特許 6773512 基板、及び、基板の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6773512

(24)【登録日】2020年10月5日

(45)【発行日】2020年10月21日

(54)【発明の名称】基板、及び、基板の製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20201012BHJP

   C30B 25/18 20060101ALI20201012BHJP

   C23C 16/34 20060101ALI20201012BHJP

   H01L 21/205 20060101ALI20201012BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20201012BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/38 D

   C30B25/18

   C23C16/34

   H01L21/205

   H01L21/304 622W

【請求項の数】9

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2016-199033(P2016-199033)

(22)【出願日】2016年10月7日

(65)【公開番号】特開2018-58740(P2018-58740A)

(43)【公開日】2018年4月12日

【審査請求日】2019年9月4日

(73)【特許権者】

【識別番号】000165974

【氏名又は名称】古河機械金属株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100110928

【弁理士】

【氏名又は名称】速水 進治

(72)【発明者】

【氏名】後藤 裕輝

(72)【発明者】

【氏名】石原 裕次郎

(72)【発明者】

【氏名】砂川 晴夫

(72)【発明者】

【氏名】中川 拓哉

【審査官】 末松 佳記

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−０３６０１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−２１６５２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−１５３２８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１７３６４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−３１５９４７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１９５３８８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ２３Ｃ １６／００−１６／５６

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２０５

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１の面方位の主面を有する複数の結晶片が、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置された結晶片層と、
前記結晶片層の上に、前記主面に接して位置するIII族窒化物半導体層と、
を有し、
前記III族窒化物半導体層は、複数の前記結晶片各々の前記主面からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶が、隣接する前記結晶片の前記主面からエピタキシャル成長した前記III族窒化物半導体結晶と接合して形成されており、
前記III族窒化物半導体層における互いに接合した前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、成長方向に進むに従い、一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾いている基板。

【請求項2】

請求項１に記載の基板において、
前記結晶片層における前記結晶片同士の間の隙間の幅Ｗ１（μｍ）は、０＜Ｗ≦５００を満たす基板。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の基板において、
前記結晶片の前記結晶片層の厚さ方向の高さはばらついている基板。

【請求項4】

請求項３に記載の基板において、
隣接する前記結晶片の前記高さは互いに異なる基板。

【請求項5】

請求項１から４のいずれか１項に記載の基板において、
複数の前記結晶片は、前記結晶片を構成するIII族窒化物半導体のｃ軸方向を前記結晶片の主面に投影した投影ｃ軸方向に沿って互いの間に隙間を有して並んでいる基板。

【請求項6】

請求項１から４のいずれか１項に記載の基板において、
複数の前記結晶片は、前記結晶片を構成するIII族窒化物半導体のｃ軸方向を前記結晶片の主面に投影した投影ｃ軸方向に沿って互いの間に隙間を有して並んでおり、複数の前記結晶片は、前記投影ｃ軸方向に直交する方向に沿って並んでいない基板。

【請求項7】

第１の面方位の主面を有する複数の結晶片を、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置した結晶片層を準備する準備工程と、
前記準備工程の後、前記複数の結晶片各々の前記主面からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、隣接する前記結晶片の前記主面から成長した前記III族窒化物半導体結晶同士を互いに接合させてIII族窒化物半導体層を形成する形成工程と、
を有し、
前記形成工程では、互いに接合する前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面が、成長方向に進むに従い一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾くように前記III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる基板の製造方法。

【請求項8】

請求項７に記載の基板の製造方法において、
前記形成工程の後、前記結晶片層と前記III族窒化物半導体層との積層体から前記結晶片層を除去する除去工程をさらに有する基板の製造方法。

【請求項9】

請求項７又は８に記載の基板の製造方法において、
前記形成工程は、Ｖ／ＩＩＩ比が２以上２０以下、成長温度が９００℃以上１１００℃以下の成長条件で、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、基板、及び、基板の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

転位密度の少ないエリアを表面に有するIII族窒化物半導体基板が求められている。このようなIII族窒化物半導体基板の場合、例えば、転位密度の少ないエリアにデバイス（例：光デバイス、電子デバイス等）を形成することで、デバイスの品質が良くなる。本願発明に関連する技術が、特許文献１及び２に開示されている。

