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(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】2023-12-25
(45)【発行日】2024-01-09
(54)【発明の名称】窒化ガリウム単結晶基板およびその製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20231226BHJP
C30B 25/18 20060101ALI20231226BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20231226BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
C30B25/18
C23C16/34
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2023507779
(86)(22)【出願日】2022-05-11
(86)【国際出願番号】 JP2022019935
【審査請求日】2023-02-03
【早期審査対象出願】
(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】弁理士法人深見特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】岡久 拓司
(72)【発明者】
【氏名】西野 俊佑
【審査官】山本 一郎
(56)【参考文献】
【文献】特開２０２０－２０３８１１（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１９２０２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０２９５６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１０－０７０４３０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１１－２１３５１２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００１－１０２３０７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７４５４９（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｃ３０Ｂ ２９／３８
Ｃ３０Ｂ ２５／１８
Ｃ２３Ｃ １６／３４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板であって、前記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上であり、
前記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、
前記第２の主表面は、窒素極性面であり、
前記第１の主表面および前記第２の主表面は、円形状を有し、
前記窒化ガリウム単結晶基板において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の（０００１）面は、前記第１の主表面側から前記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有し、
前記第１の主表面は、複数のピット痕跡を有し、
前記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項2】
前記ピット痕跡の直径は、２００μｍ以下であり、前記第１の主表面における前記ピット痕跡に相当する領域の極性は、ガリウム極性である、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項3】
前記（０００１）面は、１１ｍ以上の曲率半径を有する、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項4】
前記ピット痕跡の密度は、１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項5】
前記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下である、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項6】
第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程と、
前記窒化ガリウム膜上に、遮蔽部と開口部とが交互に繰り返される構造を有するマスクを配置する工程と、
前記窒化ガリウム膜において、前記マスクの開口部を介してファセット構造を有する窒化ガリウム単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、前記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程と、
前記第１層において、前記窒化ガリウム単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、前記第１層上に第２層を形成する工程と、
前記第２層を切り出すことによって前記窒化ガリウム単結晶基板を得る工程と、を含み、
前記第１層の成長面は、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を有し、
前記第２層の成長面は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を有し、
前記第１成長条件は、
０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
１０μｍ／時以上１００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
前記第２成長条件は、
１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
前記第１成長条件の成長温度は、前記第２成長条件の成長温度よりも低い、窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
【請求項7】
前記第１成長条件は、１ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９５０℃以上１０５０℃以下の成長温度と、
１０μｍ／時以上１００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
前記第２成長条件は、
３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
１０００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
５０μｍ／時以上４００μｍ／時以下の成長速度とを有する、請求項６に記載の窒化ガリウム単結晶基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、窒化ガリウム単結晶基板およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
窒化物半導体デバイスの形成に有用な窒化ガリウム単結晶基板の一つとして、窒化ガリウム単結晶のＣ面（以下、「（０００１）面」とも記す）と平行または略平行な２つの主表面を有するＣ面窒化ガリウム単結晶基板（以下、これを単に「ＧａＮ単結晶基板」とも記す）が公知である。Ｃ面ＧａＮ単結晶基板の上記２つの主表面とは、それぞれ［０００１］方向側の主表面であるガリウム極性面、および［０００－１］方向側の主表面である窒素極性面をいう。Ｃ面ＧａＮ単結晶基板においては通常、上記ガリウム極性面上に各種の窒化物半導体デバイスが形成される。Ｃ面ＧａＮ単結晶基板は、一般に塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスおよびアンモニア（ＮＨ3）ガスを用いたＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ）法を適用することにより得られる窒化ガリウム単結晶（以下、「ＧａＮ単結晶」とも記す）から製造される。なお上記ＨＶＰＥ法によって、Ｃ面を成長面としてＧａＮ単結晶を成長させた場合、上記成長面にピットと呼ばれる逆六角錐形状の凹みが形成されることが知られる。
【0003】
下記非特許文献１は、上記ＨＶＰＥ法を用い、上記ピットを残存させてＧａＮ単結晶を得た場合、当該ＧａＮ単結晶は、結晶の構造欠陥である転位が上記ピットの底に集中することによって、上記ピットの周辺においては上記転位が低減することを報告している。特開２０１６－０７４５４９号公報（特許文献１）および国際公開第２００５／０５０７０９号（特許文献２）は、上記ＨＶＰＥを用いて窒化ガリウム単結晶を得る過程において、所定の成長条件によって成長面に転位が集中する上記ピットを形成した後、他の成長条件によって上記ピットのほぼすべてをＧａＮ単結晶で埋込むことにより、低転位密度としたＧａＮ単結晶基板を製造することを提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開２０１６－０７４５４９号公報
【文献】国際公開第２００５／０５０７０９号
【非特許文献】
【0005】
【文献】元木健作、「窒化ガリウム基板の開発」、ＳＥＩテクニカルレビュー、第１７５号、２００９年７月、ｐｐ．１０－１８
【発明の概要】
【0006】
本開示に係る窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板であって、上記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上であり、上記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、上記第２の主表面は、窒素極性面であり、上記第１の主表面および上記第２の主表面は、円形状を有し、上記窒化ガリウム単結晶基板において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有し、上記第１の主表面は、複数のピット痕跡を有し、上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。
【0007】
本開示に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法は、第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程と、上記窒化ガリウム膜において、窒化ガリウム単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程と、上記第１層において、上記窒化ガリウム単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程と、上記第２層を切り出すことによって上記窒化ガリウム単結晶基板を得る工程と、を含み、上記第１層の成長面は、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を有し、上記第２層の成長面は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を有し、
上記第１成長条件は、
０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
１０μｍ／時以上３００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
上記第２成長条件は、
１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
上記第１成長条件の成長温度は、上記第２成長条件の成長温度よりも低い。
上記第１成長条件は、
０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
１０μｍ／時以上３００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
上記第２成長条件は、
１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、
１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、
９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、
５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有し、
上記第１成長条件の成長温度は、上記第２成長条件の成長温度よりも低い。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［本開示が解決しようとする課題］
