JP2003183100A - 単結晶窒化ガリウム基板と単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法および単結晶窒化ガリウム基板の製造方法 - Google Patents

単結晶窒化ガリウム基板と単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法および単結晶窒化ガリウム基板の製造方法

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファセットを形成し維持しながら窒化ガリウ
ムを成長させるファセット成長法では、ファセット面か
らなるピット中央部から転位がモヤモヤと広がり、面状
欠陥が放射状に生成されるという欠点があった。またど
こにピットができるのか制御不可能であったのでその上
にデバイスを設計することができなかった。それらの難
点を克服すること。 【解決手段】 下地基板の上に規則正しくストライプマ
スクパターンを設けてその上にファセットよりなる直線
状のＶ溝（谷）を形成しこれを維持しながらＧａＮをフ
ァセット成長させファセット面よりなるＶ溝（谷）底部
に欠陥集合領域Ｈを形成しそこへ転位を集めてその周囲
の低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙを低転位化す
る。欠陥集合領域Ｈは閉じているので、転位を閉じ込め
再び解き放つということがない。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、３−５族窒化物系
化合物半導体からなる発光ダイオード（ＬＥＤ）や半導
体レーザ（ＬＤ）等の発光デバイス等の基板として用い
られる単結晶窒化ガリウム（ＧａＮ）基板、およびその
単結晶窒化ガリウム基板の製造の基礎となる窒化ガリウ
ムの結晶成長方法、また、その単結晶窒化ガリウム基板
の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】窒化物系半導体を用いた発光デバイス
は、青色ＬＥＤをはじめ、既に実用化がなされている。
従来、窒化物系半導体を用いた発光デバイスは、ほとん
どが基板としてサファイアが用いられていた。サファイ
アは非常に堅牢で物理的化学的に安定な基板材料であ
る。窒化ガリウム結晶をその上にヘテロエピタキシャル
成長させることができるという優れた利点がある。
【０００３】反面、サファイヤは劈開性がなく、絶縁体
であり、エピタキシャル膜の窒化ガリウムと格子のミス
マッチが大きいという問題点があった。サファイヤは三
方晶系であるが３回対称性や３回反転対称性がなく対称
性が低いため劈開がない。
【０００４】よって、サファイア基板を用いることによ
るいくつかの問題点を抱えていた。発光ダイオード（Ｌ
ＥＤ）製造ではダイシング工程で劈開性がないため、歩
留まりが上がらず、コスト高を招いていた。
【０００５】また、半導体レーザでは、劈開による良好
な反射面（共振器）の作成が困難であり、レーザ特性等
の品質面で問題があった。
【０００６】また、サファイアは、絶縁性の基板である
ため、通常のＬＥＤの様に、デバイスの上下面で電極を
取ることができない。プロセス的にもエッチングによ
り、同一平面上に下層部の面出しをしてデバイス作製す
る必要性がある。
【０００７】また、エッチング後に横方向に電流を流す
ための比較的厚めの導電層を成長する必要があり、工程
数、工程時間が増加しコスト高を招いていた。
【０００８】さらに、同一平面に電極を２カ所形成する
必要性から、大きいチップ面積が必要となるため、この
点からもコスト増を招いていた。
【０００９】また、サファイア基板を用いた場合、Ｇａ
Ｎと基板との間の格子定数のミスマッチにより、エピ層
中に転位等の欠陥が多く導入されるという問題がある。
現に現在市販されているサファイア基板を用いたデバイ
スのＧａＮエピ層中には、１×１０９ｃｍ−２程度の転
位が存在すると言われている。
【００１０】また、サファイアよりも格子のミスマッチ
が少し小さいＳｉＣ基板を用いた場合でも大差ない状況
であった。
【００１１】サファイヤ基板状に成長させたＧａＮ薄膜
の高転位密度は、電流密度の低いＬＥＤでは実用上大き
な支障とはなっていない。しかし電流密度の高い半導体
レーザの場合、大電流によって欠陥が増殖するのでこの
高密度欠陥が半導体レーザの寿命を短縮する。
【００１２】これらの点から、最も理想的な基板は、窒
化ガリウム（ＧａＮ）単結晶である。高品質なＧａＮ単
結晶基板が得られれば、結晶格子のミスマッチの問題は
解決できる。
【００１３】また、窒化ガリウムは対称性が良くて｛１
−１００｝面に強い劈開性を有する。自然劈開によって
共振器を形成できレーザ反射面の品質の問題は大きく改
善される。
【００１４】さらに、サファイアと違って、ドーピング
により、導電性基板が容易に得られる。よって、電極も
同一平面ではなく、上下面に取ることができる。チップ
サイズの縮小が可能で、低コスト化が実現可能となる。
【００１５】しかしながら、ＧａＮ単結晶は製造が難し
い。これまで基板として使用できる実用レベルの大きさ
の高品質のものを製造することは殆ど不可能であった。
【００１６】超高圧下の液相と固相の平衡状態からごく
小さいＧａＮ単結晶の合成が可能だといわれているが実
用的でない。基板の大型化が困難であり、商業ベースの
実現は難しいからである。
【００１７】これに対して、異種の下地基板上に窒化ガ
リウムを気相成長法によって厚く成長させ、その後基板
を除去する事で、窒化ガリウム基板を得ることが提案さ
れている。
【００１８】本発明者は既に、窓付のマスク層を通して
ＧａＮを気相成長によりラテラル成長させ、結晶欠陥密
度を低減する方法、ラテラルオーバーグロース（Epitax
ialLateral Overgrowth）を利用する発明を提示した
（特願平９−２９８３００号、特願平１０−９００８
号）。
【００１９】具体的には、ＧａＡｓ基板上に、ストライ
プや円形の形状をしたマスクを形成し、その上にＧａＮ
をラテラル成長させた後、ＧａＡｓ基板を除去すること
により、ＧａＮ基板を得る方法である。
【００２０】また、本発明者はこれらのＧａＮ基板上に
さらにＧａＮを成長してインゴットを作製し、そのイン
ゴットからＧａＮ基板を切り出すことにより、ＧａＮ基
板を量産する方法についても既に提示した（特願平１０
−１０２５４６号）。
【００２１】これらの新しい製法により、ＧａＮ単結晶
基板の商業ベースでの実現が、初めて可能になった。
【００２２】しかしながら、作成する窒化ガリウム基板
そのものの品質が、高品位なものでなければ、良好なデ
バイスは得られない。
【００２３】特に、量産用の基板としては、広い領域に
わたって、転位密度の低い良質の基板が求められる。
【００２４】この高品質の窒化ガリウム基板を得るため
に、基板自体の転位密度を低減する方法についても、本
発明者らによって下記のように提案（特開２００１−１
０２３０７）がなされている。本発明はこの転位低減方
法の改善に関する。
【００２５】これは、３次元的なファセット構造を有し
て、例えば、ファセット面からなる逆６角錐形状のピッ
トを形成して、これらのファセット構造を常に維持し
て、埋め込まないで成長することにより、転位を一カ所
に集合し転位を低減する方法である。
【００２６】この３次元的なファセット構造は、ファセ
ット面からなる逆１２角錐状のピットであっても良い。
これらのファセット面は、代表的な面として、｛１１−
２２｝面や、｛１−１０１｝面があり得る。
【００２７】これらの面からなるファセット面を有した
まま、埋め込まないで、成長することにより、これらの
面自体も成長する。図１によって本発明者の先願（特開
２００１−１０２３０７）のＧａＮ結晶成長法を説明す
る。これはＧａＮ結晶のごく一部だけを示している。基
板（図示しない）の上にＧａＮ薄膜を気相成長法（ＨＶ
ＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＯＣ法、昇華法）によってｃ
軸方向に成長させる。それはｃ軸方向成長であるが従来
のＧａＮ気相成長のようにＣ面成長させない。
【００２８】従来のＣ面成長法は、鏡面のように平滑な
Ｃ面を維持しながら薄膜をエピタキシャル成長させるも
のである。これは転位密度が１０１０ｃｍ−２程度も発
生してデバイスの基板にはできない。本発明者の先願は
ファセット面を積極的に作りだしファセット面を埋め込
まずファセット面を維持して転位を減らす斬新な手法で
ある。
【００２９】ＧａＮ結晶２の表面にいくつもの逆六角錐
のピット４が発生する。図１はその一つ分を示す。ピッ
ト４の傾斜した６面は低指数のファセット面６（結晶学
的に現れる面）であり、｛１１−２２｝とか｛１−１０
１｝面とかである。ピット４の横の平坦面７はＣ面成長
（縦矢印で示す）している部分である。ところが傾斜面
の集合であるピット４では成長方向がファセットの法線
（面に立てた垂線）方向である（斜め矢印で示す）から
転位は成長とともに稜線８の方へ移動する。
【００３０】稜線８に集まったあと、転位は稜線８をす
べりおりてピット底に集中する。実際に転位が下降運動
するわけはないが成長によってピット、稜線、底が次第
に上昇するから、相対的に下降運動のように記述してい
るのである。実際には、転位は成長と共にＣ面に平行に
ピット底の方向に向かい伝播していくと考えられる。そ
のようにピット内に存在した転位は最終的にピット底に
集中することになり、その分ピット内にある転位が減少
する。
【００３１】ファセット成長が進むとともに図１（ｂ）
のように稜線８の下に連続して転位の集合である面状欠
陥１０ができる場合がある。結晶の対称性に応じて６０
度の角度をなすような６枚の面状欠陥１０である。面状
欠陥１０の中心の交差点が転位が高密度に凝集した線状
転位集合欠陥部１１となる。理想的にはピット内にもと
もと存在した転位は全て、線状欠陥１１と面状欠陥１０
に掃きよせられる。だからその他の部分は非常な低転位
になるのである。そのようにして低転位ＧａＮ単結晶を
作るというのが前記の本発明者の先願発明の骨子であ
る。
【００３２】その結果、最終的には、ファセット面から
なるピット中央の位置に集合することになる。このメカ
ニズムによって、これらのファセット面によって掃かれ
る領域の転位は、全て、ピット中央の位置に集合し、当
該領域においては、転位密度の大きな低減がなされる。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ファセ
ット面からなるピットを偶然的自然発生的に発生させ
て、ファセットを維持しながら（埋め込まないで）結晶
成長することで、ピット中央の底に、転位を集中させる
本発明者の新規な手法（特開２００１−１０２３０７）
にはなお問題がある。
【００３４】この方法では、確かに、転位が集中するも
のの、完全に１点に集まりきらないという問題があっ
た。１００μｍ径のピットを形成した場合、場所によっ
ては、転位は、ピット中央の数μｍの範囲に集合する。
しかしながら、場所によるバラツキが存在し、集合部か
ら転位がほどけていき、例えば５０μｍ程度の径の領域
に、モヤの様に中程度の転位密度の領域が存在すること
がある。
【００３５】図３によってこれを説明する。図３（１）
はｃ軸方向に成長させることによりファセットが内向き
斜めに進みファセット１６よりなるピット１４の底に線
状の転位の集合束１５が集められている状態を示す。そ
れだけならいいのであるが、図３（２）のようにピット
底に一旦凝集した転位がばらけてピット内に広がる。こ
の広がりをモヤ状の転位の広がりとここでは呼んでい
る。
【００３６】さらには、良好な領域の面積を広げるため
に、成長時のファセット面からなるピットの径を大きく
すると、このモヤ状の転位の集合部の面積は、さらに増
加する傾向がある。これは、転位を集合してくる転位の
数も増加するため、当然ながら、集合部からのほどける
数も増加したためであると考えられる。
【００３７】この転位群のピット中央からの転位のほど
け現象は、多くの転位を集合させた場合の転位間の斥力
によるものと考えられる。さらには、ピットの合体によ
る転位群の乱れ、濃縮化による、モヤ状転位の広がり面
積の拡大も加わると考えられる。
【００３８】モヤ状の転位の広がりは、場所によるバラ
ツキはあるものの、転位密度としては、２×１０７ｃｍ
−２前後程度である。しかし、この転位密度では、レー
ザダイオード用の基板として十分な寿命を達成するには
不十分である。その１／２０以下の１×１０６ｃｍ−２
以下に転位密度を減らす必要がある。
【００３９】もう一つの問題は、ファセット面からなる
ピット底に転位が集合してくる際に、ピット中央に存在
する面状欠陥１０である（図１（ｂ））。この面状欠陥
は、中央から、６０°の角度を持って存在することが多
い。転位が中央に集まってくる際に、成長の進行ととも
に転位の集合の経路として集まり、基板表面に垂直に面
状欠陥１０として存在する場合がある。これは転位が一
列に並んだ状態とも考えられ、前述の転位群のモヤと並
んで、結晶欠陥の問題である。場合によっては、この面
状欠陥の両側で、結晶面のずれをも生じる可能性もあ
る。
【００４０】また、これらの面状欠陥１０は、ピット中
央位置から放射状に６０°の角度を持って存在すること
が多いが、約３０°の角度で存在する（１２角形のピッ
トの場合）こともある。これらの面状欠陥は基板表面で
転位列として存在することが多い。面状欠陥はレーザの
長寿命化にとっては重大な障害となっており、低減の必
要がある。
【００４１】最後の問題は、欠陥の分布の問題である。
前述のファセット状ピットにより、転位を低減する方法
は、あくまで自然発生的なファセットの出現を利用した
ものである。どこにピットが発生するのか予め指定でき
ない。ピットはランダムに発生する。ためにピット位置
の制御が不可能であった。
【００４２】実際にレーザダイオードを製造する場合、
基板表面にランダムに転位束が存在するので、レーザデ
バイスの活性層を含むストライプ構造が、転位束の位置
と偶然一致する可能性がある。転位束とストライプ活性
層が合致した場合、レーザの発光層が欠陥を含むことに
なってしまう。転位増殖により劣化が速められるからレ
ーザの寿命が短くなる。
【００４３】この転位束の位置が制御できないため、結
局、レーザチップの製造歩留まりに、悪影響を及ぼすこ
とになる。
【００４４】レーザ用のＧａＮ基板として、実用化する
ためには、レーザ製造歩留まりを上げるため、この転位
束の位置制御を実現する必要がある。すなわち、レーザ
製造時のレーザストライプ構造に、転位束が重ならない
ように、位置制御を行う必要がある。
【００４５】以上述べたように、３点の解決すべき課題
が挙げられた。再度まとめると、本発明の解決せんとす
る課題は、下記の３点である。
【００４６】１）ファセット面からなるピット中央の転
位集合部からの転位のモヤ状の分布を低減すること。
【００４７】２）ファセット面からなるピット中央の転
位集合部付近の面状欠陥の消滅。
【００４８】３）ファセット面からなるピット中央の転
位集合部の位置を制御すること。
【００４９】本発明はこれらの３点の課題を解決するこ
とを目的とする。本発明の課題を明らかにしたが本発明
の説明を容易にするため、ＧａＮの結晶方位と、ＧａＮ
の気相成長法について予め説明する。本発明はここに述
べる気相成長法のどれを使っても実施することができ
る。ＧａＮは六方晶系であり立方晶系であるＳｉやＧａ
Ａｓのように面や方位の指定が簡単でなく発明の理解が
容易でないからここで方位の表記についても述べておこ
う。
【００５０】これから、結晶方位によって本発明の構造
物の関係や所在、形状などを述べるので結晶方位の定義
は明確にすべきである。ＧａＮは六方晶系に属する。そ
の場合面や方位を示す指数は３つ使うものと４つ使うも
のがある。４つ使う方法をここでは採用する。それにつ
いて表現方法を述べる。
【００５１】結晶面と、結晶方位の表現に関していくつ
かの約束事がある。以後に現れるｈ、ｋ、ｍ、ｎは面指
数（或いはミラー指数）と呼び必ず整数である。面方位
を表現する総括表現は、｛ｈｋｍｎ｝というように波括
弧｛｝を使う。個別面方位の表現は丸括弧（）を使って
（ｈｋｍｎ）というように表現する。結晶方位の総括表
現は、鍵括弧＜＞を使って、＜ｈｋｍｎ＞と表現する。
結晶方位の個別表現は角括弧［］を使って、［ｈｋｍ
ｎ］と表現する。同じ面指数をもつ結晶面と結晶方位は
直交する。つまり（ｈｋｍｎ）に直交する方向が［ｋｈ
ｍｎ］である。
【００５２】その結晶が属する対称群Ｇによって許され
る対称操作Ｏが決まる。対称変換操作Ｏによって元に戻
る場合、それらの面や方位は同じ総括表現によって表現
される。六方晶系ＧａＮの場合初めの３つの指数に関し
ては３回回転操作が許されるので、ｈ、ｋ、ｍを相互に
入れ換える対称操作は同等のものである。しかしｃ軸の
指数ｎは独特のものでこれらの３つの指数とは相互変換
できない。総括表現で｛ｈｋｍｎ｝という総括面は一つ
の個別面（ｈｋｍｎ）から出発して全ての許される対称
操作によって到達できる全ての個別面を包含する。
【００５３】六方晶系といっても許される対称操作は結
晶によってなお幾つかの種類があり、一がいにどれが総
括表現に含まれるということはいえない。ＧａＮは３回
対称性があるが反転対称性はない。サファイヤ（Ａｌ２
Ｏ３）は偏心した構造で三方晶系であるが３回対称性が
なく反転対称性もない。だから劈開もない。以下に述べ
ることはＧａＮには成り立つがサファイヤには成り立た
ないことである。
【００５４】ＧａＮ結晶には３回対称性がある。だから
（ｈｋｍｎ），（ｋｍｈｎ）、（ｍｈｋｎ）、（ｈｍｋ
ｎ）、（ｋｈｍｎ）、（ｍｋｈｎ）は総括表現｛ｈｋｍ
ｎ｝に含まれる６つの個別面である。逆に総括表現｛ｈ
ｋｍｎ｝、｛ｋｍｈｎ｝、｛ｍｈｋｎ｝、｛ｈｍｋ
ｎ｝、｛ｋｈｍｎ｝、｛ｍｋｈｎ｝の６つは同等の表現
である。面指数は整数であって、負の数には上線を付け
るのが習わしであるが、明細書では上線を付けることが
できないので、前にマイナスの符号を付することにす
る。ただし面指数の間にはコンマを付けないから面指数
か、座標かということは簡単に区別がつく。
【００５５】しかし反転対称性がないから｛ｈｋｍｎ｝
と｛−ｈ−ｋ−ｍ−ｎ｝は同等でない。Ｃ面（０００
１）と−Ｃ面（０００−１）は同等な面でない。そこで
表面にＧａ原子が露呈しているかＮ原子が露呈している
かによって、（０００１）Ｇａ面と表記して（０００
１）面を、（０００１）Ｎ面と表記して（０００−１）
面を区別して表現する。
【００５６】ＧａＮは六方晶系で３回対称性のある３つ
の軸がある。その内の二つをａ軸、ｂ軸という３軸目に
は名称がない。それでは不便だからここではｄ軸とす
る。つまりａｂｄ軸が１２０度の中心角をなして設けら
れる。それら３軸が含む面に直交する軸がｃ軸である。
ｃ軸は六方晶系において独特の軸であり、ａｂｄ軸間の
対称性を持たない。結晶面というのは同一の方向を向い
た互いに平行な無数の面の集合である。結晶面の方位
は、１枚目の結晶面がそれぞれの軸を切る接片の長さを
軸の長さで割った値の逆数である。つまりａ軸をａ／ｈ
で切り、ｂ軸をｂ／ｋで切り、ｄ軸をｄ／ｍで切り、ｃ
軸をｃ／ｎで切る場合にその面指数を（ｈｋｍｎ）と表
現する。
【００５７】だから面指数が小さいほど基本的な面であ
り、面の数も少ないわけである。結晶方位［ｈｋｍｎ］
は面（ｋｈｍｎ）に直交する方向として定義される。４
つの指数の内前の３つの指数ｈ、ｋ、ｍは独立でない。
二次元だから二つの指数で表現する事ができ実際二つの
指数で表現する方法もある。しかしここでは対称性を見
やすくするために、４つの指数を用いている。だから
ｈ、ｋ、ｍは一次従属であるがその間には見やすいサム
ル−ル（Sum Rule）ｈ＋ｋ＋ｍ＝０が常に成り立ってい
る。
【００５８】ＧａＮの場合代表的な面が３つ存在する。
一つはＣ面である。これは（０００１）面というように
表現することができる。つまりｃ軸に直交する面であ
る。面と軸は互いに直交するが、以後面は大文字で、軸
は小文字で表現して区別することにする。
【００５９】ＧａＮはｃ軸廻りの３回対称性をもつ。つ
まり１２０度の回転によって元に戻るような対称性をも
つ。異種の基板の上にＧａＮを結晶成長させる場合は、
必ずｃ軸方向の成長を行う。ＧａＡｓ基板やサファイヤ
基板の上にヘテロエピ成長した場合は必ずｃ軸方向の成
長になる。ＧａＮは反転対称性がない。だから（０００
１）面と（０００−１）面は相違する面である。
【００６０】２番目の代表的な面はＭ面という。それは
劈開面である。対称３軸（ａ、ｂ、ｄ）のうち一つの軸
先端を通り、他の二つの何れかの軸とｃ軸に平行な面で
ある。包括表現｛１−１００｝、｛０１−１０｝、｛−
１０１０｝、｛−１１００｝、｛０−１１０｝、｛１０
−１０｝や個別表現（１−１００）、（０１−１０）、
（−１０１０）、（−１１００）、（０−１１０）、
（１０−１０）などによって表現することができる。
【００６１】包括表現は全て等価であるが、個別表現は
異なる面を意味している。異なる面は互いに６０度の角
度をなす。９０度の角度でなくて６０度であることに注
意すべきである。Ｍ面という表現は通称であって、Ｇａ
Ｎの代表方位を表現するのに便利である。
【００６２】３番目に代表的な面はＡ面という。対称３
軸（ａ、ｂ、ｄ）の軸の先端を結びｃ軸に平行な面であ
る。包括表現｛２−１−１０｝、｛−１２−１０｝、
｛−１−１２０｝、｛−２１１０｝、｛１−２１０｝、
｛１１−２０｝や、個別表現（２−１−１０）、（−１
２−１０）、（−１−１２０）、（−２１１０）、（１
−２１０）、（１１−２０）などによって表現できる。
上記の包括表現｛…｝は等価なものを意味するが、個別
表現（…）は別の面を示す。
【００６３】ＧａＮは６回対称性はないから、上の個別
の面は二つの種類の面を示す。それぞれの個別面は互い
に６０度の角度をなす。９０度でないことに注意すべき
である。この面をＡ面というのは通称である。便利な表
現である。ａ軸とは区別するべきである。
【００６４】Ａ面と同じ面指数をもつ方位＜２−１−１
０＞は、Ａ面に直交する方位である。それはＭ面のいず
れかと平行である。ａ方位と呼ぶことができようがその
ようにはいわない。Ｍ面と同じ面指数をもつ方位＜１−
１００＞はＭ面に直交する方位であるが、Ａ面と平行で
ある。これをｍ方位と呼ぶことができるがそのようには
いわない。
【００６５】そのようにＧａＮは３つの代表的な面、Ｃ
面、Ａ面、Ｍ面を持つ。方位と面を混同してはならな
い。同じ指数の面と方位は直交する。反対に直交するよ
うな指数をもつ面と方位は平行である。少しややこしい
が注意すべきである。
【００６６】本発明を記述するために頻繁に使われるフ
ァセット面というのは、Ａ面やＭ面をｃ軸方向に少し傾
けたもので構成される。だから例えば、Ａ面から派生し
たファセット｛１１−２１｝、｛１１−２２｝や、Ｍ面
から派生したファセット｛１−１０１｝、｛１−１０
２｝などである。
【００６７】前３指数が平行な２面が集合してＶ溝
（谷）を構成する。Ｖ溝（谷）というのは、Ａ面から派
生したファセット｛２−１−１±１｝、｛２−１−１±
２｝からなるか、Ｍ面から派生したファセット｛１−１
０±１｝、｛１−１０±２｝からなるものである。
【００６８】４番目の指数ｎは上記のファセットでは１
か２となっている。そのような低面指数のものが出現す
ることが多いがそれ以上のものも現れる。例えばＡ面
｛２−１−１０｝をｃ軸に対して少し傾けると｛２−１
−１１｝面となる。さらに傾けると｛２−１−１２｝と
なる。４番目の指数ｎの値が大きいとｃ軸に対する傾斜
も大きくなる。つまり水平に近づく。ｎについてそれ以
上の高次の指数のファセット面が出現することもある
が、だいたいは、ｎ＝１、２、３、４程度である。
【００６９】のちに二段重ねのファセットという概念が
出てくる。Ｖ溝（谷）を構成するファセットとそれより
浅いファセットという２種類のファセットが登場する。
文脈を乱したくないからここでそれを予め説明する。浅
いというのはより水平にＣ面に近いということである。
つまりｃ軸方向のミラー指数ｎが大きいということであ
る。
【００７０】通常Ｖ溝（谷）周りに出現するファセット
が｛１１−２２｝、｛１−１０１｝であると後で述べ
る。ａ軸長さをａで、ｃ軸長さをｃで表現すると、｛１
−１０１｝面のＣ面に対する傾き角は、ｔａｎ−１（３
１／２ａ／２ｃ）である。｛１１−２２｝面のＣ面に対
する傾き角は、ｔａｎ−１（ａ／ｃ）である。
【００７１】より浅いファセットというと｛１１−２
３｝、｛１−１０２｝、｛１１−２４｝、｛１−１０
３｝などｎが大きいものをいう。｛１−１０ｎ｝（ｎ≧
２）のＣ面に対する傾きはｔａｎ−１（３１／２ａ／２
ｃｎ）である。ｎが２より大きいとこの値はｎ＝１の値
より小さくなる。｛１１−２ｎ｝（ｎ≧３）面のＣ面に
対する傾き角は、ｔａｎ−１（２ａ／ｎｃ）である。ｎ
が３より大きいとこの値はｎ＝２の値より小さくなる。
だからこのような高いｎのものを浅いファセットと表現
している。
【００７２】ＧａＮは六方晶系でありウルツ鉱型であ
る。正六角形の６頂点と中心にＧａ原子が存在する底面
と、正六角形の６頂点と中心にＧａ原子が存在する上面
と、底面と上面の中間より少し下において正六角形の６
頂点と中心にＮ原子が存在する下中間面と、その少し上
に３つのＧａ原子が存在する中間面とその上に３つのＮ
