JP5518270B1 - 複合基板および機能素子 - Google Patents

Abstract

窒化ガリウム単結晶からなる種結晶１の育成面１ａに錐状または切頭錐状の突起２が規則的に配列されている。種結晶の育成面１ａ上にフラックス法によって厚さ１００μｍ以下の窒化ガリウム結晶層４が直接形成されている。

Description

本発明は、窒化ガリウム結晶層を有する複合基板、およびこれを利用した機能素子に関するものである。

窒化ガリウム結晶は、優れた青色発光素子として注目を集めており、発光ダイオードにおいて実用化され、光ピックアップ用の青紫色半導体レーザー素子としても期待されている。

従来の気相法では、結晶成長に伴う転位の曲がりが困難であるため、種結晶表面へのＥＬＯやＰＳＳサファイアを用いた成長のように強制的な低転位化を施さないと低転位化が困難であった。しかし、Ｎａフラックス法では、種基板の転位を引き継ぐが、結晶成長に伴い、刃状転位が曲げられ、転位が集合して欠陥密度が低減されるため、強制的な低転位化を起こさずとも種基板より結晶品質が向上できる。

Ｎａフラックス法によって窒化ガリウム種結晶上に窒化ガリウム結晶層を育成する方法は、気相法とは異なり高い生産性を有するブレークスルー的な技術として、最近注目されている。

特許文献１（特開2003-124128）では、ＧａＮ種結晶膜の表面をエッチングしてピットを設け、ピットを埋めるように窒化ガリウム結晶を気相法によって再成長させている。

特許文献２（特開2005-281067）では、ＧａＮ種結晶膜の表面を、全面にわたって機械加工（スクラッチ）・ドライエッチング・ウェットエッチングで加工し、表面をランダムな凹凸にし、その上にフラックス法で窒化ガリウム結晶層を育成する。

特許文献３（特開2010-163288）では、サファイア基板の表面にストライプ状の凹部を形成し、凹部の間に突起を残す。そして、突起の上面にＧａＮの種結晶膜を形成し、凹部壁面には多結晶膜を生成させる。この上にＮａフラックス法によって厚膜の窒化ガリウム結晶層を育成し、得られた窒化ガリウム結晶層をサファイア基板から剥離させている。

特許文献４（特開2011-105586）では、種結晶膜にマイクロステップを設け、マイクロステップの段差によってフラックス法で育成された窒化ガリウム結晶層の欠陥の低減を図っている。

特許文献５（ＷＯ ２０１１−００４９０４ Ａ１）では、サファイア基板上にＧａＮからなるストライプ状の種結晶膜を多数配列し、隣接する種結晶膜間ではサファイア基板の表面を露出させている。そして、フラックス法で育成された窒化ガリウム結晶層をサファイア基板から自然剥離させると共に、クラックを抑制している。

特開2003-124128 特開2005-281067 特開2010-163288 特開2011-105586 ＷＯ ２０１１−００４９０４ Ａ１

現在、半導体発光素子のエネルギー効率を改善することが強く求められている。窒化ガリウム結晶を例えば発光素子に用いる場合、その転移密度を低減すると共に、転移密度の面内分布を抑制することが、発光時のエネルギー効率を改善する上で決定的に重要である。

本発明者は、窒化ガリウム種結晶上にフラックス法で窒化ガリウム結晶層をエピタキシャル成長させることを検討していた。特に、窒化ガリウム結晶層と支持基板との複合基板を製造することを検討していた。

しかし、平坦な窒化ガリウム種結晶上にフラックス法で窒化ガリウム結晶を育成すると、核発生点がランダムとなるため、転位密度の面内分布がバラつきやすく、面内全域で高品質な基板を作製することが困難であった。

このため、本発明者は、従来技術を種々検討したが、フラックス法で育成した窒化ガリウム結晶層の転移密度を低減すると共にその面内分布を抑制することが難しく、更に改善が求められる。また、得られた窒化ガリウム結晶層がサファイア基板から剥離する技術を利用すると支持基板なしで自立できるための十分な成長厚さを確保する必要があるため、生産性に課題があった。

本発明の課題は、窒化ガリウム種結晶上にフラックス法で窒化ガリウム結晶層を形成した複合基板において、窒化ガリウム結晶層の転移密度を低減し、転移密度の面内分布を抑制することである。

