特許 6776711 ＧａＮ単結晶およびＧａＮ単結晶製造方法

(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】6776711

(24)【登録日】2020年10月12日

(45)【発行日】2020年10月28日

(54)【発明の名称】ＧａＮ単結晶およびＧａＮ単結晶製造方法

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20201019BHJP

   H01L 21/203 20060101ALN20201019BHJP

【ＦＩ】

   C30B29/38 D

   !H01L21/203 Z

【請求項の数】23

【全頁数】25

(21)【出願番号】特願2016-155960(P2016-155960)

(22)【出願日】2016年8月8日

(65)【公開番号】特開2018-24538(P2018-24538A)

(43)【公開日】2018年2月15日

【審査請求日】2019年4月26日

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２６年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「ＳＩＰ（戦略的イノベーション創造プログラム）／次世代パワーエレクトロニクス」委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願

(73)【特許権者】

【識別番号】000006035

【氏名又は名称】三菱ケミカル株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100100549

【弁理士】

【氏名又は名称】川口 嘉之

(74)【代理人】

【識別番号】100126505

【弁理士】

【氏名又は名称】佐貫 伸一

(74)【代理人】

【識別番号】100131392

【弁理士】

【氏名又は名称】丹羽 武司

(74)【代理人】

【識別番号】100151596

【弁理士】

【氏名又は名称】下田 俊明

(72)【発明者】

【氏名】藤澤 英夫

(72)【発明者】

【氏名】三川 豊

(72)【発明者】

【氏名】川端 紳一郎

(72)【発明者】

【氏名】浪田 秀郎

(72)【発明者】

【氏名】望月 多恵

【審査官】 中田 光祐

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１１１５２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−５１８４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２９０６７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−２５４２５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｃ３０Ｂ １／００−３５／００

Ｈ０１Ｌ ２１／２０３；２１／２０８；２１／３６８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

一方側の主表面であるガリウム極性面と反対側の主表面である窒素極性面とを有し、
前記ガリウム極性面上に、帯状転位群で構成された周期的格子パターンを有し、
前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の少なくとも一部は、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸しており、
少なくともいずれかの主表面上に、下記条件（Ａ１）および（Ｂ１）の少なくとも一方を充たす長さ４０ｍｍの仮想的な線分である第一線分を少なくともひとつ引き得るＧａＮ単結晶：
（Ａ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である；
（Ｂ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。

【請求項2】

前記第一線分が前記条件（Ａ１）を充たす、請求項１に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項3】

前記第一線分が前記条件（Ａ１）に加え更に下記条件（Ａ２）を充たす、請求項２に記載のＧａＮ単結晶；
（Ａ２）前記条件（Ａ１）にいうＸＲＣ測定における第一線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。

【請求項4】

前記第一線分が前記条件（Ｂ１）を充たす、請求項１〜３のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項5】

前記第一線分を引き得る主表面上に、下記条件（Ｃ１）および（Ｄ１）の少なくとも一方を充たす長さ４０ｍｍの仮想的な線分である第二線分を少なくともひとつ引き得る、請求項１〜４のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶：
（Ｃ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射の
ＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である；
（Ｄ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。

【請求項6】

前記第二線分が前記条件（Ｃ１）を充たす、請求項５に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項7】

前記第二線分が前記条件（Ｃ１）に加え更に下記条件（Ｃ２）を充たす、請求項６に記載のＧａＮ単結晶：
（Ｃ２）前記条件（Ｃ１）にいうＸＲＣ測定における第二線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。

【請求項8】

前記第二線分が前記条件（Ｄ１）を充たす、請求項５〜７のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項9】

前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の総延長の５０％以上の部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、請求項１〜８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項10】

前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の全ての部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、請求項１〜８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項11】

前記ガリウム極性面上の、前記周期的格子パターンとは重ならない位置に、転位アレイを有する、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項12】

前記周期的格子パターンが斜方格子パターンである、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項13】

前記斜方格子パターンが長手方向の互いに異なる第一帯状転位群および第二帯状転位群から構成されており、該第一帯状転位群間のピッチと該第二帯状転位群間のピッチが異なる、請求項１２に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項14】

前記第一帯状転位群間のピッチおよび第二帯状転位群間のピッチは、一方が他方の１．５倍以上である、請求項１３に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項15】

Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＭｇおよびＣａの濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満である、
請求項１〜１４のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項16】

Ｆを含有する、請求項１〜１５のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項17】

ＦおよびＩを含有する、請求項１〜１６のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項18】

１０¹⁷ａｔｏｍｓ／ｃｍ³台またはそれより高い濃度のＨを含有する、請求項１〜１７
のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項19】

赤外吸収スペクトルの３１００〜３５００ｃｍ^-1にガリウム空孔‐水素複合体に帰属するピークを有する、請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶。

【請求項20】

請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に一種以上の窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含む窒化物半導体デバイスの製造方法。

【請求項21】

請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に一種以上の窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含むエピタキシャルウエハの製造方法。

【請求項22】

請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含む窒化物半導体結晶の製造方法。

【請求項23】

請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＧａＮ単結晶を異組成基板に接合させるステップを含む、ＧａＮ層接合基板の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、主として、ＧａＮ単結晶およびＧａＮ単結晶製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

ＧａＮ（窒化ガリウム）はIII−V族化合物半導体の一種であり、六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶構造を備える。
近年、窒化物半導体デバイス用の半導体ウエハとして単結晶ＧａＮウエハが注目されている。
窒化物半導体は、窒化物系III−V族化合物半導体、ＩＩＩ族窒化物系化合物半導体、ＧａＮ系半導体などとも呼ばれ、ＧａＮを含む他、ＧａＮのガリウムの一部または全部を他の周期表第１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ等）で置換した化合物を含む。
有用性の高い単結晶ＧａＮウエハのひとつは、Ｃ面ＧａＮウエハである。Ｃ面ＧａＮウエハとは、Ｃ面と平行またはＣ面から僅かに傾斜した主表面を持つ単結晶ＧａＮウエハである。
Ｃ面ＧａＮウエハは、［０００１］側の主表面であるガリウム極性面と、［０００−１］側の主表面である窒素極性面とを有している。窒化物半導体デバイスの形成に使用されるのは、今のところ主にガリウム極性面である。

【0003】

Ｃ面ＧａＮウエハに用いるＧａＮ単結晶の好ましい成長方法として、アモノサーマル法がある。
アモノサーマル法では、超臨界または亜臨界状態のアンモニアに溶解させたＧａＮを、シード上に単結晶として析出させる。
非特許文献１には、アモノサーマル法で成長させたＧａＮ単結晶からＣ面ＧａＮウエハを作製したこと、また、そのＣ面ＧａＮウエハの表面に面積１ｍｍ²の無転位領域が観察されたことが、報告されている。
非特許文献２には、アモノサーマル法で成長させたＧａＮ単結晶から、直径２インチのＣ面ＧａＮウエハを作製したことが報告されている。

【0004】

特許文献１には、シードとして用いるＣ面ＧａＮウエハの主表面上に直線状開口を有するパターンマスクを形成し、アモノサーマル法によって、そのパターンマスクを通して、平坦な上面を有する厚さ１６０〜５８０μｍのＧａＮ層を成長させたことが記載されている。直線状開口の延伸方向は、ｍ軸方向＜１０−１０＞またはａ軸方向＜１１−２０＞であった。鉱化剤には、ＮＨ_４Ｆ（フッ化アンモニウム）が単独で使用されている。
特許文献２には、シードとして用いるＣ面ＧａＮウエハの窒素極性面上に直線状開口を有するパターンマスクを形成し、その直線状開口を通してアモノサーマル法でＧａＮ単結晶を成長させたことが記載されている。直線状開口の各々を通して成長したＧａＮ結晶は、コアレスすることなく、［０００−１］方向に１０ｍｍも成長したとのことである。

【0005】

非特許文献３では、アモノサーマル法において各種のハロゲン化アンモニウム鉱化剤を用いたときのＧａＮ結晶の成長レートが報告されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４−１１１５２７号公報

【特許文献2】特開２０１４−２０８５７１号公報

【非特許文献】

【0007】

【非特許文献1】R.Dwilinski, R.Doradzinski, J.Garczynski, L.P.Sierzputowski,A.Puchalski, Y.Kanbara, K.Yagi, H.Minakuchi, H.Hayashi, “Excellent crystallinity of truly bulk ammonothermal GaN”, Journal of Crystal Growth 310 (2008) 3911-3916

