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特許7060012ヒ化ガリウム結晶基板

書誌要約請求の範囲詳細な説明課題実施例実施するための形態図面の説明

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(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】

(24)【登録日】2022-04-18

(45)【発行日】2022-04-26

(54)【発明の名称】ヒ化ガリウム結晶基板

(51)【国際特許分類】

C30B 29/42 20060101AFI20220419BHJP

C30B 11/00 20060101ALI20220419BHJP

【ＦＩ】

C30B29/42

C30B11/00 Z

【請求項の数】 11

(21)【出願番号】P 2019510388

(86)(22)【出願日】2018-02-23

(86)【国際出願番号】 JP2018006654

(87)【国際公開番号】W WO2019163081

(87)【国際公開日】2019-08-29

【審査請求日】2021-02-05

(73)【特許権者】

【識別番号】000002130

【氏名又は名称】住友電気工業株式会社

(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】森下昌紀

(72)【発明者】

【氏名】高山英俊

(72)【発明者】

【氏名】樋口恭明

(72)【発明者】

【氏名】羽木良明

【審査官】宮崎園子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１０／０８４８７８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２００８－２３９４８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－３１００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１０３６９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平５－３３９１００（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ２９／４２

Ｃ３０Ｂ１１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下のヒ化ガリウム結晶基板であって、
前記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のケイ素原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度の炭素原子のいずれかを含み、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、
前記ヒ化ガリウム結晶基板が前記ケイ素原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、
前記ヒ化ガリウム結晶基板が前記炭素原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下であり、
前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０ ^-6 以上１×１０ ^-4 以下である、ヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項2】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上３．０×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下の濃度の前記ケイ素原子を含み、
前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、前記平均転位密度が０ｃｍ ^-2 以上１５０００ｃｍ ^-2 以下である、請求項１に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項3】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上１．０×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下のキャリア濃度を有する、請求項２に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項4】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、厚さが６５０μｍ以上８００μｍ以下である、請求項３に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項5】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、前記主面の直径が２０３．２ｍｍ以上２０５ｍｍ以下であり、厚さが７５０μｍ以上８００μｍ以下である、請求項３に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項6】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-3 以上５．０×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以下の濃度の前記炭素原子を含み、
前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、前記平均転位密度が３０００ｃｍ ^-2 以上２００００ｃｍ ^-2 以下である、請求項１に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項7】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ⁷ Ω・ｃｍ以上５．０×１０ ⁸ Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有する、請求項６に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項8】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、前記平均残留歪みが７．０×１０ ^-5 以上１×１０ ^-4 以下である、請求項７に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項9】

前記ヒ化ガリウム結晶基板は、厚さが６５０μｍ以上８００μｍ以下である、請求項８に記載のヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項10】

主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが６５０μｍ以上８００μｍ以下のヒ化ガリウム結晶基板であって、
前記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上３．０×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下の濃度のケイ素原子を含み、
前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ¹⁶ ｃｍ ^-3 以上１．０×１０ ¹⁹ ｃｍ ^-3 以下のキャリア濃度を有し、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が０ｃｍ ^-2 以上１５０００ｃｍ ^-2 以下であり、
前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０ ^-6 以上１×１０ ^-4 以下である、ヒ化ガリウム結晶基板。

【請求項11】

主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが６５０μｍ以上８００μｍ以下のヒ化ガリウム結晶基板であって、
前記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ¹⁵ ｃｍ ^-3 以上５．０×１０ ¹⁷ ｃｍ ^-3 以下の濃度の炭素原子を含み、
前記ヒ化ガリウム結晶基板は、１．０×１０ ⁷ Ω・ｃｍ以上５．０×１０ ⁸ Ω・ｃｍ以下の抵抗率を有し、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が３０００ｃｍ ^-2 以上２００００ｃｍ ^-2 以下であり、
前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが７．０×１０ ^-5 以上１×１０ ^-4 以下である、ヒ化ガリウム結晶基板。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ヒ化ガリウム結晶基板に関する。

【背景技術】

【0002】

結晶品質の高いヒ化ガリウム結晶として、特開２００８－２３９４８０号公報（特許文献１）は、ヒ化ガリウムからなる半導体結晶であって、直径が６インチ以上であり、平均転位密度が１×１０⁴ｃｍ^-2以下である半導体結晶を開示し、好ましくはさらに光弾性法で測定した平均残留歪みが１×１０^-5以下である半導体結晶を開示する。また、W．A．Gault et al.，"The Growth of High Quality III-V Crystal by the Vertical Gradient Freeze Method"，Defect Control in Semiconductors，1990，pp．653－660（非特許文献１）は、ＶＧＦ（垂直温度傾斜凝固）法による高品質のヒ化ガリウムの成長方法を開示する。また、M．Yamada，"High-sensitivity computer-controlled infrared polariscope"，Review of Scientific Instruments，Vol．64，No．7，July 1993，pp．1815-1821（非特許文献２）は、コンピュータ制御された高感度赤外偏光器を用いて、ＬＥＣ法により成長させた市販の半絶縁性ヒ化ガリウム（１１１）ウエハの残留歪みにより生じる小さな位相差および主軸の複屈折を測定する方法を開示する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００８－２３９４８０号公報

