JP6177588B2 - 金属酸化物半導体基板の作製方法及び発光デバイスの作製方法 - Google Patents

Description

発光デバイス、及び発光デバイスの作製方法に関する。

窒化ガリウムを用いた発光ダイオード（ＬＥＤ：Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）の開発が進んでおり、照明デバイス等に広く実用化が進められている。

発光効率や耐久寿命などの発光デバイスの特性には、発光層の結晶品質が大きく影響する。発光デバイスを構成する基板として、安価なサファイア基板などが多く使用されているが、発光層の結晶品質は発光層の形成される基板によって左右されるため、該結晶品質の良好な発光層が得られるような発光デバイス用基板として窒化ガリウム単結晶基板が研究されている（例えば、特許文献１参照）。

また、単結晶酸化ガリウムからなる主面を有する酸化ガリウム基板を用いた窒化ガリウム系の発光ダイオードについても研究開発が進められている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００４−１１９４２３号公報 特開２０１０−１８３０２６号公報

発光デバイスを作製するための基板として用いられる窒化ガリウム基板や酸化ガリウム基板は、エピタキシャル成長させた結晶表面を形成するために、単結晶膜を成長させるプロセスが必要であった。

本発明はこのような状況に鑑みなされたものであり、生産性に優れた新規の発光デバイスを提供することを課題の一とする。

本発明の一形態は、発光デバイスの支持基板としてｃ軸配向した結晶領域を含む金属酸化物半導体（ＣＡＡＣ−ＯＳ（Ｃ Ａｘｉｓ Ａｌｉｇｎｅｄ Ｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ））基板を用いる。ｃ軸配向した結晶領域は、ｃ軸が金属酸化物半導体の支持基板の表面に対して略垂直に配向したものである。本明細書においては、ｃ軸が表面に概略垂直である結晶部を含む酸化物半導体基板をＣＡＡＣ−ＯＳ基板という。なお、本明細書においては、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板とは、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜（層）も含む。

例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳとして、ガリウムを含むＣＡＡＣ−ＯＳ、インジウム及びガリウムを含むＣＡＡＣ−ＯＳ、又はインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含むＣＡＡＣ−ＯＳ等を用いることができる。

発光デバイスにおいて基板は、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板単層でもよいし、サファイア基板、又はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板などの基底基板上に薄膜のＣＡＡＣ−ＯＳ基板が積層された構造でもよい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ基板は作製時に、７００℃〜１５００℃程度の高温における加熱処理を行う。該加熱処理は、窒素雰囲気下、又は窒素及びアンモニア雰囲気下で行うことができる。また、窒素雰囲気下、及び酸素雰囲気下両方において加熱処理を行ってもよい。

従って、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板は、比較的簡便な作製工程で形成することが可能であり、かつ良好な結晶品質を有する。

発光ダイオード（ＬＥＤ）層には１３族−１５族化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）を用いることができる。ＬＥＤ層は、発光層を挟持する一対のクラッド層を含み、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板との間にバッファ層を有することが好ましい。また、ＬＥＤ層は、第１の電極層及び第２の電極層によって間に挟持される。バッファ層は、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板及び発光ダイオード層（クラッド層）において格子定数が異なる場合、格子不整合を緩和させる機能を有する膜である。バッファ層はＬＥＤ層と同種の１３族−１５族化合物半導体を用いることができる。

本明細書で開示する発明の構成の一形態は、金属酸化物半導体基板上に発光ダイオード層が設けられ、金属酸化物半導体基板はｃ軸が金属酸化物半導体基板の表面に概略垂直である結晶部を含む発光デバイスである。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、上記構成において、金属酸化物半導体基板と発光ダイオード層との間にバッファ層を有する発光デバイスである。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、上記構成において、金属酸化物半導体基板は、基底基板上に設けられている発光デバイスである。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、上記構成において、発光ダイオード層は、順に積層する第１のクラッド層、発光層、及び第２のクラッド層を含み、第１のクラッド層、発光層、及び第２のクラッド層は１３族−１５族化合物半導体である発光デバイスである。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、上記構成において、発光ダイオード層は、金属酸化物半導体基板側から、順に積層する第１のクラッド層、発光層、及び第２のクラッド層を含み、第１のクラッド層は、ｎ型１３族−１５族化合物半導体、発光層は１３族−１５族化合物半導体、第２のクラッド層はｐ型１３族−１５族化合物半導体である発光デバイスである。