原子が存在する上中間面がある。３回対称性はあるが、
反転対称性はない。六回対称性もない。
【００７３】下地基板としてサファイヤ、Ｓｉ、ＧａＡ
ｓなどを用いる。サファイヤ（α−Ａｌ２Ｏ３）は三方
晶系であるが、対称性が悪くて三回対称性はない。反転
対称性もない。対称性が悪いので劈開もない。
【００７４】Ｓｉは六方晶系でなく立方晶系でありダイ
ヤモンド構造をとる。だからミラー指数は３つである。
３指数によって面方位（ｋｈｍ）を完全に記述できる。
３指数は独立で前述のサムルールはなく、ｋ＋ｈ＋ｍ≠
０である。三回対称軸は対角線の方向である。それは
（１１１）面と書ける。通常のＳｉデバイスの場合（０
０１）面を使うが、それは三回対称性がない。ここでは
三回対称が必要だからＳｉの場合は（１１１）面を使
う。
【００７５】ＧａＡｓも六方晶系でなく立方晶系であり
閃亜鉛鉱（ＺｎＳ；Zinc Blende）構造をとる。だから
ミラー指数は３つである。３指数によって面方位を完全
に記述できる。三回対称軸は対角線の方向である。それ
は（１１１）面と書ける。通常のＧａＡｓデバイスのば
あい劈開の関係から（００１）面を使うが、それは三回
対称性がない。ここでは三回対称が必要だからＧａＡｓ
の場合も（１１１）面を使う。
【００７６】ＧａＡｓは反転対称がないので（１１１）
面といっても２種類がある。つまりＡｓが外部に出る
（１１１）面と、Ｇａが外部に出る（１１１）面であ
る。必要があれば（１１１）Ａｓ面とか、（１１１）Ｇ
ａ面とか言って区別する。同じことを（１１１）Ａ面と
（１１１）Ｂ面と表現することもある。
【００７７】本発明においてＧａＮの膜形成法として気
相成長法が用いられる。それにはＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶ
Ｄ法、ＭＯＣ法、昇華法がある。これらを説明する。
【００７８】１．ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長
法；Hydride Vapor Phase Epitaxy） Ｇａ原料として金属Ｇａを使う。窒素原料はアンモニア
ＮＨ３である。ホットウォール型の反応炉の下方のサセ
プタに基板を置き上方のボートにＧａ金属を入れ加熱し
ておく。そこへ水素ガス＋ＨＣｌガスを吹き付けて、塩
化ガリウムＧａＣｌを生成する。これが水素ガスにのっ
て下方へドリフトし加熱された基板にあたる。基板の近
傍へは水素ガス＋アンモニアガスが供給されておりＧａ
Ｃｌとアンモニアが反応してＧａＮを合成し加熱された
基板の上に積み上げられる。原料がＧａ金属でありＧａ
Ｃｌを作るからＧａＮ薄膜に炭素が入らないという利点
がある。
【００７９】２．ＭＯＣＶＤ法（有機金属ＣＶＤ；Meta
llorganic Chemical Vapor Deposition） これはＧａＮ薄膜成長法として最も普通に利用されてい
る方法である。コールドウォール型の反応炉において、
ＴＭＧ（トリメチルガリウム）などのＧａの有機金属原
料と、アンモニアＮＨ３とを水素ガス（Ｈ２）ととも
に、加熱した基板に吹き付ける。ガリウム原料として有
機金属を用いるのはＧａＮ以外のガリウム化合物の薄膜
形成で頻繁に行われることである。加熱基板上でＴＭＧ
とアンモニアが反応して、ＧａＮが合成されこれが堆積
され薄膜が形成される。この方法は薄膜形成手法として
は実績のあるものである。しかし薄膜でなくて厚い基板
結晶を作製しようとすると問題がある。この方法は大量
のガスを用いるから原料ガス収率が低い。薄膜では問題
でないが基板形成の場合収率の低さは欠点となる。もう
一つの問題は原料が有機物を含み炭素が存在するからＧ
ａＮを形成した場合にその中へ炭素が混入するというこ
とがある。炭素のため黄色に着色する場合がある。炭素
は深いドナーとなり電子移動度を下げ電気特性を悪化さ
せる。
【００８０】３．ＭＯＣ法（有機金属塩化物気相成長
法；Metallorganic Chloride Method） Ｇａ原料としてＴＭＧなど有機金属化合物を用い、窒素
原料としてアンモニアを使う。ＭＯＣＶＤ法と異なって
直接にＴＭＧとアンモニアを化合させるのではない。ホ
ットウォール型の反応炉でＴＭＧをＨＣｌ（塩化水素）
ガスと反応させ一旦ＧａＣｌを合成する。これは気体の
状態で加熱された基板まで流れてゆく。アンモニアは基
板近くに供給されているから、アンモニアとＧａＣｌが
基板近傍で反応してＧａＮとなり基板の上に逐次堆積し
てゆく。一旦ＧａＣｌを作るから薄膜への炭素の混入が
少なくなるという利点がある。ガスを大量に消費すると
いう欠点は克服できない。
【００８１】４．昇華法 これは原料としてガスを用いない。多結晶のＧａＮを原
料とするものである。反応炉の中で固体ＧａＮと基板を
別異の場所において温度勾配を設け、固体ＧａＮを加熱
して気化し、より温度の低い基板へ移動させて基板の上
にＧａＮ薄膜を堆積させるものである。
【００８２】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めの本発明の基本原理について説明する。その前にもう
少し詳しく上記３点の課題について説明する。
【００８３】ファセット状ピットを形成しながら結晶成
長することの最大の問題は転位の集合状態である。すな
わち、ファセット面からなるピット部において、ファセ
ット面での転位の伝播方向を利用して、ファセット面の
成長と共に、数多くの転位をピット中央に集めてくる際
その転位の集合状態が問題となる。
【００８４】転位が集合する際、逆方向のバーガースベ
クトルを有する転位同士は、合体により消滅する可能性
がある。しかしながら、実際問題としては、一つのファ
セット面を介して集合してくる転位は同符号の転位が多
いと推測される。異符号の転位同士の合体による消滅機
構はほとんど働いていないと考えられる。
【００８５】同符号の転位が集合してきた場合、転位間
には斥力が働く。合体して消滅することはない。この斥
力によって、集合した転位同士は結晶成長とともにお互
いに離れる方向に移動すると考えられる。その結果、ピ
ット中央に集められた転位は、逆に広がる方向に移動を
始めると考えられ、ピット中央の転位束付近にモヤ状の
転位群が発生すると考えられる。
【００８６】このモヤ状の転位群の発生原因はまだ明確
に解っていない。が、転位の集中による、応力集中もそ
の原因の一つであろうと推測される。その他に、成長の
進行と共に複数のピットが合体し、それによって転位群
が合流するがその過程で転位群が乱されてしまう。ピッ
ト合体による転位群の乱れも、モヤ状の転位群の発生原
因であると考えられる。
【００８７】また、ピットの合体によりピット径が大型
化した場合は、ピット中央に集合する転位の数も増大
し、その為モヤ状の転位群が広がり、その面積も拡大す
ると考えられる。
【００８８】状況によっては、ファセットからなるピッ
ト中央へ転位が集合していく際、隣り合うファセット面
の境界部にファセット中心から互いに約６０°の角度を
有して放射線状に転位の面状の集合部が形成されること
がある。これは、転位が６０°の角度をもって集合する
為であるが、この際、転位同士の斥力が働いた場合は、
ピット中央に転位が集中せずに、この面状欠陥部に転位
が一層集合し、面状欠陥がより強固になる場合がある。
【００８９】また、ピットの合体により、ピット径が、
大型化した場合は、ピット中央へ向かって集合する転位
の数も増大し、その為、この面状欠陥も大面積化すると
考えられる。
【００９０】また、これらのファセット面からなるピッ
トの発生位置は、前述のように自然現象に任せたままで
あるため、ランダムで偶然的で不規則である。
【００９１】そのため、モヤ状の転位群の面積が拡大し
た基板において、基板上にデバイスを作成する時、品質
がばらつき歩留まりの点で一層問題となる可能性があ
る。
【００９２】本発明の課題を再び述べた。これらの課題
を解決するためには、発明者らは、ファセット面からな
るピットを維持して成長させ、転位が集合した際、転位
が収束せず、集合部付近に転位が滞留する事が問題であ
ると考えた。そして、それらの転位群の滞留は、転位の
集合部に効率的な転位の消滅機構または蓄積機構があれ
ば、改善されるはずであると考えた。
【００９３】そして、そのような転位の消滅または蓄積
機構として、単結晶中に故意に結晶粒界等の欠陥面を利
用することを思いついた。つまり欠陥を結晶中の所定の
位置に積極的に作り出しこの欠陥面によって転位を消滅
させ蓄積させるという巧妙な工夫を編み出した。
【００９４】まず、前記先願の方法は転位の収束にはフ
ァセット面斜面を維持して成長することによって転位を
伝播させ収束させているわけである。そのメカニズムが
働く限りは、ファセット面の形状を、特に円錐型ピット
形状にこだわる必然性はないと本発明者は考えた。その
ような思いつきから、円錐形ピットに代えて、幅を持っ
た直線状のファセット面を、形成させて成長することを
考えた。
【００９５】全体の形状としては円錐穴でなく、断面が
３角形のプリズムを横にして平行においたような形状と
なる。複数条あれば山と谷（Ｖ溝）が交互に続く凹凸構
造となる。それでも転位を掃き寄せる作用はある。
【００９６】図４で本発明の方法を簡単に述べる。これ
はファセット面よりなるＶ溝の断面図である。紙面に垂
直の方向に同一の断面が連続する。図３は円錐形のピッ
トの断面図である。断面は似ているが紙面直角方向の様
子は全く違う。下地基板（図示しない）の上にＧａＮ結
晶２２をファセット成長させる。ファセット２６、２６
は傾斜した２面であってＶ溝２４を構成する（ピットで
ない）。Ｖ溝（谷）２４の底２９に連続して欠陥集合領
域Ｈが成長してゆく。ファセット２６の直下には低欠陥
単結晶領域Ｚが成長する。その外側は平坦面２７とな
る。平坦面はＣ面である。その直下にはＣ面成長領域Ｙ
が連続する。Ｃ面成長領域Ｙも単結晶で低転位だが低欠
陥単結晶領域Ｚより電気抵抗が大きい。低欠陥単結晶領
域ＺやＣ面成長領域Ｙに存在した転位はファセット２６
の成長によって内側へ集められＶ溝底の欠陥集合領域Ｈ
に集中する。大部分の転位はＣ面に平行に欠陥集合領域
Ｈに向かって集合すると考えられる。ここで一部の転位
は合体して消滅し残りの転位はここに閉じ込められ蓄積
される。欠陥集合領域Ｈでの転位蓄積部位は、境界Ｋと
内部Ｓである。Ｋだけである場合もあり（Ｓ＋Ｋ）の場
合もある。欠陥集合領域Ｈに一旦捕獲されると転位は二
度と外部へ出てくることはできない。
【００９７】図３（１）の細く狭い線状のピット底の転
位集合所と違って、本発明は長手方向にのび幅もあるよ
うな断面の広い欠陥集合領域Ｈによって転位を蓄積して
いるから大量の転位を捕獲蓄積できる。欠陥集合領域Ｈ
断面積が大きいというのが本発明の第１の強みである。
【００９８】しかもファセット面が幅を持った直線状
（Ｖ溝）だと、ピット形状の場合のように、ファセット
面とファセット面との稜線が出来ない。そのため面状欠
陥の発生が押さえられるというメリットがある。面状欠
陥１０（図１（ｂ））は重大な難点であったが線状の山
谷の繰り返しにすると斜め稜線が消滅するから面状欠陥
が稜線に続いて発生するという問題をあっさり解決でき
る。
【００９９】このような、幅を持った直線状のファセッ
ト面斜面を有して、かつ常に維持して成長し、そのファ
セット面の最も下部に、直線状のファセット面に対応し
て、直線状に伸びた、例えば多結晶領域を形成し、隣接
する単結晶部との境界Ｋに結晶粒界を形成し、この結晶
粒界Ｋを転位の消滅場所あるいは蓄積場所として機能さ
せることが可能なことが判った（図４）。
【０１００】このような、転位の消滅場所あるいは蓄積
場所を形成することで、転位集合部からの転位のモヤ状
の分布の低減、消滅をはかると同時に、ピットを形成し
た場合に見られたピット中央の転位集合部付近の面状欠
陥の低減、消滅をもはかることが出来る事を見いだし
た。これらは、転位の消滅あるいは蓄積機構が、出来た
ために、滞留する転位が激減したためであると考えられ
る。そのために、モヤ状の転位群、および面状欠陥が大
きく低減できたと結論づけられる。
【０１０１】さらなる研究により、このような転位の消
滅場所、蓄積場所として機能する領域は多結晶領域のみ
に限らないことも見出した。
【０１０２】例えば多結晶ではなくても、単結晶であっ
て、隣接する単結晶領域の結晶から僅かに微傾斜してい
る場合、あるいは隣接する単結晶部と同じ方位の単結晶
であっても、面状欠陥を境界に有している場合、小傾角
粒界を境界に有している場合は、単結晶の欠陥集合領域
Ｈでも転位の消滅場所、蓄積場所として機能する事を見
出した。欠陥集合領域Ｈのｃ軸が、その周りの結晶のｃ
軸が反転している場合も同じ効果があることを見出し
た。また、これらの転位の消滅場所、蓄積場所は、面状
に広がっているだけではなく、幅（厚さ）ｈを有した領
域として存在することを特徴としている。
【０１０３】この転位蓄積場所が幅ｈを有した領域であ
ることのメリットは、次のように考えられる。同じスト
ライプ構造を用いた、通常のＥＬＯ（エピタキシャル・
ラテラル・オーバーグロース；Epitaxial Lateral Over
growth）においては、ファセット面を形成して転位を集
合する訳であるが、転位の集合体は厚さのほとんどない
面状欠陥に集められる。そのため、転位は薄い面状欠陥
部に高密度に集合し斥力のためばらけてしまう。
【０１０４】それに対して、本発明の方法では、欠陥集
合領域が厚さを持っているので、片側から集められた転
位群は、片側の境界面Ｋ１に集合し、もう片側から集め
られた転位群は、別の片側Ｋ２に集合する。その結果、
境界面に集合する転位密度を半減する事が出来る。
【０１０５】また、さらに、厚さを持った欠陥集合領域
であるため、その内部Ｓにも、転位欠陥を集合すること
が可能で、蓄積する単位体積あたりの転位欠陥量を極め
て低くすることが出来る。よって、転位のばらけも発生
しにくいと考えられる。
【０１０６】さらに、通常のＥＬＯでは、成長と共にフ
ァセット面斜面は埋め込まれて、最表面は平坦な面（Ｃ
面成長）となる。そうなると、一旦面状欠陥部に集めら
れた転位群は、再度、ばらけ出す。ために成長と共に転
位は拡散し転位が均一に高密度分布してしまう。この転
位密度は、１０７ｃｍ−２のオーダーで、このままで
は、レーザ用基板として使用できない。
【０１０７】しかしながら、本発明においては、詳細は
後述するが、本発明の厚さを持った欠陥集合領域を形成
することで、このファセット面斜面の埋め込みを回避で
き、ファセット面斜面を維持したまま結晶成長を継続で
きる。そのため、転位群を欠陥集合領域に閉じこめたま
ま、成長を継続できる。
【０１０８】これは大きな特徴である。これが可能な理
由は、欠陥集合領域が多結晶状態であるか、あるいは別
の角度の浅いファセット面をこの欠陥集合領域に形成し
ている為である。
【０１０９】これらの具体的な例は、前述のもの以外も
含めて後述するが、これらを総称して、本発明において
は、「幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈ」と呼ぶことにす
る。「幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈ」を有して結晶成
長する事により、転位を低減することを本発明の骨子と
する。幅ｈは１μｍ〜２００μｍ程度でかなり分厚いも
ので転位をよく蓄積できる。
【０１１０】さらに発明者らは、この「幅を持った結晶
欠陥集合領域Ｈ」の発生する場所を制御することで、幅
ｚを持った直線状のファセット面の発生位置、即ち、低
欠陥の良好な単結晶部（低欠陥単結晶領域Ｚ）の位置を
も制御できることを見出した。結晶成長の初期に所定の
場所に、これら「幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈ」を生
じうる有限の幅ｈを持った直線状のマスク（あるいは種
（たね））を形成しておけば、成長と共にこの場所に優
先的に「幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈ」が形成され
る。さらに、その領域に隣接して、幅ｚを持った直線状
のファセット面が形成される。そのファセット面の底
に、常に「幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈ」が存在する
ことを見出した（図５（ａ）、図６）。
【０１１１】この幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈを底に
有するファセット面の発生について、そのメカニズム
は、結晶欠陥集合領域Ｈの種類によって異なる。しか
し、概略としては下記の通りとなる。つまり、何らかの
手法で、幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈを生じうるマス
クを形成した場合、結晶成長中に常にこの領域は窪み状
になる。この理由は、このマスク上の領域はＣ面の成長
速度に比べて成長速度が小さいというのも一つの理由で
あると考えられる。この窪みを有することで安定的にこ
の位置の両側に、ファセット面からなる斜面を形成する
ことが出来る。
【０１１２】また、他のメカニズムとしては、この幅を
持った結晶欠陥集合領域Ｈに、その両側のファセット面
斜面よりも角度の浅いファセット面が形成されやすく、
結局、この角度の浅いファセット面が存在するために、
この位置に安定的にこの部分を谷底とした、ファセット
面からなる谷が形成される（図５（ｂ））。
【０１１３】こうして、ファセット面からなる谷の位置
も固定されることになる。このような配置となった場合
は、ファセット面が埋め込まれることはなく、この形状
を維持して成長が進行する。このプロセスを経由する事
で、ファセット面の位置制御が可能となる。即ち、低欠
陥単結晶領域Ｚと欠陥集合領域の位置も固定され、制御
可能となる。これにより、規則正しい低欠陥単結晶領域
Ｚ、欠陥集合領域Ｈの配置も可能となる。これも、本発
明の骨子の一つである。
【０１１４】また、欠陥集合領域の形成のされ方につい
ては、下記の様に考えられる。即ち、欠陥集合領域を形
成するためのマスクの上に、多結晶領域が形成された場
合は、欠陥集合領域は多結晶領域として明確に区別され
る。しかし、欠陥集合領域としては、色々な場合が考え
られ、例えばその一つに、面状欠陥面を境界に有した単
結晶領域である場合がある。
【０１１５】この場合は、ごく成長の初期段階におい
て、欠陥集合領域の両側のファセット面の傾きに比べ、
やや傾きの浅いファセット面が出現し、そのファセット
面の境界がこの欠陥集合領域の境界となる。そのメカニ
ズムは、ファセット面の谷底に存在するファセット面の
角度の差を有したファセット面の境界で、結晶成長の進
行と共に転位が集められ、結局その場所が、転位の集合
場所、即ち閉じた欠陥集合領域となると考えられる。
【０１１６】また、顕著な例としては、この欠陥集合領
域がＧａＮ結晶の極性が反転した領域となっている場合
があり、頻繁に見られる現象である。これは、即ち、低
欠陥単結晶領域Ｚに対して、欠陥集合領域は窒化ガリウ
ム結晶のｃ軸が１８０°向きが違っていると言うことで
ある。この場合は、明らかに欠陥集合領域の境界に粒界
が発生し、結晶成長と共にファセット面を通して、欠陥
集合領域に集められた転位はこの粒界に集積されていく
と考えられる。特に、欠陥集合部のＧａＮ結晶のｃ軸の
極性が反転した場合、ファセット形状の制御は特にうま
く行く。これは、極性が反転した場合、成長速度が遅く
なるという要因が寄与していると考えられるからであ
る。
【０１１７】以上で、本発明の基本的な原理説明をし
た。この発明によって、前掲の３点の技術課題、即ち、
転位集合部付近の転位のモヤ、面状欠陥、位置制御の困
難が全て解決出来る。即ち図７の様な立体的な結晶成長
後の形状を有することにより、図８の様な組織を有する
基板が作成され、結晶欠陥分布が大きく改善された。図
７において、下地基板２１の上にＧａＮ結晶２２が成長
しているが表面は山谷の繰り返しになっている。谷（Ｖ
溝）の直下に続く細い幅をもつ平面が欠陥集合領域Ｈで
ある。傾斜がファセット２６である。ファセット２６の
直下に続く部分が低欠陥単結晶領域Ｚである。これは山
の頂上が鋭利に尖っており平坦なＣ面成長領域Ｙが存在
しない場合を示している。その場合は隣接する欠陥集合
領域Ｈ、Ｈによって挟まれる部分は全て一様な低欠陥単
結晶領域Ｚとなる。ｐ＝ｚ＋ｈという簡単な構造にな
る。平坦部が存在するばあい低欠陥単結晶領域Ｚが二分
されるから、その平坦部の幅をｗとしてｐ＝２ｚ＋ｗ＋
ｈとなる。山の高さ（Ｖ溝の深さ）とピッチｐの関係は
後に述べる。図８は基板を除去し上面の凹凸を除去して
両面を研磨した状態の矩形ウエハを示す。これは欠陥集
合領域Ｈ、低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙが順に
規則正しく並ぶＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…構造をしている。
なお、Ｃ面成長領域Ｙは成長条件により必ずしも幅を持
った直線状とはならず、幅にバラツキを有し、ゆらいで
いる場合も多い。次に、本発明の具体的な内容につい
て、詳しく説明していく。
【０１１８】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態について
述べる。再度、本発明の基本的な原理を繰り返すと、本
発明は幅を持った直線状に伸びたファセット面よりなる
谷（Ｖ溝）を維持して結晶成長させることを前提として
いる（図７）。ファセット面よりなる谷の底には幅をも
った直線状の欠陥集合領域Ｈができる。幅を持った直線
状の結晶欠陥集合領域Ｈに隣接して低欠陥単結晶領域Ｚ
を成長させ、結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは境界
Ｋと内部Ｓにその周辺に存在する転位を引き込む。境界
Ｋまたは境界Ｋと内部Ｓで転位を消滅させるか蓄積する
かする。
【０１１９】本発明は、このように欠陥集合領域Ｈの境
界Ｋ、内部Ｓを転位の消滅場所あるいは蓄積場所として
ＧａＮを成長することで転位を低減することを特徴とす
る単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法（請求項４３）で
ある。
【０１２０】あるいは、幅を持った直線状の結晶欠陥集
合領域Ｈに隣接して低欠陥単結晶領域Ｚを成長させ、結
晶欠陥集合領域Ｈの境界Ｋまたは境界Ｋと内部Ｓを、周
辺に存在する転位の消滅場所あるいは蓄積場所として、
ＧａＮを成長することで、転位を低減することを特徴と
する単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法（請求項４４）
である。
【０１２１】さらに、具体的には、幅を持った直線状の
結晶欠陥集合領域Ｈに隣接して、ファセット面斜面を有
して、成長し、そのファセット面を維持することによっ
て、結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたはその内部Ｓを
転位の消滅場所あるいは蓄積場所とし、その結果として
転位を低減することを特徴とする単結晶窒化ガリウムの
結晶成長方法（請求項４５）である。
【０１２２】また、結晶欠陥集合領域Ｈとの関係を明確
にすると、次のようになる。幅を持った直線状の結晶欠
陥集合領域Ｈに隣接して、ファセット面斜面を有して、
成長するにあたり、結晶欠陥集合領域Ｈを谷間として、
その両側にそのファセット面を維持することによって、
そのファセット面を通して転位が結晶欠陥集合領域Ｈへ
集合し、結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたはその内部
Ｓを転位の消滅場所あるいは蓄積場所として成長し、そ
の結果として転位を低減することを特徴とする単結晶窒
化ガリウムの結晶成長方法（請求項４６）である。
【０１２３】実際は、複数本の結晶欠陥集合領域Ｈを有
して成長すると考えられる。その際には、次のように記
述される。間隔をおいて互いに平行な複数本の、幅を持
った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈに隣接して、長手方向
に伸びた帯状のファセット面斜面を有し、それを維持し
て成長することで、転位を低減することを特徴とする単
結晶窒化ガリウムの結晶成長方法（請求項４７）であ
る。
【０１２４】さらに、結晶欠陥集合領域Ｈと、ファセッ
ト面との関係を明らかにすると、下記の様に書ける。間
隔をおいて互いに平行な複数本の、幅を持った直線状の
結晶欠陥集合領域Ｈに隣接して、長手方向に伸びた帯状
のファセット面斜面を有し、それを維持して成長するに
あたり、その配置は、結晶欠陥集合領域Ｈを谷間とし
て、その両側にファセット面を有して成長することによ
り、転位を低減することを特徴とする単結晶窒化ガリウ
ムの結晶成長方法（請求項４８）である。
【０１２５】さらに具体的に、結晶欠陥集合領域Ｈを谷
間として、その両側にファセット面を有して成長するに
は、次のような場合がある。間隔をおいて互いに平行な
複数本の、幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈに隣
