さらにIII族窒化物半導体結晶を成長させることで、III族窒化物半導体膜１３２を形成する。
第二の成長工程においても、ＨＶＰＥ法が採用されるが、第二の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧は、第一の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さい。たとえば、０．１×１０−３ＭＰａ以上、２×１０−３ＭＰａ以下とする。これに加え、第二の成長工程におけるV/III比は、第一の成長工程のV/III比よりも大きいことが好ましい。第二の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧を、第一の工程におけるIII族元素を含む原料ガスの分圧よりも小さくし、かつ、第二の成長工程におけるV/III比を、第一の成長工程のV/III比よりも大きくすることで、第二の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長速度を低くすることができる。
なかでも、第二の成長工程におけるV／III比は、３０以下、１８以上であることが好ましい。たとえば、III族原料ガスの流量を第一の成長工程よりも多くし、たとえば、５０ｃｃ／ｍｉｎ〜２００ｃｃ／ｍｉｎとし、V族原料ガスの流量を９００ｃｃ／ｍｉｎ〜６０００ｃｃ／ｍｉｎとする。
なお、第二の成長工程では、V族原料ガスの流量を、第一の成長工程におけるV族原料ガスの流量と異なるものとしてもよいが、V族原料ガスの流量を変えずに、III族原料ガスの流量のみを第一の成長工程と異なるものとすることが好ましい。
なお、第二の成長工程では、V族原料ガスの流量を、第一の成長工程におけるV族原料ガスの流量と異なるものとしてもよいが、V族原料ガスの流量を変えずに、III族原料ガスの流量のみを第一の成長工程と異なるものとすることが好ましい。
また、製造効率の観点からは、第二の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長温度は、第一の成長工程と同じであることが好ましいが、第一の成長工程の成長温度よりも低くしてもよい。たとえば、第二の成長工程の成長温度を第一の成長工程よりも、低く設定し、III族窒化物半導体の成長速度を低下させ、ファセット構造１３１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を緩やかな成長速度で合体させてもよい。このようにすることで、ファセット構造１３１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が合体する際に発生しやすい、下地基板垂直方向（III族窒化物半導体のｃ軸方向）への転位、すなわち貫通転位を低減できる。
第二の成長工程では、III族窒化物半導体層１３の厚みが所定の厚み（たとえば、２０μｍ）となったら、III族窒化物半導体層１３の成長を停止する。
なお、III族窒化物半導体層１３の成長は、図７の矢印に示すように、フォルダ５１を回転させながら行なう。
第二の成長工程では、III族窒化物半導体層１３の厚みが所定の厚み（たとえば、２０μｍ）となったら、III族窒化物半導体層１３の成長を停止する。
なお、III族窒化物半導体層１３の成長は、図７の矢印に示すように、フォルダ５１を回転させながら行なう。
以上のような工程によれば、III族窒化物半導体層１３の厚みが３５μｍ以下、好ましくは２５μｍ以下であり、III族窒化物半導体層１３の転位密度が１×１０８ｃｍ−２以下という、非常に転位が少ないテンプレート基板１を製造することができる。
次に、本実施形態の作用効果について説明する。
本実施形態では、開口部１２１の大きさを非常に小さなものとしている。この開口部１２１からはファセット構造１３１が成長するが、開口部１２１が小さいため、ファセット構造１３１を貫通してファセット構造１３１の上部のIII族窒化物半導体層１３まで貫通する貫通転位を少なくすることができる。そのため、転位が低減されたテンプレート基板１を提供することができる。
特に、本実施形態では、ファセット構造１３１は、対向する１対のファセット面１３１Ａを側面とする断面三角形状となっている。ファセット構造１３１の頂部には平坦面が形成されないため、下地層１０からのｃ軸方向（層成長方向）の転位の伝播をより確実に抑制することができる。
これに加え、本実施形態では、開口部１２１の幅Ｗｏと被覆部１２２の幅Ｗｃとの比である、ＷＯ／Ｗｃを１／１以下、特に好ましくは、１／３以下としている。これにより、被覆部１２２により、下地層１０を被覆する割合を比較的多く確保し、被覆部１２２により下地層１０からの転位の伝播を遮蔽することができる。特にマスク１２の下地層１０の被覆率を５０％以上、特には７５％以上とすることで、この効果が顕著に発揮される。
本実施形態では、開口部１２１の大きさを非常に小さなものとしている。この開口部１２１からはファセット構造１３１が成長するが、開口部１２１が小さいため、ファセット構造１３１を貫通してファセット構造１３１の上部のIII族窒化物半導体層１３まで貫通する貫通転位を少なくすることができる。そのため、転位が低減されたテンプレート基板１を提供することができる。
特に、本実施形態では、ファセット構造１３１は、対向する１対のファセット面１３１Ａを側面とする断面三角形状となっている。ファセット構造１３１の頂部には平坦面が形成されないため、下地層１０からのｃ軸方向（層成長方向）の転位の伝播をより確実に抑制することができる。
これに加え、本実施形態では、開口部１２１の幅Ｗｏと被覆部１２２の幅Ｗｃとの比である、ＷＯ／Ｗｃを１／１以下、特に好ましくは、１／３以下としている。これにより、被覆部１２２により、下地層１０を被覆する割合を比較的多く確保し、被覆部１２２により下地層１０からの転位の伝播を遮蔽することができる。特にマスク１２の下地層１０の被覆率を５０％以上、特には７５％以上とすることで、この効果が顕著に発揮される。
テンプレート基板１は、その上部にIII族窒化物半導体層を形成するために使用される。テンプレート基板１の転位を低減しておくことで、上部に形成されるIII族窒化物半導体層に発生する転位も低減できる。
たとえば、テンプレート基板１の上部にIII族窒化物半導体の発光層が形成されることがある。発光層では、電子が移動し、正孔と結合して光を発するが、発光層中における転位間距離が、電子拡散距離よりも大きい場合、電子が転位に捕捉されてしまい、発光効率が低下する。
これに対し、テンプレート基板１の上部に形成されるIII族窒化物半導体層に発生する転位を低減しておけば、発光層中における転位間距離が、電子拡散距離よりも小さくなり、発光効率を高めることが可能となる。
たとえば、テンプレート基板１の上部にIII族窒化物半導体の発光層が形成されることがある。発光層では、電子が移動し、正孔と結合して光を発するが、発光層中における転位間距離が、電子拡散距離よりも大きい場合、電子が転位に捕捉されてしまい、発光効率が低下する。
これに対し、テンプレート基板１の上部に形成されるIII族窒化物半導体層に発生する転位を低減しておけば、発光層中における転位間距離が、電子拡散距離よりも小さくなり、発光効率を高めることが可能となる。
また、上述したように、本実施形態では、ファセット構造１３１を貫通してファセット構造１３１の上部のIII族窒化物半導体層１３まで貫通する貫通転位を少なくすることができる。そのためIII族窒化物半導体層１３の開口部１２１直上の領域における転位密度と、III族窒化物半導体層１３の被覆部１２２直上の領域における転位密度との差を小さくすることができ、III族窒化物半導体層１３の面内方向における転位密度のばらつきを抑制できる。
このように、本実施形態のテンプレート基板１の構造においては、III族窒化物半導体層１３まで貫通する貫通転位が低減され、かつ、III族窒化物半導体層１３の面内方向における転位密度のばらつきも抑制できるので、III族窒化物半導体層１３の厚みを薄くすることが可能となる。たとえば、III族窒化物半導体層１３の厚みを２５μｍ以下としても、転位密度が小さく、かつ、転位密度のばらつきが低減されたテンプレート基板１を提供できる。
このように、本実施形態のテンプレート基板１の構造においては、III族窒化物半導体層１３まで貫通する貫通転位が低減され、かつ、III族窒化物半導体層１３の面内方向における転位密度のばらつきも抑制できるので、III族窒化物半導体層１３の厚みを薄くすることが可能となる。たとえば、III族窒化物半導体層１３の厚みを２５μｍ以下としても、転位密度が小さく、かつ、転位密度のばらつきが低減されたテンプレート基板１を提供できる。