上記非特許文献１、特許文献１および特許文献２は、いずれも主表面が低転位化されたＧａＮ単結晶基板を提供することに注目している。とりわけ特許文献１および特許文献２は、上述のように転位が集中するピットを成長面に形成した後、他の成長条件によって上記ピットのほぼすべてにＧａＮ単結晶を埋込むことにより、低転位化することを提案している。しかしながら上記ピットをＧａＮ単結晶で埋込むと、ピット底に集中していた転位が周辺に拡散することによって応力（とりわけ引張応力）が発生するため、インゴットから切り出したＧａＮ単結晶が反る、つまりＧａＮ単結晶の（０００１）面が湾曲するという現象が起こる。
上記非特許文献１、特許文献１および特許文献２は、いずれも主表面が低転位化されたＧａＮ単結晶基板を提供することに注目している。とりわけ特許文献１および特許文献２は、上述のように転位が集中するピットを成長面に形成した後、他の成長条件によって上記ピットのほぼすべてにＧａＮ単結晶を埋込むことにより、低転位化することを提案している。しかしながら上記ピットをＧａＮ単結晶で埋込むと、ピット底に集中していた転位が周辺に拡散することによって応力（とりわけ引張応力）が発生するため、インゴットから切り出したＧａＮ単結晶が反る、つまりＧａＮ単結晶の（０００１）面が湾曲するという現象が起こる。
【0010】
反ったＧａＮ単結晶からは、その表面を研磨する等の表面加工によって平らな主表面を有するＧａＮ単結晶基板を得ることができるが、当該ＧａＮ単結晶基板は、上述のようにＧａＮ単結晶の（０００１）面が湾曲しているため、上記主表面の領域毎に特性が変化する恐れがあり、もってデバイス特性に悪影響が及ぶ可能性がある。したがって、主表面の低転位化と、ＧａＮ単結晶の反りの抑制との両者を実現することによってデバイス特性を向上させることが可能なＧａＮ単結晶基板は未だ得られておらず、その開発が切望されている。
【0011】
以上の点に鑑み、本開示は、ＧａＮ単結晶の反りを抑制することによってＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を大きくし、もってデバイス特性を向上させることが可能な窒化ガリウム単結晶基板、およびその製造方法を提供することを目的とする。
【0012】
［本開示の効果］
上記によれば、ＧａＮ単結晶の反りを抑制することによってＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を大きくし、もってデバイス特性を向上させることが可能な窒化ガリウム単結晶基板、およびその製造方法を提供することができる。
上記によれば、ＧａＮ単結晶の反りを抑制することによってＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を大きくし、もってデバイス特性を向上させることが可能な窒化ガリウム単結晶基板、およびその製造方法を提供することができる。
【0013】
［実施形態の概要］
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、本開示を完成させた。まず本発明者らは、ＧａＮ単結晶を上記ＨＶＰＥ法を用いて成長させる際の成長条件に着目した。具体的には、（０００１）面である成長面に数多くのピットを形成させ、当該ピットの底に転位を集中させることによって上記ピットの周辺の転位を低減させる第１成長条件と、上記ピットをＧａＮ単結晶で埋込む比率を制御しながら窒化ガリウム単結晶を成長させる第２成長条件を含む成長工程を採用することによって、ＧａＮ単結晶のインゴットを製造した。この場合、上記第２成長条件によってＧａＮ単結晶の成長面に上記ピットが所定の密度で残るＧａＮ単結晶のインゴットが得られた。さらに上記インゴットから切り出したＧａＮ単結晶は、その反りが抑えられることを知見した。とりわけ反りが抑えられたＧａＮ単結晶から、曲率半径が６ｍ以上となる平らな（０００１）面を有するＧａＮ単結晶からなるＧａＮ単結晶基板を得ることに到達し、本開示を完成させた。
まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、本開示を完成させた。まず本発明者らは、ＧａＮ単結晶を上記ＨＶＰＥ法を用いて成長させる際の成長条件に着目した。具体的には、（０００１）面である成長面に数多くのピットを形成させ、当該ピットの底に転位を集中させることによって上記ピットの周辺の転位を低減させる第１成長条件と、上記ピットをＧａＮ単結晶で埋込む比率を制御しながら窒化ガリウム単結晶を成長させる第２成長条件を含む成長工程を採用することによって、ＧａＮ単結晶のインゴットを製造した。この場合、上記第２成長条件によってＧａＮ単結晶の成長面に上記ピットが所定の密度で残るＧａＮ単結晶のインゴットが得られた。さらに上記インゴットから切り出したＧａＮ単結晶は、その反りが抑えられることを知見した。とりわけ反りが抑えられたＧａＮ単結晶から、曲率半径が６ｍ以上となる平らな（０００１）面を有するＧａＮ単結晶からなるＧａＮ単結晶基板を得ることに到達し、本開示を完成させた。
【0014】
次に、本開示の実施態様を列記して説明する。
［１］本開示の一態様に係る窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板であって、上記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上であり、上記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、上記第２の主表面は、窒素極性面であり、上記第１の主表面および上記第２の主表面は、円形状を有し、上記窒化ガリウム単結晶基板において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有し、上記第の１主表面は、複数のピット痕跡を有し、上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。このような特徴を有する窒化ガリウム単結晶基板は、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となるため、デバイス特性を向上させることができる。
［１］本開示の一態様に係る窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板であって、上記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上であり、上記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、上記第２の主表面は、窒素極性面であり、上記第１の主表面および上記第２の主表面は、円形状を有し、上記窒化ガリウム単結晶基板において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有し、上記第の１主表面は、複数のピット痕跡を有し、上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。このような特徴を有する窒化ガリウム単結晶基板は、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となるため、デバイス特性を向上させることができる。
【0015】
［２］上記ピット痕跡の直径は、２００μｍ以下であり、上記第１の主表面における上記ピット痕跡に相当する領域の極性は、ガリウム極性であることが好ましい。これにより上記第１の主表面上の上記ピット痕跡に相当する領域に転位が過剰に集中することを避けることができるので、当該ピット痕跡に相当する領域にデバイスを形成することが可能となる。
【0016】
［３］上記（０００１）面は、１１ｍ以上の曲率半径を有することが好ましい。これにより、デバイス特性をより向上させることができる。
【0017】
［４］上記ピット痕跡の密度は、１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であることが好ましい。これにより、デバイス特性をより向上させることができる。
【0018】
［５］上記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより上記直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下である窒化ガリウム単結晶基板において、デバイス特性を向上させることができる。
【0019】
［６］本開示の一態様に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法は、第１の主表面および第２の主表面を備えた窒化ガリウム単結晶基板の製造方法であって、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程と、上記窒化ガリウム膜において、窒化ガリウム単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程と、上記第１層において、上記窒化ガリウム単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程と、上記第２層を切り出すことによって上記窒化ガリウム単結晶基板を得る工程と、を含み、上記第１層の成長面は、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を有し、上記第２層の成長面は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を有し、上記第１成長条件は、０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、１０μｍ／時以上３００μｍ／時以下の成長速度とを有し、上記第２成長条件は、１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有し、上記第１成長条件の成長温度は、上記第２成長条件の成長温度よりも低い。このような特徴を有する窒化ガリウム単結晶基板の製造方法により、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となってデバイス特性を向上させることが可能な窒化ガリウム単結晶基板を得ることができる。
【0020】
［７］上記第１成長条件は、１ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９５０℃以上１０５０℃以下の成長温度と、１０μｍ／時以上２００μｍ／時以下の成長速度とを有し、上記第２成長条件は、３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、１０００℃以上１１００℃以下の成長温度と、５０μｍ／時以上４００μｍ／時以下の成長速度とを有することが好ましい。これにより、上記第１の主表面の領域毎の特性をよりバラツキなく均一とすることができる。
【0021】
［実施形態の詳細］
以下、本開示に係る一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する場合があるが、本明細書および図面において同一または対応する要素に同一の符号を付すものとし、それらについて同じ説明は繰り返さない。さらに図面においては、各構成要素を理解しやすくするために縮尺を適宜調整して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致しない。
以下、本開示に係る一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する場合があるが、本明細書および図面において同一または対応する要素に同一の符号を付すものとし、それらについて同じ説明は繰り返さない。さらに図面においては、各構成要素を理解しやすくするために縮尺を適宜調整して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致しない。
【0022】
本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。たとえば「ＧａＮ」と表記する場合、ＧａＮを構成する原子数の比は、従来公知のあらゆる原子比が含まれるものとする。このことは、「ＧａＮ」以外の化合物の記載についても同様である。
【0023】
本明細書においてＧａＮ単結晶基板は、上述した所謂「Ｃ面ＧａＮ単結晶基板」であり、Ｃ面（（０００１）面）と平行または略平行な２つの主表面として第１の主表面および第２の主表面を有する。このうち第１の主表面は、［０００１］方向側の主表面であって、ガリウム極性面である。第２の主表面は、［０００－１］方向側の主表面であって、窒素極性面である。上記ＧａＮ単結晶基板は、第１の主表面上に各種の窒化物半導体デバイスが形成される場合がある。また本明細書において「面内」という用語にて用いられる「面」とは、以下において特記する場合を除いて、上記の「第１の主表面」を意味する。本明細書においてＧａＮ単結晶基板の直径が「５０ｍｍ」であると記す場合、上記直径は５０ｍｍ前後（５０～５５．５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは２インチであることを意味する。上記直径が「１００ｍｍ」であると記す場合、上記直径は１００ｍｍ前後（９５～１０５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは４インチであることを意味する。上記直径が「１５０ｍｍ」であると記す場合、上記直径は１５０ｍｍ前後（１４５～１５５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは６インチであることを意味する。なお上記主表面の直径は、ノギス等の従来公知の外径測定器を用いることにより測定することができる。