接して、長手方向に伸びた帯状のファセット面斜面を有
し、それを維持して成長するにあたり、ファセット面に
より形成される形状は、長手方向に伸びた左右対称のプ
リズム型であることを特徴とする単結晶窒化ガリウムの
結晶成長方法（請求項４９）である。
【０１２６】この際に、プリズム結晶の頂上に水平な面
を有した左右対称のプリズム型であっても良い（請求項
５０）。
【０１２７】この際の、ファセット面指数は、次のよう
である。平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であり、直線
状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向が＜１−１００＞である
場合は、ファセット面は、｛ｋｋ−２ｋｎ｝（ｋ、ｎは
整数）である（請求項５１）。
【０１２８】その中でも、頻度の高いファセット面は、
｛１１−２２｝であることが多い（請求項５２）。ま
た、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向は、＜１−１０
０＞でも良いが、＜１１−２０＞である事も可能であ
る。よって、平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であり、
直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向が＜１１−２０＞で
あり、ファセット面は、｛ｋ−ｋ０ｎ｝（ｋ、ｎは整
数）である（請求項５３）。
【０１２９】その場合の代表的なファセット面は、｛１
−１０１｝である（請求項５４）。
【０１３０】プリズム結晶の頂上に水平な面を有した左
右対称のプリズム型である場合、平均的な結晶成長方向
がｃ軸方向であり、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向
が＜１−１００＞あるいは＜１１−２０＞のどちらかで
あり、ファセット面が｛１１−２２｝、｛１−１０
１｝、｛ｋｋ−２ｋｎ｝、｛ｋ−ｋ０ｎ｝（ｋ、ｎは整
数）のいずれかである時、その頂上の水平な面は（００
０１）面である（請求項５５）。また、この水平な面は
幅を持った直線状とならず、幅が変動し、ゆらいだ形状
となる場合もある。
【０１３１】これらの結晶成長において、厚く結晶成長
した場合および成長条件等によっては本来幅を持った直
線状である結晶欠陥集合領域Ｈが、完全な直線でなく幅
を持ち、破線状に途切れる場合がある。この場合におい
ても、結晶欠陥集合領域Ｈの両側のファセット面によ
り、転位は結晶欠陥集合領域Ｈの近傍に集められる。し
かし、結晶欠陥集合領域Ｈが直線状ではなく幅をもち、
破線状に途切れているため、途切れた箇所では、転位は
結晶欠陥集合領域Ｈからはみ出して存在する。このよう
な結晶欠陥集合領域Ｈが直線状ではなく幅をもち、破線
状に途切れた場合においても、転位の閉じ込めの効果は
認められる。よって、本発明にはこのような場合も含む
（請求項８８）。以上で、低転位単結晶部のファセット
面について、述べてきたが、次に、欠陥集合領域につい
て、記述する。欠陥集合領域については、様々なバリエ
ーションがある。幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域
Ｈは、多結晶である場合がある（請求項５６）。
【０１３２】それ以外の場合について述べる。幅を持っ
た直線状の結晶欠陥集合領域Ｈは、その両側の単結晶領
域部のファセット面斜面に比べて、角度が浅いファセッ
ト面を有して成長する（請求項５７）場合がある。
【０１３３】しかもその場合、幅を持った直線状の結晶
欠陥集合領域Ｈは、その境界を、その両側の単結晶領域
部のファセット面と角度が浅いファセット面との境界と
一致して成長する事が多い（請求項５８）。
【０１３４】また、欠陥集合領域の特徴として、幅を持
った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈは、その境界に、面状
欠陥を有して成長する場合が多い（請求項５９）。
【０１３５】また、幅を持った直線状の結晶欠陥集合領
域Ｈは、その境界の両側において、結晶軸が微傾斜して
成長する場合がある（請求項６０）。
【０１３６】結晶欠陥集合領域Ｈは、角度の浅いファセ
ット面を有して成長した領域と一致するが、さらに幅を
持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈは、その両側の境界
の内側に、角度の浅いファセット面の両側からの整合部
を有して、成長することも多い（請求項６１）。
【０１３７】そして、その下には、その整合部の下に面
状欠陥を有して成長する事も多い（請求項６２）。
【０１３８】さらに、最も不思議な現象であるが、非常
に重要な現象として、反転現象がある。ＧａＮは［００
０１］軸において極性を持つ。即ち、（０００１）面と
（０００−１）面とで物性が異なる。この反転が、この
欠陥集合領域で発生する場合が多いのは、大変興味深
い。即ち、幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈは、
それに隣接するファセット面部とは、ｃ軸を反転して成
長する（請求項６３）場合がある。
【０１３９】即ち、結晶欠陥集合領域Ｈは、［０００−
１］軸を主軸として成長し、それに隣接するファセット
面部は、［０００１］軸を主軸として成長する（請求項
６４）ということである。
【０１４０】この場合は、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
の方向が＜１−１００＞の時、角度の浅いファセット面
は、｛１１−２−５｝または、｛１１−２−６｝として
成長する（請求項６５）。
【０１４１】反転現象が起きない場合は、直線状の結晶
欠陥集合領域Ｈの方向が＜１−１００＞であり、角度の
浅いファセット面は、｛１１−２５｝または、｛１１−
２６｝として成長する（請求項６６）。
【０１４２】次に結晶組織の寸法について述べる。直線
状の結晶欠陥集合領域Ｈの幅は、１μｍから２００μｍ
で効果を発すると考えられる（請求項６７）。
【０１４３】小さい方では１μｍから原理的には可能で
ある。上限は２００μｍと考える。これは、あまりに大
きくなりすぎると、様々な結晶状の乱れが生じてくるた
めに、実験上から上限は２００μｍとした。また、低欠
陥単結晶領域Ｚの幅は、１０μｍから２０００μｍであ
るとした（請求項６８）。
【０１４４】これは、下限は、１０μｍ程度から、実現
可能と見積もられ、上限は、実験上、あまりに大きく取
りすぎると、ファセット面の乱れや、結晶欠陥の発生等
が生じてくるために、このような上限を設けた。
【０１４５】また、実際の基板として適用するために
は、幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈを、規則正
しく、等間隔で並べ、それらの間に低欠陥単結晶領域Ｚ
を有して成長する（請求項６９）ことが必要である。そ
の際に、幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈが等間
隔で並ぶ、ピッチが、２０μmから２０００μmとする
（請求項７０）。理由は、先ほどの低欠陥単結晶領域Ｚ
の幅の制限と同じ理由である。
【０１４６】さて、次に、如何に結晶欠陥集合領域Ｈを
作成するかについて述べていく。下地基板上に、幅を持
った直線状のマスクを形成し、そのマスク上で、結晶欠
陥集合領域Ｈを成長し、それ以外の場所においては、低
欠陥単結晶領域Ｚを成長する（請求項７１）事を基本プ
ロセスとする。
【０１４７】実際は、このマスクは下地基板上に幅を持
った直線状のマスクを複数本、互いに平行に等間隔で形
成し、その上から窒化ガリウムを成長する事で実現する
（請求項７２）。
【０１４８】さらに、このマスクの上で起きる現象につ
いては、次の様に記述される。下地基板上で、マスクの
無い場所では、マスクに隣接して長手方向に伸びたファ
セット面を有した単結晶領域が成長し、マスクの上で
は、当該ファセット面よりも浅い角度を有したファセッ
ト面が成長する（請求項７３）事が多い。
【０１４９】この場合マスクの材質について下記のよう
に記述出来る。即ち、マスクはＳｉＯ２あるいはＳｉ３
Ｎ４である（請求項７４）。
【０１５０】あるいは、マスクはＰｔあるいはＷである
（請求項７５）。
【０１５１】また、あるいは、マスクは多結晶ＡｌＮあ
るいは多結晶ＧａＮであっても良い（請求項７６）。
【０１５２】あるいは、マスクは表面に多結晶ＧａＮの
析出したＳｉＯ２でも良い（請求項７７）。これら列挙
したマスクはいずれも結晶欠陥集合領域Ｈの作製に効果
がある。
【０１５３】また、実際の製造プロセスとして、下記が
挙げられる。下地基板上にＧａＮからなるエピタキシャ
ル層を作成した後で、マスク層を形成し、当該マスク層
を部分的にエッチングし、所定の形状にパターニングし
たものを、欠陥集合領域部を形成する場所に、配置した
後、その上からＧａＮを成長するもの（請求項７８）。
【０１５４】下地基板上に直接、マスク層を形成し、当
該マスク層を部分的にエッチングし、所定の形状にパタ
ーニングしたものを、欠陥集合領域Ｈを形成する場所に
配置し、その上からＧａＮを成長するもの（請求項７
９）。この場合は、一旦低温バッファ層を成長した後に
高温エピ成長する場合と、直接高温エピ成長する場合
と、両方があり得る。
【０１５５】また、マスクの作成に当たり、下地基板上
に設置する、欠陥集合領域部を発生させるためのマスク
として、マスク層を所定の形状にパターニングする際
に、当該領域以外の領域において、エピタキシャル・ラ
テラル・オーバーグロースを行うためのパターンを同時
に形成して、結晶成長を行う事も可能である（請求項８
０）。このプロセスは、上述の請求項７８、請求項７９
の両方のプロセスに適用可能である。
【０１５６】作成するマスクについては、次のような制
限があり得る。直線状の結晶欠陥集合領域Ｈを形成する
ためのマスクの幅ｈは１０μｍから２５０μｍである
（請求項８１）。
【０１５７】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈを
形成するためのマスクが等間隔で並ぶ、ピッチが、２０
μｍから２０００μｍである（請求項８２）。
【０１５８】このようにして結晶成長したＧａＮ結晶
は、次のようなプロセスで基板に製造される。即ち、結
晶成長において、幅を持った直線状の欠陥集合領域部を
有して成長し、単結晶部Ｚ、Ｙと欠陥集合領域Ｈとの境
界Ｋおよび内部Ｓを、単結晶部Ｚ、Ｙの転位の蓄積ある
いは消滅場所として成長することで、単結晶部Ｚ、Ｙの
転位を低減し、得られた結晶を機械加工した後、研磨を
施し平坦な表面を有した基板とする（請求項８３）。
【０１５９】あるいは、結晶成長時の成長表面におい
て、ファセット面からなる谷を形成し、幅を持った直線
状の欠陥集合領域Ｈを谷の底に有して成長することで、
その周りの単結晶部Ｚ、Ｙの転位を低減し、得られた結
晶を機械加工した後、研磨を施し平坦な表面を有した基
板とする（請求項８４）。
【０１６０】また、機械加工として、スライス加工、研
削加工、ラッピング加工のうち少なくとも一つを含む
（請求項８５）。
【０１６１】また、ここまで述べてきた、下地基板とし
ては、ＧａＮ、サファイア、ＳｉＣ、スピネル、ＧａＡ
ｓ、Ｓｉを用いる事が出来る（請求項８６）。
【０１６２】このようにして作成された窒化ガリウム単
結晶基板は、次のようなものである。表面に、幅を持ち
直線状に伸びた低欠陥単結晶領域Ｚを有し、その両側に
境界線を介して幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈを有し、
その結晶欠陥集合領域Ｈも両側に境界線を有している単
結晶窒化ガリウム基板（請求項１）である。欠陥集合領
域Ｈは両側に境界線Ｋ、Ｋをもち、直線状の広がりをも
つ低欠陥単結晶領域Ｚの両側に欠陥集合領域Ｈが接合し
たＨＺＨの構造を表面に有するということである。
【０１６３】あるいはまた、表面にほぼ直線状に伸びた
境界線を両側に持ち、かつ、幅を持った低欠陥単結晶領
域Ｚを有し、それに接して、ほぼ直線状に伸びた境界線
を両側に持ち、かつ、幅を持った結晶欠陥集合領域Ｈを
有し、それらが、互いに接して交互に並び、規則正しく
等間隔で複数回繰り返して存在する単結晶窒化ガリウム
基板である（請求項２）。これはＨＺＨＺＨＺ…と繰り
返す構造が表面にあるような基板だということをいって
いる。
【０１６４】基板の表面に存在する低欠陥単結晶領域Ｚ
と、結晶欠陥集合領域Ｈが、基板表面にほぼ垂直にそれ
ぞれ基板内部にわたって存在している単結晶窒化ガリウ
ム基板（請求項３）である。先述のＺＨ構造が表面だけ
でなく内部へも延長しておりＺは有限の幅ｚをもつ平
面、Ｈも有限の幅ｈをもつ平面であり、境界Ｋも平面だ
ということである。
【０１６５】また、表面に存在する低欠陥単結晶領域Ｚ
と、結晶欠陥集合領域Ｈが、基板表面にほぼ垂直にそれ
ぞれ基板内部にわたって存在しており、基板内部におい
てもそれらの領域が互いに接して交互に並び、規則正し
く等間隔で複数回繰り返して存在する単結晶窒化ガリウ
ム基板である（請求項４）。これはＨＺＨＺＨＺ…と繰
り返す構造が表面にも内部にもあるような基板だという
ことをいっている。
【０１６６】表面に存在する、幅を持ち直線状に伸びた
低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅を持ちほぼ直線状
に伸びた、比抵抗の異なる領域が存在する単結晶窒化ガ
リウム基板（請求項５）である。これは比抵抗が高いＣ
面成長領域Ｙが低欠陥単結晶領域Ｚの中間にあり、ＨＺ
ＹＺＨとなる構造を有する基板だということをいってい
る。特に、欠陥集合領域のＧａＮ結晶のｃ軸の極性が反
転した場合、ファセット面の形状制御はうまくいく。極
性が反転した場合、結晶成長速度が遅くなるという要因
が寄与していると考えられる。
【０１６７】また、表面に繰り返して存在する、幅を持
ち直線状に伸びた低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅
を持ちほぼ直線状に伸びた、比抵抗の異なる領域が存在
する単結晶窒化ガリウム基板である（請求項６）。これ
はＨＺＹＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…という繰り返し周期構
造が表面に存在するということである。
【０１６８】ここに述べたように、結晶成長時に表面に
Ｃ面の鏡面部を有して成長した場合、他の領域の｛１１
−２２｝面を有して成長した領域に比べ、比抵抗が大き
くなる傾向がある。これは、面指数が異なることによ
り、不純物の取り込み効率が異なるためである。単結晶
で低転位の部分が、低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域
Ｙと２種類あるが、Ｃ面成長領域Ｙで比抵抗が高い理由
を述べている。Ｃ面成長よりもファセット成長の方が電
気伝導度の高い基板が得られる。成長してみればいずれ
もＣ面形成で方位は同一なのであるが、成長の方向が違
うのでそのような比抵抗の相違が発生する。
【０１６９】表面に存在する、幅を持ち直線状に伸びた
低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅を持ちほぼ直線状
に伸びた、比抵抗の異なる領域が存在し、基板表面にほ
ぼ垂直に、低欠陥単結晶領域Ｚに伴って、基板内部にわ
たって存在している単結晶窒化ガリウム基板である（請
求項７）。
【０１７０】表面に繰り返して存在する、幅を持ち直線
状に伸びた低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅を持ち
ほぼ直線状に伸びた、比抵抗の異なる領域が存在し、基
板表面にほぼ垂直に、低欠陥単結晶領域Ｚに伴って、基
板内部にわたって存在している単結晶窒化ガリウム基板
である（請求項８）。
【０１７１】基板表面に存在する、低欠陥単結晶領域Ｚ
と結晶欠陥集合領域Ｈが、基板表面から裏面まで貫通し
て存在する単結晶窒化ガリウム基板である（請求項
９）。
【０１７２】基板表面に低欠陥単結晶領域Ｚ、結晶欠陥
集合領域Ｈ、Ｃ面成長領域Ｙが存在する中、結晶欠陥集
合領域Ｈのみが幅をもった直線状ではなく、幅を持ち破
線状に途切れている場合も低欠陥単結晶領域Ｚにおいて
十分な低転位な領域が得られるため、本発明に含める
（請求項８７）。次に欠陥集合領域について記述する。
結晶欠陥集合領域Ｈは多結晶からなり、接する低欠陥単
結晶領域Ｚとの境界に結晶粒界を有する単結晶窒化ガリ
ウム基板である（請求項１０）。
【０１７３】しかし、結晶欠陥集合領域Ｈは、むしろ、
単結晶状態の場合が多い。結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶
からなり、接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に
面状欠陥を有する単結晶窒化ガリウム基板である（請求
項１１）。
【０１７４】結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶からなり、領
域内部に貫通転位群を有する単結晶窒化ガリウム基板
（請求項１２）である。
【０１７５】結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶からなり、領
域内部に貫通転位群および面状欠陥を有する単結晶窒化
ガリウム基板である（請求項１３）。
【０１７６】結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶からなり、接
する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、結晶軸が微傾斜して
いる単結晶窒化ガリウム基板である（請求項１４）。
【０１７７】結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶からなり、接
する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に面状欠陥を有
し、領域内部に貫通転位群、面状欠陥を有する単結晶窒
化ガリウム基板（請求項１５）である。
【０１７８】結晶欠陥集合領域Ｈは単結晶からなり、接
する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に面状欠陥を有
し、領域内部に長手方向に伸びた１層の面状欠陥を有す
る単結晶窒化ガリウム基板である（請求項１６）。
【０１７９】基板表面が、（０００１）面を主面とする
単結晶窒化ガリウム基板である（請求項１７）。
【０１８０】結晶欠陥集合領域Ｈは接する低欠陥単結晶
領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなる単結晶
窒化ガリウム基板である（請求項１８）。
【０１８１】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、か
つ、接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に面状欠
陥を有する単結晶窒化ガリウム基板（請求項１９）であ
る。
【０１８２】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、結
晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、貫通転位群を有する単結晶
窒化ガリウム基板（請求項２０）である。
【０１８３】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、結
晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、貫通転位群および面状欠陥
を有する単結晶窒化ガリウム基板（請求項２１）であ
る。
【０１８４】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、か
つ、結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結晶領域Ｚ
との間で、結晶軸方向が微傾斜している単結晶窒化ガリ
ウム基板（請求項２２）である。
【０１８５】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、接
する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に面状欠陥を有
し、結晶欠陥集合領域Ｈ内部に、貫通転位群、面状欠陥
を有する単結晶窒化ガリウム基板（請求項２３）であ
る。
【０１８６】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、接
する低欠陥単結晶領域Ｚとの間で、境界に面状欠陥を有
し、結晶欠陥集合領域Ｈ内部に、長手方向に伸びた１面
の面状欠陥を有する単結晶窒化ガリウム基板（請求項２
４）である。
【０１８７】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結
晶領域Ｚとは、ｃ軸が反転している単結晶からなり、低
欠陥単結晶部は、基板表面の主面が（０００１）面であ
り、結晶欠陥集合領域Ｈは、基板表面の主面が（０００
−１）面である単結晶窒化ガリウム基板（請求項２５）
である。
【０１８８】また、基板表面の、低欠陥単結晶領域Ｚお
よび結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向の結晶方位は、＜１
−１００＞である単結晶窒化ガリウム基板である（請求
項２６）。あるいは、＜１１−２０＞であっても良い
（請求項２７）。
【０１８９】基板内部において、面として存在する低欠
陥単結晶領域Ｚおよび結晶欠陥集合領域Ｈの分布面は、
＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向に平行であ
る単結晶窒化ガリウム基板である（請求項２８）。
【０１９０】基板内部において、面として存在する低欠
陥単結晶領域Ｚおよび結晶欠陥集合領域Ｈの分布面は、
＜１１−２０＞方向および＜０００１＞方向に平行であ
る単結晶窒化ガリウム基板である（請求項２９）。
【０１９１】低欠陥単結晶領域の幅が、１０μｍから２
０００μｍである単結晶窒化ガリウム基板である（請求
項３０）。これはＣ面成長領域Ｙが存在しない場合はそ
のとおり低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚを意味するが、Ｃ面
成長領域Ｙが存在する場合は２ｚ＋ｙを意味する。低欠
陥単結晶領域ＺもＣ面成長領域Ｙの低欠陥で単結晶だか
らである。
【０１９２】低欠陥単結晶領域の幅が、１００μｍから
８００μｍである単結晶窒化ガリウム基板である（請求
項３１）。これもＣ面成長領域Ｙが存在しない場合はそ
のとおり低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚを意味するが、Ｃ面
成長領域Ｙが存在する場合は２ｚ＋ｙを意味する。
【０１９３】結晶欠陥集合領域Ｈの幅が、１μｍから２
００μｍである単結晶窒化ガリウム基板（請求項３２）
である。
【０１９４】結晶欠陥集合領域Ｈの幅が、１０μｍから
８０μｍである単結晶窒化ガリウム基板である（請求項
３３）。
【０１９５】低欠陥単結晶領域Ｚの平均貫通転位密度
が、５×１０６ｃｍ−２以下である単結晶窒化ガリウム
基板（請求項３４）である。
【０１９６】低欠陥単結晶領域Ｚにおいて、結晶欠陥集
合領域Ｈの近傍３０μｍの領域で、やや貫通転位密度が
高く３×１０７ｃｍ−２以下であることが多い（請求項
８９）。低欠陥単結晶領域Ｚの貫通転位密度が、結晶欠
陥集合領域Ｈとの境界付近で最も高く、境界から離れる
に従って減少していく単結晶窒化ガリウム基板（請求項
３５）である。
【０１９７】基板表面において、段差を有し、結晶欠陥
集合領域Ｈがやや窪んでいる単結晶窒化ガリウム基板で
ある（請求項３６）。
【０１９８】段差部の窪みの深さは、１μｍ以下である
単結晶窒化ガリウム基板である（請求項３７）。
【０１９９】請求項２５に記載の単結晶窒化ガリウム基
板を表裏を逆にし、裏側を表側として基板を使用する場
合、次のような窒化ガリウム基板となる。すなわち、結
晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結晶領域Ｚとは、
ｃ軸が反転している単結晶からなり、低欠陥単結晶部
は、基板表面の主面が（０００−１）面であり、結晶欠
陥集合領域Ｈは、基板表面の主面が（０００１）面であ
る単結晶窒化ガリウム基板である（請求項３８）。
【０２００】基板表面において、段差を有し、低欠陥単
結晶領域Ｚがやや窪んでいる単結晶窒化ガリウム基板で
ある（請求項３９）。
【０２０１】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
が、規則正しく、等間隔ｐで並び、それらの間に低欠陥
単結晶領域を有する単結晶窒化ガリウム基板である（請
求項４０）。この低欠陥単結晶領域は、低欠陥で単結晶