本発明は、窒化ガリウム単結晶からなる種結晶であって、この種結晶の育成面に錐状または切頭錐状の突起が規則的に配列されている種結晶、および
種結晶の育成面上にフラックス法によって直接形成された厚さ１１０μｍ以下の窒化ガリウム結晶層を備えており、前記育成面を平面的に見たときに、突起の高さが１０μｍ以下であり、前記突起が配列周期２〜７５μｍで周期的に配列されていることを特徴とする、複合基板に係るものである。

本発明者は、種結晶膜上にフラックス法で形成する窒化ガリウム結晶層の厚さを１１０μｍと薄膜化することで、窒化ガリウム結晶層の支持基板からの剥離を抑制することを想到した。窒化ガリウム結晶層を薄膜化し、転移を低減できることで、支持基板から剥離させることなく、支持基板と一体化した薄膜かつ低転移の窒化ガリウム結晶層が得られる。これに加えて、フラックス法で形成する窒化ガリウム結晶相の薄膜化によって、結晶育成時間を著しく短縮でき、生産性が著しく向上する。しかし、こうした薄膜では、貫通転移の面内分布が大きくなり易い。

このため、本発明者は、錐状または切頭錐状の突起を窒化ガリウム種結晶表面に規則的に配列し、その上に窒化ガリウム結晶層をフラックス法で直接エピタキシャル成長させることを想到した。これにより、結晶の成長部起点を決めることができるため、欠陥の会合・消滅を効率的に促進することができる。その為、その上に成長させるフラックス法窒化ガリウム結晶層（厚さ１１０μｍ以下の薄膜）の欠陥密度を低くし、更にその面内分布が抑制された複合基板を得ることに成功し、本発明に到達した。

本発明では、成長起点からのファセット成長が底部より早いため、底部からの転位と会合・消滅をしながら成長を続け、低欠陥のグレインを効率良く大きくできるものである。

図１（ａ）は、種結晶基板１を示す模式図であり、図１（ｂ）は、種結晶基板１上に窒化ガリウム結晶層２を設けた複合基板２０Ａを示す模式図であり、図１（ｃ）は、複合基板２０Ａ上に機能層５を設けた状態を示す模式図である。 図２（ａ）は、種結晶上の突起２のパターン例を示し、図２（ｂ）は、突起の形態を示す。 図３（ａ）は、支持基板１０および種結晶膜１１を示す模式図であり、図３（ｂ）は、種結晶膜１１上に窒化ガリウム結晶層４を設けた複合基板２１Ａを示す模式図であり、図３（ｃ）は、複合基板２１Ａ上に機能層５を設けた状態を示す模式図である。 図４（ａ）は、種結晶基板１Ａを示す模式図であり、図４（ｂ）は、種結晶基板１Ａ上に窒化ガリウム結晶層４を設けた複合基板２０Ｂを示す模式図であり、図４（ｃ）は、複合基板２０Ｂ上に機能層５を設けた状態を示す模式図である。 図５（ａ）は、種結晶上の突起２Ａのパターン例を示し、図５（ｂ）は、突起の形態を示す。 図６（ａ）は、複合基板２０Ａ上に半導体発光構造２４を設けた発光素子２２Ａを示す模式図であり、図６（ｂ）は、複合基板２１Ａ上に半導体発光構造２４を設けた発光素子２３Ａを示す模式図である。 図７（ａ）は、複合基板２０Ｂ上に半導体発光構造２４を設けた発光素子２２Ｂを示す模式図であり、図７（ｂ）は、複合基板２１Ｂ上に半導体発光構造２４を設けた発光素子２３Ｂを示す模式図である。

以下、適宜図面を参照しつつ、本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）に示すように、種結晶からなる支持基板１の表面１ａに、所定パターンの突起２を形成する。突起の間は平坦面３をなしている。

次いで、図１（ｂ）に示すように、種結晶基板１の育成面１ａに、フラックス法によって窒化ガリウム結晶層４をエピタキシャル成長させる。この際、窒化ガリウム結晶層４と種結晶１との間には他のバッファ層や中間層などを介在させない。また、窒化ガリウム結晶層４が種結晶基板１から自然剥離しないようにする。これによって、転位が抑制され、結晶性の良い複合基板２０Ａを得ることができる。

