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(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】P2024122611
(43)【公開日】2024-09-09
(54)【発明の名称】窒化ガリウム基板
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20240902BHJP
C30B 25/18 20060101ALI20240902BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
C30B25/18
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023030259
(22)【出願日】2023-02-28
(71)【出願人】
【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】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】梶本 哲治
(72)【発明者】
【氏名】井上 京由
(72)【発明者】
【氏名】深田 崇
(72)【発明者】
【氏名】田代 雅之
【テーマコード（参考）】
4G077
【Ｆターム（参考）】
4G077AA02
4G077AA03
4G077AB01
4G077AB02
4G077AB04
4G077AB10
4G077BE15
4G077DB04
4G077DB08
4G077EB01
4G077EC09
4G077ED05
4G077ED06
4G077EE07
4G077EF03
4G077FG13
4G077FJ03
4G077GA01
4G077GA02
4G077GA06
4G077HA12
4G077TA04
4G077TA07
4G077TB02
4G077TB05
4G077TK11
(57)【要約】
【課題】レーザーダイオード用ｃ面ＧａＮ基板として用いる場合に、レーザーダイオード製造時の歩留まり悪化を低減できるＧａＮ基板を提供する。
【解決手段】（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面を有する窒化ガリウム基板であって、前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする、窒化ガリウム基板。
【選択図】なし
【解決手段】（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面を有する窒化ガリウム基板であって、前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする、窒化ガリウム基板。
【選択図】なし
【特許請求の範囲】
【請求項1】
（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする、窒化ガリウム基板。
前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする、窒化ガリウム基板。
【請求項2】
原子間力顕微鏡で測定される前記主面のＲＭＳ粗さが、測定範囲２μｍ×２μｍにおいて２ｎｍ未満である、請求項１に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項3】
前記主面の転位密度が５×１０６ｃｍ－２以下である、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項4】
前記主面の法線方向をｚ方向とし、
前記ｚ方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向をそれぞれｘ方向及びｙ方向とした際に、
前記主面の中央を通り前記ｘ方向に延びる第一のライン上におけるオフカット角の前記ｘ方向成分の変動幅と、前記主面の中央を通り前記ｙ方向に延びる第二のライン上における前記オフカット角の前記ｙ方向成分の変動幅とが、それぞれ、長さ４０ｍｍの区間内で０．２度以下である、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板。
前記ｚ方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向をそれぞれｘ方向及びｙ方向とした際に、
前記主面の中央を通り前記ｘ方向に延びる第一のライン上におけるオフカット角の前記ｘ方向成分の変動幅と、前記主面の中央を通り前記ｙ方向に延びる第二のライン上における前記オフカット角の前記ｙ方向成分の変動幅とが、それぞれ、長さ４０ｍｍの区間内で０．２度以下である、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項5】
不純物濃度に関して下記条件（ａ）～条件（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たす、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板に関する。
【背景技術】
【0002】
ＧａＮ結晶から得られるＧａＮ基板は、レーザーダイオード（ＬＤ）製造のための基板として用いられている。最近では、縦型パワー半導体デバイス（ＰＤ）用の基板としてのＧａＮ基板が有望視されている。
【0003】
ＬＤ用ＧａＮ基板や縦型ＰＤ用ＧａＮ基板として、デバイスの性能向上のために転位密度やオフ角分布が低減されたＧａＮ基板が求められている。
特許文献１には、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて転位密度が低減されたＧａＮ結晶を得る方法が記載されている。特許文献２には、ＨＶＰＥ法を用いて得られたオフカット角度の変動が抑制されたｃ面ＧａＮ基板が記載されている。
特許文献１には、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いて転位密度が低減されたＧａＮ結晶を得る方法が記載されている。特許文献２には、ＨＶＰＥ法を用いて得られたオフカット角度の変動が抑制されたｃ面ＧａＮ基板が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０２０－１２５２２９号公報
【特許文献2】特開２０２１－０３１３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記のようにＨＶＰＥ法を用いた従来の製法で得られるＧａＮ結晶は、ＬＤ用ｃ面ＧａＮ基板として用いると、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮエピタキシャル層において暗点が発生してＬＤ製造時の歩留まりが低下し、改善の余地があった。
【0006】
そこで、本発明の主たる目的は、ＬＤ用ｃ面ＧａＮ基板として用いる場合に、ＬＤ製造時の歩留まり悪化を低減できるＧａＮ基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記課題に対し、本発明者らが鋭意検討を行った結果、上記歩留まりの低下は、ＧａＮ基板の主面のフォトルミネッセンス（ＰＬ）イメージング像において直径５０μｍ以上のシミ状模様を観察されない程度まで低減することで抑制しうることを見出し、本発明を完成するに至った。