【0003】

特許文献１及び２には、III族窒化物半導体の結晶片を複数並べて配置した下地基板を準備した後、下地基板の各結晶片からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、成長した結晶が互いに接合してIII族窒化物半導体層を形成するIII族窒化物半導体結晶の製造方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特許第５０１２７００号

【特許文献1】特許第５３３２１６８号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本願発明は、従来にない手法で、転位密度の少ないエリアを表面に有するIII族窒化物半導体基板を得ることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明によれば、
第１の面方位の主面を有する複数の結晶片が、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置された結晶片層と、
前記結晶片層の上に、前記主面に接して位置するIII族窒化物半導体層と、
を有し、
前記III族窒化物半導体層は、複数の前記結晶片各々の前記主面からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶が、隣接する前記結晶片の前記主面からエピタキシャル成長した前記III族窒化物半導体結晶と接合して形成されており、
前記III族窒化物半導体層における互いに接合した前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、成長方向に進むに従い、一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾いている基板が提供される。

【0007】

また、本発明によれば、
複数のIII族窒化物半導体結晶が互いに接合して形成されており、
互いに接合している前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾いており、第１の前記III族窒化物半導体結晶のペアの前記接合界面は、他の前記ペアの前記接合界面と平面視で重ならない基板が提供される。

【0008】

また、本発明によれば、
第１の面方位の主面を有する複数の結晶片を、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置した結晶片層を準備する準備工程と、
前記準備工程の後、前記複数の結晶片各々の前記主面からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、隣接する前記結晶片の前記主面から成長した前記III族窒化物半導体結晶同士を互いに接合させてIII族窒化物半導体層を形成する形成工程と、
を有し、
前記形成工程では、互いに接合する前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面が、成長方向に進むに従い一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾くように前記III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる基板の製造方法が提供される。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、従来にない手法で、転位密度の少ないエリアを表面に有するIII族窒化物半導体基板が実現される。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施形態の基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図2】本実施形態の結晶片の一例を説明するための側面模式図である。

【図3】本実施形態の結晶片の一例を説明するための平面模式図である。

【図4】本実施形態の準備工程の一例を説明するための平面模式図である。

【図5】本実施形態の準備工程の一例を説明するための側面模式図である。

【図6】本実施形態の準備工程の一例を説明するための側面模式図である。

【図7】ＨＶＰＥ装置の模式図である。

【図8】本実施形態の形成工程の一例を説明するための側面模式図である。

【図9】本実施形態の形成工程の一例を説明するための側面模式図である。

【図10】本実施形態の基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。

【図11】本実施形態の除去工程の一例を説明するための側面模式図である。

【図12】本実施例で得られた積層体の断面を示す蛍光顕微鏡像である。

【図13】本実施例で得られた積層体の表面を示す蛍光顕微鏡像である。

【図14】本実施例で得られた積層体の表面の一部を示すＣＬ像である。

【図15】本実施例で得られた積層体の表面の一部を示すＣＬ像である。

【図16】本実施例で得られた積層体の表面の一部を示すＣＬ像である。

【図17】本実施例で得られた積層体の表面の転位密度の分布を示す図である。

【図18】本実施形態の形成工程の一例を説明するための側面模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本願発明の基板の製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。

【0012】

＜第１の実施形態＞
まず、本実施形態の概要について説明する。本実施形態では、III族窒化物半導体の結晶片を複数並べて配置した下地基板を準備した後、下地基板の各結晶片からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。すると、成長したIII族窒化物半導体結晶が互いに接合し、III族窒化物半導体層を形成する。本実施形態では、このようにして、下地基板とIII族窒化物半導体層との積層体からなる基板を得る。そして、本実施形態は、複数の結晶片の配置方法やIII族窒化物半導体結晶の成長条件の最適化等により、III族窒化物半導体結晶が互いに接合して得られたIII族窒化物半導体層の表面に、転位密度の少ないエリアを生成する。以下、詳細に説明する。

【0013】

まず、本実施形態の基板の製造方法について説明する。図１は、本実施形態の基板の製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。図示するように、本実施形態の基板の製造方法は、準備工程Ｓ１０と、形成工程Ｓ２０とを有する。

