特開 2020-8497 窒化ガリウム結晶基板およびその結晶評価方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】特開2020-8497(P2020-8497A)

(43)【公開日】2020年1月16日

(54)【発明の名称】窒化ガリウム結晶基板およびその結晶評価方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/207 20180101AFI20191213BHJP

   C30B 29/38 20060101ALI20191213BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/207

   C30B29/38 D

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

【全頁数】35

(21)【出願番号】特願2018-131735(P2018-131735)

(22)【出願日】2018年7月11日

(71)【出願人】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(71)【出願人】

【識別番号】516088190

【氏名又は名称】大鉢 忠

(71)【出願人】

【識別番号】517412398

【氏名又は名称】竹本 菊郎

(71)【出願人】

【識別番号】503027931

【氏名又は名称】学校法人同志社

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】特許業務法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】大鉢 忠

(72)【発明者】

【氏名】竹本 菊郎

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 祐喜

(72)【発明者】

【氏名】吉門 進三

(72)【発明者】

【氏名】和田 元

(72)【発明者】

【氏名】羽木 良明

(72)【発明者】

【氏名】善積 祐介

(72)【発明者】

【氏名】長田 英樹

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 史隆

(72)【発明者】

【氏名】美濃部 周吾

(72)【発明者】

【氏名】藪原 良樹

(72)【発明者】

【氏名】中西 文毅

【テーマコード（参考）】

2G001

4G077

【Ｆターム（参考）】

2G001AA01

2G001BA20

2G001CA01

2G001DA08

2G001EA01

2G001FA03

2G001FA18

2G001GA13

2G001JA02

2G001JA06

2G001JA08

2G001KA08

2G001LA11

2G001MA05

2G001NA03

2G001NA15

2G001NA20

2G001PA12

2G001SA02

2G001SA07

4G077AA03

4G077AB02

4G077AB08

4G077BE15

4G077DB04

4G077DB05

4G077DB08

4G077EA02

4G077EA04

4G077ED06

4G077GA03

4G077GA05

4G077HA12

(57)【要約】      （修正有）

【課題】結晶品質の高い窒化ガリウム結晶基板およびその結晶品質を詳細に評価することができる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法を提供する。
【解決手段】窒化ガリウム結晶基板は、少なくとも１つの主面を有し、主面が（０００１）からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、小発散角入射Ｘ線を用いたＸ線回折測定において、＜０００１＞とφ軸とが一致するように調整し、０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比が５００以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比が０．１８以上である。
【選択図】図６

【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、
前記主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、
小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に前記主面が露出するように前記窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、
０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおける前記φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、
各前記１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、
各前記−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、
各前記＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、
各前記−Ｌ領域、各前記−Ｒ領域、各前記＋Ｌ領域、および各前記＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が５００以上であり、
前記第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８以上である、窒化ガリウム結晶基板。

【請求項2】

少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、
前記主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、
小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に前記主面が露出するように前記窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、
０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおける前記φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、
各前記１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、
各前記−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、
各前記＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、
各前記−Ｌ領域、各前記−Ｒ領域、各前記＋Ｌ領域、および各前記＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が７５０以上であり、
前記第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８未満である、窒化ガリウム結晶基板。

【請求項3】

２つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、
１つの前記主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、他の前記主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、
各前記主面についての小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に各前記主面が露出するように前記窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、
前記主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、前記主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおける前記φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、
各前記１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、
各前記−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、
各前記＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、
各前記−Ｌ領域、各前記−Ｒ領域、各前記＋Ｌ領域、および各前記＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、２つの前記主面における少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、より大きな前記第２基準ピーク強度比を与える前記主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面である、窒化ガリウム結晶基板。

【請求項4】

少なくとも１つの主面を有し、前記主面が（０００１）面および（０００−１）面の少なくともいずれかからのオフ角が０°以上２°以下の面である窒化ガリウム結晶基板の結晶を、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定により評価する方法であって、
２軸傾斜試料台上に前記主面が露出するように前記窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整する工程と、
前記主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、前記主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおいて、前記φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定を行なう工程と、を含み、
前記φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性の高さおよびバックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比の大きさから、前記窒化ガリウム結晶基板の結晶の品質を評価する、窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法。

【請求項5】

前記主面における前記第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の大きさから、前記窒化ガリウム結晶基板の結晶の極性を評価する、請求項４に記載の窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法。

【請求項6】

前記主面における前記第２基準ピーク強度比が０．１８以上となるときの前記主面を（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価し、前記主面における前記第２基準ピーク強度比が０．１８未満となるときの前記主面を（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価する、請求項５に記載の窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法。

【請求項7】

前記窒化ガリウム結晶基板は２つの前記主面を有し、
２つの前記主面における前記第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、
より大きな前記第２基準ピーク強度比を与える前記主面を（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価する、請求項５に記載の窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、窒化ガリウム結晶基板およびその結晶評価方法に関する。

【背景技術】

【0002】

特開２０１３−２０３６５３号公報（特許文献１）は、反りが小さくクラックが抑えられている高品質なＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法として、ＩＩＩ族窒化物結晶からなる単結晶に１０００℃以上で熱処理を行なうことによりＩＩＩ族窒化物種基板を得る工程と、ＩＩＩ族窒化物種基板上にＩＩＩ族窒化物結晶膜を形成してＩＩＩ族窒化物結晶を得る工程とを含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を開示する。

【0003】

また、特開２００６−０７１３５４号公報（特許文献２）は、ＩＩＩ族窒化物結晶の表面層における結晶品質の評価方法として、Ｘ線回折法を用いて、結晶の表面から深さ方向への結晶性の変化を評価することにより、結晶表面層の結晶性を評価する方法であって、上記結晶の一つの結晶格子面に対する回折条件（ブラッグ反射による回折条件）を満たすように、連続的にＸ線侵入深さを変えて上記結晶にＸ線を照射して、結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔および回折ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける半価幅のうち少なくともいずれかの変化量を評価する結晶表面層の結晶性評価方法を開示する。

【0004】

また、稲葉克彦、「高分解能Ｘ線回折法によるＧａＮ材料の評価」、リガクジャーナル、４４（２），２０１３年、７−１５頁（非特許文献１）は、サファイア基板上に成長させたＧａＮ薄膜についての高分解能Ｘ線回折のω−２θスキャンにおいて、表面に平行でない格子面の多重反射に由来すると思われる禁制反射が観測されることを開示する。さらに、J. Blasing and A. Krost, “X-ray multiple diffraction (Umweganregung) in wurtzite-type GaN and ZnO epitaxial layers”, phys. stat. sol., (a)201, No.4, 2004, pp.R17-R20（非特許文献２）は、シリコン基板上に成長させたＧａＮ薄膜についてのＸ線回折の禁制（０００１）反射のω−２θにおけるφスキャンにおいて、回折ピークが観測されることを開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１３−２０３６５３号公報

【特許文献2】特開２００６−０７１３５４号公報

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】稲葉克彦、「高分解能Ｘ線回折法によるＧａＮ材料の評価」、リガクジャーナル、４４（２），２０１３年、７−１５頁

【非特許文献2】J. Blasing and A. Krost, “X-ray multiple diffraction (Umweganregung) in wurtzite-type GaN and ZnO epitaxial layers”, phys. stat. sol., (a)201, No.4, 2004, pp.R17-R20

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

特開２０１３−２０３６５３号公報（特許文献１）に開示されたＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により得られた窒化ガリウム結晶であっても、窒化ガリウム結晶基板に加工する際に、結晶品質を低下させる問題がある。また、業界では、さらに高特性の半導体デバイスを製造するために、さらに結晶品質の高い窒化ガリウム結晶基板の開発が求められている。

【0008】

また、特開２００６−０７１３５４号公報（特許文献２）に開示された結晶表面層の結晶性評価方法は、窒化ガリウム結晶の表面層における均一歪み、不均一歪み、および面方位ずれなどの結晶品質を評価する指標として有用なものである。しかしながら、業界では、結晶品質の高い窒化ガリウム結晶基板の結晶品質をさらに詳細に評価するための評価方法の開発が望まれている。

【0009】

また、稲葉克彦、「高分解能Ｘ線回折法によるＧａＮ材料の評価」、リガクジャーナル、４４（２），２０１３年、７−１５頁（非特許文献１）およびJ. Blasing and A. Krost, “X-ray multiple diffraction (Umweganregung) in wurtzite-type GaN and ZnO epitaxial layers”, phys. stat. sol., (a)201, No.4, 2004, pp.R17-R20（非特許文献２）に開示されたＸ線回折におけるω―２θスキャンおよびφスキャンに現われる回折ピークは、窒化ガリウム結晶基板の結晶品質の詳細な評価に結び付けられていない。

【0010】

そこで、上記の状況を鑑みて、結晶品質の高い窒化ガリウム結晶基板およびその結晶品質を詳細に評価することができる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が５００以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８以上である。

【0012】

本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が７５０以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８未満である。

【0013】

本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、２つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、１つの主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、他の主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、各主面についての小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に各主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、２つの主面における少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、より大きな第２基準ピーク強度比を与える主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面である。

【0014】

本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、少なくとも１つの主面を有し、主面が（０００１）面および（０００−１）面の少なくともいずれかからのオフ角が０°以上２°以下の面である窒化ガリウム結晶基板の結晶を、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定により評価する方法であって、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整する工程と、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおいて、φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定を行なう工程と、を含み、φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性の高さおよびバックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比の大きさから、窒化ガリウム結晶基板の結晶の品質を評価する。

【発明の効果】

【0015】

上記によれば、結晶品質の高い窒化ガリウム結晶基板およびその結晶品質を詳細に評価することができる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】図１は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法に用いられるＸ線平行ビーム法の一例を示す概略図である。

