(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一材料からなる複数のシード基板上に単一の窒化物半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得る工程と、前記窒化物半導体結晶をスライスして基板とする工程と、を有する窒化物半導体基板の製造方法において、
前記基板のオフ角分布が前記複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、前記複数のシード基板を徐々にオフ角を変化させて配置して、前記単一の半導体層を成長させる
ことを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
前記複数のシード基板の成長面は略｛１０−１０｝面、略｛１１−２０｝面、略（０００１）面および略（０００−１）面から選ばれるいずれか１であることを特徴とする請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
前記単一の窒化物半導体層は窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム並びにこれらの混晶から選ばれる少なくとも１であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体結晶とその製造方法に関し、特に大面積で表面のオフ角のばらつきが小さい窒化物半導体結晶とその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、またバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色および緑色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子並びに電子デバイス等の半導体デバイスの基板として有望な材料である。
【０００３】
窒化物半導体は、高融点であり、しかも融点付近の窒素の解離圧が高いことから、融液からのバルク成長が困難である。一方、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）および有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の気相成長法を用いることによって、窒化物半導体結晶を製造できることが知られている。
【０００４】
このとき、下地基板を支持体上に設置したうえで原料ガスを供給することにより、下地基板表面に窒化物半導体結晶を成長させることができる。下地基板上に成長させた窒化物半導体結晶は、下地基板とともに支持体から分離し、必要に応じて下地基板を研磨等の方法により除去することにより取り出すことができる（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
下地基板としては、例えば、サファイアおよびＧａＡｓ等の異種基板が多く用いられている。異種基板上に成長した窒化物半導体結晶は、下地基板となる前記異種基板との格子定数差や熱膨張係数差に起因する反りが生じる。当該反りは、下地基板を除去した窒化物半導体自立結晶においても観察されることが知られている。
【０００６】
窒化物半導体自立結晶が反っている場合、該結晶を加工して作成した窒化物半導体基板表面において、オフ角のばらつきが生じる。ここで、「オフ角」とは、低指数面に対する主面法線方向の傾き角のことである。
【０００７】
窒化物半導体基板表面においてオフ角のばらつきがある場合、当該基板上に半導体素子を製造すると、例えば発光デバイスの場合、エピタキシャル層の組成がばらついてしまい、その結果、基板面内で発光波長のばらつきが生じることがある。
【０００８】
このように、窒化物半導体基板表面におけるオフ角のばらつきの発生は、窒化物半導体基板を用いた半導体素子の特性への影響が考えられるため、ばらつきを抑制するための種々の研究がなされている。
【０００９】
特許文献２には、窒化ガリウム基板表面において窒化ガリウム結晶のオフ角がばらつく原因として、窒化ガリウム結晶の成長方向が傾いている点について記載されている。窒化ガリウム結晶は下地基板の中心に向くように傾きながら成長する。
【００１０】
このため、窒化ガリウム基板の中心付近の結晶軸が窒化ガリウム基板表面の法線と一致するように窒化ガリウム結晶を加工した場合でも、基板端部近傍では結晶軸と窒化ガリウム基板表面の法線とが一致せず、窒化ガリウム基板全体で見た場合にはオフ角のばらつきが発生することについて記載されている。そして、これらを回避するために凹型の球面状に加工する製造方法が開示されている。
【００１１】
一方、大面積の窒化物半導体基板を作製する手法の一つとして、少なくとも２つ以上のシード基板を配置しその基板上に結晶成長させることにより、大面積の窒化物半導体基板を得る方法が特許文献３、４に記載されている。
【００１２】
特許文献３には、複数の窒化物半導体シード基板を、隣り合う窒化物半導体シード基板の（０００１）面同士、（０００−１）面同士、または（０００１）面と（０００−１）面を対向させ、かつ、各窒化物半導体シード基板の｛１０−１０｝面が上面になるように配置し、配置された窒化物半導体シード基板の上面に窒化物半導体を再成長させることにより、連続した｛１０−１０｝面を主面に有する窒化物半導体層を形成し、大面積の｛１０−１０｝面窒化物半導体ウエハを得ることが記載されている。
【００１３】
特許文献４には、複数の窒化物半導体シード基板を用意し、複数の窒化物半導体シード基板の主面が互いに平行で、かつ、それらのバーの［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらの基板を互いに隣り合わせて配置し、配置された窒化物半導体シード基板の上面に窒化物半導体を再成長させることにより、連続した｛１０−１０｝面を主面に有する窒化物半導体層を形成し、窒化物半導体基板を得ることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開２００６−２４０９８８号公報
【特許文献２】特開２００９−１２６７２７号公報
【特許文献３】特開２００６−３１５９４７号公報
【特許文献４】特開２００８−１４３７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかし、特許文献２に記載された方法は、単に、結晶軸のばらつきにそって表面を加工してオフ角のばらつきを低減させる手法であるため、基板表面が凹形状である基板を用いてフォトリソグラフィー等の素子作製プロセスを行う場合に問題が生じることがあった。
【００１６】
また、特許文献３、４には、作製した窒化物半導体の表面のオフ角のばらつきに関する記載はなく、結晶軸のばらつきをどの程度減少できるのか不明である。
【００１７】
したがって、本発明は、窒化物半導体結晶の製造方法に関し、従来に比べ表面のオフ角のばらつきが小さい大面積の窒化物半導体結晶を製造することを目的とした。また、本発明は、特殊な加工方法を用いることなく結晶軸のばらつきをできるだけ減少させることにより、オフ角のばらつきが小さい窒化物半導体基板を製造することを目的とした。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するために、本発明者らが鋭意検討を進めた結果、驚くべきことに、オフ角が異なる複数のシード基板を配置し、その上に単一の窒化物半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得た場合に、得られた窒化物半導体結晶のオフ角のばらつきが減少することを見出して本発明を完成させた。
【００１９】
すなわち、本発明は以下よりなる。
１．シード基板上に半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得る窒化物半導体結晶製造方法において、前記シード基板は同一材料の複数のシード基板を含み、前記複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なり、前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、前記単一の半導体層のオフ角分布が前記複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、前記複数のシード基板を配置して、前記
単一の半導体層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶製造方法。
２．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０−１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１１−２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
３．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１−２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１０−１０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
４．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００−１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０−１０］軸方向および［１１−２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