【0024】
上記ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面および第２の主表面は、「円形状」を有する。本明細書において当該主表面の形状を表す「円形状」には、幾何学的な円形状が含まれるほか、上記主表面の外周にノッチ、オリエンテーションフラット（以下、「ＯＦ」とも記す）またはインデックスフラット（以下、「ＩＦ」とも記す）の少なくともいずれかが形成されることにより、主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状が含まれる。ここで「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」とは、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分のうち、上記ノッチ、ＯＦおよびＩＦ上の任意の点から主表面の中心まで延びる線分において長さが短くなる場合の形状を意味する。さらに「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」には、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分すべての長さが、ＧａＮ単結晶基板の原料となるＧａＮ単結晶の形状に起因して、同一になるとは限らない場合の形状も含まれる。
【0025】
本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、“－（バー）”を数字の上に付すことによって表現されるが、本明細書では数字の前に負の符号を付している。
【0026】
〔窒化ガリウム単結晶基板〕
本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板である。上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上である。上記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、上記第２の主表面は、窒素極性面である。上記第１の主表面および上記第２の主表面は、円形状を有する。上記ＧａＮ単結晶基板において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有する。さらに第１の主表面は、複数のピット痕跡を有する。上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。このような特徴を有するＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きいため、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となり、もってデバイス特性を向上させることができる。
本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板である。上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上である。上記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、上記第２の主表面は、窒素極性面である。上記第１の主表面および上記第２の主表面は、円形状を有する。上記ＧａＮ単結晶基板において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有する。さらに第１の主表面は、複数のピット痕跡を有する。上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。このような特徴を有するＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きいため、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となり、もってデバイス特性を向上させることができる。
【0027】
本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を、６ｍ以上と大きくすることができる理由は、次のとおりである。すなわち本開示において本発明者らは、上記ＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶に関し、次の第１成長条件および第２成長条件を含むＨＶＰＥ法により成長させた。上記第１成長条件は、成長面に１００個／ｃｍ2を超える密度でピットが形成されたＧａＮ単結晶層を得る目的で、下地基板の表面の少なくとも一部に配置した窒化ガリウム膜において、所定の塩化ガリウムガス分圧、アンモニアガス分圧、成長温度および成長速度でＧａＮ単結晶層（第１層）を成長させる条件である。上記第２成長条件は、成長面に０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下の密度でピットが形成されたＧａＮ単結晶層を得る目的で、上記第１層において、所定の塩化ガリウムガス分圧、アンモニアガス分圧、成長温度および成長速度でＧａＮ単結晶層（第２層）を成長させる条件である。ここで本明細書において「成長面」とは、上記ＨＶＰＥ法を実行することによってＧａＮ単結晶が成長していく成長方向（たとえば［０００１］方向）に位置する上記ＧａＮ単結晶の表面をいう。
【0028】
上記第１成長条件により得られるＧａＮ単結晶（第１層）は、上記ピットの底に転位が集中し、かつ上記ピットの周辺の転位が低減することによって単結晶全体として低転位化することができる。さらに上記第２成長条件により得られるＧａＮ単結晶（第２層）は、その成長面に上述した密度でピットが残存するため、応力が発生しづらく、もって上記ＧａＮ単結晶（第２層）から切り出したＧａＮ単結晶の反りを抑えることができる。とりわけ上記ＧａＮ単結晶（第２層）は、上記ＧａＮ単結晶（第１層）の転位密度を引き継ぎ、かつ成長に伴って更に低転位化される。したがって上記ＧａＮ単結晶（第２層）から切り出したＧａＮ単結晶は、その反りが抑えられるとともに低転位であるという特徴を備えることができる。
【0029】
以上から本開示においては、第１成長条件および第２成長条件を採用したＨＶＰＥ法を用いてＧａＮ単結晶を製造することにより、低転位であって、かつその反りが抑えられるために、（０００１）面の曲率半径を６ｍ以上と大きくすることができる。これにより、上記ＧａＮ単結晶から第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一であるＧａＮ単結晶基板を得ることができ、もって上記ＧａＮ単結晶基板においてデバイス特性を向上させることができる。
【0030】
（直径）
上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上である。上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であることが好ましい。換言すれば、ＧａＮ単結晶基板１の直径は、２～６インチであることが好ましい。ここで上記直径については、上記基板がＯＦ、ＩＦ等の影響によって幾何学的な円形状とはならない場合の形状であっても、当該基板は上記ＯＦ、ＩＦ等が形成される前の円形状を有するとみなして、その大きさ（直径）を求めるものとする。
上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上である。上記ＧａＮ単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であることが好ましい。換言すれば、ＧａＮ単結晶基板１の直径は、２～６インチであることが好ましい。ここで上記直径については、上記基板がＯＦ、ＩＦ等の影響によって幾何学的な円形状とはならない場合の形状であっても、当該基板は上記ＯＦ、ＩＦ等が形成される前の円形状を有するとみなして、その大きさ（直径）を求めるものとする。
【0031】
＜第１の主表面および第２の主表面＞
（ガリウム極性面および窒素極性面）
図１は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板を説明する断面模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板１は、第１の主表面１１および第２の主表面２１を備える。第１の主表面１１は、ガリウム極性面であり、第２の主表面２１は、窒素極性面である。つまり第１の主表面１１は、窒化ガリウム単結晶基板１において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の［０００１］方向側に位置する主表面である。第２の主表面２１は、窒化ガリウム単結晶基板１において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の［０００－１］方向側に位置する主表面である。上記窒化ガリウム単結晶基板１においては、第１の主表面１１上に複数のピット痕跡を有する。とりわけ上記第１の主表面１１における上記ピット痕跡に相当する領域の極性は、ガリウム極性であることが好ましい。換言すれば、上記第１の主表面１１における上記ピット痕跡に相当する領域は、その製造工程において転位の集中等によって窒素極性面に反転することなく、ガリウム極性面で維持されることが好ましい。これにより第１の主表面１１の領域が、ピット痕跡である領域か否かに関わらず、第１の主表面１１上に各種の窒化物半導体デバイスを形成することが可能となる。なおピット痕跡については後述する。
（ガリウム極性面および窒素極性面）
図１は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板を説明する断面模式図である。図１に示すように、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板１は、第１の主表面１１および第２の主表面２１を備える。第１の主表面１１は、ガリウム極性面であり、第２の主表面２１は、窒素極性面である。つまり第１の主表面１１は、窒化ガリウム単結晶基板１において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の［０００１］方向側に位置する主表面である。第２の主表面２１は、窒化ガリウム単結晶基板１において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の［０００－１］方向側に位置する主表面である。上記窒化ガリウム単結晶基板１においては、第１の主表面１１上に複数のピット痕跡を有する。とりわけ上記第１の主表面１１における上記ピット痕跡に相当する領域の極性は、ガリウム極性であることが好ましい。換言すれば、上記第１の主表面１１における上記ピット痕跡に相当する領域は、その製造工程において転位の集中等によって窒素極性面に反転することなく、ガリウム極性面で維持されることが好ましい。これにより第１の主表面１１の領域が、ピット痕跡である領域か否かに関わらず、第１の主表面１１上に各種の窒化物半導体デバイスを形成することが可能となる。なおピット痕跡については後述する。
【0032】
（（０００１）面）
図１示すようにＧａＮ単結晶基板１において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面３１は、第１の主表面１１側から第２の主表面２１側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有する。上記（０００１）面３１は、１１ｍ以上の曲率半径を有することが好ましい。これにより第１の主表面１１の領域毎の特性がバラツキなく均一となり、もってデバイス特性を向上させることができる。
図１示すようにＧａＮ単結晶基板１において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面３１は、第１の主表面１１側から第２の主表面２１側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有する。上記（０００１）面３１は、１１ｍ以上の曲率半径を有することが好ましい。これにより第１の主表面１１の領域毎の特性がバラツキなく均一となり、もってデバイス特性を向上させることができる。
【0033】
ここで本明細書において第１の主表面１１側から第２の主表面２１側へ向かって凸となる「球面状の湾曲面」とは、当該湾曲面が厳密な球面を呈するかどうかを問わず、第１の主表面１１側から第２の主表面２１側の中心へ向かって凸状となる湾曲した面であることを意味する。このため本明細書においてＧａＮ単結晶の（０００１）面３１の曲率半径は、上記湾曲面が厳密な球面を呈する場合に求めることができる厳密値ではなく、次のような方法によって求められる近似値として示される。