また、本実施形態では、開口部１２１の幅を非常に小さくし、かつ、被覆部１２２のピッチを小さくしたことで、高さの高いファセット構造が形成されてしまうことを抑制でききる。本実施形態では、高さ１５μｍを超えるファセット構造は形成されず、ファセット構造１３１の高さｈは、２μｍ以下である。このようにファセット構造１３１の高さが低いため、ファセット構造１３１を埋め込むIII族窒化物半導体膜１３２の厚みを薄くすることが可能となる。そのため、たとえば、２５μｍ以下の厚みの平坦化されたIII族窒化物半導体層１３を得ることができる。III族窒化物半導体層１３の厚みを２５μｍ以下と薄くすることで、テンプレート基板１に発生する反りを低減させることができる。
さらに、本実施形態では、テンプレート基板１として、III族窒化物半導体層１３とは異なる材料で構成された異種基板を下地基板として使用している。
これにより、III族窒化物半導体層１３と同種の半導体基板そのもの、たとえば、ＧａＮ基板そのものをテンプレート基板として使用する場合に比べ、コストを低減することができる。
これにより、III族窒化物半導体層１３と同種の半導体基板そのもの、たとえば、ＧａＮ基板そのものをテンプレート基板として使用する場合に比べ、コストを低減することができる。
本実施形態では、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されている。このようなテンプレート基板１は、品質のよいIII族窒化物半導体層１３を安定的に得ることができる製造安定性に優れた構造となっているといえる。
より詳細に説明すると、前述したように、層１４が開口部１２１を形成する際のドライエッチングによりダメージを受けることで、凹部１４１が形成されることとなると考えられる。ダメージをうけた部分が除去され、凹部１４１が形成されるため、凹部１４１から成長したIII族窒化物半導体層１３の結晶品質が良好なものとなる。
また、凹部１４１が形成されることで、開口部１２１内に被覆膜１２Ａが残存していないので、開口部１２１内側の層１４から開口部１２１の長手方向全長に沿って延在するファセット構造１３１を確実に成長させることができ、品質のよいIII族窒化物半導体層１３を安定的に得ることができる。
より詳細に説明すると、前述したように、層１４が開口部１２１を形成する際のドライエッチングによりダメージを受けることで、凹部１４１が形成されることとなると考えられる。ダメージをうけた部分が除去され、凹部１４１が形成されるため、凹部１４１から成長したIII族窒化物半導体層１３の結晶品質が良好なものとなる。
また、凹部１４１が形成されることで、開口部１２１内に被覆膜１２Ａが残存していないので、開口部１２１内側の層１４から開口部１２１の長手方向全長に沿って延在するファセット構造１３１を確実に成長させることができ、品質のよいIII族窒化物半導体層１３を安定的に得ることができる。
さらに、マスクの開口部から露出した下地層表面には、酸化膜が形成されるとともに、汚れが付着していることがある。そこで、ウェットエッチングを行なうことが考えられる。しかしながら、本実施形態のように、開口部の幅が非常に小さい場合には、エッチング液が開口部内部に十分に入らずに、下地層表面を十分に洗浄できなくなることが懸念される。
しかしながら、本実施形態では、III族窒化物半導体層１３を形成する初期の段階で凹部１４１が形成されるため、ウェットエッチングを行なわなくても、あるいは、ウェットエッチングが不十分であったとしても、下地層の層１４の表面が清浄化されることとなる。これにより、成長界面における不純物の蓄積を避けることができ、また、III族窒化物半導体層１３の結晶性を良好なものとすることができる。さらには、成長界面における不純物が除去されるため、III族窒化物半導体層１３と層１４との密着性も向上できる。
また、凹部１４１は、下地層１０の表面と直交する断面がＶ字形状となっている。III族窒化物半導体を成長させる際に、Ｖ字の側面から成長が始まり、それに伴って図２の矢印で示すように、転位がＶ溝の中心部に向かって伸び、転位同士がぶつかり消滅するため、III族窒化物半導体層１３の転位密度を低減することができる。
しかしながら、本実施形態では、III族窒化物半導体層１３を形成する初期の段階で凹部１４１が形成されるため、ウェットエッチングを行なわなくても、あるいは、ウェットエッチングが不十分であったとしても、下地層の層１４の表面が清浄化されることとなる。これにより、成長界面における不純物の蓄積を避けることができ、また、III族窒化物半導体層１３の結晶性を良好なものとすることができる。さらには、成長界面における不純物が除去されるため、III族窒化物半導体層１３と層１４との密着性も向上できる。
また、凹部１４１は、下地層１０の表面と直交する断面がＶ字形状となっている。III族窒化物半導体を成長させる際に、Ｖ字の側面から成長が始まり、それに伴って図２の矢印で示すように、転位がＶ溝の中心部に向かって伸び、転位同士がぶつかり消滅するため、III族窒化物半導体層１３の転位密度を低減することができる。
また、本実施形態では、III族窒化物半導体層１３を形成する際に、第一の成長工程と、第二の成長工程とを実施している。
第一の成長工程は、ファセット構造１３１を成長させる工程である。第二の成長工程は、ファセット構造１３１をさらに成長させて、III族窒化物半導体層１３を得る工程である。従来は、第一の成長工程および第二の成長工程において、III族原料ガスにかかる分圧、V族原料ガスにかかる分圧は同じであった。しかしながら、この場合には、所望の品質のIII族窒化物半導体層１３を得ることができない場合があることがわかった。特に本実施形態のように、開口部１２１の幅を非常に小さくし、マスク１２の被覆率を高くした場合には、所望の品質のIII族窒化物半導体層１３を得ることができない場合があることがわかった。
これに対し、本実施形態では、第一の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧を、第二の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧よりも高くしている。これにより、第一の成長工程におけるIII族原子にかかる分圧を高く設定することができ、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給することができ、各開口部１２１からファセット構造１３１を確実に成長させることができる。特に、本実施形態のように、開口部１２１の最小幅Ｗｏを非常に小さくし、マスク１２の被覆率を高くした場合には、大面積の被覆部１２２により、III族原子が跳ね返されてしまい、開口部１２１内側にIII族原子を十分に供給できなくなることが懸念される。特に、ＨＶＰＥ法では、マスクの被覆部表面にIII族元素のハロゲン化物が供給されるものの、このIII族元素のハロゲン化物は比較的安定性が高いため、被覆部１２２表面で分解せずに、気相に蒸発しやすいと考えられる。そのため、被覆部１２２上から、III族原子を開口部１２１内部に供給することは難しい状態となっていると考えられる。
そこで、第一の成長工程において、III族原子にかかる分圧を高く設定し、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給する必要があると考えられる。
そして、開口部１２１内部でIII族窒化物半導体を成長させるためには、III族窒化物半導体の核を発生させる必要があるが、核が臨界半径を超えて安定的になるためには、開口部内部のIII族原子（あるいはIII族窒化物半導体の分子）がある程度集まる必要がある。開口部１２１内部に供給されたIII原子の量が少ないと、III族窒化物半導体の核がまだらに生じてしまうことが懸念される。
特に本実施形態のように、開口部１２１の最小幅が非常に小さく、一方向に延在するような形状である場合には、開口部１２１の長手方向にIII族原子（あるいはIII族窒化物半導体の分子）が拡散しやすいため、III族窒化物半導体の核がまだらに生じやすくなり、開口部１２１の長手方向に連続して延在するファセット構造１３１が形成できず、まだらにファセット構造１３１が形成されてしまうことがあると考えられる。