【非特許文献2】R.Dwilinski, R.Doradzinski, J.Garczynski, L.Sierzputowski, R.Kucharski, M.Zajac, M. Rudzinski, R.Kudrawiec, J.serafnczuk, W.Strupinski, “Recent achievements in AMMONO-bulk method”, Journal of Crystal Growth 312 (2010) 2499-2502

【非特許文献3】Quanxi Bao, Makoto Saito, Kouji Hazu, Kentaro Furusawa, Yuji Kagamitani, Rinzo Kayano, Daisuke Tomida, Kun Qiao, Tohru Ishiguro, Chiaki Yokoyama, Shigefusa F. Chichibu, “Ammonothermal Crystal Growth of GaN Using an NH4F Mineralizer”,Crystal Growth & Design 4158-4161 (2013) 13

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明の主たる目的は、改善された品質を有する新規なＧａＮ単結晶を提供すること、および、改善された品質を有するＧａＮ単結晶を製造するための新規なＧａＮ単結晶製造方法を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態には以下が含まれる。
［１］一方側の主表面であるガリウム極性面と反対側の主表面である窒素極性面とを有し、少なくともいずれかの主表面上に、下記条件（Ａ１）および（Ｂ１）の少なくとも一方を充たす長さ４０ｍｍの仮想的な線分である第一線分を少なくともひとつ引き得るＧａＮ単結晶：
（Ａ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である；
（Ｂ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。
［２］前記第一線分が前記条件（Ａ１）を充たす、前記［１］に記載のＧａＮ単結晶。
［３］前記第一線分が前記条件（Ａ１）に加え更に下記条件（Ａ２）を充たす、前記［２］に記載のＧａＮ単結晶；（Ａ２）前記条件（Ａ１）にいうＸＲＣ測定における第一線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
［４］前記第一線分が前記条件（Ｂ１）を充たす、前記［１］〜［３］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［５］前記第一線分を引き得る主表面上に、下記条件（Ｃ１）および（Ｄ１）の少なくとも一方を充たす長さ４０ｍｍの仮想的な線分である第二線分を少なくともひとつ引き得る、前記［１］〜［４］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶：
（Ｃ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である；
（Ｄ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。
［６］前記第二線分が前記条件（Ｃ１）を充たす、前記［５］に記載のＧａＮ単結晶。
［７］前記第二線分が前記条件（Ｃ１）に加え更に下記条件（Ｃ２）を充たす、前記［６
］に記載のＧａＮ単結晶：（Ｃ２）前記条件（Ｃ１）にいうＸＲＣ測定における第二線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
［８］前記第二線分が前記条件（Ｄ１）を充たす、前記［５］〜［７］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［９］前記ガリウム極性面上に、帯状転位群で構成された周期的格子パターンを有する、前記［１］〜［８］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［１０］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の少なくとも一部は、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［９］に記載のＧａＮ単結晶。
［１１］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の総延長の５０％以上の部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［９］に記載のＧａＮ単結晶。
［１２］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の全ての部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［９］に記載のＧａＮ単結晶。
［１３］前記ガリウム極性面上の、前記周期的格子パターンとは重ならない位置に、転位アレイを有する、前記［９］〜［１２］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［１４］前記周期的格子パターンが斜方格子パターンである、前記［９］〜［１３］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［１５］前記斜方格子パターンが長手方向の互いに異なる第一帯状転位群および第二帯状転位群から構成されており、該第一帯状転位群間のピッチと該第二帯状転位群間のピッチが異なる、前記［１４］に記載のＧａＮ単結晶。
［１６］前記第一帯状転位群間のピッチおよび第二帯状転位群間のピッチは、一方が他方の１．５倍以上である、前記［１５］に記載のＧａＮ単結晶。
［１７］一方側の主表面であるガリウム極性面と反対側の主表面である窒素極性面とを有し、前記ガリウム極性面上に、帯状転位群で構成された周期的格子パターンを有するＧａＮ単結晶。
［１８］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の少なくとも一部が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［１７］に記載のＧａＮ単結晶。
［１９］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の総延長の５０％以上の部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［１７］に記載のＧａＮ単結晶。
［２０］前記周期的格子パターンを構成する帯状転位群の全ての部分が、前記ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［１７］に記載のＧａＮ単結晶。
［２１］前記ガリウム極性面上の、前記周期的格子パターンとは重ならない位置に、転位アレイを有する、前記［１７］〜［２０］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［２２］前記周期的格子パターンが、長手方向の互いに異なる第一帯状転位群および第二帯状転位群から構成された斜方格子パターンである、前記［１７］〜［２１］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［２３］前記第一帯状転位群間のピッチおよび前記第二帯状転位群間のピッチがいずれも１ｍｍ以上である、前記［２２］に記載のＧａＮ単結晶。
［２４］前記第一帯状転位群間のピッチおよび前記第二帯状転位群間のピッチが異なる、前記［２２］または［２３］に記載のＧａＮ単結晶。
［２５］前記第一帯状転位群間のピッチおよび第二帯状転位群間のピッチは、一方が他方の１．５倍以上である、前記［２４］に記載のＧａＮ単結晶。
［２６］Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、ＭｇおよびＣａの濃度が１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満である、［１］〜［２５］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［２７］Ｆを含有する、［１］〜［２６］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［２８］ＦおよびＩを含有する、［１］〜［２７］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［２９］１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３台またはそれより高い濃度のＨを含有する、［１］〜［２８］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［３０］赤外吸収スペクトルの３１００〜３５００ｃｍ^-1にガリウム空孔‐水素複合体に帰属するピークを有する、［１］〜［２９］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶。
［３１］前記［１］〜［２９］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に一種以上の窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含む窒化物半導体デバイスの製造方法。
［３２］前記［１］〜［２９］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に一種以上の窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含むエピタキシャルウエハの製造方法。
［３３］前記［１］〜［２９］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶を準備するステップと、該準備したＧａＮ単結晶上に窒化物半導体をエピタキシャル成長させるステップと、を含む窒化物半導体結晶の製造方法。
［３４］前記［１］〜［２９］のいずれかに記載のＧａＮ単結晶を異組成基板に接合させるステップを含む、ＧａＮ層接合基板の製造方法。

【0010】

［３５］ＧａＮの窒素極性面を有するシードを準備する第一ステップと；該第一ステップで準備したシードの該窒素極性面上に、周期的格子パターンを構成する直線状開口を有するパターンマスクを配置する第二ステップと；該第一ステップで準備したシードの該窒素極性面上に、該第二ステップで配置したパターンマスクを通して、ＧａＮ結晶をアモノサーマル的に成長させるステップであって、該ＧａＮ結晶と該パターンマスクとの間にはギャップが形成される第三ステップとを含む、ＧａＮ単結晶製造方法。
［３６］前記第二ステップで配置されたパターンマスクにおいては、前記周期的格子パターンを構成する直線状開口の少なくとも一部が、前記窒素極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［３５］に記載の製造方法。
［３７］前記第二ステップで配置されたパターンマスクにおいては、前記周期的格子パターンを構成する直線状開口の総延長の５０％以上の部分が、前記窒素極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［３５］に記載の製造方法。
［３８］前記第二ステップで配置されたパターンマスクにおいては、前記周期的格子パターンを構成する直線状開口の全ての部分が、前記窒素極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸している、前記［３５］に記載の製造方法。
［３９］前記周期的格子パターンが、長手方向の互いに異なる第一直線状開口および第二直線状開口から構成された斜方格子パターンである、前記［３５］〜［３８］のいずれかに記載の製造方法。
［４０］前記第一線状開口間のピッチおよび前記第二線状開口間のピッチがいずれも１ｍｍ以上である、前記［３９］に記載の製造方法。
［４１］前記第一直線状開口間のピッチおよび前記第二直線状開口間のピッチが異なる、前記［３９］または［４０］に記載の製造方法。
［４２］前記第一直線状開口間のピッチおよび第二直線状開口間のピッチは、一方が他方の１．５倍以上である、前記［４１］に記載の製造方法。
［４３］前記第三ステップでは、前記ＧａＮ結晶と前記パターンマスクの間にボイドが形成される、前記［３５］〜［４２］のいずれかに記載の製造方法。
［４４］更に、前記第三ステップで成長させたＧａＮ結晶をＣ面に平行または略平行にスライスするステップを含む、前記［３５］〜［４３］のいずれかに記載の製造方法。