【0034】
以下、上記ＧａＮ単結晶基板におけるＧａＮ単結晶の（０００１）面３１の曲率半径を求める方法について、図２に基づいて説明する。図２は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板に関し、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を求めるためのＸＲＤ解析に用いる測定箇所（つまりＸ線を照射する測定点の位置）について説明する説明図である。なお上記「ＸＲＤ解析」とは、Ｘ線回折法を用いた解析の略記である。
【0035】
まず、たとえば後述する製造方法に従って第１の主表面１１および第２の主表面を備えるＧａＮ単結晶基板１を得ることにより、測定対象とするＧａＮ単結晶基板１を準備する。このＧａＮ単結晶基板１に対し下記条件の下でＸ線回折法を用いた解析（ＸＲＤ解析）を実行する。具体的には、下記条件のＸＲＤ解析を、当該ＧａＮ単結晶基板１の第１の主表面１１の中心Ｏの測定点Ｍ０、上記中心Ｏから［１－１００]方向の各外周端から５ｍｍ内側の２点の測定点Ｍ１およびＭ２、および上記中心Ｏから［１１－２０]方向の各外周端から５ｍｍ内側の２点の測定点Ｍ３およびＭ４の合計５点に対して実行することにより、上記５点におけるＧａＮ単結晶の（０００１）面に対する傾斜角を測定する。ここで上記「傾斜角」とは、ＧａＮ単結晶の＜０００１＞方向と平行な方向に延びる直線（ベクトル）と、第１の主表面１１上の上記５点の測定点Ｍ０、Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４それぞれにおける第１の主表面１１に対する法線（ベクトル）との交差角を意味する。
【0036】
次いで、上記ＸＲＤ解析から得られる上記測定点Ｍ０における傾斜角と、［１－１００］方向および［１１－２０］方向の各外周端から５ｍｍ内側の４点の測定点Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３およびＭ４における傾斜角それぞれとから、４つの曲率半径に対応する数値（曲率半径値）を、三角関数を用いた従来公知の計算式に基づいて算出する。つまり上記測定点Ｍ０および測定点Ｍ１における各傾斜角から上記の計算式に基づいて第１の曲率半径値を算出し、同じ要領にて上記測定点Ｍ０および測定点Ｍ２における各傾斜角から第２の曲率半径値を、上記測定点Ｍ０および測定点Ｍ３における各傾斜角から第３の曲率半径値を、ならびに上記測定点Ｍ０および測定点Ｍ４における各傾斜角から第４の曲率半径値を、それぞれ算出する。最後に、上記４つの曲率半径値（第１の曲率半径値～第４の曲率半径値）を平均化することにより得た数値を、上記ＧａＮ単結晶基板におけるＧａＮ単結晶の（０００１）面３１の曲率半径として求めることができる。
【0037】
上記曲率半径を求めるのに用いるＸＲＤ解析の条件は、以下のとおりである。なお回折面は、（０００２）面である。下記条件において（０００１）面は、禁制反射によって現れないためである。上記傾斜角は、測定対象とするＧａＮ単結晶基板１を、下記条件の下でθ方向に回転（ωスキャン）し、上記測定点Ｍ０～測定点Ｍ４の合計５点におけるＸ線回折ピークが得られる回折角度をそれぞれ特定することにより、当該回折角度に基づいて求めることができる。
解析装置： 商品名（品番）「Ｘ’ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＤＲ」、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製
Ｘ線光源： Ｃｕ－Ｋα線（波長：１．５４０５Å）
第１の主表面へのＸ線入射角： θ（１７．２８°）
入射スリット幅：０．１ｍｍ×０．１ｍｍ
モノクロメータ・コリメータ結晶：４個のＧｅ（２２０）結晶を使用。
解析装置： 商品名（品番）「Ｘ’ｐｅｒｔ ＰＲＯ ＭＤＲ」、ＰＡＮａｌｙｔｉｃａｌ社製
Ｘ線光源： Ｃｕ－Ｋα線（波長：１．５４０５Å）
第１の主表面へのＸ線入射角： θ（１７．２８°）
入射スリット幅：０．１ｍｍ×０．１ｍｍ
モノクロメータ・コリメータ結晶：４個のＧｅ（２２０）結晶を使用。
【0038】
（ピット痕跡）
上記第１の主表面は、複数のピット痕跡を有する。上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。上記ピット痕跡の密度は、１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であることが好ましい。これによりＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を６ｍ以上とすることができる。
上記第１の主表面は、複数のピット痕跡を有する。上記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。上記ピット痕跡の密度は、１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であることが好ましい。これによりＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を６ｍ以上とすることができる。
【0039】
本明細書において「ピット痕跡」という用語中の「ピット」とは、上記ＨＶＰＥ法によって（０００１）面を成長面としてＧａＮ単結晶を成長させた場合の上記成長面において、所謂ファセット構造の間に囲まれることによって形成される逆六角錐形状または逆十二角錐形状の凹みをいう。さらに「ピット痕跡」とは、上記ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面を蛍光顕微鏡を用いて観察した場合において、上記成長面に形成されたピットに対応する上記第１の主表面上の領域に、上記ピットの痕跡として現れる略正六角形状または略正十二角形状の像をいう。ここで上記第１の主表面は、上記成長面に対し研削、研磨、ドライエッチング等の表面加工を実行することにより、上述のようにＧａＮ単結晶基板における［０００１］方向側の主表面であるガリウム極性面として得ることができる。以下、本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板における「ピット痕跡」の詳細について、図３～図６を参照しつつ説明する。
【0040】
図３は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板にピット痕跡が存する理由について説明する説明図である。図４は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の第１の主表面に存するピット痕跡の分布を模式的に表した模式図である。図５は、ピット痕跡の蛍光顕微鏡像を示す図面代用写真である。図６は、図５のピット痕跡の蛍光顕微鏡像を拡大した図面代用写真である。
【0041】
本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板は、後述する〔窒化ガリウム単結晶基板の製造方法〕の項目において説明するように、ＨＶＰＥ法を用いた次の成長条件を含む製造工程を経ることによってＧａＮ単結晶を得ることにより、当該ＧａＮ単結晶からなるＧａＮ単結晶基板として得ることができる。上記製造工程は、ピットの底に転位を集中させることによって上記ピットの周辺の転位を低減させる第１成長条件と、上記ピットをＧａＮ単結晶で埋込む比率を制御しながらＧａＮ単結晶を成長させる第２成長条件とを含む。とりわけ図３中の２点鎖線で示すように、上記第２成長条件を経ることにより得られるＧａＮ単結晶１００（後述する〔窒化ガリウム単結晶基板の製造方法〕の項目における「第２層」に相当するもの）は、成長面（以下、第２層の成長面を「第２成長面」とも記す）１０に０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下の密度でピットＰを有する。ここで図３において２点鎖線で示すＧａＮ単結晶１００は、第２成長条件による成長工程が実行された後に従来公知の手段により下地基板から切り離された状態を表している。
【0042】
さらに、ＧａＮ単結晶１００の第２成長面１０に対し研削、研磨、ドライエッチング等の表面加工を実行することにより、図３において実線で示す第１の主表面１１および第２の主表面２１を備えるＧａＮ単結晶基板１を得ることができる。このＧａＮ単結晶基板１は、第１の主表面１１を蛍光顕微鏡を用いて観察した場合、第２成長面１０に形成されたピットＰに対応する第１の主表面１１上の領域に、複数のピット痕跡Ｔを存する。とりわけ第１の主表面１１上のピット痕跡Ｔは、第２成長面１０に形成されたピットＰに対応するので、第１の主表面１１におけるピット痕跡Ｔの密度は、上記ピットＰの密度に対応して０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下となる。たとえば第１の主表面１１においてピット痕跡Ｔは、図４に示すような分布を示す。上記ピット痕跡Ｔの密度が上述した範囲である場合、上述のようにＧａＮ単結晶１００に応力が発生しづらく、もってＧａＮ単結晶１００から切り出すことにより得たＧａＮ単結晶基板１において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を６ｍ以上とすることができる。ピット痕跡Ｔの密度が０．１個／ｃｍ2未満である場合、ＧａＮ単結晶１００に発生した応力によって、ＧａＮ単結晶基板１を構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径を６ｍ以上とすることが困難となる。ピット痕跡Ｔの密度が１００個／ｃｍ2を超える場合、ＧａＮ単結晶基板１を構成するＧａＮ単結晶中のピットの多さに起因して転位密度が高くなるため、デバイス特性を向上させることが困難となる。
【0043】
ここでピット痕跡Ｔは、図５および図６に示すように略正六角形状または略正十二角形状を有する。ピット痕跡Ｔの直径は、２００μｍ以下であることが好ましい。これによりピット痕跡Ｔに対応するＧａＮ単結晶中のピットに転位が過剰に集中することがないため、デバイス特性を向上させることが容易となる。ピット痕跡Ｔの直径は、１００μｍ以下であることがより好ましい。ピット痕跡Ｔの直径の下限については、特に制限されないがこの種のＧａＮ単結晶基板１を得ることに鑑みれば、５μｍ以上であることが現実的である。本明細書においてピット痕跡Ｔの「直径」とは、ピット痕跡Ｔの略正六角形状または略正十二角形状の外郭線上において、最も離れた２点間の距離を意味するものとする。
【0044】
以下、ＧａＮ単結晶基板におけるピット痕跡とその直径との両者を特定するための測定方法（以下、「蛍光顕微鏡像マッピング測定」とも記す）について説明する。上記ＨＶＰＥ法を用いて製造されたＧａＮ単結晶からなるＧａＮ単結晶基板の主表面のうち、ガリウム極性面においてはピット痕跡が存する領域とその他の領域とで不純物の濃度が異なることが従来より知られる。このため上記蛍光顕微鏡像マッピング測定を用い、ガリウム極性面である第１の主表面上に対し下記条件の波長の蛍光を照射することにより、上記不純物の濃度の濃淡を指標として第１の主表面上のピット痕跡およびその直径を特定することが可能となる。
【0045】
まず、たとえば後述する製造方法に従って第１の主表面および第２の主表面を備えるＧａＮ単結晶基板を得ることにより、測定対象とするＧａＮ単結晶基板を準備する。次に上記ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面を、蛍光顕微鏡像マッピング装置（たとえば商品名：「ＬＥＩＣＡ ＤＭ６０００Ｍ」、ライカ社製）を用い、下記条件、かつ１視野の大きさが２．５ｍｍ×１．９ｍｍとなる倍率にて観察する。上記の観察は、ＧａＮ単結晶基板を移動させること等によって重複がないように、かつ余すところなく視野を設定し、第１の主表面の全面すべてを対象とする。たとえばＧａＮ単結晶基板の直径が１０５ｍｍである場合、視野の総数は４１×５４（＝２２１４視野）である。ただし、１視野内に第１の主表面の外周およびその外側が現れる場合、当該視野についてはピット痕跡とその直径との両者を特定する対象から除外するものとする。ＧａＮ単結晶基板の外周近傍の領域は、通常、半導体デバイスの材料として用いられない領域となるからである。
【0046】
上記蛍光顕微鏡像マッピング測定の各条件は、次のとおりである。
照射光：水銀ランプによる紫外励起（波長３６５ｎｍ）
蛍光波長領域：３６５～６５０ｎｍ
温度：室温（２５℃）。
照射光：水銀ランプによる紫外励起（波長３６５ｎｍ）
蛍光波長領域：３６５～６５０ｎｍ
温度：室温（２５℃）。
【0047】
以上により、各視野にて特定したピット痕跡の個数とその直径から、ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面におけるピット痕跡の１ｃｍ2当たりの密度および直径を求めることができる。
【0048】
（転位密度）