【非特許文献】

【0004】

【文献】W．A．Gault et al.，"The Growth of High Quality III-V Crystal by the Vertical Gradient Freeze Method"，Defect Control in Semiconductors，1990，pp．653－660

【文献】M．Yamada，"High-sensitivity computer-controlled infrared polariscope"，Review of Scientific Instruments，Vol．64，No．7，July 1993，pp．1815-1821

【発明の概要】

【0005】

本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のケイ素原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度の炭素原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ヒ化ガリウム結晶基板が上記ケイ素原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、上記ヒ化ガリウム結晶基板が上記炭素原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。

【0006】

本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のケイ素原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度の炭素原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下である。

【0007】

本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のケイ素原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度の炭素原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ヒ化ガリウム結晶基板が上記ケイ素原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、上記ヒ化ガリウム結晶基板が上記炭素原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。

【0008】

本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ヒ化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ヒ化ガリウム結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のケイ素原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度の炭素原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下である。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1A】図１Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板において、フラット部が形成される外縁の一部の場所の一例を示す概略平面図である。

【図1B】図１Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板において、フラット部ならびに第１および第２フラット部領域の一例を示す概略拡大平面図である。

【図2A】図２Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板において、ノッチ部が形成される外縁の一部の場所の一例を示す概略平面図である。

【図2B】図２Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板において、ノッチ部ならびに第１および第２ノッチ部領域を示す概略拡大平面図である。

【図3A】図３Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の平均転位密度の測定部分の一例を示す概略拡大断面図である。

【図3B】図３Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の平均転位密度の測定部分の別の一例を示す概略拡大断面図である。

【図4】図４は、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の平均残留歪みの測定部分の一例を示す概略拡大断面図である。

【図5A】図５Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法の一例を示す製造装置内部の垂直方向の概略断面図である。

【図5B】図５Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法の一例を示す断熱材および坩堝の内部の水平方向の概略断面図である。

【図6A】図６Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法の別の一例を示す製造装置内部の垂直方向の概略断面図である。

【図6B】図６Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法の別の一例を示す断熱材および坩堝の内部の水平方向の概略断面図である。

【図7A】図７Ａは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法のまた別の一例を示す製造装置内部の垂直方向の概略断面図である。

【図7B】図７Ｂは、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法のまた別の一例を示す坩堝の内部の水平方向の概略断面図である。

【図8】図８は、本発明の一態様にかかるヒ化ガリウム結晶基板の製造方法のさらに別の一例を示す概略平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

［本開示が解決しようとする課題］
特開２００８－２３９４８０号公報（特許文献１）に開示のヒ化ガリウムからなる半導体結晶、W．A．Gault et al.，"The Growth of High Quality III-V Crystal by the Vertical Gradient Freeze Method"，Defect Control in Semiconductors，1990，pp．653－660（非特許文献１）に開示のヒ化ガリウム、およびM．Yamada，"High-sensitivity computer-controlled infrared polariscope"，Review of Scientific Instruments，Vol．64，No．7，July 1993，pp．1815-1821（非特許文献２）に開示の半絶縁性ヒ化ガリウム（１１１）ウエハは、いずれも、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む基板の製造時（フラット部／ノッチ部付基板製造時）および／または外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを有する基板上でのエピタキシャル層成長時（フラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時）に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が高くなるという問題がある。

【0011】

ここで、上記の特開２００８－２３９４８０号公報（特許文献１）、"The Growth of High Quality III-V Crystal by the Vertical Gradient Freeze Method"，Defect Control in Semiconductors，1990，pp．653－660（非特許文献１）、およびM．Yamada，"High-sensitivity computer-controlled infrared polariscope"，Review of Scientific Instruments，Vol．64，No．7，July 1993，pp．1815-1821（非特許文献２）においては、ヒ化ガリウムの結晶またはウエハ全体における平均転位密度または平均残留歪みを規定しているが、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍における平均転位密度または平均残留歪みについては検討されていない。

【0012】

そこで、フラット部／ノッチ部付基板製造時およびフラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が低いヒ化ガリウム結晶基板を提供することを目的とする。

【0013】

［本開示の効果］
本開示によれば、フラット部／ノッチ部付基板製造時およびフラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が低いヒ化ガリウム結晶基板を提供できる。

【0014】

［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。ここで、複数のフラット部領域およびノッチ部領域をそれぞれ明確に区別するために、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域、あるいは第２フラット部領域および第２ノッチ部領域と表記する。

【0015】

［１］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ（ケイ素）原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ（炭素）原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｓｉ素原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0016】

［２］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下である。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留歪みが所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0017】

［３］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｓｉ原子を含む場合は、平均転位密度を０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下としかつ平均残留歪みを２×１０^-6以上１×１０^-4以下とすることができ、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度を３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下としかつ平均残留歪みを２×１０^-6以上１×１０^-4以下とすることができる。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留歪みがそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。

【0018】

［４］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ（ケイ素）原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ（炭素）原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｓｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあり、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいてその外周部近傍に位置する一部領域の平均転位密度を一定範囲内に制御できるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0019】

［５］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下である。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留歪みが所定の範囲内にあり、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいてその外周部近傍に位置する一部領域の平均残留歪みを一定範囲内に制御できるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0020】

