(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
［０００１］方向から０．２〜１０度の角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面と、
【数１】
0005496007.tif 000075
方向から０．２〜１０度の角度でオフカットされたＧａＮ
【数２】
0005496007.tif 000076
表面と、を含み、
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、前記オフカットされたＧａＮ（０００−１）表面と平行であり、
格子湾曲を有する、ＧａＮ基板。
【請求項２】
前記ＧａＮ（０００１）表面が、前記［０００１］方向から、主に前記
【数３】
0005496007.tif 000077
からなる群から選択される方向に主に向かってオフカットされている、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項３】
前記ＧａＮ（０００１）表面が、主に前記
【数４】
0005496007.tif 000078
方向に向かってオフカットされている、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項４】
前記ＧａＮ（０００１）表面が、主に前記
【数５】
0005496007.tif 000079
方向に向かってオフカットされている、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項５】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面及び前記オフカットされたＧａＮ
【数６】
0005496007.tif 000080
表面のそれぞれが、同じ大きさのオフカットを有する、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項６】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、１Ｅ６ｃｍ-2未満の転位密度を有する、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項７】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、５Ｅ５ｃｍ-2未満の転位密度を有する、請求項１に記載のＧａＮ基板。
【請求項８】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、ラッピング、研磨又は化学機械研磨されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＧａＮ基板。
【請求項９】
前記ＧａＮ（０００１）表面が、前記［０００１］方向から、主に
【数８】
0005496007.tif 000081
からなる群から選択される方向に主に向かって、２．５〜１０度のオフカット角度でオフカットされており、前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、３Ｅ６ｃｍ-2未満の転位密度を有する、請求項１〜５のいずれか１項に記載のＧａＮ基板。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれか１項に記載のＧａＮ基板と、前記表面上に蒸着したホモエピタキシャルＧａＮ層を含む超小型電子または光電子デバイス構造とを備える、超小型電子または光電子デバイス物品。
【請求項１１】
［０００１］方向から０．２〜１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面と、
【数８】
0005496007.tif 000082
方向から０．２〜１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ
【数９】
0005496007.tif 000083
表面と、を含み、
前記ＧａＮ（０００１）表面は、＜０００１＞方向から、
【数１０】
0005496007.tif 000084
からなる群から選択される方向に主に向かってオフカットされていて、
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、前記オフカットされたＧａＮ（０００−１）表面と平行であり、
格子湾曲を有する、ＧａＮ基板。
【請求項１２】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、前記オフカットされたＧａＮ
【数１１】
0005496007.tif 000085
表面と同じ大きさのオフカットを有する、請求項１１に記載のＧａＮ基板。
【請求項１３】
前記オフカットされたＧａＮ（０００１）表面が、ラッピング、研磨又は化学機械研磨されている、請求項１１に記載のＧａＮ基板。
【請求項１４】
請求項１１〜１３のいずれか１項に記載のＧａＮ基板と、前記表面上に蒸着したホモエピタキシャルＧａＮ層を含む超小型電子または光電子デバイス構造とを備える、超小型電子または光電子デバイス物品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の背景
本発明の分野
本発明は、高品質電子および光電子デバイスの作製においてホモエピタキシャル膜の蒸着に用いて有用な微傾斜ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板、例えば微傾斜窒化ガリウム基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
関連技術の説明
窒化ガリウム（ＧａＮ）および関連するＩＩＩ−ＩＶ族窒化物合金はバンドギャップの広い半導体材料であり、光電子機器（例えば青色およびＵＶ発光ダイオードならびにレーザダイオードの作製）ならびに高周波数、高温および高出力電子機器に用途がある。このような高性能デバイスでは、高品質エピタキシャル膜を基板上に成長させなければならない。
【０００３】
窒化ガリウム系電子デバイスは、通例、サファイアおよび炭化シリコンなどの異種の（ヘテロエピエピタキシャル）基板上に成長させる。その結果、窒化ガリウムデバイス層と異種の基板との間の格子定数および熱膨張係数差により、概して高密度欠陥が窒化ガリウムデバイス層に作製されてデバイス性能に悪影響を与える。
【０００４】
窒化ガリウムデバイス層の成長は、通例、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）によって行われ、まずバッファ層を異種の基板上に成長させた後、数ミクロンの厚さの窒化ガリウムおよび関連するデバイス層を成長させる。窒化ガリウム層の結晶欠陥を低減するために、サファイアまたは炭化シリコン上でエピタキシャル横方向過成長（ＥＬＯＧ）による成長などの技術を用いてきた。
【０００５】
ヘテロエピタキシャル基板の使用に関連する形態および構造欠陥の点で、自然窒化ガリウム基板は多くの窒化ガリウム系超小型電子デバイスにとって理想的である。窒化ガリウム基板を様々な方法により作製することができる。
【０００６】