しかしながら、本実施形態のように、第一の成長工程において、III族原子にかかる分圧を高く設定した場合には、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給することができる。これにより、開口部１２１の長手方向に連続して延在するファセット構造１３１を形成でき、III族窒化物半導体層１３の転位密度を確実に低減できる。
第一の成長工程は、ファセット構造１３１を成長させる工程である。第二の成長工程は、ファセット構造１３１をさらに成長させて、III族窒化物半導体層１３を得る工程である。従来は、第一の成長工程および第二の成長工程において、III族原料ガスにかかる分圧、V族原料ガスにかかる分圧は同じであった。しかしながら、この場合には、所望の品質のIII族窒化物半導体層１３を得ることができない場合があることがわかった。特に本実施形態のように、開口部１２１の幅を非常に小さくし、マスク１２の被覆率を高くした場合には、所望の品質のIII族窒化物半導体層１３を得ることができない場合があることがわかった。
これに対し、本実施形態では、第一の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧を、第二の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧よりも高くしている。これにより、第一の成長工程におけるIII族原子にかかる分圧を高く設定することができ、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給することができ、各開口部１２１からファセット構造１３１を確実に成長させることができる。特に、本実施形態のように、開口部１２１の最小幅Ｗｏを非常に小さくし、マスク１２の被覆率を高くした場合には、大面積の被覆部１２２により、III族原子が跳ね返されてしまい、開口部１２１内側にIII族原子を十分に供給できなくなることが懸念される。特に、ＨＶＰＥ法では、マスクの被覆部表面にIII族元素のハロゲン化物が供給されるものの、このIII族元素のハロゲン化物は比較的安定性が高いため、被覆部１２２表面で分解せずに、気相に蒸発しやすいと考えられる。そのため、被覆部１２２上から、III族原子を開口部１２１内部に供給することは難しい状態となっていると考えられる。
そこで、第一の成長工程において、III族原子にかかる分圧を高く設定し、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給する必要があると考えられる。
そして、開口部１２１内部でIII族窒化物半導体を成長させるためには、III族窒化物半導体の核を発生させる必要があるが、核が臨界半径を超えて安定的になるためには、開口部内部のIII族原子（あるいはIII族窒化物半導体の分子）がある程度集まる必要がある。開口部１２１内部に供給されたIII原子の量が少ないと、III族窒化物半導体の核がまだらに生じてしまうことが懸念される。
特に本実施形態のように、開口部１２１の最小幅が非常に小さく、一方向に延在するような形状である場合には、開口部１２１の長手方向にIII族原子（あるいはIII族窒化物半導体の分子）が拡散しやすいため、III族窒化物半導体の核がまだらに生じやすくなり、開口部１２１の長手方向に連続して延在するファセット構造１３１が形成できず、まだらにファセット構造１３１が形成されてしまうことがあると考えられる。
しかしながら、本実施形態のように、第一の成長工程において、III族原子にかかる分圧を高く設定した場合には、III族原子を確実に開口部１２１内部に供給することができる。これにより、開口部１２１の長手方向に連続して延在するファセット構造１３１を形成でき、III族窒化物半導体層１３の転位密度を確実に低減できる。
また、第一成長工程におけるV/III比を、第二成長工程におけるV/III比よりも小さくすることで、第一成長工程におけるV/III比の値自体を小さく設定することができる。これにより、開口部１２１内部でのIII族原子を拡散させやすくして、開口部１２１内部での成長核の発生を促進させることができる。
また、第二の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧よりも、第一の成長工程におけるIII族原料ガスにかかる分圧を高くすることで、第二の成長工程におけるIII族原子にかかる分圧を低く設定することができる。
これにより、第二の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長速度を低減させることができ、転位が発生してしまうことを抑制できる。特に、第二の成長工程におけるIII族原子にかかる分圧を低くすることで、隣接するファセット構造１３１から成長した結晶を合体させる際の成長速度を遅くすることができ、ファセット構造１３１から成長した結晶同士が合体した領域で転位が発生することを抑制することができる。
以上によっても、表面における転位の少ないIII族窒化物半導体層１３を形成することができる。
これにより、第二の成長工程におけるIII族窒化物半導体の成長速度を低減させることができ、転位が発生してしまうことを抑制できる。特に、第二の成長工程におけるIII族原子にかかる分圧を低くすることで、隣接するファセット構造１３１から成長した結晶を合体させる際の成長速度を遅くすることができ、ファセット構造１３１から成長した結晶同士が合体した領域で転位が発生することを抑制することができる。
以上によっても、表面における転位の少ないIII族窒化物半導体層１３を形成することができる。
また、本実施形態では、転写体２の凹凸パターンを被転写層４Ａに転写し、マスク１２を形成するため、転写体２の凹凸パターンを所望の形状とすることで、所望のマスク１２を得ることができる。さらには、マスク１２の開口部１２１を形成する際に、被転写層４Ａの凹部４１の底部に位置する部分４２をドライエッチングで除去している。そして、このようにして形成されたマスク４の開口部４３から露出する被覆膜１２Ａをドライエッチングで除去している。これにより、マスク４の開口部４３を精度良く形成できる、さらには、開口部１２１も精度良く形成できる。
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
たとえば、前記実施形態では、開口部１２１および被覆部１２２がともに同一方向に、一方向に延在して、ストライプ状のパターンを形成していたが、これに限られるものではない、たとえば、図１０に示すように、複数の被覆部１２２Ａがドットパターンを形成し、隣接する被覆部１２２Ａ間に前記開口部１２１Ａが形成されていてもよい。
ここで、隣接する被覆部１２２Ａとは、一の被覆部１２２Ａとこの一の被覆部１２２Ａに対して隣接する被覆部１２２Ａのうち、最も近くに位置する他の被覆部１２２Ａとをいう。たとえば、図１０（Ａ）では、隣接する被覆部は、被覆部１２２Ａ１と被覆部１２２Ａ２や、被覆部１２２Ａ１と被覆部１２２Ａ３をいう。被覆部１２２Ａ４と、被覆部１２２Ａ１とは隣接する被覆部ではない。そして、マスクの被覆部１２２Ａ間の最小間隔である、前記開口部の最小幅Ｗｏが３００ｎｍ以下である。
被覆部１２２Ａの平面形状は、特に限定されず、図１０（Ａ）に示すように、円形形状としてもよく、また、図１０（Ｂ）に示すように、正三角形形状としてもよい。さらには、図１０（Ｃ）に示すように、被覆部１２２Ａを正方形形状としてもよい。
図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、被覆部１２２Ａを多角形形状とする場合には、隣接する被覆部１２２Ａの対向する辺間の最小間隔が３００ｎｍ以下であることが好ましい。なかでも、隣接する被覆部１２２Ａの対向する辺同士が平行に延在することが好ましい。
そして、被覆部をドットパターンに配置した場合であっても、他の点は、前記実施形態と同様である。開口部１２１Ａのうち被覆部１２２Ａを挟んだ領域から、ファセット構造が成長する。また、最小幅Ｗｏと、被覆部１２２Ａの幅Ｗｃとの比率や、マスクの被覆率、III族窒化物半導体層の厚み、転位密度、ファセット構造の形状、大きさ等は前記実施形態と同様である。
たとえば、前記実施形態では、開口部１２１および被覆部１２２がともに同一方向に、一方向に延在して、ストライプ状のパターンを形成していたが、これに限られるものではない、たとえば、図１０に示すように、複数の被覆部１２２Ａがドットパターンを形成し、隣接する被覆部１２２Ａ間に前記開口部１２１Ａが形成されていてもよい。