【0014】

準備工程Ｓ１０では、第１の面方位の主面を有する複数の結晶片を、互いの間に隙間を有し、かつ、上記主面が同一方向を向く状態で並列配置した結晶片層を準備する。以下、当該工程を詳細に説明する。

【0015】

まず、複数の結晶片について説明する。結晶片は、III族窒化物半導体結晶（単結晶）からなる。結晶片は、例えば、III族窒化物半導体のバルク結晶から切り出されたものであってもよい。切り出す方法は特段制限されず、バンドソー、内周刃、外周刃などを用いて結晶片を切出してもよいし、劈開面で劈開することで結晶片を切出してもよい。

【0016】

結晶片の主面は、第１の面方位である。この第１の面方位が、本実施形態で得られる基板の成長面（III族窒化物半導体層の表面）における面方位となる。結晶片の主面は、例えば、｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面（ｈ、ｋ及びｌは整数）、又は、当該｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面を所定角度（±１０°以内）傾けた面であって、｛０００１｝面と異なる面であってもよい。

【0017】

また、｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面、及び、当該｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面は、さらに、ｍ面及びａ面と異なる面であってもよい。例えば、｛１１−２２｝面、｛１１−２２｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面、｛１１−２４｝面、｛１１−２４｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面、｛１０−１２｝面、｛１０−１２｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面、｛１０−１１｝面、｛１０−１１｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面、｛２０−２１｝面、｛２０−２１｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面、｛２０−２３｝面、及び、｛２０−２３｝面を所定角度（例：±１０°以内）傾けた面の中のいずれかの面であってもよい。

【0018】

図２及び図３に、III族窒化物半導体のバルク結晶１０から複数の結晶片１１を切り出す処理の概要を示す。図２は側面模式図であり、図３は平面模式図である。

【0019】

図示するバルク結晶１０は、ｃ面を成長面（露出面）として有し、平面形状は略円形となっている。しかし、バルク結晶１０の成長面の面方位及び平面形状はこれに限定されない。

【0020】

図２及び図３に示すように、例えば、バルク結晶１０からストライプ状に複数の結晶片１１を切り出すことができる。すなわち、切り出される複数の結晶片１１は互いに略平行に延伸している。また、複数の切断面は互いに略平行に延伸している。図２及び図３の場合、切断面が結晶片１１の主面１２となる。図２に示すように、切断面（主面１２）は、切断面（主面１２）が所望の面方位となるように、バルク結晶１０の法線方向から所定角度傾いている。

【0021】

図２及び図３の場合、複数の結晶片１１の延伸方向はｍ軸方向である。そして、主面１２は、｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面、又は、当該｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面を所定角度（±１０°以内の任意の角度）傾けた面であって、｛０００１｝面と異なる面である。なお、結晶片１１の延伸方向はｍ軸方向に限定されない。

【0022】

次に、このような結晶片１１を並べて、結晶片層を準備する処理について説明する。図４乃至図６に、基板ホルダ２０の上に複数の結晶片１１を並べて配置した様子を示す。図４は平面模式図であり、図５及び図６は側面模式図である。図中に示す「＋ｃ軸投影方向」は、結晶片１１の＋ｃ軸方向を基板ホルダ２０の載置面上に投影させた方向である。また、図中に示す「−ｃ軸投影方向」は、結晶片１１の−ｃ軸方向を基板ホルダ２０の載置面上に投影させた方向である。基板ホルダ２０の載置面は、図４の場合は紙面と平行であり、図５及び図６の場合は紙面に垂直、かつ、図中左右方向に延びる面と平行である。

【0023】

図４乃至図６に示すように、基板ホルダ２０の上に複数の結晶片１１を並べて配置することで、結晶片層１３が準備される。この段階で、複数の結晶片１１は互いに分離している。そして、隣接する結晶片１１同士の間には、隙間が存在する。平面視で、結晶片１１の＋ｃ軸投影方向は、結晶片１１間の隙間と交差している（図４参照）。

【0024】

結晶片１１は、主面１２が同一方向を向いている。複数の結晶片１１は、他の軸方向も同一方向を向くのが好ましい。ここでの「同一」は、完全に一致する場合、及び、±５°以内、好ましくは±２°以内の差を有する場合を含む概念である。