【発明の効果】

【0011】

一実施形態によれば、改善された品質を有する新規なＧａＮ単結晶が提供される。他の一実施形態によれば、改善された品質を有するＧａＮ単結晶を製造するための、新規なＧ
ａＮ単結晶製造方法が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】図１は、実施形態に係るＧａＮ単結晶が有し得る形状を示し、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。

【図2】図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、実施形態に係るＣ面ＧａＮ基板が有し得る形状を示す斜視図である。

【図3】図３（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、円盤形のＧａＮ単結晶のガリウム極性面側を示す平面図である。

【図4】図４（ｅ）〜（ｇ）は、それぞれ、円盤形のＧａＮ単結晶のガリウム極性面側を示す平面図である。

【図5】図５は、ＧａＮ単結晶の主表面の一部を模式的に示す平面図である。

【図6】図６は、ＧａＮ単結晶をガリウム極性面側から見た平面図である。

【図7】図７は、ＧａＮ単結晶製造方法のフローチャートを示す。

【図8】図８（ａ）は、シードの一例を示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すシードが有するＧａＮの窒素極性面上に斜方格子パターンを有するパターンマスクを配置したところを示す斜視図である。

【図9】図９は、直線状開口から構成された斜方格子パターンが設けられたパターンマスクの一部を示す平面図である。

【図10】図１０（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ、ＧａＮの窒素極性面を有するシードの該窒素極性面上に、パターンマスクを配置したところを示す平面図である。

【図11】図１１（ｅ）〜（ｇ）は、それぞれ、ＧａＮの窒素極性面を有するシードの該窒素極性面上に、パターンマスクを配置したところを示す平面図である。

【図12】図１２（ａ）〜（ｅ）は、シードの窒素極性面上でＧａＮ結晶が成長する過程を示す断面図である。

【図13】図１３は、アモノサーマル法によるＧａＮ結晶の成長に使用し得る結晶成長装置を示す。

【図14】図１４は、ＧａＮ結晶のスライス位置を示す断面図である。

【図15】図１５は、ＸＲＣ測定の方向を説明するために示す、ＧａＮ単結晶の平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

ＧａＮ結晶では、［０００１］に平行な結晶軸がｃ軸、＜１０−１０＞に平行な結晶軸がｍ軸、＜１１−２０＞に平行な結晶軸がａ軸と呼ばれる。ｃ軸に直交する結晶面はＣ面（C-plane）、ｍ軸に直交する結晶面はＭ面（M-plane）、ａ軸に直交する結晶面はＡ面（A-plane）と呼ばれる。
以下において、結晶軸、結晶面、結晶方位等に言及する場合には、特に断らない限り、ＧａＮ結晶の結晶軸、結晶面、結晶方位等を意味するものとする。
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。

【0014】

１．第一実施形態
本発明の第一実施形態は、ＧａＮ単結晶に関する。
１．１．ＧａＮ単結晶
（１）外形およびサイズ
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶は、一方側の主表面とその反対側の主表面とを備える板の形状を有しており、その厚さ方向はｃ軸に平行または略平行である。該２つの主表面の一方はガリウム極性面であり、他方は窒素極性面である。主表面の形状に特に限定はない。
図１は、第一実施形態に係るＧａＮ単結晶が有し得る形状を例示する図面であり、図１（ａ）は斜視図、図１（ｂ）は側面図である。
図１を参照すると、ＧａＮ単結晶１０は円盤であり、［０００１］側の主表面であるガリウム極性面１１と、［０００−１］側の主表面である窒素極性面１２の形状は円形である。ガリウム極性面１１と窒素極性面１２とは、側面１３を介してつながっている。

【0015】

図２（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ、第一実施形態に係るＧａＮ単結晶が有し得る他の形状を例示する斜視図である。図２においては、図１に示された構成と対応する構成に、図１と同じ符号を付している（他の図面においても同様である）。
図２（ａ）〜（ｃ）において、ＧａＮ単結晶１０が有するガリウム極性面１１および窒素極性面１２の形状は、それぞれ、四角形、六角形、および八角形である。
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶の主表面は、１０ｍｍ×１０ｍｍの正方形を内包するサイズを有し、好ましくは４ｃｍ²以上、より好ましくは５ｃｍ²以上、より好ましくは１５ｃｍ²以上の面積を有する。該主表面の面積は、１８ｃｍ²以上、３８ｃｍ²以上、７１ｃｍ²以上、１６５ｃｍ²以上、２９９ｃｍ²以上または６８３ｃｍ²以上であり得る。

【0016】

第一実施形態のＧａＮ単結晶において、ガリウム極性面は（０００１）と平行であってもよく、また、（０００１）から僅かに傾斜していてもよい。ガリウム極性面の（０００１）からの傾斜は、通常１０°以下であり、好ましくは５°以下、より好ましくは２°以下であり、１°以下であってもよい。
第一実施形態のＧａＮ単結晶において、窒素極性面は（０００−１）と平行であってもよく、また、（０００−１）から僅かに傾斜していてもよい。窒素極性面の（０００−１）からの傾斜は、通常１０°以下であり、好ましくは５°以下、より好ましくは２°以下であり、１°以下であってもよい。
限定するものではないが、好ましくは、ガリウム極性面と窒素極性面は互いに平行である。

【0017】

第一実施形態のＧａＮ単結晶は、インゴットまたはウエハ（Ｃ面ＧａＮウエハ）であり得る。
第一実施形態のＧａＮ単結晶が円盤形状のインゴットまたはウエハである場合、その直径は通常２０ｍｍ以上、３０５ｍｍ以下である。該直径は、典型的には、２５ｍｍ（約１インチ）、４５〜５５ｍｍ（約２インチ）、９５〜１０５ｍｍ（約４インチ）、１４５〜１５５ｍｍ（約６インチ）、１９５〜２０５ｍｍ（約８インチ）、２９５〜３０５ｍｍ（約１２インチ）等である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶が矩形の主表面を有するインゴットまたはウエハである場合、該矩形の各辺の長さは、通常２ｃｍ以上、好ましくは３ｃｍ以上であり、また、通常１５ｃｍ以下である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶がＣ面ＧａＮウエハである場合、ハンドリングに不都合が生じない程度の強度が求められることから、その厚さは、好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上である。主表面のサイズに応じて、更に厚くすることもできる。

【0018】

Ｃ面ＧａＮウエハでは、ガリウム極性面と側面との境界を滑らかにするための面取りは、必要に応じて適宜行うことができる。窒素極性面と側面との境界についても同じである。
第一実施形態のＧａＮ単結晶の側面には、結晶の方位を表示するフラット部であるオリエンテーション・フラットを設けることができる他、ガリウム極性面と窒素極性面の識別を容易にするためのフラット部であるインデックス・フラットを設けることができる。その他、第一実施形態のＧａＮ単結晶には、必要に応じて様々なマーキングを施すことができる。

【0019】

（２）不純物
ＧａＮ結晶に不純物として含有されるアルカリ金属、アルカリ土類金属およびハロゲンの濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）で測定するのが一般的である。以下で言及するアルカリ金属、アルカリ土類金属およびハロゲンの濃度は、ＳＩＭＳで測定される、表面からの深さが１μｍ以上の部分における値である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶においては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）およびカリウム（Ｋ）のようなアルカリ金属の濃度が、好ましくは１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満、より好ましくは１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶においては、マグネシウム（Ｍｇ）およびカルシウム（Ｃａ）のようなアルカリ土類金属の濃度が、好ましくは１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満、より好ましくは１×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶は、アモノサーマル法で成長されたＧａＮ結晶を含み得るところ、塩化アンモニウム（ＮＨ₄Ｃｌ）、ヨウ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｉ）、臭化アンモニウム（ＮＨ₄Ｂｒ）、フッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）等のハロゲン化アンモニウムを鉱化剤に用いて、白金（Ｐｔ）製のカプセル内でアモノサーマル的に成長させたＧａＮ結晶における、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の濃度は、通常、１×１０¹⁶ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満である。