本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板の第１の主表面における転位密度の最大値は、３．０×１０6 ｃｍ -2 以下であることが好ましい。上記ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面における転位密度の最大値は、２．５×１０6 ｃｍ -2 以下であることがより好ましく、２．０×１０6 ｃｍ -2 以下であることがさらに好ましい。これにより、自らを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きいＧａＮ単結晶基板に対し、第１の主表面の低転位化を実現することができる。
本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板の第１の主表面における転位密度の最大値は、３．０×１０6 ｃｍ -2 以下であることが好ましい。上記ＧａＮ単結晶基板の第１の主表面における転位密度の最大値は、２．５×１０6 ｃｍ -2 以下であることがより好ましく、２．０×１０6 ｃｍ -2 以下であることがさらに好ましい。これにより、自らを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きいＧａＮ単結晶基板に対し、第１の主表面の低転位化を実現することができる。
【0049】
本明細書において「転位」および「転位密度」とは、第１の主表面に対し多光子励起フォトルミネッセンス法を適用することにより識別される貫通転位である「欠陥」、および「当該欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数」をそれぞれ意味する。上記「欠陥」は、多光子励起顕微鏡等によりＧａＮ単結晶基板の第１の主表面を観察した場合に暗点として現れる。上記「欠陥」は、学術的には転位と同義ではないが、本技術分野において転位と等価なものとして捉えることができる。
【0050】
さらに上記欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数は、次の方法により求めることができる。まず後述する製造方法によりＧａＮ単結晶基板を製造する。次にＧａＮ単結晶基板の第１の主表面を、多光子励起顕微鏡を用いて観察する。上記の観察は、対物レンズ５倍でＣＣＤ上に結像することにより行うことができる。この場合、１視野の大きさが２．５ｍｍ×２．０ｍｍとなるため、その中央部分（０．１ｍｍ×０．１ｍｍのサイズ）の拡大した画像に現れた欠陥をカウントし、かつこれを単位面積となる１ｃｍ2の大きさに換算する（すなわち１００００倍する）。ただし、拡大した上記画像の画質が悪い場合、上記対物レンズの倍率を１００倍とすることによって高倍率画像を得、当該高倍率画像の中央部分（０．１ｍｍ×０．１ｍｍのサイズ）の欠陥をカウントし、かつこれを単位面積となる１ｃｍ2の大きさに換算する。以上により、観察した視野の「欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数」を求めることができる。なお、欠陥を撮像するときの対物レンズの倍率は、たとえば１視野あたりの欠陥の数が１００個程度になるように適宜変えることが好ましい。上記欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数は、ＧａＮ単結晶基板を移動させること等によって重複がないように、かつ余すところなく視野を設定し、主表面の全面すべてを対象として算出する。ただし、１視野内に第１の主表面の外周およびその外側が現れる場合、当該視野については欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数を算出する対象から除外するものとする。ＧａＮ単結晶基板の外周近傍の領域は、基板毎に欠陥の数の変動が大きく、かつ通常、半導体デバイスの材料として用いられない領域となるからである。
【0051】
以上により、各視野にて求めた欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数から、ＧａＮ単結晶基板における欠陥の第１の主表面１ｃｍ2当たりの個数の面内分布を把握することができ、もってＧａＮ単結晶基板（第１の主表面）における転位密度の最大値を求めることができる。
【0052】
〔窒化ガリウム単結晶基板の製造方法〕
本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板（ＧａＮ単結晶基板）の製造方法は、上述した第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板の製造方法であることが好ましい。上記製造方法は、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程と、上記窒化ガリウム膜において、窒化ガリウム単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程と、上記第１層において、上記窒化ガリウム単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程と、上記第２層を切り出すことによって上記窒化ガリウム単結晶基板を得る工程と、を含む。上記第１層の成長面は、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を有する。上記第２層の成長面は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を有する。上記第１成長条件は、０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、１０μｍ／時以上３００μｍ／時以下の成長速度とを有する。上記第２成長条件は、１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有する。上記第１成長条件の成長温度は、上記第２成長条件の成長温度よりも低い。
本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板（ＧａＮ単結晶基板）の製造方法は、上述した第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板の製造方法であることが好ましい。上記製造方法は、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程と、上記窒化ガリウム膜において、窒化ガリウム単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程と、上記第１層において、上記窒化ガリウム単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程と、上記第２層を切り出すことによって上記窒化ガリウム単結晶基板を得る工程と、を含む。上記第１層の成長面は、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を有する。上記第２層の成長面は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を有する。上記第１成長条件は、０．１ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、０．５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、１０μｍ／時以上３００μｍ／時以下の成長速度とを有する。上記第２成長条件は、１ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、１ｋＰａ以上１００ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９００℃以上１１００℃以下の成長温度と、５０μｍ／時以上５００μｍ／時以下の成長速度とを有する。上記第１成長条件の成長温度は、上記第２成長条件の成長温度よりも低い。
【0053】
とりわけ上記第１成長条件は、１ｋＰａ以上５ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、５ｋＰａ以上２０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、９５０℃以上１０５０℃以下の成長温度と、１０μｍ／時以上２００μｍ／時以下の成長速度とを有することが好ましい。上記第２成長条件は、３ｋＰａ以上１０ｋＰａ以下の塩化ガリウムガス分圧と、５ｋＰａ以上５０ｋＰａ以下のアンモニアガス分圧と、１０００℃以上１１００℃以下の成長温度と、５０μｍ／時以上４００μｍ／時以下の成長速度とを有することが好ましい。このような特徴を有する製造方法により、上記第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となってデバイス特性を向上させることが可能なＧａＮ単結晶基板を得ることができる。
【0054】
上記ＧａＮ単結晶基板の製造方法は、上述した効果を有するＧａＮ単結晶基板を歩留まりよく製造する観点から、たとえば図７のフローチャートに示すような工程を有することが好ましい。図７は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。すなわち上記ＧａＮ単結晶基板の製造方法は、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程Ｓ１０（第１工程）と、上記窒化ガリウム膜において、ＧａＮ単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程Ｓ２０（第２工程）と、上記第１層において、上記ＧａＮ単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程Ｓ３０（第３工程）と、上記第２層を切り出すことによって上記ＧａＮ単結晶基板を得る工程Ｓ４０（第４工程）とを含む。以下、各工程について順に説明する。
【0055】
＜第１工程＞
第１工程は、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程Ｓ１０である。以下、本工程を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程を実行するためにマスクを下地基板上に配置した様子を説明する断面模式図である。図８に示すように、第１工程においては、成長用基板４１と、成長用基板４１の表面の少なくとも一部に配置される窒化ガリウム膜（以下、「ＧａＮ膜」とも記す）４２とからなる下地基板４０が準備される。成長用基板４１の材質としては、ＧａＮ膜４２を成長させることができる材質である限り特に制限されない。たとえば成長用基板４１としてはサファイア基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などのＧａＮとは異なる材料（異種材料）を用いた異種基板を準備することができ、ＧａＮ（同種材料）を用いた同種基板を準備することもできる。その他、成長用基板４１としては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）基板、酸化ケイ素／酸化アルミニウム（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3）焼結体基板、モリブデン（Ｍｏ）基板などを適用することもできる。これらの成長用基板４１は、市場から入手することができ、あるいは従来公知の方法により製造することができる。ＧａＮ膜４２については、これをＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法等の従来公知の方法により成長用基板４１の少なくとも一部の表面上に配置することができる。
第１工程は、表面の少なくとも一部に窒化ガリウム膜を配置した下地基板を準備する工程Ｓ１０である。以下、本工程を、図８を用いて説明する。図８は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム膜上に第１層を形成する工程を実行するためにマスクを下地基板上に配置した様子を説明する断面模式図である。図８に示すように、第１工程においては、成長用基板４１と、成長用基板４１の表面の少なくとも一部に配置される窒化ガリウム膜（以下、「ＧａＮ膜」とも記す）４２とからなる下地基板４０が準備される。成長用基板４１の材質としては、ＧａＮ膜４２を成長させることができる材質である限り特に制限されない。たとえば成長用基板４１としてはサファイア基板、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）基板などのＧａＮとは異なる材料（異種材料）を用いた異種基板を準備することができ、ＧａＮ（同種材料）を用いた同種基板を準備することもできる。その他、成長用基板４１としては窒化アルミニウム（ＡｌＮ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板、ホウ化ジルコニウム（ＺｒＢ2）基板、酸化ケイ素／酸化アルミニウム（ＳｉＯ2／Ａｌ2Ｏ3）焼結体基板、モリブデン（Ｍｏ）基板などを適用することもできる。これらの成長用基板４１は、市場から入手することができ、あるいは従来公知の方法により製造することができる。ＧａＮ膜４２については、これをＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法等の従来公知の方法により成長用基板４１の少なくとも一部の表面上に配置することができる。
