(57)【要約】【課題】ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ層を備え、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度の大きさが抑制されたエピタキシャル基板を提供する。【解決手段】エピタキシャル基板は、主面がｃ面であるＧａＮ基板と、主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、を備え、主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度が、３．０×１０１３ｃｍ−３以下である。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度が、３．０×１０１３ｃｍ−３以下である、エピタキシャル基板。
【請求項２】
前記領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、１．５倍以下である、請求項１に記載のエピタキシャル基板。
【請求項３】
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、１．５倍以下である、エピタキシャル基板。
【請求項４】
前記領域上に成長した前記ＧａＮ層における炭素濃度が、５×１０１５ｃｍ−３以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板。
【請求項５】
前記領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるキャリア濃度が、６×１０１５ｃｍ−３以上である、請求項１〜４のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板。
【請求項６】
前記領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるキャリア濃度が、１×１０１６ｃｍ−３以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のエピタキシャル基板。
【請求項７】
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度は、前記主面におけるオフ角が大きくなるにつれて減少する傾向を示す、エピタキシャル基板。
【請求項８】
前記傾向において、オフ角が大きくなるにつれてＥ３トラップ濃度が減少する度合いが小さくなる、請求項７に記載のエピタキシャル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エピタキシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）は、発光素子、トランジスタ等の半導体装置を製造するための材料として用いられている。ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長された高品質なＧａＮ層を用いることで、高性能な半導体装置が得られる。
【０００３】
ＧａＮ層が含むトラップは、半導体装置の特性を低下させる。ＧａＮ層が含む主なトラップとして、電子トラップＥ３（以下、Ｅ３トラップともいう）が知られており、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度は、低いことが好ましい。また、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度のばらつきは、小さいことが好ましい。非特許文献１は、ＧａＮ層中の炭素濃度が減少することで、Ｅ３トラップ濃度が増加することを説明している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Ｔ.Ｔａｎａｋａ, Ｋ.Ｓｈｉｏｊｉｍａ, Ｔ.Ｍｉｓｈｉｍａ ａｎｄ Ｙ.