ここで、隣接する被覆部１２２Ａとは、一の被覆部１２２Ａとこの一の被覆部１２２Ａに対して隣接する被覆部１２２Ａのうち、最も近くに位置する他の被覆部１２２Ａとをいう。たとえば、図１０（Ａ）では、隣接する被覆部は、被覆部１２２Ａ１と被覆部１２２Ａ２や、被覆部１２２Ａ１と被覆部１２２Ａ３をいう。被覆部１２２Ａ４と、被覆部１２２Ａ１とは隣接する被覆部ではない。そして、マスクの被覆部１２２Ａ間の最小間隔である、前記開口部の最小幅Ｗｏが３００ｎｍ以下である。
被覆部１２２Ａの平面形状は、特に限定されず、図１０（Ａ）に示すように、円形形状としてもよく、また、図１０（Ｂ）に示すように、正三角形形状としてもよい。さらには、図１０（Ｃ）に示すように、被覆部１２２Ａを正方形形状としてもよい。
図１０（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、被覆部１２２Ａを多角形形状とする場合には、隣接する被覆部１２２Ａの対向する辺間の最小間隔が３００ｎｍ以下であることが好ましい。なかでも、隣接する被覆部１２２Ａの対向する辺同士が平行に延在することが好ましい。
そして、被覆部をドットパターンに配置した場合であっても、他の点は、前記実施形態と同様である。開口部１２１Ａのうち被覆部１２２Ａを挟んだ領域から、ファセット構造が成長する。また、最小幅Ｗｏと、被覆部１２２Ａの幅Ｗｃとの比率や、マスクの被覆率、III族窒化物半導体層の厚み、転位密度、ファセット構造の形状、大きさ等は前記実施形態と同様である。
また、被覆部１２２Ａの形状をドット形状とした場合においても、凹部１４１は前記実施形態と同様、被覆部間の最小幅に沿って、この最小幅を通り、下地基板１１と垂直な断面において、凹部１４１がＶ字型となることが好ましい。
なお、図８では、複数の被覆部１２２Ａが等間隔で配置されている。
このように被覆部１２２Ａをドット形状とする場合にも、前記実施形態と同様の方法で、マスクを製造できる。すなわち、被覆部１２２Ａのドットパターンに応じた凹凸パターンを有するマスターモールドを製造し、転写体を得て、転写体の凹凸パターンを被転写層に転写することでマスクを製造できる。
なお、図８では、複数の被覆部１２２Ａが等間隔で配置されている。
このように被覆部１２２Ａをドット形状とする場合にも、前記実施形態と同様の方法で、マスクを製造できる。すなわち、被覆部１２２Ａのドットパターンに応じた凹凸パターンを有するマスターモールドを製造し、転写体を得て、転写体の凹凸パターンを被転写層に転写することでマスクを製造できる。
さらに、前記実施形態では、III族窒化物半導体層１３を、成長条件が異なる第一の成長工程と第二の成長工程との２工程で製造したが、これに限られず、単一の成長条件で成長させてもよい。
また、前記実施形態では、マスクの被覆部間の最小幅を３００ｎｍ以下としたが、これに限られるものではなく、たとえば、マスクの被覆部間の最小幅を２μｍ程度としてもよい。
さらに、前記実施形態では、テンプレート基板１を製造したが、これに限らず、たとえば、III族窒化物半導体層１３の厚みを厚くして、III族窒化物半導体層を有しており、デバイスを直接積層する基板を製造してもよい。
またIII族窒化物半導体層１３を形成した後、下地層１０をIII族窒化物半導体層１３から剥離してもよい。
また、前記実施形態では、マスクの被覆部間の最小幅を３００ｎｍ以下としたが、これに限られるものではなく、たとえば、マスクの被覆部間の最小幅を２μｍ程度としてもよい。
さらに、前記実施形態では、テンプレート基板１を製造したが、これに限らず、たとえば、III族窒化物半導体層１３の厚みを厚くして、III族窒化物半導体層を有しており、デバイスを直接積層する基板を製造してもよい。
またIII族窒化物半導体層１３を形成した後、下地層１０をIII族窒化物半導体層１３から剥離してもよい。
次に、本発明の実施例について説明する。
（実施例１）
実施例１では、前記実施形態と同様の方法で、テンプレート基板１を製造した。具体的には以下の通りである。
（転写体２の製造）
はじめに、所定の凹凸パターンが形成された石英製のマスターモールド３を用意した。
マスターモールド３の製造方法は、前記実施形態と同様であり、石英基板上に、スパッタリング法でＣｒ膜を１０〜２０ｎｍ成膜した。Ｃｒ膜上に、電子線用レジスト膜を塗布し、描画装置から電子線ビーム（ＥＢ）を前記レジスト膜に照射した後、現像装置で現像した。その後、レジスト膜の開口部から露出するＣｒ膜をドライエッチング装置でエッチングして、Ｃｒ膜に開口部を形成した。更に、ドライエッチング装置でＣｒ膜の開口部から露出する基板をエッチングした。その後、レジスト膜、Ｃｒ膜を全て剥離した。これによりマスターモールド３を得ることができた。
マスターモールド３には、マスクの開口部と被覆部とのパターンに応じた凹凸パターンが形成されており、この実施例では、凹部の幅が８０ｎｍ、凸部の幅が４２０nｍであった。なお、後述する各実施例においても、マスクのパターンに応じた凹凸パターンを有するマスターモールドを製造している。
一方で、フィルム２１上に、ＵＶ硬化性の樹脂層２２を、スピンコート法で塗布した。樹脂層２２は、アクリル系樹脂を含む樹脂組成物である。
次に、樹脂層２２に、凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を押圧して、マスターモールド３の凹部に樹脂層２２を入り込ませ、樹脂層２２に、凹凸パターンを転写した。その状態で、ＵＶ光を、超高圧水銀ランプを用いて照射して、樹脂層２２を硬化した。
次に、樹脂層２２と、マスターモールド３とを離間した。
（実施例１）
実施例１では、前記実施形態と同様の方法で、テンプレート基板１を製造した。具体的には以下の通りである。
（転写体２の製造）
はじめに、所定の凹凸パターンが形成された石英製のマスターモールド３を用意した。
マスターモールド３の製造方法は、前記実施形態と同様であり、石英基板上に、スパッタリング法でＣｒ膜を１０〜２０ｎｍ成膜した。Ｃｒ膜上に、電子線用レジスト膜を塗布し、描画装置から電子線ビーム（ＥＢ）を前記レジスト膜に照射した後、現像装置で現像した。その後、レジスト膜の開口部から露出するＣｒ膜をドライエッチング装置でエッチングして、Ｃｒ膜に開口部を形成した。更に、ドライエッチング装置でＣｒ膜の開口部から露出する基板をエッチングした。その後、レジスト膜、Ｃｒ膜を全て剥離した。これによりマスターモールド３を得ることができた。
マスターモールド３には、マスクの開口部と被覆部とのパターンに応じた凹凸パターンが形成されており、この実施例では、凹部の幅が８０ｎｍ、凸部の幅が４２０nｍであった。なお、後述する各実施例においても、マスクのパターンに応じた凹凸パターンを有するマスターモールドを製造している。
一方で、フィルム２１上に、ＵＶ硬化性の樹脂層２２を、スピンコート法で塗布した。樹脂層２２は、アクリル系樹脂を含む樹脂組成物である。
次に、樹脂層２２に、凹凸パターンが形成されたマスターモールド３を押圧して、マスターモールド３の凹部に樹脂層２２を入り込ませ、樹脂層２２に、凹凸パターンを転写した。その状態で、ＵＶ光を、超高圧水銀ランプを用いて照射して、樹脂層２２を硬化した。
次に、樹脂層２２と、マスターモールド３とを離間した。
（下地層１０の準備）
サファイア基板である下地基板１１を用意して、この下地基板１１の（０００１）面上に下地基板１１の表面全面を被覆する層１４を、ＭＯＣＶＤ法により、設けた。
はじめに、先ず、下地基板１１の成長表面を洗浄し、ＭＯＣＶＤ装置の反応管内にセットした。キャリアガスに水素（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）ガスの混合ガスを用い、下地基板１１を１０５０℃程度の温度に昇温して、１０分間程度熱処理を行い、その後下地基板１１を５００℃の温度に降温した。温度が安定してから、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）とＮＨ3（アンモニア）とを供給して、低温成長バッファ層を形成し、その後、再び、１０５０℃の温度に下地基板１１を昇温した。昇温中はＮＨ3ガスを供給した。温度が安定してからＴＭＧを供給し、平坦化した約２μｍの厚さのＧａＮ層である層１４を形成した。層１４を形成した後、ＴＭＧの供給を停止して、常温まで降温して装置より取り出した。これにより、下地層１０が得られた。層１４の下地基板１１と反対側の表面は（０００１）面である。
サファイア基板である下地基板１１を用意して、この下地基板１１の（０００１）面上に下地基板１１の表面全面を被覆する層１４を、ＭＯＣＶＤ法により、設けた。