本明細書で開示する発明の構成の他の一形態は、上記発光デバイスを用いる電子機器を提供するものである。

ＬＥＤ層が設けられるＣＡＡＣ−ＯＳ基板は、比較的簡便な作製工程で形成することが可能であり、かつ良好な結晶品質を有する。

従って、生産性に優れた新規発光デバイスの提供することができる。

発光デバイスの一形態を説明する図。 発光デバイスの一形態を説明する図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの作製方法の一例を示すフロー図。 ＣＡＡＣ−ＯＳの作製方法の一例を示す断面図。

実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。但し、以下の説明に限定されず、趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。従って、以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。

なお、第１、第２、又は第３として付される序数詞は便宜上用いるものであり、工程順又は積層順を示すものではない。また、本明細書において発明を特定するための事項として固有の名称を示すものではない。

（実施の形態１）
本発明の一に係る発光デバイスについて、図１及び図２を用いて説明する。

図１は、発光デバイスの基板１０であるＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００上に、バッファ層１０２を介して、第１クラッド層１０４、発光層１０６、及び第２クラッド層１０８が順に積層されるＬＥＤ層２０が設けられた発光デバイスである。

また、図２は、発光デバイスの基板１０である基底基板１１０及びＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００上に、バッファ層１０２を介して、第１クラッド層１０４、発光層１０６、及び第２クラッド層１０８が順に積層されるＬＥＤ層２０が設けられ、基底基板１１０上に第１の電極層１２０、第２クラッド層１０８上に第２の電極層１２１が設けられた発光デバイスである。

基板は、図１のようにＣＡＡＣ−ＯＳ基板単層でもよいし、図２のように、サファイア基板、又はイットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）基板などの基底基板１１０上にＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００が積層された構造でもよい。

ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００として、ガリウムを含むＣＡＡＣ−ＯＳ、インジウム及びガリウムを含むＣＡＡＣ−ＯＳ、又はインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含むＣＡＡＣ−ＯＳ等を用いることができる。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００は、作製時に、７００℃〜１５００℃程度の高温における加熱処理を行う。該加熱処理により、インジウムや亜鉛などが基板外部へ蒸発（放出）してしまう場合があり、結果、形成されるＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００は、ガリウムと比較して、インジウム、亜鉛の含有量が微量である場合がある。

ＬＥＤ層２０に含まれる層には１３族−１５族化合物半導体を用いることができる。

バッファ層１０２は、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００及びＬＥＤ層２０（第１クラッド層１０４）において格子定数が異なる場合、格子不整合を緩和させる機能を有する膜である。バッファ層１０２はＬＥＤ層２０と同種の１３族−１５族化合物半導体を用いることができる。

１３族−１５族化合物半導体（ＩＩＩ−Ｖ族化合物半導体）は１３族元素と１５族元素を組み合わせた半導体である。１３族元素としてはアルミニウム、ガリウム、インジウムなど、１５族元素としては窒素、リン、ヒ素、アンチモンなどを用いることができる。また、ボロン、タリウム、ビスマスもその１３族−１５族化合物半導体を構成する元素として用いることができる。また、窒素を用いた窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム等は窒化物半導体ともいう。

本実施の形態では、１３族−１５族化合物半導体として窒化ガリウムを用いる。バッファ層１０２として窒化ガリウム膜、第１クラッド層１０４としてｎ型窒化ガリウム膜、発光層１０６として窒化ガリウム膜、第２クラッド層としてｐ型窒化ガリウム膜をそれぞれ用いる。