【図2】図２は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法に用いられるＸ線回折装置の入射側設定の一例を示す概略図である。

【図3】図３は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法に用いられるＸ線回折装置の受光側設定の一例を示す概略図である。

【図4A】図４Ａは、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法に用いられるＸ線回折装置の２軸傾斜試料台の一例を示す平面写真である。

【図4B】図４Ｂは、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法に用いられるＸ線回折装置の２軸傾斜試料台の一例を示す側面写真である。

【図5】図５は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法における０００２対称ブラッグ反射の一例を示す概略図である。

【図6】図６は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法における０００１対称禁制ブラッグ反射の一例を示す概略図である。

【図7】図７は、窒化ガリウム結晶基板の（０００１）面および（０００−１）面の一例を示す概略図である。

【図8】図８は、窒化ガリウム結晶基板の（０００２）面および（０００−２）面の一例を示す概略図である。

【図9】図９は、窒化ガリウム結晶基板のガリウム原子および窒素原子の配置を示す概略図である。

【図10】図１０は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶品質の評価方法における窒化ガリウム結晶の結晶方位と領域を示す概略平面図である。

【図11】図１１は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板の０００２対称ブラッグ反射および０００−２対称ブラッグ反射のそれぞれのφが−１８０°から１８０°までの領域におけるφスキャンの一例を示す概略図である。

【図12】図１２は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面のときにφが−１８０°から１８０°までの領域における３６０°Ｘ線多重回折パターンの一例を、縦軸を対数目盛で示す概略図である。

【図13】図１３は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面のときにφが−１８０°から１８０°までの領域における３６０°Ｘ線多重回折パターンの一例を、縦軸を平方根目盛で示す概略図である。

【図14】図１４は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００−１）面のときにφが−１８０°から１８０°までの領域における３６０°Ｘ線多重回折パターンの一例を、縦軸を平方根目盛で示す概略図である。

【図15】図１５は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面のそれぞれのときのＡ_-L領域におけるＸ線多重回折パターンの一例を示す概略図である。

【図16】図１６は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面のそれぞれのときのＡ_-R領域におけるＸ線多重回折パターンの一例を示す概略図である。

【図17】図１７は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面のそれぞれのときのＡ_+L領域におけるＸ線多重回折パターンの一例を示す概略図である。

【図18】図１８は、本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板のφスキャンパターン測定において、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面のそれぞれのときのＡ_+R領域におけるＸ線多重回折パターンの一例を示す概略図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。

【0018】

［１］本発明のある実施形態にかかる窒化ガリウム結晶基板は、少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が５００以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８以上である。本実施形態の窒化ガリウム結晶基板は、（０００１）面（Ｇａ面）からのオフ角が０°以上２°以下の面を主面とするＸ線多重回折パターンにおいて、従来の窒化ガリウム結晶基板に比べて、高い対称性と大きな第１基準ピーク強度比とを有しているため、結晶品質が高い。

【0019】

［２］本発明の一実施形態にかかる窒化ガリウム結晶基板は、少なくとも１つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、主面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が７５０以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８未満である。本実施形態の窒化ガリウム結晶基板は、（０００−１）面（Ｎ面）からのオフ角が０°以上２°以下の面を主面とするＸ線多重回折パターンにおいて、従来の窒化ガリウム結晶基板に比べて、高い対称性と大きな第１基準ピーク強度比とを有しているため、結晶品質が高い。

【0020】

［３］本発明の一実施形態にかかる窒化ガリウム結晶基板は、２つの主面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、１つの主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、他の主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面であり、各主面についての小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に各主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおける前記φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備え、各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備え、各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備え、各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備え、各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、２つの主面における少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、より大きな第２基準ピーク強度比を与える主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面である。本実施形態の窒化ガリウム結晶基板は、（０００１）面（Ｇａ面）からのオフ角が０°以上２°以下の面を主面とするＸ線多重回折パターンおよび（０００−１）面（Ｎ面）からのオフ角が０°以上２°以下の面を主面とするＸ線多重回折パターンのいずれにおいても、従来の窒化ガリウム結晶基板に比べて、高い対称性を有しているため、結晶品質が高い。また、本実施形態の窒化ガリウム結晶基板は、上記２つの主面についてのＸ線多重回折パターンからそれぞれ得られる２つの第２基準ピーク強度比の大小から（０００１）面（Ｇａ面）からのオフ角が０°以上２°以下の面である主面が判別されるため、当該窒化ガリウム結晶基板を破壊しなくても極性が判別される。

【0021】

［４］本発明の一実施形態にかかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、少なくとも１つの主面を有し、主面が（０００１）面および（０００−１）面の少なくともいずれかからのオフ角が０°以上２°以下の面である窒化ガリウム結晶基板の結晶を、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定により評価する方法であって、２軸傾斜試料台上に主面が露出するように窒化ガリウム結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である［０００１］軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整する工程と、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおいて、φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定を行なう工程と、を含み、φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性の高さおよびバックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比の大きさから、窒化ガリウム結晶基板の結晶の品質を評価する。本実施形態の窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、上記φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性が高いほど、また上記第１基準ピーク強度比が大きいほど、窒化ガリウム結晶基板の結晶品質が高く、窒化ガリウム結晶基板の結晶の品質を詳細に評価することができる。

【0022】

［５］上記窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法において、主面における第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の大きさから、窒化ガリウム結晶基板の結晶の極性を評価できる。かかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、上記主面についてのＸ線多重回折パターンから得られる第２基準ピーク強度比の大きさにより、当該窒化ガリウム結晶基板を破壊しなくてもその極性を判別できる。

【0023】

［６］上記窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法において、主面における第２基準ピーク強度比が０．１８以上となるときの主面を（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価し、主面における第２基準ピーク強度比が０．１８未満となるときの主面を（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価できる。かかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、具体的には、上記主面についてのＸ線多重回折パターンから得られる第２基準ピーク強度比が０．１８以上のときその主面を（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面（極性面）と評価し、上記主面についてのＸ線多重回折パターンから得られる第２基準ピーク強度比が０．１８未満のときその主面を（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面（極性面）と評価することにより、当該窒化ガリウム結晶基板を破壊しなくてもその極性を判別できる。

【0024】

［７］上記窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法において、窒化ガリウム結晶基板は２つの主面を有し、２つの主面における第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、より大きな第２基準ピーク強度比を与える主面を（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面と評価することができる。かかる窒化ガリウム結晶基板の結晶評価方法は、上記２つの主面についてそれぞれ得られる２つの第２基準ピーク強度比の大小から（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面（極性面）である主面を判別できるため、当該窒化ガリウム結晶基板を破壊しなくても極性が判別できる。

【0025】

[本発明の実施形態の詳細]
図面に基づいて、以下に本発明の実施形態を詳細に説明する。まず、ＧａＮ（窒化ガリウム）結晶基板の結晶評価方法について説明し、次いで、かかる結晶評価方法により評価される結晶品質が高く極性を有するＧａＮ結晶基板について説明する。本願の明細書、特許請求の範囲および図面において、六方晶系結晶であるＧａＮ結晶について、ある特定の結晶面を（ｈｋｉｌ）で表し、結晶の対称性から等価な結晶面の組を｛ｈｋｉｌ｝で表す。また、ある特定の方向を［ｈｋｉｌ］で表し、結晶の対称性から等価な方向の組を＜ｈｋｉｌ＞で表す。ここで、ｈ、ｋ、ｉ、およびｌは、ミラー指数である。ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係が有る。通常、ミラー指数は、０、自然数、および自然数の上にバーを付した数で示すが、本明細書および図面においては、バーを付した自然数は、その自然数の前にマイナス符号をつけて表す。たとえば、（１１−２０）の表記は、「イチ・イチ・ニ／バー・ゼロ」の結晶面と読み、［１−１００］の表記は、「イチ・イチ／バー・ゼロ・ゼロ」の方向と読む。

【0026】

＜実施形態１：ＧａＮ結晶基板の結晶評価方法＞
図１〜図３を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法は、少なくとも１つの主面を有し、主面が（０００１）面および（０００−１）面の少なくともいずれかからのオフ角が０°以上２°以下の面（以下、「略（０００１）面および略（０００−１）面の少なくともいずれかの面」という）であるＧａＮ結晶基板の結晶を、入射側にＸ線キャピラリーレンズ（発散角０．３°）を使用して０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、１．５ｍｍ×０．８ｍｍ、および３．０ｍｍ×０．８ｍｍのクロススリットにより照射面積を変えることによりＸ線強度を変化させたＣｕＫα₁単色Ｘ線の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用い、受光側に反射率測定用の０．２７°スリットを付けた０．２７°のコリメータおよびグラファイト平板モノクロメータを用いたＸ線回折測定により評価する方法である。Ｘ線多重回折ピークの測定には、Ｘ線の強度を増すために、受光側の０．２７°スリットを除いて行う場合もある。

【0027】

図４〜図１０、図１２および図１３を参照して、２軸傾斜試料台上に主面が露出するようにＧａＮ結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整する工程と、主面が（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面（以下、「略（０００１）面」という）のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面（以下、「略（０００−１）面」という）のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおいて、φ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定を行なう工程と、を含む。さらに、図１３〜図１８を参照して、φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性の高さおよびバックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比の大きさから、ＧａＮ結晶基板の結晶の品質を評価する。

【0028】

本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法は、本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法は、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、上記φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性が高いほど、また上記第１基準ピーク強度比が大きいほど、ＧａＮ結晶基板の結晶品質が高く、ＧａＮ結晶基板の結晶の品質を詳細に評価することができる。