得られた複合基板２０Ａは、窒化ガリウム結晶層の転移が少なく、面内分布が抑制されていることから、その上に気相法によって機能層５を形成するためのテンプレートとして用いることができる（図１（ｃ）参照）。

（種結晶）
本発明では、種結晶は窒化ガリウム単結晶からなる。種結晶は、自立基板（支持基板）を形成していてよく、あるいは別の支持基板上に形成された種結晶膜であってよい。この種結晶膜は、一層であってよく、あるいは支持基板側にバッファ層を含んでいて良い。

種結晶膜の形成方法は気相成長法が好ましいが、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ： Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、ＭＢＥ法、昇華法を例示できる。有機金属化学気相成長法が特に好ましい。また、成長温度は、950〜1200℃が好ましい。

本願でいう単結晶の定義について述べておく。結晶の全体にわたって規則正しく原子が配列した教科書的な単結晶を含むが、それのみに限定する意味ではなく、一般工業的に流通している意味である。すなわち、結晶がある程度の欠陥を含んでいたり、歪みを内在していたり、不純物がとりこまれていたりしていてもよく、多結晶（セラミックス）と区別して、これらを単結晶と呼んで用いているのと同義である。

（支持基板）
支持基板は、その上に窒化ガリウム種結晶がエピタキシャル成長可能なものである。
具体的には、支持基板を構成する単結晶基板の材質は限定されないが、サファイア、ＡｌＮテンプレート、ＧａＮテンプレート、ＧａＮ自立基板、シリコン単結晶、ＳｉＣ単結晶、ＭｇＯ単結晶、スピネル（ＭｇＡｌ_２Ｏ_４）、ＬｉＡｌＯ_２、ＬｉＧａＯ_２、ＬａＡｌＯ_３，ＬａＧａＯ_３，ＮｄＧａＯ_３等のペロブスカイト型複合酸化物、ＳＣＡＭ（ＳｃＡｌＭｇＯ_４）を例示できる。また組成式〔Ａ_１−ｙ（Ｓｒ_１−ｘＢａ_ｘ）_ｙ〕〔（Ａｌ_１−ｚＧａ_ｚ）_１−ｕ・Ｄ_ｕ〕Ｏ_３（Ａは、希土類元素である；Ｄは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である；ｙ＝０．３〜０．９８；ｘ＝０〜１；ｚ＝０〜１；ｕ＝０．１５〜０．４９；ｘ＋ｚ＝０．１〜２）の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。

支持基板がウルツ鉱構造である場合には、ｃ面、ａ面、およびｍ面を有する。これらの各結晶面は結晶学的に定義されるものである。種結晶膜およびフラックス法によって育成される窒化ガリウム結晶層の育成方向は、ｃ面の法線方向であってよく、またa 面、ｍ面それぞれの法線方向であってもよい。

例えば、図３（ａ）に示すように、支持基板１０上に、窒化ガリウム単結晶からなる種結晶膜１１を形成する。種結晶膜１１の表面に、所定パターンの突起２を形成する。突起の間は平坦面３をなしている。種結晶膜内では転位が抑制され、結晶性の良い種結晶が得られる。

次いで、図３（ｂ）に示すように、種結晶膜１１の表面に、フラックス法によって窒化ガリウム結晶層４をエピタキシャル成長させる。この際、窒化ガリウム結晶層４と種結晶膜１１との間には他のバッファ層や中間層などを介在させない。また、窒化ガリウム結晶層４が支持基板１０から自然剥離しないようにする。これによって、複合基板２１Ａを得ることができる。

得られた複合基板２１Ａは、窒化ガリウム結晶層の転移が少なく、面内分布が抑制されていることから、その上に気相法によって機能層５を形成するためのテンプレートとして用いることができる（図３（ｃ）参照）。

（突起）
本発明では、種結晶の育成面に、錐状または切頭錐状の突起が規則的に配列されている。育成面とは、フラックス法で窒化ガリウム結晶がエピタキシャル成長する面を言う。また、突起が規則的に配列されているとは、育成面を平面的に見たときに、突起が少なくとも１方向に向かって一定周期で配列されていることである。