例えば、バッファ層１０２として窒化ガリウム膜、第１クラッド層１０４としてｎ型窒化ガリウム膜（シリコンを添加した窒化ガリウム膜）、発光層１０６とし窒化インジウムガリウム膜、第２クラッド層としてｐ型窒化ガリウム膜（マグネシウムを添加した窒化ガリウム膜）をそれぞれ用いることができる。また、第２クラッド層としてマグネシウムを添加した窒化アルミニウムガリウム膜を用いてもよい。

１３族−１５族化合物半導体膜は、有機金属化学的気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、ハイドライド（ｈｙｄｒｉｄｅ）気相成長（ＶＰＥ）法や分子線エピタキシャル（ＭＢＥ）法等の気相成長手段を用いて形成することができる。

また、図２においては、第１の電極層１２０は陰極、第２の電極層１２１は陽極として機能する。第１の電極層１２０、第２の電極層１２１としては、酸化物導電膜や金属膜を用いることができる。例えば、インジウム錫酸化物、酸化インジウムに酸化亜鉛を混合した導電材料、酸化インジウムに酸化シリコンを混合した導電材料、有機インジウム、有機スズ、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、グラフェン、又はタングステン、モリブデン、ジルコニウム、ハフニウム、バナジウム、ニオブ、タンタル、クロム、コバルト、ニッケル、チタン、白金、アルミニウム、銅、銀等の金属、又はその合金、若しくはその金属窒化物から一つ、又は複数種を用いて形成することができる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００に用いることのできるＣＡＡＣ−ＯＳは、複数の結晶部を有し、その結晶粒界が不明確である。なお、ＣＡＡＣ−ＯＳ中の当該結晶部は、一辺が１００ｎｍ未満の立方体内に収まる大きさであることが多い。また、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像では、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部と結晶部との境界は明確ではない。また、ＴＥＭによってＣＡＡＣ−ＯＳには粒界（グレインバウンダリーともいう。）は確認できない。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、粒界に起因する電子移動度の低下が抑制される。

ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、複数の結晶部を有し、当該複数の結晶部においてｃ軸が被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃っている場合がある。そのため、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、Ｘ線回折（ＸＲＤ：Ｘ−Ｒａｙ Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ）装置を用い、ｏｕｔ−ｏｆ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、２θが３１°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３１°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶であれば、（００９）面に配向していることを示す。また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、２θが３６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが３６°近傍のピークは、Ｇａ_２ＺｎＯ_４の結晶であれば、（２２２）面に配向していることを示す。ＣＡＡＣ−ＯＳは、好ましくは、２θが３１°近傍にピークが現れ、２θが３６°近傍にピークが現れない。

また、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが揃っていない場合がある。例えば、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶を有するＣＡＡＣ−ＯＳであれば、ＸＲＤ装置を用い、ｃ軸に垂直な方向からＸ線を入射させるｉｎ−ｐｌａｎｅ法による分析を行うと、２θが５６°近傍のピークが現れる場合がある。２θが５６°近傍のピークは、ＩｎＧａＺｎＯ_４の結晶の（１１０）面からの回折ピークである。ここで、２θを５６°近傍で固定し、表面の法線ベクトルを軸（φ軸）として試料を回転させて分析（φスキャン）を行うと、ａ軸およびｂ軸の向きが揃っている単結晶酸化物半導体の場合は６つの対称性のピークが現れるが、ＣＡＡＣ−ＯＳの場合は明瞭なピークが現れない。

このように、ＣＡＡＣ−ＯＳは、例えば、ｃ軸配向し、ａ軸または／およびｂ軸はマクロに揃っていない場合がある。

ＣＡＡＣ−ＯＳ含まれる結晶部は、ｃ軸がＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃い、かつａ−ｂ面に垂直な方向から見て三角形状または六角形状の原子配列を有し、ｃ軸に垂直な方向から見て金属原子が層状または金属原子と酸素原子とが層状に配列している。なお、異なる結晶部間で、それぞれａ軸およびｂ軸の向きが異なっていてもよい。本明細書において、単に垂直と記載する場合、８５°以上９５°以下の範囲も含まれることとする。また、単に平行と記載する場合、−５°以上５°以下の範囲も含まれることとする。