【0029】

本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶品質の評価方法は、少なくとも１つの主面を有し、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面の少なくともいずれかの面であるＧａＮ結晶基板のＸ線回折測定において、０００２対称ブラッグ反射または０００−２対称ブラッグ反射による大きな回折ピーク以外に、消滅則から示される構造因子から定められる０００１対称禁制ブラッグ反射および０００−１対称禁制ブラッグ反射の少なくともいずれかの反射の位置に観測される回折ピークを利用するものである。かかる回折は、結晶表面に平行でない結晶内部２つ以上の回折強度の強い結晶面における多重回折であり、Ｕｍｗｅｇａｎｒｅｇｕｎｇ（遠回り）回折とも呼ばれる。かかる多重回折は、特に、単結晶が完全結晶に近づくほど、よく観察される。また、単結晶材料の結晶構造の原子が理論計算における剛体球モデルでなく、原子結合の方向に延びる形状の原子雲を有していることから、構造因子がゼロではないことが、バックグランドが観測される原因と考えられる。かかるバックグランドの領域は、上記のＸ線の多重回折が生じていない領域である。かかる多重回折の測定においては、ＧａＮ結晶基板の＜０００１＞軸とＧａＮ結晶基板の回転軸であるφ軸とを一致させるために、２軸傾斜試料台を用いたＧａＮ結晶基板の軸立てが必要である。

【0030】

本発明者らは、小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いた０００１対称禁制ブラッグ反射または０００−１対称禁制ブラッグ反射の入射角ωおよび回折角２θにおける［０００１］軸を回転軸としたφスキャンパターン測定において、結晶表面近傍内部の結晶の表面に平行でない結晶面におけるＸ線の多重回折により観察されるＸ線多重回折ピークを利用して、ＧａＮ結晶基板の主面近傍内部の結晶品質を非破壊的に評価する本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法を完成させた。

【0031】

本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法は、＜０００１＞軸を回転軸としたφスキャンの回転角φに依存して結晶表面近傍の内部の結晶面でのＸ線の多重回折が生じるため、結晶基板表面近傍における結晶面内の均一性の評価に適している。

【0032】

従来のＧａＮ結晶基板の結晶品質の評価方法である、ω−２θ測定におけるωロッキングカーブの０００２対称ブラッグ反射による回折ピークの半値幅を利用した評価方法においては、主面からの深さ方向の結晶構造に注目した場合、０００２対称ブラッグ反射の入射角ωが１７．２８３３°である。これに対し、本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法においては、０００１対称禁制ブラッグ反射の入射角ωは８．５４２８°であり、０００２対称ブラッグ反射の入射角の略半分以下の入射角であることから、主面でのＸ線の試料透過厚さは略半分となり、主面（すなわち結晶表面）に近い結晶品質の評価が可能となり、電子・光デバイスのエピタキシャル結晶基板の評価として、より好ましいと考えられる。さらに、入射Ｘ線がポイントフォーカスの平行ビームで０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、１．５ｍｍ×０．８ｍｍ、または３．０ｍｍ×０．８ｍｍの点状であるため、測定場所を面内で動かすことにより、主面近傍面内の結晶構造の面内の均一性などを非破壊で評価可能である。

【0033】

（Ｘ線回折装置の構造設定）
Ｘ線回折装置は、モノクロメータにより単色Ｘ線を検出することができ、発散角の小さい平行ビームを利用すること以外は特に制限はないが、操作性および作業性が高い観点から、４軸のゴニオメータ方式の採用が好ましい。Ｘ線の光軸は固定で、入射角ω、回折角（反射角）２θ、ＧａＮ結晶基板位置の座標ｘ、ｙ、ｚ、ＧａＮ結晶基板の回転角φ、ＧａＮ結晶基板の煽り角χなどが設定される。

【0034】

（小発散角入射Ｘ線平行ビームの使用）
本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価方法においては、０００１対称禁制ブラッグ反射および０００−１対称禁制ブラッグ反射の少なくともいずれかの反射の［０００１］軸を回転軸としたφスキャンパターン測定のために、Ｘ線回折装置の入射Ｘ線の発散角を小さくする必要があることから、図１に示すような平行ビーム法を用いる。

【0035】

（Ｘ線回折装置の入射側設定）
図１および図２を参照して、平行ビーム法において、Ｘ線の平行ビームを得るために、Ｘ線管球に加えて、Ｘ線キャピラリーレンズおよびモノキャピラリーの少なくともいずれかを用いる。Ｘ線キャピラリーレンズを用いた平行ビーム法では角０．３ｍｍ×０．３ｍｍのビーム径が得られ、モノキャピラリーを用いた平行ビーム法では直径０．１ｍｍのビーム径が得られる。Ｘ線キャピラリーレンズを用いてもモノキャピラリーを用いてもＸ線の発散角は同じであり、モノキャピラリーを用いるとＸ線の強度が低下するため、Ｘ線キャピラリーレンズを用いた平行ビーム法が好ましい。本実施形態においては、Ｘ線管球として、ポイントフォーカスＣｕＸ線管球を電圧４５ｋＶおよび電流４０ｍＡで作動させる。さらに、Ｘ線キャピラリーレンズを使用して０．５ｍｍ×０．５ｍｍ、０．８ｍｍ×０．８ｍｍ、１．５ｍｍ×０．８ｍｍ、および３．０ｍｍ×０．８ｍｍのクロススリットにより照射面積を変えることによりＸ線強度を変化させた小発散角入射Ｘ線平行ビームを得る。ここで、クロススリットの開きには幅Ｗと高さＨとが有り、幅Ｗは試料表面横方向のＸ線の照射長さに対応し、高さＨは試料表面縦方向のＸ線の広がりを意味しＸ線の発散角の量に対応し、クロススリットの開き面積Ｗ×ＨはＸ線の照射面積に対応する。Ｘ線キャピラリーレンズは、モノキャピラリーレンズを束ねて構成されているため、照射面積が変化してもＸ線の平行ビームの発散角が同一であり、多重回折には影響しない。なお、本実施形態においては、受光側にグラファイト平板モノクロメータ（ＣｕＫα₁単色Ｘ線選択用の分光器）を配置してＣｕＫα₁単色Ｘ線としているが、入射側にＣｕＫα₁単色Ｘ線選択用の分光器を配置することも可能である。

【0036】

なお、多重回折ピークが生じるφの値は、Ｘ線の波長と０００１対称禁制ブラッグ反射または０００−１対称禁制ブラッグ反射の反射面とに依存するため、Ｘ線の線源としては、本実施形態で用いるＣｕＫα₁（波長：１．５４Å）以外に、Ｎｉフィルタを除いた場合のＣｕＫβ（波長：１．３９Å）を用いることもできる。

【0037】

（Ｘ線回折装置の受光部側設定）
図１および図３を参照して、入射Ｘ線の発散角の小さい回折Ｘ線を検出するため、受光側においても０．２７°コリメータと反射率測定用の０．２７°スリットを利用する。ＧａＮ結晶基板の軸立てには上記スリットは必要であるが、Ｘ線多重回折ピークの測定にはＸ線強度を強くする目的で上記スリットは取り除いてもよい。また、ＣｕＫα₁単色Ｘ線を選択する必要があることから、ＣｕＫα₁単色Ｘ線選択用の平行板グラファイトモノクロメータを使用する。コリメータの後方に上記スリットを入れて、横方向に広がったＸ線をカットすることにより、受光部で検出されるＸ線の強度は小さくなる。上記スリットを入れることにより、検出されるＸ線は、強度が小さくなるが、散乱Ｘ線の混入が防止される。なお、入射側にＣｕＫα₁単色Ｘ線選択用の分光器を配置する場合は、ＣｕＫα₁単色Ｘ線選択用の平行板グラファイトモノクロメータを省略できる場合がある。

【0038】

なお、Ｘ線の線源としてＣｕＫβを用いる場合には、受光側にはモノクロメータを使用しない電荷結合素子（ＣＣＤ）型の高速半導体アレイ検出器（Ｘ’Ｃｅｌｅｒａｔｏｒ）が用いられる。

【0039】

（Ｘ線回折装置の試料台設定）
試料台として、２軸傾斜試料台を用いる。図４Ａおよび図４Ｂを参照して、２軸傾斜試料台とは、試料台の一部が２層構造になり、上層部下側の中央を支点にしてｘ軸とｙ軸方向の傾斜角を調整できるようにｘ軸およびｙ軸の各負側にＳｘ、Ｓｙなるネジを、ｘ軸およびｙ軸の各正側下部にバネ付き固定点を取り付けて、試料台の上層部表面の法線方向を調整できるようになっている試料台をいう。ＧａＮ結晶基板は、ＧａＮ結晶からの切り出しにより、主面（（０００１）面または（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面）の法線方向と結晶面である（０００１）面または（０００−１）面の法線方向とは必ずしも一致しておらず、試料台の回転軸であるφ軸と、試料台の上層部に貼り付けられたＧａＮ結晶基板の（０００１）面および（０００−１）面）の法線である＜０００１＞軸とが必ずしも一致していない。しかし、上記のＳｘおよびＳｙのネジを利用してｘ軸方向とｙ軸方向の上層部の２軸傾斜を調節すること（ＧａＮ結晶基板の軸立てともいう、以下同じ）により、２軸傾斜試料台のφ軸と、２軸傾斜試料台の上層部に貼り付けられたＧａＮ結晶基板の（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸と、を一致させることができる。

【0040】

（２軸傾斜試料台にＧａＮ結晶基板を配置して調整する工程）
まず、２軸傾斜試料台にＧａＮ結晶基板を配置する工程は、２軸傾斜試料台の上層部上に、ＧａＮ結晶基板を、その主面が露出するように、配置する。