Ｔｏｋｕｄａ，“Ｄｅｅｐ-ｌｅｖｅｌ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ ｏｆ ｌｏｗ-ｆｒｅｅ-ｃａｒｒｉｅｒ-ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ ｎ-ＧａＮ ｌａｙｅｒｓ ｇｒｏｗｎ ｏｎ ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ ＧａＮ  ｓｕｂｓｔｒａｔｅｓ： Ｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ ｏｎ ｃａｒｂｏｎ ｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎ ｒａｔｉｏ”, Ｊａｐａｎｅｓｅ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ ５５, ０６１１０１ （２０１６）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の一目的は、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ層を備え、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度の大きさが抑制されたエピタキシャル基板を提供することである。
【０００６】
本発明の他の目的は、ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ層を備え、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度のばらつきが抑制されたエピタキシャル基板を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様によれば、
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度が、３．０×１０１３ｃｍ−３以下である、エピタキシャル基板
が提供される。
【０００８】
本発明の他の態様によれば、
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、１．５倍以下である、エピタキシャル基板
が提供される。
【０００９】
本発明のさらに他の態様によれば、
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度は、前記主面におけるオフ角が大きくなるにつれて減少する傾向を示す、エピタキシャル基板
が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
ＧａＮ基板上にエピタキシャル成長したＧａＮ層を備え、ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度の大きさ、または、ばらつきが抑制されたエピタキシャル基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１（ａ）は、本発明の一実施形態によるエピタキシャル基板を示す概略断面図であり、図１（ｂ）は、実験例における測定試料を示す概略斜視図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態によるエピタキシャル基板の製造に用いられるＭＯＶＰＥ装置を概念的に示す概略図である。
【図３】図３（ａ）および図３（ｂ）は、実験例で用いた基板を示す概略平面図である。
【図４】図４（ａ）は、実験例における測定試料ａ１〜ａ３のＤＬＴＳスペクトルを示し、図４（ｂ）は、実験例における測定試料ｍ１〜ｍ３のＤＬＴＳスペクトルを示す。
【図５】図５は、実験例の測定試料ａ１〜ｍ３における、オフ角の大きさに対するＥ３トラップ濃度の依存性と、オフ角の大きさに対するキャリア濃度ＮＤの依存性と、を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜本発明の一実施形態＞
本発明の一実施形態によるエピタキシャル基板１００（以下、エピ基板１００ともいう）について説明する。図１（ａ）は、エピ基板１００の概略断面図である。エピ基板１００は、窒化ガリウム（ＧａＮ）基板１１０（以下、基板１１０ともいう）と、基板１１０上にエピタキシャル成長したＧａＮ層１２０（以下、エピ層１２０ともいう）と、を備える。
【００１３】
基板１１０は、ＧａＮ単結晶で構成されており、ｃ面である主面１１１を有する。主面１１１がｃ面であるとは、主面１１１に対して最も近い低指数の結晶面が、基板１１０を構成するＧａＮ単結晶のｃ面であることを意味する。主面１１１の法線方向と、基板１１０を構成するＧａＮ単結晶のｃ軸方向と、のなす角が、オフ角である。主面１１１は、オフ角が０．４°以上である領域を有することが好ましく、オフ角が０．６°以上である領域を有することがより好ましい。主面１１１におけるオフ角の大きさの上限は、例えば１．２°である。
【００１４】
エピ層１２０の結晶性を高めるために、基板１１０の結晶性は高いことが好ましい。具体的には、基板１１０の平均的な転位密度は、例えば１×１０７ｃｍ−２未満であることが好ましく、面内均一性を高めるために、基板１１０が１×１０７ｃｍ−２以上の転位密度を有する転位集中領域を含まないことが、より好ましい。このような基板１１０を得るための結晶成長方法としては、例えばボイド形成剥離（ＶＡＳ）法が好ましく用いられる。