【0056】
さらに下地基板４０のＧａＮ膜４２上には、後述する第１層となるＧａＮ単結晶に、過剰数の転位が発生することを抑制するためのマスク４３が配置される場合がある。マスク４３は、従来公知の方法を用いてＧａＮ膜４２上に形成することができる。ここでマスク４３のパターンは、上記ＧａＮ単結晶に過剰に多数の転位が発生することを抑制することができるパターンである限り特に制限されない。マスク４３のパターンは、従来公知のパターンを採用することができ、たとえば遮蔽部と開口部とが交互に配置されることによって形成される格子状、水玉状またはストライプ状のパターン等を例示することができる。さらにマスク４３は、たとえば次の方法により形成することができる。まず下地基板４０の表面全面にプラズマＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｖａｐｏｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法等により化学蒸着膜（たとえばシリコン系の化学蒸着膜）を形成する。その後、当該化学蒸着膜上にフォトリソグラフィー法によりパターニングされたレジストを形成し、当該レジストをエッチングマスクとしたエッチングを行うことによってマスク４３を形成することができる。
【0057】
＜第２工程＞
第２工程は、上記ＧａＮ膜において、ＧａＮ単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記ＧａＮ膜上に第１層を形成する工程Ｓ２０である。本工程においては、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を成長面に有するＧａＮ単結晶（第１層）を得ることを目的とし、上記ＧａＮ膜に対し、（０００１）面である成長面（以下、第１層における成長面を「第１成長面」とも記す）に数多くのピットを形成し、当該ピットの底に転位を集中させることによって上記ピットの周辺の転位を低減させる第１成長条件を採用したＨＶＰＥ法を実行する。
第２工程は、上記ＧａＮ膜において、ＧａＮ単結晶を第１成長条件の下で成長させることにより、上記ＧａＮ膜上に第１層を形成する工程Ｓ２０である。本工程においては、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を成長面に有するＧａＮ単結晶（第１層）を得ることを目的とし、上記ＧａＮ膜に対し、（０００１）面である成長面（以下、第１層における成長面を「第１成長面」とも記す）に数多くのピットを形成し、当該ピットの底に転位を集中させることによって上記ピットの周辺の転位を低減させる第１成長条件を採用したＨＶＰＥ法を実行する。
【0058】
上記第１成長条件に基づくＨＶＰＥ法は、たとえば次の要領により行うことができる。まず、ホットウォール型反応炉内の石英製の試料ホルダ上に下地基板を設置し、この下地基板中の少なくともＧａＮ膜を１０００℃程度になるまで加熱する。次に、上記反応炉内の上流側ボート内に設置した金属Ｇａに対し、水素（Ｈ2）ガスをキャリアガスとして塩化水素（ＨＣｌ）ガスを吹き付けることにより塩化ガリウムガスを生成する。さらに上記反応炉内にアンモニアガスを導入する。続いて、上記塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスを、水素ガスをキャリアガスとして下地基板中のＧａＮ膜にマスクの開口部を介して供給することにより、下地基板のマスクが形成された側に、ＧａＮ単結晶を次の第１成長条件にて成長させることができる。上記ＧａＮ単結晶（第１層）の厚みは、塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスを供給する量、または時間を制御することにより調整することができる。
【0059】
具体的な第１成長条件は、次のとおりである。
塩化ガリウムガス分圧：０．１～２０ｋＰａ
アンモニアガス分圧：０．５～５０ｋＰａ
成長温度：９００～１１００℃
成長速度：１０～３００μｍ／時
Ｖ／ＩＩＩ（アンモニアガス／塩化ガリウムガス）比：１～１０。
塩化ガリウムガス分圧：０．１～２０ｋＰａ
アンモニアガス分圧：０．５～５０ｋＰａ
成長温度：９００～１１００℃
成長速度：１０～３００μｍ／時
Ｖ／ＩＩＩ（アンモニアガス／塩化ガリウムガス）比：１～１０。
【0060】
ここで上記第１成長条件における上記塩化ガリウムガス分圧は、１～５ｋＰａであることが好ましく、上記アンモニアガス分圧は、５～２０ｋＰａであることが好ましい。上記第１成長条件における上記成長温度は、９５０～１０５０℃であることが好ましく、上記成長速度は、１０～２００μｍ／時であることが好ましい。
【0061】
さらに上記第１成長条件における上記塩化ガリウムガス分圧は、２～４ｋＰａであることがより好ましく、上記アンモニアガス分圧は、１０～１５ｋＰａであることがより好ましい。上記第１成長条件における上記成長温度は、９５０～１０００℃であることがより好ましく、上記成長速度は、２０～１００μｍ／時であることがより好ましい。なお、上記第１成長条件の成長温度については、後述する第２成長条件の成長温度よりも低くするものとする。
【0062】
図９は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法において、窒化ガリウム膜上に第１層（ＧａＮ単結晶）を形成した様子を説明する断面模式図である。図９に示すように第２工程により、マスク４３上に０．０５～０．５ｍｍの厚みを有するＧａＮ単結晶からなる第１層４４を形成することができる。上記第１層４４の第１成長面５は、ピットＰを数多く有し、ピット密度としては１００個／ｃｍ2を超える。ここで第１層４４の第１成長面５のピット密度は、上述した「ピット痕跡の密度」を求める方法と同じ要領によって求めることができる。
【0063】
＜第３工程＞
第３工程は、上記第１層において、上記ＧａＮ単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程Ｓ３０である。本工程においては、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を成長面に有するＧａＮ単結晶（第２層）を得ることを目的とし、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を第１成長面に有する上記第１層に対し、そのピット密度を制御および低減する第２成長条件を採用したＨＶＰＥ法を実行する。
第３工程は、上記第１層において、上記ＧａＮ単結晶を第２成長条件の下で成長させることにより、上記第１層上に第２層を形成する工程Ｓ３０である。本工程においては、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下のピット密度を成長面に有するＧａＮ単結晶（第２層）を得ることを目的とし、１００個／ｃｍ2を超えるピット密度を第１成長面に有する上記第１層に対し、そのピット密度を制御および低減する第２成長条件を採用したＨＶＰＥ法を実行する。
【0064】
上記第２成長条件に基づくＨＶＰＥ法は、下記の第２成長条件に基づく具体的なガス分圧、ならびに成長温度および成長速度の各条件を除いて、上記第１成長条件に基づくＨＶＰＥ法と同じ要領により行うことができる。これにより上記第１層上、具体的には上記第１層の第１成長面側に、ＧａＮ単結晶（第２層）を成長させることができる。上記ＧａＮ単結晶（第２層）の厚みは、塩化ガリウムガスおよびアンモニアガスを供給する量、または時間を制御することにより調整することができる。
【0065】
具体的な第２成長条件は、次のとおりである。
塩化ガリウムガス分圧：１～５０ｋＰａ
アンモニアガス分圧：１～１００ｋＰａ
成長温度：９００～１１００℃
成長速度：５０～５００μｍ／時
Ｖ／ＩＩＩ（アンモニアガス／塩化ガリウムガス）比：１～５
ただし上述のように、第２成長条件の成長温度については、上記第１成長条件の成長温度よりも高くするものとする。
塩化ガリウムガス分圧：１～５０ｋＰａ
アンモニアガス分圧：１～１００ｋＰａ
成長温度：９００～１１００℃
成長速度：５０～５００μｍ／時
Ｖ／ＩＩＩ（アンモニアガス／塩化ガリウムガス）比：１～５
ただし上述のように、第２成長条件の成長温度については、上記第１成長条件の成長温度よりも高くするものとする。
【0066】
ここで上記第２成長条件における上記塩化ガリウムガス分圧は、３～１０ｋＰａであることが好ましく、上記アンモニアガス分圧は、５～５０ｋＰａであることが好ましい。上記第２成長条件における上記成長温度は、１０００～１１００℃であることが好ましく、上記成長速度は、５０～４００μｍ／時であることが好ましい。
【0067】
さらに上記第２成長条件における上記塩化ガリウムガス分圧は、３～１０ｋＰａであることがより好ましく、上記アンモニアガス分圧は、５～５０ｋＰａであることがより好ましい。上記第２成長条件における上記成長温度は、１０２０～１０８０℃であることがより好ましく、上記成長速度は、５０～３００μｍ／時であることがより好ましい。
【0068】
図１０は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法において、第１層上に第２層（ＧａＮ単結晶）を形成した様子を説明する断面模式図である。図１０に示すように第３工程により、第１層４４上に１～１０ｍｍの厚みを有するＧａＮ単結晶からなる第２層４５を形成することができる。上記第２層４５の第２成長面１０は、ピットＰの数が制御されることにより、ピット密度としては０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下となる。上記ピット密度は１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であることが好ましい。ここで第２層４５の第２成長面１０のピット密度も、上述した「ピット痕跡の密度」を求める方法と同じ要領によって求めることができる。
【0069】
＜第４工程＞
第４工程は、上記第２層を切り出すことにより上記ＧａＮ単結晶基板を得る工程Ｓ４０である。本工程では、図１０を参照し、まず成長用基板４１、ＧａＮ膜４２、マスク４３、第１層４４および第２層４５を含む構造体において、第２層４５の第１層４４側を研削する。これにより上記構造体から成長用基板４１、ＧａＮ膜４２を含む下地基板、マスク４３、ならびに第１層４４を切り離すことができる。さらに、第２層４５からなるインゴットから所定の厚みにて円盤状のＧａＮ単結晶を切り出す。当該ＧａＮ単結晶基板の表面を研削により平坦化し、続いて研磨およびドライエッチングの両方または少なくともいずれかを行う。これにより、第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板を得ることができる。上記ＧａＮ単結晶基板は、第２層４５の第２成長面１０に形成されたピットに対応する第１の主表面上の領域に、複数のピット痕跡を存する。つまり上記ピット痕跡の密度は、第２層４５の第２成長面１０のピット密度に対応し、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である（図３も参照のこと）。
第４工程は、上記第２層を切り出すことにより上記ＧａＮ単結晶基板を得る工程Ｓ４０である。本工程では、図１０を参照し、まず成長用基板４１、ＧａＮ膜４２、マスク４３、第１層４４および第２層４５を含む構造体において、第２層４５の第１層４４側を研削する。これにより上記構造体から成長用基板４１、ＧａＮ膜４２を含む下地基板、マスク４３、ならびに第１層４４を切り離すことができる。さらに、第２層４５からなるインゴットから所定の厚みにて円盤状のＧａＮ単結晶を切り出す。当該ＧａＮ単結晶基板の表面を研削により平坦化し、続いて研磨およびドライエッチングの両方または少なくともいずれかを行う。これにより、第１の主表面および第２の主表面を備えたＧａＮ単結晶基板を得ることができる。上記ＧａＮ単結晶基板は、第２層４５の第２成長面１０に形成されたピットに対応する第１の主表面上の領域に、複数のピット痕跡を存する。つまり上記ピット痕跡の密度は、第２層４５の第２成長面１０のピット密度に対応し、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である（図３も参照のこと）。
【0070】
＜作用効果＞
以上の工程により、本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板を製造することができる。上記ＧａＮ単結晶基板において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有することができる。もって上記製造方法により、ＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が大きいために、第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となることから、デバイス特性を向上させたＧａＮ単結晶基板を得ることができる。
