WO2016136548A1 - 窒化物半導体テンプレート及びその製造方法、並びにエピタキシャルウエハ - Google Patents

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Abstract

本発明の一実施形態において、異種基板１１と、異種基板１１の面１１ａ上に形成された、窒化物半導体からなる、厚さの面内ばらつきが４．０％以下の第１の窒化物半導体層１３と、異種基板１１の面１１ｂの外周を含む環状領域上に形成された、前記窒化物半導体からなる、厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層１５と、を有する窒化物半導体テンプレートが提供される。

Description

窒化物半導体テンプレート及びその製造方法、並びにエピタキシャルウエハ
本発明は、窒化物半導体テンプレート及びその製造方法、並びにエピタキシャルウエハに関する。
窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）等の窒化物半導体は、赤色から紫外の発光が可能な発光素子材料として注目を集めている。
窒化物半導体結晶の成長法の一つに、金属塩化物ガスとアンモニアを原料とするハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法がある。ＨＶＰＥ法による結晶成長速度は１０μｍ／ｈｒ以上から１００μｍ／ｈｒ以上であり、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ：Metal-Organic Vapor Phase Epitaxy）法や分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法の典型的な結晶成長速度である数μｍ／ｈｒよりも格段に大きい。
このため、ＨＶＰＥ法は、例えば、ＧａＮ自立基板（例えば、特許文献１参照）やＡｌＮ自立基板の製造によく用いられる。ここでいう自立基板とは、自らの形状を保持でき、ハンドリングに不都合が生じない程度の強度を有する基板のことを言う。
また、窒化物半導体からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）は、通常、サファイア基板上に形成されるが、その結晶成長に際しては、基板の表面にバッファ層を形成した後、その上に、ｎ型クラッド層を含む１０～１５μｍ程度の厚いＧａＮ層、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸の発光層（合計で数１００ｎｍ厚）、ｐ型クラッド層（２００～５００ｎｍ厚）を順に形成する。発光層の下側のＧａＮ層が厚いのは、サファイア基板上のＧａＮの結晶性を改善するなどのためである。
ＭＯＶＰＥ法で結晶成長を行う場合、上記のＬＥＤの構造を形成するために、典型的には６時間程度の時間を要するが、このうちの半分程度は、テンプレートと呼ばれる発光層の下側のＧａＮ層を成長するために必要な時間である。以上のことから、テンプレート部分の成長に成長速度の格段に速いＨＶＰＥ法を適用できれば、大幅な成長時間の短縮が可能となり、ＬＥＤウエハの製造コストを劇的に低減することが可能となる。
一方、窒化物半導体テンプレートを製造する際には、結晶成長方法によらず、サファイアと窒化物半導体層の熱膨張係数が大きく異なることに起因する反りが生じるという問題がある。例えば、１０～１５μｍ程度の厚さのＧａＮ層を、直径５０．８ｍｍ、厚さ４３０μｍ±１５μｍの一般的なサイズのサファイア基板上に成長させた場合には、およそ１２０～１８０μｍの反りが生じ、直径１００ｍｍ、厚さ６５０μｍ±２０μｍのサファイア基板上に成長させた場合には、およそ２６０～４００μｍの反りが生じ、直径１５０ｍｍ、厚さ１３００μｍ±２５μｍのサファイア基板上に成長させた場合には、およそ１６０～２４０μｍの反りが生じる。
この反り量を減らすためには、サファイア基板を厚くする、または窒化物半導体層を薄くするという対処法が考えられるが、サファイア基板を厚くするとコストが増加し、窒化物半導体層を薄くすると結晶品質が低下するという問題が生じる。
また、窒化物半導体テンプレートの反りを減らすための他の方法として、基板の裏面に応力相殺層を形成する方法（例えば、特許文献２参照）や、基板の裏面と側面に応力緩和層を形成する方法（例えば、特許文献３参照）が知られている。
特許第３８８６３４１号公報 特開２００３－１１３０００号公報 特開２００６－２７８９９９号公報
特許文献２に開示された方法においては、基板の表面に窒化物半導体層を成長させる前に、基板の裏面に応力相殺層を形成する必要がある。特許文献３に開示された方法においては、基板の表面に窒化物半導体層を成長させた後に、基板の裏面と側面に応力緩和層を形成する必要がある。応力相殺層および応力緩和層は窒化物半導体層とは別の工程で形成されるので、窒化物半導体テンプレート製造工程全体のスループットが大幅に低下してしまう。
本発明は、反りを低減し、かつ窒化物半導体層の結晶性を良好に保ちつつ、スループットを大きく低下させることなく製造することのできる窒化物半導体テンプレート、及びその製造方法、並びにその窒化物半導体テンプレートを含むエピタキシャルウエハを提供することを目的の１つとする。
本発明の一実施形態に従い、［１］～［６］に記載の窒化物半導体テンプレートが提供される。また、本発明の他の実施形態に従い、［７］に記載のエピタキシャルウエハ、［８］～［１１］に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法が提供される。
［１］異種基板と、前記異種基板の一方の面上に形成された、窒化物半導体からなる、厚さの面内ばらつきが４．０％以下の第１の窒化物半導体層と、前記異種基板の他方の面の外周を含む環状領域上に形成された、前記窒化物半導体からなる、厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体テンプレート。
［２］前記異種基板は円形基板を含み、前記環状領域が、前記他方の面における、前記異種基板の中心を中心とし、前記異種基板の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含む、［１］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［３］前記他方の面の前記環状領域に囲まれた領域の形状が、前記異種基板の中心を中心とする円である、［１］又は［２］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［４］反り量（Ｗａｒｐ）が１００μｍ以下である、［１］～［３］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
［５］前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との厚さの差が５μｍ以下である、［４］に記載の窒化物半導体テンプレート。
［６］前記窒化物半導体がＧａＮを含む、［１］～［５］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