【００１５】
ＧａＮ結晶を成長させる際に初期核同士が引き合うこと等に起因して、基板１１０を構成するＧａＮ結晶のｃ面は、湾曲形状に形成されている。これにより、主面１１１内のオフ角は、位置に応じて変化し、オフ角分布を有する（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）。主面１１１の中心におけるオフ角が、中心オフ角である。中心オフ角は、例えば、ＶＡＳ法でＧａＮ結晶を成長させる際の下地基板（例えばサファイア基板）のオフ角を調整することで制御でき、所定方向（例えばａ軸方向、また例えばｍ軸方向）に傾斜するよう設定されることがある（図３（ａ）および図３（ｂ）参照）。
【００１６】
例えばＶＡＳ法を用いることで、上述の転位集中領域を生じさせないように結晶成長を行うことができるため、ゆがみが少ないｃ面（ａ軸方向に関する一定曲率と、ｍ軸方向に関する一定曲率と、を用いて精密に規定できるｃ面）を有するＧａＮ結晶を得ることができる。これにより、ｃ面の湾曲形状に応じて生じる、主面１１１内でのオフ角分布を、良好に制御することができる。オフ角分布の幅は、ｃ面の曲率半径を大きくするほど（つまり、ｃ面が平面に近い形状になるほど）狭めることができる。
【００１７】
エピ層１２０は、基板１１０の主面１１１上にエピタキシャル成長されたＧａＮ単結晶で構成されている。主面１１１内の所定位置上にエピタキシャル成長したエピ層１２０におけるオフ角は、主面１１１内の当該所定位置におけるオフ角で表すことができる。詳細は後述するように、本願発明者は、本実施形態のエピ層１２０が含む点欠陥である電子トラップＥ３（以下、Ｅ３トラップともいう）の濃度は、オフ角が大きくなるにつれて減少する傾向を示す、という知見を得た（図５参照）。また、本願発明者は、当該傾向において、オフ角が大きくなるにつれてＥ３トラップ濃度が減少する度合いが小さくなる、という知見を得た（図５参照）。
【００１８】
Ｅ３トラップは、ＧａＮにより構成された半導体装置の特性を低下させるため、エピ層１２０におけるＥ３トラップ濃度は、低いことが好ましい。また、半導体装置の特性のＥ３トラップに起因するばらつきを少なくするために、エピ層１２０の面内におけるＥ３トラップ濃度のばらつきは、小さいことが好ましい。
【００１９】
本実施形態において、具体的には、主面１１１内におけるオフ角を０．４°以上とすることで、つまり、オフ角が０．４°以上の領域上に成長したエピ層１２０において、Ｅ３トラップ濃度を、好ましくは３．０×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは２．５×１０１３ｃｍ−３以下とすることができる。さらに好ましくは、主面１１１内におけるオフ角を０．６°以上とすることで、つまり、オフ角の大きさが０．６°以上の領域上に成長したエピ層１２０において、Ｅ３トラップ濃度を、２．３×１０１３ｃｍ−３以下とすることができる。このように、本実施形態によれば、オフ角を例えば０．４°以上とすることで、Ｅ３トラップ濃度の低いエピ層１２０を得ることができる。
【００２０】
上述の傾向において、オフ角が大きくなるにつれてＥ３トラップ濃度が減少する度合いが小さくなるため、オフ角が大きいほど、Ｅ３トラップ濃度の変動幅を、つまりばらつきを、小さくすることができる。具体的には、主面１１１内におけるオフ角を０．４°以上とすることで、つまり、オフ角が０．４°以上の領域上に成長したエピ層１２０において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率を、好ましくは１．５倍以下、より好ましくは１．３倍以下とすることができる。さらに好ましくは、主面１１１内におけるオフ角を０．６°以上とすることで、つまり、オフ角が０．６°以上の領域上に成長したエピ層１２０において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率を、１．２倍以下とすることができる。このように、本実施形態によれば、オフ角を例えば０．４°以上とすることで、Ｅ３トラップ濃度の面内でのばらつきが小さい、つまりＥ３トラップ濃度の面内均一性が高い、エピ層１２０を得ることができる。
【００２１】