【0025】

図４乃至図６に示すように、結晶片層１３は、例えば一次元方向に並列配置された複数の結晶片１１で構成することができる。結晶片１１の一次元方向の幅Ｗ２は、例えば、３０μｍ≦Ｗ２≦５ｍｍを満たす。また、結晶片１１同士の隙間の一次元方向の幅Ｗ１は、例えば、０＜Ｗ１≦５００μｍを満たす。幅Ｗ１の上限をこのようにすることで、各結晶片１１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を接合させることができる。

【0026】

図５は、図２に示すような態様で切り出された複数の結晶片１１の側面を加工することなくそのまま配置した様子を示す。図６は、図２に示すような態様で切り出された複数の結晶片１１の側面を加工し、側面と主面との角度を略直角とした後に、配置した様子を示す。本実施形態は、いずれの手法も採用することができる。

【0027】

なお、並べる結晶片１１の数は設計的事項であるが、多くするほど、大口径の基板を得ることができる。

【0028】

図１に戻り、準備工程Ｓ１０の後に行われる形成工程Ｓ２０では、複数の結晶片１１各々の主面１２からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、隣接する結晶片１１の主面１２から成長したIII族窒化物半導体結晶同士を互いに接合させてIII族窒化物半導体層を形成する。

【0029】

III族窒化物半導体結晶のエピタキシャル成長の具体例は特段制限されず、ＭＯＶＰＥ（Metal Organic Vapor Phase Epitaxy）、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy）、ＬＰＥ（Liquid Phase Epitaxy）等を利用できる。

【0030】

例えば、図７に示すようなハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置１００を用いて実現してもよい。

【0031】

図示するＨＶＰＥ装置１００は、反応管１２１と、反応管１２１内に設けられている基板ホルダ１２３とを備える。また、ＨＶＰＥ装置１００は、III族原料ガスを反応管１２１内に供給するIII族原料ガス供給部１３９と、窒素原料ガスを反応管１２１内に供給する窒素原料ガス供給部１３７とを備える。さらに、ＨＶＰＥ装置１００は、ガス排出管１３５と、ヒータ１２９、１３０とを備える。

【0032】

基板ホルダ１２３は、反応管１２１の下流側に回転軸１３２により回転自在に設けられている。ガス排出管１３５は、反応管１２１のうち基板ホルダ１２３の下流側に設けられている。

【0033】

III族原料ガス供給部１３９は、ガス供給管１２６とソースボート１２８とIII族（Ｇａ）原料１２７と反応管１２１のうち遮蔽板１３６の下の層とを含む。

【0034】

窒素原料ガス供給部１３７は、ガス供給管１２４と反応管１２１のうち遮蔽板１３６の上の層とを含む。

【0035】

III族原料ガス供給部１３９は、III族原子のハロゲン化物（たとえば、ＧａＣｌ）を生成し、これを基板ホルダ１２３に保持された接合基板４１の表面に供給する。

【0036】

ガス供給管１２６の供給口は、III族原料ガス供給部１３９内の上流側に配置されている。このため、供給されたハロゲン化水素ガス（たとえば、ＨＣｌガス）は、III族原料ガス供給部１３９内でソースボート１２８中のIII族原料１２７と接触するようになっている。

【0037】

これにより、ガス供給管１２６から供給されるハロゲン含有ガスは、ソースボート１２８中のIII族原料１２７の表面または揮発したIII族分子と接触し、III族分子をハロゲン化してIII族のハロゲン化物を含むIII族原料ガスを生成する。なお、このIII族原料ガス供給部１３９の周囲にはヒータ１２９が配置され、III族原料ガス供給部１３９内は、たとえば８００〜９００℃程度の温度に維持される。

【0038】

反応管１２１の上流側は、遮蔽板１３６により２つの層に区画されている。図中の遮蔽板１３６の上側に位置する窒素原料ガス供給部１３７中を、ガス供給管１２４から供給されたアンモニアが通過し、熱により分解が促進される。なお、この窒素原料ガス供給部１３７の周囲にはヒータ１２９が配置され、窒素原料ガス供給部１３７内は、たとえば８００〜９００℃程度の温度に維持される。

