JP2018095545A - Ｒａｍｏ４基板、およびｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】より品質のよいＲＡＭＯ４基板を提供することを目的とする。【解決手段】一般式ＲＡＭＯ４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素からなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌからなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｄからなる群から選択される一つまたは複数の二価の元素を表す）からなるＲＡＭＯ４単結晶基板を含み、前記ＲＡＭＯ４単結晶基板は、主面に複数の溝を備え、前記主面は、前記単結晶体のへき開面に対してオフ角θを有し、前記溝間に位置する凸部の頂面の幅をＷｘ、前記凸部の高さをＷｙとすると、ｔａｎθ≦Ｗｙ／Ｗｘを満たす、ＲＡＭＯ４基板を提供する。【選択図】図５

Description

本開示はＲＡＭＯ_４基板と、これを用いたＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に関するものである。

一般式ＲＡＭＯ_４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素からなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌからなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｄからなる群から選択される一つまたは複数の二価の元素を表す）からなるＲＡＭＯ_４基板の１つとして、ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板が知られている。ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板は、ＧａＮ等の窒化物半導体の成長基板等として用いられている（例えば、特許文献１参照）。図１は、特許文献１に記載された従来のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の製造方法を示す例である。図１に示すように、従来のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板は、ＳｃＡｌＭｇＯ_４バルク材料を準備する工程と、ＳｃＡｌＭｇＯ_４バルク材料を劈開する工程と、を行うことによりで製造されていた。

ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造するための種基板として、ＲＡＭＯ_４基板を用いる場合、ＲＡＭＯ_４基板のエピタキシャル成長面に、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる。そして、ＩＩＩ族窒化物結晶の作製後、ＲＡＭＯ_４基板の劈開性を利用して、ＩＩＩ族窒化物結晶とＲＡＭＯ_４基板とを分離する。これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶単体を得ることが出来る。得られたＩＩＩ族窒化物結晶は、ＬＥＤやレーザーなどの発光デバイス、電源用などパワーデバイスに用いられる。

特開２０１５−１７８４４８号公報

しかしながら、従来のＲＡＭＯ_４基板のように、基板の劈開性を利用するだけでは、ＲＡＭＯ_４基板とＩＩＩ族窒化物結晶とを十分に分離することが難しかった。そのため、作製したＩＩＩ族窒化物結晶にダメージが生じ、品質のよいＩＩＩ族窒化物結晶が得られ難かった。そこで、品質のよいＩＩＩ族窒化物結晶を得ることが可能な、ＲＡＭＯ_４基板等が求められている。本開示では、より品質のよいＲＡＭＯ_４基板を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示は、一般式ＲＡＭＯ_４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素からなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌからなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｄからなる群から選択される一つまたは複数の二価の元素を表す）からなるＲＡＭＯ_４単結晶基板を含み、前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板は、主面に複数の溝を備え、前記主面は、前記単結晶体のへき開面に対してオフ角θを有し、前記溝間に位置する凸部の頂面の幅をＷｘ、前記凸部の高さをＷｙとすると、ｔａｎθ≦Ｗｙ／Ｗｘを満たす、ＲＡＭＯ_４基板を提供する。

本開示によれば、より品質の良いＲＡＭＯ_４基板を提供できる。

ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の作製方法の説明図 ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を用いたＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の説明図 図３は、従来のＩＩＩ族窒化物結晶作製後のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の形態説明図、図３Ｂは、ＩＩＩ族窒化物結晶を剥離後のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の形態説明図 図４Ａは、ＩＩＩ族窒化物結晶作製後の従来のオフ角θを有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の形態説明図、図４Ｂは、ＩＩＩ族窒化物結晶を剥離後のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の形態説明図 図５Ａは、実施の形態における複数の溝を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の断面図、図５Ｂは一実施の形態に係るＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板のＳＥＭ画像、図５Ｃは、図５Ｂの部分拡大画像、図５Ｄは他の実施形態に係るＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶基板の光学顕微鏡像、図５Ｅはさらに他の実施形態に係るＳｃＡｌＭｇＯ４単結晶基板の光学顕微鏡像、図５Ｆは、図５ＥのＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の断面形状の測定結果 実施の形態における複数の溝を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の作製方法の説明図 図７Ａおよび図７Ｂは、ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の作製方法の工程図、図７Ｃ〜図７ＥはＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の工程図 ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の吸光度スペクトル（厚み１００μｍ換算）