【0020】

ハロゲン化アンモニウムを鉱化剤に用いてアモノサーマル法で成長されたＧａＮ結晶におけるハロゲンの濃度は、鉱化剤に含まれるハロゲン種を除き、通常５×１０¹⁵ａｔｏｍｓ／ｃｍ³未満（検出下限未満）である。
ハロゲン化アンモニウムを鉱化剤に用いてアモノサーマル法で成長されたＧａＮ結晶は、通常、１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３台またはそれより高い濃度の水素（Ｈ）を含有する。かかるＧａＮ単結晶における水素濃度は、典型的には５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、更には１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり得る。第一実施形態のＧａＮ単結晶における水素濃度は、通常１０^２１ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３台以下であり、５×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、１×１０^２０ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下等であり得る。
アモノサーマル法で成長されたＧａＮ結晶は、赤外吸収スペクトルの３１００〜３５００ｃｍ^-1に、ガリウム空孔‐水素複合体（gallium vacancy‐hydrogen complex）に帰属するピークを有する。ＨＶＰＥ法やＮａフラックス法で成長されたＧａＮ結晶においてかかる赤外吸収ピークが観測されることはない。

【0021】

一例において、第一実施形態のＧａＮ単結晶は、酸素（Ｏ）、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、硫黄（Ｓ）等で意図的にドープすることにより、ｎ型導電性とすることができる。
一例において、第一実施形態のＧａＮ単結晶は、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）、マグネシウム（マグネシウム）等で意図的にドープすることにより、半絶縁性とすることができる。

【0022】

（３）帯状転位群
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶は、帯状転位群で構成された周期的格子パターンを、そのガリウム極性面上に有するものであり得る。
ＧａＮ単結晶がガリウム極性面上に有する転位は、当該ＧａＮ単結晶をエッチングすることにより、可視化することができる。適切な条件でエッチングすることにより、転位が存在する場所には光学顕微鏡、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等で観察可能なエッチピットが形成されるからである。
本発明者等が確認しているところでは、２７０℃に加熱した８９％硫酸をエッチャントに用いて１時間以上のエッチングを行うと、ＧａＮ結晶のガリウム極性面に存在する全ての種類の貫通転位（刃状転位、螺旋転位および混合転位）に対応したエッチピットが確実に形成される。

【0023】

第一実施形態に係るＧａＮ単結晶がガリウム極性面上に有し得る、帯状転位群からなる周期的格子パターンのいくつかの例を図３および図４に示す。
図３および図４に含まれる各図面は、第一実施形態に係る円盤形のＧａＮ単結晶１０のガリウム極性面１１側を示す平面図である。いずれの図面においても、破線で示す帯状転位群１４が、ガリウム極性面１１上で周期的格子パターンを構成している。
図３（ａ）において帯状転位群１４が形成するのは、斜方格子パターンである。
図３（ｂ）において帯状転位群１４が形成するのは、傾斜したレンガ格子パターンである。
図３（ｃ）において帯状転位群１４が形成するのは、ヘリンボーン格子パターンである。
図３（ｄ）において帯状転位群１４が形成するのは、斜方格子パターンと傾斜したレンガ格子パターンの折衷パターンである。

【0024】

図４（ｅ）において帯状転位群１４が形成するのは、三角格子パターンである。
図４（ｆ）において帯状転位群１４が形成するのは、扁平六角格子パターンである。
図４（ｇ）において帯状転位群１４が形成するのは、毘沙門亀甲格子パターンである。
一例に係るＧａＮ単結晶では、ガリウム極性面上で周期的格子パターンを構成する帯状転位群の少なくとも一部が、ガリウム極性面とＭ面［（１−１００）面、（１０−１０）面または（０１−１０）面］との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していてもよい。
一例に係るＧａＮ単結晶では、ガリウム極性面上で周期的格子パターンを構成する帯状転位群の総延長の５０％以上の部分が、ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していてもよい。
一例に係るＧａＮ単結晶では、ガリウム極性面上で周期的格子パターンを構成する帯状転位群の全ての部分が、ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していてもよい。

【0025】

第一実施形態に係るＧａＮ単結晶がガリウム極性面上に有してもよい帯状転位群は、当該ＧａＮ単結晶が製造される過程で、パターンマスクを用いたＳＡＧ（Selective Area Growth）技法が使用されたことを示す痕跡である。ここでいう「当該ＧａＮ単結晶が製造される過程」には、「当該ＧａＮ単結晶」を成長させるために使用されたシードの製造過程も含まれる。
例えば、ＧａＮの窒素極性面上に、直線状開口からなる六角格子パターンを有するパターンマスクを配置し、該パターンマスクを通して該窒素極性面上に成長させたＧａＮ単結晶のガリウム極性面には、シードから引き継がれた貫通転位群からなる六角格子パターンが現れる。この六角格子パターンの形状、サイズ、方位等は、該パターンマスクに設けられた、直線状開口からなる六角格子パターンのそれを反映している。
このＧａＮ単結晶のガリウム極性面または窒素極性面上に更にＧａＮ結晶を成長させると、該六角格子パターンは成長したＧａＮ結晶にも引き継がれる。

【0026】

図５は、第一実施形態に係るＧａＮ単結晶の主表面の一部を模式的に示す平面図である。図５を参照すると、ＧａＮ単結晶１０がガリウム極性面１１上に有する帯状転位群１４は２種類、すなわち、長手方向が互いに異なる第一帯状転位群１４１および第二帯状転位群１４２である。複数の該第一帯状転位群１４１と複数の該第二帯状転位群１４２とによって四角格子パターンが構成されている。
帯状転位群１４を構成する貫通転位は、ＧａＮ単結晶１０の成長時に用いたシードから引き継がれたもので、該帯状転位群１４が構成する斜方格子パターンは、ＧａＮ単結晶１０を該シードの表面上に成長させる際に、該表上に設置されたパターンマスクが有していた開口のパターンを反映している。

【0027】

第帯状転位群１４１と第二帯状転位群１４２は、少なくとも一方が、ガリウム極性面１１とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していることが好ましい。
第一帯状転位群１４１の総延長が第二帯状転位群１４２の総延長と同等以上であるときは、少なくとも第一帯状転位群が、ガリウム極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していることが好ましい。換言すれば、帯状転位群１４１の総延長の５０％以上の部分が、該方向に延伸していることが好ましい。
より好ましいのは、第帯状転位群１４１と第二帯状転位群１４２の両方が、ガリウム極性面１１とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していることである。

【0028】

第一帯状転位群１４１間のピッチと第二帯状転位群１４２間のピッチは、それぞれ、好ましくは１ｍｍ以上であり、より好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上、より好ましくは４ｍｍ以上であり、また、通常２０ｍｍ以下である。
ここでいうピッチは、隣り合う２つの帯状転位群間の、中心線間距離である。
図５では、第一帯状転位群１４１間のピッチよりも第二帯状転位群１４２間のピッチの方が大きいが、両者は同じであってもよい。好適例においては、第一帯状転位群１４１間のピッチと第二帯状転位群１４２間のピッチのうち、一方が他方の１．５倍以上、更には２倍以上であってもよい。

【0029】

ＧａＮ単結晶１０のガリウム極性面１１には、斜方格子パターンを成す帯状転位群１４に加え、該斜方格子パターンとは重ならない位置に転位アレイ１５を有している。この転位アレイ１５は、ＧａＮ単結晶１０の成長過程において生じたコアレスに起因して形成されたものである。
ＧａＮ単結晶１０のガリウム極性面１１における転位密度は、ＧａＮ単結晶１０を成長させるときに用いられたシードの品質によって変化する。好適例では、１００μｍ×１００μｍの正方形領域内に存在する転位の数が、帯状転位群１４上および転位アレイ１５上を除いて、平均的に１個以下（転位密度１×１０^４ｃｍ^-2以下）である。帯状転位群１４上においては、１００μｍ×１００μｍの正方形領域内の転位の数が、多い場所では１００個を超え得るが、通常は１００個未満（転位密度１×１０^６ｃｍ^-2未満）である。

【0030】

（４）結晶性
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶においては、その少なくとも一方の主表面上に、下記条件（Ａ１）および（Ｂ１）の少なくとも一方、好ましくは両方を充たす、長さ４０ｍｍの線分である第一線分を、少なくともひとつ引き得ることが望ましい。
（Ａ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である。
（Ｂ１）当該第一線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第一線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。
ＸＲＣとは、Ｘ線ロッキングカーブ（またはＸ線回折ロッキングカーブ）のことで、そのＦＷＨＭ（Full Width at Half Maximum）は、結晶の品質評価に一般的に用いられている指標である。
上記条件（Ｂ１）にいうＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差は、簡単にいえば、当該ＧａＮ単結晶におけるｃ軸の方向が第一線分上でどのくらい変動しているかを表している。