［７］［１］～［６］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートと、前記半導体テンプレート上に形成された発光層と、を有するエピタキシャルウエハ。
［８］異種基板の一方の面上に、窒化物半導体からなる、厚さの面内ばらつきが４．０％以下の第１の窒化物半導体層を成長させる工程と、前記異種基板の他方の面の外周を含む環状領域上に、前記窒化物半導体からなる、厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層を成長させる工程と、を含む窒化物半導体テンプレートの製造方法。
［９］前記異種機基板を基板ホルダにその基体の上面に対して０．５°以上、３０°以下の角度で傾いた状態で保持させ、前記基板ホルダを面内回転させつつ、前記基板ホルダの基体の上面に対して平行な方向、垂直な方向、又はその両方向から原料ガスを流して、前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層を成長させる、［８］に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
［１０］前記異種基板は円形基板、又はオリエンテーションフラットとインデックスフラットの少なくともいずれかを有する円形基板を含み、前記環状領域が、前記他方の面における、前記異種基板の中心を中心とし、前記異種基板の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含む、［８］又は［９］に記載の半導体テンプレートの製造方法。
［１１］前記他方の面の前記環状領域に囲まれた領域の形状が、前記異種基板の中心を中心とする円である、［８］～［１０］のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
本発明の一実施形態によれば、反りを低減し、かつ窒化物半導体層の結晶性を良好に保ちつつ、スループットを大きく低下させることなく製造することのできる窒化物半導体テンプレート、及びその製造方法、並びにその窒化物半導体テンプレートを含むエピタキシャルウエハを提供することができる。
図１は、従来例に係る窒化物半導体テンプレートを示す垂直断面図である。 図２は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体テンプレートを示す垂直断面図である。 図３Ａは、裏面側から見た窒化物半導体テンプレートを示す平面図である。 図３Ｂは、裏面における、異種基板の中心を中心とし、異種基板の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円を示す説明図である。 図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体テンプレートを製造するためのＨＶＰＥ装置を示す垂直断面図である。 図５は、本発明の第２の実施形態に係る、発光素子用のエピタキシャルウエハを示す垂直断面図である。 図６は、本発明の第２の実施形態に係る発光素子を示す垂直断面図である。 図７Ａは、実施例１に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す上面図である。 図７Ｂは、実施例１に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す側面図である。 図８Ａは、実施例２に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す上面図である。 図８Ｂは、実施例２に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す側面図である。 図９Ａは、実施例３に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す上面図である。 図９Ｂは、実施例３に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す側面図である。 図１０Ａは、比較例１に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す上面図である。 図１０Ｂは、比較例１に係る基板ホルダに保持された異種基板を示す垂直断面図である。
図１は、従来例に係る窒化物半導体テンプレート５０を示す垂直断面図である。
窒化物半導体テンプレート５０は、サファイア基板、Ｓｉ基板、ＳｉＣ基板等の異種基板５１と、異種基板５１の一方の面５１ａ上にバッファ層５２を介してエピタキシャル成長により形成された窒化物半導体層５３を有する。
異種基板５１と窒化物半導体層５３は熱膨張係数が異なるため、窒化物半導体層５３の成長後、高温状態から室温まで温度を下げると、窒化物半導体テンプレート５０に反りが生じる。
例えば、サファイアの熱膨張係数が、ａ軸方向が７．５×１０－６／Ｋ、ｃ軸方向が８．５×１０－６／Ｋであるのに対し、ＧａＮの熱膨張係数は、ａ軸方向が５．５９×１０－６／Ｋ、ｃ軸方向が３．１７×１０－６／Ｋであり、サファイア結晶の熱膨張係数よりも小さい。
このため、異種基板５１がｃ面サファイア基板であり、窒化物半導体層５３がｃ面ＧａＮ基板である場合、図１に示されるように、窒化物半導体層５３の成長面である面５１ａ側が凸になる反りが窒化物半導体テンプレート５０に生じる。
この窒化物半導体テンプレート５０の反りは、窒化物半導体層５３の厚さが増すほど大きくなる。一方、窒化物半導体層５３の結晶性を高めるためには、窒化物半導体層５３を厚く形成することが求められる。このため、窒化物半導体層５３の結晶性の向上と、窒化物半導体テンプレート５０の反りの低減とは、トレードオフの関係にある。
例えば、窒化物半導体層５３がＧａＮ層である窒化物半導体テンプレート５０をＬＥＤ（light emitting diode）の製造に用いる場合、一般的に、窒化物半導体層５３の（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であり、（１０－１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅が４００ａｒｃｓｅｃ以下であることが好ましいとされる。そして、窒化物半導体層５３がこの程度の結晶性を有するためには、厚さが５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上であることが求められるため、必然的に窒化物半導体テンプレート５０の反りが大きくなってしまう。
以下、反りを低減し、かつ窒化物半導体層の結晶性を良好に保ちつつ製造することを可能にする、本発明の実施形態にかかる窒化物半導体テンプレートについて述べる。
〔第１の実施形態〕
（窒化物半導体テンプレートの構成）
図２は、本発明の第１の実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０を示す垂直断面図である。