ポロースキー（Ｐｏｒｏｗｓｋｉ）らの米国特許第５，６３７，５３１号明細書は、高窒素圧での金属ガリウムからのバルク窒化ガリウムの成長を記載しているが、開示の方法はわずか約１０ｍｍ小板（ｐｌａｔｅｌｅｔ）の最大結晶サイズを達成したに過ぎなかった（Ｓ．ポロースキー（Ｐｏｒｏｗｓｋｉ）およびＩ．グジェゴリ（Ｇｒｚｅｇｏｒｙ）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．７８，１７４（１９９７年）、Ｍ．ボコスキー（Ｂｏｃｋｏｗｓｋｉ）、Ｊ．Ｃｒｙｓｔ．Ｇｒｏｗｔｈ，Ｖｏｌ．２４６，１９４（２００２年））。窒化ガリウム結晶小板はｃ面構造であり、小板の一方の面がガリウムで終端するとともに他方の面が窒素で終端している極性面を有している。それぞれの表面の各々は独自の特性を有するとともに、ほとんどの窒化ガリウム系デバイスを好適にはガリウム終端化表面、すなわち（０００１）表面上に成長させる。結晶小板のサイズは小さいが、このような小板の試料上にホモエピタキシャル成長を行った。たとえば、ＭＯＶＰＥホモエピタキシを５ｍｍ未満の横方向寸法を有する窒化ガリウム結晶小板上で行った（Ｆ．Ａ．ポンセ（Ｐｏｎｃｅ）、Ｄ．Ｐ．ブール（Ｂｏｕｒ）、Ｗ．ゲーツ（Ｇａｕｔｚ）およびＰ．Ｊ．ライト（Ｗｒｉｇｈｔ）、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．６８（１），５７（１９９６年））。ＡｌＧａＮ／ＧａＮへテロ構造による高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造を、分子線エピタキシによって８×８ｍｍ２窒化ガリウム試料上に成長させた（Ｅ．フレイシントン（Ｆｒａｙｓｓｉｎｇｔｏｎ）ら、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．７７，２５５１（２０００年））。ＩｎＧａＮ／ＧａＮ複数の量子井戸（ＭＱＷ）構造および二重へテロ構造ＬＥＤを、ＭＯＶＰＥによって約６×８ｍｍ２窒化ガリウム試料上に成長させた（Ｍ．カンプ（Ｋａｍｐ）ら、ＭＲＳ  Ｉｎｔｅｒｎｅｔ  Ｊ．Ｎｉｔｒｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄ．Ｒｅｓ．４Ｓ１，Ｇ．１０．２（１９９１年））。窒素終端化窒化ガリウム
【数１】
0005496007.tif 000002
結晶小板上および
【数２】
0005496007.tif 000003
面から離れるように若干傾斜した表面上のＭＯＶＰＥホモエピタキシャル成長が報告されている（Ａ．Ｒ．Ａ．ツァウナー（Ｚａｕｎｅｒ）ら、Ｊ．Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，２１０，４３５（２０００年））。
【０００７】
光電子および電子デバイスの製造は大面積基板を必要とするため、他の技術によって作製された大面積窒化ガリウム基板上に様々なデバイスを成長させた。デバイスには窒化ガリウム系レーザダイオードがある（Ｓ．ナカムラ（Ｎａｋａｍｕｒａ）ら、Ｊｐｎ．Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．３７，Ｌ３０９（１９９８年））。ナカムラ（Ｎａｋａｍｕｒａ）らによって複雑な成長シーケンスを用いてこのようなレーザダイオードが形成された。まず２ミクロンの厚さのＭＯＶＰＥ窒化ガリウム層をサファイア基板上に成長させた後、２ミクロンの厚さの二酸化シリコン層をストライプのパターンに蒸着させた。そして２０ミクロンの厚さの窒化ガリウム層を、ＥＬＯＧ技術を用いてＭＯＶＰＥによって成長させて、二酸化シリコンパターンを被覆するとともに平坦な窒化ガリウム面を達成した。この後ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）により約１００ミクロンの厚さの窒化ガリウム層を形成した。次に研磨によりサファイア基板を除去して、約８０ミクロンの厚さの窒化ガリウム物品を得た。最後に、ＭＯＶＰＥによってＩｎＧａＮ  ＭＱＷＬＤ構造を成長させた。
【０００８】
オガワ（Ｏｇａｗａ）らの米国特許第６，４５５，８７７号明細書は、サファイア上にＭＯＶＰＥによって形成されたＥＬＯＧ窒化ガリウム上に窒化ガリウムのＨＶＰＥ蒸着によって形成された窒化ガリウム基板上の発光デバイスの成長を開示しており、ここでサファイアは十分な窒化ガリウム厚さの形成後に研磨除去された。オガワ（Ｏｇａｗａ）らは窒化ガリウム材料のｃ面から離れるように傾斜した０．１０〜０．２５度の好適な基板配向を記載している。後願の米国特許出願第２００１／００３０３２９号明細書、ウエタ（Ｕｅｔａ）らは、窒化ガリウム材料のｃ面から離れるように０．０５〜２度傾斜した基板配向の選択を述べている。これらの様々なデバイス構造において、自然成長（ａｓ−ｇｒｏｗｎ）ＨＶＰＥ窒化ガリウム表面上の直接ＭＯＶＰＥによりデバイス層を成長させた。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の概要
本発明は、超小型電子および光電子デバイス構造の高品質ホモエピタキシャル作製に適正を有する微傾斜ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板、たとえば、窒化ガリウム基板に関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
一の態様において本発明は、＜０００１＞方向から、
【数３】
0005496007.tif 000004
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含み、表面が５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定された１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さと、３Ｅ６ｃｍ−２未満の転位密度とを有するＧａＮ基板に関する。
【００１１】
本発明のさらなる態様は、＜０００１＞方向から、
【数４】
0005496007.tif 000005
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含み、表面が５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定された１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さと、３Ｅ６ｃｍ−２未満の転位密度とを有するＧａＮ基板を形成する方法に関する。このようなウェハを合成するための方法は、バルクＧａＮ単一結晶体を成長させるステップと、バルクＧａＮ単一結晶体を処理してそこから少なくとも１つのウェハを形成するステップとを含み、処理ステップが（ｉ）
【数５】
0005496007.tif 000006
方向からなる群から選択される方向に主に向かうオフカット角度でｃ面から離れるように傾斜したスライス面で行われるスライスステップと、（ｉｉ）
【数６】
0005496007.tif 000007
方向からなる群から選択される方向に主に向かうオフカット角度でｃ面から離れるように傾斜したラッピング面で行われる角度付きラッピングステップと、（ｉｉｉ）＜０００１＞方向から、
【数７】
0005496007.tif 000008
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされた（０００１）表面を含む微傾斜へテロエピタキシャル基板上でバルクＧａＮ単一結晶体を成長させるステップ後にバルクＧａＮ単一結晶体を分離するステップとからなる群から選択されるステップを含む。
【００１２】