エピ層１２０は、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）で形成されており、ＩＩＩ族原料、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）に由来する炭素（Ｃ）を不純物として含む。オフ角と、ＧａＮ層に混入するＣの濃度と、の関係に係る従来の知見によれば、オフ角が大きくなるにつれて、Ｃ濃度は減少する。また、ＧａＮ層に混入するＣの濃度と、電子トラップＥ３の濃度と、の関係に係る従来の知見によれば（非特許文献１参照）、Ｃ濃度が減少することで、Ｅ３トラップ濃度は増加する。これらの従来の知見を踏まえると、オフ角が大きくなるにつれて、Ｃ濃度が減少するため、Ｅ３トラップ濃度が増加すると推測される。
【００２２】
しかしながら、上述のように、本願発明者が得た知見によれば、本実施形態によるエピ基板１００が備えるエピ層１２０は、オフ角が大きくなるにつれてＥ３トラップ濃度が減少する、という特性を有する。本実施形態において、従来の知見からの推測と異なる特性が得られるメカニズムは明らかではないが、詳細は後述するように、Ｖ族原料（例えばアンモニア（ＮＨ３））の分解を促進させる触媒（例えばタングステン（Ｗ））を用いたＭＯＶＰＥによってエピ層１２０を成長させることが、オフ角が大きくなってＣ濃度が減少してもＥ３トラップ濃度を低く抑えられることに寄与しているのではないかと考えられる。
【００２３】
本実施形態の基板１１０およびエピ層１２０は、ｎ型不純物を含む。ｎ型不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）等が挙げられる。基板１１０には、ｎ型不純物が、例えば、１×１０１８ｃｍ−３以上１×１０１９ｃｍ−３以下の濃度で添加されている。エピ層１２０には、ｎ型不純物が、例えば、３×１０１５ｃｍ−３以上５×１０１６ｃｍ−３以下の濃度で添加されている。基板１１０の厚さは、特に制限されないが、例えば４００μｍである。エピ層１２０の厚さは、例えば、１０μｍ以上３０μｍ以下である。
【００２４】
エピ層１２０は、エピ基板１００を用いて、ショットキーダイオード、ｐｎ接合ダイオード等の半導体装置を製造するとき、ドリフト層に対応する。エピ層１２０のｎ型不純物濃度は（より正確にはキャリア濃度ＮＤは）、オン抵抗抑制の観点から、低すぎないことが好ましく、例えば３×１０１５ｃｍ−３以上であることが好ましく、６×１０１５ｃｍ−３以上であることがより好ましい。また、エピ層１２０のｎ型不純物濃度は（より正確にはキャリア濃度ＮＤは）、耐圧向上の観点から、高すぎないことが好ましく、例えば５×１０１６ｃｍ−３以下であることが好ましく、１×１０１６ｃｍ−３以下であることがより好ましい。エピ層１２０の厚さは、耐圧向上の観点から、薄すぎないことが好ましく、例えば１０μｍ以上であることが好ましい。また、エピ層１２０の厚さは、オン抵抗抑制の観点から、厚すぎないことが好ましく、３０μｍ以下であることが好ましい。なお、ドリフト層に対応するエピ層１２０と、基板１１０と、の間に、エピ層１２０よりもｎ型不純物濃度が高い他のエピ層１２５を介在させてもよい（図１（ｂ）参照）。
【００２５】
次に、本実施形態によるエピ基板１００の製造方法について説明する。図２は、エピ基板１００の製造に用いられるＭＯＶＰＥ装置２００を概念的に示す概略図である。ＭＯＶＰＥ装置２００の反応炉２１０内に、基板１１０を載置するためのサセプタ２２０が設置されている。サセプタ２２０の載置面の下方に、基板１１０を所定の温度に加熱するためのヒータ２３０が設置されている。反応炉２１０内に、基板１１０に向けてＩＩＩ族原料（例えばＴＭＧ）を供給するガス供給管２４１と、基板１１０に向けてＶ族原料（例えばＮＨ３）を供給する供給管２４２と、が導入されている。
【００２６】
Ｖ族原料を供給するガス供給管２４２と、サセプタ２２０との間に、Ｖ族原料の分解を促進させる触媒２５０が配置されている。Ｖ族原料としては、例えばＮＨ３が好ましく用いられ、ＮＨ３の分解を促進させる触媒２５０としては、例えばＷが好ましく用いられる。触媒２５０の下方に、触媒２５０を所定の温度に加熱するためのヒータ２６０が設置されている。触媒２５０を用いることで、ＧａＮ結晶の成長におけるＶ族原料の利用効率を高めることができる。
【００２７】
本実施形態では、このようなＭＯＶＰＥ装置２００を用いて、Ｖ族原料の分解を触媒２５０により促進しつつ、具体的には、ＮＨ３の分解をＷにより促進しつつ、基板１１０上にＶ族原料とＩＩＩ族原料とを供給してエピ層１２０を成長させることで、エピ基板１００を製造する。
【００２８】
エピ層１２０の成長条件として、以下が例示される。基板温度は、例えば１，１００〜１，２６０℃であり、ＩＩＩ族原料ガスに対するＶ族原料ガスの流量比Ｖ／ＩＩＩ比は、例えば１６０〜５，０００である。触媒２５０の加熱温度は、例えば３００〜７００℃である。