【0031】

前記第一線分は、前記条件（Ａ１）に加え、更に下記条件（Ａ２）を充たすことが好ま
しい。
（Ａ２）前記条件（Ａ１）にいうＸＲＣ測定における第一線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
第一実施形態のＧａＮ単結晶において、上記第一線分は、ガリウム極性面と窒素極性面の少なくともいずれかに引くことができればよい。場合によっては主表面の片方が粗面仕上げされていて、ＸＲＣ測定に適さないことがあり得る。両主表面がＸＲＣ測定可能に仕上げられたＧａＮ単結晶の場合、一方の主表面に第一線分を引くことができれば、他方の主表面にも第一線分を引き得ることが多い。
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶の主表面上に引き得る上記第一線分のうち、少なくともひとつは、該主表面の中心（重心）を通ることが望ましいが、限定されるものではない。

【0032】

第一実施形態のＧａＮ単結晶においては、上記第一線分を引き得る主表面上に、下記条件（Ｃ１）および（Ｄ１）の少なくとも一方、好ましくは両方を充たす、長さ４０ｍｍの仮想的な線分である第二線分を、少なくともひとつ引き得ることが望ましい。
（Ｃ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのＦＷＨＭの最大値が４０ａｒｃｓｅｃ未満である。
（Ｄ１）第二線分は前記第一線分の少なくともひとつと直交し、かつ、当該第二線分上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を当該第二線分と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全測定点間でのＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差が０．２°未満である。

【0033】

前記第二線分は、前記条件（Ｃ１）に加え、更に下記条件（Ｃ２）を充たすことが好ましい。
（Ｃ２）前記条件（Ｃ１）にいうＸＲＣ測定における第二線分上の全測定点の９８％以上でＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶の主表面上に引き得る上記第二線分のうち、少なくともひとつは、該主表面の中心（重心）を通ることが望ましいが、限定されるものではない。

【0034】

第一線分に該当する仮想的な線分および第二線分に該当する仮想的な線分を主表面上に引くことのできるＧａＮ単結晶の一例を図６に示す。
図６に示すＧａＮ単結晶１０は、（０００１）面に平行または略平行なガリウム極性面１１を有するＧａＮウエハまたはＧａＮインゴットであり、そのガリウム極性面１１には、第一線分に該当する仮想的な線分ＬＳ１と、第二線分に該当する仮想的な線分ＬＳ２を引くことができる。
線分ＬＳ１はｍ軸に平行であってもよく、その場合、線分ＬＳ１に直交する線分ＬＳ２はａ軸に平行である。
線分ＬＳ１および線分ＬＳ２は、長さがいずれも４０ｍｍであり、かつ、いずれもガリウム極性面１１の略中心を通過している。

【0035】

線分ＬＳ１上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を線分ＬＳ１と平行にして（００２）反射のＸＲＣを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全部で２００個の測定点間における、ＸＲＣのＦＷＨＭの最大値は４０ａｒｃｓｅｃ未満である。好ましくは、該２００個の測定点のうち９８％以上で、ＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
更に、該２００個の測定点間におけるＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差は０．２°未満であってもよく、好ましくは０．１５°未満、より好ましくは０．１°未満である。

【0036】

線分ＬＳ２上において、各ωスキャンの際のＸ線入射面を線分ＬＳ２と平行にして（００２）反射のＸＲＣ−ＦＷＨＭを０．２ｍｍ間隔で測定したとき、全部で２００個の測定点間における、ＸＲＣのＦＷＨＭの最大値は４０ａｒｃｓｅｃ未満である。好ましくは該２００個の測定点のうち９８％以上で、ＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ未満である。
更に、該２００個の測定点間におけるＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差は０．２°未満であってもよく、好ましくは０．１５°未満、より好ましくは０．１°未満である。

【0037】

１．２．ＧａＮ単結晶の用途
（１）シード
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶は、気相法、液相法およびアモノサーマル法を含む各種の方法で窒化物半導体結晶を成長させる際に、シードとして用いることができる。
例えば、第一実施形態に係るＣ面ＧａＮウエハ上に、任意の方法でＧａＮをエピタキシャル成長させて、バルクＧａＮ単結晶を得ることができる。
他の一例では、第一実施形態に係るＧａＮ単結晶をシードに用いて第一のバルクＧａＮ単結晶を成長させ、その後、その第一のＧａＮ単結晶の一部または全部をシードに用いて、第二のバルクＧａＮ単結晶を成長させることができる。

【0038】

（２）窒化物半導体デバイス
第一実施形態に係るＧａＮ単結晶がＣ面ＧａＮウエハである場合、そのＣ面ＧａＮウエハを用いて、窒化物半導体デバイスを製造することができる。
通常は、Ｃ面ＧａＮウエハ上に一種以上の窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、窒化物半導体デバイス構造を備えたエピタキシャルウエハを形成する。エピタキシャル成長法として、薄膜の形成に適したＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、パルス蒸着法などを好ましく用いることができる。窒化物半導体デバイス構造は、Ｃ面ＧａＮウエハのガリウム極性面上または窒素極性面上のいずれに形成することも可能である。
エッチング加工がなされたり、電極や保護膜など必要な構造が付与されたりした後、エピタキシャルウエハは分断されて窒化物半導体デバイスチップとなる。

【0039】

窒化物半導体デバイスの具体例としては、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光デバイス、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High
Electron Mobility Transistor）などの電子デバイス、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、太陽電池等が挙げられる。
その他、第一実施形態に係るＣ面ＧａＮウエハは、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、電圧アクチュエータ、人工光合成デバイス用電極等の用途にも適用可能である。

【0040】

（３）ＧａＮ層接合基板
一例では、第一実施形態のＧａＮ単結晶を用いて、ＧａＮ層接合基板を製造することができる。
ＧａＮ層接合基板とは、ＧａＮとは異なる化学組成を有する異組成基板にＧａＮ層が接合した構造を有する複合基板であり、発光デバイスその他の半導体デバイスの製造に使用することができる。異組成基板としては、サファイア基板、ＡｌＮ基板、ＳｉＣ基板、ＺｎＳｅ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、石英基板、スピネル基板、カーボン基板、ダイヤモンド基板、Ｇａ₂Ｏ₃基板、ＺｒＢ₂基板、Ｍｏ基板、Ｗ基板、セラミックス基板などが例示される。
ＧａＮ層接合基板の構造、製造方法、用途等の詳細については、特開２００６−２１０６６０号公報、特開２０１１−４４６６５号公報等を参照することができる。

【0041】

ＧａＮ層接合基板は、典型的には、ＧａＮ単結晶の主表面近傍にイオンを注入する工程と、そのＧａＮ単結晶の該主表面側を異組成基板に接合させる工程と、イオン注入された領域を境として該ＧａＮ単結晶を２つの部分に切り離すことによって、異組成基板に接合したＧａＮ層を形成する工程とを、この順に実行することによって製造される。
イオン注入を行わないやり方として、ＧａＮ単結晶を異組成基板に接合させた後、該ＧａＮ単結晶を機械的に切断して、異組成基板に接合したＧａＮ層を形成する方法も開発されている。
いずれの方法で製造するにせよ、第一実施形態のＧａＮ単結晶を材料に用いた場合には、第一実施形態のＧａＮ単結晶から分離されたＧａＮ層が、異組成基板に接合された構造のＧａＮ層接合基板が得られる。

【0042】

２．第二実施形態
本発明の第二実施形態は、ＧａＮ単結晶製造方法に関する。
第二実施形態に係るＧａＮ単結晶製造方法は、例えば、前述の第一実施形態に係るＧａＮ単結晶を製造するために使用することができる。
２．１．ＧａＮ単結晶製造方法
第二実施形態に係るＧａＮ単結晶製造方法のフローチャートを図７に示す。この方法は、順次実行される下記ステップＳ１〜Ｓ３を含む。
Ｓ１：ＧａＮの窒素極性面を有するシードを準備するステップ。
Ｓ２：ステップＳ１で準備したシードが有するＧａＮの窒素極性面上にパターンマスクを配置するステップ。
Ｓ３：ステップＳ１で準備したシードが有するＧａＮの窒素極性面上に、ステップＳ２で配置したパターンマスクを通して、ＧａＮ結晶を成長させるステップ。