他の態様において本発明は、
（ａ）＜０００１＞方向から、
【数８】
0005496007.tif 000009
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含み、表面が５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定された１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さと、３Ｅ６ｃｍ−２未満の転位密度とを有するＧａＮ基板を形成するステップと、
（ｂ）ＧａＮ基板上にホモエピタキシャルＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料、例えばＧａＮを蒸着するステップと、を含み、
バルクＧａＮ単一結晶体を成長させるステップと、バルクＧａＮ単一結晶体を処理してそこから少なくとも１つのウェハを形成するステップとを含み、処理ステップが（ｉ）
【数９】
0005496007.tif 000010
方向からなる群から選択される方向に主に向かうオフカット角度でｃ面から離れるように傾斜したスライス面で行われるスライスステップと、（ｉｉ）
【数１０】
0005496007.tif 000011
方向からなる群から選択される方向に主に向かうオフカット角度でｃ面から離れるように傾斜したラッピング面で行われる角度付きラッピングステップと、（ｉｉｉ）＜０００１＞方向から、
【数１１】
0005496007.tif 000012
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされた（０００１）表面を含む微傾斜へテロエピタキシャル基板上でバルクＧａＮ単一結晶体を成長させるステップ後にバルクＧａＮ単一結晶体を分離するステップとからなる群から選択されるステップを含む、超小型電子または光電子デバイスを作製する方法に関する。
【００１３】
本発明の他の態様、特徴及び実施形態は、以後の開示と添付の特許請求の範囲とからより十分に明らかになろう。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明およびその好ましい実施形態の詳細な説明
本明細書の以後の説明は主に本発明の適用に対する例示的ＩＩＩ−Ｖ族窒化種としてのＧａＮに向けられているが、本発明が二元化合物および合金を始めとするＩＩＩ−Ｖ族窒化物系化合物に広く適用可能であることは認識されよう。本明細書で用いるように用語「ＩＩＩ−Ｖ族窒化物」とは、窒素とＡｌ、ＩｎおよびＧａのうちの少なくとも１つとを含む半導体材料を指す。このようなＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料を記号を用いて（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎと示し得る。用語（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎは、Ａｌ、ＩｎおよびＧａのうちの１つ以上を含む窒化物の置換をすべて含むため、代替材料としてＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＩｎＮ、ＡｌＧａＮおよびＡｌＩｎＧａＮを包含し、このような金属のうちの２つまたは３つすべてを含む化合物のＡｌ、ＩｎおよびＧａの化学量論係数は、このような全化学量論係数の合計が１であるという条件で、０〜１の適正な値を有し得る。この点において水素または炭素などの不純物、ドーパント、もしくはボロンなどの歪み変化材料も（Ａｌ，Ｉｎ，Ｇａ）Ｎ材料に含有することができるが全化学量論係数の合計が１±０．１％偏差内である。このような化合物の例には、ＡｌｘＧａ１−ｘＮこの場合０≦ｘ≦１と、ＡｌｘＩｎｙＧａ１−ｘーｙＮこの場合０≦ｘ≦１および０≦ｙ≦１とがある。このように以後の説明は例示的材料としてＧａＮを対象とするが、他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料を本発明の高品質基板で同様に用い得る。本発明の方法および微傾斜基板の以降の開示の背景として、以下の説明は様々な大面積基板のｃ面上の有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）により窒化ガリウムのホモエピタキシャル成長の欠陥を示すように行われた一連の実験を対象とする。
【００１５】
一連の実験において公称ｃ面自立ＧａＮウェハ上およびサファイア上にヘテロエピタキシャルＭＯＶＰＥ  ＧａＮ膜で作製されたテンプレート上に同一成長ランでＭＯＶＰＥ窒化ガリウム膜を成長させた。ＧａＮ／サファイアテンプレートの表面は、窒化ガリウムだったため、サファイア上の窒化ガリウムのヘテロエピタキシャル成長用に最適化されたＭＯＶＰＥ成長条件を低温バッファ層なしで用いた。
【００１６】
これらの実験においてＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜が、ＧａＮ／サファイアテンプレート上の擬似ホモエピタキシャル膜より優れているであろうことが予想された。驚くことにＧａＮウェハ上のホモエピタキシャル膜は、ＧａＮ／サファイアテンプレート上のホモエピタキシャルＧａＮ膜より粗かった。
【００１７】
図１は、ＧａＮ／サファイアテンプレート上に成長させたホモエピタキシャル膜の表面の微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡画像である。図２は、ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜のＤＩＣ顕微鏡画像である。両方の膜を成長温度１２２０℃および成長速度４μｍ／時で一回の成長ランで成長させた。成長工程中の温度をサセプタの下に位置する熱電対で測定した結果、実際のウェハ表面温度は熱電対の測定値より低い１００〜１５０℃だった。ＧａＮ／サファイアテンプレート上のホモエピタキシャル膜は平滑であり特徴が無かったが、ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャル膜は非常に粗く且つ三次元成長特徴を呈していた。
【００１８】
ＧａＮ基板上のホモエピタキシャルＧａＮ膜の表面形態は、ＧａＮ基板上にホモエピタキシャルＧａＮ膜を形成するための成長条件を最適化することにより大幅に改善しやすいと判断された。成長速度、成長温度、アンモニア流量、および成長圧力を変えて実験を行った。成長速度を４μｍ／時から２μｍ／時に低下することにより表面形態が著しく改善することが分かった。２μｍ／時の成長速度で、成長温度を１２２０℃から１１７０℃以下に低下することによりＧａＮ基板上のホモエピタキシャル膜の表面形態はさらに改善した。ＮＨ３流量を増加することまたは成長圧力を増加することにより表面形態を改善できることも分かった。最適成長条件は反応装置の形状と相関成長パラメータとに依存している。反応装置内の成長条件を系統的に変化させることにより、平滑表面形態を有する公称ｃ面ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜を達成した。図３は、公称ｃ面ＧａＮウェハ上の２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜のＤＩＣ顕微鏡画像を示す。この表面は非常に平滑でありほとんど特徴がなかった。
【００１９】