図２に示されるように、窒化物半導体テンプレート１０は、異種基板１１と、異種基板１１の一方の面１１ａ上にバッファ層１２を介して形成された、厚さの面内ばらつきが４．０％以下の第１の窒化物半導体層１３と、異種基板１１の他方の面１１ｂ上にバッファ層１４を介して形成された厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層１５と、を有する。
第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内ばらつきの求め方を以下に述べる。まず、第１の窒化物半導体層１３の表面の中心を中心とし、第１の窒化物半導体層１３の半径から３ｍｍを引いた長さを半径とする円の内側の領域内に、互いに直交するｘ軸方向及びｙ軸方向に線分を引き、これらの線分をそれぞれ５等分する合計９か所の測定ポイントにおける膜厚を測定する。そして、求められた９点の膜厚の標準偏差の値を９点の膜厚の平均値で除したものを第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内ばらつきとする。
異種基板１１は、サファイア基板、ＳｉＣ基板等の、窒化物半導体以外の材料からなる基板である。異種基板１１は、一般的な平坦基板であるＦＳＳ（Flat Sapphire Substrate）であってもよく、表面に複数の凸部が形成されたＰＳＳ（Patterned Sapphire Substrate）であってもよい。
また、異種基板１１は、面１１ａと面１１ｂの両方が鏡面である両面ミラー基板であってもよく、面１１ａが鏡面で面１１ｂがラップエッチ面である片面ミラー基板であってもよい。しかし、片面ミラー基板の場合は、面１１ｂの面状態によって、第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１５の成長速度の差が大きくなりすぎる場合があり、その場合は、成長速度の確認を行った後、第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１５の厚さの差が大きくなり過ぎないように、成長条件を調整することが求められる。
また、異種基板１１は、典型的には、円形基板であるが、他の形状を有する基板であってもよい。ここで、円形基板には、オリエンテーションフラットとインデックスフラットの少なくともいずれかが形成されたものも含まれる。
第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１５は、同じ窒化物半導体からなり、同じ工程において同時に形成される。ここで、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成する窒化物半導体は、ＡｌｘＩｎｙＧａｚＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ＜１、０≦ｚ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ≦１）で表される組成を有する物質であり、ドーパントを含んでもよい。典型的には、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５は、ドーパントを含まないＧａＮからなる。
バッファ層１２とバッファ層１４は、異種基板１１を構成するサファイア等の結晶と、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成する窒化物半導体の結晶とのバッファとして機能する材料からなる。
バッファ層１２とバッファ層１４は、同じ材料からなり、同じ工程において同時に形成される。典型的には、バッファ層１２及びバッファ層１４は窒化物半導体からなり、例えば、異種基板１１がサファイアからなり、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５がＧａＮからなる場合は、バッファ層１２及びバッファ層１４はＡｌＮからなる。
図３Ａは、面１１ｂ側から見た窒化物半導体テンプレート１０を示す平面図である。図３Ａは、異種基板１１がオリエンテーションフラットを有する円形基板である場合の例である。
図３Ａに示されるように、第２の窒化物半導体層１５は、面１１ｂの外周を含む環状領域上に形成されている。すなわち、第２の窒化物半導体層１５の形状は、環状となる。
第１の窒化物半導体層１３と同時に第２の窒化物半導体層１５を成長させることにより、窒化物半導体テンプレート１０の反りを低減することができる。これは、第２の窒化物半導体層１５と異種基板１１との熱膨張係数の差異により窒化物半導体テンプレート１０内に生じる応力が、第１の窒化物半導体層１３と異種基板１１との熱膨張係数の差異により生じる応力を打ち消す方向に働くためである。
第２の窒化物半導体層１５を環状に形成することにより、第２の窒化物半導体層１５と異種基板１１との熱膨張係数の差異により生じる応力の異方性を低減し、窒化物半導体テンプレート１０の反りを効果的に低減することができる。
第２の窒化物半導体層１５の大きさ等により、窒化物半導体テンプレート１０の反りを低減する効果に差異が生まれる可能性はあるが、異種基板１１が円形基板、又は図３Ａに示されるようなオリエンテーションフラット１１ｃを有する円形基板である場合には、上記の環状領域が、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含む場合に、より優れた効果が得られることを本発明者らが確認している。
図３Ｂは、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心Ｏを中心とし、異種基板１１の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円１１ｄを示す説明図である。
図３Ｂに示されるように、異種基板１１はオリエンテーションフラット１１ｃを有するが、その中心Ｏは、オリエンテーションフラット１１ｃを形成する前の状態における中心と同じであるとする。また、図中のＲは、異種基板１１の半径、すなわち中心Ｏと外周の円弧部分との距離を表す。
上述のように、第２の窒化物半導体層１５が形成される環状領域は、面１１ｂにおける円１１ｄの外側の領域を含む領域であれば、その形状や大きさにかかわらず、優れた窒化物半導体テンプレート１０の反り低減効果が得られるが、図３Ａに示されるように、面１１ｂの環状領域に囲まれた領域の形状が、中心Ｏを中心とする円であることがより好ましい。この場合、第２の窒化物半導体層１５の形状がほぼ同心円（オリエンテーションフラット１１ｃがない場合は同心円）となる。
窒化物半導体テンプレート１０の反りの変位の分布が同心円状である場合に、反りによる結晶品質等への影響が最も低く抑えられる。第２の窒化物半導体層１５の形状をほぼ同心円とすることにより、窒化物半導体テンプレート１０に残る反りの変位の分布を同心円状にすることができる。
なお、上記の環状領域が、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含み、面１１ｂの環状領域に囲まれた領域の形状が、中心Ｏを中心とする円である場合には、面１１ｂの全面に第２の窒化物半導体層１５を形成する場合とほぼ同程度に窒化物半導体テンプレート１０の反りを低減できることが、本発明者らにより確認されている。