［６］本発明の一態様にかかるＧａＡｓ結晶基板は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＡｓ結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＡｓ結晶基板は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｓｉ原子を含む場合は、平均転位密度を０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下としかつ平均残留歪みを２×１０^-6以上１×１０^-4以下とすることができ、上記ＧａＡｓ結晶基板が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度を３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下としかつ平均残留歪みを２×１０^-6以上１×１０^-4以下とすることができる。本態様のＧａＡｓ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留歪みがそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。

【0021】

［本発明の実施形態の詳細］
＜ＧａＡｓ結晶基板＞
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の例を示す。図１Ａは、フラット部１１ｆが形成されるＧａＡｓ結晶基板１１の外縁の一部の場所を示す概略平面図である。図１Ｂは、フラット部１１ｆならびに第１および第２フラット部領域１１ｆｒを示す概略拡大平面図である。フラット部１１ｆとは、結晶体および結晶基板の結晶方位の判別、表裏判別およびプロセス上の位置合わせなどを容易にするために、結晶体および結晶基板の外縁（外周）の一部に形成されたフラットな面をいう。フラット部付のＧａＡｓ結晶基板１１において、フラット部１１ｆは、１以上形成され、通常は２つ形成され、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦともいう）およびアイデンテフィケーションフラット（以下、ＩＦともいう）とも呼ばれる。ＧａＡｓ結晶基板１１において、主面の面方位、振り方向、振り角度、およびフラット部（ＯＦ／ＩＦ）の位置は、顧客の要求に応じて定められる。たとえば、主面の面方位は（１００）、振り方向は８方向、振り角度は０°以上２０°以下、ＯＦ／ＩＦ位置は時計回り（以下、ＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが時計回りの位置に配置。）と反時計回り（以下、ＣＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが反時計回りの位置に配置。）の２種類、ＯＦ長さは４０ｍｍ以上６５ｍｍ以下、ＩＦ長さは２０ｍｍ以上４５ｍｍ以下と定められる。

【0022】

図２Ａは、ノッチ部１１ｎが形成されるＧａＡｓ結晶基板１１の外縁の一部の場所を示す概略平面図である。図２Ｂは、ノッチ部１１ｎならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒを示す概略拡大平面図である。ノッチ部１１ｎとは、結晶体および結晶基板の結晶方位の判別および整列などを容易にするために、結晶体および結晶基板の外縁（外周）の一部に形成された切欠き部分をいう。ノッチ部付のＧａＡｓ結晶基板１１において、ノッチ部１１ｎは、１以上形成され、通常は１つ形成される。ＧａＡｓ結晶基板１１において、主面の面方位、ノッチ形状、およびノッチの中心切欠き方向は、顧客の要求に応じて定められる。たとえば、主面の面方位は（１００）、ノッチ形状は外縁から中心へ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の部分を８５°以上９５°以下の開き角で削り取った形状、ノッチの中心切欠き方向は中心からみて［０１０］方向と定められる。

【0023】

（実施形態Ｉ－１）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＡｓ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記Ｓｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、第１フラット部領域１１ｆｒおよび第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0024】

なお、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板において、上記の「主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直」とは、主面内でノッチ部を示す曲線上の各々の点における接線に対して垂直であることを意味する。ここで、「曲線」とは、少なくとも一部が直線でない線を意味し、一部に直線を含んでいてもよい。また、割れ不良率は、ＧａＡｓ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｓｉ原子またはＣ原子）または濃度、あるいは基板製造時またはエピタキシャル層成長時の差異により変動するものであり、割れ不良率が低いとは、ＧａＡｓ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｓｉ原子またはＣ原子）および濃度、ならびに基板製造時またはエピタキシャル層成長時が同じ範囲内において相対的に割れ不良率が低いことを意味する。

【0025】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＡｓ結晶基板１１の直径は、大口径のＧａＡｓ結晶基板１１においても上記割れ不良率を低減する観点から、１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下である。ＧａＡｓ結晶基板１１の厚さは、上記割れ不良率を低減する観点から、３００μｍ以上８００μｍ以下である。

【0026】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆ（図１Ａおよび図１Ｂ）およびノッチ部１１ｎ（図２Ａおよび図２Ｂ）のいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびその近傍あるいはノッチ部１１ｎおよびその近傍においても割れを抑制することにより、上記割れ不良率を低減することができる。

【0027】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、含まれるＳｉ原子およびＣ原子の濃度によって平均転位密度が変動するため、Ｓｉ原子またはＣ原子の所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度を所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率を低減することができる。ここで、ＧａＡｓ結晶基板１１は、含まれるＳｉ原子の濃度の増大とともに半導電性にｎ型導電性が付与され、Ｓｉ原子の濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下においては、１．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下程度のキャリア濃度を有する。ＧａＡｓ結晶基板１１は、含まれるＣ原子の濃度の増大とともに半導電性に絶縁性が付与され、Ｃ原子の濃度が１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下においては、１．０×１０⁷Ω・ｃｍ以上５．０×１０⁸Ω・ｃｍ以下程度の抵抗率を有する。

【0028】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記濃度のＳｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であり、ＧａＡｓ結晶基板が上記濃度のＣ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下である。