【0008】
本発明の実施形態には、下記のＧａＮ基板が含まれる。
本発明の態様１は、（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面を有する窒化ガリウム基板であって、前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする。
本発明の態様１は、（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面を有する窒化ガリウム基板であって、前記主面のフォトルミネッセンスイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする。
【0009】
本発明の態様２は、態様１の窒化ガリウム基板において、原子間力顕微鏡で測定される前記主面のＲＭＳ粗さが、測定範囲２μｍ×２μｍにおいて２ｎｍ未満である。
【0010】
本発明の態様３は、態様１又は態様２の窒化ガリウム基板において、前記主面の転位密度が５×１０６ｃｍ－２以下である。
【0011】
本発明の態様４は、態様１～態様３のいずれか１つの窒化ガリウム基板において、前記主面の法線方向をｚ方向とし、前記ｚ方向に直交し、かつ、互いに直交する２方向をそれぞれｘ方向及びｙ方向とした際に、前記主面の中央を通り前記ｘ方向に延びる第一のライン上におけるオフカット角の前記ｘ方向成分の変動幅と、前記主面の中央を通り前記ｙ方向に延びる第二のライン上における前記オフカット角の前記ｙ方向成分の変動幅とが、それぞれ、長さ４０ｍｍの区間内で０．２度以下である。
【0012】
本発明の態様５は、態様１～態様４のいずれか１つの窒化ガリウム基板において、不純物濃度に関して下記条件（ａ）～条件（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たす。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【発明の効果】
【0013】
本発明の一態様によれば、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮエピタキシャル層における暗点の発生が抑制されたＧａＮ基板が得られるため、ＬＤ用ｃ面ＧａＮ基板として用いる場合に、ＬＤ製造時の歩留まり悪化を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【0014】
【発明を実施するための形態】
【0015】
本明細書にいうＧａＮ結晶は、特に断らない限り、ウルツ鉱型の結晶構造を有する六方晶ＧａＮ結晶を意味する。
ＧａＮ結晶では、［０００１］および［０００－１］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。本明細書では、（０００１）結晶面と（０００－１）結晶面を総称してｃ面と呼んでいる。
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。
六方晶のミラー指数（ｈｋｉｌ）は、ｈ＋ｋ＝－ｉの関係があることから、（ｈｋｌ）と３桁で表記されることもある。例えば、（０００４）を３桁で表記すると（００４）である。
特に断らない限り、本明細書にいう転位は貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を意味する。本明細書では、螺旋転位、混合転位および刃状転位を区別せず、総称して転位と呼ぶ。
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
ＧａＮ結晶では、［０００１］および［０００－１］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。本明細書では、（０００１）結晶面と（０００－１）結晶面を総称してｃ面と呼んでいる。
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。
六方晶のミラー指数（ｈｋｉｌ）は、ｈ＋ｋ＝－ｉの関係があることから、（ｈｋｌ）と３桁で表記されることもある。例えば、（０００４）を３桁で表記すると（００４）である。
特に断らない限り、本明細書にいう転位は貫通転位（ｔｈｒｅａｄｉｎｇ ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）を意味する。本明細書では、螺旋転位、混合転位および刃状転位を区別せず、総称して転位と呼ぶ。
以下、適宜図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。
【0016】
１．ＧａＮ基板
第１の実施形態に係るＧａＮ基板は、（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面（第一主面）を有し、前記主面のＰＬイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする。
第１の実施形態に係るＧａＮ基板は、（０００１）面からの傾斜が０～２０度であり、面積が１５ｃｍ２以上である主面（第一主面）を有し、前記主面のＰＬイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないことを特徴とする。
【0017】
本発明者らは、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長させたＧａＮエピタキシャル層において、特定波長の光を照射した際に部分的に発光しない暗点が発生するという課題に直面した。ＧａＮエピタキシャル層に発光しない暗点が生じることは、特にＧａＮ基板を発光デバイスであるレーザーダイオード（ＬＤ）等の製造に用いる場合に、ＬＤの製造歩留まり悪化の原因になる。
【0018】
この課題を解決すべく本発明者らが検討を進めたところ、ＧａＮエピタキシャル層で観察される暗点と、ＧａＮ基板の主面のＰＬイメージング像において観察される直径５０μｍ以上のシミ状模様との間に一定の関係があることを見出し、本発明を想到した。
すなわち、本発明は、ＧａＮ基板の主面のＰＬイメージング像において観察される直径５０μｍ以上シミ状模様と、ＧａＮ基板の主面上に形成されるＧａＮエピタキシャル層における暗点との間に相関があるとの着想に基づくものである。
すなわち、本発明は、ＧａＮ基板の主面のＰＬイメージング像において観察される直径５０μｍ以上シミ状模様と、ＧａＮ基板の主面上に形成されるＧａＮエピタキシャル層における暗点との間に相関があるとの着想に基づくものである。
【0019】
実際に、本発明者らが行った実験によれば、ＧａＮ基板の第一主面のＰＬイメージング像において５倍の対物レンズで観察される直径５０μｍ以上のシミ状模様の位置と、そのＧａＮ基板の第一主面上に形成したＧａＮエピタキシャル層における暗点の位置とがよく一致していた。
【0020】
以上の理由から、ＧａＮ基板の第一主面のＰＬイメージング像において直径５０μｍ以上のシミ状模様を５倍の対物レンズで観察されない程度まで低減することで、ＬＤ用ｃ面基板として用いた場合に、ＬＤ製造の歩留まり悪化を十分低減することができる。
【0021】
なお、前記主面のＰＬイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）において直径５０μｍ以上のシミ状模様が観察されないとは、前記条件のＰＬイメージング像において、シミ状模様が、いかなるコントラスト調整を実施しても観察されないことを意味する。