である低欠陥単結晶領域Ｚ、あるいは低欠陥単結晶領域
Ｚと低欠陥単結晶で高比抵抗のＣ面成長領域Ｙの三重層
ＺＹＺからなる。
【０２０２】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈが
等間隔で並ぶ、ピッチが、２０μｍから２０００μｍで
ある単結晶窒化ガリウム基板である（請求項４１）。
【０２０３】好ましくは、幅を持った直線状の結晶欠陥
集合領域Ｈが等間隔で並ぶ、ピッチが、１００μｍから
１２００μｍである単結晶窒化ガリウム基板である（請
求項４２）。
【０２０４】以上述べてきた単結晶窒化ガリウム基板を
用いて作成された半導体レーザデバイスを作成すること
が出来る。
【０２０５】 通常ピット周りに出現するファセッ
トが｛１１−２２｝、｛１−１０１｝であると述べた。
すでに述べたようにａ軸長さをａで、ｃ軸長さをｃで表
現すると、｛１−１０１｝面のＣ面に対する傾き角は、
ｔａｎ−１（３１／２ａ／２ｃ）である。｛１１−２
２｝面のＣ面に対する傾き角は、ｔａｎ−１（ａ／ｃ）
である。
【０２０６】｛１１−２２｝のＣ面に対する傾き角Θａ
は、ａ＝０．３１８９２ｎｍ、ｃ＝０．５１８５０ｎｍ
であるから、ｔａｎ−１（３１／２ａ／２ｃ）＝２８．
０４３゜である。
【０２０７】｛１−１０１｝のＣ面に対する傾き角Θｍ
は、ｔａｎ−１（ａ／ｃ）＝３１．５９４゜である。
【０２０８】図９（ａ）のように＜１−１００＞方向に
延びるストライプマスクを設けた場合、Ｖ溝を構成する
ファセット面は（１１−２２）と（−１−１２２）面で
ある。そのＣ面に対する傾斜角Θａは２８゜である。
【０２０９】Ｖ溝の深さをＶ、結晶欠陥集合領域Ｈの幅
をｈとするとファセット面（１１−２２）、（−１−１
２２）の広がりはＶcosecΘａであり、ファセット面の
Ｃ面への投影はｚ＝ＶcotΘａによって与えられる。
【０２１０】結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｃ面成長領域Ｙのピ
ッチをｐとすると、それは結晶欠陥集合領域Ｈの幅ｈ
と、ファセット面のＣ面への投影幅が二つ分とＣ面成長
領域Ｙの幅ｙを加えたものに等しい。
【０２１１】 ｐ＝ｈ＋ｙ＋２ｚ＝ｈ＋ｙ＋２ＶcotΘａ
【０２１２】結晶欠陥集合領域Ｈの幅ｈはストライプマ
スクの幅ｓによってほぼ決まり、ストライプマスクのピ
ッチｐも初めの設計によって決まる。結晶欠陥集合領域
Ｈの幅ｈが１μｍ〜２００μｍで、ピッチｐは２０μｍ
〜２０００μｍで、ｙ＋２ｚが１０〜２０００μｍであ
るということを述べた。
【０２１３】ストライプマスクの幅ｓとピッチｐを与え
るので結晶欠陥集合領域Ｈ幅ｈが大体決まり、ＨＺＹＺ
ＨＺＹＺ…の周期のピッチはマスクピッチｐに等しいか
ら既に決まっている。
【０２１４】Ｖ溝の深さＶが浅いうちは、Ｃ面成長領域
Ｙの幅ｙが有限値をとる。しかしＶ溝の深さＶが深くな
るとＣ面成長領域Ｙが消失（ｙ＝０）する。Ｃ面成長領
域Ｙが消失する臨界のＶ溝深さをＶｃとすると、それは
【０２１５】（＜１−１００＞方向のＶ溝の場合） Ｖｃ＝（ｐ−ｈ）tanΘａ／２＝０．３０７（ｐ−ｈ）
【０２１６】（＜１１−２０＞方向のＶ溝の場合） Ｖｃ＝（ｐ−ｈ）tanΘｍ／２＝０．２６６（ｐ−ｈ）
【０２１７】によって与えられる。つまりＶ溝の深さＶ
が決まれば平坦部（Ｃ面成長領域Ｙ）の幅ｙが決まると
いうことである。
【０２１８】そしてＶ溝の深さＶをＶ＞Ｖｃとしてファ
セット成長させればＣ面成長領域Ｙの面積を０にし平坦
部のない山谷構造が形成される筈である。しかし後に述
べる実施例では全てＣ面成長領域Ｙの幅ｙは有限値をと
り（ｙ＞０）、Ｖ＜Ｖｃであるようになっている。
【０２１９】後に述べる実施例１のサンプルＡでは、ｓ
＝５０μｍ、ｈ＝４０μｍ、ｐ＝４００μｍ、ｙ＝３０
μｍ、厚さＴ＝１２５０μｍである。この値を用いる
と、Ｖ溝の深さは、Ｖ＝１００μｍで、臨界深さはＶｃ
＝１１０μｍである。低欠陥単結晶領域Ｚの幅はｚ＝１
６５μｍとなる。結晶を厚く成長させてＧａＮ結晶の厚
みＴをＶｃより大きくしてもＶ溝はそれに応じて深くな
るのではなく、臨界深さＶｃよりも浅いようである。
【０２２０】また、本発明では低コストで窒化ガリウム
結晶を製造する方法をも開示する。厚く結晶成長させて
インゴットを作製しスライスする方法である。すなわ
ち、これまでに説明してきた方法により、結晶成長表面
に長手方向に伸びた帯状の斜面からなるファセット面を
形成し、そのファセット面を両側にもつ谷間の底部に結
晶欠陥集合領域Ｈを形成し、それらの形状を維持して連
続して成長させ、結晶欠陥集合領域Ｈの周囲の低欠陥単
結晶領域ＺやＣ面成長領域Ｙの転位を引き込み低減した
結晶を厚く成長させインゴットとし、当該結晶をスライ
ス加工することにより多数枚の窒化ガリウム結晶基板を
得ることができる（請求項９０）。また、このインゴッ
ト作製においては、本発明による窒化ガリウム結晶基板
を種結晶として用いることもできる。本発明による窒化
ガリウム決勝基板を種結晶として結晶成長した場合、種
結晶の結晶欠陥集合領域Ｈの上には新たに結晶欠陥集合
領域Ｈが引き継がれ、低欠陥単結晶領域ＺやＣ面成長領
域Ｙの上には新たに低欠陥単結晶領域ＺやＣ面成長領域
Ｙが成長することがわかった。ただ、興味深いことに
は、Ｃ面成長領域Ｙの位置は種結晶とその上に結晶成長
した部分とは必ずしも一致しないことが判明した。これ
は、低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙは結晶構造と
しては全く同じ結晶構造のものであるためと考えられ
る。結晶中の不純物濃度が異なるのみである。このよう
にして本発明による窒化ガリウム結晶基板を種結晶とし
て、その上に厚く成長したインゴットを作製し、当該結
晶をスライス加工することにより多数枚の窒化ガリウム
結晶を得ることができる（請求項９１）。この内容を実
際の結晶のファセット面観察から記述すると次のように
なる。本発明による単結晶窒化ガリウム基板を種結晶と
して、その上に窒化ガリウムを成長させ、種結晶の結晶
欠陥集合領域Ｈの上には浅い角度を有したファセット面
からなるピットの底を形成し、底には結晶欠陥集合領域
Ｈが形成され、また、低欠陥単結晶領域ＺおよびＣ面成
長領域Ｙの上にはファセット面からなる斜面または水平
なファセット面が形成され、低欠陥単結晶領域Ｚまたは
Ｃ面成長領域Ｙを成長させることでインゴットを作製
し、当該結晶をスライス加工することにより多数枚の窒
化ガリウム結晶を得ることができる（請求項９２）。
【０２２１】
【実施例】［実施例１（サファイヤ基板；サファイヤ基
板；図１０）］本発明のＧａＮ基板を製造する方法（実
施例１）を述べる。製造工程を図１０に示した。下地基
板としてサファイヤＣ面基板４１を使用した。図１０
（１）はサファイヤ基板４１を図示している。サファイ
ヤは三方晶系（Hexagonal symmetry）であり、ＧａＮも
同じ晶系に属する。既に実用化されているＬＥＤ、ＬＤ
では専らサファイヤＣ面基板が用いられている。
【０２２２】サファイヤ基板４１に予めＭＯＣＶＤ法
（有機金属ＣＶＤ法）によって、厚さ約２μｍのＧａＮ
エピ層４２を設けた。図１０（２）にこの状態の断面図
を示す。エピ層４２の表面はＧａＮのＣ面になる。
【０２２３】ＧａＮエピ層４２の上面に、厚さ１００ｎ
ｍのＳｉＯ２膜を一様に成膜した。フォトリソグラフィ
によってストライプ状のマスクパターン４３を形成し
た。図１０（３）にこの状態の断面図を示す。ＳｉＯ２
被覆部分４３は同じ幅の帯状であり等間隔に並ぶ。Ｇａ
Ｎが露呈した露呈部分４８も帯状で等間隔に並んでい
る。幅やピッチや方向が相違する５種類の異なるストラ
イプパターンＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅを形成して比較した。
パターンＡ〜Ｄは、ストライプの長手方向がＧａＮエピ
層４２の＜１−１００＞方向とした。つまり｛１１−２
０｝面（Ａ面）に平行である。パターンＥは、ストライ
プの長手方向が＜１１−２０＞方向とした。つまり｛１
−１００｝面（Ｍ面）に平行である。ストライプ（被覆
部４３）幅をｓとし、マスクのないＧａＮエピ層の露呈
部幅をｔとする。パターンのピッチをｐとする。ｐ＝ｓ
＋ｔである。
【０２２４】パターンＡ ストライプ幅ｓ＝５０μｍ；
ピッチｐ＝４００μｍ；ｔ＝３５０μｍ パターンＢ ストライプ幅ｓ＝２００μｍ；ピッチｐ＝
４００μｍ；ｔ＝２００μｍ パターンＣ ストライプ幅ｓ＝２μｍ；ピッチｐ＝２０
μｍ；ｔ＝１８μｍ パターンＤ ストライプ幅ｓ＝３００μｍ；ピッチｐ＝
２０００μｍ；ｔ＝１７００μｍ パターンＥ ストライプ幅ｓ＝５０μｍ；ピッチｐ＝４
００μｍ；ｔ＝３５０μｍ
【０２２５】それぞれのストライプパターンＡ、Ｂ、
Ｃ、Ｄ、Ｅをもつ試料をサンプルＡ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅと
呼ぶことにする。
【０２２６】（１）サンプルＡ、サンプルＢの成長 ストライプパターンＡをもつサンプルＡと、ストライプ
パターンＢを持つサンプルＢの上にＨＶＰＥ法によって
ＧａＮ結晶を成長させた。ＨＶＰＥ装置において、縦長
の反応炉は内部上方にＧａメタルを収容したＧａボート
を有し下方には、基板を上向きに戴置したサセプタが設
けられる。サセプタの上にサファイヤＣ面基板４１を設
置する。ここでは、サセプタＡとサセプタＢをサセプタ
に載せて同じ条件でＧａＮ成長させる。
【０２２７】反応炉の上方から水素ガス（Ｈ２）と塩化
水素（ＨＣｌ）ガスをＧａボートに供給するようになっ
ており、アンモニアガス（ＮＨ３）と水素ガスをサセプ
タに載せた基板の直近へ供給できるようになっている。
水素ガスはキャリヤガスである。
【０２２８】実施例１では、反応炉は常圧としてＧａボ
ートは８００℃以上に加熱した。サファイヤ基板は１０
５０℃に加熱した。ＧａとＨＣｌの反応で一旦ＧａＣｌ
が合成される。ＧａＣｌが下降して基板付近に至りアン
モニアガスと反応する。反応生成物であるＧａＮが、Ｇ
ａＮエピタキシャル層露呈部４８やマスク４３の上に堆
積する。
【０２２９】エピ層の成長条件は次の通りである。 成長温度 １０５０℃ ＮＨ３分圧 ０．３ａｔｍ （３０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ０．０２ａｔｍ（ ２ｋＰａ） 成長時間 １０時間
【０２３０】この成長の結果、マスクパターンＡ、マス
クパターンＢの上に、約１２５０μｍ厚みのＧａＮエピ
層をもったサンプルＡ、サンプルＢが得られた。図１０
（４）はその状態を示している。
【０２３１】［サンプルＡの観察（ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｃ
Ｌ）］まずサンプルＡについて表面を顕微鏡観察した。
サンプルＡは、その表面が平行なＶ溝４４の集合よりな
る。Ｖ溝４４はファセット面４６、４６で構成される。
つまり多数の正三角形のプリズムを横にして並べたよう
な表面形状を有する。Ｖ溝４４の間には平坦部４７が存
在することもある。平坦部４７はＣ面に平行である。平
坦部４７とその直下の部分をＣ面成長領域と呼ぶことも
ある。Ｖ溝４４の底４９は初めに設けたストライプマス
ク４３と上下方向で常に合致する。つまりＶ溝底４９が
マスク４３の上に形成される。マスク位置によってＶ溝
底部を正確に指定することができる。露呈部４８の上
に、Ｖ溝４４のファセット面４６と平坦部４７が成長す
るのである。
【０２３２】サンプルＡの表面に現れるＶ溝４４のピッ
チは４００μｍであった。それは初めのストライプマス
ク４３のピッチｐと同一である。つまりマスク位置の上
に谷が来るように、４００μｍピッチの山と谷が交互に
連続するファセット面の集合となっている。プリズム
（Ｖ溝）を形成するファセット面の多くは｛１１−２
２｝面をもつものであった。＜１−１００＞方向（｛１
１−２０｝面に平行）にストライプを形成したから、フ
ァセット面はストライプの方向に平行だということがわ
かる。隣接するプリズム状ファセット面４６、４６の間
には平坦部４７が見られる。これはＣ面に平行で（（０
００１）面）鏡面である。幅は３０μｍ程度であった。
Ｖ溝４４を構成するファセット面４６、４６の間のＶ溝
底４９には前記のファセットより浅い角度の別のファセ
ット面が存在している事が分かった。サンプルＡを劈開
面｛１−１００｝で基板ごとに劈開し、その断面を観察
した。観察手段は、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、カソー
ドルミネセンス（ＣＬ）、蛍光顕微鏡によった。
【０２３３】この観察の結果Ｖ溝４４の底４９に、ある
程度の幅をもってｃ軸方向（成長方向）に伸びている、
他の部分と区別できる部分４５があることが分かった
（後に欠陥集合領域Ｈと命名する部分）。その区別可能
な成長方向（ｃ軸方向）に伸びる部分（欠陥集合領域
Ｈ）４５は幅が４０μｍ程であって、ＣＬにおいて、他
の領域に比べて暗いコントラストになり、明確に他の部
分と区別できた。さらに様様の部分で劈開することによ
って、この区別可能なｃ軸方向延長部分が三次元的に厚
さを持った面状領域として結晶中に存在している事が分
かった。つまり結晶の厚さ方向とマスクストライプの方
向に延びる面状の領域なのである。面状の領域は平行に
等間隔に並ぶ。
【０２３４】さらにサンプルＡをＣＬ（カソードルミネ
センス）とＴＥＭ（透過電子顕微鏡）によってより詳細
に分析した。その結果転位の挙動がこの部分（欠陥集合
領域Ｈ）と他の部分と著しく相違する事が分かった。つ
まり暗い線状の境界線５０によって囲まれた部分４８に
は数多くの転位が存在した。１０８〜１０９ｃｍ−２も
の高転位密度を有するところもあった。さらに（ＣＬで
見て）暗い線状の境界線５０（後に結晶粒界Ｋであるこ
とがわかる）は転位の集合体であることが分かった。こ
の境界線５０は場所によっては転位がつらなり面状欠陥
として存在している箇所もあった。このサンプルＡにお
いて境界線の両側の結晶方位に有意の差は認められなか
った。つまり境界線５０の両側部分の結晶方位はほぼ同
一であろうと考えられる。
【０２３５】（ＣＬで見て）暗い境界線５０（結晶粒界
Ｋ）の外側の領域（低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域
Ｙ）においては、転位密度は極めて低い。つまり境界線
を境に転位密度は著しい非対称性を示す。境界線より外
側は低転位密度になっている。境界線の極近くでは、１
０６〜１０７ｃｍ−２の中程度の転位密度の部分が存在
するものの境界線５０から離れるにしたがって転位密度
は急激に減少する。境界線５０から１００μｍ程度も離
れる（低欠陥単結晶領域Ｚ）と、転位密度は１０４〜１
０５ｃｍ−２にも低下している。場所によっては境界線
の近くでも転位密度は１０４〜１０５ｃｍ−２である部
分もある。境界線５０の外部（低欠陥単結晶領域Ｚ）で
はこのようにＶ溝４４の底４９から離れるに従って転位
密度は下がってゆく。
【０２３６】ファセット面の山の部分は平坦面４７とな
っている。それはＣ面に平行である。その直下の部分も
転位は低い。その部分をＣ面成長領域Ｙと呼ぶ。転位は
低く抵抗率が高い。低欠陥単結晶領域Ｚは抵抗率が低い
ので、その点でＣ面成長領域Ｙとは違う。これら種類の
領域はすべて面状の領域であり、ストライプ方向と結晶
厚み方向に延びている。だからストライプと直交する方
向に交互に存在するということになる。面の記号で書く
と、
【０２３７】 …ＹＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…
【０２３８】というような繰り返しになる。低欠陥単結
晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙでの転位は少ないが、その転
位はほとんどがＣ面に平行に延びている。Ｃ面に平行で
あってしかも中心の欠陥集合領域Ｈの方向へ向かって伸
びている。しかも低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙ
の転位密度は成長初期でかなり高いが、成長の進行とと
もに転位密度が次第に低くなってゆくことがわかった。
さらに境界線外部（低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域
Ｙ）は単結晶であることがわかった。
【０２３９】つまりそれらの事実はこういうことを示唆
している。境界線５０の外側の欠陥は成長とともにファ
セット面成長によってＶ溝底４９（欠陥集合領域Ｈ）へ
と掃きよせられて、境界線５０とその内部（欠陥集合領
域Ｈ）に蓄積される。そのために境界線５０外部（低欠
陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙ）での転位密度は減少
し、境界線とその内部（欠陥集合領域Ｈ）での転位密度
は高い。
【０２４０】境界線の外部といっても煩雑であるから、
その性質をとって単結晶低転位領域と呼ぶことにした
い。しかし境界線外部といっても二つの区別できる領域
がある。つまりＶ溝４４の傾斜壁（ファセット面）４６
が通過した部分Ｚと、Ｖ溝（谷）の隙間の平坦部４７が
通過した部分Ｙは相違するものである。ファセット面４
６直下部分Ｚはファセットに従って成長したことによっ
て低転位になり単結晶である。だからここを「低欠陥単
結晶領域Ｚ」と呼ぶことにする。
【０２４１】平坦な部分４７（Ｃ面に平行な鏡面部分）
の直下の部分Ｙはもっとも低転位であって綺麗な結晶質
の領域である。これはファセット面が通過した部分でな
いがファセット面の影響によって低転位化した部分であ
る。ストライプマスクの幅や間隔によってＶ溝で覆われ
ない余分の部分が残ることがある。そのような残留部分
は（Ｃ面の鏡面）平坦部４７に続いて成長した部分であ
るがやはり低転位であり単結晶であることがわかった。
しかしＣ面成長するから電気抵抗が高い。ここはＣ面成
長するのでＣ面成長領域Ｙと呼ぶことにする。
【０２４２】注意すべきことがある。低欠陥単結晶領域
Ｚも欠陥集合領域ＨもＣ面が最終的な表面となりその点
でＣ面成長領域Ｙと同一の結晶方位をもつ。しかし低欠
陥単結晶領域Ｚと欠陥集合領域Ｈの成長面はＣ面でなく
ファセット面である。それで電気抵抗の著しい差が出て
くる。低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙは結晶が低
転位であり単結晶である点は共通である。
【０２４３】さらにこの欠陥集合領域Ｈと、Ｖ溝４４内
のファセット面４６の関係について詳細に検討した。こ
のプリズム（Ｖ溝の山に着目したもの）を形成するファ
セット面は｛１１−２２｝面が主流となっている。先に
述べたように、谷（Ｖ溝）底４９にはこれらのファセッ
ト面４６に対してやや角度の浅いファセット面が存在す
る。角度が浅いというのは４番目の指数ｎが２より大き
いということである。浅いファセット面から下部に向か
って、欠陥集合領域Ｈがｃ軸方向に伸びていた。
【０２４４】サンプルＡ、Ｂにおいて、浅いファセット
面４９が欠陥集合領域Ｈを形成していることが明らかに
なった。つまり欠陥集合領域Ｈは境界５０、５０と浅い
ファセット４９によって囲まれておりファセット４９の
上昇とともにｃ軸方向に成長してゆく。
【０２４５】さらに角度の浅いファセット面は、Ｖ溝
（谷）４４の底４９の両側から形成されている。角度の
浅いファセット面はＶ溝の中央（谷底にあたる）で合体
しその部分で角度をもった底を形成する。この角度をも
った底４９の部分が最も高い転位欠陥密度をもつという
ことが分かった。
【０２４６】そのような事実から、転位は、ファセット
面｛１１−２２｝面によってＶ溝（谷）４４に集めら
れ、欠陥集合領域Ｈを形成し、さらに谷底４９により高
密度に集められるということがわかった。
【０２４７】本発明は常にファセット４６を保持しなが
ら成長させることによって、ファセット面４６が作る谷
４４の底４９に付随して、欠陥集合領域Ｈを成長させ、
周囲の転位を引き込み、欠陥集合領域Ｈの内部Ｓおよび
境界面Ｋで転位を消滅させるかあるいは蓄積する。つま
り欠陥集合領域Ｈを転位の消滅蓄積場所としている。そ
のような巧妙なメカニズムによって本発明は欠陥集合領
域Ｈの周囲の低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙの転
位を低減しているということがわかる。
【０２４８】［サンプルＢの観察（ＳＥＭ、ＴＥＭ、Ｃ
Ｌ）］サンプルＢについてもＳＥＭ、ＴＥＭ、ＣＬによ
って表面や劈開面を観察した。その結果はサンプルＡに
似たようなものである。
【０２４９】大きな違いは、ファセット面谷間４４の欠
陥集合領域Ｈの幅ｈであった。サンプルＡでは欠陥集合
領域Ｈの幅ｈＡは４０μｍであったが、サンプルＢでは
欠陥集合領域Ｈの幅ｈＢは１９０μｍ程度と広かった。
これらはほぼストライプマスクの幅（ｓＡ＝５０μｍ、
ｓＢ＝２００μｍ）と合致している。これからマスクの
直上にマスク幅と同じ幅の欠陥集合領域Ｈが形成される
ということがわかる。
【０２５０】サンプルＡの欠陥集合領域Ｈは均一であっ
たが、サンプルＢの欠陥集合領域Ｈは直線状（表面で）
だが内部はかなり不均一であった。サンプルＢの欠陥集
合領域Ｈの表面には、角度の浅いファセット面だけでな
くて多結晶状の突起も数多く見られて、乱れた状態とな
っていた。
【０２５１】さらにサンプルＢの欠陥集合領域Ｈを詳細
に調べた。欠陥集合領域Ｈには、周囲の単結晶領域Ｚ、
Ｙに対して微傾斜している領域がある事が分かった。さ
らに欠陥集合領域Ｈの内部において、幾つかの結晶方位
の異なる部分領域があることもわかった。部分領域の結
晶方位はそれぞれ微傾斜していた。サンプルＢの欠陥集
合領域Ｈは、転位欠陥や面状欠陥を含み、微傾斜したグ
レインを含むという事も分かった。
【０２５２】［サンプルＡ、サンプルＢの加工］サンプ
ルＡ、サンプルＢの基板を研削加工した。まず、裏面の
サファイヤ基板を研削加工で削り落とした。その後、表
面を研削加工し平板な基板状とした。そのあと研磨加工
して、平坦な表面を有するＧａＮ基板とした。直径１イ
ンチ程度の大きさのＧａＮ基板が得られた。平坦なＧａ
Ｎ基板のサンプルＡ、Ｂは図１０（５）のような形状に
なる。
【０２５３】このＧａＮ基板は、表面を（０００１）
面、Ｃ面とする基板である。基板自体は透明で平坦であ
る。しかし基板表面のＣＬ像を観察すると、結晶成長の
履歴がコトラストの違いとして観察できる。
【０２５４】ＧａＮのバンド端に近い波長の３６０ｎｍ
の光でＣＬ観察すると、サンプルＡ、Ｂともに直線状に
伸びた欠陥集合領域Ｈが４００μｍピッチで規則正しく
並んでいるという事が分かった。これはマスク４３のピ
ッチと同じである。
【０２５５】また欠陥集合領域Ｈは暗いコントラストと
して見える事が多いが、場所によっては明るいコントラ
ストとなり必ずしも一定していない。
【０２５６】明るいといい暗いといってもＣＬ像のこと
であり肉眼観察では全く一様であり透明平坦である。顕
微鏡観察でも透明であり平坦である。ＣＬ像として初め
て明るい、暗いという差異がでてくるのである。
【０２５７】直線状に伸びた欠陥集合領域Ｈの両側のフ
ァセット４４に続いて成長した低欠陥単結晶領域Ｚは、
帯状の明るいコントラストとして観察される。その明る
いコントラストの帯状の領域（低欠陥単結晶領域Ｚ）の
中央に暗いコントラストの筋状の部分が観察された。こ
の筋状の暗いコントラストの部分はＣ面を維持して成長
した部分（Ｃ面成長領域Ｙ）である。
【０２５８】通常、ＣＬ像においては、｛１１−２２｝
面で成長した領域は明るいコントラストとして見え、
（０００１）面で成長した領域は暗いコントラストとし
て観察される。つまり３種類の区別できる領域に対しＣ
Ｌ像では、
【０２５９】 欠陥集合領域Ｈ…明（一部で暗） 低欠陥単結晶領域Ｚ…明 Ｃ面成長領域Ｙ…暗 という対応がある。
【０２６０】欠陥集合領域Ｈは三次元的に厚さを有した
板状をしておりｃ軸方向（とストライプの方向）に伸び
ている。欠陥集合領域Ｈは基板結晶の表裏を貫通して基
板表面に垂直に伸びるものとして存在している。
【０２６１】しかしながらもちろん基板に穴が開いてい
る訳ではない。基板は一様な充填物である。ＣＬによっ
て初めて見える結晶組織状の記述である。
【０２６２】図１０（５）に示すように、平坦な基板形
状になっているから、貫通転位密度などは測定容易であ
る。ＣＬ像、エッチＶ溝（谷）、ＴＥＭによって観察す
ることができる。その中でもＣＬ像で観察するのが最も
容易である。
【０２６３】ＣＬ像では貫通転位は暗い点として観察さ
れる。サンプルＢ、サンプルＡの基板で、欠陥集合領域
Ｈの内部に多くの貫通転位が集中している事が分かっ
た。欠陥集合領域Ｈの境界に転位が集合して線状に並ん
でいるということも分かった。
【０２６４】これは三次元的には面状欠陥に相当する。
欠陥集合領域ＨはＣＬでも境界面Ｋ（５０）が暗いコン
トラストで明確に区別される。境界Ｋは面状欠陥、ある
いは転位の集合部で作られている。
【０２６５】欠陥集合領域Ｈは、ストライプマスク幅５
０μｍのサンプルＡでは４０μｍ幅でストライプ状であ
った。欠陥集合領域Ｈはマスク幅２００μｍのサンプル
Ｂでは約１９０μｍ幅でストライプ状であった。
【０２６６】サンプルＡ、サンプルＢともに欠陥集合領