はじめに、先ず、下地基板１１の成長表面を洗浄し、ＭＯＣＶＤ装置の反応管内にセットした。キャリアガスに水素（Ｈ2）と窒素（Ｎ2）ガスの混合ガスを用い、下地基板１１を１０５０℃程度の温度に昇温して、１０分間程度熱処理を行い、その後下地基板１１を５００℃の温度に降温した。温度が安定してから、ＴＭＧａ（トリメチルガリウム）とＮＨ3（アンモニア）とを供給して、低温成長バッファ層を形成し、その後、再び、１０５０℃の温度に下地基板１１を昇温した。昇温中はＮＨ3ガスを供給した。温度が安定してからＴＭＧを供給し、平坦化した約２μｍの厚さのＧａＮ層である層１４を形成した。層１４を形成した後、ＴＭＧの供給を停止して、常温まで降温して装置より取り出した。これにより、下地層１０が得られた。層１４の下地基板１１と反対側の表面は（０００１）面である。
（被覆膜１２Ａの形成）
次に、層１４が形成された下地基板１１をＳｉＯ2膜形成装置にセットした。Ｎ2ガス雰囲気で４５０℃の温度に昇温し、温度が安定してからＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを供給して、層１４上に０．５μｍの厚さのＳｉＯ2膜（被覆膜１２Ａ）を形成した。その後、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスの供給を停止して、常温まで降温し、形成装置より取り出した。被覆膜１２Ａは、層１４の全面を被覆していた。
次に、層１４が形成された下地基板１１をＳｉＯ2膜形成装置にセットした。Ｎ2ガス雰囲気で４５０℃の温度に昇温し、温度が安定してからＳｉＨ4ガスとＯ2ガスを供給して、層１４上に０．５μｍの厚さのＳｉＯ2膜（被覆膜１２Ａ）を形成した。その後、ＳｉＨ4ガスとＯ2ガスの供給を停止して、常温まで降温し、形成装置より取り出した。被覆膜１２Ａは、層１４の全面を被覆していた。
（被転写層４Ａの形成）
次に、被覆膜１２Ａ上に、被転写層４Ａを設けた。被転写層４Ａを構成する樹脂組成物を、被覆膜１２Ａ上にスピンコート法で塗布した。この樹脂組成物は、アクリル系樹脂を含むものであり、ＵＶ硬化性である。塗布した時点では、この樹脂組成物は、半硬化あるいは未硬化である。
次に、被転写層４Ａに、転写体２の凹凸パターンを押圧して転写体２の凹凸パターンを転写した。その後、被転写層４ＡにＵＶ光を、超高圧水銀ランプを用いて１００ｍＪ／ｃｍ２で照射して、被転写層４Ａを硬化した。
その後、被転写層４Ａと、転写体２とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された被転写層４Ａを得た。
被転写層４Ａの凹部４１の底部に位置する部分４２の厚みは、凹部の底面からの凸部の高さよりも非常に小さくなっていた。
次に、被覆膜１２Ａ上に、被転写層４Ａを設けた。被転写層４Ａを構成する樹脂組成物を、被覆膜１２Ａ上にスピンコート法で塗布した。この樹脂組成物は、アクリル系樹脂を含むものであり、ＵＶ硬化性である。塗布した時点では、この樹脂組成物は、半硬化あるいは未硬化である。
次に、被転写層４Ａに、転写体２の凹凸パターンを押圧して転写体２の凹凸パターンを転写した。その後、被転写層４ＡにＵＶ光を、超高圧水銀ランプを用いて１００ｍＪ／ｃｍ２で照射して、被転写層４Ａを硬化した。
その後、被転写層４Ａと、転写体２とを離間して、所定の凹凸パターンが形成された被転写層４Ａを得た。
被転写層４Ａの凹部４１の底部に位置する部分４２の厚みは、凹部の底面からの凸部の高さよりも非常に小さくなっていた。
（ドライエッチング工程）
次に、 被転写層４Ａに形成された凹凸パターンの凹部４１の底部に位置する部分４２を選択的に除去した。ここでは、ドライエッチング（反応性イオンエッチング）により部分４２を除去した。
具体的には、Ｏ２の流量を５ｃｍ３／ｓ（５ｓｃｃｍ）、圧力を１．５Ｐａ、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）パワーを５０Ｗとした。これにより、被転写層４Ａに開口部が形成され、マスク４が得られた。
なお、この工程では、凹部４１の底部直下の被覆膜１２Ａはほとんど除去されなかった。
次に、 被転写層４Ａに形成された凹凸パターンの凹部４１の底部に位置する部分４２を選択的に除去した。ここでは、ドライエッチング（反応性イオンエッチング）により部分４２を除去した。
具体的には、Ｏ２の流量を５ｃｍ３／ｓ（５ｓｃｃｍ）、圧力を１．５Ｐａ、ＩＣＰ（誘導結合型プラズマ；Ｉｎｄｕｃｔｉｖｅｌｙ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ）パワーを５０Ｗとした。これにより、被転写層４Ａに開口部が形成され、マスク４が得られた。
なお、この工程では、凹部４１の底部直下の被覆膜１２Ａはほとんど除去されなかった。
次に、マスク４の開口部から露出する被覆膜１２Ａを選択的に除去した（反応性イオンエッチング）。
具体的には、Ｃ３Ｆ８の流量を２０ｃｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、Ｏ２の流量を１ｃｍ３／ｓ（１ｓｃｃｍ）、圧力を１Ｐａ、ＩＣＰパワーを３００Ｗとした。これにより、被覆膜１２Ａに開口部１２１が形成され、マスク１２が得られた。
具体的には、Ｃ３Ｆ８の流量を２０ｃｍ３／ｓ（２０ｓｃｃｍ）、Ｏ２の流量を１ｃｍ３／ｓ（１ｓｃｃｍ）、圧力を１Ｐａ、ＩＣＰパワーを３００Ｗとした。これにより、被覆膜１２Ａに開口部１２１が形成され、マスク１２が得られた。
その後、マスク１２の被覆部上に残ったマスク４を除去した。具体的には、Ｏ２の流量を５０ｃｍ３／ｓ（５００ｓｃｃｍ）、圧力５Ｐａ、ＲＦパワーを３００ＷとしたＯ２プラズマアッシングを行なった。
このようにしてマスク１２上のマスク４が除去され、マスク１２が形成された下地層１０を得ることができた。
ここで、マスク１２は、前記実施形態と同様のパターンで形成されており、被覆部１２２と、開口部１２１とが互いに平行に延在し、交互に配置されていた。各開口部１２１の最小幅Ｗｏは、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、４２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは５００ｎｍであった。開口部１２１の長手方向は、層１４のＧａＮ層の<１−２００>方向であった。
このようにしてマスク１２上のマスク４が除去され、マスク１２が形成された下地層１０を得ることができた。
ここで、マスク１２は、前記実施形態と同様のパターンで形成されており、被覆部１２２と、開口部１２１とが互いに平行に延在し、交互に配置されていた。各開口部１２１の最小幅Ｗｏは、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、４２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは５００ｎｍであった。開口部１２１の長手方向は、層１４のＧａＮ層の<１−２００>方向であった。
マスク１２が形成された下地層１０の断面をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）にて観察したが、層１４の開口部１２１から露出する部分には、凹部１４１は形成されておらず、開口部１２１から露出する層１４の表面は平坦であった。なお、これは、後述する各実施例においても同様であった。
（III族窒化物半導体層１３の形成）
次に、III族窒化物半導体層１３を形成した。
（第一の成長工程）
マスク１２が形成された下地層１０をＨＶＰＥ装置５の反応管５０内のフォルダ５１にセットした。
ガス導入管５３，５４により、窒素（Ｎ2）ガスを供給して反応管５０内をパージした。その後、キャリアガスをＨ2ガスに切り替えて、３０００ｃｃ／ｍｉｎの流量を供給しながらマスク１２が形成された下地層１０を１０４０℃の温度に昇温した。マスク１２が形成された下地層１０が５００℃前後に達した際に、流量２０００ｃｃ／ｍｉｎのＮＨ3ガスを加えて開口部１２１に露出した層１４表面の分解を抑えた。反応管５０内のＧａソースは、８５０℃の温度に昇温した。反応管５０全体の温度が安定してからＧａソース上に流量２００ｃｃ／ｍｉｎのＨＣｌガスを供給して反応させ生成したＧａＣｌを成長領域に供給し、ＮＨ3ガスと反応させＧａＮを成長した（V／III比＝１０）。第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧は、３．２×１０−３ＭＰａであり、NH３ガスの分圧は３２×１０−３ＭＰａであった。
