以下、本発明の実施の形態を添付図面に基� ��いて説明する。
 図1に本発明の実施の形態に係る光デバイス 用基板の断面構造を示す。酸化ガリウム(Ga ₂ O ₃ )単結晶基板部材1の表面部分に窒化処理によ� ��形成された六方晶窒化ガリウム(GaN)からな� �第1のバッファ層2が配置されている。この第 1のバッファ層2の表面上に所定の成長温度よ� ��低い温度で成長形成された六方晶GaNからな� ��第2のバッファ層3が配置され、さらに第2の� ��ッファ層3の表面上に所定の温度で成長形成 された六方晶GaN層4が配置されている。

 この光デバイス用基板は、図2に示すような 工程により製造することができる。
 まず、Ga ₂ O ₃ 基板部材1に対して、アセトン、メタノール� �よる有機洗浄をそれぞれ10分行った後、窒化 前の前処理として、シリコン(Si)の酸化物処� �に通常使用しているフッ化水素(HF)により10� �のHF処理を行い、さらに、ガリウム砒素(GaAs) 基板の洗浄に通常用いている溶液(H ₂ O:H ₂ SO ₄ :H ₂ O ₂ =1:4:1)により60℃、5分のエッチャント処理を� �う。

 このような前処理が施されたGa ₂ O ₃ 基板部材1を真空容器内にセットし、サーマ� �クリーニングを行う。サーマルクリーニン� �はGa ₂ O ₃ 基板部材1を加熱してクリーニングする方法� �、温度750℃~850℃、好ましくは800℃、加熱時� ��10分~60分とする。
 次に、Ga ₂ O ₃ 基板部材1を窒化処理する。窒化処理は、窒� �プラズマを用いるが、プラズマ励起の方法� �して高周波(RF)プラズマを用いる。この場合� ��分子状窒素(N ₂ )に高周波の磁界をかけて、励起したプラズ� �を発生させる。RFプラズマよりプラズマ密度 が高い電子サイクロトロン共鳴(ECR)プラズマ� ��用いることもできるが、GaN層の成長にはRF� �ラズマ励起による分子線エピタキシー(MBE)法 を用いるため、窒化処理にRFプラズマを使用� ��れば、同一装置内で窒化からGaN層成長まで� ��続的に処理できることとなり、効率的な処� ��が可能となる。

 窒化処理は、Ga ₂ O ₃ 基板部材1の温度300~400℃、プラズマパワー300~ 350W、窒素流量2~3sccm、窒化時間60~100分として� ��う。窒化時間が60分より短いと、窒化層の� �成が不十分となり、立方晶GaNが優先的に形� �されてしまい、六方晶GaN形成には60分を超え る窒化時間が必要である。逆に、窒化時間が 100分を超えても、窒化層の厚さは飽和して一 定になる。このため、窒化時間60~100分が好ま しい。このような窒化処理により、六方晶GaN からなる第1のバッファ層2が形成される。

 次に、窒化処理したGa ₂ O ₃ 基板部材1の表面上に六方晶GaNからなる第2の� ��ッファ層3を成長形成させる。このとき、Ga ₂ O ₃ 基板部材1の温度480~520℃、プラズマパワー250~ 350W、窒素流量1.5~2.5sccm、成長時間5~15分とす� �。成長時間が5分に満たないと、GaN層の成長� ��不十分となり、逆に15分を越えて層厚が厚� �なると、応力発生により欠陥や転位が誘発� �れ、その後のGaN層成長に影響を及ぼすため� �この範囲内の成長時間で成長させることが� �ましい。

 続いて、第2のバッファ層3の表面上に六方� �GaN層4を成長形成させる。このGaN層4の成長は 、Ga ₂ O ₃ 基板部材1の温度650~750℃、プラズマパワー250~ 350W、窒素流量1.5~2.5sccm、成長時間50~90分で行� ��。
 このようにして、Ga ₂ O ₃ 基板部材1上に窒化処理により六方晶GaNから� �る第1のバッファ層2を形成した後、さらに六 方晶GaNからなる第2のバッファ層3を成長形成� ��、この第2のバッファ層3を介してGaN層4を成� ��させることで、表面平坦性及び結晶品質性� ��優れた六方晶GaN層4を得ることができる。

 なお、本発明に係る光デバイス用基板を用� ��ることにより、発光素子、受光素子等の各� ��の光デバイスを製造することができる。
 また、この光デバイス用基板をテンプレー� ��基板として使用し、表面層となるGaN層の上� ��六方晶GaN層を再現性よく作製することもで� ��る。

(実施例1)
 まず、Ga ₂ O ₃ 単結晶をフローティングゾーン(FZ)法で育成� �た。このとき、Ga ₂ O ₃ 粉末(純度4N)をラバーチューブで成形後、焼� �し、これを原料棒として単結晶育成を行っ� �。単結晶育成条件は、ドライエア雰囲気中� �、成長速度7.5mm/hである。
 育成した単結晶を8mm×8mm×0.8mm厚に切り出し� ��(100)面が表面になるように研磨加工し、0.4mm 厚とした。さらに、基板部材洗浄としてアセ トン、メタノールによる有機洗浄をそれぞれ 10分行った後、窒化前の基板部材の前処理と� ��て、HF処理10分、溶液(H ₂ O:H ₂ SO ₄ :H ₂ O ₂ =1:4:1)によるエッチャント処理5分を行った。