第一主面のＰＬイメージング像における前記暗領域の数密度を評価するときは、基板外周からの距離が１ｍｍ未満の領域を、例外的な領域として除外してよい。
第一主面のＰＬイメージング像における前記暗領域の数密度を評価するときは、基板外周からの距離が１ｍｍ未満の領域を、例外的な領域として除外してよい。
【0022】
ＧａＮ基板の第一主面のＰＬイメージング像は、市販で入手可能なＰＬイメージング装置を用いて得ることができる。第一主面のＰＬイメージング像においては、主面の結晶中の不純物濃度の分布も暗部として観察される場合がある。しかしながら、ＰＬイメージング像において観察される前記のシミ状模様と、結晶中の不純物濃度の分布由来の明暗模様とは、その形態や再研磨・洗浄による発生有無によって区別することができる。
【0023】
その他ＰＬイメージングで明暗として見えるものとしては、転位、結晶中の不純物濃度の分布、加工ダメージ、表面の付着物による影響がある。
先ず、転位に関して、個々の転位は、対物レンズ１００倍では観察可能であるが、対物レンズ５倍程度の低倍率では観察することはできない。転位が集まって転位群となった場合には、５倍の対物レンズでも観察可能である。しかし、この場合、結晶方位の影響を受けた形状となり、シミ状模様とは区別できる。図１の（ａ）にＰＬイメージング像で観察された転位群の一例を示す。
先ず、転位に関して、個々の転位は、対物レンズ１００倍では観察可能であるが、対物レンズ５倍程度の低倍率では観察することはできない。転位が集まって転位群となった場合には、５倍の対物レンズでも観察可能である。しかし、この場合、結晶方位の影響を受けた形状となり、シミ状模様とは区別できる。図１の（ａ）にＰＬイメージング像で観察された転位群の一例を示す。
【0024】
また、結晶中の不純物濃度の分布がＰＬイメージング像の明暗として観察される場合がある。この場合、ＰＬイメージング像では、幾何学状模様であったり、同一方向に連なる筋状模様として観察される。図１の（ｂ）にＰＬイメージング像で幾何学状模様として観察された不純物濃度分布による明暗の一例を示す。図１の（ｃ）にＰＬイメージング像で筋状模様として観察された不純物濃度分布による明暗の一例を示す。
ＰＬイメージング像の５倍観察では、加工ダメージがスクラッチとして観察される場合があるが、その形態は真直ぐな直線状である。
ＰＬイメージング像の５倍観察では、加工ダメージがスクラッチとして観察される場合があるが、その形態は真直ぐな直線状である。
【0025】
一方、シミ状模様は、前記のように筋状・線状であったり結晶方位の影響を受けることはなく、円形や楕円、湾曲した境界を持つ領域である。さらに転位群・不純物濃度分布とシミ状模様の決定的な違いは、前者は基板を再研磨・洗浄しても同じ場所に発生するのに対し、後者は消滅することである。
以上の相違点に基づき、ＰＬイメージング像の５倍観察によって、シミ状模様を区別することができる。図１の（ｄ）に、ＰＬイメージング像で観察されたシミ状模様の一例を示す。
以上の相違点に基づき、ＰＬイメージング像の５倍観察によって、シミ状模様を区別することができる。図１の（ｄ）に、ＰＬイメージング像で観察されたシミ状模様の一例を示す。
【0026】
以下、第１の実施形態（以降、本実施形態と称する場合がある。）に係るＧａＮ基板についてさらに説明する。
【0027】
前記第一主面における、（０００１）面からの傾斜は０～２０度であるが、０．２度以上であってもよく、また、１０度以下、５度未満、２．５度未満、１．５度未満、１度未満または０．５度未満であってもよい。
また、第一主面の面積は１５ｃｍ２以上であればよく、１８ｃｍ２以上であってもよく、２００ｃｍ２以下であってもよい。
また、第一主面の面積は１５ｃｍ２以上であればよく、１８ｃｍ２以上であってもよく、２００ｃｍ２以下であってもよい。
【0028】
本実施形態に係るＧａＮ基板の一例を図２に示す。
図２に示す基板１００は自立ＧａＮウエハであり、互いに反対方向を向いた２つの主面（大面積面）、すなわち、第一主面１０１と第二主面１０２を有する。
第一主面１０１と第二主面１０２は、好ましくは互いに平行である。
第一主面１０１は、窒化物半導体デバイスを製造するときなどに、窒化物半導体のエピタキシャル成長に使用される主面、すなわち「おもて面」である。第二主面１０２は「裏面」である。
図２に示す基板１００は自立ＧａＮウエハであり、互いに反対方向を向いた２つの主面（大面積面）、すなわち、第一主面１０１と第二主面１０２を有する。
第一主面１０１と第二主面１０２は、好ましくは互いに平行である。
第一主面１０１は、窒化物半導体デバイスを製造するときなどに、窒化物半導体のエピタキシャル成長に使用される主面、すなわち「おもて面」である。第二主面１０２は「裏面」である。
【0029】
本明細書において、第一主面１０１はＧａ極性で、他方の第二主面１０２はＮ極性である。
（０００－１）結晶面に対する第二主面１０２の傾斜は０度以上２０度以下であることが好ましい。該傾斜は、０．２度以上であってもよく、また、１０度以下、５度未満、２．５度未満、１．５度未満、１度未満または０．５度未満であってもよい。
（０００－１）結晶面に対する第二主面１０２の傾斜は０度以上２０度以下であることが好ましい。該傾斜は、０．２度以上であってもよく、また、１０度以下、５度未満、２．５度未満、１．５度未満、１度未満または０．５度未満であってもよい。
【0030】
基板１００の直径は、前記第一主面１０１の面積が１５ｃｍ２以上である限りは特に限定されないが、通常４５ｍｍ以上であり、９５ｍｍ以上、あるいは１４５ｍｍ以上であってもよく、典型的には５０～５５ｍｍ（約２インチ）、１００～１０５ｍｍ（約４インチ）、１５０～１５５ｍｍ（約６インチ）等である。
【0031】
基板１００の厚さは、基板１００が自立可能かつハンドリング可能となるように設計される。
基板１００の直径が約２インチのとき、その厚さは好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であり、また、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。
基板１００の直径が約４インチのとき、その厚さは好ましくは３５０μｍ以上、より好ましくは４００μｍ以上であり、また、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは６５０μｍ以下である。
基板１００の直径が約６インチのとき、その厚さは好ましくは４００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上であり、また、好ましくは８５０μｍ以下、より好ましくは７５０μｍ以下である。
基板１００の直径が約２インチのとき、その厚さは好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であり、また、好ましくは５００μｍ以下、より好ましくは４５０μｍ以下である。
基板１００の直径が約４インチのとき、その厚さは好ましくは３５０μｍ以上、より好ましくは４００μｍ以上であり、また、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは６５０μｍ以下である。