ＣＡＡＣ−ＯＳには複数の結晶部が含まれるが、ＣＡＡＣ−ＯＳに含まれる結晶部のｃ軸は、それぞれＣＡＡＣ−ＯＳの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向に揃うため、ＣＡＡＣ−ＯＳの形状（被形成面の断面形状または表面の断面形状）によっては、結晶部のｃ軸は互いに異なる方向を向くことがある。なお、結晶部のｃ軸の方向は、ＣＡＡＣ−ＯＳが形成されたときの被形成面の法線ベクトルまたは表面の法線ベクトルに平行な方向となる。結晶部は、成膜することにより、または成膜後に熱処理などの結晶化処理を行うことにより形成される。

なお、ＣＡＡＣ−ＯＳにおいて、結晶部の分布が一様でなくてもよい。例えば、ＣＡＡＣ−ＯＳの形成過程において、酸化物半導体膜の表面側から結晶成長させる場合、被形成面の近傍に対し表面の近傍では結晶部の占める割合が高くなることがある。

ＣＡＡＣ−ＯＳに用いる酸化物半導体としては、酸化ガリウム、Ｉｎ−Ｇａ系酸化物、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物（ＩＧＺＯとも表記する）などを用いることができる。

なお、ここで、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物とは、ＩｎとＧａとＺｎを主成分として有する酸化物という意味であり、ＩｎとＧａとＺｎの比率は問わない。また、ＩｎとＧａとＺｎ以外の金属元素が入っていてもよい。

例えば、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝１：１：１（＝１／３：１／３：１／３）、Ｉｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝２：２：１（＝２／５：２／５：１／５）、あるいはＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝３：１：２（＝１／２：１／６：１／３）の原子数比のＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ系酸化物やその組成の近傍の酸化物を用いることができる。

なお、例えば、Ｉｎ、Ｇａ、Ｚｎの原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝ａ：ｂ：ｃ（ａ＋ｂ＋ｃ＝１）である酸化物の組成が、原子数比がＩｎ：Ｇａ：Ｚｎ＝Ａ：Ｂ：Ｃ（Ａ＋Ｂ＋Ｃ＝１）の酸化物の組成の近傍であるとは、ａ、ｂ、ｃが、（ａ−Ａ）^２＋（ｂ−Ｂ）^２＋（ｃ−Ｃ）^２≦ｒ^２を満たすことをいい、ｒは、例えば、０．０５とすればよい。他の酸化物でも同様である。

なお、酸化物半導体を構成する酸素の一部は窒素で置換されてもよい。

本明細書で開示する発明に係るＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００は、スパッタリング法、ＭＢＥ（Ｍｏｌｅｃｕｌａｒ Ｂｅａｍ Ｅｐｉｔａｘｙ）法、ＣＶＤ法、パルスレーザ堆積法、ＡＬＤ（Ａｔｏｍｉｃ Ｌａｙｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等を用いて形成することができる。また、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００は、スパッタリングターゲット表面に対し、概略垂直に複数の基板表面がセットされた状態で成膜を行うスパッタ装置を用いて形成してもよい。また、作製方法として、成膜時に加熱しながら表面に概略垂直にｃ軸配向した結晶部を形成する方法や、成膜後に熱処理などの結晶化処理を行うことにより表面に概略垂直にｃ軸配向した結晶部を形成する方法、ＣＡＡＣ−ＯＳ膜上に成膜することにより表面に概略垂直にｃ軸配向した結晶部を有するＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００を形成する方法などを用いることができる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００はＣＡＡＣ−ＯＳ膜を成膜し、その後７００℃〜１５００℃程度の高温における加熱処理を行うことによって形成することもできる。該加熱処理は、窒素雰囲気下、又は窒素及びアンモニア雰囲気下で行うことができる。また、窒素雰囲気下、及び酸素雰囲気下両方において加熱処理を行ってもよい。