【0041】

２軸傾斜試料台の上層部上に主面が露出するように配置されたＧａＮ結晶基板を、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整する工程は、特に制限はないが、効率的に調整する観点から、以下の工程が好ましい。

【0042】

まず、少なくとも１つの主面を有し、主面が略（０００１）面および略（０００−１）面の少なくともいずれかの面であるＧａＮ結晶基板の０００２対称ブラッグ反射および０００−２対称ブラッグ反射の少なくともいずれかの反射の回折位置（入射角ωが１７．２８３３°、回折角２θが３４．５６６６°、ＧａＮ結晶基板の煽り角χが０．０°）に検出器を設置して、ｚ軸の値をあらかじめ定め、ｘ軸方向調整のためにφ＝０°において０００２対称ブラッグ反射または０００−２対称ブラッグ反射の入射角ωを変化させるωロッキングカーブを測定し、その最大ピークの位置ω_max0を記録する。

【0043】

次いで、φ＝１８０°において、上記と同様に０００２対称ブラッグ反射または０００−２対称ブラッグ反射のωロッキングカーブを測定し、その最大ピークの位置ω_max180を記録する。両者の差Δω_x＝ω_max0−ω_max180が０．００１°以下の値になるようにＳｘを調整する（ｘ軸の調整）。ｚ軸スキャンを行いピーク位置で正確なｚ軸の値を決める（ｚ軸の調整）。

【0044】

次いで、ｙ軸方向調整のために、上記と同様に、φ＝９０°とφ＝２７０°とにおいて、０００２対称ブラッグ反射または０００−２対称ブラッグ反射のωロッキングカーブを測定し、最大ピークの位置ω_max90とω_max270との差Δω_y＝ω_max90−ω_max270が０．００１°以下の値になるようにＳｙを調整する（ｙ軸の調整）。ｚ軸スキャンを行いピーク位置で正確なｚ軸の値を決める（ｚ軸の調整：ｚ値の変更）。

【0045】

上記のように、ｘ軸およびｚ軸の調整と、ｙ軸およびｚ軸の調整とを数回切り返して行い、２軸傾斜試料台上層部に貼り付けられたＧａＮ結晶基板の結晶面（たとえば、（０００１）面または（０００−１）面）の法線方向とφ軸とを一致させる。このときにωの値が０００２対称ブラッグ反射または０００−２対称ブラッグ反射の２θ角に対応するようにωのオフセット値を求める。この状態で、２軸傾斜試料台の煽り角χ（Ｃｈｉ）の最適化を行うためにχスキャンを行い、χのオフセット値を定める。

【0046】

次いでφ軸の回転角φと＜０００１＞軸の方位角とを一致させるために、１０−１１非対称ブラッグ反射の回折位置（入射角ωが１８．４３７０°、回折角２θが３６．８７４０、煽り角χが６１．９６°）に検出器を設置してφスキャンを行い、［１−１００］方向のときに生じるピークの位置をφ＝０°としてφのオフセット値を定める。

【0047】

上記のようにして調整される＜０００１＞軸とφ軸との一致は、以下のようにして確認できる。すなわち、図１１を参照して、ＧａＮ結晶基板の０００２対称ブラッグ反射の回折角２θのピーク位置で、−１８０°から１８０°までの３６０°に亘ってφスキャンを行う。また、ＧａＮ結晶基板の０００−２対称ブラッグ反射の回折角２θのピーク位置で、−１８０°から１８０°までの３６０°に亘ってφスキャンを行う。これらのφスキャンの理想の結果は、ピーク強度がφに対して一様であることである。しかし、実際には、＜０００１＞軸とφ軸との一致の調整の精度により脈動が生じる。かかる脈動の幅（最大値に対する最小値の幅）は、ＧａＮ結晶基板の上記軸立てを行った後でも、主面近傍の結晶構造により生じるため、この脈動幅が小さいこと（たとえば、最大値に対して、２５％以下、好ましくは２０％以下、より好ましくは１５%以下）は、ＧａＮ結晶基板の結晶の一様性を示すものとなる。

【0048】

（禁制ブラッグ反射の測定）
図６を参照して、０００１対称禁制ブラッグ反射の＜０００１＞軸を回転軸としたφスキャンパターン測定を行なう工程において、ＧａＮ結晶基板の回転角φを−１８０°から１８０°までスキャンさせると、対称性の高い回折パターンが現れる（図１２および図１３を参照）。図５および図６を対比すると、０００２対称ブラッグ反射測定における入射角ωが１７．２８３３°であるのに対して、０００１対称禁制ブラッグ反射測定における入射角ωは８．５４２８°と略半分となっているため、結晶表面近傍の結晶品質を詳細に知ることができる。

【0049】

なお、図５は（０００２）面における０００２対称ブラッグ反射についての入射角ω、回折角２θ、およびφ軸の関係を記述するが、（０００２）面の反対側の（０００−２）面における０００−２対称ブラッグ反射についての入射角ω、回折角２θ、およびφ軸も同様の関係が有る。ＧａＮ結晶基板の結晶が一様で均一の場合は、図１１に示す様に、０００−２対称ブラッグ反射は０００２対称ブラッグ反射に比べて大きく、前者の最大強度は３７３４４ｃｐｓであり後者の最大強度３５７１４ｃｐｓに比べて大きい。

【0050】

図６は（０００１）面における０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ω、回折角２θ、およびφ軸の関係を記述するが、（０００１）面の反対側の（０００−１）面における０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ω、回折角２θ、およびφ軸も同様の関係が有る。

【0051】

（ＧａＮ結晶基板の結晶品質の評価）
結晶表面である主面の近傍の結晶品質は、φスキャンパターン測定から得られるＸ線多重回折ピークの対称性およびバックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１００）に由来する第１基準多重回折ピーク強度の比である第１基準ピーク強度比の大きさから評価する。ここで、結晶品質の高いＧａＮ結晶基板ほど、Ｘ線多重回折ピークの対称性が高くかつ第１基準ピーク強度比が高くなることから、Ｘ線多重回折ピークの対称性が高くかつ第１基準ピーク強度比が高いほどＧａＮ結晶基板の結晶品質が高いと評価する。

【0052】

（禁制ブラッグ反射の測定とＧａＮ結晶基板の結晶構造との関係）
０００１対称禁制ブラッグ反射または０００−１対称禁制ブラッグ反射の［０００１］軸を回転軸としたφスキャンパターン測定とＧａＮ結晶基板の結晶構造との関係について、以下に説明する。

【0053】

（１）ＧａＮ結晶基板の結晶構造
ＧａＮ結晶基板を形成するＧａＮ結晶は、六方晶系のウルツ鉱型の結晶構造を有する。格子定数は、ａ（ａ₁＝ａ₂＝ａ₃）が０．３１８９１ｎｍ、ｃが０．５１８５５ｎｍである。結晶面として、図７に示す（０００１）面および（０００−１）面（両者を合わせて｛０００１｝面（ｃ面）という）、図８に示す（０００２）面および（０００−２）面（両者を合わせて｛０００２｝面（（ｃ／２）面という）などがある。図８は、結晶格子におけるＧａ原子およびＮ原子の配置を示す。図６〜図８を参照して、ＧａＮ結晶基板は、その結晶構造とＧａ原子およびＮ原子の配置とから、＜０００１＞軸（ｃ軸）方向に極性を有する。（０００１）面はＧａ原子により構成されるＧａ面であり、（０００−１）面はＮ原子により構成されるＮ面である。

【0054】

（２）ＧａＮ結晶基板におけるＸ線の入射方位と結晶方位との関係
ＧａＮ結晶基板を形成するＧａＮ結晶は、六方晶系のウルツ鉱型の結晶構造を有し、空間群Ｎｏ．１８６のＰ６₃ｍｃの６回回反対称性を有するが、ｃ軸に垂直な平面においては３回回転対称性を有する。そこで、ＧａＮ結晶基板は、その［１−１００］方向をφ＝０°の方向と一致させるとき、図１０に示す結晶方位を有し、ｃ軸に垂直な結晶面を、３回回転対称であるＡ領域（φが−６０°から６０°までの領域）、Ｂ領域（φが６０°から１８０°までの領域）およびＣ領域（φが−１８０°から−６０°までの領域）の３領域に分ける。

【0055】

Ａ領域は、φ＝０°を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有するＡ_-領域（φが−６０°から０°までの領域）とＡ₊領域（φが０°から６０°までの領域）に分ける。Ｂ領域は、φ＝１２０°を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有するＢ_-領域（φが６０°から１２０°までの領域）とＢ₊領域（φが１２０°から１８０°までの領域）に分ける。Ｃ領域は、φ＝−１２０°を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有するＣ_-領域（φが−１８０°から−１２０°までの領域）とＣ₊領域（φが−１２０°から−６０°までの領域）に分ける。

【0056】

Ａ_-領域は、さらに、φ＝−３０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＡ_-L領域（φが−６０°から−３０°までの領域）とＡ_-R領域（φが−３０°から０°まで）とに分ける。Ａ₊領域は、φ＝３０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＡ_+L領域（φが０°から３０°までの領域）とＡ_+R領域（φが３０°から６０°まで）とに分ける。Ｂ_-領域は、さらに、φ＝９０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＢ_-L領域（φが６０°から９０°までの領域）とＢ_-R領域（φが９０°から１２０°まで）とに分ける。Ｂ₊領域は、さらに、φ＝１５０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＢ_+L領域（φが１２０°から１５０°までの領域）とＢ_+R領域（φが１５０°から１８０°まで）とに分ける。Ｃ_-領域は、さらに、φ＝−１５０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＣ_-L領域（φが−１８０°から−１５０°までの領域）とＣ_-R領域（φが−１５０°から−１２０°まで）とに分ける。Ｃ₊領域は、さらに、φ＝−９０°を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有するＣ_+L領域（φが−１２０°から−９０°までの領域）とＣ_+R領域（φが−９０°から−３０°まで）とに分ける。このようにして、ｃ軸に垂直な結晶面は、φが−１８０°から１８０°まで、Ｃ_-L領域、Ｃ_-R領域、Ｃ_+L領域、Ｃ_+R領域、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域、Ａ_+R領域、Ｂ_-L領域、Ｂ_-R領域、Ｂ_+L領域、およびＢ_+R領域の１２の区分領域に分ける。