以上の工程により、本実施形態に係るＧａＮ単結晶基板を製造することができる。上記ＧａＮ単結晶基板において、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面は、上記第１の主表面側から上記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有することができる。もって上記製造方法により、ＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が大きいために、第１の主表面の領域毎の特性がバラツキなく均一となることから、デバイス特性を向上させたＧａＮ単結晶基板を得ることができる。
【実施例】
【0071】
以下、実施例を挙げて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。本実施例では、以下のＧａＮ単結晶基板の製造方法を実行することにより、ＧａＮ単結晶基板の試料をそれぞれ１枚得た。
【0072】
〔試料１：直径５０．８ｍｍ（２インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
＜第１工程＞
市販の直径５０．８ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ膜を形成することにより、下地基板を準備した。上記ＧａＮ膜の主表面の面方位は（０００１）面であった。続いて上記下地基板のＧａＮ膜側に、遮蔽部と開口部とが交互に繰り返される構造を有するマスクを形成した。具体的には、下地基板のＧａＮ膜側にプラズマＣＶＤ法を適用し、酸化ケイ素からなる化学蒸着膜（厚み２００ｎｍ）を形成した後、上記化学蒸着膜上にフォトリソグラフィー法によりパターニングされたレジストを形成し、当該レジストをエッチングマスクとしてエッチングを行うことによりマスクを形成した。
＜第１工程＞
市販の直径５０．８ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法を用いてＧａＮ膜を形成することにより、下地基板を準備した。上記ＧａＮ膜の主表面の面方位は（０００１）面であった。続いて上記下地基板のＧａＮ膜側に、遮蔽部と開口部とが交互に繰り返される構造を有するマスクを形成した。具体的には、下地基板のＧａＮ膜側にプラズマＣＶＤ法を適用し、酸化ケイ素からなる化学蒸着膜（厚み２００ｎｍ）を形成した後、上記化学蒸着膜上にフォトリソグラフィー法によりパターニングされたレジストを形成し、当該レジストをエッチングマスクとしてエッチングを行うことによりマスクを形成した。
【0073】
＜第２工程＞
ＨＶＰＥ法を適用することによって下地基板の上記ＧａＮ膜において、上記マスクの開口部を介して所謂ファセット構造を有するＧａＮ単結晶（第１層）を、次の第１成長条件にて成長させた。具体的には、ホットウォール型反応炉内の石英製の試料ホルダ上に下地基板を設置し、上記反応炉内を９８０℃まで加熱後、上記反応炉内の上流側ボート内に設置した金属Ｇａに対し、ＨＣｌガスを吹き付けることによって塩化ガリウムガスを生成して供給し、続いてアンモニアガスを上記反応炉内に供給した。さらに上記反応炉を９８０℃にて２．５時間保持した。上記第１成長条件としては、塩化ガリウムガス分圧を３．０×１０3Ｐａとし、アンモニアガス分圧を１２×１０3Ｐａとした。さらにＧａＮ単結晶の成長面（第１成長面）の成長速度を４０μｍ／時間とした。以上により、成長面（第１成長面）が（０００１）面であり、触針式の膜厚計で測定した厚さが０．１ｍｍのＧａＮ単結晶（第１層）を得た。さらに上述した方法により測定した成長面におけるピット密度は、１００個／ｃｍ2を超えた。
ＨＶＰＥ法を適用することによって下地基板の上記ＧａＮ膜において、上記マスクの開口部を介して所謂ファセット構造を有するＧａＮ単結晶（第１層）を、次の第１成長条件にて成長させた。具体的には、ホットウォール型反応炉内の石英製の試料ホルダ上に下地基板を設置し、上記反応炉内を９８０℃まで加熱後、上記反応炉内の上流側ボート内に設置した金属Ｇａに対し、ＨＣｌガスを吹き付けることによって塩化ガリウムガスを生成して供給し、続いてアンモニアガスを上記反応炉内に供給した。さらに上記反応炉を９８０℃にて２．５時間保持した。上記第１成長条件としては、塩化ガリウムガス分圧を３．０×１０3Ｐａとし、アンモニアガス分圧を１２×１０3Ｐａとした。さらにＧａＮ単結晶の成長面（第１成長面）の成長速度を４０μｍ／時間とした。以上により、成長面（第１成長面）が（０００１）面であり、触針式の膜厚計で測定した厚さが０．１ｍｍのＧａＮ単結晶（第１層）を得た。さらに上述した方法により測定した成長面におけるピット密度は、１００個／ｃｍ2を超えた。
【0074】
＜第３工程＞
ＨＶＰＥ法を引き続き適用することにより、上記第１層の第１成長面において、ＧａＮ単結晶（第２層）を次の第２成長条件にて成長させた。具体的には、ホットウォール型反応炉内の石英製の試料ホルダ上に設置された上記第１層の第１成長面に対し、上記反応炉内を１０３０℃まで加熱後、ＨＣｌガスを１質量％のＦｅを添加したＧａと反応させることにより生成した塩化ガリウムガスおよび塩化鉄ガスと、アンモニアガスとを上記反応炉内へ供給した。さらに上記反応炉を１０３０℃にて３７．５時間保持した。上記第２成長条件としては、塩化ガリウムガス分圧を４．０×１０3Ｐａとし、塩化鉄ガス分圧を上記塩化ガリウムガスの１００分の１とし、アンモニアガス分圧を８．０×１０3Ｐａとした。さらにＧａＮ単結晶の成長面（第２成長面）の成長速度を８０μｍ／時間とした。その後、上記反応炉内を室温まで降温し、上記第１層上にＧａＮ単結晶（第２層）を得た。第２層は、成長面（第２成長面）が（０００１）面であり、触針式の膜厚計で測定した厚さが３ｍｍであった。さらに上述した方法により測定した第２成長面におけるピット密度は、０．１個／ｃｍ2であった。
ＨＶＰＥ法を引き続き適用することにより、上記第１層の第１成長面において、ＧａＮ単結晶（第２層）を次の第２成長条件にて成長させた。具体的には、ホットウォール型反応炉内の石英製の試料ホルダ上に設置された上記第１層の第１成長面に対し、上記反応炉内を１０３０℃まで加熱後、ＨＣｌガスを１質量％のＦｅを添加したＧａと反応させることにより生成した塩化ガリウムガスおよび塩化鉄ガスと、アンモニアガスとを上記反応炉内へ供給した。さらに上記反応炉を１０３０℃にて３７．５時間保持した。上記第２成長条件としては、塩化ガリウムガス分圧を４．０×１０3Ｐａとし、塩化鉄ガス分圧を上記塩化ガリウムガスの１００分の１とし、アンモニアガス分圧を８．０×１０3Ｐａとした。さらにＧａＮ単結晶の成長面（第２成長面）の成長速度を８０μｍ／時間とした。その後、上記反応炉内を室温まで降温し、上記第１層上にＧａＮ単結晶（第２層）を得た。第２層は、成長面（第２成長面）が（０００１）面であり、触針式の膜厚計で測定した厚さが３ｍｍであった。さらに上述した方法により測定した第２成長面におけるピット密度は、０．１個／ｃｍ2であった。
【0075】
＜第４工程＞
上記下地基板、マスク、第１層および第２層を含む構造体において、第２層の第１層側（２つの主表面の一方であって、窒素極性面となる側）を研削することにより、当該第２層を下地基板、ＧａＮ膜およびマスクおよびから切り離した。さらに、上記第２層からなるインゴットから所定の厚みにて円盤状のＧａＮ単結晶を切り出した。続いて当該ＧａＮ単結晶の表面（ガリウム極性面および窒素極性面の両者）を研削により平坦化し、続いて研磨を行った。以上により、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える実施例１のＧａＮ単結晶基板を製造した。
上記下地基板、マスク、第１層および第２層を含む構造体において、第２層の第１層側（２つの主表面の一方であって、窒素極性面となる側）を研削することにより、当該第２層を下地基板、ＧａＮ膜およびマスクおよびから切り離した。さらに、上記第２層からなるインゴットから所定の厚みにて円盤状のＧａＮ単結晶を切り出した。続いて当該ＧａＮ単結晶の表面（ガリウム極性面および窒素極性面の両者）を研削により平坦化し、続いて研磨を行った。以上により、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える実施例１のＧａＮ単結晶基板を製造した。
【0076】
〔試料２：直径１０１．６ｍｍ（４インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
第１工程において市販の直径１０１．６ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ膜を形成したこと、第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚み４５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える実施例２のＧａＮ単結晶基板を製造した。試料２における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料２における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は０．２個／ｃｍ2であった。
第１工程において市販の直径１０１．６ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ膜を形成したこと、第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚み４５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える実施例２のＧａＮ単結晶基板を製造した。試料２における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料２における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は０．２個／ｃｍ2であった。
【0077】
〔試料３～試料７：直径１０１．６ｍｍ（４インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料２と同じ要領によって、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚み４５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料３～試料７のＧａＮ単結晶基板をそれぞれ製造した。試料３～試料７における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料３～試料７における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超えた。試料３における第２成長面におけるピット密度は０．５個／ｃｍ2であり、試料４における第２成長面におけるピット密度は１個／ｃｍ2であり、試料５における第２成長面におけるピット密度は２．５５個／ｃｍ2であり、試料６における第２成長面におけるピット密度は１０個／ｃｍ2であり、試料７における第２成長面におけるピット密度は１００個／ｃｍ2であった。
第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料２と同じ要領によって、直径１０１．６ｍｍ（４インチ）、厚み４５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料３～試料７のＧａＮ単結晶基板をそれぞれ製造した。試料３～試料７における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料３～試料７における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超えた。試料３における第２成長面におけるピット密度は０．５個／ｃｍ2であり、試料４における第２成長面におけるピット密度は１個／ｃｍ2であり、試料５における第２成長面におけるピット密度は２．５５個／ｃｍ2であり、試料６における第２成長面におけるピット密度は１０個／ｃｍ2であり、試料７における第２成長面におけるピット密度は１００個／ｃｍ2であった。
【0078】
〔試料８：直径１５２．４ｍｍ（６インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
第１工程において市販の直径１５２．４ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ膜を形成したこと、第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚み６７５μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料８のＧａＮ単結晶基板を製造した。試料８における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料８における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は９０個／ｃｍ2であった。