域Ｈの外側（低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙ）
は、転位は少なく、欠陥集合領域Ｈから離れるにしたが
って転位密度は減少する。場所によっては、欠陥集合領
域Ｈからすぐに転位密度が激減するところもある。低欠
陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙにおいて平均の転位密
度は５×１０６ｃｍ−２以下であった。
【０２６７】Ｃ面成長領域、低欠陥単結晶領域では転位
は少ないが、存在する転位はＣ面に平行で欠陥集合領域
Ｈに向けて走っているものが多い。転位は欠陥集合領域
Ｈに吸収され一部消滅し残りは蓄積されるのでその他の
領域（低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙ）で転位が
低くなるのだと考えられる。本発明の基板は、このよう
に欠陥集合領域Ｈを有することで、転位密度を低減した
基板である。
【０２６８】サンプルＡ、ＢのＧａＮ基板をＫＯＨ水溶
液に漬け温度を上げてエッチングした。このエッチング
はＧａ面はエッチングされにくくＮ面はエッチングされ
易いという異方性がある。
【０２６９】その結果欠陥集合領域Ｈが選択的にエッチ
ングされ易いという部分が存在した。その他のＣ面成長
領域Ｙ、低欠陥単結晶領域Ｚはエッチングされにくかっ
た。欠陥集合領域Ｈにはエッチングされ易い部位とされ
にくい部位があった。
【０２７０】ということは欠陥集合領域Ｈは、エッチン
グされにくいＧａ面である（０００１）面だけではなく
て、エッチングされやすいＮ（窒素）面である（０００
−１）面となっている部分もある、ということである。
Ｃ面成長領域Ｙや低欠陥単結晶領域ＺはＧａ面（０００
１）面ばかりでエッチングされにくい。
【０２７１】欠陥集合領域は一部極性が反転しており窒
素面（０００−１）が出ているからＫＯＨによってエッ
チングされ易いところが一部に出現したのであろう。こ
のように欠陥集合領域Ｈには極性が一部反転した部位も
存在する。
【０２７２】サンプルＡ（マスク幅５０μｍ）、サンプ
ルＢ（マスク幅２００μｍ）のＧａＮ基板は基本的な性
質は共通である。先述のようにもっとも大きい相違は欠
陥集合領域Ｈの幅ｈである（ｈＡ＝４０μｍ、ｈＢ＝１
９０μｍ）。それはストライプマスク（ＳｉＯ２）の幅
ｈによって予め決めることができる。
【０２７３】基板面積をできるだけ有効に利用するため
には、転位の多い欠陥集合領域Ｈを小さくし、Ｃ面成長
領域Ｙ、低欠陥単結晶領域Ｚを大きくするのが得策であ
る。また欠陥集合領域Ｈの幅ｈが大きすぎると、内部に
異常欠陥を含み易いので好ましくない。
【０２７４】しかしあまりに欠陥集合領域Ｈを小さくし
ようと（マスク幅ｓを狭く）しすぎると、欠陥集合領域
Ｈがそもそも形成されないということがある。そうなる
とファセット成長によって欠陥を掃き集めるということ
ができず、Ｃ面成長領域Ｙや低欠陥単結晶領域Ｚができ
ず転位密度を下げることができない。
【０２７５】［サンプルＣ（ストライプマスク幅ｓ＝２
μｍ、ピッチＰ＝２０μｍ）の成長］２μｍ幅、２０μ
ｍピッチ（ｓ＝２μｍ、ｐ＝２０μｍ）のストライプマ
スクを持つパターンＣについてＧａＮ成長を行った。前
述のサンプルＡ、Ｂと同様にＨＶＰＥ法で成長させよう
とした。
【０２７６】すると２μｍ幅のストライプマスク４３
（ＳｉＯ２）がＧａＮによって埋まってしまいファセッ
ト成長させても、ファセット面をもつＶ溝がストライプ
マスク４３から発生するというような関係にならなかっ
た。だからストライプマスク４３によってＶ溝４４の中
心（底）４９を規定することができずランダムなファセ
ットの分布となってしまった。Ｖ溝（谷）の位置の制御
ができずそれは問題である。
【０２７７】そこでＨＶＰＥ法をやめ、ＭＯＣＶＤ法に
より遅い成長速度によってＧａＮ結晶を成長させた。成
長速度を落とすのはストライプマスク（ＳｉＯ２）４３
からＶ溝４４（谷底４９）を立ち上がらせるためであ
る。
【０２７８】ＭＯＣＶＤ法は金属Ｇａを使わず、Ｇａを
含む有機金属（ＴＭＧ、ＴＥＧ等）を原料とする。ここ
では、ガス原料として、トリメチルガリウム（ＴＭＧ；
３族ガス）とアンモニアガス（ＮＨ３；５族ガス）と水
素ガス（Ｈ２；キャリヤガス）を用いる。
【０２７９】反応炉のサセプタにサンプルＣを置いて１
０３０℃に加熱し、原料ガスを常圧で３族：５族比＝
１：２０００で供給してＧａＮの成長を行った。成長速
度は４μｍ／ｈであり、成長時間は３０時間であった。
ファセット面を有する１２０μｍ程度の厚みのＧａＮ層
を成長させることができた。
【０２８０】これによってストライプマスク４３の直上
に底４９をもつファセットよりなるＶ溝（谷）４４表面
のＧａＮ結晶成長が行われた。Ｖ溝（谷）４４の底４９
がストライプマスク４３の位置に合致した。ストライプ
マスク４３の配置によりＶ溝（谷）４４配置の制御が可
能である。Ｖ溝（谷）４４の底４９には欠陥集合領域Ｈ
が連続して成長していた。
【０２８１】サンプルＣにおいてはマスク幅ｓは２μｍ
と極めて小さいが、Ｖ溝（谷）底４９にできた欠陥集合
領域Ｈもそれにつれて小さくて幅ｈは１μｍ程度であっ
た。つまりこのように細いストライプマスクでもファセ
ットよりなるＶ溝を所定の位置に形成できるということ
である。透過電子顕微鏡観察によって、欠陥集合領域Ｈ
による、欠陥集合領域Ｈ、低欠陥単結晶領域Ｚの転位低
減効果を確認した。欠陥集合領域Ｈが極めて小さいとい
うところがサンプルＣの特徴である。ＨＶＰＥでは不可
能でも成長速度の遅いＭＯＣＶＤ法を使うことによって
細いマスクと同じ配置の細い欠陥集合領域Ｈの線状分布
を得る事ができることを確認した。
【０２８２】［サンプルＤ（ストライプ幅ｓ＝３００μ
ｍ、ピッチｐ＝２０００μｍ）の成長］３００μｍ幅、
２０００μｍピッチのストライプマスクを有するパター
ンＤについてＧａＮ成長を行った。これはマスク幅ｓが
大きくピッチｐも大きい例である。前述のサンプルＡ、
Ｂと同様にＨＶＰＥ法で成長させた。ＨＶＰＥの成長条
件は次の通りである。
【０２８３】 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 成長時間 ３０時間
【０２８４】この成長によって、厚さ４．４ｍｍのＧａ
Ｎ厚膜結晶が得られた。サンプルＤにおいては、ストラ
イプの方向に長く伸びたファセット面からなる山谷（Ｖ
溝）構造が表面に現れた。ファセット４６よりなるＶ溝
４４の底部４９には欠陥集合領域Ｈが規則正しく並んで
いた。欠陥集合領域Ｈの位置は、初めのＧａＮ膜の上に
形成したストライプマスク４３の位置と正しく一致し
た。
【０２８５】しかしながら、Ｖ溝（谷）を構成するファ
セット形状には崩れかかったところも多かった。またマ
スクに対応して規則正しく配列しているファセットから
なる山の部分に直径の小さいピットや小さい山が発生す
ることもあり状況は必ずしも良好でない。
【０２８６】欠陥集合領域Ｈは２０００μｍピッチで存
在しそれは当初のストライプマスク４３のピッチｐと等
しい。そのような規則正しい位置に固定されたプリズム
状の山は正しい形状を保っていた。しかし形が崩れ、端
部分やファセット面の斜面が平面でなく別異のファセッ
トが出た部分もあった。また山の頂上にあるＣ面成長領
域Ｙの面積にばらつきがあった。
【０２８７】しかし欠陥集合領域Ｈは所定の位置にちゃ
んと存在していた。欠陥集合領域Ｈの幅ｈは約２５０μ
ｍであった。このように、欠陥集合領域Ｈの幅ｈは成長
厚さｄの増加とともに減少してゆく傾向があった。
【０２８８】また、傾向として、欠陥集合領域Ｈの幅ｈ
を大きく設定し過ぎると、欠陥集合領域Ｈの内部に異形
状の多結晶領域が出現する。その異形状多結晶が転位の
乱れを引き起こしそれが欠陥集合領域Ｈを越えて、低欠
陥単結晶領域ＺやＣ面成長領域Ｙにまで広がる場合があ
るので注意しなければならない。
【０２８９】たとえ型くずれしていても所定位置にある
欠陥集合領域Ｈの周りには、Ｃ面成長領域Ｙ、低欠陥単
結晶領域Ｚが生成される。その部分の平均の転位密度は
５×１０６ｃｍ−２以下であり低転位であった。よって
ファセット面が崩れていてもマスクに基づく欠陥集合領
域Ｈの存在による転位低減機構は良好に機能しているこ
とがわかる。
【０２９０】しかしファセット面の形状が大きく乱れた
所では、転位が筋状になって集合して存在している領域
があった。
【０２９１】サンプルＡ〜Ｄによる実験によって、欠陥
集合領域Ｈの幅ｈは２μｍ〜２００μｍ、欠陥集合領域
を与えるストライプマスクの幅ｓは２μｍ〜３００μ
ｍ、欠陥集合領域のピッチｐは２０μｍ〜２０００μｍ
という範囲で、充分に本発明の効果を得る事ができる、
ということが明白になった。
【０２９２】［サンプルＥ（ストライプ方向＜１１−２
０＞；幅ｓ＝５０μｍ、ピッチｐ＝４００μｍ）の成
長］＜１１−２０＞方向に伸びる５０μｍ幅、４００μ
ｍピッチのストライプマスクを有するパターンＥについ
てＧａＮ成長を行った。これはマスク幅ｓ、ピッチｐは
サンプルＡと同一であるが、ストライプの伸びる方向が
＜１−１００＞でない。サンプルＥにおいて、ストライ
プの延長方向が＜１１−２０＞であるのでストライプ延
長方向は劈開面｛１−１００｝に平行である。
【０２９３】パターンＡとはマスク方位が異なるだけで
後の条件は同じとした。前述のサンプルＡと同じ条件で
ＨＶＰＥによって成長させた。ＨＶＰＥの成長条件は次
の通りである。
【０２９４】 成長温度 １０５０℃ ＮＨ３分圧 ０．３ａｔｍ（３０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．０×１０−２ａｔｍ（２．０ｋＰａ） 成長時間 １０時間
【０２９５】このパターンは成長速度が遅くて１０時間
の成長によって平均厚みが８００μｍ程度のＧａＮ厚膜
が得られた。このパターンＥではストライプ状の結晶の
合体が起こりにくいという傾向があった。そのために成
長速度が遅くなり８００μｍのあまり厚くないＧａＮ結
晶が得られた。
【０２９６】場所によっては、結晶の合体が発生してお
らず、ストライプ状の結晶間で、隙間が非常に深いとこ
ろもあった。厚さについても分布があって、均一な成長
でない。ファセット面についてもばらつきが大きい。必
ずしも、所定のファセット面が結晶表面の全面を覆うと
いうこともないようであった。
【０２９７】しかしながら調査の結果、結晶が合体し
て、ＧａＮの厚膜結晶の形状を保っているところでは、
多少形状が乱れたファセット面の谷間の底に欠陥集合領
域Ｈが見られ本発明の形状を保っていた。また直線状の
欠陥集合領域Ｈが存在しているところでは、その位置は
ストライプ状マスクパターンの設定位置に存在してい
た。
【０２９８】欠陥集合領域Ｈの結晶性を分析したとこ
ろ、それは多結晶からなることが分かった。この点で、
サンプルＥはこれまでのサンプルＡ〜Ｄと少し違う。
【０２９９】さらに透過電子顕微鏡で、結晶中の転位分
布を調べた。多結晶からなる欠陥集合領域Ｈの外側の、
低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙでは転位密度が非
常に小さいということが分かった。欠陥集合領域Ｈの近
くでは７×１０６ｃｍ−２という所もあったが、多結晶
の欠陥集合領域Ｈから離れるに従って転位密度は減少
し、低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙでの平均の転
位密度は５×１０６ｃｍ− ２以下であり低転位であっ
た。最も低い転位密度は５×１０５ｃｍ−２であった。
【０３００】サンプルＥの結果から、ストライプ方向が
＜１１−２０＞であっても、本発明の効果が認められ
た。ストライプ方向が＜１−１００＞方向の場合（サン
プルＡ〜Ｄ）に比較してなお問題があるが、それらの問
題も今後の改良によって解決されるであろう。
【０３０１】［実施例２（ＧａＡｓ、Ｓｉ、サファイヤ
基板；パターンＡ、Ｈ（Ａ＋ＥＬＯ）；図１１）］次の
三種類の異種材料基板を準備した。 イ．ＧａＡｓ基板（１１１）Ａ面 ロ．Ｃ面（０００１）サファイヤ基板 ハ．（１１１）面Ｓｉ基板
【０３０２】Ｓｉはダイヤモンド構造の立方晶系であ
る。ＧａＡｓは閃亜鉛鉱構造（Zinc Blende）型の立方
晶系である。ＧａＮは六方晶系である。そのＣ面は３回
回転対称性をもつ。立方晶系は（１１１）面だけが３回
対称性をもつ。それでＳｉとＧａＡｓは三回対称性の
（１１１）面の基板を用いる。ＧａＡｓの（１１１）面
はＧａ面とＡｓ面の区別がある。ここではＧａ面を使
う。Ａ面というのは３族面でここではＧａ面である。サ
ファイヤは三方晶系でＧａＮと同じ晶系である。ｃ軸方
向に成長させるためサファイヤはＣ面（０００１）をも
つ単結晶を基板とする。
【０３０３】図１１（１）〜（３）に異種基板の上にＧ
ａＮを成長させる方法を図示した。実施例１では異種基
板４１の上に薄いＧａＮ層を付けてからマスク（ＳｉＯ
２）を形成したが、実施例２では初めから異種材料下地
基板５１の上にマスク材を付けてストライプマスク５３
を形成する。つまり直接異種基板５１に０．１μｍ厚み
のＳｉＯ２層を形成しフォトリソグラフィによってパタ
ーンＡのストライプマスクを作製した。
【０３０４】この実施例２ではパターンＡとは異なるパ
ターンＩをも用いる。新しいパターンＩはパターンＡの
マスクを使うがそのマスクのない部分にエピタキシャル
ラテラルオーバーグロース（epitaxial lateral overgr
owth）のパターンを同時に形成した。このＥＬＯパター
ンは、直径２μｍの円形開口部が４μｍピッチで正三角
形の頂点に来るように六回対称に配置したものである。
正三角形の辺がストライプに平行であるように方位を決
めた。ＥＬＯパターンは、ストライプパターンよりずっ
と繰り返し周期の小さいパターンである。つまりパター
ンＩはパターンＡにＥＬＯ（ラテラル成長）マスクを重
ね合わせたハイブリッド型である。
【０３０５】パターンＡ ストライプ幅ｓ＝５０μｍ、
ピッチｐ＝４００μｍ パターンＩ パターンＡ（５０μｍｓ、４００μｍｐ）
＋ＥＬＯマスク（２μｍ×４μｍ；六回対称）
【０３０６】異種基板の上に直接にマスクパターンを乗
せるからその方位は、ＧａＮ結晶の方位によって定義で
きない。異種基板の方位によって定義する必要がある。
ＧａＡｓ基板の場合は、ストライプ長手方向が＜１１−
２＞方向とした。サファイヤ基板の場合はストライプ長
手方向が＜１１−２０＞方向とした。Ｓｉ基板の場合は
＜１１−２＞方向とした。こうして基板の違うものとパ
ターンの違うもので４種類のサンプルＦ〜Ｉを作製し
た。それぞれのサンプルは次のようなものである。
【０３０７】 サンプルＦ；直接にパターンＡを設けた（１１１）Ｇａ
Ａｓ基板 サンプルＧ；直接にパターンＡを設けた（０００１）サ
ファイヤ基板 サンプルＨ；直接にパターンＡを設けた（１１１）Ｓｉ
基板 サンプルＩ；直接にパターンＩ（パターンＡ＋ＥＬＯ）
を設けた（１１１）ＧａＡｓ基板
【０３０８】 これらの試料のマスクを付けた状態は図
１１（１）に示す。サンプルＦ〜Ｉについて実施例１と
同じようにＨＶＰＥ法によってＧａＮの層を形成した。
ＨＶＰＥ法は反応炉の上方にＧａボートを有し、下方に
基板を乗せるためのサセプタを有する。上方から水素ガ
スとＨＣｌガスをＧａボートに供給してＧａＣｌを生成
し、ＧａＣｌが下方へ流れ加熱された基板に接触する部
位においてアンモニアを供給してＧａＣｌとの反応によ
ってＧａＮを合成する方法である。マスクの上へＧａＮ
バッファ層を低温で成長したのち高温でＧａＮエピ層を
厚く成長させる。ＧａＮについて２段階の成長をさせ
る。
【０３０９】（１．ＧａＮバッファ層の成長）ＧａＡ
ｓ、サファイヤ、Ｓｉ基板などの上にＧａＮバッファ層
を次の条件でＨＶＰＥ法により成長させた。低温でバッ
ファ層を設けるのは通常よく行うことである。
【０３１０】 アンモニア分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２×１０−３ａｔｍ（２００Ｐａ） 成長温度 ４９０℃ 成長時間 １５分 バッファ層厚み ５０ｎｍ
【０３１１】（２．ＧａＮエピ層の成長）低温成長した
バッファ層の上にＨＶＰＥ法により高温でエピ層をもう
ける。 アンモニア分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２５００Ｐａ） 成長温度 １０１０℃ 成長時間 １１時間 エピ層厚み 約１４００μｍ（１．４ｍｍ）
【０３１２】サンプルＦ〜Ｉともに厚みは１．４μｍで
透明のＧａＮ単結晶厚膜が得られた。外見は実施例１の
サンプルと同様である。透明であってガラスのような感
じがする。ファセット成長しており表面はファセットの
集合で構成されている。正三角形に近いプリズムを横に
して多数並べたような山と谷が交代する形状となってい
る。しかも山と谷が等しいピッチで規則正しく配列して
いることが分かった。この規則配列は基板上に形成した
マスクの位置と合致していた。ファセット面の谷間のピ
ッチは約４００μｍでストライプマスクのピッチ４００
μｍと同一であった。つまり４００μｍのピッチで山と
谷を交互にして表面を敷き詰めた形になっている。透明
であるが表面の規則正しい凹凸（Ｖ溝（谷））は顕微鏡
観察でもよくわかる。
【０３１３】サンプルＦ〜Ｉ表面のプリズムを形成する
ファセット面５６は、｛１１−２２｝面が中心となって
いることが判った。隣り合う二つの｛１１−２２｝面５
６が作る山の頂上５７には、２０〜４０μｍ程度の幅の
鏡面状の（０００１）面が見られた。そして、さらに、
隣り合う二つのファセット｛１１−２２｝面が作る谷の
底５９には、これらのファセット面５６に対して、やや
角度の浅いファセット面が存在していることが、判明し
た。以上のように外見は、実施例１のサンプルＡと、全
く同様な形態であった。
【０３１４】その後、この４種類の基板（サンプルＦ〜
Ｉ）に、研削加工を行った。まず、裏面のＧａＡｓ基
板、Ｓｉ基板、サファイア基板をそれぞれ研削加工で削
り落とした。その後、表面を研削加工し、平板な基板状
とした。ＧａＡｓ基板（サンプルＦ、Ｉ）、Ｓｉ基板
（サンプルＨ）の方が、サファイア基板（サンプルＧ）
よりも加工は容易であった。そのあと、研磨加工を施
し、平坦な表面を有した基板とした。直径が２インチ程
度の窒化ガリウム基板が得られた。図１１（３）にその
断面図を示す。
【０３１５】これらのＧａＮ基板は、表面を（０００
１）面、Ｃ面とする基板であり、基板自体は平坦で透明
である。基板表面に欠陥集合領域Ｈが規則正しく、直線
状に並んでおり、その形状はストライプ形であり、幅ｈ
は４０μｍ程度であった。閉じた欠陥集合領域部Ｈの外
側に低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙが存在する。
横方向に、ＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…のように並ぶ。
【０３１６】低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙでは
転位は少なく、欠陥集合領域Ｈから離れるに従って、転
位密度は減少する。場所によっては、閉じた欠陥集合領
域Ｈの境界から、転位は激減するところがあることも確
認した。閉じた欠陥集合領域Ｈの外側の低欠陥単結晶領
域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙの平均的な転位密度は、サンプル
Ｆ〜Ｉのいずれも５×１０６ｃｍ−２以下であった。具
体的には、
【０３１７】 サンプルＦ：３×１０６ｃｍ−２ サンプルＧ：２×１０６ｃｍ−２ サンプルＨ：３×１０６ｃｍ−２ サンプルＩ：９×１０５ｃｍ−２
【０３１８】という転位密度であった。ＥＬＯマスクを
併用したサンプルＩで最も転位密度が低くなっている。
サンプルＦ〜Ｉにおいて、ストライプ状の閉じた欠陥集
合領域Ｈは実施例１のサンプルＡと同様な状況であっ
た。サンプルＦ、Ｇ、Ｈ、Ｉにおいても、ちょうどスト
ライプマスク５３の直上に欠陥集合領域Ｈが存在する。
欠陥集合領域Ｈを谷間５９として、幅を持った直線状の
ファセット面５６が、欠陥集合領域Ｈの両側に隣接して
成長することにより、転位が欠陥集合領域部Ｈに集めら
れていることが判った。
【０３１９】また、これらサンプルＦ〜Ｉは、表面に幅
を持った直線状の欠陥集合領域Ｈが蛍光顕微鏡等で観察
できたが、これらの欠陥集合領域Ｈは、基板を厚さ方向
に貫通して、基板の裏側にも到達していることが観察さ
れた。
【０３２０】さらに、ＥＬＯマスクを併用したサンプル
Ｉについて、詳細に調査してみた。硫酸、硝酸の混酸
で、２００℃の温度でエッチングを試みたところ、サン
プルＩの表面では、欠陥集合領域Ｈのみがストライプ状
にエッチングされ、陥没部となった。
【０３２１】しかし、その裏側においては、反対に欠陥
集合領域Ｈはほとんど変化が無く、低欠陥単結晶領域
Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙが、エッチングされ、陥没部となっ
た。このエッチング方法によっては、（０００１）面の
Ｇａ面はエッチングされにくく、（０００−１）面の窒
素（Ｎ）面は、エッチングされやすいということが解っ
ている。これらの現象は、この欠陥集合領域Ｈのみが、
極性が反転して、Ｇａ面（０００１）で成長するところ
を窒素面（０００−１）で成長していることを示してい
る。
【０３２２】よって、サンプルＩにおいて、欠陥集合領
域Ｈに相当する、やや浅い角度を有して成長している領
域は、反転して、ファセット面（１１−２−５）また
は、（１１−２−６）面として−ｃ軸方向＜０００−１
＞に成長したと考えられる。
【０３２３】ところで、（１１１）面ＧａＡｓを基板と
するサンプルＦについては、２枚作製した。一枚（Ｆ
１）は、先程説明したように、良好な基板として作製さ
れた。
【０３２４】しかしながら、その内の別の１枚（Ｆ２）
においては、谷間を有したプリズム型のファセット面５
６を形成していない領域があった。本来あるべき欠陥集
合領域Ｈにおける谷間の代わりに、ファセット面からな
る逆１２角錐形をしたピットが、一列に並んで存在して
いる領域があった。
【０３２５】もっとも谷間５９を有したプリズム型のフ
ァセット面５６を有している場所もあったが、しかしそ
の場合でも、ＣＬ像での評価の結果、１対のファセット
面５６で形成された谷間５４の底５９には、存在するは
ずの欠陥集合領域部Ｈが、存在していないことが判明し
た。谷底５９の直下に欠陥集合領域Ｈが不在である理由
は不明であるが、このよう、サンプルＦ２が作製された
のは事実である。
【０３２６】何らかの理由で、欠陥集合領域Ｈが形成さ
れず、その結果、プリズム型に分布したファセット面が
形成されない領域が発生したものと考えられる。欠陥集
合領域Ｈがないから表面に角錐型ピットができるし、プ
リズム状の構造ができないところもあるのである。直線
状に続くＶ溝の変わりに離散的なピットが数多く現れる
のではストライプマスクを利用した本発明の目的に沿わ
ない。原因を追求しなければならない。
【０３２７】そこで、このサンプル（Ｆ２）を詳細に調
査した。ファセット面からなるピットが並んでいる領域
には、ピットの底の中央に集められている転位の束が、
広い領域にわたって広がっていることが判明した。サン
プルＦ２の表面の転位密度を測定すると、７×１０６ｃ
ｍ−２であり、Ｖ溝５４の底５９に続く欠陥集合領域Ｈ
を有して成長した場合に比較して、転位密度が高かっ
た。
【０３２８】また、面状欠陥の存在も確認され、この面
状欠陥は、ピット中央から互いに６０°の角度を持って
存在しており、ピット中心から１００μｍ以上にわたっ
て伸びて存在している場合もあることが判った。それは
先願のピット構造を示す図１（ｂ）の面状欠陥１０と同
様の構造であった。さらには、欠陥集合領域Ｈを有しな
い、プリズム型のファセット面を有した領域において
も、プリズムの底に、線状に転位群が並んでおり、３次
元的に表現すると、面状欠陥も出現していることが判っ
た。
【０３２９】以上に述べたように、サンプルＦ２のよう
に欠陥集合領域Ｈが消失している場合は、ファセット面
からなるプリズム型のファセット形成部において、この
形状の維持が行われず、形が崩れ去ることが明確になっ
た。
【０３３０】また、転位の消滅、蓄積機構として働く欠
陥集合領域Ｈが形成されない場合、転位の集合が理想的
に行われず、転位が広がり、さらに面状欠陥が出現する
場合がある事が判った。欠陥集合領域Ｈが重要だという
ことはサンプルＦ２から良く分かる。
【０３３１】たとえ、プリズム型にファセット面が整列
していたとして、転位が効果的に集合されず、低欠陥領
域を形成することができず、本発明の効果を、十分に得
ることができない。このように、ファセット面からなる
プリズム型配置の底部に欠陥集合領域Ｈを有して成長す
る事は、本発明の効果を生かすためには必須の条件であ
る。
【０３３２】［実施例３（マスク種類による相違）］ （マスクの種類；ＳｉＮ、Ｐｔ、Ｗ、ＳｉＯ２）次にマ
スク材料の違いによる影響を調べた。面方位（１１１）
Ａ面を有したＧａＡｓ基板を複数枚準備した。このＧａ
Ａｓ基板表面に、直接、
【０３３３】厚さ０．１５μｍのＳｉ３Ｎ４薄膜を形成
したもの（Ｊ）、厚さ０．２μｍのＰｔ薄膜を形成した
もの（Ｋ）、厚さ０．２μｍのＷ薄膜を形成したもの