【0057】

φスキャンパターン測定において、φが−１８０°から−１５０°までのＣ_-L領域、−１５０°から−１２０°までのＣ_-R領域、−１２０°から−９０°までのＣ_+L領域、−９０°から−６０°までのＣ_+R領域、−６０°から−３０°までのＡ_-L領域、−３０°から０°までのＡ_-R領域、０°から３０°までのＡ_+L領域、３０°から６０°までのＡ_+R領域、６０°から９０°までのＢ_-L領域、９０°から１２０°までのＢ_-R領域、１２０°から１５０°までのＢ_+L領域、および１５０°から１８０°までのＢ_+R領域の３０°毎の１２の区分領域に分けるとき、各区分領域の少なくとも２つの領域において、任意に特定される所定の複数の結晶面に由来する基準Ｘ線多重回折ピーク（たとえば、少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピーク）のピーク強度に対する基準ピーク以外に任意に特定される別の所定の複数の結晶面に由来する対比Ｘ線多重回折ピーク（たとえば、第１基準Ｘ線多重回折ピーク以外のＸ線多重回折ピーク）のピーク強度の比である対比ピーク強度比のばらつきの小ささから、ＧａＮ結晶基板の結晶品質を評価することが好ましい。ここで、対比ピーク強度比のばらつきとは、各区分領域の少なくとも２つの領域において対応する対比ピーク強度比の分散、標準偏差、および範囲（最大値と最小値との差）のいずれかの統計値とすることができる。かかるＧａＮ結晶基板の結晶評価方法は、対比ピーク強度比のばらつきが小さいほどＧａＮ結晶基板の結晶品質がより高く、ＧａＮ結晶基板の結晶品質をより詳細に評価することができる。

【0058】

図１２〜図１４を参照して、主面が略（０００１）面または略（０００−１）面のＧａＮ結晶基板についてＸ線入射方向のφが−１８０°から１８０°までの測定において現われる具体的なＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域（Ａ領域、Ｂ領域、およびＣ領域）を備える。各１２０°回転対称ピーク領域（Ａ領域、Ｂ領域、またはＣ領域）は、その領域のφの範囲の中央のφの角度（φ＝０°、φ＝１２０°、またはφ＝−１２０°）を示す線および［０００１］軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域（Ａ_-領域、Ｂ_-領域、またはＣ_-領域）と＋領域（Ａ₊領域、Ｂ₊領域、またはＣ₊領域）とを備える。各−領域（Ａ_-領域、Ｂ_-領域、またはＣ_-領域）は、その領域のφの範囲の中央のφの角度（φ＝−３０°、φ＝９０°、またはφ＝−１５０°）を示す線および［０００１］軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域（Ａ_-L領域、Ｂ_-L領域、またはＣ_-L領域）と−Ｒ領域（Ａ_-R領域、Ｂ_-R領域、またはＣ_-R領域）とを備える。各＋領域（Ａ₊領域、Ｂ₊領域、またはＣ₊領域）は、その領域のφの範囲の中央のφの角度（φ＝３０°、φ＝１５０°、またはφ＝−９０°）を示す線および［０００１］軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域（Ａ_+L領域、Ｂ_+L領域、またはＣ_+L領域）と＋Ｒ領域（Ａ_+R領域、Ｂ_+R領域、またはＣ_+R領域）とを備える。ここで、Ｘ線多重回折パターンの対称性および鏡映対称関係における「対称」とは、バックグランド領域（Ｘ線の多重回折が生じない領域）およびＸ線多重回折ピーク領域の位置が対称の位置にあることを意味するものであり、Ｘ線多重回折ピーク領域における各Ｘ線多重回折ピークの本数および強度が対称であることを意味するものではない。

【0059】

図１２および図１３は、主面が略（０００１）面のＧａＮ結晶基板の０００１対称禁制ブラッグ反射についてのφが−１８０°から１８０°までのφスキャンにおけるＸ線多重回折パターンを示す。ここで、図１２は、縦軸の強度を対数目盛で表示し、図１３は縦軸の強度を平方根目盛で表示したものである。図１４は、主面が略（０００−１）面のＧａＮ結晶基板の０００−１対称禁制ブラッグ反射についてのφが−１８０°から１８０°までのφスキャンにおけるＸ線多重回折パターンを、縦軸の強度を平方根目盛で示す。図１２〜図１４を参照して、ＧａＮ結晶基板の主面が略（０００１）面および略（０００−１）面のいずれの場合であっても、φが−１８０°から１８０°までのφスキャンにおけるＸ線多重回折パターンのバックグランドの強度は一様である。このことから、２軸傾斜試料台を用いることにより、ＧａＮ結晶基板の＜０００１＞軸とＧａＮ結晶基板の回転軸であるφ軸とを高い精度で一致させることができ、ＧａＮ結晶基板の精密な結晶評価が可能となっていることがわかる。

【0060】

図１３〜図１８を参照して、図１８に示すＡ_+R領域を基本区分領域とすると、図１７に示すＡ_+L領域はＡ_+R領域と回反対称の関係にある回反基本区分領域であり、図１６に示すＡ_-R領域はＡ_+L領域と鏡映対称の関係にある回反鏡映基本区分領域であり、図１５に示すＡ_-L領域はＡ_+R領域と鏡映対称の関係にある鏡映基本区分領域である。このような対称性を考慮して、Ａ_+R領域（図１８）に存在する２つのＸ線多重回折ピーク群をｍｐ１およびｍｐ２と表すと、Ａ_+L領域（図１７）に存在する２つのＸ線多重回折ピーク群は、ｍｐ１およびｍｐ２に回反対称を示す「'」記号を付して、ｍｐ１'およびｍｐ２'と表すことができる。Ａ_-R領域（図１６）に存在する２つの多重ピーク群は、ｍｐ１'およびｍｐ２'に鏡映対称を示す「()m」記号を付して、(ｍｐ１')mおよび(ｍｐ２')mと表すことができる。Ａ_-L領域（図１５）に存在する２つのＸ線多重回折ピーク群は、ｍｐ１およびｍｐ２に鏡映対称を示す「()m」記号を付して、(ｍｐ１)mおよび(ｍｐ２)mと表すことができる。

【0061】

図１５〜図１８を参照して、主面が略（０００１）面のＧａＮ結晶基板および主面が略（０００−１）面のＧａ結晶基板についての上記の各区分領域について、ｍｐ１およびそれに上記対称関係において対応するＸ線多重回折ピーク群に最大６本のＸ線多重回折ピーク、ｍｐ２およびそれに上記対称関係において対応するＸ線多重回折ピーク群に最大８本のＸ線多重回折ピーク、合計で最大１４つのＸ線多重回折ピークが見られる。このことから、現実のＧａＮ結晶基板のＸ線多重回折測定においては、一部のＸ線多重回折ピークの重なりまたは欠損により、Ｘ線多重回折ピークの本数の減少が考えられるが、完全結晶（結晶構造により理論的に導かれる欠陥のない結晶）においては、１４本のＸ線多重回折ピークが存在するものと考えられる。

【0062】

図１５〜図１８を参照して、主面が略（０００１）面のＧａＮ結晶基板および主面が略（０００−１）面のＧａ結晶基板について、上記の基本区分領域のそれぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致している。ここで、それぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致するとは、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの本数の差異が２本以下であること、および、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの位置の差異が２°を超えるものが２本以下であることをいう。ここで、それぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致することは、ＧａＮ結晶基板の対称性が高いことを意味する。すなわち、ＧａＮ結晶基板の対称性は、ＧａＮ結晶基板のそれぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置の一致の程度で評価され、ＧａＮ結晶基板のそれぞれのＸ線多重回折ピーク群の一致の程度が大きい程、ＧａＮ結晶基板の対称性が高く結晶品質が高いと評価される。

【0063】

主面が略（０００１）面のＧａＮ結晶基板のＡ_+R領域におけるｍｐ１およびｍｐ２のＸ線多重回折ピークの指数付け、位置、ピーク強度比、および多重回折タイプ（多重回折に関与する少なくとも２つの回折面）を表１に示す。なお、Ｘ線多重回折ピークの指数付けおよび多重回折タイプの特定には、J. Blasing and A. Krost, “X-ray multiple diffraction (Umweganregung) in wurtzite-type GaN and ZnO epitaxial layers”, phys. stat. sol., (a)201, No.4, 2004, pp.R17-R20（非特許文献２）を参照した。表１における指数付けピーク欄のＰ１〜Ｐ３およびＰ５〜Ｐ１０は、上記文献に示された指数付けピークを示す。上記文献において、指数付けピークには、それぞれＸ線多重回折に関与する少なくとも２つの回折面を示す多重回折タイプが帰属されている。