【0029】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１において、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率をさらに低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記濃度のＳｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下であることが好ましく、ＧａＡｓ結晶基板が上記濃度のＣ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下であることが好ましい。

【0030】

第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周部側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均転位密度は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均転位密度に比べてそれぞれ高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均転位密度の値が、割れ不良率により影響する。したがって、高い平均転位密度となる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均転位密度が上記の範囲内にあるＧａＡｓ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。

【0031】

図３Ａおよび図３Ｂは、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の平均転位密度の測定部分の例を示す概略拡大断面図である。図３Ａを参照して、ＧａＡｓ結晶基板１１の平均転位密度は、ＧａＡｓ結晶基板１１を５００℃のＫＯＨ（水酸化カリウム）融液中に１０分間浸漬した後に第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面に形成されるエッチングピットの単位面積当たりの平均の数（エッチングピット平均密度）として顕微鏡を用いて測定する。しかしながら、第１または第２フラット部領域１１ｆｒにおけるフラット部の面取り部分または第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒにおけるノッチ部の面取り部分では、上記エッチングピットが見えない場合がある。この場合は、図３Ｂを参照して、第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面を基板の中心部まで研削して露出した中心部の第１または第２フラット部領域１１ｆｒｃあるいは中心部の第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒｃを、上記と同様の条件処理することにより形成されるエッチングピット平均密度を測定する。

【0032】

また、フラット部１１ｆの長さＬＲについては、特に制限はないが、目視による視認性および機械による認識性を高めるとともにとチップを取る領域を確保する観点から、ＯＦ長さは４０ｍｍ以上６５ｍｍ以下およびＩＦ長さは２０ｍｍ以上４５ｍｍ以下が好ましい。ここで、直径が６インチのＧａＡｓ結晶基板においては、ＯＦ長さは４３ｍｍ以上５３ｍｍ以下およびＩＦ長さは２５ｍｍ以上３５ｍｍ以下がより好ましい。直径が８インチのＧａＡｓ結晶基板においては、ＯＦ長さは５２ｍｍ以上６３ｍｍ以下およびＩＦ長さは３２ｍｍ以上４３ｍｍ以下がより好ましい。

【0033】

また、ノッチ部１１ｎについては、目視による視認性および機械による認識性を高めるとともにとチップを取る領域を確保する観点から、ノッチ形状は外縁から中心へ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の部分を８５°以上９５°以下の開き角で削り取った形状が好ましく、外縁から中心へ１．００ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下の部分を８９°以上９５°以下の開き角で削り取った形状がより好ましく、ノッチの中心切欠き方向は中心からみて［０１０］方向が好ましい。

【0034】

（実施形態Ｉ－２）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＡｓ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下である。本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、第１フラット部領域１１ｆｒおよび第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおける平均残留歪みが所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。

【0035】

【0036】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１における１５０ｍｍ以上で２０５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子、および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子については、実施形態Ｉ－１のＧａＡｓ結晶基板１１における１５０ｍｍ以上で２０５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子、および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。ＧａＡｓ結晶基板１１は、含まれるＳｉ原子およびＣ原子の濃度によって第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均残留歪みが変動するため、Ｓｉ原子またはＣ原子の所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均残留歪みを所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率を低減することができる。

【0037】

【0038】

【0039】

第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均残留歪みは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均残留歪みに比べてそれぞれ高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均残留歪みの値が、割れ不良率により影響する。したがって、高い平均残留歪みとなる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均残留歪みが上記の範囲内にあるＧａＡｓ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。

【0040】

図４は、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の平均残留歪みの測定部分の例を示す概略拡大断面図である。図４を参照して、ＧａＡｓ結晶基板１１の鏡面加工した第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面全体に亘って均等に所定のピッチで広がる所定の大きさの特定領域において、その主面に垂直に波長１．３μｍの偏光ＰＬを透過させる。このとき、試料前後に配置した偏光子と検光子を同期回転させ得られた透過光強度を偏光角φの関数として収集する。偏光角φと透過光強度より複屈折の位相差と主軸方位を求め面内歪成分を求めることができる。ここでは各点の円柱座標系の半径方向と接線方向の伸縮歪差の絶対値を平均し、平均残留歪みとして算出している。

【0041】

また、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１におけるフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）ならびにノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向は、実施形態Ｉ－１のＧａＡｓ結晶基板１１のフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）ならびにノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。

【0042】

（実施形態Ｉ－３）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、主面の直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＡｓ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子のいずれかを含む。ＧａＡｓ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記Ｓｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であることが好ましく、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記Ｃ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であることが好ましい。本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、第１フラット部領域１１ｆｒおよび第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおける平均転位密度および平均残留歪みがそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。

【0043】

なお、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板において、上記の「主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直」とは、主面内でノッチ部を示す曲線上の各々の点における接線に対して垂直であることを意味する。ここで、「曲線」とは、少なくとも一部が直線でない線を意味し、一部に直線を含んでいてもよい。また、割れ不良率は、ＧａＡｓ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｓｉ原子またはＣ原子）または濃度、あるいは基板製造時またはエピタキシャル層成長時の差異により変動するものであり、割れ不良率がさらに低いとは、ＧａＡｓ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｓｉ原子またはＣ原子）および濃度、ならびに基板製造時またはエピタキシャル層成長時が同じ範囲内において相対的に割れ不良率がさらに低いことを意味する。