しかし最適条件下でさえ公称ｃ面ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャル膜の表面形態が均一でないことが分かった。少なくとも２つのタイプの表面形態、すなわち図３に示した特徴の平滑表面とヒロック表面形態とがあった。
【００２０】
図４は、公称ｃ面ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜のヒロック表面形態を示す。ヒロック表面形態は概してウェハの中心付近に位置し、平滑表面形態は概してウェハの外縁付近にあった。
【００２１】
表面形態の非均一性を表面の結晶配向に関係していると判断した。ウェハ研磨前に窒化ガリウムウェハブランク内に残留応力があるため、ｃ面ＧａＮウェハブランクは格子湾曲を有し、すなわち結晶材料のｃ面が平滑でなく反っていた。機械的ラッピング、研磨および化学機械研磨によるエピタキシ対応ＧａＮウェハの形成中ウェハ表面を機械的に平坦にすることができるが格子湾曲は依然として存在する場合があるため、概してウェハ中心付近の特定の表面領域のみが表面に平行のｃ面を有する。表面領域の大部分は、ウェハの外縁に向かって表面から離れるように若干傾斜したｃ面を有する。ｃ面から離れる表面の若干の傾斜は、概して公称ｃ面ＧａＮウェハの場合１度未満である。
【００２２】
公称ｃ面ＧａＮウェハ上に観察されたホモエピタキシャル膜の六方晶ヒロック形態は、厳密にｃ面に平行な表面領域に関連していた。厳密なｃ面基板上の六方晶ヒロック構造の形成は、厳密なｃ面基板上の低密度の結晶ステップに起因しており、それが平滑な二次元成長を困難にしていた。六方晶ヒロックの形成により結晶ステップが生成されたため局部表面平面は、厳密なｃ面ではなくなった。結晶ステップが成長中の膜に核形成中心を生成したため、気相から入り込む原子がステップに沿って沈着することができた。
【００２３】
結晶ｃ面に対して表面角度分布を有するＧａＮウェハの場合、表面ステップ幅およびステップ方向分布があった。厳密なｃ面基板上では六方晶ヒロックは対称であった。微傾斜角度に、すなわち格子ｃ面と局部面との間の角度として規定されるオフカット角度に厳密なｃ面から離れるように若干移動する（本明細書では微傾斜とオフカットとを同義的に用いている）と、図４に見られるように六方晶ヒロック構造の一方側が反対側を犠牲にして増大した。微傾斜角度が十分に大きい場合ヒロック形態は消失した。
【００２４】
ＧａＮ基板上のホモエピタキシャルＧａＮ膜の表面微細構造を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で検査した。ＤＩＣ光学顕微鏡で観察された非均一表面形態もＡＦＭ画像で観察された微細構造に存在していた。
【００２５】
ヒロック表面形態を有する表面領域では表面微細構造が、図５の５０×５０μｍ２ＡＦＭ画像に見られるようにファッセットがあるように見えた。図６は、微細構造のさらなる細部を示す２×２μｍ２ＡＦＭ走査である。原子ステップ構造は視認可能である。ホモエピタキシャル膜上にヒロック形態を有する領域における原子ステップ間の幅は、概して約１００ｎｍ〜約３００ｎｍであった。このような原子ステップ幅および推定する１つの二分子層ステップ高さに基づいて、局部面は、格子ｃ面から約０．２度離間している、すなわち厳密なｃ面ＧａＮ基板上の２μｍの厚さのホモエピタキシャル膜が格子ｃ面に対して約０．２度の表面オフカットを生じると判断した。
【００２６】
中心のヒロック領域から離れると、図３に示すようにホモエピタキシャル膜は非常に平滑であった。ＡＦＭ画像は平滑微細構造も示した。図７は、ＧａＮウェハ上の２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜の２×２μｍ２ＡＦＭ画像である。図３に示す特徴の表面形態を有する領域でＡＦＭ画像を得た。図３〜７は、ＧａＮウェハ上の１つのホモエピタキシャル膜から得られた画像であるが膜の領域が異なる。平方自乗平均（ＲＭＳ）技術により測定した表面粗さは２×２μｍ２ＡＦＭ画像にわたり０．１４ｎｍで、ホモエピタキシャル膜表面が非常に平滑であることを実証した。
【００２７】
大面積ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャル膜の非均一表面形態は、非均一なデバイス性能と歩留まり損失とを生じ、その結果当該技術においてＧａＮ基板上の均一に平滑で且つ高品質のホモエピタキシャルＧａＮ膜の信頼性が高く且つ商業的再現生産を可能にするＧａＮ技術の改善を切実に必要としていた。
【００２８】
ＧａＮ基板上のホモエピタキシャル膜の非均一表面形態に関連する問題およびＧａＮ膜の生産中の粗いヒロック表面特徴の発生は、格子ｃ面から離れるように意図的に傾斜させた表面を有する本発明のＧａＮウェハ物品、すなわち微傾斜ｃ面表面またはオフカット表面を有し、上にホモエピタキシャル成長を行ってＧａＮの高品質の平滑なホモエピタキシャル膜を製作し得るウェハにより回避される。
【００２９】
参考までにＧａＮ結晶のｃ面は（０００１）表面と表わされ、ｃ面の方向はｃ軸［０００１］方向である。（０００１）表面を参照するとガリウム終端化ｃ面を指すが、
【数１２】
0005496007.tif 000013
表面は窒素終端化ｃ面を指す。表面または面の方向は表面の法線方向として規定される。微傾斜ウェハの表面方向が、＜０００１＞および
【数１３】
0005496007.tif 000014
方向により規定される平面である場合、この表面は
【数１４】
0005496007.tif 000015
方向に向かってオフカットされた（０００１）表面と称される。ＧａＮ結晶の対称性のため
【数１５】
0005496007.tif 000016
方向は
【数１６】
0005496007.tif 000017
を含む方向の一群の一般的表現である。
【数１７】
0005496007.tif 000018
方向は
【数１８】
0005496007.tif 000019
を含む方向の一群の一般的表現である。本明細書で用いるように特定の方向例えば
【数１９】
0005496007.tif 000020
方向または
【数２０】
0005496007.tif 000021
方向に関して、用語「に主に向かう」は、このような方向±１５度を意味する。このような参照は、本明細書においては極（オフカット）角を指すこととは異なり、方位許容角度を指すことに留意されたい。特定の方向に向かって方位変動が±５度であることが好ましく、このような変動が±２度であることが最も好ましい。
【００３０】
本発明は、［０００１］方向から、
【数２１】
0005496007.tif 000022
方向からなる群から選択される方向に主に向かって約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度でオフカットされたＧａＮ（０００１）表面を含み、表面が５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定された１ｎｍ未満のＲＭＳ粗さと、３Ｅ６ｃｍ−２未満の転位密度とを有するＧａＮ基板を検討するものである。
【００３１】
具体的な実施形態におけるＧａＮ（０００１）表面は、
【数２２】
0005496007.tif 000023
方向または
【数２３】
0005496007.tif 000024