【0043】

各ステップの詳細は以下の通りである。
（１）ステップＳ１
ステップＳ１では、ＧａＮの窒素極性面を有するシードを準備する。好ましいＧａＮシードは、ＨＶＰＥ法または酸性アモノサーマル法で成長させたバルクＧａＮ結晶を加工して得られるＣ面ＧａＮ基板であり、本２．１．項で説明する方法で成長させたバルクＧａＮ結晶から作られるものであってもよい。
シード用のＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法で製造する場合、ＤＥＥＰ（epitaxial-growth with inverse-pyramidal pits）［K. Motoki et al., Journal of Crystal Growth 237-239 (2002) 912］、ＶＡＳ（Void-Assisted Separation）［Y. Oshima et al., Japanese Journal of Applied Physics 42 (2003) L1］、Ａｄｖａｎｃｅｄ−ＤＥＥＰ［K. Motoki et
al., Journal of Crystal Growth 305 (2007) 377］等の技法を適宜使用することができる。

【0044】

シードを作製するうえで必要とされるＧａＮ結晶のスライス、切断面の平坦化、切断面からのダメージ層除去等に必要な技法の詳細は当業者によく知られているので、特に説明を要さない。窒素極性面は、好ましくはＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）仕上げすることによって、平坦化とダメージ層の除去を行う。
シードの窒素極性面は、（０００−１）と平行であってもよく、また、（０００−１）から僅かに傾斜していてもよい。該窒素極性面の（０００−１）からの傾斜は、好ましくは２°以下、より好ましくは１°以下である。

【0045】

（２）ステップＳ２
ステップＳ２では、ステップＳ１で準備したシードが有するＧａＮの窒素極性面上に、ＧａＮの成長が可能な領域を制限するためのパターンマスクを配置する。
パターンマスクの表面を形成する材料は、好ましくは白金族金属、すなわちルテニウム
（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、オスミウム（Ｏｓ）、イリジウム（Ｉｒ）および白金（Ｐｔ）から選ばれる金属であり、であり、特に好ましくは白金である。パターンマスクは、白金族金属またはその合金からなる単層膜であってもよいが、好ましくは、白金族金属よりもＧａＮ結晶との密着性の良い金属からなる下地層の上に表層として白金族金属層を積層してなる多層膜である。該下地層の材料として、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、チタン（Ｔｉ）およびこれらから選ばれる１種以上を含む合金が例示されるが、限定するものではない。

【0046】

パターンマスクには、周期的格子パターンが構成されるように直線状開口を設ける。一例を、図８および図９を参照して説明する。
図８（ａ）は、シードの一例を示す斜視図である。シード２０は、円盤形のＣ面ＧａＮウエハであり、ガリウム極性面２１、窒素極性面２２および側面２３を有している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のシード２０の窒素極性面２２上に、直線状開口３１からなる斜方格子パターンを有するパターンマスク３０を配置したところを示す斜視図である。
図９は、該パターンマスク３０のみを抜き出して示す平面図である。

【0047】

図９を参照すると、パターンマスク３０は、互いに延伸方向の異なる第一直線状開口３１１および第二直線状開口３１２から構成された斜方格子パターンを有している。
第一直線状開口３１１間のピッチＰ_１および第二直線状開口３１２間のピッチＰ_２は、それぞれ一定である。ここでいうピッチは、互いに平行な隣り合う２つの直線状開口間の、中心線間距離である。
第一直線状開口３１１の線幅Ｗ_１および第二直線状開口の線幅Ｗ_２は、通常５μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ以上であり、また、通常５００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下、より好ましくは１００μｍ以下である。

【0048】

第一直線状開口３１１間のピッチＰ_１および第二直線状開口３１２間のピッチＰ_２は、それぞれ、通常１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上であり、より好ましくは４ｍｍ以上であり、また、通常２０ｍｍ以下である。
図９では、第一直線状開口３１１間のピッチＰ₁よりも第二直線状開口３１２間のピッチＰ₂の方が大きいが、両者は同じであってもよい。ピッチＰ₁とピッチＰ₂が異なっている方が、後のステップＳ３でＧａＮ結晶を成長させたときに、パターンマスクの非開口部の上方に生じる貫通穴が閉塞し易い傾向があるので、第一直線状開口３１１間のピッチＰ₁と第二直線状開口３１２間のピッチＰ₂は、一方が他方の１．５倍以上であることが好ましく、２倍以上であることがより好ましい。

【0049】

第一直線状開口３１１と第二線状開口３１２の延伸方向は、窒素極性面２２とＭ面との交線の方向のひとつを第一基準方向、他のひとつを第二基準方向として表すと便利である。
例えば、第一基準方向が窒素極性面２２と（１−１００）面との交線の方向であるとき、第二基準方向は、（１０−１０）面または（０１−１０）面と窒素極性面２２との交線の方向である。
限定するものではないが、一例では、第一直線状開口３１１の延伸方向が第一基準方向と成す角度θ_１と、第二直線状開口３１２の延伸方向が該二基準方向と成す角度θ_２の、少なくとも一方を、１２°±５°とすることができる。
第一線状開口３１１の総延長が第二線状開口３１２の総延長と同等以上であるときは、少なくとも角度θ_１が１２°±５°であることが好ましい。換言すれば、線状開口３１の総延長の５０％以上の部分が、ＧａＮシードの窒素極性面とＭ面との交線との間で１２°±５°の角度をなす方向に延伸していることが好ましい。
より好ましいのは、角度θ_１および角度θ_２の両方が１２±５°、すなわち、線状開口３１の全ての部分が、ＧａＮシードの窒素極性面とＭ面との交線との間で１２±５°の角
度をなす方向に延伸していることである。
角度θ_１およびθ_２は、１２±３°、１２±２°、１２±１°等であってもよい。
直線状開口をこのように配向させることは、後のステップＳ３でＧａＮ結晶を成長させたときに、パターンマスクの非開口部の上方に生じる貫通穴の閉塞を促進するうえで有利である。
第一線状開口３１１と第線状開口３１２とがなす角度θ_１２は、限定するものではないが、６０°±１０°、６０°±５°、６０°±３°、６０°±１°等であり得る。

【0050】

パターンマスクに設けることのできる、各種の周期的格子パターンを、図１０および図１１に例示する。
図１０および図１１に含まれる各図面は、ＧａＮの窒素極性面を有するシードの該窒素極性面上に、パターンマスクを配置したところを示す平面図である。いずれの図面に示す例においても、パターンマスクには直線状開口で構成された周期的格子パターンが設けられている。
図１０（ａ）において直線状開口３１が形成するのは、斜方格子パターンである。
図１０（ｂ）において直線状開口３１が形成するのは、傾斜したレンガ格子パターンである。
図１０（ｃ）において直線状開口３１が形成するのは、ヘリンボーン格子パターンである。
図１０（ｄ）において直線状開口３１が形成するのは、斜方格子パターンと傾斜したレンガ格子パターンの折衷パターンである。
図１１（ｅ）において直線状開口３１が形成するのは、三角格子パターンである。
図１１（ｆ）において直線状開口３１が形成するのは、六角格子パターンである。
図１１（ｇ）において直線状開口３１が形成するのは、毘沙門亀甲格子パターンである。

【0051】

（３）ステップＳ３
ステップＳ３では、ステップＳ１で準備したシードが有するＧａＮの窒素極性面上に、ステップＳ２で配置したパターンマスクを通して、ＧａＮ結晶をアモノサーマル的に成長させる。
ＧａＮの窒素極性面上にパターンマスクが配置されたシード上でＧａＮ結晶が成長する過程を、図１２を参照しつつ説明する。
図１２（ａ）は、ＧａＮ結晶の成長が始まる前の状態を示す。シード２０の窒素極性面２２上には、直線状開口３１を備えたパターンマスク３０が形成されている。
図１２（ｂ）は、パターンマスク３０の開口３１の内側でＧａＮ結晶４０が成長し始めたところを示す。
パターンマスク３０を通り抜けると、ＧａＮ結晶４０は、図１２（ｃ）に示すように、［０００−１］方向だけではなく、ラテラル方向（窒素極性面２２に平行な方向）にも成長するが、ＧａＮ結晶４０とパターンマスク３０の上面との間にはギャップＧが形成される。その結果、パターンマスク３０との接触により起こり得るＧａＮ結晶４０の配向乱れが抑制される。

