特許7361990ＩＩＩ族元素窒化物基板およびＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B1)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-10-05
(45)【発行日】2023-10-16
(54)【発明の名称】ＩＩＩ族元素窒化物基板およびＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20231006BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20231006BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
H01L21/205
【請求項の数】
12
(21)【出願番号】P 2023512255
(86)(22)【出願日】2022-10-28
(86)【国際出願番号】 JP2022040285
【審査請求日】2023-02-17
(31)【優先権主張番号】P 2022023095
(32)【優先日】2022-02-17
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
【早期審査対象出願】
(73)【特許権者】
【識別番号】000004064
【氏名又は名称】日本碍子株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100122471
【弁理士】
【氏名又は名称】籾井 孝文
(74)【代理人】
【識別番号】100143650
【弁理士】
【氏名又は名称】山元 美佐
(72)【発明者】
【氏名】今井 克宏
(72)【発明者】
【氏名】杉山 智彦
(72)【発明者】
【氏名】野中 健太朗
【審査官】▲高▼橋 真由
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１６－２０４２０１（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／０６８８３８（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ １／００－３５／００
Ｈ０１Ｌ ２１／２０５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
互いに対向する第一主面および第二主面を有するＩＩＩ族元素窒化物基板であって、前記第一主面において、中央部に位置する第一部位の結晶性は、前記第一部位よりも外側に位置する第二部位の結晶性よりも高く、
前記第二部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２の上限は７０ａｒｃｓｅｃであり、
厚さが２５０μｍ以上のＩＩＩ族元素窒化物結晶の自立基板である、
ＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項2】
前記第二部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２は、前記第一部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１よりも広く、
前記第一部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１の上限は６０ａｒｃｓｅｃである、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項3】
前記半値幅Ｗ１に対する前記半値幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は１．２以上である、請求項２に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項4】
前記第一主面において、前記第一部位から外側に行くにしたがって結晶性が連続的に低くなる、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項5】
前記第一主面は、前記第一部位から外側に向けて、結晶性が一定である領域を有する、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項6】
円盤状とされ、前記第二部位は、前記第一主面の端から、径方向内側に前記第一主面の半径の２０％以下の領域に位置する、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項7】
前記第二部位には小傾角粒界が形成される、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項8】
円盤状とされ、直径が７５ｍｍ以上である、請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板。
【請求項9】
請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、
前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、
前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、
前記準備された種結晶基板の種結晶膜の周縁部には、前記種結晶膜の中央部とは前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の成長具合を変化させる変化部が形成されている、
製造方法。
【請求項10】
請求項１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、
前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、
前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、
前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成条件を、前記種結晶基板の中央部と周縁部とで変化させる、
製造方法。
【請求項11】
前記下地基板は、前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶とは組成の異なる材料を含む、請求項９または１０に記載の製造方法。
【請求項12】
請求項１から８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板を得ること、および、前記ＩＩＩ族元素窒化物基板の第二部位を除去すること、を含む、
前記第二部位が除去されたＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＩＩＩ族元素窒化物基板およびＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
発光ダイオード、半導体レーザ、パワーＩＣ等の各種デバイスの基板として、ＩＩＩ族元素窒化物基板が用いられている。
【0003】
上記ＩＩＩ族元素窒化物基板は、例えば、特許文献１に記載されているように、サファイア基板などの組成の異なる材料で構成された基板を下地基板とし、この下地基板にＩＩＩ族元素窒化物結晶をヘテロエピタキシャル成長させることで得ることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２００５－１３６１６７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、上記ヘテロエピタキシャル成長により得られるＩＩＩ族元素窒化物基板は、反りが発生しやすいという問題がある。
【0006】