方向に向かって本発明の所与の用途においてそれぞれ適当であるように、約０．２〜約１０度の範囲のオフカット角度で、約０．２〜約４度の範囲のオフカット角度で、約３〜約８度の範囲のオフカット角度で、約５〜約８度の範囲のオフカット角度で、約２．５〜約１０度の範囲のオフカット角度で、約２．５〜約８度の範囲のオフカット角度で、約２．５〜約４度の範囲のオフカット角度でオフカットし得る。
【００３２】
具体的な実施形態においてオフカット表面は、５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定された０．９ｎｍ未満のＲＭＳ粗さを有し得るが、５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査により測定されたＲＭＳ粗さが０．５ｎｍ未満であることがより好ましい。好適な態様においてＧａＮ基板の転移密度は、１Ｅ６ｃｍ−２未満であり、５Ｅ５ｃｍ−２であることが、より好ましい。
【００３３】
本発明のＧａＮ基板は、超小型電子デバイスまたは光電子デバイスおよびデバイス構造の製造に用いて有用であり、たとえばＧａＮ基板上のホモエピタキシャルに蒸着されたＧａＮ上にさらにＡｌＧａＮを蒸着してＡｌＧａＮ／ＧａＮ  ＨＥＭＴ構造を形成することを含む多段階製造工程中のコンポーネント段階として、基板上のホモエピタキシャルＧａＮの蒸着を含む。ＧａＮ基板上に製造されるデバイスは、代替的には青色以下の短波長レーザダイオードを含み得る。
【００３４】
ＧａＮ基板上のホモエピタキシャルＧａＮまたは他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料の蒸着は、適当な蒸着技術、例えばＭＯＶＰＥを用いて行い得るとともに、この蒸着工程を適当な工程条件で行い得る。たとえば、ホモエピタキシャルＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料の蒸着は、特定の用途に応じて約７００〜約１２２０℃の範囲、または代替的には、約１１２０〜約１１７０℃の範囲、または代替的には、約１１００〜１２２５℃の範囲の温度で行うことができるとともに、ＧａＮ基板上のホモエピタキシャルＧａＮまたは他のＩＩＩ−Ｖ族窒化物材料の成長速度は約０．１μｍ／時〜約５０μｍ／時の範囲、または代替的には、約１μｍ／時〜約５０μｍ／時の範囲、または代替的には、約１μｍ／時〜約４μｍ／時の範囲、または代替的には、約１μｍ／時〜約２μｍ／時の範囲であり得る。
【００３５】
本発明によるオフカットウェハは、いくつかの方法で作製することができる。長いＧａＮブールが入手可能である場合、ブールを配向且つスライスしてｃ面に対してオフカット角度を有するウェハを作製することができる。比較的厚いｃ面ＧａＮウェハブランクが入手可能である場合、ＧａＮウェハブランクをまず角度ラッピングすればよく、これはウェハをラッピング・プレートに対して所定の角度で固定具に配置し、ウェハをラッピングしてウェハのくさび構造を作製することを含む。そして、くさび状ウェハを背面にラッピングすることによりくさび構造を除去して表面が格子ｃ面から離れるように傾斜したウェハを生じる。また、微傾斜ＧａＮを、微傾斜ＧａＮ材料の蒸着後に除去されるサファイアなどの微傾斜テンプレート上で成長させても自立微傾斜ＧａＮ基板物品を生じることができる。
【００３６】
本発明の例示的一実施形態において、ＧａＮブールをハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数２４】
0005496007.tif 000025
方向に８度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数２５】
0005496007.tif 000026
方向に向かって８度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００３７】
本発明の他の実施形態において、ＧａＮブールをＨＶＰＥ法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数２６】
0005496007.tif 000027
方向に８度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数２７】
0005496007.tif 000028
に向かって８度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００３８】
本発明のさらに他の実施形態において、ＧａＮブールをＨＶＰＥ法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数２８】
0005496007.tif 000029
方向に４度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数２９】
0005496007.tif 000030
に向かって４度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００３９】
本発明のさらに他の実施形態において、ＧａＮブールをＨＶＰＥ法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数３０】
0005496007.tif 000031
方向に４度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数３１】
0005496007.tif 000032
に向かって４度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００４０】
本発明のさらなる実施形態において、ＧａＮブールをＨＶＰＥ法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数３２】
0005496007.tif 000033
方向に２度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数３３】
0005496007.tif 000034
に向かって２度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００４１】
本発明の他の実施形態において、ＧａＮブールをＨＶＰＥ法により約１センチメートルの厚さまで成長させた。そのＧａＮブールを、ゴニオメータを用いて配向し、ワイヤーソーによるスライス中、スライス面をｃ面から離れるように
【数３４】
0005496007.tif 000035
方向に２度傾斜させるようにした。続いてそのブールを
【数３５】
0005496007.tif 000036
に向かって２度のオフカットを有する多数のウェハブランクにスライスした。
【００４２】
そして上記のように作製したスライスした微傾斜ウェハブランクを９ミクロン粒径ダイヤモンドスラリーで両面ラッピングしてワイヤーソーによる損傷を除去した。ｃ面ＧａＮウェハは、一方が窒素で終端して窒素終端化
【数３６】
0005496007.tif 000037
表面と称され、他方がガリウムで終端してガリウム終端化（０００１）表面と称される２つの表面を有している。オフカットＧａＮ（０００１）ウェハも２つの表面を有している。一面は（０００１）表面に対して微傾斜しているもののなおガリウム終端化表面と呼ばれるが、微傾斜（０００１）表面はその表面に窒素原子のごく一部を露出する原子ステップを有している。
【００４３】
上記に参照した実施形態で説明した微傾斜ウェハの両面をラッピングした後、ウェハのガリウム側をより小径のグリットダイヤモンドスラリーで鏡面仕上げが得られるまでさらに研磨した。窒素側も研磨して鏡面仕上げすることができる。ダイヤモンド研磨された表面はなお研磨作業による表面および表面下損傷を含んでいた。