基板１００の直径が約６インチのとき、その厚さは好ましくは４００μｍ以上、より好ましくは５００μｍ以上であり、また、好ましくは８５０μｍ以下、より好ましくは７５０μｍ以下である。
【0032】
ＧａＮ基板の主面において、転位密度が小さいほど、結晶品質に優れるため好ましい。
ＧａＮ基板の前記第一主面における転位密度は５×１０６ｃｍ－２以下が好ましく、２×１０６ｃｍ－２以下がより好ましく、さらに好ましくは１×１０６ｃｍ－２以下、よりさらに好ましくは８×１０５ｃｍ－２以下、ことさらに好ましくは６×１０５ｃｍ－２以下、特に好ましくは５×１０５ｃｍ－２以下である。前記転位密度は、通常、１×１０４ｃｍ－２以上である。
ＧａＮ基板の前記第一主面における転位密度は５×１０６ｃｍ－２以下が好ましく、２×１０６ｃｍ－２以下がより好ましく、さらに好ましくは１×１０６ｃｍ－２以下、よりさらに好ましくは８×１０５ｃｍ－２以下、ことさらに好ましくは６×１０５ｃｍ－２以下、特に好ましくは５×１０５ｃｍ－２以下である。前記転位密度は、通常、１×１０４ｃｍ－２以上である。
【0033】
ＧａＮ結晶のカソードルミネセンス（ＣＬ）像には転位が暗点として現れるので、転位密度はＣＬ像観察により測定できる。第一主面がＧａ極性であるときは、２７０℃に加熱した濃度８９％の硫酸で基板を１時間エッチングした後の該第一主面１０１におけるエッチピットの密度を、転位密度とみなしてもよい。
第一主面における転位密度を評価するときは、基板外周からの距離が５ｍｍ未満の領域を、例外的な領域として除外してよい。
第一主面における転位密度を評価するときは、基板外周からの距離が５ｍｍ未満の領域を、例外的な領域として除外してよい。
【0034】
基板１００の第一主面１０１における転位密度を評価するときは、各測定点において１８０μｍ×１８０μｍ（３２４００μｍ２）以上の面積の矩形エリアを観察することが好ましい。観察面積が１８０μｍ×１８０μｍ以上のとき、第一主面１０１内における転位密度の最大値は最小値の４倍を超えることはなく、大抵は３倍以下であり、更には２倍以下であり得る。
【0035】
基板１００のオフカット角は、ｘ方向成分とｙ方向成分という、第一主面１０１内で互いに直交する２方向の成分に分解することができる。このことを図３を参照して説明すると、次の通りである。
第一主面１０１の法線方向をｚ方向、ｃ軸に平行なベクトルをベクトルＶｃとしたとき、ウエハ２０のオフカット角はベクトルＶｃのｚ方向からの傾斜θに等しい。このベクトルＶｃは、ｘ方向成分であるベクトルＶｃｘと、ｙ方向成分であるベクトルＶｃｙとに分解することができる。ｘｚ平面上におけるベクトルＶｃの正射影がベクトルＶｃｘであり、ｙｚ平面上におけるベクトルＶｃの正射影がベクトルＶｃｙである。
ベクトルＶｃをこのように分解したとき、ベクトルＶｃｘのｚ方向からの傾斜がオフカット角θのｘ方向成分θｘであり、ベクトルＶｃｙのｚ方向からの傾斜がオフカット角θのｙ方向成分θｙである。
第一主面１０１の法線方向をｚ方向、ｃ軸に平行なベクトルをベクトルＶｃとしたとき、ウエハ２０のオフカット角はベクトルＶｃのｚ方向からの傾斜θに等しい。このベクトルＶｃは、ｘ方向成分であるベクトルＶｃｘと、ｙ方向成分であるベクトルＶｃｙとに分解することができる。ｘｚ平面上におけるベクトルＶｃの正射影がベクトルＶｃｘであり、ｙｚ平面上におけるベクトルＶｃの正射影がベクトルＶｃｙである。
ベクトルＶｃをこのように分解したとき、ベクトルＶｃｘのｚ方向からの傾斜がオフカット角θのｘ方向成分θｘであり、ベクトルＶｃｙのｚ方向からの傾斜がオフカット角θのｙ方向成分θｙである。
【0036】
基板１００では、第一主面１０１の中央を通りｘ方向に延びる第一のライン上におけるオフカット角のｘ方向成分の変動幅と、第一主面１０１の中央を通りｙ方向に延びる第二のライン上におけるオフカット角のｙ方向成分の変動幅が、それぞれ、長さ４０ｍｍの区間内で０．２度以下であることが好ましい。ｘ方向はａ面のひとつと平行であってもよく、そのときｙ方向はｍ面のひとつと平行である。
ここでいう変動幅とは、オフカット角の最大値と最小値の差であり、変動幅が０．２度以下であるとは、言い換えると、オフカット角の中央値からの変動が±０．１度以内ということである。
ここでいう変動幅とは、オフカット角の最大値と最小値の差であり、変動幅が０．２度以下であるとは、言い換えると、オフカット角の中央値からの変動が±０．１度以内ということである。
【0037】
該第一のライン上におけるオフカット角のｘ方向成分の変動幅と、該第二のライン上におけるオフカット角のｙ方向成分の変動幅は、小さければ小さい程好ましい。これらの変動幅は、それぞれ、長さ４０ｍｍの区間内で０．２度以下、０．１度以下、更には０．０８度以下、更には０．０６度以下、更には０．０４度以下であり得る。
オフカット角の変動幅を評価する際、基板外周からの距離が５ｍｍ未満の部分は除外してもよい。
オフカット角の変動幅を評価する際、基板外周からの距離が５ｍｍ未満の部分は除外してもよい。
【0038】
基板１００のおもて面である第一主面１０１は鏡面仕上げされるのが普通であり、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ；Ａｔｏｍｉｃ Ｆｏｒｃｅ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）で測定されるその根二乗平均（ＲＭＳ）粗さは、測定範囲２μｍ×２μｍにおいて好ましくは２ｎｍ未満であって、１ｎｍ未満または０．５ｎｍ未満であってもよい。
裏面である第二主面１０２は、鏡面仕上げされてもよいし、艶消し仕上げされてもよい。
裏面である第二主面１０２は、鏡面仕上げされてもよいし、艶消し仕上げされてもよい。
【0039】
基板１００のエッジは面取りされてもよい。
基板１００には、結晶の方位を表示するオリエンテーション・フラットまたはノッチ、おもて面と裏面の識別を容易にするためのインデックス・フラット等、必要に応じて様々なマーキングを施してもよい。
基板１００には、結晶の方位を表示するオリエンテーション・フラットまたはノッチ、おもて面と裏面の識別を容易にするためのインデックス・フラット等、必要に応じて様々なマーキングを施してもよい。
【0040】
基板１００は、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶でありうる。
石英リアクターを備える通常のＨＶＰＥ装置で成長されたＧａＮは、不純物濃度に関して次の条件（ａ）～条件（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしうる。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
石英リアクターを備える通常のＨＶＰＥ装置で成長されたＧａＮは、不純物濃度に関して次の条件（ａ）～条件（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしうる。
条件（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
条件（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
条件（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
【0041】