上記に鑑み、本発明は、反りの発生が抑制されたＩＩＩ族元素窒化物基板を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0007】
１．本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板は、互いに対向する第一主面および第二主面を有するＩＩＩ族元素窒化物基板であって、前記第一主面において、中央部に位置する第一部位の結晶性は、前記第一部位よりも外側に位置する第二部位の結晶性よりも高い。
２．上記１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板はＩＩＩ族元素窒化物結晶の自立基板であってもよい。
３．上記１または２に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第二部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２は、上記第一部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１よりも広くてもよい。
４．上記３に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記半値幅Ｗ１に対する上記半値幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は１．２以上であってもよい。
５．上記１から４のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板における、上記第一主面において、上記第一部位から外側に行くにしたがって結晶性が連続的に低くなってもよい。
６．上記１から４のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第一主面は、上記第一部位から外側に向けて、結晶性が一定である領域を有してもよい。
７．上記１から６のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板は円盤状とされてもよく、上記第二部位は、上記第一主面の端から、径方向内側に上記第一主面の半径の２０％以下の領域に位置してもよい。
８．上記１から７のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第二部位には小傾角粒界が形成されてもよい。
９．上記１から８のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板は円盤状とされてもよく、直径が７５ｍｍ以上であってもよい。
２．上記１に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板はＩＩＩ族元素窒化物結晶の自立基板であってもよい。
３．上記１または２に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第二部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２は、上記第一部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１よりも広くてもよい。
４．上記３に記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記半値幅Ｗ１に対する上記半値幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は１．２以上であってもよい。
５．上記１から４のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板における、上記第一主面において、上記第一部位から外側に行くにしたがって結晶性が連続的に低くなってもよい。
６．上記１から４のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第一主面は、上記第一部位から外側に向けて、結晶性が一定である領域を有してもよい。
７．上記１から６のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板は円盤状とされてもよく、上記第二部位は、上記第一主面の端から、径方向内側に上記第一主面の半径の２０％以下の領域に位置してもよい。
８．上記１から７のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板において、上記第二部位には小傾角粒界が形成されてもよい。
９．上記１から８のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板は円盤状とされてもよく、直径が７５ｍｍ以上であってもよい。
【0008】
本発明の別の局面によれば、ＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法が提供される。
１０．第一実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、前記準備された種結晶基板の種結晶膜の周縁部には、前記種結晶膜の中央部とは前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の成長具合を変化させる変化部が形成されている。
１１．第二実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成条件を、前記種結晶基板の中央部と周縁部とで変化させる。
１２．上記１０または１１に記載の製造方法において、上記下地基板は、上記ＩＩＩ族元素窒化物結晶とは組成の異なる材料を含んでもよい。
本発明のさらに別の局面によれば、上記第二部位が除去されたＩＩＩ族元素窒化物基板（低結晶性部除去基板）の製造方法が提供される。
１３．本発明の実施形態による低結晶性部除去基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板を得ること、および、前記ＩＩＩ族元素窒化物基板の第二部位を除去すること、を含む。
１０．第一実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、前記準備された種結晶基板の種結晶膜の周縁部には、前記種結晶膜の中央部とは前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の成長具合を変化させる変化部が形成されている。
１１．第二実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法であって、互いに対向する上面および下面を有する下地基板と、前記下地基板の上面に形成される種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、前記種結晶基板の前記種結晶膜上に、ＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、前記下地基板から前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含み、前記ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成条件を、前記種結晶基板の中央部と周縁部とで変化させる。
１２．上記１０または１１に記載の製造方法において、上記下地基板は、上記ＩＩＩ族元素窒化物結晶とは組成の異なる材料を含んでもよい。
本発明のさらに別の局面によれば、上記第二部位が除去されたＩＩＩ族元素窒化物基板（低結晶性部除去基板）の製造方法が提供される。