【００２９】
なお、図２は、Ｖ族原料の分解を促進する触媒２５０を用いた成長を行うためのＭＯＶＰＥ装置２００を概念的に例示するものであり、実際の成長に用いられるＭＯＶＰＥ装置においては、必要に応じて各種の変更が加えられてよい。例えば、エピ層１２０にｎ型不純物を添加するために、ＭＯＶＰＥ装置は、ｎ型不純物原料を供給するガス供給管を備えてよい。ｎ型不純物原料としては、例えばシラン（ＳｉＨ４）が用いられる。
【００３０】
＜実験例＞
次に、実験例について説明する。図１（ｂ）は、本実験例における測定試料を示す概略斜視図である。基板１１０上に、エピ層１２５を介してエピ層１２０を成長させたエピ基板１００を準備した。エピ基板１００のエピ層１２０の上面にショットキー電極１３０を形成し、エピ基板１００の基板１００の下面にオーミック電極１４０を形成することで、測定試料を作製した。ショットキー電極１３０は、厚さ１００ｎｍで直径２００μｍのニッケル（Ｎｉ）層により形成した。オーミック電極１４０は、インジウムガリウム（ＩｎＧａ）層により形成した。
【００３１】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、本実験例で用いた基板１１０を示す概略平面図である。本実験例では、ＶＡＳ法で作製された基板１１０を用いた。具体的には、図３（ａ）に示すような、基板中心におけるオフ角の方向がａ軸方向と平行なＧａＮ基板（ａ軸方向オフ基板）から切り出した３枚の基板１１０（基板ａ１、ａ２およびａ３）と、図３（ｂ）に示すような、基板中心におけるオフ角の方向がｍ軸方向と平行なＧａＮ基板（ｍ軸方向オフ基板）から切り出した３枚の基板１１０（基板ｍ１、ｍ２およびｍ３）と、を準備した。基板ａ１、ａ２およびａ３は、オフ角の方向がいずれもａ軸方向とほぼ平行であり、オフ角の大きさが、ａ１：０．３０３°、ａ２：０．４０９°、ａ３：０．６０２°である。基板ｍ１、ｍ２およびｍ３は、オフ角の方向がいずれもｍ軸方向とほぼ平行であり、オフ角の大きさが、ｍ１：０．３８０°、ｍ２：０．６３９°、ｍ３：０．９５７°である。基板ａ１、ａ２、ａ３、ｍ１、ｍ２およびｍ３の転位密度は、いずれも３×１０６ｃｍ−２である。
【００３２】
基板ａ１、ａ２、ａ３、ｍ１、ｍ２およびｍ３のそれぞれに対し、エピ層１２５およびエピ層１２０をＭＯＶＰＥにより成長させ、その後、ショットキー電極１３０およびオーミック電極１４０を形成した。エピ層１２５として、厚さ２μｍでＳｉ濃度が２×１０１８ｃｍ−３のＧａＮ層を成長させ、エピ層１２０として、厚さ１３μｍでＳｉ濃度が９×１０１５ｃｍ−３のＧａＮ層を成長させた。以上のようにして、６種類の測定試料を作製した。以下、各測定試料を、対応する基板の名称（ａ１〜ｍ３）で呼ぶこととする。測定試料ａ１、ａ２、ａ３、ｍ１、ｍ２およびｍ３の間で、成長条件の違いに起因する、エピ層１２５同士の特性のばらつき、および、エピ層１２０同士の特性のばらつきが生じないように、成長条件は同一とした。
【００３３】
測定試料ａ１〜ｍ３に対して、深い準位過渡分光（ＤＬＴＳ）測定を行った。ＤＬＴＳ測定は、３０〜３２０Ｋの温度範囲において測定した。図４（ａ）は、測定試料ａ１〜ａ３のＤＬＴＳスペクトルを示し、図４（ｂ）は、測定試料ｍ１〜ｍ３のＤＬＴＳスペクトルを示す。図４（ａ）および図４（ｂ）において、横軸は、温度をＫ単位で示し、縦軸は、ＤＬＴＳ信号をｆＦ単位で示す。測定試料ａ１〜ａ３のＤＬＴＳスペクトルを、それぞれ、円形のプロット、四角形のプロット、および、菱形のプロットで示す。測定試料ｍ１〜ｍ３のＤＬＴＳスペクトルを、それぞれ、円形のプロット、四角形のプロット、および、菱形のプロットで示す。
【００３４】
測定試料ａ１〜ｍ３のいずれにおいても、２７０Ｋ付近に明瞭なピークが観察される。アレニウスプロットより、当該ピークは、エネルギーレベルＥｃが−０．６ｅＶ程度であるＥ３トラップと同定される。測定試料ａ１〜ｍ３におけるＥ３トラップ濃度は、ａ１：３．７２×１０１３ｃｍ−３、ａ２：２．３８×１０１３ｃｍ−３、ａ３：２．２２×１０１３ｃｍ−３、ｍ１：２．５１×１０１３ｃｍ−３、ｍ２：２．１１×１０１３ｃｍ−３、ｍ３：２．０７×１０１３ｃｍ−３である。なお、測定試料ａ１〜ｍ３のいずれにおいても、エネルギーレベルＥｃが−０．２５ｅＶ程度であるＥ１トラップに対応するピーク、および、エネルギーレベルＥｃが−０．３ｅＶ程度であるＥ２トラップに対応するピークは、明瞭には観察されない。
【００３５】