突起の形態は、錐状または切頭錐状であることが必要である。突起が柱状であると、ファセット成長が促進されず、その上に形成される窒化ガリウム結晶中の転移密度が高くなる。これは、錐状突起の側面（傾斜面）からのエピタキシャル成長によって貫通転移が減少するものと思われる。柱状突起では、側面が傾斜していないので、こうした作用が少ないものと考えられる。また、突起がストライプ状である場合は、ストライプ形状に沿った貫通転位の面内分布が生じやすい。

突起の形態は錐状または切頭錐状である。錐としては、円錐や、三角錐、四角錐、六角錐などの多角錐を例示できる。切頭錐としては、切頭円錐や、切頭三角錐、切頭四角錐、切頭六角錐などの切頭多角錐を例示できる。種結晶膜がウルツ鉱構造であるので、エピタキシャル成長の観点から、突起が六角錐状であることが最も好ましい。また、結晶成長により六角錐状と成りうる観点から、三角錐であってもよい。

なお、切頭錐の上面の法線と底面の法線とは、平行であって良いが、上面の法線が底面（種結晶膜の表面）の法線に対して傾斜していてもよい。上面の法線と底面の法線とが傾斜している場合には、この傾斜角度は、62°以下であることが好ましく、60°以下であることが更に好ましい。法線が傾斜している場合、切頭錐上面の面方位と底面の面方位が異なっていてもよい。

例えば、図２の例では、種結晶１の育成面１ａに多数の突起２が配列されており、突起２の間隙は平坦面３になっている。突起２は六角錐状である。突起２は、ｍ軸の法線方向であるａ軸方向（Ｚ方向）に向かって一定周期で配列されており、また、Ｚと交差するＸ方向に向かっても一定周期で配列されている。
ここで、ａ軸とは、六方晶単結晶の＜1 1 -2 0 ＞を示す。窒化ガリウムは六方晶系なので、a1、a2、a3は等価であり、［2 -1 -1 0 ］、［1 1 -2 0 ］、［-1 2 -1 0 ］、［-2 1 1 0 ］、［-1 -1 2 0 ］、［1 -2 1 0 ］の６つは等価である。この６つのうち、a 軸は慣例で［1 1 -2 0 ］を用いることが多く、本願でいうa 軸はこのすべての等価な軸のことを意味し、［1 1 -2 0 ］と表記する場合でも、前記等価な軸をすべて含む。

また、他の例では、図４、図５に示すように、種結晶１の育成面１ａに多数の突起２Ａが配列されており、突起２Ａの間隙は平坦面３になっている。突起２Ａは切頭六角錐状である。突起２Ａは、ａ軸方向（Ｚ方向）に向かって一定周期で配列されており、また、Ｚと交差するＸ方向に向かっても一定周期で配列されている。

図４（ａ）に示すように、種結晶からなる支持基板１Ａの表面１ａに、所定パターンの突起２Ａを形成する。突起の間は平坦面３をなしている。次いで、図４（ｂ）に示すように、種結晶基板１Ａの表面１ａに、フラックス法によって窒化ガリウム結晶層４をエピタキシャル成長させる。この際、窒化ガリウム結晶層４と種結晶１Ａとの間には他のバッファ層や中間層などを介在させない。また、窒化ガリウム結晶層４が種結晶基板１Ａから自然剥離しないようにする。これによって、複合基板２０Ｂを得ることができる。

得られた複合基板２０Ｂは、窒化ガリウム結晶層の転移が少なく、面内分布が抑制されていることから、その上に気相法によって機能層５を形成するためのテンプレートとして用いることができる（図４（ｃ）参照）。

突起が六角錐状または切頭六角錐状である場合には、好ましくは、Ｘ軸とＺ軸（ａ軸）とが25〜75°の角度αをなしている（図２（ａ）、図５（ａ）参照）。αは、30°以上であることが更に好ましい。また、好ましくは、六個の突起が、一つの突起を包囲する六角格子をなしている。特に好ましくは、隣接する突起は、互いの六角形頂点が向かい合う（ｍ軸平行）。

突起の平坦面３からの高さｈは、フラックス法で育成される窒化ガリウム結晶層の転移およびその面内分布を抑制するという観点からは、0.2μｍ以上が好ましく、0.5μｍ以上が更に好ましい。また、同様の観点から、10μｍ以下とするが、5μｍ以下が更に好ましい。