１３．本発明の実施形態による低結晶性部除去基板の製造方法は、上記１から９のいずれかに記載のＩＩＩ族元素窒化物基板を得ること、および、前記ＩＩＩ族元素窒化物基板の第二部位を除去すること、を含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明の実施形態によれば、反りの発生が抑制されたＩＩＩ族元素窒化物基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の概略の構成を示す模式的な断面図である。
【図3A】１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の製造工程を示す図である。
【図4A】積層基板に生じ得る反りの一例を示す断面図である。
【図4B】自立基板に生じ得る反りの一例を示す断面図である。
【図5】本発明の１つの実施形態に係る素子基板の概略の構成を示す模式的な断面図である。
【図6】実施例１のウエハのＸ軸（ｍｍ）における半値幅Ｗ（ａｒｃｓｅｃ）の分布を示すグラフである。
【図7】実施例２のウエハのＸ軸（ｍｍ）における半値幅Ｗ（ａｒｃｓｅｃ）の分布を示すグラフである。
【図8】比較例１のウエハのＸ軸（ｍｍ）における半値幅Ｗ（ａｒｃｓｅｃ）の分布を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明するが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。また、図面は説明をより明確にするため、実施の形態に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
【0012】
Ａ．ＩＩＩ族元素窒化物基板
図１は本発明の１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の概略の構成を示す模式的な断面図であり、図２は図１に示すＩＩＩ族元素窒化物基板の平面図である。ＩＩＩ族元素窒化物基板１０は、板状であり、互いに対向する第一主面１１および第二主面１２を有し、これらは側面１３を介してつながっている。
図１は本発明の１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の概略の構成を示す模式的な断面図であり、図２は図１に示すＩＩＩ族元素窒化物基板の平面図である。ＩＩＩ族元素窒化物基板１０は、板状であり、互いに対向する第一主面１１および第二主面１２を有し、これらは側面１３を介してつながっている。
【0013】
図示例では、ＩＩＩ族元素窒化物基板は、円盤状（ウエハ）とされているが、これに限らず、任意の適切な形状とされ得る。ＩＩＩ族元素窒化物基板のサイズは、目的に応じて適切に設定され得る。円盤状のＩＩＩ族元素窒化物基板の直径は、例えば５０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、好ましくは７５ｍｍ以上であり、より好ましくは１００ｍｍ以上である。サイズの大きい（例えば、直径７５ｍｍ以上の）ＩＩＩ族元素窒化物基板によれば、例えば、サイズの大きい素子の生産性を向上させ得る。
【0014】
ＩＩＩ族元素窒化物基板の厚さは、例えば２５０μｍ以上８００μｍ以下であり、好ましくは３００μｍ以上７５０μｍ以下であり、より好ましくは３５０μｍ以上７２５μｍ以下である。
【0015】
ＩＩＩ族元素窒化物基板はＩＩＩ族元素窒化物結晶で構成される。ＩＩＩ族元素窒化物を構成するＩＩＩ族元素としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）、ガリウム（Ｇａ）、インジウム（Ｉｎ）が用いられる。これらは単独で、または、二種以上組み合わせて用いられ得る。ＩＩＩ族元素窒化物の具体例としては、窒化アルミニウム（ＡｌｘＮ）、窒化ガリウム（ＧａｙＮ）、窒化インジウム（ＩｎｚＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌｘＧａｙＮ）、窒化ガリウムインジウム（ＧａｙＩｎｚＮ）、窒化アルミニウムインジウム（ＡｌｘＩｎｚＮ）、窒化アルミニウムガリウムインジウム（ＡｌｘＧａｙＩｎｚＮ）が挙げられる。なお、括弧内の各化学式において、代表的には、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１である。
【0016】
上記ＩＩＩ族元素窒化物はドーパントを含み得る。ドーパントとしては、例えば、ベリリウム（Ｂｅ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、カドミウム（Ｃｄ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、亜鉛（Ｚｎ）等のｐ型ドーパント、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、酸素（Ｏ）等のｎ型ドーパントが挙げられる。これらは単独で、または、二種以上組み合わせて用いられ得る。
【0017】
上記ＩＩＩ族元素窒化物結晶においては、代表的には、＜０００１＞方向がｃ軸方向であり、＜１－１００＞方向がｍ軸方向であり、＜１１－２０＞方向がａ軸方向である。また、ｃ軸に直交する結晶面はｃ面であり、ｍ軸に直交する結晶面はｍ面であり、ａ軸に直交する結晶面はａ面である。本実施形態においては、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０の厚さ方向はｃ軸に平行または略平行であり、第一主面１１は（０００１）面側のＩＩＩ族元素極性面であり、第二主面１２は（０００－１）側の窒素極性面である。
【0018】
代表的には、第一主面１１は、（０００１）面に平行であってもよく、（０００１）面に対して傾斜していてもよい。第一主面１１の（０００１）面に対する傾斜角は、例えば１０°以下であり、５°以下であってもよく、２°以下であってもよく、１°以下であってもよい。第二主面１２は、（０００－１）面に平行であってもよく、（０００－１）面に対して傾斜していてもよい。第二主面１２の（０００－１）面に対する傾斜角は、例えば１０°以下であり、５°以下であってもよく、２°以下であってもよく、１°以下であってもよい。第一主面１１は、（０００１）面に平行な面や（０００１）面に対して傾斜した面に限定されず、例えば、ａ面（１１－２０）、ｍ面（１―１００）等の非極性面に平行であってもよく、（１１－２２）面、（１－１０１）面等の半極性面に平行であってもよい。
【0019】
第一主面１１は、結晶性の分布を有し得る。具体的には、第一主面１１は、第一主面１１の中央部１１ａに位置する第一部位５１の結晶性よりも低い結晶性を示す第二部位５２を、第一部位５１よりも外側に有し得る。中央部１１ａは、第一主面１１の周縁部１１ｂを除いた部分であり得る。
【0020】
第二部位５２は、例えば、第一主面１１の周縁部１１ｂに位置し得る。周縁部１１ｂは、例えば、第一主面１１の端１１ｃから径方向内側に第一主面１１の半径の２０％以下の領域を意味し、好ましくは、第一主面１１の端１１ｃから径方向内側に第一主面１１の半径の１５％以下の領域を意味する。
【0021】
上記結晶性は、例えば、Ｘ線回折ロッキングカーブ測定（ＸＲＣ）により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ（単位：ａｒｃｓｅｃ）により評価され得る。この場合、第一部位５１におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１は、第二部位５２におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２よりも狭い。具体的には、半値幅Ｗ１は、例えば４０ａｒｃｓｅｃ～６０ａｒｃｓｅｃであり、半値幅Ｗ２は、例えば５０ａｒｃｓｅｃ～７０ａｒｃｓｅｃである。半値幅Ｗ１に対する半値幅Ｗ２の比（Ｗ２／Ｗ１）は１を超え、好ましくは１．１以上であり、より好ましくは１．２以上であり、さらに好ましくは１．３以上である。一方、Ｗ２／Ｗ１は、例えば、品質保持の観点から、４．０以下であることが好ましく、より好ましくは３．０以下であり、さらに好ましくは２．０以下である。