測定試料ａ１〜ｍ３に対して、さらに、容量−電圧（Ｃ−Ｖ）測定を行うことで、（ｎ型の）キャリア濃度ＮＤを測定した。測定試料ａ１〜ｍ３におけるキャリア濃度ＮＤは、ａ１：５．３×１０１５ｃｍ−３、ａ２：６．５×１０１５ｃｍ−３、ａ３：８．１×１０１５ｃｍ−３、ｍ１：７．７×１０１５ｃｍ−３、ｍ２：７．９×１０１５ｃｍ−３、ｍ３：９．７×１０１５ｃｍ−３である。
【００３６】
図５は、測定試料ａ１〜ｍ３における、オフ角の大きさに対するＥ３トラップ濃度の依存性（以下単に、Ｅ３トラップ濃度の依存性ともいう）と、オフ角の大きさに対するキャリア濃度ＮＤの依存性（以下単に、キャリア濃度の依存性ともいう）と、を示すグラフである。これらの測定結果は、各測定試料ａ１〜ｍ３におけるエピ層１２０の特性を示している。横軸は、オフ角の大きさを度単位で示し、縦軸の左側は、Ｅ３トラップ濃度をｃｍ−３単位で示し、縦軸の右側は、キャリア濃度ＮＤをｃｍ−３単位で示す。測定試料ａ１〜ａ３のＥ３トラップ濃度を、円形のプロットで示し、測定試料ｍ１〜ｍ３のＥ３トラップ濃度を、菱形のプロットで示す。測定試料ａ１〜ａ３のキャリア濃度ＮＤを、四角形のプロットで示し、測定試料ｍ１〜ｍ３のキャリア濃度ＮＤを、三角形のプロットで示す。
【００３７】
Ｅ３トラップ濃度の依存性は、オフ角が大きくなるにつれて減少する傾向を示す。また、当該傾向において、オフ角が大きくなるにつれて、Ｅ３トラップ濃度が減少する度合いが小さくなる（グラフが水平に近くなる）。Ｅ３トラップ濃度は、オフ角の方向がａ軸方向に平行であるか、ｍ軸方向に平行であるか、にはほぼ依らないといえる。
【００３８】
Ｅ３トラップ濃度は、オフ角が０．３°から０．４°に増加する間で急に減少しており、これに比べて、オフ角が０．４°以上では緩やかに減少している。したがって、オフ角を０．４以上とすることが、Ｅ３トラップ濃度を低く抑えるために好ましい。オフ角を０．４°以上とすることで、Ｅ３トラップ濃度を、好ましくは３．０×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは２．５×１０１３ｃｍ−３以下とすることができる。さらに好ましくは、オフ角を０．６°以上とすることで、Ｅ３トラップ濃度を、例えば２．３×１０１３ｃｍ−３以下とすることができる。
【００３９】
Ｅ３トラップ濃度は、オフ角が０．４°以上では緩やかに減少しているため、オフ角を０．４°以上とすることで、Ｅ３トラップ濃度の変動幅を、つまりばらつきを、小さくすることができる。オフ角の大きさの上限を、例えば１．２°とする。オフ角が１．２°におけるＥ３トラップ濃度は、２．０×１０１３ｃｍ−３程度と見積もられる。これに対し、オフ角が０．４°では、Ｅ３トラップ濃度が、例えば３．０×１０１３ｃｍ−３以下、また例えば２．５×１０１３ｃｍ−３以下である。したがって、オフ角を０．４°以上とすることで、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率を、好ましくは１．５倍（「３．０×１０１３ｃｍ−３／２．０×１０１３ｃｍ−３」倍）以下、より好ましくは１．３倍（「２．５×１０１３ｃｍ−３／２．０×１０１３ｃｍ−３」倍）以下とすることができる。
【００４０】
また、オフ角が０．６°では、Ｅ３トラップ濃度が、例えば２．３×１０１３ｃｍ−３以下である。これより、さらに好ましくは、オフ角を０．６°以上とすることで、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率を、１．２倍（「２．３×１０１３ｃｍ−３／２．０×１０１３ｃｍ−３」倍）以下とすることができる。
【００４１】
キャリア濃度の依存性は、オフ角が大きくなるにつれて増加する傾向、すなわち、オフ角が小さくなるにつれて減少する傾向を示す。なお、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）測定の知見によれば、Ｓｉ濃度は、オフ角の大きさにほぼ依存せず一定となり、Ｃ濃度は、オフ角が小さくなるほど増加する傾向がある。オフ角が小さくなるにつれてキャリア濃度ＮＤが減少する傾向は、Ｃ濃度増加によるキャリア補償に起因するものと考えられる。
【００４２】
オフ角が１°程度では、設計値のＳｉ濃度である９×１０１５ｃｍ−３に近い１×１０１６ｃｍ−３程度のキャリア濃度ＮＤが得られている。これに対し、オフ角が０．３°程度では、キャリア濃度ＮＤが５×１０１５ｃｍ−３程度まで減少している。このことから、測定試料ａ１〜ｍ３のエピ層１２０に混入したＣの濃度は（したがって、オフ角が０．４°以上の領域におけるＣ濃度は）、高々５×１０１５ｃｍ−３程度と見積もられる。
【００４３】