以下、本開示の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。尚、実施の形態において、ＲＡＭＯ_４基板の一例として、ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を用いて説明を行う。

はじめに、本開示に至った知見を述べる。ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶は、岩塩型構造（１１１）面的なＳｃＯ_２層と、六方晶（０００１）面的なＡｌＭｇＯ_２層とが交互に積層した構造となっている。六方晶（０００１）面的な２層は、ウルツ鉱型構造に比較して平面的になっており、面内の結合と比較して、上下層間の結合は、０．０３ｎｍほど長く、結合の力が弱い。このため、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶は、（０００１）面で劈開することができる。この特性を利用し、劈開によってバルク材料を分断し、例えばＩＩＩ族窒化物結晶を製造するための板状の種基板（ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板）を準備することができる。また当該種基板を用いた場合、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の劈開しやすい特性を活かし、種基板（ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板）の上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶と種基板とを分離することが出来る。

以下、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶を種基板としてＩＩＩ族窒化物結晶を製造する際の課題について述べる。図２にＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の説明図を示す。ＩＩＩ族窒化物結晶の製造の際には、まず、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板を結晶成長装置内に入れ、昇温させる。昇温到達温度は適宜選択され、通常９００〜１４００℃の範囲とする。昇温後の結晶成長装置内では、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板上にＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する。図３Ａは、従来のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２上にＩＩＩ族窒化物結晶３１を成長させた構造体の断面図であり、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２上にＩＩＩ族窒化物結晶３１を数１００μｍ〜数ｍｍ成長させた後の図である。そして、９００〜１４００℃の高温プロセス（結晶成長）後、得られたＩＩＩ族窒化物結晶３１等を結晶成長装置から取り出すための降温冷却プロセスを行う。当該降温冷却プロセスで、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２とＩＩＩ族窒化物結晶３１との間に、線膨張係数差による歪み応力が発生する。このとき、ＩＩＩ族窒化物結晶３１が、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２から剥離することが理想的な自然剥離である。また、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶３１は（０００１）面（図３Ａにおける横方向）での劈開性が強いため、上記２層の界面での自然剥離が期待される。しかしながら、実際には、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２の劈開性が強すぎるため、図３Ｂに示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶３１とＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２との界面ではなく、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２の劈開面で剥離が生じやすい。このとき、ＩＩＩ族窒化物結晶３１側に残るＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の厚みａは数１０μｍ〜数１００μｍ程となる（図３Ｂ参照）。そして、結果的にＩＩＩ族窒化物結晶３１を含む構造体に残留応力が発生し、ＩＩＩ族窒化物結晶３１に反りやクラックが発生することになる。

また、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板にオフ角をつける場合がある。オフ角とは、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の劈開面（（０００１）面）とエピタキシャル成長面（ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の主面）とが成す微小角度のことである。例えば、図４Ａに示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２の主面が、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の劈開面（（０００１）面）に対してオフ角θを有するように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２を作製することがある。オフ角θを有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２は、あらかじめＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶に機械加工、化学加工、レーザー加工、放電加工などを行うことで得ることができる。

ここで、オフ角θを有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶を種基板に対して、図２に示した方法でＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させ、降温冷却を行うと、この場合も剥離はＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２の劈開面で起こる。そのため、図４Ｂのようにエピタキシャル成長面に対してθの角度を持って剥離が起こる。そして、図３Ｂに示すθ＝０°の場合に比べ、ＩＩＩ族窒化物結晶４１側に残るＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の厚みが不均一となる。すなわち、ＳｃＡｌＭｇＯ_４の単結晶の厚みは、ａで表される厚みから、オフ角θの剥離面の傾きに伴って厚くなり、最終的にｂで表される厚みとなる。よってＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２の主面に、へき開面に対するオフ角θを付与した場合、図３Ｂに示すオフ角θ＝０°の場合に比べ、ＩＩＩ族窒化物結晶の残留応力が大きくなり、反りやクラックの発生がより顕著になる。更に、ＩＩＩ族窒化物結晶４１の裏面に不均一な厚みのＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶が残るため、裏面研磨加工が困難になるという問題も発生する。なお厚みｂは、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の直径をＬとした場合、Ｌ×ｔａｎθで表される。