基板１００は、上記条件（ａ）～条件（ｃ）のうち二以上の条件を充たし得る。ある場合には、上記条件（ａ）及び条件（ｂ）の双方、上記条件（ｂ）及び条件（ｃ）の双方、又は、上記条件（ａ）及び条件（ｃ）の双方を充たし得る。ある場合には、基板１００は、上記条件（ａ）～条件（ｃ）のすべてを充たし得る。
【0042】
２．ＧａＮ基板の製造方法
本実施形態に係るＧａＮ基板を製造する方法の一例を以下で説明する。
ある製造方法では、図４にフロー図を示すように、ＧａＮテンプレートを準備するＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１と、該ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備したＧａＮテンプレート上に、ＨＶＰＥでＧａＮ結晶を成長させるＨＶＰＥ工程Ｐ２が、この順に実行される。その後、成長させたＧａＮ結晶をスライスしてＧａＮ基板を得る基板取得工程Ｐ３に進む。
各工程について以下に詳述する。
本実施形態に係るＧａＮ基板を製造する方法の一例を以下で説明する。
ある製造方法では、図４にフロー図を示すように、ＧａＮテンプレートを準備するＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１と、該ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備したＧａＮテンプレート上に、ＨＶＰＥでＧａＮ結晶を成長させるＨＶＰＥ工程Ｐ２が、この順に実行される。その後、成長させたＧａＮ結晶をスライスしてＧａＮ基板を得る基板取得工程Ｐ３に進む。
各工程について以下に詳述する。
【0043】
２．１．ＧａＮテンプレート準備工程
ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備されるＧａＮテンプレートは、後に続くＨＶＰＥ工程Ｐ２でＧａＮ結晶層を成長させるときにシードとしての役割を果たす。
ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１では、ｃ面ヘテロ基板上にＧａＮ結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、ＧａＮ結晶薄膜上に剥離層を形成した剥離層付きＧａＮテンプレートを得る。
ヘテロ基板とは、ＧａＮとは組成の異なる化合物からなる単結晶基板であり、例えばサファイア基板である。
ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備されるＧａＮテンプレートは、後に続くＨＶＰＥ工程Ｐ２でＧａＮ結晶層を成長させるときにシードとしての役割を果たす。
ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１では、ｃ面ヘテロ基板上にＧａＮ結晶薄膜をエピタキシャル成長させ、ＧａＮ結晶薄膜上に剥離層を形成した剥離層付きＧａＮテンプレートを得る。
ヘテロ基板とは、ＧａＮとは組成の異なる化合物からなる単結晶基板であり、例えばサファイア基板である。
【0044】
ｃ面ヘテロ基板上に有機金属気相成長（ＭＯＣＶＤ；ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法でｃ軸配向ＧａＮ結晶薄膜をエピタキシャル成長させてＧａＮテンプレートを得る。ＧａＮ結晶薄膜の厚みは、例えば１～５μｍである。ＧａＮ結晶薄膜の表面の転位密度は、１×１０７～１×１０１０ｃｍ－２であることが好ましい。
【0045】
得られたＧａＮテンプレートのＧａＮ結晶薄膜の表面に、ＳｉＮｘ膜を堆積させる。用いることができる堆積方法としては、プラズマＣＶＤ法やスパッタ法が挙げられる。ＳｉＮｘ膜の厚みは、例えば１００～１００００Åでありうる。
【0046】
堆積したＳｉＮｘ膜上をフォトリソグラフィおよびドライエッチングの技法を用いてパターニングし、剥離膜を形成する。好適なマスクパターンとしては、三角格子型のネットパターンが挙げられる。開口率は、１５～７５％の範囲でありうる。これにより、パターンマスク付きＧａＮテンプレートが得られる。
【0047】
２．２．ＨＶＰＥ工程
ＨＶＰＥ工程Ｐ２では、ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備されたＧａＮテンプレートの表面上に、ＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶が成長される。
ＨＶＰＥ工程Ｐ２では、初期層、中間層、ピット化層、平坦化層、本成長層の順に成長させる。
ピット化層（ｐｉｔｔｅｄ ｌａｙｅｒ）を成長させた後、成長条件を変更して平坦化層を成長させる操作が１回以上行われる。この操作は２回以上繰り返すことができる。
ＨＶＰＥ工程Ｐ２では、ＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備されたＧａＮテンプレートの表面上に、ＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶が成長される。
ＨＶＰＥ工程Ｐ２では、初期層、中間層、ピット化層、平坦化層、本成長層の順に成長させる。
ピット化層（ｐｉｔｔｅｄ ｌａｙｅｒ）を成長させた後、成長条件を変更して平坦化層を成長させる操作が１回以上行われる。この操作は２回以上繰り返すことができる。
【0048】
初期層は、ＧａＮテンプレート表面上にＨＶＰＥにより成長させる。初期層は、ＧａＮテンプレートからＨＶＰＥ成長層をクラック等の欠陥を発生させずに剥離させる目的のために形成される。成長条件としては、成長温度が９００～９８０℃、Ｖ／ＩＩＩ比が１．５～８．０、キャリアガスのＦ値が０．５０～１．００の範囲内で設定される。ここで、キャリアガスのＦ値とはリアクター内に導入されるキャリアガスに占めるＨ２（水素ガス）のモル比である。
【0049】
中間層は、初期層の上に成長させる。中間層は、初期層で意図せずに形成された局所的なピットを埋め、表面を平坦化させる目的のために形成される。
【0050】
中間層の成長条件としては、成長温度が１０００～１１００℃、Ｖ／ＩＩＩ比が３～１０の範囲内で設定される。ここで、キャリアガスのＦ値を０．０５以上とすることが肝要である。Ｆ値が０．０５未満であると、最終的に得られるＧａＮ結晶の主面内の局所歪みの数が増大してしまい、ＧａＮ基板をＬＤ用ｃ面基板として用いる際は、ＬＤ製造の歩留まり悪化を招いてしまう恐れがある。これは、Ｈ２ガスによるエッチング効果が失われ、成長中に除去できない局所的な異常成長部が転位等の欠陥を発生させ、歪みが生じるためと推測される。より安定的に結晶を成長させることができるという観点から、Ｆ値は０．５以下とすることが好ましい。
【0051】
ピット化層は、中間層の上に成長させる。ピット化層は、成長表面にファセット面があらわれ、無数のピットが形成された層である。
ピット化層の成長中は、転位がピットに向かって集まること、また、ピット同士が合体するときに転位の伝搬方向が曲げられることから、転位の対消滅が起こる確率が高くなる。従って、ＧａＮ結晶の転位密度は、ピット化層の上に積層される平坦化層において、ピット化層の下側よりも低くなる。
ピット化層の成長中は、転位がピットに向かって集まること、また、ピット同士が合体するときに転位の伝搬方向が曲げられることから、転位の対消滅が起こる確率が高くなる。従って、ＧａＮ結晶の転位密度は、ピット化層の上に積層される平坦化層において、ピット化層の下側よりも低くなる。