ＧａＮの成長は、開口部１２１から露出した層１４表面から始まり、ＨＣｌガス供給開始から２０秒間で、｛１―１０１｝面のファセット面を有するファセット構造１３１´が形成された。
次に、III族窒化物半導体層１３を形成した。
（第一の成長工程）
マスク１２が形成された下地層１０をＨＶＰＥ装置５の反応管５０内のフォルダ５１にセットした。
ガス導入管５３，５４により、窒素（Ｎ2）ガスを供給して反応管５０内をパージした。その後、キャリアガスをＨ2ガスに切り替えて、３０００ｃｃ／ｍｉｎの流量を供給しながらマスク１２が形成された下地層１０を１０４０℃の温度に昇温した。マスク１２が形成された下地層１０が５００℃前後に達した際に、流量２０００ｃｃ／ｍｉｎのＮＨ3ガスを加えて開口部１２１に露出した層１４表面の分解を抑えた。反応管５０内のＧａソースは、８５０℃の温度に昇温した。反応管５０全体の温度が安定してからＧａソース上に流量２００ｃｃ／ｍｉｎのＨＣｌガスを供給して反応させ生成したＧａＣｌを成長領域に供給し、ＮＨ3ガスと反応させＧａＮを成長した（V／III比＝１０）。第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧は、３．２×１０−３ＭＰａであり、NH３ガスの分圧は３２×１０−３ＭＰａであった。
ＧａＮの成長は、開口部１２１から露出した層１４表面から始まり、ＨＣｌガス供給開始から２０秒間で、｛１―１０１｝面のファセット面を有するファセット構造１３１´が形成された。
（第二の成長工程）
ＨＣｌガス供給開始から２０秒後に、ＨＣｌガスの供給量を流量１００ｃｃ／ｍｉｎとした（V／III比＝２０）。ファセット構造１３１´が発達し、ファセット構造１３１が形成され、ファセット構造１３１同士が合体し、平坦な表面を有するＧａＮ膜１３２が形成された。これにより、厚さ２１μｍのIII族窒化物半導体層１３を得た。III族窒化物半導体層１３の成膜後、Ｇａソース上に供給したＨＣｌガスを停止して、反応管の温度を降温した。ＮＨ3ガスを供給しながら常温まで冷却し、III族窒化物半導体層１３が形成された下地層１０を取り出した。第二の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧は、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧よりも低く、１．６×１０−３ＭＰａであった。NH３ガスの分圧は３２×１０−３ＭＰａであった。
ＨＣｌガス供給開始から２０秒後に、ＨＣｌガスの供給量を流量１００ｃｃ／ｍｉｎとした（V／III比＝２０）。ファセット構造１３１´が発達し、ファセット構造１３１が形成され、ファセット構造１３１同士が合体し、平坦な表面を有するＧａＮ膜１３２が形成された。これにより、厚さ２１μｍのIII族窒化物半導体層１３を得た。III族窒化物半導体層１３の成膜後、Ｇａソース上に供給したＨＣｌガスを停止して、反応管の温度を降温した。ＮＨ3ガスを供給しながら常温まで冷却し、III族窒化物半導体層１３が形成された下地層１０を取り出した。第二の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧は、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧よりも低く、１．６×１０−３ＭＰａであった。NH３ガスの分圧は３２×１０−３ＭＰａであった。
以上のようにして得られたテンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、ファセット構造１３１は、長手方向と直交する断面が三角形状であり、その高さは平均で、４９０ｎｍであった。また、マスク表面から１０μｍの厚みの位置において、ファセット構造１３１が膜１３２に完全に埋め込まれていることがわかった。
また、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は開口部の長手方向と直交する断面において、断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、長手方向全長にわたって形成されていた。凹部１４１の深さは、７０ｎｍであった。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。
また、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は開口部の長手方向と直交する断面において、断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、長手方向全長にわたって形成されていた。凹部１４１の深さは、７０ｎｍであった。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。
また、テンプレート基板１のIII族窒化物半導体層１３の表面をリン酸と硫酸との混合液（リン酸：硫酸＝４：１、温度２５０℃）に１時間浸して、エッチングして、エッチピットを表面顕微鏡あるいはＡＦＭで観察して測定した。測定領域は、２０μｍ角の領域とした。この測定方法は、後述する実施例、比較例において、同様である。エッチピットの密度（転位密度）は、４．５×１０７ｃｍ−２であった。
III族窒化物半導体層１３の表面において、開口部１２１の直上の領域と、被覆部１２２の直上の領域とで、エッチピットの密度に差は見られなかった。この点は、後述する実施例において同様である。
また、III族窒化物半導体層１３に反りはほとんど発生していなかった。
III族窒化物半導体層１３の表面において、開口部１２１の直上の領域と、被覆部１２２の直上の領域とで、エッチピットの密度に差は見られなかった。この点は、後述する実施例において同様である。
また、III族窒化物半導体層１３に反りはほとんど発生していなかった。
（実施例２）
第一の成長工程における成長時間（ＨＣｌガス供給開始から、第二の成長工程にてＨＣｌガス供給量を低下させるまでの時間）を６０秒とした。ただし、第一の成長工程において、ファセット構造１３１は、III族窒化物半導体膜１３２により、完全に埋め込まれてはいなかった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、３１μｍとした。他の点は、実施例１と同様の方法である。
第一の成長工程における成長時間（ＨＣｌガス供給開始から、第二の成長工程にてＨＣｌガス供給量を低下させるまでの時間）を６０秒とした。ただし、第一の成長工程において、ファセット構造１３１は、III族窒化物半導体膜１３２により、完全に埋め込まれてはいなかった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、３１μｍとした。他の点は、実施例１と同様の方法である。
以上のようにして得られたテンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、ファセット構造１３１は、長手方向と直交する断面が三角形状であり、ファセット構造１３１の高さは平均で、５００ｎｍであった。また、マスク表面から８μｍの厚みの位置において、ファセット構造１３１が膜１３２に完全に埋め込まれていることがわかった。
また、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、全長にわたって形成されていた。凹部１４１の深さは、７０ｎｍであった。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。
また、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、全長にわたって形成されていた。凹部１４１の深さは、７０ｎｍであった。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。
また、実施例１と同様に、テンプレート基板１のIII族窒化物半導体層１３の表面をリン酸と硫酸との混合液でエッチングして、エッチピットを測定した。エッチピットの密度は、７．４×１０７ｃｍ−２であった。
また、III族窒化物半導体層１３に反りはほとんど発生していなかった。
また、III族窒化物半導体層１３に反りはほとんど発生していなかった。
（実施例３）