なお、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板を再利用して使う際にも、オフ角θを有するへき開面の剥離は問題になる。自然剥離したＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板３２、４２は、再度種基板として使用可能であることが期待される。図３Ｂのようにθ＝０°で剥離した際には、剥離したＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶を加工することで、容易に再利用することが可能である。ところが図４Ｂに示すように、オフ角θを有するへき開面で剥離した場合、ＩＩＩ族窒化物結晶側に多くのＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶が残る。また剥離したＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２の表面は、所望のエピタキシャル成長面に対して角度θを有する。その結果、図３Ｂに示す場合（オフ角θを有さない場合）と比べ、加工が困難になり、再利用の割合が少なくなる。

これらの問題は、オフ角θを大きくするほど、また、ＩＩＩ族窒化物結晶のサイズを大きくするほど顕著になる。一例として、図４Ｂに示すＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２について、θ＝０．８°、Ｌ＝１５０ｍｍ、ａ＝１００μｍとすると、ｂ≒２．１ｍｍとなり、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板４２を２．２ｍｍまで厚くしても、種基板として再利用することが出来ない。

これらのような問題に対し、本実施の形態のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板では、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の主面（エピタキシャル成長面）に複数の溝を配置する。そして、当該ＳｃＡｌＭｇＯ_４では、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の溝どうしの間に配置された凸部上にＩＩＩ族窒化物結晶を形成する。本実施の形態のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶およびＳｃＡｌＭｇＯ_４基板（ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板）を、冷却時の線膨張係数差を利用して分離する際、ＩＩＩ族窒化物結晶側に残存するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の厚みを非常に薄くすることが可能となる。したがって、残留応力が少なく、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を効率良く得ることができる。

ここで、本実施の形態のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板は、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板５１のみからなるものであってもよく、当該ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板５１の溝どうしの間に配置された凸部に後述のＩＩＩ族窒化物種結晶層（以下、「シード層」とも称する）７１を有するものであってもよい。

図５Ａに、複数の溝を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板５１の断面図を示す。当該ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板５１には、周期的な溝（凹部）が形成されており、当該溝どうしに挟まれた領域は凸部となっている。図５Ｂおよび図５Ｃに、一実施形態に係るＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板５１の表面に形成された溝（凹部および凸部）の実際のＳＥＭ像を示す。本実施の形態では、凸部の頂面の幅、すなわち凸部の頂面の平坦な領域の幅をＷｘとし、凸部の高さ、すなわち凹部の平坦な領域から凸部の平坦な領域までの距離をＷｙとする。なお、凸部がその側壁にテーパ又は傾斜面を有する場合も、Ｗｘは凸部の頂面における平坦な領域のみの幅であり、側壁は含まない。なお、図５Ｂおよび図５Ｃには、断面が台形状の凸部を示しているが、凸部の断面形状は長方形であってもよく、正方形等でもよい。また、図５Ｂおよび図５Ｃに示すＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板では、平面視したときに、凸部（複数の溝）が直線状となるように構成されているが、凸部（溝部）は、平面視したときに、曲線状となるように形成されていてもよい。

また、図５Ｄに示すように、凸部は、平面視したときに、それぞれが孤立点となるように配置（島状に配置）されていてもよい。この場合、凸部の頂面の幅（凸部の頂面の平坦な領域の幅）は、最大径とする。一方でこの場合も、凹部の平坦な領域から凸部の平坦な領域までの距離をＷｙとする。

また、本実施の形態のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板は、オフ角θを有している。そして、オフ角θと、Ｗｘ、およびＷｙの間には、下記式（１）が成り立っている。
ｔａｎθ ≦ Ｗｙ／Ｗｘ ・・・（１）