【0044】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１における１５０ｍｍ以上で２０５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子、および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子については、実施形態Ｉ－１および実施形態Ｉ－２のＧａＡｓ結晶基板１１における１５０ｍｍ以上で２０５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下の濃度のＳｉ原子、および１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下の濃度のＣ原子とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。ＧａＡｓ結晶基板１１は、含まれるＳｉ原子およびＣ原子の濃度によって第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度および平均残留歪みが変動するため、Ｓｉ原子またはＣ原子の所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率をより低減することができる。

【0045】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記濃度のＳｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下が好ましく、ＧａＡｓ結晶基板が上記濃度のＣ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下が好ましい。ここで、ＧａＡｓ結晶基板１１の平均転位密度は実施形態Ｉ－１と同様にして測定し、ＧａＡｓ結晶基板１１の平均残留歪みは実施形態Ｉ－２と同様にして測定する。

【0046】

本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１において、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率をさらに低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、ＧａＡｓ結晶基板１１が上記濃度のＳｉ原子を含む場合は、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下がより好ましく、ＧａＡｓ結晶基板が上記濃度のＣ原子を含む場合は、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下がより好ましい。

【0047】

第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留歪みは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留歪みに比べてそれぞれ高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均転位密度および平均残留歪みの値が、割れ不良率により影響する。したがって、高い平均転位密度および高い平均残留歪みとなる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均転位密度および平均残留歪みが上記の範囲内にあるＧａＡｓ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。

【0048】

また、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１におけるフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）およびノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向は、実施形態Ｉ－１および実施形態Ｉ－２のＧａＡｓ結晶基板１１のフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）およびノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。

【0049】

＜ＧａＡｓ結晶基板の製造方法＞
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、実施形態Ｉ－１～実施形態Ｉ－３のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法の例を示す概略断面図である。図５Ａ、図６Ａおよび図７Ａは製造装置内部の垂直方向の概略断面図であり、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂは断熱材および坩堝の内部の水平方向の概略断面図である。図８は、実施形態Ｉ－１～実施形態Ｉ－３のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法の別の例を示す概略平面図である。

【0050】

図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂおよび図８を参照して、ＧａＡｓ結晶基板１１の一般的な製造方法は、圧力容器１０５内に配置される坩堝１０１、坩堝台座１０２、およびヒータ１０３などを含む結晶成長装置１００を用いて、ＶＢ（垂直ブリッヂマン）法、ＶＧＦ（垂直温度傾斜凝固）法などの垂直ボート法により、結晶成長させるものである。まず、坩堝１０１内にＧａＡｓ種結晶１０ｓおよびＧａＡｓ原料９を配置する。次に、ヒータ１０３の温度調節および坩堝１０１の垂直方向の移動により、ＧａＡｓ原料９を溶解させ、溶解したＧａＡｓ原料９をそのＧａＡｓ種結晶１０ｓ側から凝固させることによりＧａＡｓ結晶体１０を成長させる（図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂ）。次に、ＧａＡｓ結晶体１０を冷却する。次に、冷却したＧａＡｓ結晶体１０を坩堝１０１から取り出す。次に、取り出したＧａＡｓ結晶体１０からＧａＡｓ結晶基板１１を切り出す（図７Ａおよび図７Ｂ）。次に、切り出したＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨することにより、ＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成する（図８）。外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成されたＧａＡｓ結晶基板１１の主面を鏡面研磨する。

【0051】

（実施形態ＩＩ－１）
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、ＧａＡｓ結晶体１０の成長時および冷却時あるいはＧａＡｓ結晶体１０の冷却時（すなわち少なくともＧａＡｓ結晶体１０の冷却時）に、断熱性が高い部分と低い部分とを備える断熱材１０４を坩堝１０１の外周の外側に配置する。これにより、ＧａＡｓ結晶体１０において、後にＧａＡｓ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかとなる部分（かかる部分は、ＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかともいう、以下同じ）とＧａＡｓ結晶基板１１の内部となる部分（かかる部分は、ＧａＡｓ結晶体１０の基板内部予定部ともいう、以下同じ）との温度差を抑制して、ＧａＡｓ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および歪みを低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整することができる。

【0052】

断熱材１０４の配置形態は、特に制限はないが、上記の観点から、ＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれか（すなわちＧａＡｓ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかとなる部分）の外縁（外周）の外側には断熱材１０４の断熱性が高い部分を配置することが好ましい。たとえば、断熱材１０４におけるＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側の部分は、それ以外の部分に比べて、より厚さが大きいか、より断熱性が高い材料であるか、が好ましい。

【0053】

断熱材１０４は、図５Ａおよび図５Ｂに示すような一体物であってもよく、図６Ａおよび図６Ｂに示すような複数の部分体の集合物であってもよい。断熱材１０４が一体物の場合は、断熱材１０４におけるＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に位置する部分は、それ以外の部分に比べて、より厚さが大きい（図５Ａおよび図５Ｂ）か、より断熱性が高い材料とすることが好ましい。断熱材１０４が複数の部分体の集合物である場合は、断熱材１０４におけるＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に位置する部分体が、それ以外の部分体に比べて、より厚さが大きい（図６Ａおよび図６Ｂ）か、より断熱性が高い材料とすることが好ましい。