【0064】

【表1】

【0065】

なお、上記文献においては、本実施形態のＧａＮ結晶基板において、３６０°スキャンの範囲において多くの場合に最大ピーク強度を有する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来するピークＮｏ．８のＸ線多重回折ピークはＰ６と指数付けされている。また、本実施形態のＧａＮ結晶基板においては現在のところ見い出せていない指数付けピークＰ４も記載されている。かかる指数付けピークＰ４は、φが指数付けピークＰ５とほぼ同じであり（Ｐ５に比べてφが０．００２°小さく）、多重回折タイプは（０２−２２）／（０−２２−１）とされている。ここで、φが３０°の範囲において、上記文献においては１０本のＸ線多重回折ピークが得られているに過ぎないが、本実施形態においては１４本のＸ線多重回折ピークを見い出している。上記文献においては、多重反射が生じる２つの結晶面からのブラッグ反射により計算されたが、実際の多重反射は２つ以上の結晶面により生じる場合が有り、新しいピークは２つ以上の結晶面により生じる場合と考えられる。

【0066】

表１に示す上記の少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来するピークＮｏ．８のＸ線多重回折ピークは、多くの場合に最大ピーク強度となるため、ＧａＮ結晶基板の結晶品質の評価に最も有効なピークと考えて、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）と呼ぶ。ＧａＮ結晶基板の結晶品質はバックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比である第１基準ピーク強度比（Ｓ１／ＢＧ比）の大きさによりＧａＮ結晶基板の結晶品質が評価され、第１基準ピーク強度比が大きい程結晶品質が高いと評価される。

【0067】

ここで、Ｘ線多重回折ピークの強度は当該ピークの頂点の強度値を読み取る。すなわち、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度は当該ピークの頂点の強度値であり、後述の第２標準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度は当該ピークの頂点の強度値である。Ｘ線多重回折ピークの強度は、φが０．０２°のステップ毎の計測時間が１秒から５０秒の範囲ではほとんど変わらないため、Ｘ線多重回折ピークの測定は測定時間を短縮する目的でたとえば３秒とする。

【0068】

バックグランド強度は、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）と第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）との間の平坦な部分のステップ毎の計測時間を増して２ケタ以上の精度のある強度の値を読み取る（具体的には、複数の点の平均値をとる）。バックグランド強度の測定の精度を２ケタ以上とするために、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）と第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）との間の範囲をステップ毎の測定時間を１０秒以上（好ましくは１５秒から５０秒の範囲）として、バックグランド（ＢＧ）強度の測定を行うことが好適である。

【0069】

（ＧａＮ結晶基板の極性の評価）
図１５〜図１８を参照して、各基本区分領域において、ＧａＮ結晶基板の略（０００１）の主面における１４本のＸ線多重回折ピークの強度と、同じＧａＮ結晶基板の略（０００−１）の主面における１４本のＸ線多重回折ピークの強度との差は、対応する対称関係を有するＸ線多重回折ピークの間で異なる。たとえば、比較的強度の高いＸ線多重回折ピークのうち、ピークＮｏ．８の第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）では略（０００１）面（すなわち略Ｇａ面；Ｇａ面からのオフ角が０°以上２°以下の面、以下同じ）に比べて略（０００−１）面（すなわち略Ｎ面；Ｎ面からのオフ角が０°以上２°以下の面、以下同じ）のピーク強度が極めて高くなるのに対して、ピークＮｏ．７のＸ線多重回折ピークは略（０００１）面におけるピーク強度と略（０００−１）面におけるピーク強度とが略同じである。このため、表１に示す少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来するピークＮｏ．７のＸ線多重回折ピークを第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）とするとき、ＧａＮ結晶基板の極性は、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）の大きさにより評価される。具体的には、第２基準ピーク強度比が０．１８以上となるとき、好ましくは０．２０以上になるとき、そのときの主面は略（０００１）面（すなわち略Ｇａ面）と評価される。第２基準ピーク強度比が０．１８未満となるとき、好ましくは０．１６以下となるとき、そのときの主面は略（０００−１）面（すなわち略Ｎ面）と評価される。

【0070】

また、略（０００１）面の主面と略（０００−１）の主面との２つの主面を有するＧａＮ結晶基板について、一方の主面および他方の主面についてのＸ線多重回折ピークから得られる第２基準ピーク強度比の値が互いに異なるとき、より大きな第２基準ピーク強度比を与える主面が略（０００１）（すなわち略Ｇａ面）と評価される。

【0071】

（ＧａＮ結晶基板の極性を考慮した結晶品質の評価）
上述のように、ＧａＮ結晶基板の結晶品質は、第１基準ピーク強度比（バックグランド強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度比）の大きさにより評価される。また、ＧａＮ結晶基板においては、結晶品質が同程度であっても、その極性により、略（０００１）面（略Ｇａ面）の主面における第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度と略（０００−１）面（略Ｎ面）の主面における第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度とが異なる。したがって、ＧａＮ結晶基板は、その極性を考慮して、主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）のときの第１基準ピーク強度比が５００以上および／または主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）のときの第１基準ピーク強度比が７５０以上のとき結晶品質が高く、主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）のときの第１基準ピーク強度比が６５０以上および／または主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）のときの第１基準ピーク強度比が９５０以上のとき結晶品質がより高く、主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）のときの第１基準ピーク強度比が８００以上および／または主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）のときの第１基準ピーク強度比が１１５０以上のとき結晶品質がさらに高い、と評価される。ここで、上記の第１基準ピーク強度比および第２基準ピーク強度比は、入射側にＸ線キャピラリーレンズ（発散角０．３°）を使用して０．５ｍｍ×０．５ｍｍのクロススリットにより得られるＣｕＫα₁単色Ｘ線の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用い、受光側に反射率測定用の０．２７°のコリメータ（０．２７°スリットは設けない）およびグラファイト平板モノクロメータを用いたＸ線回折測定において得られたものとする。

【0072】

ＧａＮ結晶基板のように極性を有する結晶の場合、Ｘ線のブラッグ反射の強度を定める構造因子に関して、一方の極性面（たとえばＧａ面である（０００１）面）に対する構造因子Ｆ（ｈ，ｋ，ｌ）と、他方の極性面（たとえばＮ面である（０００−１）面）に対するＦ（−ｈ，−ｋ，−ｌ）とは等しくない。結晶の品質および極性の評価にあたっては、Ｘ線多重回折ピークの強度をバックグラウンド強度で除した比を用いるが、Ｘ線多重回折ピークの強度には上記の構造因子の差による強度の差が現れる。ＧａＮ結晶基板の場合、（０００１）面がＧａ面（極性面）であり、（０００−１）面がＮ面（極性面）である。かかる極性面に対応したＸ線多重回折ピークの強度が定まるため、結晶評価は極性面を特定して行う必要がある。すなわち、同じ種類の同じ品質の結晶であっても、評価する極性面が異なれば評価するＸ線多重回折ピークの強度が異なるため、評価する極性面毎に基準の数値を定める必要がある。

【0073】

結晶品質は、Ｘ線回折ピークの強度の大きさが大きいほど、Ｘ線回折ピークの半値幅が小さいほど高品質と判定できるため、対称ブラッグ反射におけるＸ線回折ピーク強度、対称禁制ブラッグ反射におけるＸ線多重回折ピーク強度などを用いることが可能である。対称ブラッグ反射におけるＸ線回折ピーク強度の場合にも、２軸傾斜試料台を用いて結晶面（たとえば、（０００１）面、（０００−１）面）の法線（たとえば、＜０００１＞軸）と結晶の回転軸（φ軸）とを一致をさせた場合には、極性に対応した強度を測定できるために、極性判定に利用できる。しかしながら、対称ブラッグ反射におけるＸ線回折ピークは、主面の表面状態の影響を受けやすく、一方の主面と他方の主面とにおける結晶状態が異なっているとピークの強度が異なる。

【0074】

Ｘ線多重回折ピークの強度を用いる場合には、上記のように、極性に依存しているピークＮｏ．８のピーク（少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１））と、極性に依存しないピークＮｏ．７のピーク（少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピーク（Ｓ２）)とが有り、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）から極性の判別ができる。この場合は、一方の主面と他方の主面とにおける結晶状態が異なっていても、Ｘ線多重回折が結晶内部の現象であるために、問題なく極性を判別できる利点がある。したがって、Ｘ線多重回折ピークの強度を用いる評価方法は、ＧａＮ結晶基板以外の極性結晶についても広く応用できることが期待される。

【0075】

＜実施形態２：ＧａＮ結晶基板＞
［実施形態２−１］
図１３および図１５〜図１８を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、少なくとも１つの主面を有するＧａＮ結晶基板であって、主面が略（０００１）面（すなわち、（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面）である。小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するようにＧａＮ結晶基板を配置し、（０００１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備える。各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備える。各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備える。各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備える。各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が５００以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８以上である。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、略（０００１）面（略Ｇａ面）を主面とするＸ線多重回折パターンにおいて、従来のＧａＮ結晶基板に比べて、高い対称性と大きな第１基準ピーク強度比とを有しているため、結晶品質が高い。

【0076】

ここで、上記の第１基準ピーク強度比および第２基準ピーク強度比は、入射側にＸ線キャピラリーレンズ（発散角０．３°）を使用して０．５ｍｍ×０．５ｍｍのクロススリットにより得られるＣｕＫα₁単色Ｘ線の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用い、受光側に反射率測定用の０．２７°のコリメータ（０．２７°スリットは設けない）およびグラファイト平板モノクロメータを用いたＸ線回折測定において得られたものとする。

【0077】

ここで、Ｘ線多重回折パターンの回転対称性および鏡映対称性における「対称」とは、多重ピーク領域の位置が対称の位置にあることを意味するものであり、多重回折ピーク領域における各Ｘ線多重回折ピークの位置および強度が対称であることを意味するものではない。すなわち、ＧａＮ結晶基板の対称性が高いとは、対称関係にあるＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致することをいい、具体的には、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの本数の差異が２本以下であること、および、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの位置の差異が２°を超えるものが２本以下であることをいう。