【0022】
第一主面１１におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗのバラツキは、例えば２０％を超え、２５％以上であってもよい。
【0023】
第一主面における結晶性の分布の一例として、第一部位（例えば、第一主面の中心）から外側に行くにしたがって結晶性が連続的に低くなる形態が挙げられる。具体的には、Ｘ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗが連続的に広くなる形態が挙げられる。この場合、半値幅Ｗの変化の仕方は、特に限定されず、第一部位からの距離に対して線形であってもよいし、第一部位からの距離が遠くなるほど大きくなってもよい。
【0024】
第一主面における結晶性の分布の別の例として、第一部位（例えば、第一主面の中心）から外側に行くにしたがって結晶性が段階的に（不連続に）低くなる形態が挙げられる。具体的には、Ｘ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗが段階的に広くなる形態が挙げられる。具体例としては、第一主面は、第一部位から外側に向けて、半値幅Ｗが一定である第一領域を有し、第一領域よりも外側に、半値幅Ｗが広い第二領域を有する形態が挙げられる。ここで、半値幅Ｗが一定とは、例えば、半値幅Ｗのバラツキが２０％以下であることを意味する。なお、第一領域は上記中央部に対応し、第二領域は上記周縁部に対応してもよい。
【0025】
１つの実施形態においては、第二部位５２（周縁部１１ｂ）には小傾角粒界が形成される。小傾角粒界とは、例えば、粒界を挟んで隣り合う領域の結晶方位の角度の差が小さい（例えば、１５°以下の）粒界をいう。なお、小傾角粒界は、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）による結晶格子観察、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた後方散乱電子線回折法（ＥＢＳＤ）等により確認することができる。また、測定対象が透光性を持つ材料で構成される場合は、高倍率（例えば、２００倍）の光学顕微鏡観察により確認することもできる。
【0026】
本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板は、反りの発生が良好に抑制され得る。ＩＩＩ族元素窒化物基板のサイズ（例えば、直径）が大きくなるほど、反り、クラック等の不具合が発生しやすく、その程度も大きくなる傾向にあるが、本発明の実施形態によれば、ＩＩＩ族元素窒化物基板のサイズが大きい場合においても、反りの発生が良好に抑制され得る。
【0027】
上記反りは、例えば、レーザ変位計により評価することができる。レーザ変位計の測定方式としては、例えば、共焦点方式、三角測距方式、光干渉方式が挙げられ、測定対象面の表面粗度に応じて適宜選択され得る。１つの実施形態においては、レーザ変位計により計測されるＩＩＩ族元素窒化物基板の反りは、好ましくは１００μｍ以下であり、より好ましくは６０μｍ以下であり、さらに好ましくは４０μｍ以下である。
【0028】
上記レーザ変位計により計測される反りから算出されるＩＩＩ族元素窒化物基板の曲率半径は、好ましくは３０ｍ以上であり、より好ましくは５０ｍ以上であり、さらに好ましくは７０ｍ以上であり、特に好ましくは９０ｍ以上である。
【0029】
Ｂ．製造方法
本発明の１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、下地基板と種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、種結晶基板の種結晶膜上にＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、下地基板からＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含む。
本発明の１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の製造方法は、下地基板と種結晶膜とを有する種結晶基板を準備すること、種結晶基板の種結晶膜上にＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成すること、および、下地基板からＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離すること、を含む。
【0030】
図３Ａから図３Ｃは、１つの実施形態に係るＩＩＩ族元素窒化物基板の製造工程を示す図である。図３Ａは、互いに対向する上面２１ａおよび下面２１ｂを有する下地基板２１の上面２１ａに種結晶膜２２が成膜され、種結晶基板２０が完成した状態を示している。
【0031】
上記下地基板としては、例えば、所望の形状・サイズを有するＩＩＩ族元素窒化物基板を製造可能な形状・サイズを有する基板が用いられる。代表的には、下地基板は、直径５０ｍｍ～３５０ｍの円盤状とされる。下地基板の厚さは、例えば３００μｍ～２０００μｍである。
【0032】
下地基板としては、任意の適切な基板が用いられ得る。下地基板は、代表的には、単結晶体で構成される。下地基板を構成する材料としては、例えば、サファイア、結晶配向性アルミナ、シリコン、酸化ガリウム、窒化アルミニウムガリウム、ガリウム砒素、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）が挙げられる。
【0033】
上記種結晶膜の厚さは、例えば０．２μｍ～５μｍであり、好ましくは１μｍ～４μｍである。種結晶膜を構成する材料としては、任意の適切な材料が採用され得る。種結晶膜を構成する材料としては、代表的には、ＩＩＩ族元素窒化物が用いられる。１つの実施形態においては、窒化ガリウムが用いられる。好ましくは、蛍光顕微鏡観察により黄色発光効果が認められる窒化ガリウムが用いられる。このような窒化ガリウムにおいては、バンドからバンドへの励起子遷移（ＵＶ）に加えて、２．２ｅＶ～２．５ｅＶの範囲にピーク（黄色発光（ＹＬ）または黄色帯（ＹＢ））が確認される。
【0034】
種結晶膜は、任意の適切な方法により成膜され得る。種結晶膜の成膜方法としては、代表的には、気相成長法が用いられる。気相成長法の具体例としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、昇華法が挙げられる。これらの中でも、ＭＯＣＶＤ法が好ましく用いられる。
【0035】
上記ＭＯＣＶＤ法による種結晶膜の成膜は、例えば、第一形成工程および第二形成工程をこの順に含む。具体的には、第一形成工程では温度Ｔ１（例えば、４５０℃～５５０℃）にて下地基板上に図示しない第一の層（低温成長緩衝層）を成膜し、第二形成工程では温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２（例えば、１０００℃～１２００℃）にて図示しない第二の層を成膜する。第一の層の厚さは、例えば２０ｎｍ～５０ｎｍである。第二の層の厚さは、例えば１μｍ～４μｍである。
【0036】
１つの実施形態においては、種結晶膜２２の周縁部２２ｂには、中央部２２ａとは後述するＩＩＩ族元素窒化物結晶の成長具合を変化させる変化部が形成される。中央部２２ａは、種結晶膜２２の周縁部２２ｂを除いた部分であり得る。周縁部２２ｂは、例えば、種結晶膜２２の端２２ｃから径方向内側に種結晶膜２２の半径の２０％以下の領域を意味し、好ましくは、種結晶膜２２の端２２ｃから径方向内側に種結晶膜２２の半径の１５％以下の領域を意味する。種結晶膜に変化部を形成することにより、後述するＩＩＩ族元素窒化物結晶層の結晶性の分布が達成され得る。
【0037】