また、突起の配列周期Ｗは、フラックス法で育成される窒化ガリウム結晶層の転移およびその面内分布を抑制するという観点からは、2μｍ以上とするが、5μｍ以上が更に好ましい。また、同様の観点から、75μｍ以下とするが、50μｍ以下が更に好ましい。

突起の平坦面からの立ち上がりの傾斜角度θは、本発明の観点からは、30〜70°が好ましく、35〜62°が更に好ましい。

突起が切頭錐状である場合には、突起の上側に平坦面１９が形成されている（図５参照）。本発明の観点からは、突起の上側平坦面１９の面積の、突起の底面積に対する比率は、15〜95％が好ましく、30〜80％が更に好ましい。

なお、前述したように、切頭錐の上面の法線と底面の法線とは、平行であって良いが、上面の法線が底面の法線に対して傾斜していてもよい。

また、突起が錐状である場合には、突起の上端は、幾何学的な意味で厳密に尖っている必要はなく、加工精度による丸みを帯びていて良く、また錐状突起の先端にＲ加工、Ｃ加工、面取り加工が施されていて良い。

好ましくは、突起が、少なくとも２方向に向かって配列されている。ここで、２方向は交差していればよく、直交している必要はない。ただし、２方向の交差角度は、４５〜７５°が好ましく、５５〜６５°が更に好ましい。
突起が少なくとも２方向に向かって配列されている場合、それぞれの方向において、突起の周期（ピッチ）は、一定であることが好ましい。

これらの好ましい突起条件から、突起ではない平面の面積がウェハの80〜99.99％であることが好ましい。

（窒化ガリウム結晶層）
本発明の複合基板は、種結晶の育成面上にフラックス法によって直接形成された厚さ１１０μｍ以下の窒化ガリウム結晶層を備えている。

窒化ガリウム結晶層は、１１０μｍ以下の薄膜とする。これによって、窒化ガリウム結晶層の基板からの剥離を抑制できる。ただし、窒化ガリウム結晶層が薄くなったことによって、窒化ガリウム結晶層を貫通する転移が増加する傾向にあるので、本発明が特に有効となる。

窒化ガリウム結晶層４の厚さは、欠陥密度に対する結晶品質という観点から、3μｍ以上が好ましく、5μｍ以上が更に好ましい。

本工程においては、窒化ガリウム結晶層をフラックス法によって育成する。この際、フラックスの種類は、窒化ガリウム結晶を生成可能である限り、特に限定されない。好適な実施形態においては、アルカリ金属とアルカリ土類金属の少なくとも一方を含むフラックスを使用し、ナトリウム金属を含むフラックスが特に好ましい。

フラックスには、ガリウム原料物質を混合し、使用する。ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。

フラックス法における窒化ガリウム結晶の育成温度や育成時の保持時間は特に限定されず、フラックスの組成に応じて適宜変更する。一例では、ナトリウムまたはリチウム含有フラックスを用いて窒化ガリウム結晶を育成する場合には、育成温度を８００〜９５０℃とすることが好ましく、８００〜９００℃とすることが更に好ましい。

フラックス法では、窒素原子を含む気体を含む雰囲気下で単結晶を育成する。このガスは窒素ガスが好ましいが、アンモニアでもよい。雰囲気の全圧は特に限定されないが、フラックスの蒸発を防止する観点からは、１０気圧以上が好ましく、３０気圧以上が更に好ましい。ただし、圧力が高いと装置が大がかりとなるので、雰囲気の全圧は、２０００気圧以下が好ましく、５００気圧以下が更に好ましい。雰囲気中の窒素原子を含む気体以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。

（機能層）
こうして得られた複合基板上に機能層を気相法で形成する。
こうした機能層は、単一層であってよく、複数層であってよい。また、機能としては、高演色性の白色ＬＥＤや拘束高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータ用のパワーデバイスなどに用いることができる。