なお、加熱処理装置は電気炉、抵抗発熱体などの発熱体からの熱伝導または熱輻射によって、被処理物を加熱する装置を用いることができる。例えば、ＧＲＴＡ（Ｇａｓ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置、ＬＲＴＡ（Ｌａｍｐ Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置等のＲＴＡ（Ｒａｐｉｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ａｎｎｅａｌ）装置を用いることができる。ＬＲＴＡ装置は、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンアークランプ、カーボンアークランプ、高圧ナトリウムランプ、高圧水銀ランプなどのランプから発する光（電磁波）の輻射により、被処理物を加熱する装置である。ＧＲＴＡ装置は、高温のガスを用いて加熱処理を行う装置である。高温のガスには、アルゴンなどの希ガス、または窒素のような、加熱処理によって被処理物と反応しない不活性気体が用いられる。

例えば、加熱処理として、高温に加熱した不活性ガス中に基板を入れ、数分間加熱した後、基板を不活性ガス中から出すＧＲＴＡを行ってもよい。

以上のように、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００は、比較的簡便な作製工程で形成することが可能であり、かつ良好な結晶品質を有する。

従って、生産性に優れた新規発光デバイスの提供することができる。

（実施の形態２）
本実施の形態では、実施の形態１に示すＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００の作製方法の例について説明する。

以下に、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板の作製方法について図３および図４を用いて説明する。

まずは、粉末を秤量する（図３、工程Ｓ１０１）。

ここでは、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板の原料として、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末を用意する。なお、Ｘ、ＹおよびＺは任意の正数であり、例えばＸは１．５、Ｙは１．５、Ｚは１とすればよい。もちろん、上記の原料は一例であり、所望の化合物を得るために原料を適宜選択すればよい。本実施の形態では三種の原料を用いた例を示すが、これに限定されない。例えば、本実施の形態を四種以上の原料を用いた場合に適用しても構わないし、一種または二種の原料を用いた場合に適用しても構わない。

次に、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末を所定のｍｏｌ数比で混合する。

所定のｍｏｌ数比としては、例えば、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末が、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３、１：１：２、３：１：４または３：１：２のｍｏｌ数比とする。このようなｍｏｌ数比を有する混合材料を用いることで、ＣＡＡＣ−ＯＳを得やすくなる。なお、ＧａＯ_Ｙ粉末に代えて、ＭＯ_Ｙ粉末（ＭはＡｌ、Ｔｉ、Ｙ、Ｚｒ、Ｌａ、Ｃｅ、ＮｄまたはＨｆ）を用いた場合も、ＩｎＯ_Ｘ粉末、ＭＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末は、２：２：１、８：４：３、３：１：１、１：１：１、４：２：３、１：１：２、３：１：４または３：１：２のｍｏｌ数比とすればよい。ただし、ＺｎＯ_Ｚ粉末は焼成時に揮発しやすいため、あらかじめ所定のｍｏｌ数比よりも多い割合で混合しても構わない。

所定のｍｏｌ数比で混合したＩｎＯ_Ｘ粉末、ＧａＯ_Ｙ粉末およびＺｎＯ_Ｚ粉末に対し第１の焼成を行うことでＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物を得る（図３、工程Ｓ１０２）。

次に、前述の化合物を粉砕することでＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物粉末を得る（図３、工程Ｓ１０３）。

Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物粉末は、ｃ軸に垂直な方向から見て層状の結晶構造を多く含む。そのため、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物粉末は、ａ−ｂ面に平行な表面を有する平板状の結晶粒を多く含む。