【0039】

図中の右側に位置する成長領域１２２には、基板ホルダ１２３が配置され、この成長領域１２２内でＧａＮ等のIII族窒化物半導体の成長が行われる。この成長領域１２２の周囲にはヒータ１３０が配置され、成長領域１２２内は、たとえば１０００℃〜１０５０℃程度の温度に維持される。

【0040】

なお、形成工程Ｓ２０では、互いに接合するIII族窒化物半導体結晶同士の接合界面が、成長方向に進むに従い一方のIII族窒化物半導体結晶側に傾くように、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。

【0041】

例えば、図４乃至図６に示すように複数の結晶片１１を並べて結晶片層１３を構成した場合、結晶片１１の主面１２からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶は、＋ｃ軸投影方向への成長が促進される一方、−ｃ軸投影方向への成長はあまり進まない。このため、互いに接合するIII族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、成長方向（図中、上方向）に進むに従い一方のIII族窒化物半導体結晶側に傾く。また、III族窒化物半導体結晶の成長条件において、例えばV／III比を２以上２０以下とし、成長温度を９００℃以上１１００℃以下とすることで、＋ｃ軸投影方向への成長を促進させることができる。

【0042】

このように、本実施形態では、複数の結晶片１１を互いの間に隙間が存在するように配置する（図４参照）。また、平面視で、結晶片１１の＋ｃ軸投影方向は、結晶片１１間の隙間と交差するように、複数の結晶片１１を配置することができる。そして、＋ｃ軸投影方向への成長が促進される成長条件で、複数の結晶片１１の上にIII族窒化物半導体結晶を成長させる。

【0043】

このような本実施形態の場合、形成工程Ｓ２０でIII族窒化物半導体層を形成後、研磨等によりIII族窒化物半導体層の表面を平坦化すると、図８に示すような構造体が得られる。図８は、III族窒化物半導体層３０と、結晶片層１３との積層体の側面模式図である。図示するように、III族窒化物半導体層３０は、複数の結晶片１１各々から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が互いに接合して形成されている。

【0044】

III族窒化物半導体層３０は、複数の結晶片１１各々から＋ｃ軸投影方向に傾きながら成長した部分３４と、当該部分３４に挟まれた部分３３とを含む。部分３４は、結晶片層１３の主面１２を成長面としてエピタキシャル成長した部分であり、成長方向（図中、上方向）に進むに従い＋ｃ軸投影方向に傾いている。部分３３はファセット面を有する。当該部分３３は、＋ｃ軸投影方向に傾いて成長した部分３４の露出面３５からの横方向成長部であると考えられる。

【0045】

図示する（１）は、結晶片１１の端部をIII族窒化物半導体層３０の表面３２に投影した位置である。図示する（２）及び（３）は、III族窒化物半導体層３０の表面３２に現れた部分３４と部分３３の境界部分である。

【0046】

なお、本発明者は、隣接する結晶片１１各々から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が結合した後、さらに、III族窒化物半導体結晶の成長を続けると、互いのIII族窒化物半導体結晶が再び分離する場合があることを確認している。例えば、図８に示す（３）部分で互いに分離することを確認している。この場合、研磨などにより分離した箇所を除去することで、図８と同様な状態とすることができる。なお、III族窒化物半導体結晶同士が結合した後に、III族窒化物半導体結晶の成長を続けても、互いのIII族窒化物半導体結晶が分離しない場合もある。

【0047】

本実施形態では、図８に示すような、複数の結晶片１１からなる結晶片層１３と、III族窒化物半導体層３０との積層体を、基板として得る。

【0048】

図８に示すように、本実施形態の製造方法で得られる基板は、第１の面方位（例：｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面、又は、当該｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面を所定角度（±１０°以内の任意の角度）傾けた面であって、｛０００１｝面と異なる面）の主面１２を有する複数の結晶片１１が、互いの間に隙間を有し、かつ、主面１２が同一方向を向く状態で並列配置された結晶片層１３と、結晶片層１３の上に、主面１２に接して位置するIII族窒化物半導体層３０と、を有する。

【0049】

結晶片層１３における結晶片１１同士の間の隙間の幅Ｗ１（μｍ）は、０＜Ｗ≦５００を満たす。例えば、複数の結晶片１１は一次元方向に並列配置される。この場合、上記幅Ｗ１（μｍ）は、当該一次元方向の隙間の幅である。