さらに、異種基板１１が一般的な仕様厚さ（例えば、直径５０．８ｍｍで４３０μｍ±
１５μｍ、直径１００ｍｍで６５０μｍ±２０μｍ、直径１５０ｍｍ径で１３００μｍ±
２５μｍ）を有するサファイア基板である場合には、上記の条件に加えて、第１の窒化物半導体層１３と２の窒化物半導体層１５との厚さの差を５μｍ以下とすることにより、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）がおよそ１００μｍ以下に抑えられ、第１の窒化物半導体層１３と２の窒化物半導体層１５との厚さの差を１μｍ以下とすることにより、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）がおよそ３０μｍ以下に抑えられることも確認されている。ここで、反り量を表すＷａｒｐは、窒化物半導体テンプレート１０の表面の３点基準平面からの最高点までの距離と最低点までの距離の絶対値の合計である。３点基準平面の３点は、窒化物半導体テンプレート１０の表面上に設定される３つの点であり、窒化物半導体テンプレート１０の表面の中心を中心とし、窒化物半導体テンプレート１０の半径の９７％の長さを半径とする円の上に、１２０°間隔で設定される。
窒化物半導体テンプレート１０上に発光層を成長させるＬＥＤ作製プロセスを実施する場合、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）が１００μｍよりも大きいと、発光層の成長の面内での均一性が低下する、プロセス中に異種基板１１の裏面吸着が困難になる、等の問題が生じる。このため、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）が１００μｍ以下であることが好ましい。
なお、異種基板１１の厚さが一般的な仕様厚さよりも薄い場合には、第１の窒化物半導体層１３と２の窒化物半導体層１５との厚さの差を５μｍ以下としても、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）が１００μｍよりも大きくなることがあるが、このような場合には、第１の窒化物半導体層１３と２の窒化物半導体層１５との厚さの差をより小さくすることにより、窒化物半導体テンプレート１０の反り量（Ｗａｒｐ）を１００μｍ以下に抑えることができる。薄い異種基板１１を用いることにより、異種基板１１の価格を下げることができる。
また、上述のように、第２の窒化物半導体層１５の厚さは１μｍ以上である。これは、第２の窒化物半導体層１５の厚さが１μｍよりも小さいと、第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１５との厚さの差を小さくしても、窒化物半導体テンプレート１０の反り量を低減する効果が小さくなるためである。
従来の窒化物半導体テンプレートの製造プロセスのように、基板の表面にのみ窒化物半導体層を成長させる場合にも、基板の裏面側に微量の原料ガスが回り込み、数～数十ｎｍの厚さの層が成長することがあるが、第１の窒化物半導体層１３と第２の窒化物半導体層１５との厚さの差が小さくても、窒化物半導体テンプレート１０の反り量を低減する効果は小さい。
（窒化物半導体テンプレートの製造方法）
本実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０の製造においては、基板の両面に窒化物半導体層を成長させるため、基板の一方の面にのみ窒化物半導体層を成長させる場合よりも結晶成長速度が遅くなる。このため、窒化物半導体テンプレート１０の製造には、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法と比べて結晶成長速度が格段に速いＨＶＰＥ法を用いることが好ましい。以下、ＨＶＰＥ法を用いる場合の窒化物半導体テンプレート１０の製造方法の例について説明する。
［ＨＶＰＥ装置の構成］
図４は、本発明の第１の実施形態に係る半導体テンプレート１０を製造するためのＨＶＰＥ装置１を示す垂直断面図である。
ＨＶＰＥ装置１は、バッファ層１２、第１の窒化物半導体層１３、バッファ層１４、及び第２の窒化物半導体層１５の原料ガスが生成される原料領域３ａと、異種基板１１が設置され、バッファ層１２、第１の窒化物半導体層１３、バッファ層１４、及び第２の窒化物半導体層１５の結晶成長が実施される成長領域３ｂを反応炉２内に有する。
原料領域３ａと成長領域３ｂは、それぞれヒータ４ａとヒータ４ｂにより、例えば、約８５０℃と１１２０℃にそれぞれ加熱される。原料領域３ａが原料ガス等の流れの上流に位置し、成長領域３ｂが下流に位置する。
また、ＨＶＰＥ装置１においては、原料領域３ａから成長領域３ｂに向けて、ドーピングライン６ａ、Ｖ族ライン６ｂ、ＩＩＩ族（Ｇａ）ライン６ｃ、ＩＩＩ族（Ａｌ）ライン６ｄの４系統のガス供給ライン６が設置されている。
Ｖ族ライン６ｂからは、窒素源であるＮＨ３ガスとともに、キャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。
ＩＩＩ族ライン６ｃからは、ＨＣｌガスと共にキャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。ＩＩＩ族ライン６ｃの途中には金属ガリウム（Ｇａ）を入れるタンク７があり、そのタンク７の中にＧａ融液７ａがある。ＩＩＩ族ライン６ｃにＨＣｌガスを流すことによって、金属Ｇａが反応してＧａＣｌガスが生成され、成長領域３ｂへと送り出される。
ＩＩＩ族ライン６ｄからは、ＨＣｌガスと共にキャリアガスとして水素ガス、窒素ガス或いはこれらの混合ガスが供給される。ＩＩＩ族ライン６ｄの途中には金属アルミニウム（Ａｌ）を入れるタンク８があり、そのタンク８の中に固体のＡｌペレット８ａがある。ＩＩＩ族ライン６ｄにＨＣｌガスを流すことによって、金属Ａｌが反応してＡｌＣｌ３ガスが生成され、成長領域３ｂへと送り出される。
ドーピングライン６ａからは、アンドープＧａＮ層（ｕｎ－ＧａＮ層）等のドーパントを含まない結晶層を成長させる場合には、例えば、水素／窒素の混合ガスが導入され、ｎ型ＧａＮ層等のドーパントを含む結晶層を成長させる場合には、例えば、Ｓｉ源であるジクロロシランガス（水素希釈、１００ｐｐｍ）と、ＨＣｌガス、水素ガス、及び窒素ガスが導入される。また、結晶成長後にＨＶＰＥ装置１内に付着したＧａＮ系の付着物を除去するために行うベーキングの際には、ドーピングライン６ａから、ＨＣｌガス、水素ガス、及び窒素ガスが導入される。
成長領域３ｂには３～１００ｒ／ｍｉｎ程度の回転数で面内回転するトレー５が設置され、ガス供給ライン６の出口部分と平行なトレー５の面５ａ上に基板保持用の基板ホルダ４０が設置され、基板ホルダ４０によって異種基板１１が保持される。トレー５の面５ａ上には、基板ホルダ４０をセットするための嵌め合いが設けられている。
ガス供給ライン６の出口から導入される各種の原料ガスが異種基板１１の表面上で反応することにより、バッファ層１２、第１の窒化物半導体層１３、バッファ層１４、及び第２の窒化物半導体層１５が成長する。異種基板１１の後方に流れた原料ガス等は、反応炉２の最下流部からライン９を通り排気される。