【0052】

図１２（ｃ）に示す成長段階では、ＧａＮ結晶４０は、パターンマスク３０の非開口部の上方に貫通穴Ｔを有している。
ＧａＮ結晶４０が更に成長することにより、ギャップＧは徐々に埋まるが、完全に埋まることはなく、図１２（ｄ）に示すように、ボイドＶを残した状態で貫通穴Ｔの上部が塞がる。
貫通穴Ｔが塞がった後、図１２（ｅ）に示すように、ＧａＮ結晶４０を［０００−１］方向に更に成長させる。ＧａＮシード２０とＧａＮ結晶４０と間に発生する応力が、ボイドＶによって緩和され、ひいては、ＧａＮ結晶４０の歪が低減されると考えられる。
貫通穴Ｔが塞がった後の、ＧａＮ結晶４０の［０００−１］方向の成長量は、通常１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは３ｍｍ以上であり、特に上限は無い。
注記すると、ステップＳ３において、ＧａＮ結晶はＧａＮシード２０のガリウム極性面２１上でも成長するが、図１２では図示を省略している。
図１２（ｄ）の段階で貫通穴Ｔが閉じるときに、コアレス面で転位が発生するか、あるいは、コアレス面で転位が一斉に［０００−１］方向に曲げられるかの、いずれかまたは両方の理由により、図１２（ｅ）の段階で形成されるＧａＮ結晶から切り出されるＣ面ＧａＮ基板の主表面には、転位アレイが現れる。該転位アレイの形状は、該コアレス面を［０００−１］方向に延長した延長面と、該Ｃ面基板の主表面とが形成する交線の形状である。

【0053】

一例では、ステップＳ３において、貫通穴Ｔの全部または一部が塞がれずに残った状態で、ＧａＮ結晶４０の成長を終了させてもよいが、そうした場合、成長させたＧａＮ結晶４０をどの位置でスライスしても、主表面間に貫通穴があるＣ面ＧａＮウエハしか得られない。この主表面に貫通穴を有するＣ面ＧａＮウエハは、半導体デバイス用の基板としての使用には適さないが、フッ素を含有する酸性鉱化剤を用いてバルクＧａＮ結晶をアモノサーマル的に成長させるときに、シードとして使用することが可能である。酸性鉱化剤がＦを含有すると、シードに貫通穴があっても、それを塞ぐようにＧａＮ結晶が成長するからである。

【0054】

ステップＳ３におけるＧａＮ結晶のアモノサーマル成長は、図１３に示すタイプの結晶成長装置を用いて行うことができる。
図１３を参照すると、結晶成長装置１００は、筒形のオートクレーブ１０１と、その中に設置される筒形の成長容器１０２を備えている。
成長容器１０２は好ましくは白金製で、バッフル１０３で相互に区画された原料溶解ゾーン１０２ａおよび結晶成長ゾーン１０２ｂを内部に有する。原料溶解ゾーン１０２ａにはフィードストックＦが置かれる。結晶成長ゾーン１０２ｂには、白金ワイヤー１０４で吊されたシードＳが設置される。
真空ポンプ１０５、アンモニアボンベ１０６および窒素ボンベ１０７が接続されたガスラインが、バルブ１０８を介してオートクレーブ１０１および成長容器１０２と接続される。成長容器１０２にアンモニアを入れる際には、アンモニアボンベ１０６から供給されるアンモニアの量をマスフローメーター１０９で確認することが可能となっている。

【0055】

フィードストックには、加熱下で金属ガリウムに塩化水素ガスを接触させて得られる塩化ガリウムガスと、アンモニアガスとを反応させる方法で製造した多結晶ＧａＮを、好ましく用いることができる。
フィードストックの溶解を促進するための鉱化剤には、塩化アンモニウム（ＮＨ_４Ｃｌ）、臭化アンモニウム（ＮＨ_４Ｂｒ）およびヨウ化アンモニウム（ＮＨ_４Ｉ）から選ばれる一種以上のハロゲン化アンモニウムと、フッ化アンモニウム（ＮＨ₄Ｆ）とを組合せて用いることが好ましい。特に好ましくは、フッ化アンモニウムとヨウ化アンモニウムを併用する。

【0056】

例えば成長温度を６５０℃以下とする場合、鉱化剤にフッ化アンモニウム以外のハロゲン化アンモニウムのみを用いることは推奨されない。なぜなら、ＧａＮ結晶の成長方向が実質的に［０００−１］方向のみとなり、ラテラル方向成長が起こらないからである。
一方、フッ化アンモニウムを単独で用いた場合はラテラル成長が強く促進されるので、図１２に示す態様でＧａＮ結晶を成長させること、すなわち、パターンマスクとの間にギャップが形成されるようにＧａＮ結晶を成長させることが難しい。

【0057】

シードＳ上にＧａＮ結晶を成長させる際には、オートクレーブ１０１と成長容器１０２
の間の空間にもアンモニアを入れたうえで、オートクレーブ１０１の外側からヒーター（図示せず）で加熱して、成長容器１０２内を超臨界状態または亜臨界状態とする。
フィードストックＦが十分に溶解して溶媒が飽和状態に達するまでの間は、シードＳの表面でもエッチングが生じる。必要な場合には、成長開始前に、シードＳのエッチバックを促進させる目的のために、原料溶解ゾーン１０２ａと結晶成長ゾーン１０２ｂの間の温度勾配を結晶成長時とは逆にする温度反転期間を設けることもできる。
成長温度は、好ましくは５５０℃以上である。１０００℃以上の成長温度を使用することは妨げられないが、７００℃以下であっても十分に品質の高いＧａＮ結晶を成長させることが可能である。
成長圧力は、例えば、１００〜２５０ＭＰａの範囲内で設定することができるが、限定するものではない。

【0058】

一例として、鉱化剤としてフッ化アンモニウムとヨウ化アンモニウムを、アンモニアに対するモル比でそれぞれ０．５％および４．０％となるように使用し、かつ、圧力が約２２０ＭＰａ、原料溶解ゾーンの温度Ｔｓと結晶成長ゾーンの温度Ｔｇの平均値が約６００℃、これら２つのゾーン間の温度差Ｔｓ−Ｔｇが約５℃（Ｔｓ＞Ｔｇ）という条件で、ＧａＮ結晶を成長させることができる。
原料溶解ゾーンと結晶成長ゾーンの温度差を大きくすることによって、ＧａＮ結晶の成長レートを高くすることが可能であるが、成長レートが高過ぎる場合には、ＧａＮ結晶の成長が図１２（ｃ）の段階から図１２（ｄ）の段階に進み難くなる、すなわち、ＧａＮ結晶の貫通穴が閉じ難くなるという問題が生じ得る。
ステップＳ３では、フィードストックが使い尽くされる度に成長容器を交換し、ＧａＮ結晶の再成長を繰り返すことができる。

【0059】

成長させたＧａＮ結晶は、様々な位置でスライスすることができる。例えば、図１４（ａ）に破線で示す位置でＧａＮ結晶４０をスライスすると、得られるＣ面ＧａＮウエハは貫通穴を有さないので、半導体デバイス用の基板その他の用途に好適に使用可能である。一方、図１４（ｂ）に破線で示す位置でＧａＮ結晶４０をスライスした場合、得られるＣ面ＧａＮウエハは主表面に貫通穴を有するため、半導体デバイス用の基板としての使用には適さないが、フッ素を含有する酸性鉱化剤を用いてバルクＧａＮ結晶をアモノサーマル的に成長させるときに、シードとして使用可能である。

【0060】

スライスの方向は、切断面の方位が［０００１］または［０００−１］から１０°以内であればよく、目的または要求に応じて適宜定めることができる。スライスには、例えば、ワイヤソーを用いることができる。切断面の平坦化は、グラインディングとラッピングのいずれかまたは両方によって行うことができる。切断面からのダメージ層除去は、ＣＭＰとエッチングのいずれかまたは両方によって行うことができる。
スライス厚は、目的に応じて適宜定めることができるが、通常は１００μｍ以上であり、かつ、２０ｍｍ以下である。