【0050】

III族窒化物半導体層３０は、複数の結晶片１１各々の主面１２からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶が、隣接する結晶片１１の主面１２からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶と接合して形成されている。そして、III族窒化物半導体層３０における互いに接合したIII族窒化物半導体結晶同士の接合界面３１は、成長方向（図８中、下から上方向）に進むに従い、一方のIII族窒化物半導体結晶側に傾いている。図８では、図中右側に位置するIII族窒化物半導体結晶側に傾いている。そして、第１のIII族窒化物半導体結晶のペアの接合界面３１は、他のペアの接合界面３１と平面視（図中、上から下方向に観察）で重ならない。

【0051】

また、III族窒化物半導体層３０は、複数の結晶片１１各々から＋ｃ軸投影方向に傾きながら成長した部分３４と、当該部分３４に挟まれた部分３３とを含む。部分３４は、結晶片層１３の主面１２を成長面としてエピタキシャル成長した部分であり、成長方向（図中、上方向）に進むに従い＋ｃ軸投影方向に傾いている。部分３３はファセット面を有する。当該部分３３は、＋ｃ軸投影方向に傾いて成長した部分３４の露出面３５からの横方向成長部であると考えられる。

【0052】

次に、本実施形態の作用効果について説明する。

【0053】

本実施形態の製造方法では、互いの間に隙間を有する状態で複数の結晶片１１を並列配置して結晶片層１３を形成し、その上に、III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。このように隙間を設けることで、上述した部分３３及び部分３４の両方を含むIII族窒化物半導体層３０を形成することができる。この理由は明らかでないが、隙間を設けた場合、隣接する結晶片１１各々から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が互いに接し、接合するまでに一定の時間を要することとなる。この間に、部分３４の露出面３５から部分３３が横方向成長するため、上記構造を形成するものと推測される。

【0054】

以下の実施例で示すが、このように部分３３及び部分３４を含むIII族窒化物半導体層３０の場合、表面３２における図８の（２）の部分の転位密度が小さくなる。例えば、１×１０^６ｃｍ^−２以下とすることができる。（１）の部分は（２）の部分より大きいものの、ある程度は小さい転位密度となる。例えば、１×１０^７ｃｍ^−２程度とすることができる。そして、（３）の部分は計測不能なほど転位密度が大きくなる。表面３２では、（２）の部分から（１）の部分及び（３）の部分に向かうに従い、徐々に転位密度が大きくなっていく。このようなIII族窒化物半導体層３０の表面３２では、（２）の部分を含む所定のエリアの転位密度が小さくなる。

【0055】

このように、本実施形態では、特徴的な製造方法により、上述した部分３３及び部分３４を含むIII族窒化物半導体層３０を形成することができる。そして、このようなIII族窒化物半導体層３０は、表面３２における所定部分の転位密度が小さいという特徴を有する。

【0056】

本実施形態では、結晶片１１間の隙間を、隣接する結晶片１１から成長したIII族窒化物半導体結晶同士が接合する範囲で、広げることができる。図９に示すように、隙間を広げるほど、III族窒化物半導体層３０の表面に現れる部分３３の面積を大きくすることができる。結果、III族窒化物半導体層３０の表面における転位密度の少ないエリアの面積を大きくすることができる。

【0057】

また、本実施形態では、＋ｃ軸投影方向への成長が促進される成長条件で、複数の結晶片１１の上にIII族窒化物半導体結晶を成長させる。これにより、部分３４の露出面３５が傾き、ここからの横方向成長により部分３３が形成されると考えられる。

【0058】

＜第２の実施形態＞
本実施形態の基板の製造方法は、結晶片層１３を構成する結晶片１１の高さ（結晶片層１３の厚さ方向の高さ）がばらついている点で、第１の実施形態と異なる。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。例えば、結晶片１１の高さは、１μｍ以上１００μｍ以下の範囲でばらつく。なお、隣接する結晶片１１の高さは互いに異なるのが好ましい。そして、結晶片１１から成長したIII族窒化物半導体結晶が傾く先の結晶片１１の方が、高さが低いのが好ましい。例えば、＋ｃ軸投影方向に進むに従い、徐々に複数の結晶片１１の高さが低くなるようにしてもよい。