５．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００−１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０−１０］軸方向と［１１−２０］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
６．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０−１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１１−２０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
７．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１−２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０−１０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
８．前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、該単一の半導体層のオフ角のばらつきが少なくなるように、徐々にオフ角を変化させて、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から７のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶製
造方法。
９．前記複数のシード基板の中央付近から周辺部に向かうに従って徐々にオフ角が変化するように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から８のいずれか1
項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。１０．連続している複数のシード基板の結晶学的面形状が凸状となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から９のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１１．前記複数のシード基板からなるシードの両端のオフ角よりも、該シードの中間部のオフ角の方が小さくなるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１２．前記複数のシード基板のうち少なくとも一部の隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１３．前記複数のシード基板は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物半導体から選ばれる少なくとも１を含むことを特徴とする前項１から１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１４．前記単一の半導体層は窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム並びにこれらの混晶から選ばれる少なくとも１であることを特徴とする前項１から１３のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１５．ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法およびＰＬＤ法の少なくともいずれか１により前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させることを特徴とする前項１から１４のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１６．前記複数のシード基板は、同一材料の複数のインゴットを用意して、前記各インゴットにおいて最もオフ角の少ない部分を各インゴットから切り出すことで製造されたシード基板であることを特徴とする前項１から１５のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶
製造方法。
１７．前記複数のシード基板は、結晶軸の傾きの角度が中心付近から周辺部に向かうに従って変化して行くインゴットから切り出すことで製造された、複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板であることを特徴とする前項１から１６のいずれか1項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１８．前記インゴットを、シ−ド上に半導体層を成長させる半導体結晶製造方法によって作ることを特徴とする前項１６または１７に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１９．前項１〜１８のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２０．直径２インチ内で、オフ角分布が１°以下であることを特徴とする（０００１）面以外の主面を有するＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２１．六方晶系結晶の｛１０−１０｝面に対して０°〜６５°のオフ角で傾斜する主面を有し、かつ主面の表面を貫通する転位を有する、厚さが１００μｍ〜８ｃｍのＩＩＩ族窒化物半導体結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の２インチあたりの［１０−１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２２．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０１５°を超える領域が存在することを特徴とする前項２０または２１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２３．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０５６°を超える領域が存在することを特徴とする前項２０から２２のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２４．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０３°を超える領域が複数箇所存在することを特徴とする前項２０から２３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２５．前記主面の面積が７５０ｍｍ２より大きいことを特徴とする前項２０から２４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２６．前記主面の表面を貫通する転位の転位密度が５×１０５〜２×１０８ｃｍ−２であることを特徴とする前項２０から２５のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の窒化物半導体結晶の製造方法によれば、複数のシード基板に含まれる各シード基板でのオフ角を制御し、かつ当該複数のシード基板を配置することによって、該複数のシード基板上に成長させた単一の半導体層のオフ角を制御することが可能となり、製造された窒化物半導体結晶内のオフ角のばらつきを従来よりも著しく低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】オフ角が揃っているシード基板上に半導体層を結晶成長させた場合に得られる窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図２】本発明の方法を適応したシード基板上に半導体層を結晶成長させた場合に得られる窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図３】オフ角を説明するための模式図である。
【図４】ＨＶＰＥ装置の概略図である。
【図５】（ａ）は実施例１における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例１における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図６】実施例１〜３、および比較例１〜４におけるオフ角測定箇所を説明するための模式図である。