実施例３では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、９２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１μｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を４０秒とした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例３では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、９２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１μｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を４０秒とした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例４）
実施例４では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、９５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１μｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を４０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、５×１０−３ＭＰａとした。また、III族窒化物半導体層１３の厚みは、２２μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例４では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、９５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１μｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を４０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、５×１０−３ＭＰａとした。また、III族窒化物半導体層１３の厚みは、２２μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例５）
実施例５では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１９２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２μｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２７μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を８０秒とした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例５では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１９２０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２μｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２７μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を８０秒とした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例６）
実施例６では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１９５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２μｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を８０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、５×１０−３ＭＰａとした。III族窒化物半導体層１３の厚みは、３０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例６では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１９５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２μｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を８０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、５×１０−３ＭＰａとした。III族窒化物半導体層１３の厚みは、３０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例７）
実施例７では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、１００ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１００ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２００ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を１０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、２．５×１０−３ＭＰａとした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例７では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、１００ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、１００ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは２００ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。また、第一の成長工程における成長時間を１０秒とし、第一の成長工程におけるＧａＣｌガス分圧を、２．５×１０−３ＭＰａとした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例８）
実施例８では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、８０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１６０ｎｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を１０秒とした。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２１μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例８では、マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、８０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１６０ｎｍであった。また、第一の成長工程における成長時間を１０秒とした。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２１μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例９）
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２２μｍとした。
他の点は、実施例１と同様である。
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２２μｍとした。
他の点は、実施例１と同様である。
（実施例１０）