【0059】

図１８に、本実施形態の基板の模式図の一例を示す。図１８は、図８と同様の手法で基板を示している。図１８では、結晶片１１から成長したIII族窒化物半導体結晶が傾く先の結晶片１１（図中、右側の結晶片１１）の方が、高さが低くなっている。そして、＋ｃ軸投影方向に進むに従い、徐々に複数の結晶片１１の高さが低くなっている。このようにした場合、III族窒化物半導体層３０の表面に現れる部分３３の面積を大きくすることができる。そして、隣接する結晶片１１の高さの差を大きくするほど、III族窒化物半導体層３０の表面に現れる部分３３の面積を大きくすることができる。結果、III族窒化物半導体層３０の表面における転位密度の少ないエリアの面積を大きくすることができる。

【0060】

＜第３の実施形態＞
図１０は、本実施形態の基板の製造方法の処理の流れを示すフローチャートである。図示するように、本実施形態の基板の製造方法は、準備工程Ｓ１０と、形成工程Ｓ２０と、除去工程Ｓ３０とを有する。準備工程Ｓ１０、及び、形成工程Ｓ２０は、第１及び第２の実施形態と同様である。

【0061】

形成工程Ｓ２０の後に行われる除去工程Ｓ３０では、結晶片層１３とIII族窒化物半導体層３０との積層体から結晶片層１３を除去する。除去する手段は特段制限されず、例えば研磨等の手段を採用できる。

【0062】

本実施形態では、このようにして得られたIII族窒化物半導体層３０を基板として得る。なお、III族窒化物半導体層３０に対して平坦化や、側面加工等の処理を施したものを、基板として得てもよい。

【0063】

図１１に、本実施形態の基板（III族窒化物半導体層３０）の側面模式図を示す。図示するように、本実施形態の基板は、複数のIII族窒化物半導体結晶が互いに接合して形成されている。そして、互いに接合しているIII族窒化物半導体結晶同士の接合界面３１は、一方のIII族窒化物半導体結晶側に傾いている。第１のIII族窒化物半導体結晶のペアの接合界面３１は、他のペアの接合界面３１と平面視で重ならない。

【0064】

このような本実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様に、基板（III族窒化物半導体層３０）の表面３２に形成される転位が少ないエリアを広くすることができる。すなわち、転位が少ないエリアが表面３２に広く存在する基板を得ることができる。

【0065】

＜＜実施例＞＞
＜準備工程Ｓ１０＞
まず、ＧａＮのバルク結晶から、図２及び図３に示すように、ｍ軸方向に延伸する複数の結晶片１１をストライプ状に切り出した。主面１２となる切断面は、（１１−２４）面とした。

【0066】

次に、図４に示すように、基板ホルダ２０上に、複数の結晶片１１を互いの間に隙間を有し、かつ、（１１−２４）面が同一方向を向く状態で、一次元方向に並べて配置することで、結晶片層１３を準備した。結晶片１１の一次元方向の幅Ｗ２は、５０μｍ以上８０μｍ以下であった。また、結晶片１１間の隙間の幅Ｗ１は、５０μｍ以上８０μｍ以下であった。

【0067】

＜形成工程Ｓ２０＞
その後、結晶片層１３を保持した基板ホルダ２０をＨＶＰＥ装置内にセットし、V/III比＝１０、成長温度＝１０４０℃でＧａＮをエピタキシャル成長させた。

【0068】

図１２は、エピタキシャル成長後の結晶片層１３及びIII族窒化物半導体層３０の積層体の断面を示す蛍光顕微鏡像である。結晶片層１３には、２つの結晶片が写っている。図示する（１）乃至（３）は、図８を用いて説明した（１）乃至（３）部分に相当する。

【0069】

図１２より、各結晶片から成長したIII族窒化物半導体結晶は＋ｃ軸投影方向に傾いて成長が進んでいることが分かる。また、各結晶片から成長したIII族窒化物半導体結晶は互いに接合した後、（３）の位置で分離していることが分かる。