上記変化部は、例えば、中央部２２ａに位置する結晶の結晶性よりも低い結晶性を有する結晶を周縁部２２ｂに形成することで形成され得る。具体的には、変化部は、周縁部２２ｂにおけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅ＷＢを、中央部２２ａにおけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅ＷＡよりも広くすることで形成され得る。この場合、半値幅ＷＡは、例えば２５０ａｒｃｓｅｃ～３５０ａｒｃｓｅｃであり、半値幅ＷＢは、例えば３００ａｒｃｓｅｃ～５００ａｒｃｓｅｃである。半値幅ＷＡに対する半値幅ＷＢの比（ＷＢ／ＷＡ）は１を超え、好ましくは１．１以上であり、より好ましくは１．２以上であり、さらに好ましくは１．３以上である。一方、ＷＢ／ＷＡは、好ましくは４．０以下であり、より好ましくは３．０以下であり、さらに好ましくは２．０以下である。
【0038】
種結晶膜２２におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗのバラツキは、例えば２０％を超え、２５％以上であってもよい。種結晶膜２２の結晶性の分布は、得られるＩＩＩ族元素窒化物結晶層の結晶性の分布に対応し得る。
【0039】
また、例えば、変化部は、周縁部２２ｂにおける種結晶膜２２の厚さＴＢを、中央部２２ａにおける種結晶膜２２の厚さＴＡよりも薄くすることで形成され得る。ＴＡとＴＢとの差は、例えば１００ｎｍ以上であり、好ましくは２５０ｎｍ～１０００ｎｍである。
【0040】
変化部は、種結晶膜の成膜時に形成してもよいし、成膜後の後処理により形成してもよい。
【0041】
次に、種結晶基板２０の種結晶膜２２上にＩＩＩ族元素窒化物結晶を育成してＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６を形成し、図３Ｂに示すように積層基板３０を得る。所望のＩＩＩ族元素窒化物基板の厚さに応じて、ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成の程度（ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の厚さ）は調整され得る。ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成方向としては、用途、目的等に応じて、任意の適切な方向が選択され得る。具体例として、上記ｃ面、ａ面、ｍ面それぞれの法線方向、上記ｃ面、ａ面、ｍ面に対して傾斜した面の法線方向が挙げられる。
【0042】
ＩＩＩ族元素窒化物結晶は、任意の適切な方法により育成され得る。ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成方法としては、上記種結晶膜の結晶方位に概ね倣った結晶方位を達成し得る方法であれば、特に限定されない。ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成方法の具体例としては、有機金属化学気相成長（ＭＯＣＶＤ：Ｍｅｔａｌ Ｏｒｇａｎｉｃ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、パルス励起堆積（ＰＸＤ）法、分子線エピタキシー（ＭＢＥ）法、昇華法等の気相成長法；フラックス法、アモノサーマル法、水熱法、ゾルゲル法等の液相成長法；粉末の粒成長を利用した固相成長法が挙げられる。これらは単独で、または、二種以上組み合わせて用いられ得る。
【0043】
好ましくは、ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成方法として、フラックス法（例えば、Ｎａフラックス法）が採用される。このような育成方法の詳細は、例えば特許第５２４４６２８号公報に記載されており、適宜、記載された育成方法の各種条件を調整して育成してもよい。
【0044】
１つの実施形態においては、ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成条件を種結晶膜２２の中央部２２ａと周縁部２２ｂとで変化させる。育成条件を変化させることにより、後述するＩＩＩ族元素窒化物結晶層の結晶性の分布が達成され得る。
【0045】
上記育成条件の変化は、例えば、液相成長法においては、原料溶液の攪拌方法の制御、原料溶液の組成の調整等により達成され得る。また、例えば、育成条件の変化は、気相成長法においては、原料ガスの流し方（流量、流速）の制御、原料ガスの流量比の調整等により達成され得る。また、例えば、育成条件の変化は、温度、圧力等の調整によって達成され得る。
【0046】
積層基板３０のＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６は、結晶性の分布を有し得る。具体的には、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の周縁部１６ｂに位置する結晶は、中央部１６ａに位置する結晶よりも低い結晶性を示し得る。例えば、周縁部１６ｂにおけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅ＷＢは、中央部１６ａにおけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅ＷＡよりも広い。この場合、半値幅ＷＡは、例えば４０ａｒｃｓｅｃ～６０ａｒｃｓｅｃであり、半値幅ＷＢは、例えば５０ａｒｃｓｅｃ～７０ａｒｃｓｅｃである。半値幅ＷＡに対する半値幅ＷＢの比（ＷＢ／ＷＡ）は１を超え、好ましくは１．１以上であり、より好ましくは１．２以上であり、さらに好ましくは１．３以上である。一方、ＷＢ／ＷＡは、好ましくは４．０以下であり、より好ましくは３．０以下であり、さらに好ましくは２．０以下である。中央部１６ａは、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の周縁部１６ｂを除いた部分であり得る。周縁部１６ｂは、例えば、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の端１６ｃから径方向内側にＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の半径の２０％以下の領域を意味し、好ましくは、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の端１６ｃから径方向内側にＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の半径の１５％以下の領域を意味する。このような結晶性の分布を有するＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６を形成することにより、得られる積層基板３０において、反りの発生は良好に抑制され得、これにより得られるＩＩＩ族元素窒化物基板は、反りの発生が良好に抑制され得る。
【0047】
ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成後、図３Ｃに示すように、下地基板２１からＩＩＩ族元素窒化物結晶（ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６）を分離して、自立基板３２を得る。代表的には、図示するように、自立基板３２は、ＩＩＩ族元素窒化物結晶１６および種結晶膜２２を含み得る。ＩＩＩ族元素窒化物結晶は、任意の適切な方法により下地基板から分離され得る。ＩＩＩ族元素窒化物結晶の分離方法としては、例えば、ＩＩＩ族元素窒化物結晶の育成後の降温工程において下地基板との熱収縮差を利用して下地基板から自発分離させる方法、ケミカルエッチングにより分離する方法、レーザ光照射によるレーザリフトオフ法が挙げられる。レーザリフトオフ法によりＩＩＩ族元素窒化物結晶を分離する場合、代表的には、レーザ光を積層基板３０の下地基板２１の下面２１ｂ側から照射する。また、研削、ワイヤソー等の切断機を用いた切断により、自立基板を得てもよい。