【図７】（ａ）は実施例２における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例２における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図８】（ａ）は実施例３における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例３における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図９】（ａ）は実施例４における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例４における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図１０】（ａ）は比較例１における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例１における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図１１】（ａ）は比較例２における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例２における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図１２】（ａ）は比較例３における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例３における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【図１３】（ａ）は比較例４における（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例４における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下において、本発明の窒化物半導体結晶の製造方法について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
【００２３】
また、以下の説明では、窒化物半導体結晶として窒化ガリウム結晶を例として説明することがあるが、本発明で採用することができる窒化物半導体結晶はこれに限定されるものではない。
【００２４】
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００２５】
（シード基板の材質、格子定数、熱膨張係数）
シード基板は、結晶成長面上に所望の窒化物半導体結晶を成長させることができるものであれば、その種類は問わない。また、シード基板を結晶成長用の下地基板として用いてもよい。窒化物半導体結晶が六方晶系半導体であるので、シード基板は六方晶系半導体からなることが好ましい。
【００２６】
また、シード基板の材質としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物半導体を挙げることができる。中でも、ＩＩＩ族窒化物半導体が好ましく、製造しようとしている窒化物半導体と同じ種類のＩＩＩ族元素を含む窒化物半導体がより好ましく、製造しようとしている窒化物半導体と同一種の窒化物半導体がさらに好ましい。
【００２７】
複数のシード基板に含まれる各シード基板は、同一材料からなる。ここで、「同一材料」とは、化学的性状が同一の材料であり同一材質であることを指す。複数のシード基板に含まれる各シード基板を、同一材料とすることにより、作製される窒化物半導体結晶の特性分布を均一化することができる。
【００２８】
シード基板の格子定数は、製造しようとしている窒化物半導体結晶の格子定数と近い値
であることが好ましい。格子不整合に起因する欠陥発生を抑制できるからである。製造しようとしている窒化物半導体結晶とシード基板の格子定数の差は、窒化物半導体結晶の格子定数を基準に１７％以内であることが好ましく、５％以内であることがより好ましい。
【００２９】
また、シード基板の熱膨張係数は、製造しようとしている窒化物半導体結晶の熱膨張係数と近い値であることが好ましい。熱膨張係数差に起因する反り発生を抑制できるからである。製造しようとしている窒化物半導体結晶とシード基板の熱膨張係数の差の絶対値は、２×１０−６／℃以下であることが好ましく、１×１０−６／℃以下であることがより好ましい。
【００３０】
（シード基板の形状）
本発明の本質から外れない限り、シード基板の形状は特に限定されるものではないが、いわゆるバー状の形状のものを用いてもよい。また、複数のシード基板が同じ形状であれば、多数枚のシード基板を配置しやすくなるため好ましい。シード基板の主面の形状は多角形であってもよく、長方形や正方形も好ましく用いることができる。
【００３１】
シード基板の主面の一辺の長さは５ｍｍ以上が好ましく、１５ｍｍ以上がさらに好ましく、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。シード基板の主面の一辺の長さを５ｍｍ以上とすることにより、大面積の窒化物半導体結晶を作製する際に、準備するシード基板の数を抑えることができる。
【００３２】
また、主面の一辺の長さが５ｍｍ以上であるシード基板を用いることにより、配置したシード基板の方位合わせの精度を向上することができ、結晶性の低下を招きやすいシード基板の接合面を少なくできることからも好ましい。
【００３３】
ここで、本発明におけるシード基板の主面とは、シード基板における最も広い面を指す。
【００３４】
（シード基板の面方位）
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。
【００３５】
ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、｛ｈｋｉｌ｝面は（ｈｋｉｌ）面およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味する。
【００３６】
シード基板主面の面方位は（０００１）面および（０００−１）面等の極性面、｛１−１００｝面および｛１１−２０｝面等の非極性面、｛１−１０２｝面および｛１１−２２｝面等の半極性面を挙げることができる。
【００３７】
シード基板の形状が長方形の場合、結晶成長の制御を行い易い点から、シード基板主面は｛１０−１０｝面、｛１１−２０｝面、{１０−１−１}面、｛２０−２−１｝面が好ましく、｛１０−１０｝面がより好ましい。また、４つの側面の面方位は（０００１）面、（０００−１）面、｛１１−２０｝面および｛１１−２０｝面、並びに（０００１）面、（０００−１）面、｛１０−１０｝面および｛１０−１０｝面が好ましく、（０００１）面、（０００−１）面、｛１１−２０｝面および｛１１−２０｝面がより好ましい。
【００３８】
（シード基板の主面面積）
複数のシード基板を含むシード基板の主面の面積は大きいほどよく、５０ｍｍ２以上であることが好ましく、７５ｍｍ２以上であることがより好ましく、１００ｍｍ２以上がさらに好ましい。
【００３９】
シード基板の主面の面積を５０ｍｍ２以上とすることにより、より準備するシード基板の数を低減することができる。また、接合面の数を低減することもできるため、シード基板上に成長させた窒化物半導体結晶におけるツイスト角分布が増大を抑制することができる。なお「ツイスト角」とは、主面と平行方向の結晶軸の方位分布（面内方位分布）を示すものである。
【００４０】
（接合面と主面のなす角度）
「接合面」とは、複数のシード基板を配置する際にシード基板同士で隣接する面を指す。接合面と主面のなす角度は特に限定されないが、シード基板準備加工の行い易さを考慮すると、ほぼ直角が望ましい。接合面と主面のなす角度は、８８°〜９２°が好ましく、８９°〜９１°がより好ましく、８９．５°〜９０．５°がさらに好ましい。
【００４１】
（オフ角の表現方法）
図３は、低指数面に対する主面法線方向の傾き（オフ角）を説明するための、シード基板の主面法線方向と、シード基板結晶軸方向との関係を示した模式図である。図３では、主面の低指数面が（１０−１０）面、接合面が（０００１）面および（１１−２０）面である場合を想定している。なお、シード基板のオフ角はＸ線解析法により測定することができる。
【００４２】
シード基板主面法線方向と［１０−１０］軸とのなす角度をφとし、シード基板主面法線を［１０−１０］軸と［０００１］軸とで定義される平面に投影した投影軸と［１０−１０］軸とのなす角度をφｃ、シード基板主面法線をシード基板結晶軸の［１０−１０］軸と［１１−２０］軸とで定義される平面に投影した投影軸と［１０−１０］軸とのなす角度をφａとする。
【００４３】
図３に示す場合は、シード基板の主面法線方向が主面の低指数面、つまり（１０−１０）面に対し、［０００１］方向にφｃ傾き、且つ［１１−２０］方向にφａ傾いている、と表現することができる。
【００４４】
ここで、［ｈｋｉｌ］方向とは、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）のことをいい、＜ｈｋｉｌ＞方向とは、［ｈｋｉｋ］方向およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。
【００４５】
（接合面法線方向の低指数面に対する傾き）
接合面法線方向は、低指数面から傾いていてもよいし、傾いていなくてもよい。但し、配置し易さと接合後の結晶のツイスト角分布を考えると、向かい合う２つの接合面の各軸方向の低指数面からの傾きの差が小さい方が好ましい。従って、対向する２つの接合面の各軸方向の低指数面からの傾きの差は、１°以内が好ましく、０．７°以内がさらに好ましく、０．５°以下がより好ましい。
【００４６】
例えば、［１１−２０］方向に＋５°、［１０−１０］方向に＋５°接合面法線方向が（０００１）面から傾いている接合面に対向する接合面は、［１１−２０］方向に＋５°、［１０−１０］方向に＋５°接合面法線方向が（０００−１）面から傾いている接合面が好ましい。
【００４７】
また、シード基板間の各軸方向の低指数面からの傾きの絶対値分布は、１°以内が好ま
しく、０．７°以内がさらに好ましく、０．５°以内がより好ましい。シード基板間の各軸方向の低指数面からの傾きの絶対値分布を１°以内とすることにより、接合面をほぼ平行に向い合わせることができ、接合後の結晶のツイスト角分布を小さくできるからである。
【００４８】
（主面の切り出し、切り出し方法）
所望の面を有するシード基板は、必要に応じてインゴットを切り出すことにより得ることができる。例えば、（０００１）面を有するＩＩＩ族窒化物半導体インゴットを形成し、その後に｛１０−１０｝面又は｛１１−２０｝面が現れるように切り出すことによって｛１０−１０｝面又は｛１１−２０｝面を主面とするシード基板を得ることができる。