オフ角が１°程度では、設計値のＳｉ濃度である９×１０１５ｃｍ−３に近い１×１０１６ｃｍ−３程度のキャリア濃度ＮＤが得られている。よって、これ以上オフ角が大きくなっても、キャリア濃度ＮＤはほぼ増加しないと考えられる。例えば、オフ角を０．４°以上とすることで、６×１０１５ｃｍ−３以上１×１０１６ｃｍ−３以下のキャリア濃度ＮＤが得られる。
【００４４】
このように、本実験例によれば、オフ角を例えば０．４°以上に大きくすることで、低いＥ３トラップ濃度と、高いキャリア濃度ＮＤと、が両立したエピ層１２０を得ることができる。
【００４５】
エピ層１２０におけるＣ濃度は、オフ角が小さくなるほど増加する傾向、すなわち、オフ角が大きくなるほど減少する傾向を有する。上述のように、従来の知見によれば、Ｃ濃度が減少することでＥ３トラップ濃度が増加するといわれているため、オフ角が大きくなるにつれて、Ｅ３トラップ濃度が増加するようにも思われる。しかし、本実験例では、オフ角が大きくなるにつれて、Ｅ３トラップ濃度が減少する傾向が得られている。Ｅ３トラップの発生メカニズムは、現在まだ明らかにされておらず、本実験例でこのような傾向が得られたメカニズムは明らかではないが、オフ角が大きい場合にＣ濃度が低いにもかかわらずＥ３トラップ濃度を低く抑えることができる理由について、例えば以下のような仮説が考えられる。
【００４６】
エピ層１２０を構成するＧａＮ結晶の成長において、オフ角が大きいほどステップ密度が高くなるため、厚さ方向の成長速度が大きくなりやすい。このことから、厚さ方向の成長速度が大きくなることで、Ｅ３トラップが生成されにくくなるのではないかと推測される。さらに、エピ層１２０を成長させるＭＯＶＰＥにおいて、触媒２５０でＶ族原料の分解を促進することによりＶ族原料の利用効率が高まり、厚さ方向の成長速度がより大きくなることで、Ｅ３トラップがより生成されにくくなるのではないかと推測される。これにより、オフ角が大きくなりＣ濃度が低下しても、Ｅ３トラップ濃度が例えば３．０×１０１３ｃｍ−３以下に抑えられるような、低いＥ３トラップ濃度を得ることができるのではないか、と推測される。なお、触媒２５０によりＶ族原料の分解を促進する方法以外を用いることができる可能性もある。
【００４７】
本実験例では、図３（ａ）に示す１枚のＧａＮ基板から切り出した３枚の基板ａ１〜ａ３のそれぞれにエピ層１２０を成長させることで、測定試料ａ１〜ａ３を作製した。また、図３（ｂ）に示す１枚のＧａＮ基板から切り出した３枚の基板ｍ１〜ｍ３のそれぞれにエピ層１２０を成長させることで、測定試料ｍ１〜ｍ３を作製した。本実験例の結果より、基板ａ１〜ａ３を切り出さずに、図３（ａ）に示すＧａＮ基板の全体を１つの基板１１０として、当該基板１１０上にエピ層１２０を成長させる場合であっても、また、基板ｍ１〜ｍ３を切り出さずに、図３（ｂ）に示すＧａＮ基板の全体を１つの基板１１０として、当該基板１１０の主面１１１上にエピ層１２０を成長させる場合であっても、当該エピ層１２０上の各位置について、図５に示したような、オフ角の大きさとＥ３トラップ濃度との対応関係、および、オフ角の大きさとキャリア濃度ＮＤとの対応関係が得られると考えられる。
【００４８】
＜他の実施形態＞
以上、本発明について実施形態および実験例に沿って例示的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態および実験例で説明した態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００４９】
例えば、基板１１０のオフ角の大きさは、主面１１１の全域で、好ましくは０．４°以上、さらに好ましくは０．６°以上としてもよい。これにより、エピ層１２０の全域において、Ｅ３トラップ濃度を、好ましくは３．０×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは２．５×１０１３ｃｍ−３以下、さらに好ましくは２．３×１０１３ｃｍ−３以下に抑えることができる。また、エピ層１２０の全域について、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率を、好ましくは１．５倍以下、より好ましくは１．３倍以下、さらに好ましくは１．２倍以下に抑えることができる。なお、基板１１０のオフ角の大きさを、主面１１１の全域で、０．５°以上としてもよい。
【００５０】
＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【００５１】
（付記１）
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度が、好ましくは３．０×１０１３ｃｍ−３以下、より好ましくは２．５×１０１３ｃｍ−３以下である、エピタキシャル基板。
【００５２】