オフ角θを有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板が、上記式（１）の関係を満たす周期的な溝（凸部および凹部）を有すると、ＩＩＩ族窒化物結晶の形成後、これを剥離する際に、ＩＩＩ族窒化物結晶側に残存するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の厚みを非常に薄くすることが出来る。本実施の形態のＲＡＭＯ_４基板では、ＩＩＩ族窒化物結晶作製後、冷却する際に凸部に応力がかかる。したがって、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の劈開が凸部で生じる。このとき、凸部の形状が上記式（１）を満たすと、劈開が凸部内で留まり、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の溝が形成されていない領域（以下、「母材部」とも称する）にまで剥離が及ばない。したがって、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の剥離を最小限に抑える事が可能になる。

Ｗｘ、Ｗｙおよびθは具体的には、１μｍ≦Ｗｘ≦３６０μｍ、０．３６μｍ≦Ｗｙ≦１０００μｍ、０°＜θ≦２０°を満たすことが好ましい。オフ角θが大きすぎると、異なる方位の結晶面が現れる事になる。これにより、界面での不整合が発生しやすくなるため、オフ角θは上記の範囲にする必要がある。また、より好ましくは、０．３６μｍ≦Ｗｙ≦１００μｍである。Ｗｙが１００μｍ以下であると、溝を短時間のレーザー加工で形成することができる。また、Ｗｙが１００μｍを超えると、レーザーによる熱の影響でＷｘにバラツキが生じることがある。

またさらに、以下の評価結果に示されるように、Ｗｘ、Ｗｙ、およびオフ角θはそれぞれ、１６．６μｍ≦Ｗｘ≦３０１．１μｍ、０．８８μｍ≦Ｗｙ≦２８．７μｍ、０°＜θ≦１１．１°であることが特に好ましい。このような範囲であれば、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板上にＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させやすくなり、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶からなる基板が得られやすくなる。

ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板のＷｘ、Ｗｙ、およびオフ角θと、その上に形成されるＩＩＩ族窒化物結晶の品質を確認するため、所定のオフ角（ここでは９．３°）を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板を準備した。当該ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板のエピタキシャル成長面に、レーザー加工により、図５Ｅに示すような、直線状の溝（凸部および凹部）を複数形成した。そして、図５Ｅに示すように、溝の長手方向と直交する面（測定面）における溝の形状（ＷｘおよびＷｙ）を特定した。当該測定結果の一例（表１における実施例３の測定結果）を図５Ｆに示す。

なお、溝の形状の特定には、非接触光学式三次元形状測定装置ＮＨ３−ＳＰ（三鷹光器製 平面測定分解能０．０１μｍ、高さ測定分解能０．００１μｍ）を用いた。具体的には、上記測定面に沿って、５０倍対物レンズを用いて凸部の頂面を横断するよう、１μｍピッチでスキャンして、凸部および凹部の形状に関するデータを取得した。

一方で、オフ角θ、Ｗｘ、およびＷｙを下記表１に示すように変更した以外は、上記と同様に、複数のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を作製した。そして、各ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の凸部上にＩＩＩ族窒化物結晶を形成し、その品質を確認したところ、いずれも高品質なＩＩＩ族窒化物結晶が形成されていた。つまり、Ｗｘ、Ｗｙ、およびθが、１６．６μｍ≦Ｗｘ≦３０１．１μｍ、０．８８μｍ≦Ｗｙ≦２８．７μｍ、０°＜θ≦１１．１°をそれぞれ満たすと、高品質な基板が得られやすくなるといえる。

次に、図５Ａに示した平面視したときに直線状の構造（溝）を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４基板の作製方法の一例を図６および図７を用いて説明する。当該方法ではまず、従来のＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板の作製方法と同様に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶のバルクを作製する。その後、劈開性を利用してＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板を作製する。この際の単結晶基板の厚みは、前述のＷｙよりも厚くする必要がある。次に、図７Ａに示すようにＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２上に、シード層７１を形成する。シード層７１はＩＩＩ族窒化物をエピタキシャル成長させるために設けられるＩＩＩ族窒化物からなる層であり、厚みは５００ｎｍ〜１０μｍである。