【0048】
反りの発生が抑制された積層基板３０から得られる自立基板３２は、反りの発生が良好に抑制され得る。
【0049】
図４Ａは積層基板に生じ得る反りの一例を示す断面図であり、図４Ｂは自立基板に生じ得る反りの一例を示す断面図である。なお、図４では、図を見やすくするために積層基板および自立基板の断面は、ハッチングを省略している。また、便宜上、種結晶膜の図示を省略している。
【0050】
図４Ａに示す例では、積層基板３０には、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６側に凸の反りが生じている。下地基板２１はＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６とは組成（化学組成）の異なる材料で構成され得、このような下地基板２１にＩＩＩ族元素窒化物結晶をヘテロエピタキシャル成長させると、得られる積層基板３０には反りが生じやすい傾向にある。反りの原因としては、例えば、下地基板２１と成長させるＩＩＩ族元素窒化物結晶との格子定数のミスマッチや熱膨張係数の違いにより生じ得る応力が考えられる。例えば、高温（例えば、８００℃～１１００℃）においてＩＩＩ族元素窒化物結晶を成長させた後、積層基板３０を降温させると反りが生じ得る。下地基板２１の熱膨張係数が成長させるＩＩＩ族元素窒化物結晶の熱膨張係数よりも大きい場合（例えば、下地基板としてサファイア基板を用いる場合）、図４Ａに示すように、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６側に凸の反りが生じ得る。一方、下地基板２１の熱膨張係数が成長させるＩＩＩ族元素窒化物結晶の熱膨張係数よりも小さい場合（例えば、下地基板としてシリコン基板やＳｉＣ基板を用いる場合）、図示例とは逆に、下地基板２１側に凸の反りが生じ得る。
【0051】
上記積層基板の反りは、得られる自立基板３２（ＩＩＩ族元素窒化物基板）に反り、クラック等の不具合が生じる原因となり得る。図４Ａに示す積層基板３０から下地基板２１を分離して得られる自立基板３２は、図４Ｂに示すように、反りの向きが反転して、下地基板２１が配置されていた下面３３側に凸の反りが生じ得る。
【0052】
上述のとおり、本発明の実施形態による積層基板および自立基板は、そのＩＩＩ族元素窒化物結晶層が所定の結晶性の分布を有し、反りの発生は良好に抑制され得る。具体的には、結晶性の低い部位は粒界や転位が導入され得ることから、結晶性の低い部位を設けることで、上記格子のミスマッチが緩和され得る。また、上記熱膨張差による応力が緩和（拡散）され得る。熱膨張差による応力は、積層基板および自立基板の周縁部に集中する傾向にあることから、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の周縁部に結晶性の低い部位を設けることで、効果的に反りの発生を抑制し得る。
【0053】
自立基板３２は、そのまま上記ＩＩＩ族元素窒化物基板としてもよいし、自立基板３２に対して任意の適切な加工を行い、上記ＩＩＩ族元素窒化物基板を得てもよい。
【0054】
上記自立基板に対して行う加工の一例としては、周縁部の研削加工（例えば、ダイヤモンド砥石を用いた研削加工）が挙げられる。代表的には、研削により、上記所望の形状・サイズ（例えば、所望の直径を有する円盤状）となるように加工する。
【0055】
自立基板３２の周縁部（ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６の周縁部１６ｂ）の一部または全部は除去されてもよい。１つの実施形態においては、結晶性の低い部位を除去することで、結晶性の均一性に優れたＩＩＩ族元素窒化物基板を得ることができる。このように結晶性の低い部位を除去した基板を、ここでは、低結晶性部除去基板と称する。低結晶性部除去基板の第一主面におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗのバラツキは、例えば２０％以下であり、好ましくは１５％以下である。
【0056】
上記自立基板に対して行う加工の別の例としては、主面（上面、下面）の研削、研磨（例えば、ラップ研磨、化学機械研磨（ＣＭＰ））等の加工が挙げられる。代表的には、研削および研磨により、所望の厚さとなるように薄板化および平坦化する。１つの実施形態においては、主面の加工により種結晶膜２２は除去され、ＩＩＩ族元素窒化物結晶層１６のみ（単一の結晶成長層のみ）の状態としてもよい。
【0057】
また、例えば、上記自立基板に対して行う加工としては、外周エッジの面取り、加工変質層の除去、加工変質層に起因し得る残留応力の除去が挙げられる。
【0058】
Ｃ．用途
上記ＩＩＩ族元素窒化物基板には、機能層が形成され得る。図５は、本発明の１つの実施形態に係る素子基板の概略の構成を示す模式的な断面図である。素子基板４０は、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０とＩＩＩ族元素窒化物基板１０第一主面（ＩＩＩ族元素極性面）１１上に形成された機能層４２とを有する。機能層４２は、代表的には、結晶をエピタキシャル成長させて形成される。上述のとおり、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０は反りの発生が良好に抑制され得ることから、機能層４２を極めて良好に形成することができる。具体的には、機能層４２の形成に際し、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０側から加熱する場合の加熱ムラが防止され、得られる機能層４２は均一性に優れ得る。また、反りの発生が抑制されたＩＩＩ族元素窒化物基板１０を用いることにより、素子基板４０の製造における作業性が優れ得る。
上記ＩＩＩ族元素窒化物基板には、機能層が形成され得る。図５は、本発明の１つの実施形態に係る素子基板の概略の構成を示す模式的な断面図である。素子基板４０は、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０とＩＩＩ族元素窒化物基板１０第一主面（ＩＩＩ族元素極性面）１１上に形成された機能層４２とを有する。機能層４２は、代表的には、結晶をエピタキシャル成長させて形成される。上述のとおり、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０は反りの発生が良好に抑制され得ることから、機能層４２を極めて良好に形成することができる。具体的には、機能層４２の形成に際し、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０側から加熱する場合の加熱ムラが防止され、得られる機能層４２は均一性に優れ得る。また、反りの発生が抑制されたＩＩＩ族元素窒化物基板１０を用いることにより、素子基板４０の製造における作業性が優れ得る。
【0059】
上記機能層は、例えば、発光層、整流素子層、スイッチング素子層、パワー半導体層として機能し得る。１つの実施形態においては、上記機能層を構成する材料として、ＩＩＩ族元素窒化物結晶が採用される。ＩＩＩ族元素窒化物を構成するＩＩＩ族元素としては、例えば、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｉｎ（インジウム）が用いられる。これらは単独で、または、二種以上組み合わせて用いられ得る。
【0060】
なお、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０に機能層４２が形成された状態で（素子基板４０とした状態で）、ＩＩＩ族元素窒化物基板１０の第二主面（窒素極性面）１２に対し、研削、研磨等の加工を行ってもよい。
【実施例】
【0061】