【００４９】
複数のシード基板は、同一材料の複数のインゴットを用意して、各インゴットにおいて最もオフ角分布の小さい部分を各インゴットから切り出すことにより得ることが好ましい。このことにより、シード基板内のオフ角分布を小さくすることができる。
【００５０】
複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板を用意する方法としては、中心付近から周辺部、すなわち内側から外側に向かうに従ってオフ角が徐々に変化したインゴットから切り出す方法が好ましい。しかし、各シード基板内でのオフ角のばらつきを少なくするには、インゴットの中で最もオフ角のばらつきの少ない部分のみを切り出すとよい。
【００５１】
切り出し方法としては、鑢、研削盤、内周刃スライサーおよびワイヤーソー等で加工（研削およびスライス）する方法、研磨によって磨く方法、並びに劈開によって分割する方法などがある。中でも、劈開により｛１０−１０｝面又は｛１１−２０｝面を形成することが好ましい。
【００５２】
劈開の方法については、ダイヤモンドスクライバーによって切り欠きを入れて割ってもよいし、レーザースクライバー装置を使用してもよい。そのまま手で割ってもよいし、他の土台に乗せてのブレーキング装置で行ってもよい。
【００５３】
シード基板の表裏面の平行度は１°以内であることが好ましく、０．７°以内であることがより好ましく、０．５°以内であることがさらに好ましい。シード基板の平行度を１°以内とすることにより、研磨等の加工が行いにくくなるといった問題が生じるのを防ぐことができる。
【００５４】
インゴットは、シード上に半導体層を成長させる半導体結晶製造方法により作られたインゴットであることが好ましい。該半導体結晶製造方法としては、例えば、ＨＶＰＥ法等が挙げられる。
【００５５】
（シード基板の配置方法）
本発明の製造方法においては、複数のシード基板を配置して、該複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させる。ここで、「単一の半導体層」とは、一体的な１つの半導体層であることを指す。
【００５６】
前記複数のシード基板は、複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、該単一の半導体層のオフ角分布が該複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、配置する。このようにシード基板を配置することにより、オフ角分布の小さい窒化物半導体結晶を作製することができる。
【００５７】
ここで、「オフ角分布」とは主面内におけるオフ角のばらつきを指し、主面内の複数点
でＸ線回折測定を行うことにより求めることができる。前記単一の半導体層のオフ角分布と前記複数のシード基板のオフ角分布との差は、前記単一の半導体層のオフ角分布を基準に、１０％以上の差であることが好ましく、２０％〜２０００％の差であることがより好ましい。
【００５８】
なお、複数のシード基板は、同一平面状に隣り合うように配置してもよいし、平面状で重なり合って隣り合うように配置してもよい。
【００５９】
本発明の製造方法においては、複数のシード基板のうち少なくとも１つのシード基板は、他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板を用いる。このことにより連続している複数のシード基板の結晶学的面形状を制御することができる。
【００６０】
例えば、複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略｛１０−１０｝面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１１−２０］軸方向の少なくとも１のオフ角が異なっていることが好ましい。
【００６１】
複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略｛１１−２０｝面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１０−１０］軸方向の少なくとも１のオフ角が異なっていることが好ましい。
【００６２】
複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略（０００１）面または略（０００−１）面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０−１０］軸方向および［１１−２０］軸方向の少なくとも１のオフ角のみが異なっていることが好ましい。
【００６３】
なお、略｛１０−１０｝面、略｛１１−２０｝面、略（０００１）面、略（０００−１｝面とは、複数の基板において、各成長面が約±１０°のオフ角のずれの範囲内で、｛１０−１０｝面、または｛１１−２０｝面、（０００１）面、（０００−１）面方向に揃っているという意味である。
【００６４】
複数のシード基板は、中央付近から周辺部に向かうに従って徐々にオフ角が変化するように配置することが好ましい。このように複数のシード基板を配置することにより、連続している複数のシード基板の結晶学的面形状を制御することができる。
【００６５】
ここで、「中央付近から周辺部に向かうに従って」シード基板のオフ角が徐々に変化するとは、複数のシード基板を含むシード基板の内側から外側に向かうに従ってシード基板のオフ角が徐々に変化することを示す。
【００６６】
半導体の結晶構造によっては中央付近よりどの方向にも均一に反るわけではないので、半導体の結晶構造を考慮して、オフ角の変化量を決める必要がある。具体的には、例えば、成長面が｛１０−１０｝面の窒化ガリウムのシード基板上に｛１０−１０｝面が表面の窒化ガリウム層を成長する場合、［０００１］軸方向が他の方向に比べ極端に大きく反るので、［０００１］軸方向のみ、内側から外側に向かうに従ってシード基板のオフ角の角度を徐々に変化させることが好ましい。
【００６７】
更に、半導体結晶製造装置の構造によっては、半導体結晶製造装置内部の温度分布に大きな偏りが生じ、成長させた半導体層の反りの中心がシード基板の中央付近より大きくずれている場合もある。
【００６８】
前記の場合には、反りの中心および成長した単一の半導体層の各部分での反り量を考慮して、単一の半導体層のオフ角のばらつきが、複数のシード基板のオフ角のばらつきよりも少なくなるように、複数のシード基板に含まれる任意の１のシード基板を中心として、内側から外側に向かうに従って徐々にオフ角が変化するようにシード基板を配置するとよい。
【００６９】
前記の場合、単一の半導体層のオフ角のばらつきと複数のシード基板のオフ角のばらつきとの差は１０％以上の差であることが好ましく、２０％〜２０００％の差であることがより好ましい。当該範囲とすることで、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の単一の半導体層の結晶面湾曲変化量をほぼ等しくすることができる。なお、オフ角のばらつきは、Ｘ線回折測定より求めることができる。
【００７０】
具体的には、例えば、連続している複数のシード基板の結晶学的面形状が凸状となるように複数のシード基板を配置することが好ましい。このことにより、成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化を利用して、作製される窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができる。
【００７１】
また別の具体例として、例えば、低指数面に近い主面を有する窒化物半導体結晶を作製する場合は、前記複数のシード基板からなるシードの両端のオフ角よりも、該シードの中間部のオフ角の方が小さくなるように配置することが好ましく、中間部でもっともオフ角が小さい箇所から両端に向けて連続的にオフ角が大きくなるように配置することがより好ましい。このことにより、成長中の単一の半導体層の結晶面湾曲変化を利用して、作製される低指数面に近い主面を有する窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができる。
【００７２】
ここで「シード」とは、複数のシード基板を配置して単一の構造体としたもの全体のことを指す。このシードの向かい合う端部に挟まれた部分のことをシードの中間部という。よって、中間部とはシードの両端をつなぐ中央部分のみを示すのではなく、シードの両端に挟まれた部分全体のことをいう。
【００７３】
また別の好ましい具体例としては、前記複数のシード基板のうち少なくとも一部の隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一となるように配置することが好ましく、オフ角の方向の差の絶対値が０．３〜２．０°であることがより好ましく、０．５〜１．５°であることが特に好ましい。隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一であると、シード基板の接合部上方に成長した結晶に生じやすい転位を低減することができるため好ましい。
【００７４】
つまり、シード基板の主面法線方向が低指数面の方位と一致していると、シード基板における各面の法線方向への成長が支配的になる。この場合、接合部では隣り合うシード基板からの横方向成長部が隙間上で会合する。この隙間上の会合部にはＥＬＯ会合部同様に、転位が大量に発生してしまう。
【００７５】