【0054】

断熱材１０４の材料は、断熱効果を有するものであれば特に制限はないが、炭素材料、セラミックス、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、石英、および内部にＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）を充填した筒型容器などが好ましい。

【0055】

（実施形態ＩＩ－２）
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、取り出したＧａＡｓ結晶体１０からＧａＡｓ結晶基板１１を切り出す際に、ＧａＡｓ結晶基板１１においてフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分が、他の部分に比べて、ＧａＡｓ結晶体１０の外縁（外周）からより離れた内部になるように切り出す。これにより、ＧａＡｓ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＡｓ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＡｓ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および歪みを低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整することができる。

【0056】

（実施形態ＩＩ－３）
図８を参照して、本実施形態のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、切り出したＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨することにより、ＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成する際に、フラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成による発熱を除去するように温度調節をする。これにより、ＧａＡｓ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＡｓ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＡｓ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および歪みを低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整することができる。

【0057】

ここで、切り出したＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨する方法には、とくに制限はなく、たとえば、図８に示すような回転砥石２０１を用いることができる。また、フラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成による発熱を除去するように温度調節する方法には、特に制限はなく、ＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる方法、および／または、冷却水２０２ｗの水温を低下させる方法などが可能である。

【0058】

上記の実施形態ＩＩ－１～実施形態ＩＩ－３のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法において、実施形態ＩＩ－１のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法と実施形態ＩＩ－３のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法とを組み合わせることにより、または、実施形態ＩＩ－２のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法と実施形態ＩＩ－３のＧａＡｓ結晶基板１１の製造方法とを組み合わせることにより、ＧａＡｓ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＡｓ結晶基板１１の内部の部分との温度差をより抑制して、ＧａＡｓ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および歪みをより低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整することができる。

【実施例】

【0059】

（実験例１）
図５Ａおよび図５Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（１００）で外縁に長さ４８ｍｍのＯＦ（オリエンテーションフラット）と長さ３０ｍｍのＩＦ（アイデンティフィケーションフラット）の２つのフラット部１１ｆを有する直径６インチ（１５２．４ｍｍ）で厚さ６５０μｍのＳｉ原子濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3のＧａＡｓ結晶基板１１を作製し、第１フラット部領域１１ｆｒ（フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。具体的には、以下のとおりである。

【0060】

１．ＧａＡｓ結晶体の成長
図５Ａおよび図５Ｂに示すＶＢ法によりＧａＡｓ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、原料融解および凝固による結晶成長時および成長した結晶の冷却時に、坩堝１０１の周りに一体物である断熱材１０４を配置する。断熱材１０４は、固体炭素で形成されており、ＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの外側に位置する部分の厚さが大きくＧａＡｓ結晶体１０のフラット予定部１０ｆ以外の部分の外側に位置する部分の厚さが小さい。これにより、得られるＧａＡｓ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整できる。結晶成長および冷却されたＧａＡｓ結晶体１０を坩堝から取り出す。

【0061】

２．ＧａＡｓ結晶基板の作製
取出したＧａＡｓ結晶体１０からＧａＡｓ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に長さ４８ｍｍのＯＦと長さ３０ｍｍのＩＦの２つのフラット部１１ｆを形成する。フラット部１１ｆを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＡｓ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整できる。

【0062】

３．平均転位密度の評価
得られたＧａＡｓ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、５００℃のＫＯＨ（水酸化カリウム）融液中に１０分間浸漬した後に主面の第１フラット部領域１１ｆｒ（フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）に形成されるエッチングピットの単位面積当たりの平均の数（エッチングピット平均密度）として顕微鏡を用いて測定する。なお、本実験例を含む各実験例においては、主面における第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける平均転位密度と研削して露出させた中心部の第１フラット部領域１１ｆｒｃまたは中心部の第１ノッチ部領域１１ｎｒｃにおける平均転位密度は同じである。

【0063】

４．平均残留歪みの評価
得られたＧａＡｓ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、鏡面加工した第１フラット部領域１１ｆｒ（フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）の主面全体に亘って２００μｍピッチで配置された点において、その主面に垂直にビーム径１００μｍで波長１．３μｍの入射光を透過させる。得られた透過光強度と偏光角の関係から試料の複屈折の位相差と主軸方位を算出し、各点の円柱座標系での半径方向と接線方向の伸縮歪差の絶対値を算出し、それらの点における伸縮歪差の絶対値の平均を平均残留歪みとして算出する。

【0064】

５．割れ不良率の評価
割れ不良率とは、以下の基板製造時およびエピタキシャル層成長時のそれぞれにおいて、全サンプル数に対して割れが発生したサンプルの百分率を示す。

【0065】

（１）基板製造時
得られたＧａＡｓ結晶基板１１を、１次研磨としてコロイダルシリカを含む研磨剤を９００ｃｍ³／分で滴下し、不織布タイプの研磨布を用いて、上面回転数１０ｒｐｍ、下面回転数３０ｒｐｍ、キャリア公転１０ｒｐｍ、およびキャリア自転５ｒｐｍの条件で９０分間両面研磨した後、仕上げ研磨としてコロイダルシリカを含まない研磨剤を１０００ｃｍ³／分で滴下し、スウェードタイプの研磨布を用いて、上面回転数１５０ｒｐｍおよび下面回転数１５０ｒｐｍの条件で３分間片面研磨した時の割れ不良率を算出する。