【0078】

本実施形態の主面が略（０００１）面（すなわち略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板において、結晶の品質が高い観点から、第１基準ピーク強度比は、５００以上であり、好ましくは６５０以上であり、より好ましくは８００以上である。また、結晶の極性の判別が明確な観点から、第２基準ピーク強度比は、０．１８以上であり、好ましくは０．２０以上である。

【0079】

本実施形態のＧａＮ結晶基板の結晶評価は、主面が略｛０００１｝面（略Ｇａ面）であり、入射側にＸ線キャピラリーレンズを使用してＷ０．５ｍｍ×Ｈ０．５ｍｍのクロススリットによりポイントフォーカスしたＣｕＫα₁単色Ｘ線の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用い、２軸傾斜試料台上に主面が露出するようにＧａＮ結晶基板を配置し、（０００１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、受光側に反射率測定用の０．２７°のコリメータ（０．２７°スリットは設けない）およびグラファイト平板モノクロメータを用いたＸ線回折測定において、０００１対称禁制ブラッグ反射の入射角ωおよび回折角２θ（すなわち入射角ω：８．５４２８°および回折角２θ：１７．０８５６°）における＜０００１＞軸を回転軸としたφスキャンパターン測定は、詳細で正確なＸ線多重回折パターンを得る観点から、測定φ角度ステップ０．０２°、測定するφの角度範囲に応じて、各ステップでの計測時間が１秒から５０秒の範囲の測定条件で行なう。

【0080】

本実施形態の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板は、自立基板であることが好ましい。かかるＧａＮ結晶基板は、結晶品質の高い自立基板であるため、半導体デバイスの製造に好適に用いられる。ここで、ＧａＮ結晶基板は、自立基板となるためには、その厚さが２５０μｍ以上であることが好ましい。
本実施形態の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板は、その厚さが２５０μｍ以上が好ましく、３００μｍ以上がより好ましく、４００μｍ以上がさらに好ましいる。かかるＧａＮ結晶基板は、結晶品質が高い厚さが２５０μｍ以上の基板であるため、半導体デバイスの製造に好適に用いられる。また、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、その直径が５０ｍｍ以上が好ましく、７５ｍｍ以上がより好ましく、１００ｍｍ以上がさらに好ましい。かかるＧａＮ結晶基板は、結晶品質が高い直径が５０ｍｍ以上の基板であるため、半導体デバイスの製造に好適に用いられる。なお、２インチとは正確には５０．８ｍｍであるが、当業界においては直径５０ｍｍの基板を２インチ基板とよぶ場合もある。

【0081】

（ＧａＮ結晶基板の製造方法）
本実施形態の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の製造方法は、下地基板上にＧａＮ結晶を成長させる工程と、成長させたＧａＮ結晶を窒素ガス雰囲気中９００℃以上かつ１８００気圧以上の高温高圧条件下で２回以上熱処理する工程と、熱処理したＧａＮ結晶をＧａＮ結晶基板に加工する工程と、を備える。本実施形態のＧａＮ結晶基板の製造方法は、９００℃以上かつ１８００気圧以上の高温高圧条件下で２回以上熱処理されたＧａＮ結晶を加工することにより結晶品質の高いＧａＮ結晶基板が得られる。

【0082】

成長させたＧａＮ結晶の上記の２回以上の熱処理は、熱処理後のＧａＮ結晶を加工して得られるＧａＮ結晶基板の結晶品質を高める観点から、処理雰囲気が窒素雰囲気で、処理温度が９００℃以上であり、好ましくは１０００℃以上であり、処理圧力が１８００気圧以上であり、好ましくは２０００気圧以上である。また、製造装置の仕様から、処理温度は１２００℃以下が好ましく、処理圧力は２０００気圧以下が好ましい。

【0083】

［実施形態２−２］
図１４〜図１８を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、少なくとも１つの主面を有するＧａＮ結晶基板であって、主面が略（０００−１）面（すなわち、（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面）である。小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に主面が露出するようにＧａＮ結晶基板を配置し、（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備える。各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備える。各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備える。各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備える。各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、バックグランド強度に対する少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度の比である第１基準ピーク強度比が７５０以上であり、第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比が０．１８未満である。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、（０００１）面（Ｇａ面）を主面とするＸ線多重回折パターンにおいて、従来のＧａＮ結晶基板に比べて、高い対称性と大きな第１基準ピーク強度比とを有しているため、結晶品質が高い。

【0084】

ここで、上記の第１基準ピーク強度比および第２基準ピーク強度比は、入射側にＸ線キャピラリーレンズ（発散角０．３°）を使用して０．５ｍｍ×０．５ｍｍのクロススリットにより得られるＣｕＫα₁単色Ｘ線の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用い、受光側に反射率測定用の０．２７°のコリメータ（０．２７°スリットは設けない）およびグラファイト平板モノクロメータを用いたＸ線回折測定において得られたものとする。

【0085】

ここで、本実施形態の主面が略（０００−１）面（すなわち略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板におけるＸ線多重回折パターンの回転対称性および鏡映対称性における「対称」および「ＧａＮ結晶基板の対称性が高い」の意味は、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。

【0086】

本実施形態の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板において、結晶の品質が高い観点から、第１基準ピーク強度比は、７５０以上であり、好ましくは９５０以上であり、より好ましくは１１００以上である。また、結晶の極性が明確な観点から、第２基準ピーク強度比は、０．１８未満であり、好ましくは０．１６以下である。

【0087】

本実施形態の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板の結晶評価は、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。また、本実施形態の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板が自立基板であることの利点、その厚さおよびその直径についても、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。本実施形態の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板の製造方法は、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。

【0088】

［実施形態２−３］
図１３〜図１８を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、２つの主面を有するＧａＮ結晶基板であって、１つの主面が略（０００１）面（すなわち（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面）であり、他の主面が略（０００−１）面（すなわち（０００−１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面）である。各主面についての小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いたＸ線回折測定において、２軸傾斜試料台上に各主面が露出するようにＧａＮ結晶基板を配置し、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向とするように調整し、主面が略（０００１）面のときは０００１対称禁制ブラッグ反射について、主面が略（０００−１）面のときは０００−１対称禁制ブラッグ反射についての入射角ωおよび回折角２θにおけるφ軸を回転軸としたφスキャンパターン測定におけるφが−１８０°から１８０°までの測定において、結晶内におけるＸ線の多重回折により現われるＸ線多重回折パターンは、φが−１８０°から−６０°まで、−６０°から６０°まで、および６０°から１８０°までの１２０°毎に繰り返す３回回転対称性を有する３つの１２０°回転対称ピーク領域を備える。各１２０°回転対称ピーク領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸を含む面を鏡映面として互いに鏡映対称性を有する−領域と＋領域とを備える。各−領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する−Ｌ領域と−Ｒ領域とを備える。各＋領域は、その領域のφの範囲の中央のφの角度を示す線および＜０００１＞軸の交点を中心として互いに回反対称性を有する＋Ｌ領域と＋Ｒ領域とを備える。各−Ｌ領域、各−Ｒ領域、各＋Ｌ領域、および各＋Ｒ領域の少なくとも１領域において、２つの主面における少なくとも（１−１００）および（−１１０１）に由来する第１基準Ｘ線多重回折ピークの強度に対する少なくとも（０２−２１）および（０−２２０）に由来する第２基準多重回折ピークの強度の比である第２基準ピーク強度比の値は互いに異なり、より大きな第２基準ピーク強度比を与える主面が略（０００１）面である。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、略（０００１）面を主面とするＸ線多重回折パターンおよび略（０００−１）面を主面とするＸ線多重回折パターンのいずれにおいても、従来のＧａＮ結晶基板に比べて、高い対称性を有しているため、結晶品質が高い。また、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、上記２つの主面についてのＸ線多重回折パターンからそれぞれ得られる２つの第２基準ピーク強度比の大小から略（０００１）面（略Ｇａ面）（極性面）である主面が判別されるため、当該ＧａＮ結晶基板を破壊しなくても極性が判別される。

【0089】

本実施形態のＧａＮ結晶基板におけるＸ線多重回折パターンの回転対称性および鏡映対称性における「対称」および「ＧａＮ結晶基板の対称性が高い」の意味、結晶評価に関しては、略（０００１）面の主面については実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であり、略（０００−１）面の主面については実施形態２−２の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。また、本実施形態のＧａＮ結晶基板の厚さおよび直径については、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板および実施形態２−２の主面が略（０００−１）面（略Ｎ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。本実施形態のＧａＮ結晶基板の製造方法は、実施形態２−１の主面が略（０００１）面（略Ｇａ面）であるＧａＮ結晶基板の場合と同様であるため、ここでは繰り返さない。

【実施例】

【0090】

（実施例１）
１．ＧａＮ結晶基板の作製
直径７６ｍｍのサファイア基板上にＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法によりＧａＮを成長した（０００１）面からのオフ角が０°以上２°以下の面を主面とするテンプレート基板を準備し、これを下地基板として、直径８５ｍｍで厚さ２０ｍｍのＳｉＣコーティングしたカーボン製の基板ホルダー上に置いてＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）装置のリアクター内に配置した。リアクター内を１０２０℃まで加熱後、ＨＣｌガスをＧａと反応して発生したＧａＣｌガスと、ＮＨ₃ガスと、をリアクター内へ供給した。このような下地基板の上でのＧａＮ層成長工程において、リアクター温度１０２０℃を２９時間保持し、また、成長圧力を１．０１×１０⁵Ｐａとし、ＧａＣｌガスの分圧を６．５２×１０²Ｐａとし、ＮＨ₃ガスの分圧を７．５４×１０³Ｐａとし、ＨＣｌガスの分圧を３．５５×１０¹Ｐａとした。ＧａＮ層成長工程終了後、リアクター内を室温まで降温し、ＧａＮ結晶を得た。得られたＧａＮ結晶は、（０００１）面を結晶成長面として結晶成長しており、触針式の膜厚計で測定した厚さは３．５ｍｍであった。