【0052】
ピット化層の厚さは、通常１０μｍ以上、好ましくは３０μｍ以上、より好ましくは５０μｍ以上である。驚くべきことに、１００μｍ以下の厚さしか持たないピット化層の形成によって、十分に効果的な転位密度の低減が生じる。
【0053】
ピット化したＧａＮ層を成長させることは、単結晶成長が困難とならない範囲で、成長温度を十分に下げることにより可能であり、ＳＡＧ（Ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ Ａｒｅａ Ｇｒｏｗｔｈ）技法を必要としない。
【0054】
ピット化層の成長条件としては、成長温度が９００～９８０℃、Ｖ／ＩＩＩ比が１．５～８．０、キャリアガスのＦ値が０．５０～１．００の範囲内で設定される。
【0055】
平坦化層は各ピット化層に続いて成長させる層である。平坦化層では、ピット化層にて形成されたピットを埋めて実質的に消失させ、平坦な結晶面を得る。
ピット化層の上に平坦化層を成長させるには、成長条件を変更すればよい。平坦化層の成長温度は、好ましくは１０００℃以上である。必要に応じて、表面の平坦化を加速するために、平坦化層を成長させるときのＶ／ＩＩＩ比およびキャリアガスのＦ値のいずれか一方または両方を、ピット化層を成長させるときよりも低くしてよい。
ピット化層の上に平坦化層を成長させるには、成長条件を変更すればよい。平坦化層の成長温度は、好ましくは１０００℃以上である。必要に応じて、表面の平坦化を加速するために、平坦化層を成長させるときのＶ／ＩＩＩ比およびキャリアガスのＦ値のいずれか一方または両方を、ピット化層を成長させるときよりも低くしてよい。
【0056】
平坦化層は、表面のピットが実質的に消失するように成長させる。ピットが実質的に消失した状態とは、外周近傍を除いた平坦化層の表面におけるピット密度が１ピット／ｃｍ２以下となった状態をいう。外周近傍を除く理由は、外周近傍では成長条件に関わりなくピットが発生し易い傾向があるからである。
【0057】
平坦化層を成長させた後であっても、その下のピット化層の厚さは、ＧａＮ結晶のｃ面に垂直な断面を蛍光顕微鏡で観察することにより調べることができる。ピット化層と平坦化層とでは、恐らく成長時に取り込まれる不純物の濃度および／または種類が異なるせいで、蛍光顕微鏡像における色調が明瞭に異なっており、容易に識別できる。蛍光顕微鏡像では、ピット化層の方が平坦化層よりも暗く見える。
ピット化層と平坦化層で特に濃度が異なる不純物は酸素であり、ピット化層は平坦化層よりも高い酸素濃度を有する。
ピット化層と平坦化層で特に濃度が異なる不純物は酸素であり、ピット化層は平坦化層よりも高い酸素濃度を有する。
【0058】
前述の通り、ＨＶＰＥ工程Ｐ２では、ピット化層（ｐｉｔｔｅｄ ｌａｙｅｒ）を成長させた後、成長条件を変更して平坦化層を成長させる操作が１回以上行われる。この操作は、２回以上繰り返すことが好ましい。このようにピット化層と平坦化層を交互に成長させる操作を２回以上繰り返す場合、ピットへの転位の集中による転位低減の効果がより発揮され、得られるＧａＮ結晶の転位密度を効果的に低減することが可能になる。
【0059】
ピット化層としてＧａＮ結晶層を成長させた後、結晶成長条件を平坦化層の成長条件に変更する際、原料ガス供給を中止せず、原料ガス供給を続けて結晶成長を継続しながら、成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比等の成長条件を徐々に変更することができる。このように、ピット化層から平坦化層へ連続的に結晶成長させると、局所的な異常成長の発生を抑制出来、ＧａＮ結晶の成長過程で生じる局所歪みを低減することができるため、得られるＧａＮ基板の結晶品質が改善される。
【0060】
ＨＶＰＥ工程Ｐ２において、最後に、上記平坦化層の上に、本成長層を成長させる。本成長層の厚さは、通常１ｍｍ以上、好ましくは２ｍｍ以上、より好ましくは４ｍｍ以上、更に好ましくは８ｍｍ以上とする。
本成長層の成長条件は終始同じとしてもよいし、あるいは、成長の途中で変更してもよい。
本成長層の成長条件は終始同じとしてもよいし、あるいは、成長の途中で変更してもよい。
【0061】
本成長層のうち、表面からピットが実質的に消失した後に成長した部分では、酸素濃度が通常２×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
本成長層は、Ｓｉ（ケイ素）やＧｅ（ゲルマニウム）のようなドナー不純物でドープしたり、あるいは、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）およびＣ（炭素）のような、ドナー不純物の補償を通してＧａＮを半絶縁性にする作用のある不純物でドープしたりすることができる。
本成長層のドーピングは、表面のピットが実質的に消失した後から開始してもよい。
本成長層は、Ｓｉ（ケイ素）やＧｅ（ゲルマニウム）のようなドナー不純物でドープしたり、あるいは、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｃｒ（クロム）およびＣ（炭素）のような、ドナー不純物の補償を通してＧａＮを半絶縁性にする作用のある不純物でドープしたりすることができる。
本成長層のドーピングは、表面のピットが実質的に消失した後から開始してもよい。
【0062】
前記ＨＶＰＥ工程Ｐ２に用いるＨＶＰＥ装置は、公知の種々の構成の装置を用いることができる。
前記ＨＶＰＥ工程Ｐ２に用いるＨＶＰＥ装置は、シード上への異物の付着を防止するカバーを設けていることが好ましい。シード上への異物の付着は、のちの結晶成長における欠陥の起点となりうる。例えば、ＨＶＰＥ装置を構成するリアクター管が縦型リアクター管である場合には、異物はシードの上部から落下してシード表面に付着する場合が多いと予想される。したがって、縦型リアクター管の場合は、シードの上部に異物付着防止カバーを設置することが有効である。
前記ＨＶＰＥ工程Ｐ２に用いるＨＶＰＥ装置は、シード上への異物の付着を防止するカバーを設けていることが好ましい。シード上への異物の付着は、のちの結晶成長における欠陥の起点となりうる。例えば、ＨＶＰＥ装置を構成するリアクター管が縦型リアクター管である場合には、異物はシードの上部から落下してシード表面に付着する場合が多いと予想される。したがって、縦型リアクター管の場合は、シードの上部に異物付着防止カバーを設置することが有効である。
【0063】
２．３．基板取得工程
基板取得工程Ｐ３では、ＨＶＰＥ工程Ｐ２で得られた本成長層をスライスすることによりウエハを取得し、その後ウエハに加工等を施して、好ましい品質を有するｃ面ＧａＮ基板を製造することができる。
ｃ面ＧａＮ基板とは、ＧａＮ単結晶のみからなる自立したウエハであって、ｃ面と平行またはｃ面から僅かにオフカットされた大面積表面であるｃ面表面を有する。ｃ面単結晶ＧａＮ基板の厚さは、ｃ面表面の面積に応じて、３００μｍ～１ｍｍの間で適宜設定することができる。
ＨＶＰＥ工程Ｐ２で得られた本成長層をスライスして得られたウエハは、通常、主面の平坦化処理を行う。平坦化処理としては、例えば、おもて面と裏面を表面研削したのち、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの表面研磨処理（ポリシング処理）を行う工程が挙げられる。表面研磨処理を行うことで、ＧａＮ基板の主面のＲＭＳ粗さを極めて小さい値まで低減することができる。通常、平坦化処理後、ウエハの洗浄を行う。