例えば、図１（ｃ）、図３（ｃ）、図４（ｃ）では、複合基板上に機能層５を形成する。ここで、機能層は複数層形成することができる。

例えば、発光素子は、ｎ型半導体層、このｎ型半導体層上に設けられた発光領域およびこの発光領域上に設けられたｐ型半導体層を備えている。これによって、転位密度の少ない発光層が得られることから、発光素子の内部量子効率が向上する。

図６（ａ）の発光素子２２Ａでは、窒化ガリウム結晶層４上に、ｎ型コンタクト層５、ｎ型クラッド層６、活性層７、ｐ型クラッド層８、ｐ型コンタクト層９が形成されており、発光素子構造２４を構成する。図６（ｂ）の発光素子２３Ａでは、複合基板２１Ａの窒化ガリウム結晶層４上に、発光素子構造２４を構成する。図７（ａ）の発光素子２２Ｂでは、複合基板２０Ｂの窒化ガリウム結晶層４上に、発光素子構造２４を構成する。図７（ｂ）の発光素子２３Ｂでは、複合基板２１Ｂの窒化ガリウム結晶層４上に、発光素子構造２４を構成する。

複合基板上に気相法、好ましくは有機金属気相成長（MOCVD）法により半導体発光ダイオード（LED）を作製すると、LED内部の転位密度がＧａＮテンプレートと同等となる。

機能層の成膜温度は、機能層の品質の観点から、700℃以上が好ましく、750℃以上が更に好ましい。また、窒化ガリウム結晶のクラックやひび割れを抑制するという観点からは、機能層の成膜温度は、1200℃以下が好ましく、1100℃以下が更に好ましい。

機能層の材質は、１３族元素窒化物が好ましい。１３族元素とは、IUPACが策定した周期律表による第13族元素のことである。１３族元素は、具体的にはガリウム、アルミニウム、インジウム、タリウム等である。また、添加剤としては、炭素や、低融点金属（錫、ビスマス、銀、金）、高融点金属（鉄、マンガン、チタン、クロムなどの遷移金属）が挙げられる。低融点金属は、ナトリウムの酸化防止を目的として添加する場合があり、高融点金属は、坩堝を入れる容器や育成炉のヒーターなどから混入する場合がある。

（用途）
本発明は、高品質であることが要求される技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。

（実施例１）
図１、図２に示すようにして複合基板２０Ａを製造した。
具体的には、ＣＬによる転位密度の面内分布が、外周１ｃｍを除いて平均２×１０^８／ｃｍ^２である、窒化ガリウム種結晶からなる自立基板１を用意した。種結晶基板１に対して、フォトリソグラフィによりパターン化されたＳｉＯ_２マスクを施し、ＲＩＥによりGa面上に六角錐形状の突起２を形成した。突起２の高さは1μｍであり、幅2μｍである。この突起２を、a軸方向と平行に５０μｍ周期で並んだ六角形状配置とした。また、ａ軸（Ｚ方向）とＸ方向との角度は60°である。

突起２を設けた種結晶基板１を用いてフラックス法によって窒化ガリウム結晶層４を形成した。Na、Gaを坩堝に入れて、８５０℃、４．０ＭＰａ（窒素雰囲気）で２０時間保持し、結晶層４を育成した。Ｎａ：Ｇａ＝４０ｇ：３０ｇである。反応後、室温まで冷却し、フラックスをエタノールにて化学反応除去させ、成長厚さ９０μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、CLにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均７〜９×１０^５／ｃｍ^２であった。

（実施例２）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２の周期をa軸方向に１０μｍ周期とした。この結果、成長厚さ９０μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、CLにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均３〜４×１０^５／ｃｍ^２であった。

（実施例３）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２の周期をa軸方向に３０μｍ周期とした。この結果、成長厚さ８５μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、CLにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均７〜９×１０^５／ｃｍ^２であった。

（実施例４）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２を高さ３μｍ、幅８μｍとした。この結果、成長厚さ９５μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、CLにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均６〜８×１０^５／ｃｍ^２であった。

（実施例５）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２を切頭六角錐にした。切頭六角錐は、高さ１μｍ、頭幅１．５μｍ、底幅３．０μｍとし、周期をa軸方向に５０μｍ周期とした。この結果、成長厚さ８０μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、CLにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均８〜９×１０^５／ｃｍ^２であった。