（付記２）
前記主面は、オフ角が０．６°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度が、２．３×１０１３ｃｍ−３以下である、付記１に記載のエピタキシャル基板。
【００５３】
（付記３）
前記（オフ角が０．４°以上である）領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、好ましくは１．５倍以下であり、より好ましくは１．３倍以下である、付記１または２に記載のエピタキシャル基板。
【００５４】
（付記４）
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記主面は、オフ角が０．４°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、好ましくは１．５倍以下であり、より好ましくは１．３倍以下である、エピタキシャル基板。
【００５５】
（付記５）
前記主面は、オフ角が０．６°以上である領域を有し、当該領域上に成長した前記ＧａＮ層において、最小のＥ３トラップ濃度に対する最大のＥ３トラップ濃度の比率が、１．２倍以下である、付記３または４に記載のエピタキシャル基板。
【００５６】
（付記６）
前記主面の全域において、オフ角が好ましくは０．４°以上、より好ましくは０．５°以上、さらに好ましくは０．６°以上である、付記１〜５のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００５７】
（付記７）
前記主面におけるオフ角が、１．２°以下である、付記１〜６のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００５８】
（付記８）
前記ＧａＮ層は、有機金属気相成長で成長されたＧａＮ層である、付記１〜７のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００５９】
（付記９）
前記（オフ角が０．４°以上である）領域上に成長した前記ＧａＮ層における炭素濃度が、５×１０１５ｃｍ−３以下である、付記１〜８のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００６０】
（付記１０）
前記（オフ角が０．４°以上である）領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるキャリア濃度が、６×１０１５ｃｍ−３以上である、付記１〜９のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００６１】
（付記１１）
前記（オフ角が０．４°以上である）領域上に成長した前記ＧａＮ層におけるキャリア濃度が、１×１０１６ｃｍ−３以下である、付記１〜１０のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００６２】
（付記１２）
前記ＧａＮ基板は、１×１０７ｃｍ−２未満の転位密度を有する、付記１〜１１のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００６３】
（付記１３）
前記ＧａＮ基板は、１×１０７ｃｍ−２以上の転位密度を有する転位集中領域を含まない、付記１〜１２のいずれか１つに記載のエピタキシャル基板。
【００６４】
（付記１４）
主面がｃ面であるＧａＮ基板と、
前記主面上にエピタキシャル成長したＧａＮ層と、
を備え、
前記ＧａＮ層におけるＥ３トラップ濃度は、前記主面におけるオフ角が大きくなるにつれて減少する傾向を示す、エピタキシャル基板。
【００６５】
（付記１５）
前記傾向において、オフ角が大きくなるにつれてＥ３トラップ濃度が減少する度合いが小さくなる、付記１４に記載のエピタキシャル基板。
【００６６】
（付記１６）
前記ＧａＮ層におけるキャリア濃度は、前記主面におけるオフ角が大きくなるにつれて増加する傾向を示す、付記１４または１５に記載のエピタキシャル基板。
【符号の説明】
【００６７】
１００…エピタキシャル基板（エピ基板）、１１０…ＧａＮ基板（基板）、１１１…主面、１２０、１２５…ＧａＮ層（エピ層）、１３０…ショットキー電極、１４０…オーミック電極、２００…ＭＯＶＰＥ装置、２１０…反応炉、２２０…サセプタ、２３０、２６０…ヒータ、２４１、２４２…ガス供給管、２５０…触媒
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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