第１工程において市販の直径１５２．４ｍｍのサファイア基板を入手し、当該サファイア基板上にＭＯＣＶＤ法によりＧａＮ膜を形成したこと、第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径１５２．４ｍｍ（６インチ）、厚み６７５μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料８のＧａＮ単結晶基板を製造した。試料８における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料８における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は９０個／ｃｍ2であった。
【0079】
〔試料１１および試料１２：直径５０．８ｍｍ（２インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料１１および試料１２のＧａＮ単結晶基板をそれぞれ製造した。試料１１および試料１２における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料１１および試料１２における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超えた。試料１１における第２成長面におけるピット密度は０．０５個／ｃｍ2であり、試料１２における第２成長面におけるピット密度は３００個／ｃｍ2であった。
第２工程における第１成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧、ならびに第３工程における第２成長条件の成長温度、成長速度、塩化ガリウムガス分圧およびアンモニアガス分圧を表１に示すとおりに変更したこと以外、試料１と同じ要領によって、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍで、円形状の第１の主表面および第２の主表面を備える試料１１および試料１２のＧａＮ単結晶基板をそれぞれ製造した。試料１１および試料１２における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料１１および試料１２における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超えた。試料１１における第２成長面におけるピット密度は０．０５個／ｃｍ2であり、試料１２における第２成長面におけるピット密度は３００個／ｃｍ2であった。
【0080】
〔試料１３：直径５０．８ｍｍ（２インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
上記特許文献１において実施例１として開示されるＧａＮ単結晶基板の製法に関する記載にしたがって、ピット埋込領域（本明細書における「ピット痕跡」に相当）の密度が１．０×１０-2個／ｃｍ2以上０．９個／ｃｍ2以下となるようにＧａＮ単結晶基板を製造し、これを試料１３のＧａＮ単結晶基板とした。
上記特許文献１において実施例１として開示されるＧａＮ単結晶基板の製法に関する記載にしたがって、ピット埋込領域（本明細書における「ピット痕跡」に相当）の密度が１．０×１０-2個／ｃｍ2以上０．９個／ｃｍ2以下となるようにＧａＮ単結晶基板を製造し、これを試料１３のＧａＮ単結晶基板とした。
【0081】
試料１３のＧａＮ単結晶基板の製造においては、上記特許文献１を参照することにより、成長の第１段階（本明細書における「第２工程」に相当）として、シリコン（Ｓｉ）ドープ窒化ガリウム層（厚み７００ｎｍ）とアンドープ窒化ガリウム層（厚み５００ｎｍ）を交互に２０層ずつ成長させた多層構造を有するＧａＮ単結晶を製造した。さらに、成長の第２段階（本明細書における「第３工程」に相当）として、アンドープ窒化ガリウム層（厚み０．２ｍｍ）となるＧａＮ単結晶を成長させた後、Ｓｉドープ窒化ガリウム層（厚み３ｍｍ）となるＧａＮ単結晶を成長させた。
【0082】
その後、上記ＧａＮ単結晶を上記下地基板から切り離し、かつ上記ＧａＮ単結晶に対して表面加工を実行する（本明細書における「第４工程」に相当）ことにより、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍ、かつ円形状である試料１３のＧａＮ単結晶基板を製造した。なお、上記成長の第１段階および第２段階における成長温度、成長速度、および各種のガス分圧等に関する条件は、表１に示すとおりである。さらに試料１３における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料１３における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は０．９個／ｃｍ2であった。
【0083】
〔試料１４：直径５０．８ｍｍ（２インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
上記特許文献１において比較例１として開示されるＧａＮ単結晶基板の製法に関する記載にしたがって、ピット埋込領域（本明細書における「ピット痕跡」に相当）の密度が１個／ｃｍ2以上１．９個／ｃｍ2以下となるようにＧａＮ単結晶基板を製造し、これを試料１４のＧａＮ単結晶基板とした。
上記特許文献１において比較例１として開示されるＧａＮ単結晶基板の製法に関する記載にしたがって、ピット埋込領域（本明細書における「ピット痕跡」に相当）の密度が１個／ｃｍ2以上１．９個／ｃｍ2以下となるようにＧａＮ単結晶基板を製造し、これを試料１４のＧａＮ単結晶基板とした。
【0084】
試料１４のＧａＮ単結晶基板の製造においては、上記特許文献１を参照することにより下地基板上に直接、Ｓｉドープ窒化ガリウム層（厚み３ｍｍ）となるＧａＮ単結晶を成長させた（本明細書における「第３工程」に相当。したがって試料１４において、本明細書における「第２工程」に相当する結晶成長は実行されない）。その後、上記ＧａＮ単結晶を上記下地基板から切り離し、かつ上記ＧａＮ単結晶に対して表面加工を実行する（本明細書における「第４工程」に相当）ことにより、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍ、かつ円形状である試料１４のＧａＮ単結晶基板を製造した。なお、上記成長の第１段階および第２段階における成長温度、成長速度、および各種のガス分圧等に関する条件は、表１に示すとおりである。なお試料１４における第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。また試料１４におけるピット埋込領域の密度は１．９個／ｃｍ2であった。
【0085】
〔試料１５：直径５０．８ｍｍ（２インチ）ＧａＮ単結晶基板の製造〕
上記特許文献２において開示されるＧａＮ単結晶基板の製造方法に関する記載にしたがって、ピット密度（本明細書における「ピット」の密度に相当）が１０個／ｃｍ2以下なるようにＧａＮ単結晶を製造し、さらに当該ＧａＮ単結晶からＧａＮ単結晶基板を製造することにより、試料１５のＧａＮ単結晶基板を得た。
上記特許文献２において開示されるＧａＮ単結晶基板の製造方法に関する記載にしたがって、ピット密度（本明細書における「ピット」の密度に相当）が１０個／ｃｍ2以下なるようにＧａＮ単結晶を製造し、さらに当該ＧａＮ単結晶からＧａＮ単結晶基板を製造することにより、試料１５のＧａＮ単結晶基板を得た。
【0086】
試料１５のＧａＮ単結晶基板の製造においては、上記特許文献２を参照することにより、成長の第１段階（本明細書における「第２工程」に相当）および成長の第２段階（本明細書における「第３工程」に相当）として、表１に示すとおりの成長温度、成長速度、および各種のガス分圧、ならびにＶ／ＩＩＩ比等の条件にてＧａＮ単結晶を成長させた。
【0087】
その後、上記ＧａＮ単結晶を下地基板から切り離し、かつ表面加工を実行する（本明細書における「第４工程」に相当）ことにより、直径５０．８ｍｍ（２インチ）、厚み３５０μｍ、かつ円形状である試料１５のＧａＮ単結晶基板を製造した。試料１５における第１層および第２層の厚み（ｍｍ）については、表１に示した。上述した方法により測定した試料１５における第１成長面のピット密度は１００個／ｃｍ2を超え、第２成長面におけるピット密度は１個／ｃｍ2であった。
【0088】
【表1】
【0089】
〔ＧａＮ単結晶基板の評価〕
試料１～試料８および試料１１～試料１５のＧａＮ単結晶基板に対し、上述した方法に基づいて、第１の主表面のピット痕跡の密度（個／ｃｍ2）、上記ＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径（ｍ）、上記ピット痕跡の直径（μｍ）、および転位密度の最大値（ｃｍ -2 ）を算出した。結果を表２に示す。なお第１の主表面のピット痕跡の密度（個／ｃｍ2）は、第２成長面におけるピット密度（個／ｃｍ2）と同じ値となる。試料１～試料８が実施例であり、試料１１～試料１５が比較例である。
試料１～試料８および試料１１～試料１５のＧａＮ単結晶基板に対し、上述した方法に基づいて、第１の主表面のピット痕跡の密度（個／ｃｍ2）、上記ＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径（ｍ）、上記ピット痕跡の直径（μｍ）、および転位密度の最大値（ｃｍ -2 ）を算出した。結果を表２に示す。なお第１の主表面のピット痕跡の密度（個／ｃｍ2）は、第２成長面におけるピット密度（個／ｃｍ2）と同じ値となる。試料１～試料８が実施例であり、試料１１～試料１５が比較例である。
【0090】
【表2】
【0091】
〔考察〕
試料１～試料８のＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きく、もって第１の主表面の領域毎に特性が均一となるものと示唆される。さらに試料１～試料８のＧａＮ単結晶基板は、ピット痕跡の密度が０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であるので、ＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶中のピットの多さに起因して転位密度が高くなることもない。一方、試料１１および試料１３～試料１５のＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が５ｍ以下であった。試料１２のＧａＮ単結晶基板は、ピット痕跡の密度が３００個／ｃｍ2であって１００個／ｃｍ2を超えた。
試料１～試料８のＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が６ｍ以上と大きく、もって第１の主表面の領域毎に特性が均一となるものと示唆される。さらに試料１～試料８のＧａＮ単結晶基板は、ピット痕跡の密度が０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下であるので、ＧａＮ単結晶基板を構成するＧａＮ単結晶中のピットの多さに起因して転位密度が高くなることもない。一方、試料１１および試料１３～試料１５のＧａＮ単結晶基板は、これを構成するＧａＮ単結晶の（０００１）面の曲率半径が５ｍ以下であった。試料１２のＧａＮ単結晶基板は、ピット痕跡の密度が３００個／ｃｍ2であって１００個／ｃｍ2を超えた。
【0092】
したがって本実施例に係るＧａＮ単結晶基板は、面内の比抵抗値がバラツキなく均一であることにより、良好なデバイス特性を供することができると示唆される。
【0093】
以上のように本開示の実施形態および実施例について説明を行ったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【0094】
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及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】
【0095】
１ 窒化ガリウム単結晶基板（ＧａＮ単結晶基板）、５ 第１成長面、１０ 第２成長面、１００ 窒化ガリウム単結晶（ＧａＮ単結晶）、１１ 第１の主表面、２１ 第２の主表面、３１ （０００１）面、４０ 下地基板、４１ 成長用基板、４２ 窒化ガリウム膜（ＧａＮ膜）、４３ マスク、Ｍ０～Ｍ４ 測定点、Ｐ ピット、Ｔ ピット痕跡、Ｓ１０ 下地基板を準備する工程 Ｓ２０ ＧａＮ膜上に第１層を形成する工程、Ｓ３０ 第１層上に第２層を形成する工程、Ｓ４０ ＧａＮ単結晶基板を得る工程。
【要約】
窒化ガリウム単結晶基板は、第１の主表面および第２の主表面を備え、前記窒化ガリウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上であり、前記第１の主表面は、ガリウム極性面であり、前記第２の主表面は、窒素極性面であり、前記第１の主表面および前記第２の主表面は、円形状を有し、前記窒化ガリウム単結晶基板において、これを構成する窒化ガリウム単結晶の（０００１）面は、前記第１の主表面側から前記第２の主表面側へ向かって凸となる球面状の湾曲面であり、かつ６ｍ以上の曲率半径を有し、前記第１の主表面は、複数のピット痕跡を有し、前記ピット痕跡の密度は、０．１個／ｃｍ2以上１００個／ｃｍ2以下である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】