第１の焼成は、不活性雰囲気、酸化性雰囲気または減圧雰囲気で行い、温度は４００℃以上１７００℃以下、好ましくは９００℃以上１５００℃以下とする。第１の焼成の時間は、例えば３分以上２４時間以下、好ましくは３０分以上１７時間以下、さらに好ましくは３０分以上５時間以下で行えばよい。第１の焼成を前述の条件で行うことで、主たる反応以外の余分な反応を抑制でき、化合物粉末５１ａ中に含まれる不純物濃度が少なくなり、後にＣＡＡＣ−ＯＳを得やすくなる。

また、第１の焼成は、温度または／および雰囲気を変えて、複数回行ってもよい。例えば、第１の雰囲気にて第１の温度で混合材料を保持した後、第２の雰囲気にて第２の温度で保持しても構わない。

該焼成は、窒素雰囲気下、又は窒素及びアンモニア雰囲気下で行うことができる。また、窒素雰囲気下、及び酸素雰囲気下両方において焼成を行ってもよい。

次に、図４（Ａ）に示すように、上述したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物粉末である化合物粉末５１ａを型５０に入れて成形する（図３、工程Ｓ１０４）。なお、成形とは、型に均一に敷き詰めることをいう。例えば、型に化合物粉末を入れ、外部から振動を与えることで成形すればよい。または、型に化合物粉末を入れ、ローラーなどを用いて均一な厚さに成形すればよい。

平板状の結晶粒を多く含む化合物粉末５１ａを型５０に敷き詰めて成形することで、結晶粒のａ−ｂ面と平行な表面が上または下を向いて並べられる。したがって、得られた化合物粉末を敷き詰めて成形することで、さらにｃ軸に垂直な方向から見て層状の結晶構造の割合を増加させることができる。

型５０は、金属製または酸化物製の部材を用いればよく、矩形または円形の上面形状を有する。

次に、化合物粉末５１ａに対し第２の焼成を行う（図３、工程Ｓ１０５）。その後、第２の焼成が行われた化合物粉末５１ａに対し第１の加圧処理を行い（図３、工程Ｓ１０６）、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａを得る（図４（Ｂ）参照。）。第２の焼成は第１の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。第２の焼成を行うことで、化合物粉末５１ａの結晶性を高めることができる。

なお、第１の加圧処理は、化合物粉末５１ａを押し固めることができればよく、例えば、型５０と同種の材料で設けられたおもりなどを用いて行えばよい。または、圧縮空気などを用いて高圧で押し固めてもよい。そのほか、公知の技術を用いて第１の加圧処理を行うことができる。なお、第１の加圧処理は、第２の焼成と同時に行っても構わない。

第１の加圧処理の後に平坦化処理を行ってもよい。平坦化処理は、化学機械研磨（ＣＭＰ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）処理などを用いればよい。

こうして得られたＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａは、高い割合でｃ軸が上面の法線ベクトルに平行である結晶領域を有する。

次に、得られたＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａの厚さを確認する（図３、工程Ｓ１０７）。ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａが所望の厚さである場合、工程を終了し、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００が得られる。

ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａが所望の厚さより薄い場合は、図４（Ｃ）に示すように、上述したＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ化合物粉末である化合物粉末５１ｂをＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａの上に入れて成形する（図３、工程Ｓ１０４）。以下は、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａが所望の厚さより薄い場合について説明する。

まずは、化合物粉末５１ｂおよびＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａに対し第３の焼成を行う（図３、工程Ｓ１０５）。その後、第３の焼成が行われた化合物粉末５１ｂおよびＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａに対し第２の加圧処理を行い（図３、工程Ｓ１０６）、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａよりも厚いＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ｂを得る（図４（Ｄ）参照。）。ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ｂは、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａを種結晶として結晶成長させて得られるため、高い割合でｃ軸が上面の法線ベクトルに平行である結晶領域を有する。

第３の焼成を行うことで、化合物粉末５１ｂおよびＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａの結晶性を高めることができる。第３の焼成は第１の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。