以下、実施例によって本発明を具体的に説明するが、本発明はこれら実施例によって限定されるものではない。なお、下記種結晶基板の窒化ガリウム膜の面内の結晶性に関し、バラツキおよびＷＢ／ＷＡは下記の測定方法により測定した値である。
＜結晶性＞
Ｘ線回折装置（ブルカー社製、「Ｄ８－ＤＩＳＣＯＶＥＲ」）を使用したＸ線回折ロッキングカーブ測定（ＸＲＣ）により種結晶基板の窒化ガリウム膜（ウエハ）の結晶性の分布を評価した。具体的には、ウエハを横断するＸ軸およびウエハを縦断するＹ軸に沿って、ウエハを移動させながら、所定の間隔で（例えば、２ｍｍ～１０ｍｍの間隔で）Φ１．０ｍｍのコリメーターを用いて集光したＸ線を照射して（１０－１２）面に関する回折ピークを測定し、半値幅Ｗ（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。ここで、Ｘ軸はＩＩＩ族元素窒化物結晶のａ軸に平行になるように定め、Ｙ軸はＩＩＩ族元素窒化物結晶のｍ軸に平行になるように定めた。
評価対象が直径６インチのウエハの場合、９ｍｍ間隔で測定し、ウエハの中心を原点として、±Ｘ軸および±Ｙ軸の４方向それぞれにおいて９点（原点を含む）のデータを得た。
１．バラツキ
下記式により、バラツキＤ（％）を求めた。
Ｄ＝（Ｍ－ｍ）／Ａ×１００
ここで、ＭはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の最大値であり、ｍはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の最小値であり、ＡはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の平均値である。
２．ＷＢ／ＷＡ
ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％未満進んだ領域において測定した半値幅の平均値をＷＡとし、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域において測定した半値幅の平均値をＷＢとし、ＷＢ／ＷＡを算出した。
＜結晶性＞
Ｘ線回折装置（ブルカー社製、「Ｄ８－ＤＩＳＣＯＶＥＲ」）を使用したＸ線回折ロッキングカーブ測定（ＸＲＣ）により種結晶基板の窒化ガリウム膜（ウエハ）の結晶性の分布を評価した。具体的には、ウエハを横断するＸ軸およびウエハを縦断するＹ軸に沿って、ウエハを移動させながら、所定の間隔で（例えば、２ｍｍ～１０ｍｍの間隔で）Φ１．０ｍｍのコリメーターを用いて集光したＸ線を照射して（１０－１２）面に関する回折ピークを測定し、半値幅Ｗ（ａｒｃｓｅｃ）を算出した。ここで、Ｘ軸はＩＩＩ族元素窒化物結晶のａ軸に平行になるように定め、Ｙ軸はＩＩＩ族元素窒化物結晶のｍ軸に平行になるように定めた。
評価対象が直径６インチのウエハの場合、９ｍｍ間隔で測定し、ウエハの中心を原点として、±Ｘ軸および±Ｙ軸の４方向それぞれにおいて９点（原点を含む）のデータを得た。
１．バラツキ
下記式により、バラツキＤ（％）を求めた。
Ｄ＝（Ｍ－ｍ）／Ａ×１００
ここで、ＭはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の最大値であり、ｍはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の最小値であり、ＡはＸ軸に沿って測定したデータ（１７点のデータ）の平均値である。
２．ＷＢ／ＷＡ
ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％未満進んだ領域において測定した半値幅の平均値をＷＡとし、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域において測定した半値幅の平均値をＷＢとし、ＷＢ／ＷＡを算出した。
【0062】
［比較例１］
（種結晶基板の作製）
直径６インチのｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ２μｍの窒化ガリウム膜を成膜して種結晶基板を作製した。成膜の際、サファイア基板の面内における温度分布が±１０℃になるように、ＭＯＣＶＤ装置のリアクタ内のサファイア基板を載せるサセプターに内蔵されたヒータの温度を制御した。成膜した窒化ガリウム膜の結晶性のバラツキは２０％以下であり、ＷＢ／ＷＡは０．９３であった。
（種結晶基板の作製）
直径６インチのｃ面サファイア基板上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ２μｍの窒化ガリウム膜を成膜して種結晶基板を作製した。成膜の際、サファイア基板の面内における温度分布が±１０℃になるように、ＭＯＣＶＤ装置のリアクタ内のサファイア基板を載せるサセプターに内蔵されたヒータの温度を制御した。成膜した窒化ガリウム膜の結晶性のバラツキは２０％以下であり、ＷＢ／ＷＡは０．９３であった。
【0063】
（窒化ガリウム結晶の育成）
窒化ガリウム結晶の育成は、加圧窒素ガスを供給可能な耐圧容器と、この耐圧容器内で回転可能な回転台と、この回転台に載置される外容器とを備える結晶製造装置により行った。
得られた種結晶基板を、窒素雰囲気のグローブボックス内で、直径２００ｍｍのアルミナ坩堝の中に配置した。次に、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｎａ）（ｍｏｌ％）が１５ｍｏｌ％となるように、金属ガリウムと金属ナトリウムを坩堝内に充填し、アルミナ板で蓋をした。この状態で、坩堝をステンレス製の内容器に入れ、さらにこの内容器を収容可能なステンレス製の外容器に入れて、窒素導入パイプの付いた蓋で外容器を閉じた。この状態で、外容器を結晶製造装置内の加熱部に設置されている回転台の上に載置し、結晶製造装置の耐圧容器に蓋をして密閉した。
次いで、耐圧容器内を真空ポンプにて真空引きした。続いて、加熱部を操作して、加熱空間の温度を８７０℃になるように加熱しながら、４．０ＭＰａになるまで耐圧容器内に窒素ガスを導入し、外容器を中心軸周りに２０ｒｐｍの速度で一定周期の時計回りおよび反時計回りで回転させた。この状態を４０時間保持した。
その後、室温まで自然冷却して大気圧にまで減圧した後、耐圧容器の蓋を開けて中から坩堝を取り出した。坩堝の中の固化した金属ナトリウムを除去し、窒化ガリウム結晶を成長させた種結晶基板を回収した。
窒化ガリウム結晶の育成は、加圧窒素ガスを供給可能な耐圧容器と、この耐圧容器内で回転可能な回転台と、この回転台に載置される外容器とを備える結晶製造装置により行った。
得られた種結晶基板を、窒素雰囲気のグローブボックス内で、直径２００ｍｍのアルミナ坩堝の中に配置した。次に、原子比Ｇａ／（Ｇａ＋Ｎａ）（ｍｏｌ％）が１５ｍｏｌ％となるように、金属ガリウムと金属ナトリウムを坩堝内に充填し、アルミナ板で蓋をした。この状態で、坩堝をステンレス製の内容器に入れ、さらにこの内容器を収容可能なステンレス製の外容器に入れて、窒素導入パイプの付いた蓋で外容器を閉じた。この状態で、外容器を結晶製造装置内の加熱部に設置されている回転台の上に載置し、結晶製造装置の耐圧容器に蓋をして密閉した。
次いで、耐圧容器内を真空ポンプにて真空引きした。続いて、加熱部を操作して、加熱空間の温度を８７０℃になるように加熱しながら、４．０ＭＰａになるまで耐圧容器内に窒素ガスを導入し、外容器を中心軸周りに２０ｒｐｍの速度で一定周期の時計回りおよび反時計回りで回転させた。この状態を４０時間保持した。
その後、室温まで自然冷却して大気圧にまで減圧した後、耐圧容器の蓋を開けて中から坩堝を取り出した。坩堝の中の固化した金属ナトリウムを除去し、窒化ガリウム結晶を成長させた種結晶基板を回収した。
【0064】
その後、室温にて、窒化ガリウム結晶を成長させた種結晶基板のサファイア基板側から紫外線レーザを照射して種結晶基板の窒化ガリウム膜を分解し、成長させた窒化ガリウム結晶をサファイア基板から分離した。