基板取得工程Ｐ３では、ＨＶＰＥ工程Ｐ２で得られた本成長層をスライスすることによりウエハを取得し、その後ウエハに加工等を施して、好ましい品質を有するｃ面ＧａＮ基板を製造することができる。
ｃ面ＧａＮ基板とは、ＧａＮ単結晶のみからなる自立したウエハであって、ｃ面と平行またはｃ面から僅かにオフカットされた大面積表面であるｃ面表面を有する。ｃ面単結晶ＧａＮ基板の厚さは、ｃ面表面の面積に応じて、３００μｍ～１ｍｍの間で適宜設定することができる。
ＨＶＰＥ工程Ｐ２で得られた本成長層をスライスして得られたウエハは、通常、主面の平坦化処理を行う。平坦化処理としては、例えば、おもて面と裏面を表面研削したのち、化学機械研磨（ＣＭＰ）などの表面研磨処理（ポリシング処理）を行う工程が挙げられる。表面研磨処理を行うことで、ＧａＮ基板の主面のＲＭＳ粗さを極めて小さい値まで低減することができる。通常、平坦化処理後、ウエハの洗浄を行う。
【0064】
本発明者らは検討の結果、洗浄後のウエハのＧａ極性側の主面について酸素プラズマアッシング処理を行うことで、ＧａＮ基板の第一主面のＰＬイメージング像において観察される直径５０μｍ以上のシミ状模様を効果的に低減できることを見出した。これらの事実から、主面のＰＬイメージング像において観察される前記のシミ状模様の起源の一つは、ＧａＮ基板の主面に微量付着した有機物である可能性が高い。このような有機物は、ウエハのポリシング処理で使用する研磨布の残渣がウエハの主面に付着し、その後の洗浄工程でも完全には除去できないまま微量が表面に残留したものと推測される。
【0065】
酸素プラズマアッシングは、市販のアッシング装置を用いて行うことができる。好ましいアッシング条件としては、以下が挙げられる。
・圧力：１～５Ｐａ
・酸素流量；１０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ
・プラズマ生成電源出力：３０～５００Ｗ
・アッシング時間：０．２～１０分
・圧力：１～５Ｐａ
・酸素流量；１０ｓｃｃｍ～３００ｓｃｃｍ
・プラズマ生成電源出力：３０～５００Ｗ
・アッシング時間：０．２～１０分
【0066】
上述の酸素プラズマアッシング処理を行った後、ウエハをフッ酸を含む水溶液に１時間以上浸漬して洗浄することが好ましい。この場合には、アッシングで表面に生成した酸化膜を低減することができるため、ＬＤ製造時の歩留まり悪化をより効果的に抑制できる。
【0067】
前述の方法で成長させたＧａＮ結晶から得られたｃ面ＧａＮ基板をＨＶＰＥ工程で用いるシードとして用いて、前述の工程に従ってＧａＮ結晶を成長させることもできる。つまり、この場合には、前述のＧａＮテンプレート準備工程Ｐ１で準備したＧａＮテンプレートの代わりに、前記の方法で得られたｃ面ＧａＮ基板をシードとして用いる。
【0068】
シードとして、前記の方法で得られたｃ面ＧａＮ基板を用いる場合においては、ＨＶＰＥ工程Ｐ２における初期層の成長工程は省略し、シード上にＨＶＰＥ法で中間層（以降、区別のためにこの場合における中間層を「初期ｃ面成長層」と呼ぶ場合がある。）を成長させる工程から開始することができる。これ以降の工程は、前述したシードとしてＧａＮテンプレートを用いる場合と同様に行うことができる。
【0069】
シードとして前記の方法で得られたｃ面ＧａＮ基板を用いる場合、最終的に得られるＧａＮ基板の結晶品質をさらに優れたものにすることができる。具体的には、転位密度をより低減したＧａＮ基板や、オフ角分布がより小さいＧａＮ基板が得られる。
【0070】
３．ＧａＮ基板の用途
実施形態に係るｃ面ＧａＮ基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの発光デバイスと、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とを含む、各種の窒化物半導体デバイスの製造に使用することができる。
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。
窒化物半導体デバイスとは、デバイス構造の主要部を窒化物半導体で形成した半導体デバイスである。
実施形態に係るｃ面ＧａＮ基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザーダイオード（ＬＤ）などの発光デバイスと、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とを含む、各種の窒化物半導体デバイスの製造に使用することができる。
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。
窒化物半導体デバイスとは、デバイス構造の主要部を窒化物半導体で形成した半導体デバイスである。
【実施例0071】
以下に、本発明者らが行なった実験の結果を記す。
＜実施例１＞
直径７６ｍｍのｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法で約３μｍ厚のｃ軸配向ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させてなるＧａＮテンプレートを準備した。ＧａＮ膜の表面はＧａ極性で、転位密度は１０８ｃｍ－２台であった。
このＧａＮ膜の表面に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を堆積させ、更に、このＳｉＮｘ膜をフォトリソグラフィおよびドライエッチングの技法を用いてパターニングすることにより、三角格子型のネットパターンを有する開口率４０％の剥離層を形成した。この剥離層の付いたパターンマスク付ＧａＮテンプレートをシードに用いて、ＨＶＰＥでＧａＮ結晶を成長させた。
＜実施例１＞
直径７６ｍｍのｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法で約３μｍ厚のｃ軸配向ＧａＮ膜をエピタキシャル成長させてなるＧａＮテンプレートを準備した。ＧａＮ膜の表面はＧａ極性で、転位密度は１０８ｃｍ－２台であった。
このＧａＮ膜の表面に、プラズマＣＶＤ法によって厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を堆積させ、更に、このＳｉＮｘ膜をフォトリソグラフィおよびドライエッチングの技法を用いてパターニングすることにより、三角格子型のネットパターンを有する開口率４０％の剥離層を形成した。この剥離層の付いたパターンマスク付ＧａＮテンプレートをシードに用いて、ＨＶＰＥでＧａＮ結晶を成長させた。
【0072】
ＧａＮ結晶の成長には、石英製のホットウォール型リアクターと、その内部に設置された石英製ガリウムボートおよびパイロリティックグラファイト製サセプターとを備える、常圧ＨＶＰＥ装置を用いた。ＨＶＰＥ装置には、成長中の結晶の上に異物が付着することを防止するために、シード直上の空間に異物付着防止カバーを設けた。
【0073】
ガリウムボートの温度は終始８５０℃に保持しつつ、初期層、中間層、ピット化層、平坦化層および本成長層からなるＧａＮ結晶を、下記表１に示す条件で成長させた。キャリアガスにはＨ２（水素ガス）とＮ２（窒素ガス）を用いた。
【0074】
【表1】
【0075】