（Ｌ）、厚さ０．１μｍのＳｉＯ２薄膜上に厚さ０．２
μｍのＧａＮを形成したもの（Ｍ）、厚さ０．１μｍの
ＳｉＯ２薄膜上に厚さ０．２μｍのＡｌＮを形成したも
の（Ｎ）を準備した。
【０３３４】Ｍについては、ＳｉＯ２薄膜／ＧａＡｓ基
板の上に、ＭＯＣＶＤによって、ＧａＮを低温（６００
℃）で成長した。Ｎについては、ＳｉＯ２薄膜／ＧａＡ
ｓ基板上にＡｌＮを低温（７００℃）で成長した。Ｇａ
Ｎ、ＡｌＮの結晶状態は、微細な多結晶状態であった。
Ｍ、Ｎとも合計の膜厚は０．３μｍ程度である。
【０３３５】その後、Ｓｉ３Ｎ４薄膜、Ｐｔ薄膜、Ｗ薄
膜、ＧａＮ／ＳｉＯ２薄膜、ＡｌＮ／ＳｉＯ２薄膜をフ
ォトリソグラフィーによって、パターン形成した。その
パターンは、実施例１で説明したストライプ型のパター
ンＡ（Ｓ＝５０μｍ、ｐ＝４００μｍ）を使用した。い
ずれもパターンのストライプの方向（長手方向）が、Ｇ
ａＡｓ基板の＜１１−２＞方向になるようにした。
【０３３６】これらの４種類の薄膜を、Ｘ線回折によ
り、調査した。Ｓｉ３Ｎ４薄膜は非晶質、Ｐｔ薄膜は多
結晶、Ｗ薄膜は多結晶であった。ＳｉＯ２薄膜は通常は
非晶質であるが、その上に多結晶のＧａＮ、ＡｌＮを成
長したものは、微細な多結晶であった。
【０３３７】以上で作製したサンプルは、下記の５種類
であり、下記のようにサンプルＪ〜Ｎと呼ぶことにす
る。製造プロセスは図１１に示したものと同様である。
【０３３８】 サンプルＪ：直接パターンＡを形成したＳｉ３Ｎ４薄膜
付きＧａＡｓ基板 サンプルＫ：直接パターンＡを形成したＰｔ薄膜付きＧ
ａＡｓ基板 サンプルＬ：直接パターンＡを形成したＷ薄膜付きＧａ
Ａｓ基板 サンプルＭ：直接パターンＡを形成したＧａＮ／ＳｉＯ
２薄膜付きＧａＡｓ基板 サンプルＮ：直接パターンＡを形成したＡｌＮ／ＳｉＯ
２薄膜付きＧａＡｓ基板
【０３３９】その後、その基板上にＨＶＰＥ法により、
ＧａＮの成長を行った。本実施例３におけるＨＶＰＥ法
は、実施例１、実施例２と同じものである。本実施例３
では、実施例２と同じく、まず、最初に低温バッファ層
を形成する。成長方法は、実施例２とほぼ同じである。
【０３４０】 （バッファ層の成長条件） 成長温度 約４９０℃ ＮＨ３分圧 ０．２ａｔｍ （２０ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２×１０−３ａｔｍ（０．２ｋＰａ） 成長時間 ２０分 膜厚 ６０ｎｍ
【０３４１】バッファ層は６０ｎｍ程度の厚みしかない
から、パターン厚み（１５０ｎｍ〜３００ｎｍ）より薄
い。バッファ層はマスクには付かず、ＧａＡｓ基板だけ
に形成される。
【０３４２】その後昇温し１０３０℃の高温にて、Ｇａ
Ｎエピタキシャル層を成長させた。エピタキシャル層の
成長条件については、下記の通りである。（エピ層の成
長）
【０３４３】 成長温度 １０３０℃ ＮＨ3分圧 ０．２５ａｔｍ （２５ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．５×１０−２ａｔｍ（２．５ｋＰａ） 成長時間 １３時間
【０３４４】その結果、厚さ平均約１．９ｍｍのＧａＮ
単結晶厚膜が得られた。サンプルＪ、Ｋ、Ｌ、Ｍ、Ｎの
５種類のサンプルは、外見上は、ほとんど同様な表面形
態を有していた。
【０３４５】これらのサンプルＪ〜Ｎは、表面がファセ
ット面で構成されており、正３角形に近いプリズムを横
にして等ピッチで規則正しく多数並べたような形状とな
っていることが、顕微鏡観察によりわかった。この規則
配置の位置は、全く、当初の基板上に形成したストライ
プのマスクの位置と一致しており、ファセット面の谷間
５４の底５９が、ストライプマスクの位置５３と合致し
ていることが判明した（図１１）。さらに、このファセ
ット面の谷間５４のピッチは、約４００μｍあり、スト
ライプマスクのピッチ（ｐ＝４００μｍ）と等しい。４
００μｍのピッチで山と谷を交互にしてファセット面を
敷き詰めた形になっている。
【０３４６】このプリズムを形成するファセット面５６
は、主に｛１１−２２｝面であることが判った。隣り合
う二つの｛１１−２２｝面が作る山の頂上には、３０〜
５０μｍ程度の幅の鏡面状の（０００１）面が見られた
（Ｃ面成長領域Ｙ）。
【０３４７】さらに、サンプルＪ、Ｌ、Ｍ、Ｎにおいて
は、隣り合う二つの｛１１−２２｝面が作る谷の底５９
には、これらのファセット面５６に対して、やや角度の
浅いファセット面が存在していることが判明した。以上
のように外見は実施例１のサンプルＡと全く同様な形態
であった。
【０３４８】しかし、サンプルＫに関しては、Ｖ溝５４
の底５９に、ごつごつした凹凸が見られた。単結晶的な
ファセット面が見られない領域がほとんどであった。
【０３４９】その後、この５種類の基板に、研削加工を
行った。裏面のＧａＡｓ基板をそれぞれ研削加工で削り
落とし、その後、表面を研削加工し、平板な基板状とし
た。そのあと、研磨加工を施し、平坦な表面を有した基
板とした。直径が２インチ程度のＧａＮ基板が得られ
た。
【０３５０】これらの窒化ガリウム基板は、表面を（０
００１）面（Ｃ面）とする基板である。基板自体は平坦
で透明である。
【０３５１】基板表面に欠陥集合領域Ｈが規則正しく、
幅を持ったストライプ状に、直線的に、＜１−１００＞
方向に向かって並んでおり、それらの相互の間隔は、４
００μｍである。また、欠陥集合領域Ｈの幅ｈは、大
抵、約４０μｍ程度であった。これらは下地のストライ
プマスクに対応している。
【０３５２】しかし、サンプルＫにおいては、欠陥集合
領域部の形状は、所々、４０μｍ幅から逸脱して、ふく
らんだり、あるいは、縮んだりして、安定していないと
ころも多かった。
【０３５３】カソードルミネッセンス（ＣＬ）で転位密
度を測定した。欠陥集合領域Ｈの外側（低欠陥単結晶領
域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙ）では、転位は少なく、閉じた欠
陥集合領域部Ｈから離れるに従って、転位密度が減少し
ているのを確認した。場所によっては、閉じた欠陥集合
領域部Ｈの境界から、転位は激減するところがあること
も確認した。閉じた欠陥集合領域Ｈの外側の低欠陥単結
晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙの平均的な、転位密度はいず
れも５×１０６ｃｍ−２以下であった。具体的には、
【０３５４】 サンプルＪ：３×１０６ｃｍ−２ サンプルＫ：４×１０６ｃｍ−２ サンプルＬ：３×１０６ｃｍ−２ サンプルＭ：１×１０６ｃｍ−２ サンプルＮ：２×１０６ｃｍ−２
【０３５５】という転位密度であった。サンプルＪ、
Ｌ、Ｍ、Ｎにおいては、欠陥集合領域Ｈの状況も、実施
例１のサンプルＡと、同様な状況である。サンプルＪ、
Ｌ、Ｍ、Ｎにおいても、ストライプマスク上に欠陥集合
領域Ｈが存在し、欠陥集合領域Ｈを谷間として、幅を持
った直線状のファセット面５６が、欠陥集合領域Ｈの両
側に隣接して成長することにより、転位が欠陥集合領域
Ｈに集められていることが、判った。
【０３５６】また、これらサンプルは表面に幅を持った
直線状の欠陥集合領域Ｈを蛍光顕微鏡等で観察できた。
これらの欠陥集合領域Ｈは基板を厚さ方向に貫通して、
基板の裏側にも到達していることが観察された。
【０３５７】透過電子顕微鏡やカソードルミネッセンス
等による評価の結果、サンプルＪ、Ｌ、Ｍ、Ｎにおいて
は、ファセット面５６で形成された谷間５９に存在する
欠陥集合領域Ｈは単結晶であることが解った。
【０３５８】サンプルＭ、Ｎにおいても、マスク表面が
多結晶でＧａＮや、ＡｌＮであるにもかかわらず、単結
晶状態にあることが解った。これは、マスク上にて、浅
い角度を有したファセット面が、横方向成長をする事を
示している。
【０３５９】また、サンプルＪ、Ｍについて、この欠陥
集合領域Ｈを調査した。その結果、欠陥集合領域Ｈはそ
れ自体単結晶であるがその他の部分にくらべｃ軸が反転
していることが判明した。即ち、低欠陥単結晶領域Ｚ、
Ｃ面成長領域Ｙにおいては、基板表面は（０００１）面
（つまりＧａ面）となっているが、欠陥集合領域は（０
００−１）面（つまり窒素面）となっている事が判明し
た。そのため、欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚの
界面６０には、明確な粒界Ｋが存在し、粒界Ｋで、効率
的に転位の消滅、蓄積がなされると考えられる。
【０３６０】一方、サンプルＫについては、基板表面の
ＣＬ像をとり観察したところ、他のサンプルと少し状況
が異なることが判明した。即ち、欠陥集合領域Ｈが多結
晶状であることが判った。ＣＬ像、およびＴＥＭにより
構造を解析すると、この閉じた欠陥集合領域Ｈは様々な
形態があることが判った。
【０３６１】Ｋ１；多結晶であり、いくつか複数の結晶
粒からなる場合。 Ｋ２；結晶粒は、一個であるが、その周りの単結晶領域
とは異なる結晶方位を有する場合。 Ｋ３；周りの単結晶領域（低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成
長領域Ｙ）とは、＜０００１＞軸のみ合致するが、異な
る結晶方位を有する場合
【０３６２】などがあった。このように、サンプルＫは
様々な、多結晶の欠陥集合領域Ｈを有することが判っ
た。
【０３６３】しかしながら、このサンプルＫにおいて
も、幅を持ったファセット面５６が欠陥集合領域Ｈを谷
間５９としてその両側に形成され、横になったプリズム
状を呈し、これらの形状を維持しながら成長することに
よって、転位が欠陥集合領域Ｈに集められており、それ
によって転位の低減がなされている。また、サンプルＫ
においても欠陥集合領域Ｈは、あらかじめ形成したマス
クの位置と一致している。だからサンプルＫも、本発明
の実施様態の一つである。
【０３６４】サンプルＫにおいて特に顕著に現れた多結
晶からなる欠陥集合領域Ｈについては、実は、極わずか
な箇所においては、他のサンプル例えばサンプルＡやサ
ンプルＪ等においても認められた。それがサンプルＫに
おいては特にに顕著であった。
【０３６５】このサンプルＫにおいて顕著に現れる多結
晶からなる欠陥集合領域Ｈは、成長初期に、ストライプ
マスク上に形成されたＧａＮからなるポリ結晶が、基板
から成長してきたＧａＮ単結晶より先に延びて、角度の
浅いファセット面に埋め込まれる前に、既に十分に伸び
ていたために発生するに至ったからであると考えられ
る。
【０３６６】実施例１〜３で述べたサンプルＡ〜ＮのＧ
ａＮ基板について、ストライプマスク幅ｓ、結晶欠陥集
合領域Ｈの幅ｈ、マスクピッチｐ、Ｃ面成長領域Ｙの幅
ｙ、ＧａＮ成長膜の膜厚Ｔを下記の表１に示した。単位
はμｍである。
【０３６７】
【表１】
【０３６８】［実施例４（インゴットの作製）；図１
２、１３、１４］次に本発明にかかる実施例４を説明す
る。使用したのは二種類のサンプルで、一つは実施例１
においてパターンＡを用いて作製したＧａＮ基板であ
り、既に下地基板が除去されて表面加工が施され、研磨
もなされており、基板上にエピタキシャル成長が実施で
きる準備が整ったものである。これをサンプルＯとす
る。
【０３６９】もう一つのサンプルは、これも実施例１と
同じプロセスで作製されたものでサファイア基板上にあ
らかじめＭＯＣＶＤにより厚さ２μｍのＧａＮエピ成長
層を設け、その表面に０．１μｍのＳｉＯ２薄膜を成膜
し、フォトリソグラフィーによってパターン形成したも
のである。この場合のパターンは実施例１におけるパタ
ーンＡとする。これをサンプルＰとする。
【０３７０】これらサンプルＯとサンプルＰを用いて、
同時にこれらの上にＧａＮエピタキシャル成長層を厚付
した。成長法はこれまでの実施例と同じＨＶＰＥ法であ
る。反応炉に基板をセットした後、キャリアガスはＨ２
ガスとし、昇温し、１０３０℃の高温にてＧａＮエピタ
キシャル層を成長させた。エピタキシャル層の成長条件
については下記の通り実施した。なお、サンプルＯ、サ
ンプルＰの基板径はともに３０ｍｍ径である。
【０３７１】 成長温度 １０３０℃ ＮＨ３分圧 ０．２５ａｔｍ（２５ｋＰａ） ＨＣｌ分圧 ２．０×１０−２ａｔｍ（２．０ｋＰａ） 成長時間 ８０時間
【０３７２】その結果、双方ともに厚さが１０ｍｍ程度
のＧａＮ結晶インゴットが得られた（図１２（２））。
この二つのインゴットをそれぞれＯインゴット、Ｐイン
ゴットとよぶ。これらのインゴットは、双方ともに同様
の表面形態を有して成長していた。すなわち、これらの
サンプルはファセット面で構成されており、概略、正三
角形に近いプリズムを横にして多数並べたような形状と
なっている。ほぼ等ピッチで規則正しく配列している。
この規則配置の位置は、ファセット面の谷間がストライ
プマスクの位置と合致しているためである。このファセ
ット面の谷間のピッチはストライプマスクのピッチと同
じ約４００μｍで、山と谷を交互にしてファセット面を
敷き詰めた形になっている。しかし、形状は実施例１と
比べると乱れが多いようである。
【０３７３】このプリズムを形成するファセット面は、
{１１−２２}面が中心となっている。隣り合う二つの
{１１−２２}面が作る山の頂点には、幅を持った鏡面状
の（０００１）面がみられた。そして、さらに隣り合う
二つの{１１−２２}面が作る谷の底には、実施例１に見
られたようなこれらファセット面に対してやや角度の浅
いファセット面は形状の乱れもあり観察が困難であっ
た。
【０３７４】特に注目すべきはＯインゴットである。パ
ターンは特に設けず、既に作製したＧａＮ基板の上にさ
らに成長を行っただけであるのに、成長後の表面形態は
パターン形成したのと同等の表面形態になっていたこと
である。
【０３７５】さらに、これらのインゴットの端を縦に切
断し断面を観察した。その結果、Ｏインゴットにおいて
種結晶の結晶欠陥集合領域Ｈの上には結晶欠陥集合領域
Ｈが引き継がれて成長し、低欠陥単結晶領域ＹやＣ面成
長領域Ｙの上には、成長界面で必ずしも一致しないが低
欠陥単結晶領域ＹまたはＣ面成長領域Ｙのどちらかが成
長していることがわかった。もちろん、結晶欠陥集合領
域Ｈの領域はファセット面からなる斜面の谷底に位置し
ている。
【０３７６】これら二種類のインゴットにスライス加工
を施し、多数枚のＧａＮ基板を切り出した後、表面研削
加工、研磨加工を施した。スライス加工にはワイヤーソ
ーを用いた。その結果、それぞれのインゴットから９枚
ずつのＧａＮ基板が得られた。
【０３７７】これらの基板は、成長の終りの２〜３枚は
異物欠陥等が見られたが、成長初期の６〜７枚は良好で
あった。これらの基板は表面を（０００１）面、つまり
Ｃ面とする基板であり、基板自体は平坦で透明である。
ＣＬ像を撮って観察してみると、基板表面に結晶欠陥集
合領域Ｈが４００μｍピッチで規則正しく＜１−１００
＞方向に並んでいた。
【０３７８】しかし、インゴットの成長の後半部の数枚
においては、サンプルを詳細に評価してみると、本来幅
をもった直線状に存在している結晶欠陥集合領域Ｈが必
ずしも直線状になっていないことが判明した。直線に途
切れがみられ、または破線状に存在していた。もちろ
ん、結晶欠陥集合領域Ｈは明確に境界をもち、周りの低
欠陥単結晶領域Ｚとは明らかに区別される。さらに、詳
細にＣＬ像により解析を行った。その結果、転位は本来
直線状にあるべき結晶欠陥集合領域Ｈの位置に直線状に
集合して存在しているが、実際の結晶欠陥集合領域Ｈが
途切れあるいは破線状に存在しているため、転位は途切
れて並びぶ方向に沿って結晶欠陥集合領域Ｈをはみ出し
て存在していることがわかった。しかし、さらに詳細な
ＣＬ観察の結果、このような転位のはみ出しは、途切れ
て並ぶ方向に高密度の転位がはみ出しているものの、途
切れて並ぶ結晶欠陥集合領域Ｈの列と列にはさまれて存
在する低欠陥単結晶領域Ｚの転位分布に特に大きな影響
を与えないことが分かった。
【０３７９】この結晶欠陥集合領域Ｈの途切れや破線状
化は、厚く成長させた場合やある特定の成長条件で成長
させた場合によくみられる。この結晶欠陥集合領域Ｈの
途切れや破線状化は容認してよいと思われる。しかし、
結晶欠陥集合領域Ｈが完全に消失してしまうとファセッ
ト面からなる斜面の形状が維持できなくなり、本発明の
効果を失うことになる。結晶欠陥集合領域Ｈの途切れお
よび破線状化を図１３および図１４に示した。
【０３８０】以上のように、結晶欠陥集合領域Ｈの途切
れや破線状化はみられるものの、結晶欠陥集合領域部の
外側では転位は少なく、閉じた結晶欠陥集合領域部から
離れるに従って転位密度は減少する。結晶欠陥集合領域
Ｈの近傍３０μｍくらい離れた領域では３×１０７ｃｍ
−２程度の領域が見られたが、場所によっては結晶欠陥
集合領域Ｈの境界から転位は激減するところもあること
を確認した。転位密度の低いところでは、１×１０５ｃ
ｍ−２以下の領域もある。結晶欠陥集合領域部の外側の
平均的な転位密度は何れも５×１０６ｃｍ−２以下であ
り、実用的なＧａＮ基板として使用に耐えうるものであ
った。この方法は、結晶成長の生産性向上につながる有
効な製造方法であると考えられる。
【０３８１】
【発明の効果】本発明はファセット成長によってＶ溝
（谷）底部に転位を集めてその他の部分を低転位化し、
Ｖ溝（谷）底部に欠陥集合領域Ｈを形成して転位を閉じ
込め再び解き放つということがない。欠陥集合領域Ｈの
ために先に課題として挙げた３つの問題 （１）ファセット面からなるＶ溝（谷）中央の転位集合
部からの転位のモヤモヤ状分布の低減。 （２）ファセット面からなるＶ溝（谷）中央の転位集合
部の面状欠陥の消滅。 （３）ファセット面からなるＶ溝（谷）中央の転位集合
部の位置を制御すること。 を本発明は全て解決できる。
【０３８２】本発明の方法によって、転位の集合した欠
陥集合領域Ｈの位置を正確に制御し、低転位の窒化ガリ
ウム基板を作製することができる。また本発明のＧａＮ
基板は、転位を規則正しく特定の狭い部分に集合させて
あり、デバイスの重要部分に使用する部分（低欠陥単結
晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙ）では低転位で単結晶であ
る。ＩｎＧａＮ青紫レーザダイオード（ＬＤ）などの低
転位ＧａＮ基板として最適のものを与える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明者が特開２００１−１０２３０７におい
て提案した表面にファセット面からなるピットを形成し
維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長法
においてファセットは平均的な成長方向とは別にピット
の内向きに成長するので転位がファセット稜線に掃き寄
せられるということを説明するための斜視図。（ａ）は
ファセット面が内向きに成長し転位が稜線に集まりピッ
ト底へ溜まることを示す斜視図。（ｂ）はピット底に溜
まった転位の間に強い斥力が生ずるから六方へ放射状に
広がった面状欠陥が形成されることを説明する斜視図。
【図２】本発明者が特開２００１−１０２３０７におい
て提案した表面にファセット面からなるピットを形成し
維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長法
においてファセットは平均的な成長方向とは別にピット
の内向きに成長するので成長とともに転位がファセット
稜線に掃き寄せられ、さらにピット底の多重点に集中す
るということを説明するためのピットの平面図。
【図３】本発明者が特開２００１−１０２３０７におい
て提案した表面にファセット面からなるピットを形成し
維持しながらＧａＮを結晶成長させるファセット成長法
においてファセットは平均的な成長方向とは別にピット
の内向きに成長するので成長とともに転位がファセット
稜線に掃き寄せられ、さらにピット底の多重点に集中し
底に続く転位の集合束を縦長に形成するということを説
明するためのピットの断面図。（１）は成長とともにピ
ット底へ転位が集中して縦方向に伸びる転位束を形成す
ることを説明する断面図。（２）は成長とともにピット
底へ転位が集中して縦方向に伸びる転位束を形成するの
であるが被覆するものがなく転位集合開放系であり転位
相互には強い斥力が働くので一旦集合した転位がばらけ
てきて周りに広がりモヤモヤ状の転位の拡散が起こるこ
とを説明する断面図。
【図４】表面にファセット面からなるＶ溝（谷）を形成
し維持しながらＧａＮを結晶成長させ、ファセットは平
均的な成長方向とは別にＶ溝（谷）の内向きに成長し、
成長とともに転位がファセット稜線に掃き寄せられさら
にＶ溝（谷）底の多重点に集中し底に続く閉じた転位の
集合束である欠陥集合領域Ｈを縦長に形成し、境界Ｋに
よって囲まれた内部Ｓを有する欠陥集合領域Ｈの閉じた
空間に転位を集結させるので転位が再びばらけることが
ないという本発明のＧａＮ成長方法の概略を説明するた
めのＶ溝（谷）の断面図。（１）は成長とともにＶ溝
（谷）底へ転位が集中して縦方向に伸びる閉じた欠陥集
合領域Ｈに転位束を集結させることを説明する断面図。
（２）は成長とともにＶ溝（谷）底が上昇するが常に底
へ欠陥集合領域Ｈが付随して転位を吸収してゆくことを
説明する断面図。
【図５】基板上に直線状に伸びるマスクを設け、その上
にファセットを維持しながらＧａＮを成長させることに
よってマスク上に欠陥集合領域Ｈとファセット面よりな
るＶ溝を位置させ、それに隣接する基板露呈部の上には
低欠陥単結晶領域Ｚとファセット面を位置させて成長さ
せる本発明のＧａＮ結晶成長値方法を説明するための断
面図。図５（ａ）は欠陥集合領域Ｈの上にあたるファセ
ット面谷底まで上部からのファセット面が連続し浅い傾
斜のファセット面が形成されない場合を図示している。
図５（ｂ）は欠陥集合領域Ｈの上にあたるファセット面
谷底まで上部からのファセット面に連続して浅い傾斜の
ファセット面が形成される場合を示している。ファセッ
ト面の境界と欠陥集合領域Ｈの境界Ｋが合致することを
示す。
【図６】基板上に直線状に伸びるマスクを設け、その上
にファセットを維持しながらＧａＮを成長させることに
よってマスク上に欠陥集合領域Ｈとファセット面よりな
るＶ溝を位置させ、それに隣接する基板露呈部の上には
低欠陥単結晶領域Ｚとファセット面を位置させて成長さ
せる本発明のマスクを用いるＧａＮ結晶成長方法を説明
するための平面図。図６（ａ）は下地基板に平行等間隔
の直線状で幅をもつストライプマスクを形成した状態の
平面図。図６（ｂ）は下地基板に平行等間隔の直線状で
幅をもつストライプマスクを形成した上にＧａＮをエピ
タキシャル成長させることによってできた欠陥集合領域
Ｈと、低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが順に現れ
るＺＨＺＹＺＨＺＹＺ…構造を有する本発明のＧａＮ厚
膜の平面図。
【図７】下地基板に平行等間隔の直線状で幅をもつスト
ライプマスクを形成した上にＧａＮをエピタキシャル成
長させることによってできたファセットよりなる山谷構
造（プリズム構造）と、ファセットの下に続く低欠陥単
結晶領域Ｚと、谷底に続く欠陥集合領域Ｈと、欠陥集合
領域Ｈと、低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが順に
現れるＺＨＺＹＺＨＺＹＺ…の周期構造を形成するよう
にした、本発明にかかるＧａＮ単結晶製造方法を示す斜
視図。
【図８】下地基板に平行等間隔の直線状で幅をもつスト
ライプマスクを形成した上にＧａＮをエピタキシャル成
長させることによってできた欠陥集合領域Ｈと、低欠陥
単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが順に現れるＺＨＺＹＺ
ＨＺＹＺ…構造を有する本発明にかかるＧａＮ基板の斜
視図。
【図９】下地基板に平行等間隔の直線状で幅をもつスト
ライプマスクを形成した上にＧａＮをエピタキシャル成
長させることによってできた欠陥集合領域Ｈと、低欠陥
単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが順に現れるＺＨＺＹＺ
ＨＺＹＺ…構造を有する本発明にかかるＧａＮ厚膜の平
面図。図９（ａ）はＧａＮ結晶の＜１−１００＞方向に
平行な長手方向のストライプマスクを設けてエピタキシ
ャル成長して得られたＧａＮ厚膜の表面にあらわれる＜
１−１００＞方向に平行なＺＨＺＹＺＨＺＹＺ…構造を
示す。図９（ｂ）はＧａＮ結晶の＜１１−２０＞方向に
平行な長手方向のストライプマスクを設けてエピタキシ
ャル成長して得られたＧａＮ厚膜の表面にあらわれる＜
１１−２０＞方向に平行なＺＨＺＹＺＨＺＹＺ…構造を
示す。
【図１０】サファイヤ基板上に薄いＧａＮエピタキシャ
ル層を成長させ、その上に直線状に伸びるストライプマ
スクを設けその上にファセットを維持しながらＧａＮを
成長させることによってマスク上に欠陥集合領域Ｈとフ
ァセット面よりなるＶ溝を位置させ、それに隣接する基
板露呈部の上には低欠陥単結晶領域Ｚとファセット面を
位置させ、研削研磨して平坦なＧａＮ基板を製造する実
施例１のＧａＮ結晶基板製造方法を説明するための断面
図。図１０（１）はサファイヤ基板、図１０（２）はサ
ファイヤ基板の上に薄いＧａＮエピ層を成長したもの、
図１０（３）はその上にストライプマスクを形成したも
のである。図１０（４）はファセット面を維持しながら
ＧａＮを成長させた状態の断面図、図１０（５）は下地
基板を除去し表面のプリズム状凹凸を除去し表裏面を平