第２の加圧処理は第１の加圧処理と同様の条件および方法で行えばよい。第２の加圧処理を行うことで、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ｂは、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ａと比べて結晶の配向性が高まっていく。即ち、さらに高い割合でｃ軸が上面の法線ベクトルに平行である結晶領域を有するようになる。これは、加圧処理によって平板状の結晶粒のａ−ｂ面と平行な表面が上または下を向いて並べられるためである。なお、第２の加圧処理は、第３の焼成と同時に行っても構わない。

次に、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００ｂの厚さを確認する（図３、工程Ｓ１０７）。

以上に示したように、結晶の配向性を高めつつ徐々にＣＡＡＣ−ＯＳを厚くすることができる。

この化合物膜を厚くする工程をｎ回（ｎは自然数）繰り返すことで、所望の厚さ（ｔ）、例えば０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下、好ましくは０．３ｍｍ以上１．１ｍｍ以下のＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００を得ることができる（図４（Ｅ）参照。）。

得られたＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００に対し、第４の焼成を行ってもよい。第４の焼成を行うことで、ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００の結晶性を高めることができる。第４の焼成は第１の焼成と同様の条件および方法で行えばよい。

また、得られたＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００に対し、平坦化処理を行ってもよい。

上記ＣＡＡＣ−ＯＳ基板１００を用いて実施の形態１において図１に示す発光デバイスを作製することができる。

本実施の形態は、他の実施の形態に記載した構成と適宜組み合わせて実施することが可能である。

１０ 基板
２０ ＬＥＤ層
５０ 型
５１ａ 化合物粉末
５１ｂ 化合物粉末
１００ ＣＡＡＣ−ＯＳ基板
１００ａ ＣＡＡＣ−ＯＳ基板
１００ｂ ＣＡＡＣ−ＯＳ基板
１０２ バッファ層
１０４ クラッド層
１０６ 発光層
１０８ クラッド層
１１０ 基底基板
１２０ 電極層
１２１ 電極層

Claims (8)

1. 原料粉末に第１の焼成を行うことで化合物を形成し、
   前記化合物を粉砕することで化合物粉末を形成し、
   前記化合物粉末を型に敷き詰め第２の焼成及び加圧処理を行うことで金属酸化物半導体基板を形成する金属酸化物半導体基板の作製方法であって、
   前記金属酸化物半導体基板は複数の結晶部を有し、
   前記結晶部は、ｃ軸が前記金属酸化物半導体基板の表面に概略垂直であることを特徴とする金属酸化物半導体基板の作製方法。
2. 請求項１において、
   前記金属酸化物半導体基板はガリウムを含む金属酸化物半導体基板の作製方法。
3. 請求項１において、
   前記金属酸化物半導体基板はインジウム及びガリウムを含む金属酸化物半導体基板の作製方法。
4. 請求項１において、
   前記金属酸化物半導体基板はインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む金属酸化物半導体基板の作製方法。
5. 原料粉末に第１の焼成を行うことで化合物を形成し、
   前記化合物を粉砕することで化合物粉末を形成し、
   前記化合物粉末を型に敷き詰め第２の焼成及び加圧処理を行うことで金属酸化物半導体基板を形成し、
   前記金属酸化物半導体基板上に発光ダイオード層を形成する発光デバイスの作製方法であって、
   前記金属酸化物半導体基板は複数の結晶部を有し、
   前記結晶部は、ｃ軸が前記金属酸化物半導体基板の表面に概略垂直であることを特徴とする発光デバイスの作製方法。
6. 請求項５において、
   前記金属酸化物半導体基板はガリウムを含む発光デバイスの作製方法。
7. 請求項５において、
   前記金属酸化物半導体基板はインジウム及びガリウムを含む発光デバイスの作製方法。
8. 請求項５において、
   前記金属酸化物半導体基板はインジウム、ガリウム、及び亜鉛を含む発光デバイスの作製方法。

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