分離した窒化ガリウム結晶の周縁部を、ダイヤモンド砥石を用いて研削し、直径を１５０ｍｍに調整した。次いで、窒化ガリウム結晶をセラミック製の加工用定盤に固定し、グラインダー、ラップ装置を用いて窒化ガリウムのガリウム極性面を研削・研磨した後、粒径０．１μｍのダイヤ砥粒を用いて鏡面仕上げとした。次いで、窒化ガリウム結晶を裏返してセラミック製の加工用定盤に固定し、その窒素極性面に対してもガリウム極性面と同様、研削・研磨した後、粒径０．１μｍのダイヤ砥粒を用いて鏡面仕上げとした。
こうして、厚さ５００μｍの窒化ガリウム基板を作製した。
分離した窒化ガリウム結晶の周縁部を、ダイヤモンド砥石を用いて研削し、直径を１５０ｍｍに調整した。次いで、窒化ガリウム結晶をセラミック製の加工用定盤に固定し、グラインダー、ラップ装置を用いて窒化ガリウムのガリウム極性面を研削・研磨した後、粒径０．１μｍのダイヤ砥粒を用いて鏡面仕上げとした。次いで、窒化ガリウム結晶を裏返してセラミック製の加工用定盤に固定し、その窒素極性面に対してもガリウム極性面と同様、研削・研磨した後、粒径０．１μｍのダイヤ砥粒を用いて鏡面仕上げとした。
こうして、厚さ５００μｍの窒化ガリウム基板を作製した。
【0065】
［実施例１］
種結晶基板の作製（窒化ガリウム膜の成膜）の際のサセプターに内蔵されたヒータの温度条件を変更し、サファイア基板の周縁部の温度を低い状態としたこと以外は比較例１と同様にして、窒化ガリウム基板を作製した。ここで、種結晶基板の窒化ガリウム膜の結晶性のバラツキは約２５％で、ＷＢ／ＷＡは１．２であり、ウエハの中心付近の半値幅が最も狭く、外周に向かうにつれて半値幅が連続的に広くなる傾向が確認された。
種結晶基板の作製（窒化ガリウム膜の成膜）の際のサセプターに内蔵されたヒータの温度条件を変更し、サファイア基板の周縁部の温度を低い状態としたこと以外は比較例１と同様にして、窒化ガリウム基板を作製した。ここで、種結晶基板の窒化ガリウム膜の結晶性のバラツキは約２５％で、ＷＢ／ＷＡは１．２であり、ウエハの中心付近の半値幅が最も狭く、外周に向かうにつれて半値幅が連続的に広くなる傾向が確認された。
【0066】
［実施例２］
窒化ガリウム結晶の育成の際、種結晶基板の周縁部における成長速度が大きくなるように、温度、圧力および回転条件を変更したこと以外は比較例１と同様にして、窒化ガリウム基板を作製した。
窒化ガリウム結晶の育成の際、種結晶基板の周縁部における成長速度が大きくなるように、温度、圧力および回転条件を変更したこと以外は比較例１と同様にして、窒化ガリウム基板を作製した。
【0067】
＜評価＞
実施例および比較例で得られた窒化ガリウム基板（ウエハ）について下記の評価を行った。評価結果を表１にまとめる。
１．結晶性の分布
上記種結晶基板の窒化ガリウム膜の結晶性と同様の方法により評価した。
２．反りおよび曲率半径
レーザ変位計（キーエンス社製、「ＣＬ―Ｐ０１５」）によって窒化ガリウム基板の反りを測定し、反りから曲率半径を算出した。具体的には、サファイア基板が配置されていた側と反対側の主面に波長６５５ｎｍのレーザ光を照射して主面の変位を共焦点方式により測定し、窒化ガリウム基板の端から３ｍｍの領域を除いた領域についての波形を得た。得られた波形から二次関数を用いた最小二乗法により近似曲線を算出し、この近似曲線の最高値と最低値との差を基板表面上で直交する二軸においてそれぞれ計測し、これらの平均値を反りＳとした。また、得られた反りＳから、下記式（Ｉ）を用いて曲率半径Ｒを算出した。
Ｒ＝Ｄ２／（８×Ｓ）・・・・・（Ｉ）
ここで、Ｒは曲率半径を、Ｄは基板直径を、Ｓは反りを示し、いずれも単位は［ｍ］である。
実施例および比較例で得られた窒化ガリウム基板（ウエハ）について下記の評価を行った。評価結果を表１にまとめる。
１．結晶性の分布
上記種結晶基板の窒化ガリウム膜の結晶性と同様の方法により評価した。
２．反りおよび曲率半径
レーザ変位計（キーエンス社製、「ＣＬ―Ｐ０１５」）によって窒化ガリウム基板の反りを測定し、反りから曲率半径を算出した。具体的には、サファイア基板が配置されていた側と反対側の主面に波長６５５ｎｍのレーザ光を照射して主面の変位を共焦点方式により測定し、窒化ガリウム基板の端から３ｍｍの領域を除いた領域についての波形を得た。得られた波形から二次関数を用いた最小二乗法により近似曲線を算出し、この近似曲線の最高値と最低値との差を基板表面上で直交する二軸においてそれぞれ計測し、これらの平均値を反りＳとした。また、得られた反りＳから、下記式（Ｉ）を用いて曲率半径Ｒを算出した。
Ｒ＝Ｄ２／（８×Ｓ）・・・・・（Ｉ）
ここで、Ｒは曲率半径を、Ｄは基板直径を、Ｓは反りを示し、いずれも単位は［ｍ］である。
【0068】
【表1】
【0069】
結晶性の分布に関し、実施例１では、図６に示すように、ウエハの中心付近の半値幅が最も狭く、外周に向かうにつれて半値幅が連続的に広くなる傾向が確認され、特に、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域における広がりが顕著であった。
実施例２では、図７に示すように、半値幅は、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％未満進んだ領域では大きくかわらなかったが、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域において急激に増大した。
比較例１では、図８に示すように、半値幅は、ウエハの中心から径方向外側に向かって大きくかわらなかった。
実施例２では、図７に示すように、半値幅は、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％未満進んだ領域では大きくかわらなかったが、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域において急激に増大した。
比較例１では、図８に示すように、半値幅は、ウエハの中心から径方向外側に向かって大きくかわらなかった。
【0070】
各実施例および比較例において、サファイア基板が配置されていた側に凸の反りが確認されたが、その度合いは、実施例においては格段に小さかった。
【0071】
得られた窒化ガリウム基板（ウエハ）について光学顕微鏡観察（２００倍）を行ったところ、実施例２において、ウエハの中心から径方向外側に半径の８０％以上進んだ領域に小傾角粒界が確認された。なお、実施例１および比較例１においては、このような小傾角粒界は確認されなかった。
【産業上の利用可能性】
【0072】
本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板は、例えば、各種半導体デバイスの基板として利用され得る。
【符号の説明】
【0073】
１０ ＩＩＩ族元素窒化物基板
１１ 第一主面
１２ 第二主面
１３ 側面
１６ ＩＩＩ族元素窒化物結晶層
２０ 種結晶基板
２１ 下地基板
２１ａ 上面
２１ｂ 下面
２２ 種結晶膜
３０ 積層基板
３２ 自立基板
４０ 素子基板
４２ 機能層
１１ 第一主面
１２ 第二主面
１３ 側面
１６ ＩＩＩ族元素窒化物結晶層
２０ 種結晶基板
２１ 下地基板
２１ａ 上面
２１ｂ 下面
２２ 種結晶膜
３０ 積層基板
３２ 自立基板
４０ 素子基板
４２ 機能層
【要約】
反りの発生が抑制されたＩＩＩ族元素窒化物基板を提供する。本発明の実施形態によるＩＩＩ族元素窒化物基板は、互いに対向する第一主面および第二主面を有するＩＩＩ族元素窒化物基板であって、前記第一主面において、中央部に位置する第一部位の結晶性は、前記第一部位よりも外側に位置する第二部位の結晶性よりも高い。前記第二部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ２は、前記第一部位におけるＸ線回折ロッキングカーブ測定により得られる（１０－１２）面の回折ピークの半値幅Ｗ１よりも広くてもよい。
【図1】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