滑に研磨したＧａＮ基板の断面図である。
【図１１】下地基板上に直接に直線状に伸びるストライ
プマスクを設けその上にファセットを維持しながらＧａ
Ｎを成長させることによってマスク上に欠陥集合領域Ｈ
とファセット面よりなるＶ溝を位置させ、それに隣接す
る基板露呈部の上には低欠陥単結晶領域Ｚとファセット
面を位置させ、研削研磨して平坦なＧａＮ基板を製造す
る実施例２、３のＧａＮ結晶基板製造方法を説明するた
めの断面図。図１１（１）は下地基板にストライプマス
クを設けたもの、図１１（２）はストライプマスク／下
地基板の上にファセット面を維持しながら厚いＧａＮエ
ピ層を成長したもの、図１１（３）は下地基板を除去し
表面のプリズム状凹凸を除去し表裏面を平滑に研磨した
ＧａＮ基板の断面図である。
【図１２】実施例１により作製したＧａＮ基板を種結晶
として、その上にファセットを維持しながらＧａＮを成
長させることによってマスク上に欠陥集合領域Ｈとファ
セット面よりなるＶ溝を位置させ、それに隣接する基板
露呈部の上には低欠陥単結晶領域Ｚとファセット面を位
置させ、研削研磨して平坦なＧａＮ基板を製造する実施
例４のＧａＮ結晶基板製造方法を説明するための断面
図。図１２（１）は既に低転位成長したＧａＮ基板を種
結晶として用いたもの、図１２（２）は種結晶の上にフ
ァセット面を維持しながら厚いＧａＮエピ層を成長させ
たもの、図１２（３）は下地基板を除去し表面のプリズ
ム状凹凸を除去し表裏面を平滑に研磨したＧａＮ基板の
断面図である。
【図１３】実施例４の成長方法にて成長したＧａＮイン
ゴットをスライス加工し作製したＧａＮ基板に蛍光顕微
鏡観察を行ったところ、成長後半部にあたるＧａＮ基板
の結晶欠陥集合領域Ｈに途切れ状態、もしくは破線状が
見られることを示す平面図。
【図１４】実施例４の成長方法にて成長したＧａＮイン
ゴットをスライス加工し作製したＧａＮ基板を、図１３
の一転さ線で示した場所で切断し、その断面を蛍光顕微
鏡で観察した図。結晶欠陥集合領域Ｈが基板内部まで分
断されて存在していることがわかる。結晶欠陥集合領域
Ｈの近傍には高密度欠陥領域Ｚ’が存在している。この
Ｚ’には、ファセット面からなる斜面により結晶欠陥集
合領域Ｈに集められた高密度の転位がはみ出して存在し
ており、高密度の転位を有している。
【符号の説明】
Ｈ 欠陥集合領域 Ｚ 低欠陥単結晶領域 Ｚ’高密度欠陥領域 Ｙ Ｃ面成長領域 Ｋ 欠陥集合領域の境界 Ｓ 欠陥集合領域の内部 ｈ 欠陥集合領域の幅 ｚ 低欠陥単結晶領域の幅 ｙ Ｃ面成長領域の幅 ｓ マスク幅 ｔ 露呈部幅 ｐ マスクピッチ ２ ＧａＮ結晶 ４ ピット ６ ファセット ７ 平坦面 ８ 稜線 ９ 内向き成長方向 １０ 面状欠陥 １１ 線状転位集合欠陥部 １２ ＧａＮ結晶 １４ ピット １５ 転位集合束 １６ ファセット １７ 平坦面 ２１ 下地基板 ２２ ＧａＮ結晶 ２３ ストライプマスク ２４ Ｖ溝（谷） ２５ 欠陥集合領域（Ｈ） ２６ ファセット ２７ 平坦面 ２８ Ｃ面成長領域（Ｙ） ２９ Ｖ溝（谷）底 ３０ 欠陥集合領域の境界（Ｋ） ４１ サファイヤ基板 ４２ ＧａＮエピ層 ４３ ストライプマスク ４４ Ｖ溝（谷） ４５ 欠陥集合領域（Ｈ） ４６ ファセット ４７ 平坦面 ４８ ＧａＮ露呈部分 ４９ Ｖ溝（谷）底 ５０ 境界（Ｋ） ５１ 下地基板 ５３ ストライプマスク ５４ Ｖ溝（谷） ５５ 欠陥集合領域（Ｈ） ５６ ファセット ５７ 平坦面 ５９ Ｖ溝（谷）底 ６０ 境界（Ｋ）
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡久 拓司 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 (72)発明者 中畑 成二 兵庫県伊丹市昆陽北一丁目１番１号住友電 気工業株式会社伊丹製作所内 Ｆターム(参考） 4G077 AA02 AA03 AB10 BE15 DB05 DB08 EA02 ED05 ED06 EF03 FG11 FJ03 HA02 HA12 TA04 TB03 TB05 TB13 TC06 TC13 TC19 TK01 TK06 TK11 5F041 AA04 AA33 DB02 DC23 DC78 DC83 FF11 5F045 AA04 AB14 AC08 AC09 AC12 AC13 AD08 AD14 AE25 AF02 AF03 AF04 AF09 AF13 BB12 CA11 DA53 DB02 DB04

Claims (92)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 表面と裏面を有し、表面に、直線状に伸
    び幅をもつ低欠陥単結晶領域Ｚと、直線状に伸び幅を持
    ち幅方向の両側に境界線Ｋ、Ｋを有し境界線Ｋを介して
    前記低欠陥単結晶領域Ｚに接する結晶欠陥集合領域Ｈ、
    Ｈとを有することを特徴とする単結晶窒化ガリウム基
    板。
  2. 【請求項２】 表面と裏面を有し、表面に、直線状に伸
    び幅をもつ低欠陥単結晶領域Ｚと、直線状に伸び幅を持
    ち幅方向の両側に境界線Ｋ、Ｋを有し境界線Ｋを介して
    前記低欠陥単結晶領域Ｚに接する結晶欠陥集合領域Ｈと
    を単位ＺＨとして交互に規則正しく複数回幅方向に繰り
    返す構造ＺＨＺＨ…を設けたことを特徴とする単結晶窒
    化ガリウム基板。
  3. 【請求項３】 表面と裏面と厚みを有し、表面上の一方
    向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ平面状の低欠陥単
    結晶領域Ｚと、表面上の同一方向と厚み方向に直線状に
    伸び幅を持ち幅方向の両側に境界面Ｋ、Ｋを有し境界面
    Ｋを介して前記低欠陥単結晶領域Ｚに接する平面状の結
    晶欠陥集合領域Ｈとを有することを特徴とする請求項１
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  4. 【請求項４】 表面と裏面と厚みを有し、表面上の一方
    向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ平面状の低欠陥単
    結晶領域Ｚと、表面上の同一方向と厚み方向に直線状に
    伸び幅を持ち幅方向の両側に境界面Ｋ、Ｋを有し境界面
    Ｋを介して前記低欠陥単結晶領域Ｚに接する平面状の結
    晶欠陥集合領域Ｈとを単位ＺＨとして交互に規則正しく
    幅方向に複数回繰り返す構造ＺＨＺＨ…を設けたことを
    特徴とする請求項２に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  5. 【請求項５】表面に存在する幅を持ち直線状に伸びた低
    欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅を持ちほぼ直線状に
    伸びた低欠陥で単結晶であるが比抵抗の高いＣ面成長領
    域Ｙが存在し、低欠陥で単結晶である３つの領域ＺＹＺ
    が一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈによって挟まれ
    ていることを特徴とする請求項１に記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板。
  6. 【請求項６】表面に繰り返して存在する幅を持ち直線状
    に伸びた低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、幅を持ちほ
    ぼ直線状に伸びた低欠陥で単結晶であるが比抵抗の高い
    Ｃ面成長領域Ｙが存在し、低欠陥で単結晶である３つの
    領域ＺＹＺが一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈによ
    って挟まれた構造ＨＺＹＺＨ…が表面において規則正し
    く複数回繰り返して存在することを特徴とする請求項２
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  7. 【請求項７】表面上の一方向と厚み方向に直線状に伸び
    幅をもつ平面状の低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、表
    面上の同一方向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ低欠
    陥で単結晶であるが比抵抗の異なるＣ面成長領域Ｙが存
    在し、基板表面にほぼ垂直に低欠陥単結晶領域Ｚに挟ま
    れて基板内部にわたって存在し、低欠陥で単結晶である
    ３つの領域ＺＹＺが一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、
    Ｈによって挟まれていることを特徴とする請求項３に記
    載の単結晶窒化ガリウム基板。
  8. 【請求項８】表面上の一方向と厚み方向に直線状に伸び
    幅をもつ平面状の低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、表
    面上の同一方向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ低欠
    陥で単結晶であるが比抵抗の高いＣ面成長領域Ｙが存在
    し、基板表面にほぼ垂直に低欠陥単結晶領域Ｚに挟まれ
    て基板内部にわたって存在し、低欠陥で単結晶である３
    つの領域ＺＹＺが一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈ
    によって挟まれた構造ＨＺＹＺＨＺＹＺ…が基板全体に
    おいて規則正しく複数回繰り返して存在することを特徴
    とする請求項４に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  9. 【請求項９】基板表面に存在する低欠陥単結晶領域Ｚと
    結晶欠陥集合領域Ｈが、基板表面から、裏面まで貫通し
    て存在することを特徴とする請求項１〜４の何れかに記
    載の単結晶窒化ガリウム基板。
  10. 【請求項１０】結晶欠陥集合領域Ｈは、多結晶からな
    り、接する低欠陥単結晶領域Ｚとの境界Ｋに結晶粒界を
    有することを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  11. 【請求項１１】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、接する低
    欠陥単結晶領域Ｚとの間の境界Ｋに面状欠陥を有するこ
    とを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  12. 【請求項１２】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、結晶欠陥
    集合領域内部Ｓに、貫通転位群を有することを特徴とす
    る請求項１〜９の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  13. 【請求項１３】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、結晶欠陥
    集合領域内部Ｓに、貫通転位群および面状欠陥を有する
    ことを特徴とする請求項１〜９、１２の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  14. 【請求項１４】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、接する低
    欠陥単結晶領域Ｚとの間で、結晶軸が微傾斜しているこ
    とを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  15. 【請求項１５】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、接する低
    欠陥単結晶領域Ｚとの間の境界Ｋに面状欠陥を有し、領
    域内部Ｓに、貫通転位群、面状欠陥を有することを特徴
    とする請求項１〜９、１１〜１３の何れかに記載の単結
    晶窒化ガリウム基板。
  16. 【請求項１６】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚとほぼ同一方位の単結晶からなり、接する低
    欠陥単結晶領域Ｚとの間の境界Ｋに面状欠陥を有し、領
    域内部Ｓに、長手方向に伸びた１層の面状欠陥を有する
    ことを特徴とする請求項１〜９、１１の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  17. 【請求項１７】基板表面が（０００１）面を主面とする
    ことを特徴とする請求項１〜１６の何れかに記載の単結
    晶窒化ガリウム基板。
  18. 【請求項１８】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなるこ
    とを特徴とする請求項１〜９の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウム基板。
  19. 【請求項１９】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    かつ、接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間の境界Ｋに面状
    欠陥を有することを特徴とする請求項１〜９、１８の何
    れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  20. 【請求項２０】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    結晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、貫通転位群を有すること
    を特徴とする請求項１〜９、１８の何れかに記載の単結
    晶窒化ガリウム基板。
  21. 【請求項２１】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    結晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、貫通転位群および面状欠
    陥を有することを特徴とする請求項１〜９、１８、２０
    の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  22. 【請求項２２】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    かつ、結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単結晶領域
    Ｚとの間で、結晶軸方向が微傾斜していることを特徴と
    する請求項１〜９、１８の何れかに記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板。
  23. 【請求項２３】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    接する低欠陥単結晶領域Ｚとの間の境界Ｋに面状欠陥を
    有し、結晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、貫通転位群、面状
    欠陥を有することを特徴とする請求項１〜９、１８〜２
    １の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  24. 【請求項２４】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しＣ軸が反転している単結晶からなり、
    接する低欠陥単結晶領域Ｚと間の境界Ｋに面状欠陥を有
    し、結晶欠陥集合領域Ｈ内部Ｓに、長手方向に伸びた１
    面の面状欠陥を有することを特徴とする請求項１〜９、
    １８、１９の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  25. 【請求項２５】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    低欠陥単結晶部Ｚは、基板表面に現れる主面が（０００
    １）面であり、結晶欠陥集合領域Ｈは、基板表面に現れ
    る主面が（０００−１）面であることを特徴とする請求
    項１８〜２１、２３、２４の何れかに記載の単結晶窒化
    ガリウム基板。
  26. 【請求項２６】基板表面の、低欠陥単結晶領域Ｚおよび
    結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向の結晶方位が＜１−１０
    ０＞であることを特徴とする請求項１〜２５の何れかに
    記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  27. 【請求項２７】基板表面の、低欠陥単結晶領域Ｚおよび
    結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向の結晶方位は、＜１１−
    ２０＞であることを特徴とする請求項１〜２５の何れか
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  28. 【請求項２８】基板内部において、面として存在する低
    欠陥単結晶領域Ｚおよび結晶欠陥集合領域Ｈの分布面
    は、＜１−１００＞方向および＜０００１＞方向に平行
    であることを特徴とする請求項３、４の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  29. 【請求項２９】基板内部において、面として存在する低
    欠陥単結晶領域Ｚおよび結晶欠陥集合領域Ｈの分布面
    は、＜１１−２０＞方向および＜０００１＞方向に平行
    であることを特徴とする請求項３、４の何れかに記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  30. 【請求項３０】低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚとＣ面成長領
    域Ｙの幅ｙの合計（ｙ＋２ｚ）が、１０μmから２００
    ０μｍであることを特徴とする請求項１〜２９の何れか
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  31. 【請求項３１】低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚとＣ面成長領
    域Ｙの幅ｙの合計（ｙ＋２ｚ）が、１００μmから８０
    ０μｍであることを特徴とする請求項１〜３０の何れか
    に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  32. 【請求項３２】結晶欠陥集合領域Ｈの幅ｈが、１μmか
    ら２００μｍであることを特徴とする請求項１〜３１の
    何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  33. 【請求項３３】結晶欠陥集合領域Ｈの幅ｈが、１０μm
    から８０μｍであることを特徴とする請求項１〜３２の
    何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  34. 【請求項３４】低欠陥単結晶領域Ｚの平均貫通転位密度
    が、５×１０６ｃｍ −２以下であることを特徴とする請
    求項１〜３３の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  35. 【請求項３５】低欠陥単結晶領域Ｚの貫通転位密度が、
    結晶欠陥集合領域Ｈとの境界Ｋ付近で最も高く、境界Ｋ
    から離れるに従って、減少していくことを特徴とする請
    求項１〜３４の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム基
    板。
  36. 【請求項３６】基板表面において、段差を有し、結晶欠
    陥集合領域Ｈがやや窪んでいることを特徴とする請求項
    ２５に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  37. 【請求項３７】段差部の窪みの深さは、１μｍ以下であ
    ることを特徴とする請求項３６に記載の単結晶窒化ガリ
    ウム基板。
  38. 【請求項３８】結晶欠陥集合領域Ｈは、接する低欠陥単
    結晶領域Ｚに対しｃ軸が反転している単結晶からなり、
    低欠陥単結晶領域Ｚは基板表面の主面が（０００−１）
    面であり、結晶欠陥集合領域Ｈは基板表面の主面が（０
    ００１）面であることを特徴とする請求項１〜９、１８
    〜２１、２３、２４の何れかに記載の単結晶窒化ガリウ
    ム基板。
  39. 【請求項３９】基板表面において、段差を有し、低欠陥
    単結晶領域Ｚがやや窪んでいることを特徴とする請求項
    ３８に記載の単結晶窒化ガリウム基板。
  40. 【請求項４０】表面と裏面を有し、欠陥を多数蓄積し幅
    を持つ直線状の結晶欠陥集合領域Ｈが、表面の一方向に
    規則正しく、等間隔ｐで並び、結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈ
    の間に、低欠陥で単結晶である低欠陥単結晶領域Ｚ、或
    いは低欠陥で単結晶である低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥
    単結晶で高比抵抗のＣ面成長領域Ｙの三重層ＺＹＺが挟
    まれていることを特徴とする単結晶窒化ガリウム基板。
  41. 【請求項４１】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    が等間隔で並ぶピッチｐが２０μｍから２０００μｍで
    あることを特徴とする請求項４０に記載の単結晶窒化ガ
    リウム基板。
  42. 【請求項４２】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    が等間隔で並ぶピッチｐが１００μｍから１２００μｍ
    であることを特徴とする請求項４０或いは４１に記載の
    単結晶窒化ガリウム基板。
  43. 【請求項４３】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚとが隣接してなる
    構造ＨＺＨを成長させ、隣接する低欠陥単結晶領域Ｚに
    存在した転位を結晶欠陥集合領域Ｈへ引きつけ、結晶欠
    陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは内部Ｓを転位の消滅場所
    あるいは蓄積場所としてＧａＮを成長させることによっ
    て隣接する低欠陥単結晶領域Ｚの転位を低減することを
    特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  44. 【請求項４４】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚと、幅をもって直
    線状で低転位単結晶で高比抵抗のＣ面成長領域Ｙが隣接
    してなる構造ＨＺＹＺＨを成長させ、隣接する低欠陥単
    結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙに存在した転位を結晶欠陥
    集合領域Ｈへ引きつけ、結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋ
    または内部Ｓを転位の消滅場所あるいは蓄積場所として
    ＧａＮを成長させることによって隣接する低欠陥単結晶
    領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙの転位を低減することを特徴と
    する単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  45. 【請求項４５】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚとが隣接してなる
    構造ＨＺＨを、低欠陥単結晶領域Ｚ上にファセット面の
    斜面をその両側に維持しながら成長させ、ファセット面
    の成長により隣接する低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領