【００４４】
化学機械研磨（ＣＭＰ）法を最終的な研磨工程として用いてガリウム終端化表面、すなわち、後続のホモエピタキシャル成長用表面から残留表面損傷を除去した。一般にＣＭＰ法を任意の適切な方法で且つ適正なＣＭＰ配合物を用いて行い得る。ＣＭＰ法は、引掻および表面損傷を除去するのに効果的であった。
【００４５】
図８は、
【数３７】
0005496007.tif 000038
方向に向かって８度のオフカットを有するＣＭＰ仕上げ微傾斜ＧａＮ（０００１）ウェハのＤＩＣ光学画像である。図９は、
【数３８】
0005496007.tif 000039
方向に向かって８度のオフカットを有するＣＭＰ仕上げ微傾斜ＧａＮ（０００１）ウェハの５０×５０μｍ２ＡＦＭ画像である。ＣＭＰ後の８度オフカットウェハは、図８および９に示すようにステップ構造を示した。
【００４６】
微傾斜ＧａＮウェハを角度付きラッピングにより作製することもできる。図１０は、公称ｃ面ウェハブランクから微傾斜ＧａＮ基板を形成する角度付きラッピングプロセス・フローの概略図である。図１０Ａではｃ面ウェハブランクが固定具のポケット内に配置され、ポケットの底部には所定の傾斜を有している。ポケット内のウェハはラッピング・プレート上でラッピングされて、ラッピング後にウェハ表面の上部が固定具の上部と平行になる、すなわち、図１０Ｂに示すようにウェハ形状がくさび状になるとともにウェハ上面がＧａＮのｃ面に対して微傾斜角度になる。くさび構造の形成後くさび状ウェハをある固定具内に配置してラッピングすることにより、ウェハの２つの面が互いに平行になるとともに同じ大きさのオフカットを有するようになる。
【００４７】
例示的実施形態において、約１．３ｍｍの厚さを有するＧａＮウェハブランクをＨＶＰＥ成長によりｃ面サファイア上に形成してその後サファイアを除去した。続いてウェハブランクを角度付きラッピングして
【数３９】
0005496007.tif 000040
方向に向かって１度オフカットを作製した。
【００４８】
他の実施形態において、約１．３ｍｍの厚さを有するＧａＮウェハブランクをＨＶＰＥ成長によりｃ面サファイア上に形成し、サファイアを除去した。続いてウェハブランクを角度付きラッピングして
【数４０】
0005496007.tif 000041
方向に向かって１度オフカットを作製した。
【００４９】
さらなる実施形態において、約１．３ｍｍの厚さを有するＧａＮウェハブランクをＨＶＰＥ成長によりｃ面サファイア上に形成し、サファイアを除去した。続いてウェハブランクを角度付きラッピングして
【数４１】
0005496007.tif 000042
方向に向かって２度オフカットを作製した。
【００５０】
さらに他の実施形態において、約１．３ｍｍの厚さを有するＧａＮウェハブランクをＨＶＰＥ成長によりｃ面サファイア上に形成し、サファイアを除去した。続いてウェハブランクを角度付きラッピングして
【数４２】
0005496007.tif 000043
方向に向かって２度オフカットを作製した。
【００５１】
さらなる実施形態において、約１．３ｍｍの厚さを有するＧａＮウェハブランクをＨＶＰＥ成長によりｃ面サファイア上に形成した。続いてウェハブランクを角度付きラッピングして
【数４３】
0005496007.tif 000044
との間の中間の方向に向かって１度オフカットを作製した。
【００５２】
上記のように作製した角度付きラッピングした微傾斜ＧａＮウェハをガリウム終端化表面でより小径のダイヤモンドグリットでさらに研磨して鏡面仕上げした。窒素側も随意に研磨して鏡面仕上げすることができることは理解されよう。続いてウェハのガリウム側を化学機械研磨して表面引掻および表面損傷を除去した。
【００５３】
図１１は、
【数４４】
0005496007.tif 000045
に向かって２度のオフカットを有する代表的なＣＭＰ仕上げ角度付きラッピングされたＧａＮ（０００１）表面のＡＦＭ画像である。表面は非常に平滑であった（画像内のピットは貫通転移に関連している）。
【００５４】
本発明により微傾斜サファイア基板上に微傾斜ＧａＮを成長させることができる。一例示的実施形態において、
【数４５】
0005496007.tif 000046
方向に向かって１度オフカットを有するｃ面サファイア基板を用いて、その基板上にＨＶＰＥ  ＧａＮ膜を成長させた。Ｘ線回折計測によりＧａＮ膜も
【数４６】
0005496007.tif 000047
方向に向かって１度オフカットを有することが確認された。他の実施形態において
【数４７】
0005496007.tif 000048
方向に向かって２度オフカットを有するｃ面サファイア基板上にＨＶＰＥ  ＧａＮを成長させた。Ｘ線回折計測によりＧａＮ膜も
【数４８】
0005496007.tif 000049
方向に向かって２度オフカットであることが確認された。
【００５５】
さらに他の例示的実施形態において、
【数４９】
0005496007.tif 000050
方向に向かって４度オフカットを有する微傾斜ｃ面サファイア基板上にＨＶＰＥ技術によりＧａＮ膜を成長させた。Ｘ線回折計測によりＧａＮ膜も
【数５０】
0005496007.tif 000051
方向に向かって４度オフカットを有する微傾斜であることが確認された。
【００５６】
オフカットＧａＮ成長を可能にする任意の適当な材料で形成された微傾斜基板上に比較的厚いＧａＮ膜を成長させることにより、本発明による微傾斜ＧａＮ基板を作製することができる。このような目的の微傾斜基板を、たとえば、サファイア、ガリウム、砒化物、シリコン、または他の適切な材料で形成してもよい。さらなる具体例として、オフカットＧａＮ成長をＧａＮのＨＶＰＥ蒸着を含む微傾斜サファイア基板上で行い得る。
【００５７】
比較的厚いＧａＮ膜を微傾斜異種基板上に成長させた後、その異種基板を任意の適当な手段または方法により除去することができる。たとえば、基板除去は基板の削除、基板の一部または全部の除去、または基板全部および基板に隣接するＧａＮの一部の除去を含み得る。このような目的のために有用に用い得る具体的な技術には、機械的研削、化学エッチング、界面分解、界面破壊、もしくは特定の基板に適切な任意の他の手段または方法がある。上記の異種基板を除去した後、得られたＧａＮウェハブランクを上述したようにラッピング、研磨、および化学機械研磨してエピタキシ対応微傾斜ＧａＮ基板を生じることができる。
【００５８】
本発明による低欠陥密度微傾斜ＧａＮ基板は、低欠陥密度ＧａＮインゴットをスライスする、または低欠陥密度ＧａＮウェハブランクを角度付きラッピングする、または低欠陥ＧａＮ材料を微傾斜異種基板上に成長させた場合には微傾斜ＧａＮウェハブランクをラッピングおよび研磨することにより作製することができる。シュエピン・シュー（Ｘｕｅｐｉｎｇ  Ｘｕ）およびロバート  Ｐ．ボード（Ｒｏｂｅｒｔ  Ｐ．Ｖａｕｄｏ）の名で本明細書と同日出願された同時継続米国特許出願「大面積均一低転移密度ＧａＮ基板およびその作製方法（ＬＡＲＧＥ  ＡＲＥＡ，ＵＮＩＦＯＲＭＬＹ  ＬＯＷ  ＤＩＳＬＯＣＡＴＩＯＮ  ＤＥＮＳＩＴＹ  ＧａＮ  ＳＵＢＳＴＲＡＴＥ  ＡＮＤ  ＰＲＯＣＥＳＳ  ＦＯＲ  ＭＡＫＩＮＧ  ＴＨＥ  ＳＡＭＥ）」に開示されているような２段階成長方法は、このような低転移密度を有するＧａＮ材料を作製するために有利に用い得る。同時継続米国特許出願の開示全体を本明細書に引用して援用する。低転移密度ＧａＮの転移密度は、３Ｅ６ｃｍ−２より低いことが好ましく、１Ｅ６ｃｍ−２未満であることがより好ましく、５Ｅ５ｃｍ−２未満であることが最も好ましい。