次に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２およびシード層７１をパターンニングする。具体的には、図７Ａに示す状態、すなわち平坦な形状を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２およびシード層７１に、図７Ｂに示すように、複数の溝を形成する。このとき、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部の幅と高さが、既に述べたＷｘおよびＷｙの範囲内となるようにパターニングする。このパターニングはレーザー加工にて行う。レーザー加工に用いる波長は、３７０ｎｍ以下かつ１９０ｎｍ以上であることが好ましい。

図８にＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の吸光度スペクトル（厚み１００μｍ換算）を示す。図８に示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の光の吸収領域は、３７０ｎｍ以下にある。一方、ＩＩＩ族窒化物結晶の光の吸収領域も４００ｎｍ以下にある。そこで、３７０ｎｍ以下の波長でレーザー加工を行えば、図７Ｂの様に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２およびシード層７１の両方を一度に加工することができる。なお、レーザーはシード層７１側から照射するため、シード層７１に照射するレーザー波長を３７０ｎｍ〜４００ｎｍとして加工した後、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２に照射するレーザー波長を３７０ｎｍ以下に変更して加工してもよい。また、レーザーの波長が１９０ｎｍ未満になるとシード層７１およびＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の光吸収が過剰になり、これらが破壊されてしまうため、レーザーの波長は１９０ｎｍ以上であることが望ましい。以上の様にして、本実施の形態の、主面（エピタキシャル成長面）に所定の溝を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を作製することが出来る。

続いて、本実施の形態のＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する方法を説明する。ＩＩＩ族窒化物結晶の基本的な製造方法は前述の方法（図２で示す方法）と同じである。結晶の成長方法としては、気相成長法、あるいは液相成長法が用いられる。図２に示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板およびシード層を有するＳｃＡｌＭｇＯ_４基板を結晶成長装置に入れた後、９００度以上に昇温し、結晶成長を開始させる。結晶成長は導入ガスあるいは液体金属を介して行われる。これにより、図７Ｃに示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板７０のシード層７１上にＩＩＩ族窒化物結晶７３が成長する。ＩＩＩ族窒化物結晶７３は原料の供給方法により選択成長が可能であり、シード層７１の上方に成長させると共に、横方向にも選択成長させる事が出来る。横方向に選択成長させることで、凸部上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶７３が隣の凸部上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶７３と結合する。各凸部上で成長したＩＩＩ族窒化物結晶どうしが横方向に結合する事で、一枚のＩＩＩ族窒化物結晶７３が形成される。当該ＩＩＩ族窒化物結晶を、さらに上方向に選択成長させることで厚膜化し、最終的にはバルクのＩＩＩ族窒化物結晶７３が形成される。この際のＩＩＩ族窒化物結晶７３の厚みは数１００μｍ〜数ｍｍである。

なお、ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板７０溝の幅は、１μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。溝の幅が広すぎると、凸部上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶どうしが結合し難くなる。

次にＩＩＩ族窒化物結晶７３を取り出すため、降温冷却プロセスを行う。この際、ＩＩＩ族窒化物結晶７３、シード層７１、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２間の線膨張係数差が原因で、構造体には内部応力がかかる。前述のように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２は（０００１）面の剥離性がよく、母材部における剥離性もよいが、上述の溝（凹凸）を有すると、内部応力がかかった際、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部における破壊強度が最も小さくなる。その結果、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の母材部での劈開が起こるよりも先に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部で劈開が生じる。よって、例えばＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２がオフ角θを有さない場合には、図７Ｄに示すように、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部にて自然剥離が起こる。このとき、凸部の高さＷｙを最適化することで、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶残部７４の厚みを非常に薄くすることができる。つまり、このようなＳｃＡｌＭｇＯ_４基板７０では、凸部の破壊強度が小さくなることから、内部応力がかかった際の破壊位置を、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部とする事が可能である。そして、当該破壊位置を調整とすることで、ＩＩＩ族窒化物結晶７３側に残存するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶残部７４の厚みを最小限にする事が出来る。