ガス供給ライン６の各々の配管、タンク７、８、トレー５の回転軸５ｂは高純度石英製であり、トレー５はＳｉＣコートのカーボン製である。
［ＨＶＰＥ装置への異種基板の設置方法］
以下、後述する実施例１に係る基板ホルダ４１について、基板ホルダ４０の一例として説明する。
図７Ａおよび７Ｂはそれぞれ、基板ホルダ４０の一例である基板ホルダ４１に保持された異種基板１１を示す上面図と側面図である。
基板ホルダ４１は、板状の基体４１ｃと、異種基板１１の面１１ｂの中心近傍を支持する突起部４１ａと、異種基板１１の側面を支持する複数の突起部４１ｂを有する。突起部４１ａの上面は基体４１ｃの上面に対して所定の傾きを有しており、異種基板１１は、この所定の傾きを有した状態で基板ホルダ４１に保持される。
異種基板１１が基体４１ｃの上面に対して所定の傾きを有する状態で、基板ホルダ４１が設置されたトレー５を回転させつつ、結晶成長を行うことにより、異種基板１１の面１１ａ上の第１の窒化物半導体層１３と、面１１ｂ上の第２の窒化物半導体層１５とを同時に成長させることができる。
異種基板１１の基体４１ｃの上面に対する所定の傾きは、０．５°以上、３０°以下であることが好ましい。０．５°よりも小さい場合、原料ガスが面１１ｂ側へほとんど回り込まず、第２の窒化物半導体層１５が十分に成長しないおそれがある。一方、３０°よりも大きい場合は、面１１ａ上に成長する第１の窒化物半導体層１３の膜厚分布の均一性及び結晶性が低下する傾向がある。
なお、ＨＶＰＥ装置１内の原料ガスの流入方向が、基体４１ｃの上面に対して平行である場合、垂直である場合、又はその両方である場合のそれぞれにおいて、異種基板１１の好ましい傾き角度は変わるが、基体４１ｃの上面に対して０．５°以上、３０°以下であれば、いずれの場合であっても第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を問題なく成長させることができる。
なお、異種基板１１の傾き角度の物理的な限界値は、ＨＶＰＥ装置１の構造によって異なるため、大きく傾ける際には特に注意が必要である。
また、基板ホルダ４１が、基体４１ｃから少し浮くように異種基板１１を保持する構造を有する場合、面１１ｂ上の第２の窒化物半導体層１５の成長効率がよくなる。
本実施形態によれば、異種基板１１の面１１ａ上の第１の窒化物半導体層１３と、面１１ｂ上の第２の窒化物半導体層１５とを同時に成長させるため、基板の表面にのみ窒化物半導体層を成長させる場合の１／２～３／４程度の結晶成長速度しか得られない。しかし、基板の表面と裏面に別々に窒化物半導体を成長させる場合に比べれば、基板のセットと取り出しの手間を半分に抑えることが可能になり、また原料効率もよいため、比較的効率のよい成長方法といえる。
なお、異種基板１１の面１１ｂには、基板ホルダ４１の突起部４１ａが接触しているため、面１１ｂの全面に第２の窒化物半導体層１５が成長することはない。例えば、第２の窒化物半導体層１５が成長する面１１ｂの環状領域が、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心Ｏを中心とし、異種基板１１の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含むには、突起部４１ａの上面をその円よりも小さくする必要がある。また、突起部４１ａの上面が円形である場合、第２の窒化物半導体層１５が成長する面１１ｂの環状領域に囲まれた領域の形状が、中心Ｏを中心とする円となる。
上述したように、基板ホルダ４１は基板ホルダ４０の一例であり、基板ホルダ４０の構造は、異種基板１１を所定の角度で動かないように固定でき、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を同時に成長させることができる構造であれば、特に限定されず、例えば、突起部の形状、数、配置等は限定されない。ただし、異種基板１１が回転時に動かないように、異種基板１１のオリエンテーションフラット１１ｃを支持する突起部を有することが好ましい。
基板ホルダ４０の材質は、カーボン、ＳｉＣ、又は石英であることが好ましい。また、異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部の上面の縁には、テーパー加工やＲ面取り加工が施されていることが好ましい。この場合、テーパー面やＲ面に沿って原料ガスが流れて結晶が成長するため、第２の窒化物半導体層１５の内側の縁における膜厚の変化を緩やかにすることができ、例えば、ＬＥＤ作製プロセスにおける真空吸着時の不具合等を生じにくくすることができる。
トレー５及びトレー５に保持される基板ホルダ４０は、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を成長させる際に、面内回転する。
なお、一度窒化物半導体テンプレート１０の製造に使用した基板ホルダ４０には、ＧａＮ系の付着物が付着してしまうため、定期的にＨＣｌガス等の雰囲気中でのベーキングによってこれを除去する必要がある。
（第１の実施形態の効果）
第１の実施形態によれば、窒化物半導体テンプレート１０の反りを効果的に低減できる。また、窒化物半導体テンプレート１０の反りを効果的に低減できるため、第１の窒化物半導体層１３を厚く成長させ、その結晶性を向上させることができる。
また、異種基板１１の面１１ａ上の第１の窒化物半導体層１３と、面１１ｂ上の第２の窒化物半導体層１５とを同時に成長させるため、基板の表面と裏面にそれぞれ別工程で窒化物半導体層を成長させる場合と比較して、スループット及び原料効率を大きくすることができる。
〔第２の実施形態〕
第２の実施形態は、第１の実施形態に係る窒化物半導体テンプレートを用いて形成される素子の一例としての、エピタキシャルウエハについての形態である。なお、窒化物半導体テンプレートの構成等、第１の実施形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係る、発光素子用のエピタキシャルウエハ２０を示す垂直断面図である。エピタキシャルウエハ２０ａは、第１の実施形態に係る窒化物半導体テンプレート１０を用いて形成されるウエハである。
エピタキシャルウエハ２０は、窒化物半導体テンプレート１０と、窒化物半導体テンプレート１０上に形成されたｎ型層２１と、ｎ型層２１上に形成された発光層２２と、発光層２２上に形成されたｐ型層２３と、ｐ型層２３上に形成されたコンタクト層２４を有する。
エピタキシャルウエハ２０における異種基板１１は、例えば、サファイア基板である。また、窒化物半導体層１３は、例えば、厚さ１０～１５μｍ程度のアンドープのＧａＮ層である。窒化物半導体層１３は、結晶品質の改善等のために厚く形成される。
ｎ型層２１は、例えば、ｎ型のＧａＮ層である。また、発光層２２は、例えば、６ペアのＩｎＧａＮ／ＧａＮから構成される多重量子井戸層である。また、ｐ型層２３は、例えば、ｐ型のＡｌＧａＮ層である。また、コンタクト層２４は、例えば、ｐ型のＧａＮ層である。
ｎ型層２１、発光層２２、ｐ型層２３、及びコンタクト層２４は、窒化物半導体テンプレート１０上に、例えばＭＯＶＰＥを用いてＭＯＶＰＥ法により形成することができる。
（第２の実施形態の効果）