表１にいうＶ／ＩＩＩ比は、リアクター内に供給するＮＨ３（アンモニア）とガリウムボートに供給するＨＣｌ（塩化水素）のモル流量比である。
【0076】
最初に成長させたのは初期層で、次いで中間層を成長させ、続いてピット化層と平坦化層を交互に成長させ、最後に本成長層を成長させた。
中間層を成長させる工程では、キャリアガス中のＨ２モル比を０．０５以上に設定した。ここで、キャリアガス中のＨ２モル比は、リアクター外からリアクター内に供給されるＨ２とＮ２のモル流量に基づいて算出した値である。
ピット化層としてＧａＮ結晶層を成長させた後、結晶成長条件を平坦化層の成長条件に変更する際、原料ガス供給を中止せず、結晶成長を継続しながら、成長条件を徐々に変更した。すなわち、ピット化層の成長条件から平坦化層の成長条件への移行を連続的に行った。具体的には、原料ガス供給を続けながら、成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比を１０分かけて徐々に変更した。
ピット化層と平坦化層は交互に成長させ、これを複数回繰り返した。
本成長層の成長後、リアクター温度を室温まで下げ、ＧａＮテンプレートとその上に成長したＧａＮ結晶をリアクターから取り出して観察したところ、両者間の分離はリアクター内で実質的に完了していた。
中間層を成長させる工程では、キャリアガス中のＨ２モル比を０．０５以上に設定した。ここで、キャリアガス中のＨ２モル比は、リアクター外からリアクター内に供給されるＨ２とＮ２のモル流量に基づいて算出した値である。
ピット化層としてＧａＮ結晶層を成長させた後、結晶成長条件を平坦化層の成長条件に変更する際、原料ガス供給を中止せず、結晶成長を継続しながら、成長条件を徐々に変更した。すなわち、ピット化層の成長条件から平坦化層の成長条件への移行を連続的に行った。具体的には、原料ガス供給を続けながら、成長温度、Ｖ／ＩＩＩ比を１０分かけて徐々に変更した。
ピット化層と平坦化層は交互に成長させ、これを複数回繰り返した。
本成長層の成長後、リアクター温度を室温まで下げ、ＧａＮテンプレートとその上に成長したＧａＮ結晶をリアクターから取り出して観察したところ、両者間の分離はリアクター内で実質的に完了していた。
【0077】
成長したＧａＮ結晶の外周を円筒形に加工した後、その本成長層部分からｃ面と略平行な主面を有するウエハをスライスした。前記ウエハのＧａ極性側の主面、Ｎ極性側の裏面を、研削で平坦化した後、ダメージ層を除去するために化学機械研磨した。こうして直径５ｃｍ（約２インチ）で厚さ４００μｍのｃ面ＧａＮ基板シードを得た。
【0078】
得られたｃ面ＧａＮ基板シードをシードに用いて、ＨＶＰＥでＧａＮ結晶を成長させた。
ＧａＮ結晶の成長には、異物付着防止カバーを設置しなかったこと以外はｃ面ＧａＮ基板シードの製造に用いたものと同タイプのＨＶＰＥ装置を用いた。
ガリウムボートの温度は終始８５０℃に保持しつつ、初期層、ピット化層、平坦化層および本成長層からなるＧａＮ結晶を、下記表２に示す条件で成長させた。キャリアガスにはＨ２（水素ガス）とＮ２（窒素ガス）を用いた。
ＧａＮ結晶の成長には、異物付着防止カバーを設置しなかったこと以外はｃ面ＧａＮ基板シードの製造に用いたものと同タイプのＨＶＰＥ装置を用いた。
ガリウムボートの温度は終始８５０℃に保持しつつ、初期層、ピット化層、平坦化層および本成長層からなるＧａＮ結晶を、下記表２に示す条件で成長させた。キャリアガスにはＨ２（水素ガス）とＮ２（窒素ガス）を用いた。
【0079】
【表2】
【0080】
最初に初期ｃ面成長層を成長させ、続いてピット化層と平坦化層を交互に成長させ、その後に本成長層を成長させた。実施例１と同じく、ピット化層から平坦化層への移行は結晶成長を継続しながら連続的に行った。ピット化層と平坦化層を交互に成長させることを複数回繰り返した。
【0081】
成長したＧａＮ結晶の外周を円筒形に加工した後、その本成長層部分からｃ面と略平行な主面を有するウエハをスライスした。前記ウエハのＧａ極性側の主面、Ｎ極性側の裏面を、研削で平坦化した後、ダメージ層を除去するために化学機械研磨し、洗浄した。
次に、アッシング装置（キヤノンアネルバ社製）を用いて、酸素プラズマアッシングを行った。
アッシング条件は以下の通りである。
・圧力；２Ｐａ
・酸素流量；２００ｓｃｃｍ
・プラズマ生成電源出力：３０Ｗ
・アッシング時間：０．２５分
次に、アッシング装置（キヤノンアネルバ社製）を用いて、酸素プラズマアッシングを行った。
アッシング条件は以下の通りである。
・圧力；２Ｐａ
・酸素流量；２００ｓｃｃｍ
・プラズマ生成電源出力：３０Ｗ
・アッシング時間：０．２５分
【0082】
酸素プラズマアッシング処理後、ウエハをフッ酸を含む水溶液に２０時間以上浸漬して洗浄した。
こうして直径５ｃｍ（約２インチ）で厚さ４００μｍのｃ面ＧａＮ基板を完成させた。
こうして直径５ｃｍ（約２インチ）で厚さ４００μｍのｃ面ＧａＮ基板を完成させた。
【0083】
ｃ面ＧａＮ基板のＧａ極性側の主面について、ＰＬイメージング像（波長：３６５ｎｍ、対物レンズ５倍）を取得した。ＰＬイメージング像観察の結果、直径５０μｍ以上のシミ状模様は観察されなかった。
【0084】
ｃ面ＧａＮ基板上に、ＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ結晶を２～４μｍエピタキシャル成長させた。形成したｃ面ＧａＮ基板上のＧａＮエピタキシャル層について、ＰＬマッピング測定（波長：３６５ｎｍ）を行った。ＰＬマッピング測定の結果、ＧａＮエピタキシャル層に暗点は観察されなかった。ＰＬマッピングは、ＰＬマッピング装置（フォトンデザイン社製）を用いて行った。
【0085】
また、第一のライン上の４０ｍｍの区間内におけるオフカット角のｘ方向成分の変動幅と、第二のライン上の４０ｍｍの区間内におけるオフカット角のｙ方向成分の変動幅を、Ｘ線回折装置を用いて調べた。
オフカット角の変動幅は、ｘ方向０．０６０°、ｙ方向０．０１５°であった。
オフカット角の変動幅は、ｘ方向０．０６０°、ｙ方向０．０１５°であった。
【0086】
＜比較例１＞
酸素プラズマアッシング処理及びフッ酸を含む水溶液による浸漬洗浄を実施しなかったこと以外は実施例１と同様にして、ｃ面ＧａＮ基板を得た。
酸素プラズマアッシング処理及びフッ酸を含む水溶液による浸漬洗浄を実施しなかったこと以外は実施例１と同様にして、ｃ面ＧａＮ基板を得た。
【0087】
実施例１と同様にして、ｃ面ＧａＮ基板のＧａＮ極性側の主面について、ＰＬイメージング像において、直径５０μｍ以上のものを含む大小様々なシミ状模様が観察された。
また、実施例１と同様にしてｃ面ＧａＮ基板上にＧａＮエピタキシャル層を成長させ、ＰＬマッピング測定を行った。ＰＬマッピング測定の結果、ＧａＮエピタキシャル層成長前にシミ状模様が観察された位置と同一位置に多数の暗点が観察された。
また、実施例１と同様にしてｃ面ＧａＮ基板上にＧａＮエピタキシャル層を成長させ、ＰＬマッピング測定を行った。ＰＬマッピング測定の結果、ＧａＮエピタキシャル層成長前にシミ状模様が観察された位置と同一位置に多数の暗点が観察された。
【0088】
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】
【0089】
１００ 基板
１０１ 第一主面
１０２ 第二主面
１０１ 第一主面
１０２ 第二主面
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】