【0066】

（２）エピタキシャル層成長時
得られたＧａＡｓ結晶基板１１を、上記の１次研磨および仕上げ研磨した後、仕上げ研磨された主面上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法により、結晶成長雰囲気温度６００℃、結晶成長雰囲気圧力５０Ｔｏｒｒ、およびＶ／ＩＩＩ比（ＩＩＩ族元素モル濃度に対するＶ族元素モル濃度の比をいう、以下同じ）１００の条件で、エピタキシャル層として厚さ５μｍのＧａＡｓ層を成長させた時の割れ不良率を算出する。

【0067】

本実験例（実験例１）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１５０００ｃｍ^-2および比較例となる５４０００ｃｍ^-2と、第１フラット部領域の平均残留歪みが実施例となる２．０×１０^-6～１．０×１０^-4ならびに比較例となる１．０×１０^-6および３．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２にまとめる。

【0068】

【表1】

【0069】

【表2】

【0070】

（実験例２）
Ｓｉ原子濃度を１．０×１０¹⁷ｃｍ^-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＡｓ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例２）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１４０００ｃｍ^-2および比較例となる４００００ｃｍ^-2と、第１フラット部領域の平均残留歪みが実施例となる２．２×１０^-6～９．５×１０^-5ならびに比較例となる１．０×１０^-6および４．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表４にまとめる。

【0071】

【表3】

【0072】

【表4】

【0073】

（実験例３）
Ｓｉ原子濃度を１．０×１０¹⁸ｃｍ^-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＡｓ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例３）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１５０００ｃｍ^-2および比較例となる７００００ｃｍ^-2と、第１フラット部領域の平均残留歪みが実施例となる２．５×１０^-6～１．０×１０^-4ならびに比較例となる１．５×１０^-6および２．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表６にまとめる。

【0074】

【表5】

【0075】

【表6】

【0076】

（実験例４）
Ｓｉ原子濃度を３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＡｓ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例４）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１４５００ｃｍ^-2および比較例となる３８０００ｃｍ^-2と、第１フラット部領域の平均残留歪みが実施例となる２．０×１０^-6～８．０×１０^-5ならびに比較例となる１．０×１０^-6および３．５×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表８にまとめる。

【0077】

【表7】

【0078】

【表8】

【0079】

（実験例５）
Ｓｉ原子濃度が３×１０¹⁶ｃｍ^-3に替えてＣ原子濃度が１×１０¹⁵ｃｍ^-3とし、ノッチ部をノッチの中心切欠き方向を基板中心から見て［０１０］方向に外縁から中心へ１．０ｍｍ分を９０°の開き角度で削り取った形状で加工すること以外は、実験例１と同様にしてＧａＡｓ結晶基板１１を作製し、第１ノッチ部領域１１ｎｒ（ノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例５）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる３０００ｃｍ^-2～２００００ｃｍ^-2ならびに比較例となる１７００ｃｍ^-2および７５０００ｃｍ^-2と、第１ノッチ部領域の平均残留歪みが実施例となる２×１０^-6～１．０×１０^-4ならびに比較例となる１．０×１０^-6および３．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１０にまとめる。

【0080】

【表9】

【0081】

【表10】

【0082】

（実験例６）
Ｃ原子濃度を２．０×１０¹⁶ｃｍ^-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＡｓ結晶基板を作製し、第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例６）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる３３００ｃｍ^-2～１８０００ｃｍ^-2ならびに比較例となる１２００ｃｍ^-2および５００００ｃｍ^-2と、第１ノッチ部領域の平均残留歪みが実施例となる２．１×１０^-6～９．０×１０^-5ならびに比較例となる１．５×１０^-6および３．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１２にまとめる。

【0083】

【表11】

【0084】

【表12】

【0085】

（実験例７）
Ｃ原子濃度を５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＡｓ結晶基板を作製し、第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例７）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる３１００ｃｍ^-2～１９０００ｃｍ^-2ならびに比較例となる１７００ｃｍ^-2および３２０００ｃｍ^-2と、第１ノッチ部領域の平均残留歪みが実施例となる３．０×１０^-6～１．０×１０^-4ならびに比較例となる１．９×１０^-6および３．０×１０^-4において、基板製造時の割れ不良率を表１３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１４にまとめる。

【0086】

【表13】

【0087】

【表14】

【0088】

（実験例８）
図６Ａおよび図６Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（１００）でノッチの中心切欠き方向を基板中心から見て［０１０］方向に外縁から中心へ１．０ｍｍ分を９０°の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを有する直径８インチ（２０３．２ｍｍ）で厚さ７５０μｍのＳｉ原子濃度が１．５×１０¹⁸ｃｍ^-3のＧａＡｓ結晶基板１１を作製し、第１ノッチ部領域１１ｎｒにおける平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。具体的には、以下のとおりである。