低指数面に対する主面法線方向の傾き（オフ角）を適度に付け成長させることにより、主面から傾いた低指数面が発生する。当該面は低指数面を保ちながら、主面に対し斜めに成長する。接合面の法線方向にオフ角が付いている場合、片方のシード基板から接合部上を斜めに成長し、隣のシード基板上に到達する。隣のシード基板上で会合させることにより、転位の大量発生を抑制することができる。
【００７６】
シード基板のオフ角の絶対値は、０．１°以上が好ましく、１°以上がより好ましく、
３°以上がさらに好ましい。シード基板のオフ角の絶対値を０．１°以上とすることにより、片方のシード基板の低指数面の成長部が隙間を跨ぐ前に、隣り合うシード基板の双方からの横方向成長部が、隙間上で会合してしまうのを抑制することができる。
【００７７】
一方、シード基板のオフ角の絶対値は、１５°以下が好ましく、１０°以下がより好ましく、７°以下がさらに好ましい。シード基板のオフ角の絶対値を１５°以下とすることにより、表面ステップ密度の増加を抑制することができ、成長時にステップバンチング（ステップの粗密化）を起こしやすいといった問題を防ぐことができる。
【００７８】
図１は、オフ角が揃っているシード基板上に成長を行い、結晶自体が凹状に反るとともに、結晶面も凹状に湾曲する様子を、窒化物半導体結晶の断面図を用いて模式的に示したものである。
【００７９】
図１中、１０１は結晶軸が揃っているシード基板を示し、１０２は該シード基板１０１上に成長させることで製造された窒化物半導体結晶、１０３は窒化物半導体結晶１０２を破線の箇所でスライスして基板とした状態を示している。
【００８０】
結晶軸が揃っているシード基板１０１上に結晶成長させると、製造された窒化物半導体結晶１０２は反ってしまい、これに伴い窒化物半導体結晶１０２の内部の結晶軸も中央付近より周辺に向かうに従って傾きが大きくなるように、結晶軸の傾き角がばらついてしまう。
【００８１】
従来はこのような窒化物半導体結晶１０２を破線の箇所でスライスし、窒化物半導体基板１０３として用いていたが、窒化物半導体基板１０３の内部の結晶軸の傾きが揃っていないので、このような窒化物半導体基板１０３を用いて、例えば発光デバイスを製造すると、先に述べたように発光波長がばらついてしまうなどの問題が生じていた。
【００８２】
図２は、本発明の製造方法により、複数のシード基板上に単一の窒化物半導体結晶を成長させた場合を示す。
【００８３】
図２中２０１は、結晶軸の傾きが異なる複数のシード基板を、各シード基板の結晶軸が中央付近より周辺に向かうに従ってシード基板の裏面側から表面側に放射状に拡がるように配置して構成したシード基板を示す。２０２は該シード基板２０１上に成長させることで製造された窒化物半導体結晶、２０３は窒化物半導体結晶２０２を破線の箇所でスライスして基板とした状態を示している。
【００８４】
図２に示す場合も、図１に示す場合と同様、製造された窒化物半導体結晶２０２は反ってしまうが、シード基板２０１の結晶軸の作用で窒化物半導体結晶２０２の内部の結晶軸は傾かず、そのため、窒化物半導体結晶２０２を破線の箇所でスライスすると、結晶軸の傾きにばらつきの無い窒化物半導体基板２０３を製造することができる。
【００８５】
また、図２に示す場合、シード基板上に成長する結晶によっては、図１に示す場合とは逆に、凸状に反る結晶もあるが、この場合は、図２に示すシード基板２０１を、結晶軸の傾きが異なる複数の基板を、各シード基板の結晶軸が中央付近より周辺に向かうに従ってシード基板の表面側から裏面側に放射状に拡がるように配置することによって、結晶軸が揃っている半導体基板を製造することができる。
【００８６】
（シード基板間のオフ角変化量）
「シード基板間のオフ角変化量」とは、中央付近から周辺部に向かうに従って徐々に各シード基板のオフ角が変化するように複数のシード基板を配置して作製したシード基板に
含まれる各シード基板間のオフ角の変化量を指す。
【００８７】
シード基板間のオフ角変化量の好ましい範囲は、複数のシード基板上に成長させる単一の半導体層、半導体結晶膜の長さにより異なるが、複数のシード基板を配置して作製したシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量は、通常０．０２°／ｍｍ以上であることが好ましく、０．０３°／ｍｍ以上であることがより好ましく、０．０５°／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
【００８８】
複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量を０．０２°／ｍｍ以上とすることで、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲より、複数のシード基板上に成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量の方が大きくなるのを防ぎ、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角の変化量を低減することができる。
【００８９】
また複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量は、通常０．５°／ｍｍ以下であることが好ましく、０．３°／ｍｍ以下であることがより好ましく、０．２°／ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９０】
複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量を０．５°／ｍｍ以下とすることで、複数のシード基板上に成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量より、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲の方が大きくなるのを防ぎ、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角変化量を低減させることができる。
【００９１】
シード基板間のオフ角変化量は、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量が同量となるように、調整することが好ましい。このことにより、作製される窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができるからである。
【００９２】
ここで、「結晶面湾曲変化量」とは、窒化物半導体成長時における連続している複数のシード基板の結晶学的面形状の湾曲の変化の度合いを指し、作製された窒化物半導体の形状反りを測定することにより算出することができる。例えば、シード基板群の結晶学的面形状は凸状でオフ角分布が１．０°であって、作製された窒化物半導体結晶の結晶学的面形状は凹状でオフ角分布が０．５°である場合の結晶面湾曲変化量は１．５°である。複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量は０．１°〜５．０°であることが好ましく、０．５°〜５．０°であることがより好ましい。
【００９３】
シード基板間のオフ角変化量が小さ過ぎると、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲より、成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化量の方が大きくなってしまい、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角の変化量を低減させることができない。
【００９４】
具体的には、例えば、窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、複数のシード基板を含むシード基板の単位長さ当たりのオフ角変化量は、±０．００５°／ｍｍ以上であることが好ましく、±０．００７°／ｍｍ以上であることがより好ましく、±０．０１°／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
【００９５】
具体的には、例えば、少なくとも２インチ径相当の面積にオフ角の異なるシード基板を並べて作製した、（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板上に窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、２インチ幅でのＣ軸（［０００１］軸）方向のシード基板間のオフ角変化量は、±０．２５°以上であることが好ましく、±０．３５
°以上であることがより好ましく、±０．５°以上であることがさらに好ましい。
【００９６】
逆に、シード基板間のオフ角変化量が大き過ぎると、窒化ガリウム単結晶膜の成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化量より、シード基板群の結晶面湾曲の方が大きくなってしまい、オフ角変化量を低減させることができない。
【００９７】
窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、単位長さ当たりのオフ角変化量は、±０．０４°／ｍｍ以下であることが好ましく、±０．０３°／ｍｍ以下であることがより好ましく、±０．０２°／ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００９８】