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１００ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、５０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、５０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１００ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
（実施例１１）
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、８０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１６０ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
本実施例では、実施例１において、第一の成長工程の成長時間を４分とし、第二の成長工程を実施しなかった。マスク１２の各開口部１２１の最小幅Ｗｏが、８０ｎｍであり、各被覆部１２２の幅Ｗｃは、８０ｎｍであり、開口部１２１間のピッチは１６０ｎｍであった。III族窒化物半導体層１３の厚みは、２０μｍとした。他の点は、実施例１と同様である。
実施例１〜１１の評価結果を表１、２にまとめる。
また、実施例３〜１１においても、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、ファセット構造１３１は、長手方向と直交する断面が三角形状であった。また、マスク表面から８μｍの厚みの位置において、ファセット構造１３１が膜１３２に完全に埋め込まれていることがわかった。
また、実施例３〜１１においても、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、長手方向全長にわたって形成されていた。図１１には、実施例８のテンプレート基板１の断面を示す。図１１は、開口部１２１の長手方向と直交する断面図であり、図１１から凹部１４１が形成されていることがわかる。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。凹部１４１の深さは、表１，２に示すとおりである。
なお、実施例１〜１１において、III族窒化物半導体層１３の下地基板と反対側の表面は、平坦であり、（０００１）面で一様に構成されていた。実施例１〜１１のIII族窒化物半導体層１３の下地基板と反対側の表面の表面粗さＲａは、０．３〜０．８ｎｍであった。
また、実施例１〜１１では、高さ１５μｍを超えるファセット構造は形成されていなかった。
また、実施例３〜１１においても、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、ファセット構造１３１は、長手方向と直交する断面が三角形状であった。また、マスク表面から８μｍの厚みの位置において、ファセット構造１３１が膜１３２に完全に埋め込まれていることがわかった。
また、実施例３〜１１においても、テンプレート基板１の断面をＳＥＭにて観察したところ、下地層１０の層１４に凹部１４１が形成されていることが確認できた。凹部１４１は断面略Ｖ字型であり、開口部１２１の内側の領域に形成され、開口部１２１の長手方向に沿って、長手方向全長にわたって形成されていた。図１１には、実施例８のテンプレート基板１の断面を示す。図１１は、開口部１２１の長手方向と直交する断面図であり、図１１から凹部１４１が形成されていることがわかる。また、凹部１４１の壁面は、結晶面であった。凹部１４１の深さは、表１，２に示すとおりである。
なお、実施例１〜１１において、III族窒化物半導体層１３の下地基板と反対側の表面は、平坦であり、（０００１）面で一様に構成されていた。実施例１〜１１のIII族窒化物半導体層１３の下地基板と反対側の表面の表面粗さＲａは、０．３〜０．８ｎｍであった。
また、実施例１〜１１では、高さ１５μｍを超えるファセット構造は形成されていなかった。
以上のような実施例１〜１１では、開口部の最小幅Woが非常に小さいマスク１２を形成することができた。このようなマスク１２は、従来の製造方法では、製造できなかったものである。
これにより、III族窒化物半導体層の厚みが薄く、転位が少なく、反りが抑制されたテンプレート基板を得ることができた。なお、III族窒化物半導体層の開口部直上の領域と、被覆部直上の領域とで転位密度に差は生じていなかった。
これにより、III族窒化物半導体層の厚みが薄く、転位が少なく、反りが抑制されたテンプレート基板を得ることができた。なお、III族窒化物半導体層の開口部直上の領域と、被覆部直上の領域とで転位密度に差は生じていなかった。
１ テンプレート基板
２ 転写体
３ マスターモールド
４Ａ 被転写層
５ 装置
１０ 下地層
１１ 下地基板
１２ マスク
１２Ａ 被覆膜
１３ III族窒化物半導体層
１４ 層
２１ フィルム
２２ 樹脂層
４１ 凹部
４２ 部分
４３ 開口部
４４ 被覆部
５０ 反応管
５１ フォルダ
５３ ガス導入管
５４ ガス導入管
５５ ヒータ
５６ 成長領域
５７ ソース
５８ 排出口
５９ ソースボート
１２１ 開口部
１２１Ａ 開口部
１２２ 被覆部
１２２Ａ 被覆部
１２２Ａ１ 被覆部
１２２Ａ２ 被覆部
１２２Ａ３ 被覆部
１２２Ａ４ 被覆部
１３１ ファセット構造
１３１Ａ ファセット面
１３２ III族窒化物半導体膜
１３３ 大ファセット構造
１４１ 凹部
Ｐ ピッチ
Ｗｃ 幅
Ｗｏ 最小幅
２ 転写体
３ マスターモールド
４Ａ 被転写層
５ 装置
１０ 下地層
１１ 下地基板
１２ マスク
１２Ａ 被覆膜
１３ III族窒化物半導体層
１４ 層
２１ フィルム
２２ 樹脂層
４１ 凹部
４２ 部分
４３ 開口部
４４ 被覆部
５０ 反応管
５１ フォルダ
５３ ガス導入管
５４ ガス導入管
５５ ヒータ
５６ 成長領域
５７ ソース
５８ 排出口
５９ ソースボート
１２１ 開口部
１２１Ａ 開口部
１２２ 被覆部
１２２Ａ 被覆部
１２２Ａ１ 被覆部
１２２Ａ２ 被覆部
１２２Ａ３ 被覆部
１２２Ａ４ 被覆部
１３１ ファセット構造
１３１Ａ ファセット面
１３２ III族窒化物半導体膜
１３３ 大ファセット構造
１４１ 凹部
Ｐ ピッチ
Ｗｃ 幅
Ｗｏ 最小幅
Claims (4)
- 表面に凹凸のパターンが形成された転写体を用意する工程と、
下地基板上にこの下地基板を被覆する被覆膜を設ける工程と、
前記被覆膜を被覆する被転写層を設ける工程と、
前記被転写層に前記転写体の前記凹凸パターンを接触させて、前記被転写層に前記凹凸パターンを転写する工程と、
前記被転写層のうち、転写する前記工程によって前記被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、前記被覆膜のうち前記凹部の底部の下方に位置する部分を除去することで、開口部を有するマスクを形成する工程と、
前記マスクの開口部からIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させてIII族窒化物半導体層を得る工程とを含むIII族窒化物半導体層の製造方法。 - 請求項１に記載のIII族窒化物半導体層の製造方法であって、
マスクを形成する前記工程では、
前記被転写層のうち、転写する前記工程によって前記被転写層に形成された凹部の底部に位置する部分、および、前記被覆膜のうち前記凹部の底部の下方に位置する部分をドライエッチングで除去するIII族窒化物半導体層の製造方法。 - 請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体層の製造方法において、
前記マスクは、被覆部と開口部とがともに一方向に延在してストライプ状のパターンを形成し、あるいは、複数の被覆部がドットパターンを形成し、被覆部間に前記開口部が形成されており、
前記マスクの被覆部間の最小間隔である、前記開口部の最小幅Ｗｏが３００ｎｍ以下であるIII族窒化物半導体層の製造方法。 - 請求項１乃至３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体層の製造方法において、
III族窒化物半導体層を得る前記工程では、ハイドライド気相成長法により、前記III族窒化物半導体をエピタキシャル成長させるIII族窒化物半導体層の製造方法。
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