【0089】

１．ＧａＡｓ結晶体の成長
図６Ａおよび図６Ｂに示すＶＢ法によりＧａＡｓ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、原料融解および凝固による結晶成長時および成長した結晶の冷却時に、坩堝１０１の周りに複数の部分体の集合物である断熱材１０４を配置する。断熱材１０４は、ｐＢＮ（熱分解窒化ほう素）で被覆された固体炭素で形成されており、ＧａＡｓ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの外側に位置する部分体の厚さが大きくＧａＡｓ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎ以外の部分の外側に位置する部分体の厚さが小さい。これにより、得られるＧａＡｓ結晶基板１１の平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整できる。結晶成長および冷却されたＧａＡｓ結晶体１０を坩堝から取り出す。

【0090】

２．ＧａＡｓ結晶基板の作製
取出したＧａＡｓ結晶体１０からＧａＡｓ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＡｓ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に、ノッチの中心切欠き方向を基板中心から見て［０１０］方向に外縁から中心へ１．０ｍｍ分を９０度の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを形成する。ノッチ部１１ｎを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＡｓ結晶基板１１の第１ノッチ領域の平均転位密度および平均残留歪みを所定の範囲に調整できる。

【0091】

得られたＧａＡｓ結晶基板１１について、実験例１と同様にして、平均転位密度、平均残留歪み、および割れ不良率の評価を行なう。本実験例（実験例８）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１４５００ｃｍ^-2および比較例となる３００００ｃｍ^-2と、第１ノッチ部領域の平均残留歪みが実施例となる２．０×１０^-6～９．０×１０^-5ならびに比較例となる１．０×１０^-6および２．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１６にまとめる。

【0092】

【表15】

【0093】

【表16】

【0094】

実験例１～実験例８に示すように、直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下で外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含むＧａＡｓ結晶基板において、Ｓｉ原子の濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のときは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下または平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、Ｃ原子の濃度が１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のときは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下または平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低くなることが分かる。

【0095】

さらに、上記ＧａＡｓ結晶基板において、Ｓｉ原子の濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のときは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、Ｃ原子の濃度が１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のときは、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がより低くなることが分かる。

【0096】

（実験例９）
ＧａＡｓ結晶体のフラット予定部の外側に位置する断熱材の厚さを実験例３の２倍にすること以外は、実験例３と同様にして、ＧａＡｓ結晶基板を作製し、第２フラット部領域（フラット部から主面内でフラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例９）について、第２フラット部領域の平均転位密度が実施例となる０ｃｍ^-2～１５０００ｃｍ^-2および比較例となる７００００ｃｍ^-2と、第２フラット部領域の平均残留歪みが実施例となる２．５×１０^-6～１．０×１０^-4ならびに比較例となる１．５×１０^-6および２．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１８にまとめる。

【0097】

【表17】

【0098】

【表18】

【0099】

（実験例１０）
ＧａＡｓ結晶体のノッチ予定部の外側に位置する断熱材の厚さを実験例６の２倍にすること以外は、実験例６と同様にして、ＧａＡｓ結晶基板を作製し、第２ノッチ部領域（ノッチ部から主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留歪みを測定し、ＧａＡｓ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＡｓ結晶基板上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＡｓ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１０）について、第２ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる３３００ｃｍ^-2～１８０００ｃｍ^-2ならびに比較例となる１２００ｃｍ^-2および５００００ｃｍ^-2と、第２ノッチ部領域の平均残留歪みが実施例となる２．１×１０^-6～９．０×１０^-5ならびに比較例となる１．５×１０^-6および３．０×１０^-4との組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２０にまとめる。

【0100】

【表19】

【0101】

【表20】

【0102】

実験例９および実験例１０に示すように、直径が１５０ｍｍ以上２０５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下で外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含むＧａＡｓ結晶基板において、Ｓｉ原子の濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のときは、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下または平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、Ｃ原子の濃度が１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のときは、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下または平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低くなることが分かる。

【0103】

さらに、上記ＧａＡｓ結晶基板において、Ｓｉ原子の濃度が３．０×１０¹⁶ｃｍ^-3以上３．０×１０¹⁹ｃｍ^-3以下のときは、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が０ｃｍ^-2以上１５０００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、Ｃ原子の濃度が１．０×１０¹⁵ｃｍ^-3以上５．０×１０¹⁷ｃｍ^-3以下のときは、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が３０００ｃｍ^-2以上２００００ｃｍ^-2以下かつ平均残留歪みが２×１０^-6以上１×１０^-4以下であれば、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がより低くなることが分かる。

【0104】

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請求の範囲によって示され、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】

【0105】

９ＧａＡｓ原料、１０ＧａＡｓ結晶体、１０ｆフラット予定部、１０ｎノッチ予定部、１０ｓＧａＡｓ種結晶、１１ＧａＡｓ結晶基板、１１ｆフラット部、１１ｆｒ，１１ｆｒｃ第１フラット部領域，第２フラット部領域、１１ｎノッチ部、１１ｎｒ，１１ｎｒｃ第１ノッチ部領域，第２ノッチ部領域、１００結晶成長装置、１０１坩堝、１０２坩堝台座、１０３ヒータ、１０４断熱材、１０５圧力容器、２０１回転砥石、２０２ｕ冷却水容器、２０２ｗ冷却水、ＬＲ長さ、ＷＲ幅、ＰＬ偏光。

【図1A】