具体的には、少なくとも２インチ径相当の面積にオフ角の異なるシード基板を並べて作製した、（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板上に窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、Ｃ軸（［０００１］軸）方向のシード基板間のオフ角変化量は、±２°以下であることが好ましく、±１．５°以下であることがより好ましく、±１．０°以下であることがさらに好ましい。
【００９９】
本発明の製造方法において複数のシード基板を用いる利点は、複数のシード基板を含むシード基板に任意のオフ角分布をつけることができることである。シード基板上に成長させる半導体結晶の面内オフ角変化量が異なる場合、例えば、半導体結晶の内周側での反りは小さいが外周側での反りが大きい場合は、複数のシード基板を含むシード基板を用いることが有効である。
【０１００】
（製造装置）
本発明では、シード基板に対して、原料ガスを供給することによって、シード基板の結晶成長面に対して垂直な方向へ板状結晶を成長させる。成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、昇華法およびパルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）等が挙げられるが、成長速度の高いＨＶＰＥ法が好ましい。
【０１０１】
図４は、本発明に用いられる窒化物半導体結晶の製造装置の構成例を説明するための図であるが、構成の詳細に特別な制限はない。図４に図示したＨＶＰＥ装置は、リアクター４００内に、シード基板を載置するためのサセプター４０７と、成長させる窒化物半導体の原料を入れるリザーバー４０５とを備えている。
【０１０２】
また、リアクター４００内にガスを導入するための導入管４０１〜４０４と、排気するための排気管４０８が設置されている。さらに、リアクター４００を側面から加熱するためのヒーター４０６が設置されている。
【０１０３】
（リアクター材質）
リアクター４００の材質としては、例えば、石英、焼結体窒化ホウ素およびステンレス等が挙げられる。好ましい材質は石英である。
【０１０４】
（雰囲気ガスのガス種）
リアクター４００内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガス（キャリアガス）としては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【０１０５】
（サセプター材質、形状、成長面からサセプターまでの距離）
サセプター４０７の材質としてはカーボンが好ましく、ＳｉＣで表面をコーティングしているものがより好ましい。
【０１０６】
サセプター４０７の形状は、本発明で用いるシード基板を設置することができる形状であれば特に制限されないが、結晶成長する際に結晶成長面付近に構造物が存在しないものであることが好ましい。結晶成長面付近に成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてＨＣｌガスが発生して結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまうからである。
【０１０７】
シード基板とサセプター４０７の接触面は、シード基板の結晶成長面から１ｍｍ以上離れていることが好ましく、３ｍｍ以上離れていることがより好ましく、５ｍｍ以上離れていることがさらに好ましい。サセプター表面から発生した多結晶が窒化物半導体結晶の成長面に侵食するのを防ぐためである。
【０１０８】
（リザーバー）
リザーバー４０５には、成長させる窒化物半導体の原料を入れる。例えば、ＩＩＩ−Ｖ族の窒化物半導体を成長させる場合は、ＩＩＩ族源となる原料を入れる。そのようなＩＩＩ族源となる原料として、例えば、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎなどを挙げることができる。
【０１０９】
リザーバー４０５にガスを導入するための導入管４０３からは、リザーバー４０５に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバー４０５にＩＩＩ族源となる原料を入れた場合は、導入管４０３からＨＣｌガスを供給することができる。
【０１１０】
このとき、ＨＣｌガスとともに、導入管４０３からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【０１１１】
（窒素源（アンモニア）、キャリアガス、ドーパントガス）
導入管４０４からは、窒素源となる原料ガスを供給する。通常はＮＨ３を供給する。また、導入管４０１からは、キャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、導入管４０４から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。このキャリアガスは原料ガスノズルを分離し、ノズル先端にポリ結晶が付着することを防ぐ効果もある。
【０１１２】
また、導入管４０２からは、ドーパントガスを供給することもできる。例えば、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＨ２Ｓ等のｎ型のドーパントガスを供給することができる。
【０１１３】
（ガス導入方法）
導入管４０１〜４０４から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクター４００の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。
【０１１４】
（排気管の設置場所）
ガス排気管４０８は、リアクター内壁の上面、底面および側面に設置することができる。ゴミ落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図４のようにリアクター底面にガス排気管４０８が設置されていることがより好ましい。
【０１１５】
（結晶成長条件）
本発明における結晶成長は、通常は９５０℃〜１１２０℃で行い、９７０℃〜１１００℃で行うことが好ましく、９８０℃〜１０９０℃で行うことがより好ましく、９９０℃〜１０８０℃で行うことがさらに好ましい。この範囲とすることにより、鏡面を有する窒化
物半導体結晶が得られやすいからである。
【０１１６】
リアクター内の圧力は１０ｋＰａ〜２００ｋＰａであるのが好ましく、３０ｋＰａ〜１５０ｋＰａであるのがより好ましく、５０ｋＰａ〜１２０ｋＰａであるのがさらに好ましい。この範囲とすることにより、鏡面を有する窒化物半導体結晶が得られやすいからである。
【０１１７】
（結晶の成長速度）
本発明における結晶成長の成長速度は、成長方法、成長温度、原料ガス供給量および結晶成長面方位等により異なるが、一般的には５μｍ／ｈ〜５００μｍ／ｈの範囲であり、１０μｍ／ｈ以上が好ましく、５０μｍ／ｈ以上がより好ましく、７０μｍ以上であることがさらに好ましい。この範囲とすることにより生産性を上げることができるからである。
【０１１８】
成長速度は、上記の他、キャリアガスの種類、流量、供給口−結晶成長端距離等を適宜設定することによって制御することができる。
【０１１９】
（窒化物半導体結晶の面積）
本発明の製造方法によれば、主面の面積が大きな窒化物半導体結晶を容易に得ることができる。窒化物半導体結晶の主面の面積は、シード基板の結晶成長面のサイズや結晶成長時間により適宜調整することが可能である。
【０１２０】
本発明の製造方法によれば、例えば、窒化物半導体結晶の主面の面積を５００ｍｍ２以上にすることができ、７５０ｍｍ２より大きくすることが可能であり、１５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、２５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、さらには１００００ｍｍ２以上にすることが可能である。
【０１２１】
（窒化物半導体結晶）
本発明により提供される窒化物半導体結晶の種類は特に制限されない。具体的には、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を挙げることができ、より具体的には、例えば、窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム、並びにこれらの混晶を挙げることができる。
【０１２２】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、直径２インチ内で、オフ角分布が１°以下である、（０００１）面以外の主面を有する結晶である。（０００１）面以外の主面としては、例えば、｛１０−１０｝面、｛１１−２０｝面、（１０−１１）面および（２０−２１）面が挙げられる。
【０１２３】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、六方晶系結晶の｛１０−１０｝面に対して０°〜６５°のオフ角で傾斜する主面を有し、かつ主面の表面を貫通する転位を有する、厚さが１００μｍ〜５ｃｍのＩＩＩ族窒化物半導体結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の２インチあたりの［１０−１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内である。
【０１２４】
本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶の主面とは、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で最も広い面のことを指し、六方晶系結晶の｛１０−１０｝面に対して０°〜６５°のオフ角で傾斜する面であれば特に限定されない。
【０１２５】