一方、本実施の形態では、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の主面（エピタキシャル成長面）がオフ角θを有する。そこで更に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２がオフ角θを有する場合のへき開面での剥離について説明する。オフ角θを有するＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２を用いた場合も、ＩＩＩ族窒化物は、上記と同様にＳｃＡｌＭｇＯ_４基板７０の凸部上で結晶成長し、これらが結合して一枚のＩＩＩ族窒化物結晶７３となる（図７Ｃ）。そして、降温冷却時に、線膨張係数差による内部応力がかかると、この場合も凸部の破壊強度が最小となる。したがって、内部応力がかかった際の破壊位置を、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部内、かつ凸部の頂面の近傍とする事が可能である。この際、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶のエピタキシャル成長面がオフ角θを持つため、図７Ｅに示すようにＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶の各凸部の頂面に対して、角度θを持って一様に剥離が生じる。そして、剥離が一端側から他端側に連続的に起こり、凸部の端（幅Ｗｘ）まで剥離が起こると、剥離は完了する。つまり、各へき開面は凸部内のみに形成され、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の母材部にまでは至らない。したがって、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶残部７４を最小限にする事が出来る。なお、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２では、上述のように、凸部の頂面近傍に劈開の起点となるクラックが生じやすい。これは、熱膨張係数差により、シード層７１とＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板７２の凸部の頂面との界面近傍に熱応力が発生すること、加えて、界面に占める面積割合がシード層７１と比べて小さい凸部に熱応力が集中することによるもの、と考えられる。これにより、本実施の形態によれば、各劈開面を凸部内におさめることができると考えられる。

（その他）
上記では、ＲＡＭＯ_４基板に、ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板を含む形態を説明したが、本開示は、これに限定されない。ＲＡＭＯ_４基板が含む単結晶基板は、一般式ＲＡＭＯ_４で表されるほぼ単一結晶材料から構成される基板であればよい。ここで、一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素（原子番号６７−７１）から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌから選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ），Ｃｏ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｃｄから選択される一つまたは複数の二価の元素を表す。なお、ほぼ単一結晶材料とは、ＲＡＭＯ_４で表される構造が９０ａｔ％以上含まれ、かつ、任意の結晶軸に注目したとき、エピタキシャル成長面のどの部分においてもその向きが同一であるような結晶質固体をいう。ただし、局所的に結晶軸の向きが変わっているものや、局所的な格子欠陥が含まれるものも、単結晶として扱う。なお、Ｏは酸素である。また、上記の通り、ＲはＳｃ、ＭはＭｇ、ＡはＡｌとするのが特に好ましい。

さらに、ＲＡＭＯ_４基板上にエピタキシャル成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の種類は特に限定されない。本開示のＩＩＩ族窒化物は、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎ）および窒素を含む２元、３元、または４元の化合物とすることができ、例えば、一般式Ａｌ_{１−ｘ−ｙ}Ｇａ_ｙＩｎ_ｘＮ（式中、ｘおよびｙは０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１を満たす）で表される化合物とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物は、ｐ型またはｎ型の不純物を含んでいてもよい。なお、シード層についても、上記に示した化合物とすることができる。

例えば、ＩＩＩ族元素（Ａｌ、Ｇａ、またはＩｎ）のうちの少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したものであってもよく、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したものであってもよい。また、ＩＩＩ族窒化物に添加するｐ形の不純物（アクセプター）としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や、或いはカルシウム（Ｃａ）等の公知のｐ形不純物を添加することができる。一方、ｎ形の不純物（ドナー）としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、酸素（Ｏ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等の公知のｎ形不純物とすることができる。また、これらの不純物（アクセプター又はドナー）は、同時に２元素以上を添加してもよい。このようなＩＩＩ族窒化物の結晶は、上述と同様の方法で作製することができる。なお、上記した様々な形態は、適宜組み合わせることが可能であり、組み合わせることで、それぞれの効果を奏することが可能である。

照明及び自動車用ヘッドライトなどに用いる白色ＬＥＤ及び半導体レーザダイオードの結晶成長用種基板等として利用可能である。

３１ ＩＩＩ族窒化物結晶
３２ ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板
４１ ＩＩＩ族窒化物結晶
４２ ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板
５１ ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板
７０ ＳｃＡｌＭｇＯ_４基板
７１ シード層
７２ ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶基板
７３ ＩＩＩ族窒化物結晶
７４ ＳｃＡｌＭｇＯ_４単結晶残部