 この基板部材をRF-MBE装置に導入し、温度8 00℃付近まで加熱した後、10分間保持するこ� �によるサーマルクリーニングを行った。そ� �後、RF励起した窒素プラズマによる窒化処理 を行った。窒化条件は、基板部材温度300℃、 RFプラズマパワー350W、窒素流量2.5sccm、窒化� �間90分である。

 図3に、窒化前後のGa ₂ O ₃ 基板部材表面の反射高速電子回折(RHEED)パタ� �ンを観察した結果を示す。窒化前のGa ₂ O ₃ 基板部材表面に対しては電子線を[010]方位か� ��入射させたときのパターン、窒化後のGa ₂ O ₃ 基板部材表面に対しては電子線を[11-20]方位� �たは[1-100]方位から入射させたときのパター� ��が示されている。Ga ₂ O ₃ 基板部材を窒化することで、シャープなスト リークパターンが得られた様子を確認するこ とができる。この窒化後のパターンは解析の 結果、六方晶GaNであることがわかった。

 次に、同じRF-MBE装置内で第2のバッファ層形 成のためのGaN成長を行った。成長条件は、基 板部材温度500℃、RFパワー300W、窒素流量2.0scc m、Gaセル温度940℃、成長時間10分である。こ� ��第2のバッファ層表面に対して電子線を[11-20 ]方位または[1-100]方位から入射させたときのR HEEDパターンを図4に示す。図3に示した窒化後 のGa ₂ O ₃ 基板部材表面と同様にシャープなストリーク パターンが観察された。

 さらに、第2のバッファ層の表面上にGaN層 形成のためのGaN成長を行った。成長条件は、 第2のバッファ層形成のための成長条件とは� �板部材温度と成長時間が異なり、基板部材� �度650℃、RFパワー300W、窒素流量2.0sccm、Gaセ� �温度940℃、成長時間60分である。図5は、形� �されたGaN層表面に対して電子線を[11-20]方位� ��ら入射させたときのRHEEDパターンとGaN層の� �面SEM写真を示す。RHEEDはストリーク状のパタ ーンで、SEM写真から表面は優れた平坦性を有 することが確認される。

 このようにして製造された光デバイス用基� ��におけるGa ₂ O ₃ 基板部材表面からGaN層にかけてのTEM断面を図 6に示す。
 また、この実施例1で作製したGaN層の結晶性 をX線ロッキングカーブで評価したところ、� �7に示すように、シングルピークで、GaN(002)� �半値幅(FWHM)は22.0 arcminであった。

(実施例2)
 第2のバッファ層の表面上にGaN層を形成する 際の基板部材温度を700℃とした他は、上記の 実施例1と同様の条件で光デバイス用基板を� �造した。
 作製したGaN層の結晶性をX線ロッキングカー ブで評価したところ、GaN(002)ピークのFWHMは22. 1 arcminであった。

(比較例1)
 図8に示されるように、第2のバッファ層を� �成することなく、窒化したGa ₂ O ₃ 基板部材表面上に直接GaN層を高温で成長させ た。Ga ₂ O ₃ 基板部材のサーマルクリーニング及び窒化処 理を上記の実施例と同じ条件で行った後、RF- MBE装置内で成長温度を780℃と700℃の2通りで� �れぞれ成長時間60分としてGaN層形成のための GaN成長を行った。
 形成されたGaN層表面に対して電子線を[11-20] 方位から入射させたときのRHEEDパターンとGaN� ��の表面SEM写真を図9に示す。成長温度が780℃ の場合は、GaN層に剥離が発生していることが 確認された。一方、成長温度700℃で成長させ たGaN層は、剥離を抑えることができたが、RHE EDパターンはストリーク状とはならずにスポ� ��ト状となり、また、SEM写真から表面平坦性� ��低いことが判明した。

 X線ロッキングカーブによりGaN(002)ピーク� ��FWHMを測定した結果は、以下の表1に示すよ� �に、成長温度780℃の場合は41.8arcmin、成長温� ��700℃の場合は83.0arcminであり、実施例1及び2� ��得られたGaN層におけるGaN(002)ピークのFWHMに� ��して2~4倍大きい値となった。このことから� ��本発明における第2のバッファ層の形成が、 GaN層の平坦性だけでなく、結晶性改善にも有 効であることが判明した。

(比較例2)
 図10に、文献E.G.Villora et al., Appl. Phys. Lett ., 90 (2007) 234102.に記載された光デバイス用� ��板の断面TEM像を示す。図中、aで示されるGa ₂ O ₃ 基板部材表面の窒化層の上に第2のバッファ� �を形成することなく、厚さ400nm程度のGaN層が 形成されている。このGaN層のうちcで示され� �上層部分には積層欠陥がほとんど存在しな� �が、窒化層直上のbで示される厚さ約200nmの� �分には水平方向の積層欠陥が大量に形成さ� �ていることが確認される。

 これに対し、図6に示した実施例1の断面TEM� �では、積層欠陥自体がないGaN層が厚さ100nm程 度の第2のバッファ層の上に形成されている� �
 すなわち、第2のバッファ層を形成しない場 合には、積層欠陥をなくすために厚さ約200nm� ��GaN成長が必要になるのに対し、Ga ₂ O ₃ 基板部材表面の窒化層の上に厚さ100nm程度のG aN成長により第2のバッファ層を形成すること で、積層欠陥のないGaN層が得られる。従って 、生産効率、製造コストなどの観点から、第 2のバッファ層の形成が有効であることがわ� �る。