例えば、｛１０−１０｝面に対して２８°のオフ角を有する（１０−１１）面および（１０−１−１）面；｛１０−１０｝面に対して４７°のオフ角を有する（１０−１２）面および（１０−１−２）面；｛１０−１０｝面に対して５８°のオフ角を有する（１０−
１３）面および（１０−１−３）面；｛１０−１０｝面に対して６５°のオフ角を有する（１０−１４）面および（１０−１−４）面；｛１０−１０｝面に対して１５°のオフ角を有する（２０−２１）面および（２０−２−１）面などが挙げられる。
【０１２６】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、主面方向に成長を行っているため、主面の表面を貫通する転位を有する特徴がある。主面の表面を貫通する転位は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）測定で観察した際に見られる暗点に相当する。よって、結晶の主面をＣＬ観察した際の平均暗点密度が主面の表面を貫通する転位密度であるといえる。
【０１２７】
主面の表面を貫通する転位の転位密度は特に限定されないが、５×１０４ｃｍ−２以上であることが好ましく、５×１０５ｃｍ−２以上であることがより好ましく、さらに好ましくは７×１０５ｃｍ−２以上であって、好ましくは２×１０８ｃｍ−２以下である。この範囲とすることにより、結晶の残留歪を小さくし、且つ転位による発光効率低下を抑制することができるからである。
【０１２８】
通常、転位は結晶の成長方向に平行に伸びるため、例えば成長方向に平行な方向にスライスして得られた結晶の主面表面には、貫通する転位が存在する割合は極めて低いと考えられる。
【０１２９】
また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、厚さが１００μｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、通常８ｃｍ以下であることが好ましく、５ｃｍ以下とすることもできる。
【０１３０】
また、結晶の主面の面積は大きいほど良く、例えば、１００ｍｍ２以上にすることができ、５００ｍｍ２以上にすることが好ましく、７５０ｍｍ２より大きくすることがより好ましく、１５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、２５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、さらには１００００ｍｍ２以上にすることが可能である。
【０１３１】
また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、２インチあたりの［１０−１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内であり、好ましくは±０．７５°以内、より好ましくは±０．５０°以内、さらに好ましくは±０．３０°以内である。
【０１３２】
つまり、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、単一の結晶中で結晶軸が揃っており、このようなＩＩＩ族窒化物半導体結晶をスライスして得られる、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は内部の結晶軸の傾きが揃っているので、例えば発光デバイスを製造すると、先に述べたように発光波長がばらついてしまうなどの問題が解消される。
【０１３３】
また、例えば複数のシード基板上に結晶成長させて得られるような本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶の場合には、特に大面積の結晶を得ることができる点で好ましく、さらにはシード基板の配置方法を上述のようにすることで、大面積で得られる結晶全体の結晶軸を広い範囲にわたって傾きが揃うようにすることができる点で好ましい。
【０１３４】
このような場合の特徴として、例えばシード基板の接合部上方に成長した結晶においては、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が単一のシード基板上に成長した結晶よりも大きくなる傾向がある。
【０１３５】
よって、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶では、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０１５°を超える領域が存在することが好ましく、０．０３°を超える領域が存在することがより好ましく、さらに０．０５６°を超える領域が存在することがさらに好ましい。
【０１３６】
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶では、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０３°を超える領域が複数箇所存在することが好ましい。
【０１３７】
また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、キャリア濃度が１×１０１８〜５×１０１８ｃｍ−３であることが好ましい。
【０１３８】
（窒化物半導体結晶の用途）
本発明の製造方法により得られた窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に、紫外、青色又は緑色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子や、電子デバイス等の半導体デバイスの基板として有用である。また、本発明の製造方法により製造した窒化物半導体結晶をシード基板として用いて、さらに大きな窒化物半導体結晶を得ることも可能である。
【実施例】
【０１３９】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容および処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【０１４０】
〔実施例１〕
［１１−２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、
［０００１］方向に−０．３０°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−０．０１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に＋０．３０°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
【０１４１】
シード基板（１０−１０）面の表裏面の平行度は０．５°以内であった。接合面として、（０００１）面と（０００−１）面を選択した。
【０１４２】
図５（ａ）に示すように、３枚のシード基板を［０００１］方向に３列、（０００１）面の断面と（０００−１）面の断面が対向するように、また断面同士が０．５°以内の平行度になるようにサセプター上に並べた。中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−０．３０°、−０．０１°、＋０．３０°とした。
【０１４３】
サセプターをリアクター４００内に配置して、反応室の温度を１０２０℃まで上げ、窒化ガリウム単結晶膜を４０時間成長させた。この単結晶成長工程においては成長圧力を１．０１×１０５Ｐａとし、ＧａＣｌガスＧ３の分圧を１．８５×１０２Ｐａとし、ＮＨ３ガスＧ４の分圧を７．０５×１０３Ｐａとした。
【０１４４】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２
ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１４５】
Ｍ軸（［１０−１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−０．２２°、Ｂで−０．１０°、Ｃで＋０．１６°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．３７°であった。ここで、チルト角分布とはオフ角のばらつきのことである。また、２インチは５０ｍｍとして換算を行った。
【０１４６】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．９３°であった。シード基板とシード基板間の境界領域の上方の領域でのオフ角変化量を測定したところ、＋Ｃ側の境界領域で０．１３°／ｍｍ、−Ｃ側の境界領域で０．０７°／ｍｍであった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．５ｍであった。
【０１４７】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で５６秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は４．８×１０６ｃｍ−２、シードとシードの間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、２．６×１０７ｃｍ−２であった。
【０１４８】
図５（ｂ）は上記実施例１により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図５（ｂ）中で、５０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、５０２はシード基板５０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、５０３は窒化ガリウム単結晶５０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０１４９】