【0070】

当該実施例では、図１２に示されている積層体の表面を点線Ａの位置まで研磨したものを、基板として得た。

【0071】

＜観察＞
図１３は、図１２の積層体を図中上から下方向に観察した蛍光顕微鏡像である。図示する（１）乃至（３）は、図８を用いて説明した（１）乃至（３）部分に相当する。図１４は、（１）の部分を観察したＣＬ（Cathode Luminescence）像である。図１５は、（２）の部分を観察したＣＬ像である。図１６は、（３）の部分を観察したＣＬ像である。当該像における黒い点及びその群が転位である。

【0072】

図１４乃至図１６より、（３）の部分は多くの転位が存在することが分かる。そして、（２）の部分は最も転位が少ないことが分かる。

【0073】

図１７に、（１）乃至（３）の部分各々における転位の数をカソードルミネッセンス測定で測定した結果を示す。当該図より、（２）の部分は、（１）及び（３）の部分に比べて転位が少ないことが分かる。また、（２）の部分は、１×１０^６ｃｍ^−２以下と転位がきわめて少ないことが分かる。さらに、（１）の部分も比較的転位が少ないことが分かる。そして、（２）の部分を含む所定のエリアは、転位密度が小さいエリアになっていることが分かる。

【0074】

以下、参考形態の例を付記する。
１． 第１の面方位の主面を有する複数の結晶片が、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置された結晶片層と、
前記結晶片層の上に、前記主面に接して位置するIII族窒化物半導体層と、
を有する基板。
２． １に記載の基板において、
前記結晶片層における前記結晶片同士の間の隙間の幅Ｗ１（μｍ）は、０＜Ｗ≦５００を満たす基板。
３． １又は２に記載の基板において、
前記III族窒化物半導体層は、前記複数の結晶片各々の前記主面からエピタキシャル成長したIII族窒化物半導体結晶が、隣接する前記結晶片の前記主面からエピタキシャル成長した前記III族窒化物半導体結晶と接合して形成されている基板。
４． ３に記載の基板において、
前記III族窒化物半導体層における互いに接合した前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、成長方向に進むに従い、一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾いている基板。
５． １から４のいずれかに記載の基板において、
前記結晶片の前記結晶片層の厚さ方向の高さはばらついている基板。
６． ５に記載の基板において、
隣接する前記結晶片の前記高さは互いに異なる基板。
７． 複数のIII族窒化物半導体結晶が互いに接合して形成されており、
互いに接合している前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面は、一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾いており、第１の前記III族窒化物半導体結晶のペアの前記接合界面は、他の前記ペアの前記接合界面と平面視で重ならない基板。
８． 第１の面方位の主面を有する複数の結晶片を、互いの間に隙間を有し、かつ、前記主面が同一方向を向く状態で並列配置した結晶片層を準備する準備工程と、
前記準備工程の後、前記複数の結晶片各々の前記主面からIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させ、隣接する前記結晶片の前記主面から成長した前記III族窒化物半導体結晶同士を互いに接合させてIII族窒化物半導体層を形成する形成工程と、
を有する基板の製造方法。
９． ８に記載の基板の製造方法において、
前記形成工程では、互いに接合する前記III族窒化物半導体結晶同士の接合界面が、成長方向に進むに従い一方の前記III族窒化物半導体結晶側に傾くように前記III族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる基板の製造方法。
１０． ８又は９に記載の基板の製造方法において、
前記形成工程の後、前記結晶片層と前記III族窒化物半導体層との積層体から前記結晶片層を除去する除去工程をさらに有する基板の製造方法。

【符号の説明】

【0075】

１０ バルク結晶
１１ 結晶片
１２ 主面
１３ 結晶片層
２０ 基板ホルダ
３０ III族窒化物半導体層
３１ 接合界面
３２ 表面
１００ ＨＶＰＥ装置
１２１ 反応管
１２２ 成長領域
１２３ 基板ホルダ
１２４ ガス供給管
１２５ 配管
１２６ ガス供給管
１２７ III族原料
１２８ ソースボート
１２９ ヒータ
１３０ ヒータ
１３２ 回転軸
１３５ ガス排出管
１３６ 遮蔽板
１３７ 窒素原料ガス供給部
１３９ III族原料ガス供給部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【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】