（比較例１）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に突起２を形成せず、基板の育成面を平坦とした。この結果、成長厚さ９２μｍの無色透明結晶４を得た。結晶表面にはボイドは発生していなかった。研磨を施し、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均２×１０^５〜５×１０^７／ｃｍ^２であった。

（比較例２）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１の表面に突起２を形成せず、その代わりに、 窒化ガリウム結晶の自立基板を、２５０℃に加熱した燐酸と硫酸の混合液に約２時間浸してウェットエッチングすることで、育成面にランダムな凹凸を形成した。

この結果、インクルージョンを含みつつも、成長厚さ７８μｍの無色透明結晶４を得た。成長部が残るように表面を研磨したところ、ウェットエッチングにより幅３００ミクロン以上のように特に大きく開いたピット箇所上部が他部よりも大きく凹んでいるために埋まらないところが発生した。ＣＬにて成長部の転位密度の面内分布を測定したところ、平均７×１０^６〜９×１０^６／ｃｍ^２であった。

（比較例３）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１の表面に突起２を形成しなかった。その代わりに、窒化ガリウム結晶の自立基板を、フォトリソグラフィによりＳｉＯ_２マスクパターンを非成長部500ミクロンにした周期700ミクロンの溝状ストライプを形成した。

この結果、成長厚さ９２μｍの無色透明結晶４を得た。しかし、ストライプ方向の種部上から横方向に結晶成長してオーバーグロースが起きかけているものの、溝部を埋めることが出来ていなかった。研磨を施し、成長部に対してＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均６×１０^６〜８×１０^６／ｃｍ^２であった。

（実施例６）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２を高さ７μｍ、幅１８μｍとし、周期をa軸方向に５０μｍ周期とした。この結果、成長厚さ１１０μｍの無色透明結晶４を得た。結晶内部に細かいインクルージョンを含んでいるものの、研磨を施したところ、平均９×１０^５〜１×１０^６／ｃｍ^２であった。

（実施例７）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２の周期をa軸方向に２００μｍ周期とした。この結果、成長厚さ９０μｍの無色透明結晶４を得た。研磨を施し、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均５×１０^５〜２×１０^６／ｃｍ^２であった。

（実施例８）
実施例１と同様にして複合基板を製造した。ただし、種結晶基板１に形成する突起２を切頭六角錐にした。切頭六角錐は、高さ１μｍ、頭幅２７μｍ、底幅２９μｍとし、周期をa軸方向に５０μｍ周期とした。この結果、成長厚さ８０μｍの無色透明結晶４を得た。研磨を施し、ＣＬにて転位密度の面内分布を測定したところ、平均８×１０^５〜２×１０^６／ｃｍ^２であった。

Claims (10)

1. 窒化ガリウム単結晶からなる種結晶であって、この種結晶の育成面に錐状または切頭錐状の突起が規則的に配列されている種結晶、および
   前記種結晶の前記育成面上にフラックス法によって直接形成された厚さ１１０μｍ以下の窒化ガリウム結晶層を備えており、前記突起の高さが１０μｍ以下であり、前記突起が配列周期２〜７５μｍで周期的に配列されていることを特徴とする、複合基板。
2. 前記育成面を平面的に見たときに、前記突起が少なくとも前記種結晶のm軸の法線方向に向かって一定周期で配列されていることを特徴とする、請求項１記載の複合基板。
3. 前記突起が六角錐状または切頭六角錐状であることを特徴とする、請求項１または２記載の複合基板。
4. 前記育成面を平面的に見たときに、前記突起が少なくとも二方向に向かって規則的に配列されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
5. 前記種結晶が支持基板であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
6. 更に支持基板を備えており、前記種結晶が前記支持基板上に設けられた種結晶膜であることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
7. 前記突起が切頭錐状であり、この突起の上部平坦面の面積の、前記突起の底面積に対する比率が、１５％〜９５％であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
8. 前記窒化ガリウム結晶層の厚さが１００μｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一つの請求項に記載の複合基板。
9. 請求項１〜８のいずれか一つの請求項に記載の複合基板、および前記窒化ガリウム結晶層上に気相法によって形成された１３族元素窒化物からなる機能層を有することを特徴とする、機能素子。
10. 前記機能層が発光素子を構成することを特徴とする、請求項９記載の機能素子。
    

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