    域Ｙに存在した転位を結晶欠陥集合領域Ｈへ引きつけ、
    結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは内部Ｓを転位の消
    滅場所あるいは蓄積場所としてＧａＮを成長させること
    によって隣接する低欠陥単結晶領域Ｚの転位を低減する
    ことを特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  46. 【請求項４６】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚとが隣接してなる
    構造ＺＨＺを、欠陥集合領域Ｈ上にファセット面の谷間
    を位置させ、その両側の低欠陥単結晶領域Ｚ上にファセ
    ット面斜面を維持しながら成長させ、ファセット面の成
    長により隣接する低欠陥単結晶領域Ｚに存在した転位を
    結晶欠陥集合領域Ｈへ引きつけ、結晶欠陥集合領域Ｈの
    境界部Ｋまたは内部Ｓを転位の消滅場所あるいは蓄積場
    所としてＧａＮを成長させることによって隣接する低欠
    陥単結晶領域Ｚの転位を低減することを特徴とする単結
    晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  47. 【請求項４７】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚとが隣接してなる
    単位ＨＺが規則正しく一定間隔をおいて幅方向に複数回
    繰り返す構造ＨＺＨＺＨＺ…を、低欠陥単結晶領域Ｚ上
    にファセット面の斜面をその両側に維持しながら成長さ
    せ、ファセット面の成長により隣接する低欠陥単結晶領
    域Ｚに存在した転位を結晶欠陥集合領域Ｈへ引きつけ、
    結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは内部Ｓを転位の消
    滅場所あるいは蓄積場所としてＧａＮを成長させること
    によって隣接する低欠陥単結晶領域Ｚの転位を低減する
    ことを特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  48. 【請求項４８】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚとが隣接してなる
    単位ＨＺが規則正しく一定間隔をおいて幅方向に複数回
    繰り返す構造ＨＺＨＺＨＺ…を、欠陥集合領域Ｈ上にフ
    ァセット面の谷間を位置させ、その両側の低欠陥単結晶
    領域Ｚ上にファセット面斜面を維持しながら成長させ、
    ファセット面の成長により隣接する低欠陥単結晶領域Ｚ
    に存在した転位を結晶欠陥集合領域Ｈへ引きつけ、結晶
    欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは内部Ｓを転位の消滅場
    所あるいは蓄積場所としてＧａＮを成長させることによ
    って隣接する低欠陥単結晶領域Ｚの転位を低減すること
    を特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  49. 【請求項４９】間隔をおいて互いに平行に設けられた複
    数本の幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈに隣接し
    て、長手方向に伸びた帯状のファセット面斜面を上にも
    つ低欠陥単結晶領域Ｚを、ファセット面を維持して成長
    するにあたり、ファセット面により形成される形状は、
    長手方向に伸びた左右対称のプリズム型であることを特
    徴とする請求項４８に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶
    成長方法。
  50. 【請求項５０】基板の上に、幅を持った直線状の多数の
    欠陥を含む結晶欠陥集合領域Ｈと、幅を持った直線状の
    低転位で単結晶の低欠陥単結晶領域Ｚと、幅を持った直
    線状の低転位単結晶で高比抵抗で平坦面をもつＣ面成長
    領域Ｙが隣接してなる単位ＨＺＹＺが規則正しく一定間
    隔をおいて幅方向に複数回繰り返す構造ＨＺＹＺＨＺＹ
    ＺＨＺＹＺ…を、欠陥集合領域Ｈ上にファセット面の谷
    間を位置させ、その両側の低欠陥単結晶領域Ｚ上にファ
    セット面斜面を位置させ、Ｃ面成長領域Ｙの上面を結晶
    成長方向に垂直の平坦面とし、頂上に水平な面を有した
    プリズム型の形状のファセット面を維持しながら成長さ
    せ、ファセット面の成長により隣接する低欠陥単結晶領
    域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙに存在した転位を結晶欠陥集合領
    域Ｈへ引きつけ、結晶欠陥集合領域Ｈの境界部Ｋまたは
    内部Ｓを転位の消滅場所あるいは蓄積場所としてＧａＮ
    を成長させることによって隣接する低欠陥単結晶領域
    Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙの転位を低減することを特徴とする
    単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  51. 【請求項５１】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であ
    り、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向が＜１−１
    ００＞であり、ファセット面は、｛ｋｋ−２ｋｎ｝
    （ｋ、ｎは整数）であることを特徴とする請求項４５〜
    ５０の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  52. 【請求項５２】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であ
    り、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向が＜１−１
    ００＞であり、ファセット面は、｛１１−２２｝である
    ことを特徴とする請求項４５〜５１の何れかに記載の単
    結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  53. 【請求項５３】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であ
    り、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向が＜１１−
    ２０＞であり、ファセット面は、｛ｋ−ｋ０ｎ｝（ｋ、
    ｎは整数）であることを特徴とする請求項４５〜５０の
    何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  54. 【請求項５４】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であ
    り、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向が＜１１−
    ２０＞であり、ファセット面は、｛１−１０１｝である
    ことを特徴とする請求項４５〜５０、５３の何れかに記
    載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  55. 【請求項５５】平均的な結晶成長方向がｃ軸方向であ
    り、直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの長手方向が＜１−１
    ００＞あるいは＜１１−２０＞であり、長手方向に伸び
    たファセット面は、｛１１−２２｝、｛１−１０１｝、
    ｛ｋｋ−２ｋｎ｝、｛ｋ−ｋ０ｎ｝（ｋ、ｎは整数）の
    いずれかからなるプリズム形状の中心頂上に存在する水
    平な面は、（０００１）面であることを特徴とする請求
    項５０〜５４の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結
    晶成長方法。
  56. 【請求項５６】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、多結晶として成長することを特徴とする請求項４３
    〜４８の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長
    方法。
  57. 【請求項５７】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その両側の低欠陥単結晶領域Ｚのファセット面斜面
    に比べて、角度が浅いファセット面を有して成長するこ
    とを特徴とする請求項４５〜４８の何れかに記載の単結
    晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  58. 【請求項５８】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その境界Ｋを、その両側の低欠陥単結晶領域Ｚのフ
    ァセット面と角度が浅いファセット面との境界と一致し
    て成長することを特徴とする請求項５７に記載の単結晶
    窒化ガリウムの結晶成長方法。
  59. 【請求項５９】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その境界Ｋに、面状欠陥を有して成長することを特
    徴とする請求項４３〜５８の何れかに記載の単結晶窒化
    ガリウムの結晶成長方法。
  60. 【請求項６０】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その境界Ｋの両側の低欠陥単結晶領域Ｚに対し結晶
    軸が微傾斜した状態で成長することを特徴とする請求項
    ４３〜５８のいずれかに記載の単結晶窒化ガリウムの結
    晶成長方法。
  61. 【請求項６１】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その両側の境界Ｋの内側に、角度の浅いファセット
    面と同じ結晶方位を有して、成長することを特徴とする
    請求項５８に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  62. 【請求項６２】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、その両側の境界Ｋの内側に、角度の浅いファセット
    面と同じ結晶方位を有し、その整合部の下に面状欠陥を
    有して成長することを特徴とする請求項６１に記載の単
    結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  63. 【請求項６３】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    は、それに隣接しファセット面を有する低欠陥単結晶領
    域Ｚに対しｃ軸を１８０゜反転した結晶方位で成長する
    ことを特徴とする請求項４３〜５９、６１〜６２の何れ
    かに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  64. 【請求項６４】ファセット面を上に有する低欠陥単結晶
    領域Ｚは［０００１］軸を主軸として成長し、それに隣
    接し幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈはｃ軸を反
    転した結晶方位である［０００−１］軸を主軸として成
    長する事を特徴とする請求項６３に記載の単結晶窒化ガ
    リウムの結晶成長方法。
  65. 【請求項６５】直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向が＜
    １−１００＞であり、欠陥集合領域Ｈ上部にある角度の
    浅いファセット面は、｛１１−２−５｝または、｛１１
    −２−６｝として成長することを特徴とする請求項６３
    または６４に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  66. 【請求項６６】直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの方向が＜
    １１−２２＞であり、欠陥集合領域Ｈ上部にある角度の
    浅いファセット面は、｛１−１０±３｝または、｛１−
    １０±４｝として成長することを特徴とする請求項６３
    または６４に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  67. 【請求項６７】直線状の結晶欠陥集合領域Ｈの幅ｈが、
    １μｍから２００μｍであることを特徴とする請求項４
    ３〜６６の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成
    長方法。
  68. 【請求項６８】低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚ、或いはＣ面
    成長領域Ｙが存在する場合は低欠陥単結晶領域Ｚの幅ｚ
    とＣ面成長領域Ｙの幅ｙの合計幅（ｙ＋２ｚ）が、１０
    μｍから２０００μｍであることを特徴とする請求項４
    ４または５０に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  69. 【請求項６９】基板の上に、幅を持った直線状の結晶欠
    陥集合領域Ｈを、規則正しく、等間隔ｐで並べ、それら
    の間に低欠陥単結晶領域Ｚまたは、低欠陥単結晶領域Ｚ
    とＣ面成長領域Ｙと低欠陥単結晶領域Ｚを有して成長す
    ることを特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  70. 【請求項７０】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    が等間隔で並ぶピッチｐが、２０μmから２０００μmで
    あることを特徴とする請求項６９に記載の単結晶窒化ガ
    リウムの結晶成長方法。
  71. 【請求項７１】下地基板上に幅を持った直線状のマスク
    を形成し、そのマスク上に結晶欠陥集合領域Ｈを成長さ
    せ、それ以外の場所においては低欠陥単結晶領域Ｚ、あ
    るいは低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙとを成長さ
    せることを特徴とする単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  72. 【請求項７２】下地基板上に幅を持った直線状のマスク
    を複数本、互いに平行に等間隔で形成し、その上から窒
    化ガリウムを成長する際、そのマスク上に結晶欠陥集合
    領域Ｈを成長させ、それ以外の場所においては低欠陥単
    結晶領域Ｚ、あるいは低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領
    域Ｙとを成長させることを特徴とする単結晶窒化ガリウ
    ムの結晶成長方法。
  73. 【請求項７３】下地基板上で、直線状のマスクの上には
    マスクに合わせて直線状に伸びる欠陥集合領域Ｈとその
    上にできるマスクに合わせて直線状に伸びる浅い角度を
    有したファセット面が成長し、マスクの無い露呈部分で
    は露呈部に合わせて直線状に伸びる低欠陥単結晶領域Ｚ
    とその上にできる露呈部に合わせて直線状に伸びる深い
    角度のファセット面が成長する事を特徴とする請求項７
    １または７２に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方
    法。
  74. 【請求項７４】マスクは、ＳｉＯ２あるいはＳｉ３Ｎ４
    であることを特徴とする請求項７１〜７３の何れかに記
    載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  75. 【請求項７５】マスクは、ＰｔあるいはＷであることを
    特徴とする請求項７１〜７３の何れかに記載の単結晶窒
    化ガリウムの結晶成長方法。
  76. 【請求項７６】マスクは、多結晶ＡｌＮあるいは多結晶
    ＧａＮであることを特徴とする請求項７１〜７３の何れ
    かに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  77. 【請求項７７】マスクは、表面に多結晶ＧａＮの析出し
    たＳｉＯ２からなることを特徴とする請求項７１〜７３
    の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  78. 【請求項７８】下地基板上にＧａＮからなるエピタキシ
    ャル層を作成した後で、マスク層を形成し、当該マスク
    層を部分的にエッチングし、所定の形状にパターニング
    したものを欠陥集合領域部Ｈを形成する場所に配置する
    ことを特徴とする請求項７１〜７３の何れかに記載の単
    結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  79. 【請求項７９】下地基板上に直接マスク層を形成し、当
    該マスク層を部分的にエッチングし、所定の形状にパタ
    ーニングしたものを、欠陥集合領域部Ｈを形成する場所
    に、配置することを特徴とする請求項７１〜７３の何れ
    かに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  80. 【請求項８０】下地基板上に設置する欠陥集合領域部Ｈ
    を発生させるためのマスクとして、マスク層を所定の形
    状にパターニングする際に、そのマスクで被覆されない
    露呈領域において、エピタキシャル・ラテラル・オーバ
    ーグロースを行うためのパターンを同時に形成して、結
    晶成長を行うことを特徴とする請求項７１、７２、７３
    の何れかに記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  81. 【請求項８１】直線状の結晶欠陥集合領域Ｈを形成する
    ためのマスクの幅ｓが、１０μｍから２５０μｍである
    ことを特徴とする請求項７１〜７３の何れかに記載の単
    結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  82. 【請求項８２】幅を持った直線状の結晶欠陥集合領域Ｈ
    を形成するためのマスクが等間隔で並ぶピッチｐが、２
    ０μｍから２０００μｍであることを特徴とする請求項
    ７２に記載の単結晶窒化ガリウムの結晶成長方法。
  83. 【請求項８３】結晶成長において、幅を持った直線状の
    結晶欠陥集合領域Ｈを有して成長し、単結晶部Ｚ、Ｙ
    と、結晶欠陥集合領域Ｈとの境界Ｋおよび内部Ｓを、単
    結晶部Ｚ、Ｙの転位の蓄積あるいは消滅場所として成長
    することで、単結晶部Ｚ、Ｙの転位を低減し、得られた
    結晶を、機械加工した後、研磨を施し、平坦な表面を有
    した基板とする事を特徴とする単結晶窒化ガリウム基板
    の製造方法。
  84. 【請求項８４】結晶成長時の成長表面において、ファセ
    ット面からなる谷を形成し、幅を持った直線状の結晶欠
    陥集合領域Ｈを谷の底に有して成長することで、その周
    りの単結晶部Ｚ、Ｙの転位を低減し、得られた結晶を、
    機械加工した後、研磨を施し、平坦な表面を有した基板
    とする事を特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の製造方
    法。
  85. 【請求項８５】機械加工として、スライス加工、研削加
    工、ラッピング加工のうち少なくとも一つを含む事を特
    徴とする請求項８３、８４の何れかに記載の単結晶窒化
    ガリウム基板の製造方法。
  86. 【請求項８６】下地基板として、ＧａＮ、サファイア、
    ＳｉＣ、スピネル、ＧａＡｓ、Ｓｉを用いることを特徴
    とする請求項７８、７９の何れかに記載の単結晶窒化ガ
    リウムの結晶成長方法。
  87. 【請求項８７】結晶欠陥集合領域Ｈのみが幅を持った直
    線状ではなく、幅を持ち破線状にとぎれていることを特
    徴とする請求項１、２、５、６の何れかに記載の単結晶
    窒化ガリウム基板。
  88. 【請求項８８】結晶欠陥集合領域Ｈのみが幅を持った直
    線状ではなく、幅を持ち破線状にとぎれていることを特
    徴とする請求項４３〜５０の何れかに記載の単結晶窒化
    ガリウム基板の結晶成長方法。
  89. 【請求項８９】低欠陥単結晶領域Ｚにおいて、結晶欠陥
    集合領域Ｈの近傍３０μｍの領域で、やや貫通転位密度
    が高く、３×１０７ｃｍ−２以下であることを特徴とす
    る請求項１〜３３の何れかに記載の単結晶窒化ガリウム
    基板。
  90. 【請求項９０】結晶成長表面に長手方向に伸びた帯状の
    斜面からなるファセット面を形成し、そのファセット面
    を両側にもつ谷間の底部に結晶欠陥集合領域Ｈを形成
    し、それらの形状を維持して連続して成長させ、結晶欠
    陥集合領域Ｈの周囲の低欠陥単結晶領域ＺやＣ面成長領
    域Ｙの転位を引き込み低減した結晶を厚く成長させイン
    ゴットとし、当該結晶をスライス加工することにより、
    多数枚の窒化ガリウム結晶を得ることを特徴とする単結
    晶窒化ガリウム基板の製造方法。
  91. 【請求項９１】表面上の一方向と厚み方向に直線状に伸
    び幅をもつ平面状の低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、
    表面上の同一方向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ低
    欠陥で単結晶であるが比抵抗の高いＣ面成長領域Ｙが存
    在し、基板表面にほぼ垂直に低欠陥単結晶領域Ｚに挟ま
    れて基板内部にわたって存在し、低欠陥で単結晶である
    ３つの領域ＺＹＺが一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、
    Ｈによって挟まれた構造ＨＺＹＺＨＺＹＺ…が基板全体
    において規則正しく複数回繰り返して存在する単結晶窒
    化ガリウム基板を種結晶として、その上に窒化ガリウム
    を成長させ、種結晶の結晶欠陥集合領域Ｈの上には結晶
    欠陥集合領域Ｈを成長し、種結晶の低欠陥単結晶領域Ｚ
    およびＣ面成長領域Ｙの上には低欠陥単結晶領域Ｚまた
    はＣ面成長領域Ｙを成長させることで、厚く成長したイ
    ンゴットを作製し、当該結晶をスライス加工することに
    より多数枚の窒化ガリウム結晶を得ることを特徴とする
    単結晶窒化ガリウム基板の製造方法。
  92. 【請求項９２】表面上の一方向と厚み方向に直線状に伸
    び幅をもつ平面状の低欠陥単結晶領域Ｚのほぼ中央に、
    表面上の同一方向と厚み方向に直線状に伸び幅をもつ低
    欠陥で単結晶であるが比抵抗の高いＣ面成長領域Ｙが存
    在し、基板表面にほぼ垂直に低欠陥単結晶領域Ｚに挟ま
    れて基板内部にわたって存在し、低欠陥で単結晶である
    ３つの領域ＺＹＺが一組になって結晶欠陥集合領域Ｈ、
    Ｈによって挟まれた構造ＨＺＹＺＨＺＹＺ…が基板全体
    において規則正しく複数回繰り返して存在する単結晶窒
    化ガリウム基板を種結晶として、その上に窒化ガリウム
    を成長しさせ、種結晶の結晶集合領域Ｈの上には浅い角
    度を有したファセット面からなるビットの底を形成し、
    そこには結晶欠陥集合領域Ｈが形成され、また、種結晶
    の低欠陥単結晶領域ＺおよびＣ面成長領域Ｙの上にはフ
    ァセット面からなる斜面または水平なファセット面が形
    成され、そこに低欠陥単結晶領域ＺまたはＣ面成長領域
    Ｙを成長させることでインゴットを作製し、当該結晶を
    スライス加工することにより多数枚の窒化ガリウム結晶
    を得ることを特徴とする単結晶窒化ガリウム基板の製造
    方法。
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