第２の実施形態に係るエピタキシャルウエハ２０の各層は、反りが小さく、結晶性に優れた第１の窒化物半導体層１３を有する窒化物半導体テンプレート１０上に形成されるため、高い結晶性を有する。
〔第３の実施形態〕
第３の実施形態は、第２の実施形態に係るエピタキシャルウエハ２０を用いて形成される素子の一例としての、発光素子についての形態である。なお、エピタキシャルウエハ２０の構成等、第２の実施形態と同様の点については、説明を省略又は簡略化する。
（発光素子の構成）
図６は、本発明の第３の実施形態に係る発光素子３０を示す垂直断面図である。発光素子３０は、エピタキシャルウエハ２０を用いて形成されるＬＥＤ素子である。
発光素子３０は、チップサイズに分割されたエピタキシャルウエハ２０と、エピタキシャルウエハ２０のｎ型層２１の一部の露出した領域上に形成されたｎ側電極パッド３３と、コンタクト層２４上に形成された透明電極３１と、透明電極３１上に形成されたｐ側電極パッド３２と、を有する。
透明電極３１は、例えば、Ｎｉ／Ａｕ半透明電極である。また、ｐ側電極パッド３２及びｎ側電極パッド３３は、例えば、Ｔｉ／Ａｌ電極である。
（第３の実施形態の効果）
本実施形態に係る発光素子３０は、高い結晶性を有するエピタキシャルウエハ２０を用いて製造されるため、高輝度かつ高い信頼性を有する。なお、窒化物半導体テンプレート１０を用いて、トランジスタ等の発光素子以外の素子を製造することもできる。
以下に、窒化物半導体テンプレートを上記第１の実施形態に基づいて製造し、評価した結果について述べる。
以下の実施例及び比較例において、窒化物半導体テンプレートは、第１の実施形態に係るＨＶＰＥ装置１を用いて形成される。このＨＶＰＥ装置１においては、トレー５の面５ａに平行な方向に原料ガスが流れる。また、以下の実施例においては、常圧（１気圧）で結晶成長が行われた。
また、以下の実施例及び比較例においては、バッファ層１２、１４としてＡｌＮバッファ層を成長させ、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５としてアンドープＧａＮ層を成長させた。
〔実施例１〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
実施例１においては、異種基板１１として、直径が１００ｍｍ、厚さが６５０μｍの、片面ミラーのＦＳＳを用いた。また、基板ホルダ４０として、図７Ａ、７Ｂに示されるカーボン製の基板ホルダ４１を用いた。
異種基板１１の面１１ｂの中心近傍を支持する突起部４１ａは、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（５０ｍｍ）から４６ｍｍを引いた長さを半径とする円に接触する。
異種基板１１は、基体４１ｃの上面に対して０．５°傾いた状態で基板ホルダ４１に保持される。
まず、異種基板１１が保持された基板ホルダ４１をＨＶＰＥ装置１のトレー５にセットした後、純窒素を流し炉内の大気を追い出す。次に、水素３ｓｌｍと窒素７ｓｌｍの混合ガス中にて、基板温度を１１００℃として、１０分間保持した。
次に、ＩＩＩ族（Ａｌ）ライン６ｄからＨＣｌガスを５０ｓｃｃｍ、水素ガスを２ｓｌｍ、窒素を１ｓｌｍ、Ｖ族ライン６ｂからＮＨ３ガスを５０ｓｃｃｍと水素ガスを１ｓｌｍ導入し、更にドーピングライン６ａからはＨＣｌガスを４００ｓｃｃｍ、窒素ガスを２．６ｓｌｍ導入し、異種基板１１上にＡｌＮ結晶膜を３０秒間成長させて、バッファ層１２、１４を形成した。
次に、ＩＩＩ族（Ｇａ）ライン６ｃからＨＣｌガスを１００ｓｃｃｍ、水素ガスを２ｓｌｍ、窒素ガスを１ｓｌｍ、Ｖ族ライン６ｂからＮＨ３ガスを２ｓｌｍと水素ガスを１ｓｌｍ導入し、バッファ層１２、１４上にアンドープのＧａＮ結晶膜を６０μｍ／ｈ（１μｍ／ｍｉｎ）の成長速度で１５分間成長させ、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を形成した。ここまでの工程を経て、窒化物半導体テンプレート１０が得られた。
次に、ＮＨ３ガスを２ｓｌｍと窒素ガスを８ｓｌｍ流しつつ、基板温度が室温付近になるまで窒化物半導体テンプレート１０の冷却を行った。その後、数１０分間窒素パージを行い、ＨＶＰＥ装置１の反応炉２内を窒素雰囲気としてから、窒化物半導体テンプレート１０をＨＶＰＥ装置１から取り出した。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
表１中の「表面膜厚」は第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内における平均値を示し、「表面膜厚面内バラツキ」は、第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内ばらつきを示し、「裏面膜厚」は第２の窒化物半導体層１５の厚さの面内における平均値を示し、「表裏膜厚差」は第１の窒化物半導体層１３の厚さの平均値と第２の窒化物半導体層１５の厚さの平均値との差を示し、「ＧａＮ（０００４）面ＦＷＨＭ」は第１の窒化物半導体層１３の中心における（０００４）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を示し、「ＧａＮ（１０－１２）面ＦＷＨＭ」は第１の窒化物半導体層１３の中心における（１０－１２）面のＸ線ロッキングカーブの半値幅を示し、「ピット数」は第１の窒化物半導体層１３の表面の直径１０μｍ以上のピットの数を示す。
なお、いずれの窒化物半導体テンプレート１０においても、第２の窒化物半導体層１５は、異種基板１１の面１１ｂにおける、中心を含む半径２．５ｍｍの領域を除いた領域上に形成されていた。
表１に示されるように、実施例１においては、第１の窒化物半導体層１３の結晶性が良好であり、反りの小さい窒化物半導体テンプレート１０が得られた。
〔実施例２〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
実施例２においては、異種基板１１として、直径が１５０ｍｍ、厚さが１３００μｍの、両面ミラーのＦＳＳを用いた。また、基板ホルダ４０として、図８Ａ、８Ｂに示されるカーボン製の基板ホルダ４２を用いた。図８Ａ、８Ｂはそれぞれ、実施例２に係る基板ホルダ４２に保持された異種基板１１を示す上面図と側面図である。
基板ホルダ４２は、板状の基体４２ｃと、異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部４２ａと、異種基板１１の側面を支持する複数の突起部４２ｂを有する。突起部４２ａの上面は基体４２ｃの上面に対して３０°傾いており、異種基板１１は、基体４２ｃの上面に対して３０°傾いた状態で基板ホルダ４２に保持される。
異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部４２ａは、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（７５ｍｍ）から２ｍｍを引いた長さを半径とする円に接触する。