【００５９】
本発明による微傾斜ＧａＮ基板のガリウム側を化学機械研磨処理で仕上げて、原子力顕微鏡で測定された５０×５０μｍ２の面積内の表面ＲＭＳが１ｎｍ未満の高品質の表面平滑性を得ることができる。原子力顕微鏡で測定された２×２μｍ２の面積内の表面ＲＭＳは０．９ｎｍ未満であることが好ましく、０．５ｎｍ未満であることがより好ましい。微傾斜基板の窒素側はマット仕上げすることができ、または随意に研磨して鏡面仕上げすることができる。
【００６０】
本発明の特徴と利点とは、以下の微傾斜ＧａＮ基板上のＭＯＶＰＥ  ＧａＮホモエピタキシャル膜およびデバイス層成長の非限定例によってより十分に示される。
【００６１】
実施例１
【数５１】
0005496007.tif 000052
方向に向かって１度オフカットを有する微傾斜ＧａＮ基板をホモエピタキシャル成長用基板として用いた。
【００６２】
図１２は次の成長条件：成長速度＝２μｍ／時および成長温度＝１１２０℃でこのような微傾斜ＧａＮ基板（
【数５２】
0005496007.tif 000053
に向かって１度）上に成長させた２μｍホモエピタキシャル膜の中心付近および縁部付近のウェハ表面のＤＩＣ顕微鏡画像である。非均一ホモエピタキシャル膜が成長した公称ｃ面基板とは異なり、このホモエピタキシャル膜は均一に平滑であった。
【００６３】
ＤＩＣ光学顕微鏡によれば、微傾斜ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜は、図１２に示すようにウェハ表面全体にわたり平滑であり特徴がなかった。微傾斜基板の縁部付近のＧａＮ膜の光学表面形態は微傾斜基板の中心付近のＧａＮ膜の形態と同一であった。
【００６４】
ＡＦＭをさらに用いて微傾斜ＧａＮ基板上のＧａＮ膜の表面微細構造を特徴付けた。図１３は微傾斜基板（
【数５３】
0005496007.tif 000054
に向かって１度）上に成長させた２μｍホモエピタキシャル膜の５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査である。表面は、１０×１０μｍ２の面積内に０．３８ｎｍというＲＭＳ粗さを有して非常に平滑であった。貫通転移は成長ピットとして蒸着されるとともに、膜の転移密度は約２Ｅ６ｃｍ−２であった。
【００６５】
図１４は、微傾斜ＧａＮ（０００１）基板（
【数５４】
0005496007.tif 000055
に向かって１度オフカット）上に成長させた２μｍの厚さのホモエピタキシャル膜の２×２μｍ２ＡＦＭ走査である。ホモエピタキシャル膜のＲＭＳ粗さは、２×２μｍ２の面積内に０．１２ｎｍであり、膜の非常に平滑な性質を示した。
【００６６】
実施例２
次の成長条件：成長速度＝２μｍ／時および成長温度＝１１７０℃で微傾斜ＧａＮ（０００１）基板（
【数５５】
0005496007.tif 000056
方向に向かって２度オフカット）上にＡｌＧａＮ／ＧａＮ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造を成長させた。ＨＥＭＴ構造は、微傾斜基板上の２μｍの厚さの非ドープＭＯＶＰＥホモエピタキシャルＧａＮ膜と、ホモエピタキシャルＧａＮ膜の上の２５ｎｍＡｌＧａＮ（Ａｌ：３０原子％）層と、により構成されていた。光学顕微鏡で検査するとＨＥＭＴウェハは、均一且つ平滑な表面形態を有していた。ｃ面ＧａＮ（０００１）基板上のホモエピタキシャル表面上に概して観察されたヒロック形態は、微傾斜ＧａＮウェハ上にはなかった。
【００６７】
図１５は２度オフカット（
【数５６】
0005496007.tif 000057
に向かって）ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴ構造の２×２μｍ２ＡＦＭ走査であり、ステップ構造を有する平滑表面形態を示している。
【００６８】
図１６は、水銀プローブを用いたＨＥＭＴ構造の容量−電圧（ＣＶ）測定値であり、二次元電子ガス（２ＤＥＧ）が形成されたことを裏付けている。
【００６９】
実施例３
以下の成長条件：成長速度＝２μｍ／時および成長温度＝１１７０℃で８度オフカット（
【数５７】
0005496007.tif 000058
方向に向かって）ＧａＮ（０００１）基板上にＡｌＧａＮ／ＧａＮ高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）構造を成長させた。ＨＥＭＴ構造は、微傾斜基板上の厚さ２μｍの非ドープＭＯＶＰＥホモエピタキシャルＧａＮ膜と、ホモエピタキシャルＧａＮ膜の上の２５ｎｍＡｌＧａＮ（Ａｌ：３０原子％）層とにより構成されていた。ＨＥＭＴ構造の表面形態は、平滑で且つ基板形態を複製していた。
【００７０】
図１７は、８度（
【数５８】
0005496007.tif 000059
に向かって）微傾斜ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴ構造の表面のＤＩＣ顕微鏡画像であり、ＨＥＭＴ表面は基板表面を複製していた。ウェハ表面全体は均一であり、ヒロック形態がなかった。
【００７１】
図１８は、８度オフカット（
【数５９】
0005496007.tif 000060
に向かって）ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴデバイス層の容量−電圧測定値である。急峻なピンチオフがＡｌＧａＮ／ＧａＮ界面領域内の良好な２ＤＥＧを示した。
［実施例４］
【００７２】
約１度のオフカット角度を有する微傾斜ＧａＮ（０００１）上にＭＯＶＰＥホモエピタキシャル膜を成長させたが、オフカット方向は
【数６０】
0005496007.tif 000061
との間であった。光学顕微鏡検査では、表面形態が均一で且つかなり平滑であり、ホモエピタキシャル膜上にはヒロック形態はなかった。
【００７３】
図１９は、
【数６１】
0005496007.tif 000062
との間のオフカット方向を有する微傾斜ＧａＮ（０００１）基板上に成長させた２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜の５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査である。成長条件は、成長速度が２μｍ／時および成長温度が１１７０℃であった。ピットは転移に関連していた。
【００７４】
ＡＦＭ画像は、表面が厳密に平坦ではなく、
【数６２】
0005496007.tif 000063
方向に向かってオフカットを有する微傾斜ＧａＮ（０００１）ウェハ上に成長させたホモエピタキシャル膜上に観察されない小型の凸凹を有していたことを示している。
【００７５】
以上の例示的実施例は、本発明の微傾斜基板は均一に平滑なホモエピタキシャルＧａＮ膜をその上に作製可能であり、上に形成されるホモエピタキシャル膜上にヒロック表面形態を発生しないということを明確に示している。出発ウェハブランクが格子湾曲の原因となる残留応力を有する場合には、オフカット角度の分布がウェハ作製工程中に仕上げ微傾斜ウェハ上に導入されることになる。オフカットが格子湾曲より大きければ、ウェハ領域全体はオフカットを有するためヒロック表面形態の発生を防止することになる。しかしウェハ作製処理前にウェハブランク内の残留応力を除去して、ウェハ全体にわたりより一貫したオフカット角度と方向とを達成することが好ましい。たとえば、ウェハの化学エッチング、熱アニール等により応力除去を達成することができる。