Claims (12)

1. 一般式ＲＡＭＯ_４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素からなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌからなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｄからなる群から選択される一つまたは複数の二価の元素を表す）からなるＲＡＭＯ_４単結晶基板を含み、
   前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板は、主面に複数の溝を備え、
   前記主面は、前記単結晶体のへき開面に対してオフ角θを有し、
   前記溝間に位置する凸部の頂面の幅をＷｘ、前記凸部の高さをＷｙとすると、
   ｔａｎθ ≦ Ｗｙ／Ｗｘ
   を満たす、ＲＡＭＯ_４基板。
2. 前記Ｗｘ、前記Ｗｙ、および前記θが、１μｍ≦Ｗｘ≦３６０μｍ、０．３６μｍ≦Ｗｙ≦１０００μｍ、０°＜θ≦２０°をそれぞれ満たす、請求項１に記載のＲＡＭＯ_４基板。
3. 前記Ｗｘ、前記Ｗｙ、および前記θが、１６．６μｍ≦Ｗｘ≦３０１．１μｍ、０．８８μｍ≦Ｗｙ≦２８．７μｍ、０°＜θ≦１１．１°をそれぞれ満たす、請求項１に記載のＲＡＭＯ_４基板。
4. 前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板の前記凸部の頂面上に、ＩＩＩ族窒化物種結晶層を更に備える、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＲＡＭＯ_４基板。
5. 前記一般式におけるＲがＳｃであり、ＡがＡｌであり、ＭがＭｇである、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＲＡＭＯ_４基板。
6. （ｉ）複数の溝を主面に備え、一般式ＲＡＭＯ_４で表される単結晶体（一般式において、Ｒは、Ｓｃ、Ｉｎ、Ｙ、およびランタノイド系元素からなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ａは、Ｆｅ（ＩＩＩ）、Ｇａ、およびＡｌからなる群から選択される一つまたは複数の三価の元素を表し、Ｍは、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｆｅ（ＩＩ）、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびＣｄからなる群から選択される一つまたは複数の二価の元素を表す）からなり、前記主面は、前記単結晶のへき開面に対してオフ角θを有し、前記溝間に位置する凸部の頂面の幅をＷｘ、前記凸部の高さをＷｙとすると、
   ｔａｎθ ≦ Ｗｙ／Ｗｘ
   を満たすＲＡＭＯ_４単結晶基板を含む、ＲＡＭＯ_４基板を準備する工程と、
   （ｉｉ）前記ＲＡＭＯ_４基板の前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板の前記凸部上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、
   （ｉｉｉ）前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板の前記凸部内で前記単結晶を劈開し、前記ＲＡＭＯ_４基板の少なくとも一部を含む部分、および前記ＩＩＩ族窒化物結晶を含む部分を分離する工程と、
   を含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
7. 前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板の前記複数の溝は、前記単結晶体にレーザーを照射することで形成される、請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
8. 前記レーザーの波長範囲は、３７０ｎｍ以下１９０ｎｍ以上である、請求項６または７に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
9. 前記Ｗｘ、前記Ｗｙ、および前記θが、１μｍ≦Ｗｘ≦３６０μｍ、０．３６μｍ≦Ｗｙ≦１０００μｍ、０°＜θ≦２０°をそれぞれ満たす、請求項５〜７のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
10. 前記Ｗｘ、前記Ｗｙ、および前記θが、１６．６μｍ≦Ｗｘ≦３０１．１μｍ、０．８８μｍ≦Ｗｙ≦２８．７μｍ、０°＜θ≦１１．１°をそれぞれ満たす、請求項６〜８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
11. 前記ＲＡＭＯ_４基板は、前記ＲＡＭＯ_４単結晶基板の前記凸部の頂面上にそれぞれ配されたＩＩＩ族窒化物種結晶層を更に備え、前記ＩＩＩ族窒化物種結晶上に、前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる、請求項６〜１０のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
12. 前記一般式におけるＲがＳｃであり、ＡがＡｌであり、ＭがＭｇである、請求項６〜１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。