実施例２では、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成するアンドープのＧａＮ結晶膜の成長時間を１７分間とし、その他の工程及びその条件を上記の実施例１と同じものにした。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
なお、いずれの窒化物半導体テンプレート１０においても、第２の窒化物半導体層１５は、異種基板１１の面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（７５ｍｍ）から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域上に形成されていた。
表２に示されるように、実施例２においては、第１の窒化物半導体層１３の結晶性が良好であり、反りの小さい窒化物半導体テンプレート１０が得られた。
〔実施例３〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
実施例３においては、異種基板１１として、直径が５０．８ｍｍ、厚さが４３０μｍの、片面ミラーのＰＳＳを用いた。ＰＳＳのパターンは、直径２．６μｍ、高さ１．６μｍの三角錐のようなコーン型の複数の凸部で構成され、凸部間のスペースは０．４μｍである。また、基板ホルダ４０として、図９Ａ、９Ｂに示されるカーボン製の基板ホルダ４３を用いた。図９Ａ、９Ｂはそれぞれ、実施例３に係る基板ホルダ４３に保持された異種基板１１を示す上面図と側面図である。
基板ホルダ４３は、板状の基体４３ｃと、異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部４３ａと、異種基板１１の側面を支持する複数の突起部４３ｂを有する。突起部４３ａの上面は基体４３ｃの上面に対して１５°傾いており、異種基板１１は、基体４３ｃの上面に対して１５°傾いた状態で基板ホルダ４３に保持される。
異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部４３ａは、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（２５．４ｍｍ）から１２．７ｍｍを引いた長さを半径とする円に接触する。
実施例３では、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成するアンドープのＧａＮ結晶膜の成長時間を１３分間とし、その他の工程及びその条件を上記の実施例１と同じものにした。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表３に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
なお、いずれの窒化物半導体テンプレート１０においても、第２の窒化物半導体層１５は、異種基板１１の面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（２５．４ｍｍ）から１２．７ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域上に形成されていた。
表３に示されるように、実施例３においては、第１の窒化物半導体層１３の結晶性が良好であり、反りの小さい窒化物半導体テンプレート１０が得られた。
〔比較例１〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例１においては、異種基板１１として、直径が１００ｍｍ、厚さが６５０μｍの、片面ミラーのＦＳＳを用いた。また、基板ホルダ４０として、図１０Ａ、１０Ｂに示される基板ホルダ６０を用いた。図１０Ａ、１０Ｂはそれぞれ、比較例１に係る基板ホルダ６０に保持された異種基板１１を示す上面図と垂直断面図である。
基板ホルダ６０は、異種基板１１をセットするためのザグリ６０ａを有する板状の基体６０ｂからなる。異種基板１１の面１１ｂの全領域は、ザグリ６０ａの底面に接触する。比較例１においては、ザグリ６０ａの深さは０．５ｍｍである。
比較例１では、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成するアンドープのＧａＮ結晶膜の成長時間を１０分間とし、その他の工程及びその条件を上記の実施例１と同じものにした。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表４に示す。
表４に示されるように、比較例１に係る窒化物半導体テンプレート１０は、第１の窒化物半導体層１３の結晶性は良好であったが、反り量（Ｗａｒｐ）が大きく、平均値が１００μｍを超えた。これは、第２の窒化物半導体層１５が形成されず、反りを低減できなかったためと考えられる。
〔比較例２〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例２においては、異種基板１１として、直径が１５０ｍｍ、厚さが１３００μｍの、両面ミラーのＦＳＳを用いた。また、基板ホルダ４０として、図１０Ａ、１０Ｂに示される基板ホルダ６０を用いた。比較例２における基板ホルダ６０のザグリ６０ａの深さは１．０ｍｍである。
比較例２では、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成するアンドープのＧａＮ結晶膜の成長時間を１２分間とし、その他の工程及びその条件を上記の比較例１と同じものにした。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表５に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000005
表５に示されるように、比較例２に係る窒化物半導体テンプレート１０は、第１の窒化物半導体層１３の結晶性は良好であったが、反り量（Ｗａｒｐ）が大きく、平均値が１００μｍを超えた。これは、第２の窒化物半導体層１５が形成されず、反りを低減できなかったためと考えられる。
〔比較例３〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例３においては、異種基板１１として、直径が５０．８ｍｍ、厚さが４３０μｍの、片面ミラーのＰＳＳを用いた。ＰＳＳのパターンは、直径２．６μｍ、高さ１．６μｍの三角錐のようなコーン型の複数の凸部で構成され、凸部間のスペースは０．４μｍである。また、基板ホルダ４０として、図１０Ａ、１０Ｂに示される基板ホルダ６０を用いた。比較例３における基板ホルダ６０のザグリ６０ａの深さは０．４ｍｍである。
比較例３では、第１の窒化物半導体層１３及び第２の窒化物半導体層１５を構成するアンドープのＧａＮ結晶膜の成長時間を８分間とし、その他の工程及びその条件を上記の比較例１と同じものにした。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表６に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000006
表６に示されるように、比較例３に係る窒化物半導体テンプレート１０は、第１の窒化物半導体層１３の結晶性は良好であったが、反り量（Ｗａｒｐ）が大きく、平均値が１００μｍを超えた。これは、第２の窒化物半導体層１５が形成されず、反りを低減できなかったためと考えられる。