【0091】

得られたＧａＮ結晶を、その外周ならびに表（おもて）面（結晶成長面側の面）と裏面（結晶成長面と反対側の面）の両面を加工（具体的には、両面を平行かつ平坦に加工）して、加工変質層（加工歪み層）を除去した後、２回熱処理した。熱処理には神戸製鋼製の熱間静水圧プレス（ＨＩＰ）装置を用いた。２回の熱処理条件は、いずれも２０００気圧の窒素雰囲気中１２００℃で２０時間とした。上記２回の熱処理後に、ＨＩＰ装置よりＧａＮ結晶を回収し、表（おもて）面および裏面の両面を研磨して鏡面に仕上げ、両面共に加工変質層（加工歪み層）を除去して、直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ４００μｍのＧａＮ結晶基板に加工した。

【0092】

２．ＧａＮ結晶基板のＸ線回折
（１）２軸傾斜試料台へのＧａＮ結晶基板の配置と調整
Ｘ線回折装置（スペクトリス株式会社製ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ Ｘ’Ｐｅｒｔ ＭＲＤ）の２軸傾斜試料台に、上記ＧａＮ結晶基板をその結晶成長面側の主面が露出するように配置した。配置したＧａＮ結晶基板を、ｘ軸、ｙ軸およびｚ軸を調整して、入射角ωのオフセット値、煽り角χのオフセット値、および回転角φのオフセット値を定めることにより、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向となるように調整した。かかる調整には、小発散角入射Ｘ線平行ビーム（入射側：ポイントフォーカスＣｕＸ線管球を電圧４５ｋＶおよび電流４０ｍＡで作動させて発生するＣｕＫα₁線について、発散角０．３°のＸ線キャピラリーレンズおよび幅Ｗ０．５ｍｍ×高さＨ０．５ｍｍのクロススリットを用いて得られるＸ線平行ビーム、受光側：０．２７°コリメータ（０．２７°スリットは設けない）およびグラファイト平板モノクロメータを通して、Ｘｅ比例計数管により検出）を用いた。

【0093】

（２）ＧａＮ結晶基板のＸ線多重回折ピークの測定
上記の小発散角入射Ｘ線平行ビームを用いて、測定φ角度ステップ０．０２°、測定φの角度範囲に応じて、各ステップでの計測時間が１秒から５０秒の範囲の測定条件で、０００１対称禁制ブラッグ反射または０００−１対称禁制ブラッグ反射の位置（入射角ω：８．５４２８°、回折角２θ：１７．０８５６°）にてφスキャンを測定した。図１３および図１５〜図１８と同様のＸ線多重回折ピークが測定された。Ａ領域（φが−６０°から６０°までの領域、すなわちＡ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域で構成される領域）の主なＸ線多重回折ピークについての結果を表２および表３にまとめた。

【0094】

【表2】

【0095】

【表3】

【0096】

Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの本数の差異が２本以下であり、かつ、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの位置の差異が２°を超えるものが２本以下であったため、それぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致しており、ＧａＮ結晶基板の対称性が高かった。また、表２および表３を参照して、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ₊領域_LおよびＡ_+R領域の４つの区分領域において、バックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比である第１基準ピーク強度比（Ｓ１／ＢＧ比）は７６６〜１１６１と極めて高く、結晶品質は極めて高いと評価された。さらに、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ₊領域_Rの４つの区分領域において、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）は０．２０７〜０．２３２と０．１８以上であり、本実施例の結晶成長面側の主面が略（０００１）面（すなわち略Ｇａ面）（極性面）であると評価された。

【0097】

３．ＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層の形成とフォトルミネッセンス測定
上記ＧａＮ結晶基板の上記主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、エピタキシャル層として、厚さ３μｍのＧａＮ層を成長させた。成長させたエピタキシャル層のフォトルミネッセンスの発光強度を測定し、その結果を表６にまとめた。

【0098】

（実施例２）
実施例１と同様のＧａＮ結晶基板を作製した。得られたＧａＮ結晶基板を、結晶成長面と反対側の面側の主面を露出させて、２軸傾斜試料台に配置したこと以外は、実施例１と同様にして、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向となるように調整し、実施例１と同様の条件でＸ線多重回折ピークを測定した。図１４〜図１８と同様のＸ線多重回折ピークが測定された。Ａ領域（φが−６０°から６０°までの領域、すなわちＡ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域で構成される領域）の主なＸ線多重回折ピークについての結果を表４および表５にまとめた。

【0099】

【表4】

【0100】

【表5】

【0101】

Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの本数の差異が２本以下であり、かつ、対称関係にあるそれぞれのＸ線多重回折ピーク群のピークの位置の差異が２°を超えるものが２本以下であったため、それぞれのＸ線多重回折ピーク群の位置がよく一致しており、ＧａＮ結晶基板の対称性が高かった。また、表４および表５を参照して、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、バックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比である第１基準ピーク強度比（Ｓ１／ＢＧ比）は１１８８〜１２８７と極めて高く、結晶品質は極めて高いと評価された。さらに、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）は０．１４４〜０．１５９と０．１８未満であり、本実施例の結晶成長面と反対側の側の主面が略（０００−１）面（すなわち略Ｎ面）であると評価された。

【0102】

（参考例１）
結晶成長後の２回の熱処理を行わなかったこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製した。得られたＧａＮ結晶基板について、結晶成長面と反対側の面側の主面を露出させて、２軸傾斜試料台に配置したこと以外は、実施例１と同様にして、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向となるように調整し、実施例１と同様の条件でＸ線多重回折ピークを測定した。Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、バックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比である第１基準ピーク強度比（Ｓ１／ＢＧ比）は３２０〜４００と５００未満であり、結晶品質は高くないと評価された。さらに、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）は０．３４〜０．４１と０．１８以上であり、本実施例の結晶成長面側の主面が略（０００１）面（すなわち略Ｇａ面）であると評価された。

【0103】

さらに、上記ＧａＮ結晶基板の上記主面上に、ＭＯＣＶＤ法により、エピタキシャル層として、厚さ３μｍのＧａＮ層を成長させた。成長させたエピタキシャル層のフォトルミネッセンスの発光強度を測定し、その結果を表６にまとめた。

【0104】

（参考例２）
参考例１と同様のＧａＮ結晶基板を作製した。得られたＧａＮ結晶基板を、結晶成長面と反対側の面側の主面を露出させて、２軸傾斜試料台に配置したこと以外は、実施例１と同様にして、（０００１）面および（０００−１）面の法線である＜０００１＞軸とφ軸とが一致し、かつ、［１−１００］方向をφ＝０°の方向となるように調整し、実施例１と同様の条件でＸ線多重回折ピークを測定した。Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの区分領域において、バックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比である第１基準ピーク強度比（Ｓ１／ＢＧ比）は３７５〜５５０と７５０未満であり、結晶品質は高くないと評価された。さらに、Ａ_-L領域、Ａ_-R領域、Ａ_+L領域およびＡ_+R領域の４つの基本区分領域において、第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比である第２基準ピーク強度比（Ｓ２／Ｓ１比）は０．１５〜０．１６と０．１８未満であり、本実施例の結晶成長面と反対側の側の主面が略（０００−１）面（すなわち略Ｎ面）であると評価された。

【0105】

【表6】

【0106】

表６を参照して、結晶品質が高くないことが確認された参考例１のＧａＮ結晶基板の主面（すなわち略（０００１）面（略Ｇａ面））上に成長されたエピタキシャル層は、フォトルミネッセンスの発光強度が低く、結晶品質の低いエピタキシャル層であることが分かった。これに対して、結晶品質が極めて高いことが確認された実施例１のＧａＮ結晶基板の主面（すなわち略（０００１）面（略Ｇａ面））上に成長されたエピタキシャル層は、フォトルミネッセンスの発光強度が高く、結晶品質の高いエピタキシャル層であることが分かった。

【0107】

上記のように、０００１対称禁制ブラッグ反射または０００−１対称禁制ブラッグ反射におけるＸ線多重回折ピークを用いた結晶評価（すなわち、Ｘ線多重回折ピークの対称性、バックグランド（ＢＧ）強度に対する第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度の比（Ｓ１／ＢＧ比）、および第１基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ１）の強度に対する第２基準Ｘ線多重回折ピーク（Ｓ２）の強度の比（Ｓ２／Ｓ１比）など）により、結晶品質の高いＧａＮ結晶基板について、その結晶品質および極性について詳細に評価することができた。

【0108】

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0109】

１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１１，１２，１３，１４ ピークＮｏ．、Ｓ１ 第１基準Ｘ線多重回折ピーク、Ｓ２ 第２基準Ｘ線多重回折ピーク、Ａ，Ａ_-，Ａ₊，Ａ_-L，Ａ_-R，Ａ_+L，Ａ_+R，Ｂ，Ｂ_-，Ｂ₊，Ｂ_-L，Ｂ_-R，Ｂ_+L，Ｂ_+R，Ｃ，Ｃ_-，Ｃ₊，Ｃ_-L，Ｃ_-R，Ｃ_+L，Ｃ_+R 領域、ω 入射角、２θ 回折角、χ 煽り角、φ 回転角。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4A】

【図4B】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】