【００７６】
本発明の微傾斜ＧａＮ基板上の最適ＭＯＶＰＥ成長条件は、オフカット角度と方向とに応じて若干変動する場合がある。また、オフカットは、ホモエピタキシャル膜のドーピングおよび不純物混入に影響することになる。最適なデバイス性能を達成するためには、たとえば、本明細書の開示に基づいて当該技術範囲内で容易に行い得るように、最適な一連の成長条件を判断するための成長パラメータの選択的変更を含む実験的判断により特定の基板に対して成長条件を最適化しなければならない。
【００７７】
さらにまた異なる個々の超小型電子／光電子デバイス（たとえば、レーザダイオード、発光ダイオード、トランジスタ、ダイオード、検出器等）は、本明細書の開示に基づいて当該技術範囲内で容易に判断し得るように、特定の動作レジメで最高の性能を得るために異なる微傾斜基板を必要とする場合がある。また、微傾斜ＧａＮ基板上の最適なＭＯＶＰＥ成長条件は、用いる特定の成長反応装置の形状にも依存することになる。
【産業上の利用可能性】
【００７８】
産業上の利用可能性
本発明の微傾斜ＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板は、発光ダイオード、レーザダイオード、光電センサ、光電スイッチ、高電子移動度トランジスタなどのＩＩＩ−Ｖ族窒化物系超小型電子および光電子デバイスの製造におけるホモエピタキシャル蒸着に用いて有用である。一例としてＩＩＩ−Ｖ族窒化物基板は、青色およびＵＶ発光ダイオードならびにレーザダイオードの作製に有用なＧａＮ基板であり得る。本発明の基板は高周波数、高温および高出力電子用途に特に有用性がある。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
図面の簡単な説明
【図１】ＭＯＶＰＥ  ＧａＮ／サファイアテンプレート上に成長させたＭＯＶＰＥホモエピタキシャル膜の表面の微分干渉コントラスト（ＤＩＣ）顕微鏡画像である。成長条件は、成長温度が１２２０℃および成長速度が４μｍ／時であった。
【図２】ＧａＮウェハ上のＭＯＶＰＥホモエピタキシャルＧａＮ膜のＤＩＣ顕微鏡画像である。成長条件は、成長温度が１２２０℃および成長速度が４μｍ／時であった。
【図３】ウェハの周辺から取ったＧａＮウェハ上の２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜のＤＩＣ顕微鏡画像である。成長条件は、成長温度が１１７０℃および成長速度が２μｍ／時であった。
【図４】ＧａＮウェハ上の２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜のＤＩＣ顕微鏡画像である。画像は、図３に示すように同じウェハから取ったものであるがウェハ上の中心付近位置から取ったものである。成長条件は、成長温度が１１７０℃および成長速度が２μｍ／時であった。
【図５】図４に示した形態を有する領域付近から取った、ＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜の５０×５０μｍ２ＡＦＭ画像である。
【図６】図４に示した形態を有する領域付近で取った、ヒロック領域内のＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜の２×２μｍ２ＡＦＭ画像である。
【図７】図３に示した形態を有する領域付近で取った、平滑領域内のＧａＮウェハ上のホモエピタキシャルＧａＮ膜の２×２μｍ２ＡＦＭ画像である。
【図８】
【数６３】
0005496007.tif 000064
方向に向かって公称８度のオフカットを有するＣＭＰ仕上げ微傾斜ＧａＮ（０００１）ウェハのＤＩＣ光学画像である。
【図９】
【数６４】
0005496007.tif 000065
方向に向かって８度のオフカットを有するＣＭＰ仕上げ微傾斜ＧａＮ（０００１）ウェハの１０×１０μｍ２ＡＦＭ画像である。
【図１０Ａ−１０Ｂ】ウェハの角度付きラッピングを概略的に示し、図１０Ａは、角度付きラッピング固定具内に配置されたウェハを示し、図１０Ｂは、ウェハ上のくさびをラッピングした後のウェハを示す。
【図１１】
【数６５】
0005496007.tif 000066
方向に向かって２度のオフカットを有するＣＭＰ仕上げ角度付きラッピングされたＧａＮ（０００１）表面の１０×１０μｍ２ＡＦＭ画像である。
【図１２】成長速度が２μｍ／時および成長温度が１１２０℃の成長条件で微傾斜ＧａＮ基板（
【数６６】
0005496007.tif 000067
に向かって１度）上の２μｍの厚さのホモエピタキシャル膜成長の中心付近および縁部付近のウェハ表面のＤＩＣ顕微鏡画像である。
【図１３】膜の光学画像を図１２に示した、微傾斜基板（
【数６７】
0005496007.tif 000068
に向かって１度オフカット）上の２μｍの厚さのホモエピタキシャル膜成長の５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査である。
【図１４】膜の光学画像を図１２に示した、微傾斜ＧａＮ（０００１）基板
【数６８】
0005496007.tif 000069
に向かって１度オフカット）上の２μｍの厚さのホモエピタキシャル膜成長の２×２μｍ２ＡＦＭ走査である。
【図１５】微傾斜ＧａＮ（０００１）基板（
【数６９】
0005496007.tif 000070
に向かって２度オフカット）上に成長させたＨＥＭＴ構造の表面の２×２μｍ２ＡＦＭ走査である。
【図１６】水銀プローブで測定した、２度オフカット（
【数７０】
0005496007.tif 000071
に向かって）ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴ構造の容量−電圧（ＣＶ）測定値である。
【図１７】８度（
【数７１】
0005496007.tif 000072
に向かって）微傾斜ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴ構造の表面のＤＩＣ顕微鏡画像であり、ＨＥＭＴ表面の形態は図８に示した基板表面を複製していた。
【図１８】８度オフカット（
【数７２】
0005496007.tif 000073
に向かって）ＧａＮ（０００１）基板上に成長させたＨＥＭＴデバイス層の容量−電圧（ＣＶ）測定値である。
【図１９】主に
【数７３】
0005496007.tif 000074
群以外のオフカット方向を有する微傾斜ＧａＮ（０００１）基板上に成長させた２μｍの厚さのホモエピタキシャルＧａＮ膜の５０×５０μｍ２ＡＦＭ走査である。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ−Ｂ】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005496007.tif 000098
【図１４】
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【図１５】
0005496007.tif 000100
【図１６】
0005496007.tif 000101
【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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