〔比較例４〕
（窒化物半導体テンプレートの製造）
比較例４においては、異種基板１１として、直径が１５０ｍｍ、厚さが１３００μｍの、片面ミラーのＦＳＳを用いた。また、実施例２と同様に、基板ホルダ４０として、図８Ａ、８Ｂに示される基板ホルダ４２を用いた。
比較例４においては、突起部４２ａの上面は基体４２ｃの上面に対して３２°傾いており、異種基板１１は、基体４２ｃの上面に対して３２°傾いた状態で基板ホルダ４２に保持される。
異種基板１１の面１１ｂを支持する突起部４２ａは、面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（７５ｍｍ）から２ｍｍを引いた長さを半径とする円に接触する。
比較例４では、上記の実施例２と同じ条件で結晶成長を実施した。
（窒化物半導体テンプレートの評価）
上記の工程により得られた１０枚の窒化物半導体テンプレート１０に対して、膜厚測定装置を用いた膜厚測定、反り量の測定、Ｘ線回折装置を用いたＸ線ロッキングカーブ測定、及び光学顕微鏡を用いた表面観察を実施した。これらの結果を次の表７に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000007
なお、いずれの窒化物半導体テンプレート１０においても、第２の窒化物半導体層１５は、異種基板１１の面１１ｂにおける、異種基板１１の中心を中心とし、異種基板１１の半径（７５ｍｍ）から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域上に形成されていた。
表７に示されるように、比較例４に係る窒化物半導体テンプレート１０は、第１の窒化物半導体層１３の結晶性は良好であったが、第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内ばらつきが大きく、平均値が４．０％を超えた。ＬＥＤ素子等の半導体発光素子の製造に用いられる窒化物半導体層の厚さの面内におけるばらつきは、通常、４．０％以下と規定されるため、比較例４に係る窒化物半導体テンプレート１０は、半導体発光素子の製造の用途に適さない。第１の窒化物半導体層１３の厚さの面内ばらつきが大きくなった原因は、異種基板１１の基体４２ｃの上面に対する傾きが３０°を超えていたことにあると考えられる。
以上、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、本発明は、上記実施形態及び実施例に限定されず、発明の主旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施が可能である。例えば、窒化物半導体テンプレート１０及びエピタキシャルウエハ２０は、ＭＯＶＰＥ法やＭＢＥ法等のＨＶＰＥ法以外の結晶成長法により製造されてもよい。また、窒化物半導体テンプレート１０の製造方法は、熱膨張係数が異なる異種基板上への薄膜成長全般に適用することができ、窒化物半導体テンプレート１０と同様の反り低減効果を得ることができる。
また、上記に記載した実施形態及び実施例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施形態及び実施例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
本発明は、発光素子等の窒化物半導体素子を製造するために用いられる窒化物半導体テンプレートに適用できる。
　１０　窒化物半導体テンプレート
　１１　異種基板
　１２，１４　       バッファ層
　１３　第１の窒化物半導体層
　１５　第２の窒化物半導体層
　２０　エピタキシャルウエハ
　３０　発光素子

Claims (11)

  1. 　異種基板と、
    　前記異種基板の一方の面上に形成された、窒化物半導体からなる、厚さの面内ばらつき
    が４．０％以下の第１の窒化物半導体層と、
    　前記異種基板の他方の面の外周を含む環状領域上に形成された、前記窒化物半導体から
    なる、厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層と、を有する窒化物半導体テンプレート。
  2. 　前記異種基板は円形基板を含み、
    　前記環状領域が、前記他方の面における、前記異種基板の中心を中心とし、前記異種基板の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含む、請求項１に記載の窒化物半導体テンプレート。
  3. 　前記他方の面の前記環状領域に囲まれた領域の形状が、前記異種基板の中心を中心とする円である、請求項１又は２に記載の窒化物半導体テンプレート。
  4. 　反り量（Ｗａｒｐ）が１００μｍ以下である、請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
  5. 　前記第１の窒化物半導体層と前記第２の窒化物半導体層との厚さの差が５μｍ以下である、請求項４に記載の窒化物半導体テンプレート。
  6. 　前記窒化物半導体がＧａＮを含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレート。
  7. 　請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートと、
    　前記半導体テンプレート上に形成された発光層と、を有するエピタキシャルウエハ。
  8. 　異種基板の一方の面上に、窒化物半導体からなる、厚さの面内ばらつきが４．０％以下の第１の窒化物半導体層を成長させる工程と、
    　前記異種基板の他方の面の外周を含む環状領域上に、前記窒化物半導体からなる、厚さ１μｍ以上の第２の窒化物半導体層を成長させる工程と、を含む窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  9. 　前記異種機基板を基板ホルダにその基体の上面に対して０．５°以上、３０°以下の角度で傾いた状態で保持させ、前記基板ホルダを面内回転させつつ、前記基板ホルダの基体の上面に対して平行な方向、垂直な方向、又はその両方向から原料ガスを流して、前記第１の窒化物半導体層及び第２の窒化物半導体層を成長させる、請求項８に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
  10. 　前記異種基板は円形基板、又はオリエンテーションフラットとインデックスフラットの少なくともいずれかを有する円形基板を含み、
    　前記環状領域が、前記他方の面における、前記異種基板の中心を中心とし、前記異種基板の半径から２ｍｍを引いた長さを半径とする円の外側の領域を含む、請求項８又は９に記載の半導体テンプレートの製造方法。
  11. 　前記他方の面の前記環状領域に囲まれた領域の形状が、前記異種基板の中心を中心とする円である、請求項８～１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体テンプレートの製造方法。
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