【0061】

２．２．ＧａＮ単結晶の用途
第二実施形態のＧａＮ単結晶製造方法を用いて製造されるＧａＮ単結晶は、窒化物半導体デバイスの製造、および、ＧａＮ層接合基板の製造に、好ましく使用することができる。
窒化物半導体デバイスの具体例としては、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光デバイス、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High
Electron Mobility Transistor）などの電子デバイス、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、太陽電池等が挙げられる。

【0062】

第二実施形態のＧａＮ単結晶製造方法を用いて製造されるＧａＮ単結晶は、様々な結晶
成長方法でバルクＧａＮ結晶を成長させるためのシードとして使用することもできる。
第二実施形態のＧａＮ単結晶製造方法を用いて製造されるＧａＮ単結晶の窒素極性面上には、パターンマスクを設けることなく、酸性アモノサーマル法でＧａＮ単結晶を成長させることが可能である。
その場合も、成長装置には図１３に示すタイプのものを好ましく用いることができる。フィードストックには、加熱下で単体ＧａにＨＣｌガスを接触させて得られる気体ＧａＣｌと、ＮＨ_３ガスとを反応させる方法で製造した多結晶ＧａＮを、好ましく用いることができる。
鉱化剤には、ＮＨ_４Ｆを好ましく用いることができる。ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４ＢｒおよびＮＨ_４Ｉから選ばれる一種以上のハロゲン化アンモニウムをＮＨ_４Ｆと併用してもよく、例えば、ＮＨ_４ＦとＮＨ_４Ｉを併用してよい。
ＮＨ_４Ｆの濃度は、ＮＨ_３に対するモル比で０．１〜１％とすることができる。ＮＨ_４Ｆ以外のハロゲン化アンモニウムの濃度は、ＮＨ_３に対するモル比で１〜５％とすることができる。
圧力および温度については、例えば、１００〜２５０ＭＰａの範囲内および５５０〜６５０℃の範囲内でそれぞれ設定することができるが、限定するものではない。

【0063】

３．実験結果
（１）シードの準備
シードとして、ＨＶＰＥ法で成長されたＧａＮ結晶から作製された直径２インチの円盤形のＣ面ＧａＮウエハを準備した。該シードの窒素極性面とガリウム極性面は、両方がＣＭＰ仕上げされた。窒素極性面の方位は［０００−１］から１°以内であった。

【0064】

（２）パターンマスクの形成
準備したシードの窒素極性面上に、１００ｎｍ厚のＴｉＷ層上に１００ｎｍ厚のＰｔ層を有する積層膜からなるパターンマスクを、リフトオフ法で形成した。
パターンマスクには、互いに異なる延伸方向を有する第一直線状開口および第二直線状開口から構成された斜方格子パターンを設けた。
第一直線状開口の延伸方向は、シードにおける窒素極性面とＭ面との交線のひとつから１２°傾けた。第一直線状開口の延伸方向と第二直線状開口の延伸方向とがなす角度は６０°とした。従って、第二直線状開口の延伸方向は、シードにおける窒素極性面とＭ面との交線の他のひとつから１２°傾斜した方向となった。
第一直線状開口および第二直線状開口の線幅は、いずれも５０μｍとした。第一直線状開口間のピッチは４ｍｍとし、第二直線状開口間のピッチは１２ｍｍとした。

【0065】

（３）アモノサーマル法によるＧａＮ結晶の成長
上記シードの窒素極性面上に、上記パターンマスクを通して、ＧａＮ結晶をアモノサーマル的に成長させた。
フィードストックには、アンモニアと塩化ガリウム（ＧａＣｌ）を気相反応させる方法で製造した多結晶ＧａＮを用い、鉱化剤にはフッ化アンモニウムおよびヨウ化アンモニウムを用いた。
フッ化アンモニウムおよびヨウ化アンモニウムの量は、成長容器内に入れるアンモニアに対するモル比で、それぞれ０．５％および４．０％とした。ヨウ化アンモニウムは、アンモニアを入れた後の成長容器内にヨウ化水素（ＨＩ）を導入することにより生成させた。

【0066】

成長条件は、結晶成長ゾーンの温度Ｔｇと原料溶解ゾーンの温度Ｔｓの平均値を５９８℃、結晶成長ゾーンと原料溶解ゾーンの温度差を５℃（Ｔｓ＞Ｔｇ）、圧力を２２０ＭＰａとした。成長時間は３５日間とした。
ＧａＮ結晶は、３５日間で［０００−１］方向に２．９ｍｍ成長した。よって、成長レ
ートは８２μｍ／ｄａｙであった。成長フロントは平坦化しており、パターンマスクの非開口部の上方に生じた貫通穴の殆どは閉じていた。成長した結晶を観察した結果から、ＧａＮ結晶が［０００−１］方向に１〜１．５ｍｍ成長した時点で該貫通穴の閉塞が始まったと推定された。

【0067】

（４）ウエハへの加工
アモノサーマル法により成長させた上記のＧａＮ結晶をＣ面に平行にスライスしてブランクウエハを得た後、その両方の主表面に研磨およびＣＭＰ仕上げを施して、略正六角形の主表面を有する厚さ３５０μｍのＣ面ＧａＮウエハを得た。

【0068】

（５）ＸＲＣ測定
Ｘ線源にＣｕＫαを用いたＸ線回折装置［スペクトリス（株）製 パナリティカル X’Pert Pro MRD］を用いて、上記作製したＣ面ＧａＮウエハにおける（００２）反射のＸＲＣを測定した。Ｘ線回折装置の入射光学系には、Ｇｅ（２２０）２結晶モノクロメータを用いた。試料表面におけるＸ線のビームサイズは、Ｘ線の入射角が９０°の場合に０．２ｍｍ×３ｍｍとなるように設定した。測定時には、該ビームサイズが３ｍｍとなる方向とＸ線入射面とが直交するようにした。
図１５に示す、それぞれガリウム極性面の略中心を通る、ｍ軸に平行な線分Ｘとａ軸に平行な線分Ｙの上で、０．２ｍｍ間隔で測定を行った。
線分Ｘ上の各測定点でのωスキャンにおけるＸ線入射面は線分Ｘと平行とし、線分Ｙ上の各測定点でのωスキャンにおけるＸ線入射面は線分Ｙと平行とした。

【0069】

ｍ軸に平行な線分Ｘ上で４５ｍｍにわたり測定した結果、２２６個の測定点の全てでＸＲＣのＦＷＨＭは４０ａｒｃｓｅｃを下回った。
ＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ以上だった測定点は２２６点中３点であり、全測定点の９９％にあたる２２３点でＸＲＣのＦＷＨＭは３０ａｒｃｓｅｃを下回った。
２２６個の測定点間における、ＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差は０．０１２°であった。

【0070】

ａ軸に平行な線分Ｙ上で５３．８ｍｍにわたり測定した結果、２７０個の測定点の全てでＸＲＣ−ＦＷＨＭは４０ａｒｃｓｅｃを下回った。
ＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃ以上だった測定点は２７０点中１点であり、全測定点の略１００％にあたる２６９点でＸＲＣのＦＷＨＭは３０ａｒｃｓｅｃを下回った。
線分Ｙには、測定点の全てでＸＲＣのＦＷＨＭが３０ａｒｃｓｅｃを下回る、長さ４６．６ｍｍの区間が含まれていた。
２７０個の測定点間における、ＸＲＣのピーク角度の最大値と最小値との差は０．０３１°であった。

【0071】

以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。

【符号の説明】

【0072】

１０ ＧａＮ単結晶
１１ ガリウム極性面
１２ 窒素極性面
１３ 側面
１４ 帯状転位群
１５ 転位アレイ
２０ シード
２１ ガリウム極性面
２２ 窒素極性面
２３ 側面
３０ パターンマスク
３１ 直線状開口
４０ ＧａＮ結晶
Ｇ ギャップ
Ｔ 貫通穴
Ｖ ボイド
１００ 結晶成長装置
１０１ オートクレーブ
１０２ 成長容器
１０２ａ 原料溶解ゾーン
１０２ｂ 結晶成長ゾーン
１０３ バッフル
１０４ 白金ワイヤー
１０５ 真空ポンプ
１０６ アンモニアボンベ
１０７ 窒素ボンベ
１０８ バルブ
１０９ マスフローメーター

【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】