〔実施例２〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
【０１５０】
［０００１］方向に−５．２８°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．０３°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−４．７１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
【０１５１】
中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、図７（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−５．２８°、−５．０３°、−４．７１°とした。
【０１５２】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向
に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１５３】
Ｍ軸（［１０−１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−４．９８°、Ｂで−４．８２°、Ｃで−４．６２°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．３６°であった。
【０１５４】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．９０°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．５ｍであった。この結果から、実施例１と表面のオフ角のばらつきが同程度の自立基板が得られたことが分かった。
【０１５５】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４７秒であった。
【０１５６】
得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．５×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、７．５×１０６ｃｍ−２であった。
【０１５７】
図７（ｂ）は上記実施例２による窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図７（ｂ）中で、７０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、７０２はシード基板７０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、７０３は窒化ガリウム単結晶７０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０１５８】
〔実施例３〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
【０１５９】
［０００１］方向に−５．５１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．０１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−４．５０°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
【０１６０】
中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、図８（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−５．５１°、−５．０１°、−４．５０°とした。
【０１６１】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長し
た。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１６２】
Ｍ軸（［１０−１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−４．９５°、Ｂで−５．００°、Ｃで−５．０４°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．０９°であった。
【０１６３】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．２３°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は６．０ｍであった。この結果から、実施例１より表面のオフ角のばらつきがさらに小さい自立基板が得られたことが分かった。
【０１６４】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４４秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．８×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、７．６×１０６ｃｍ−２であった。
【０１６５】
図８（ｂ）は上記実施例３による窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図８（ｂ）中で、８０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、８０２はシード基板８０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、８０３は窒化ガリウム単結晶８０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０１６６】
〔実施例４〕
［１１−２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、
［０００１］方向に−５．６°〜−４．４°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板を２０枚用意した。
【０１６７】
シード基板（１０−１０）面の表裏面の平行度は０．５°以内であった。
【０１６８】
接合面として、（０００１）面と（０００−１）面を選択した。
【０１６９】
図９（ａ）に示すように、２０枚のシード基板を［０００１］方向１０列、［１１−２０］方向２列並べ、（０００１）面の断面と（０００−１）面の断面が対向、または（１１−２０）面と（−１−１２０）面が対向するように、さらに断面同士が０．５°以内の平行度になるようにサセプター上に並べた。
【０１７０】
中央側のシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側のシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が、常にシード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。つまり、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］から［０００−１］にいくにつれ、オフ角の値が大きくなるように（オフ角の絶対値は小さくなるように）、並べた。
【０１７１】
窒化ガリウム単結晶膜の成長は実施例１と同じ条件で実施した。
【０１７２】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード
基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。直径２インチ、厚さ４４０ｕｍの（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、１９６３ｍｍ２であった。
【０１７３】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布をＸ線回折法により測定したところ、０．９４１°であり、２インチで±０．４７°であった。Ｃ軸方向の結晶軸の曲率半径は１．５ｍであった。
【０１７４】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．７×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．１×１０６ｃｍ−２であった。
【０１７５】
図９（ｂ）は上記実施例４により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、９０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、９０２はシード基板９０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、９０３は窒化ガリウム単結晶９０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０１７６】
〔実施例５〕
［１１−２０］軸を（１０−１−１）面に投影した方向に２５ｍｍ、［０００１］軸を（１０−１−１）面に投影した方向に１５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、［０００１］方向に−０．６°、−０．２°、＋０．２°、＋０．６°のオフ角を有している（１０−１−１）面窒化ガリウムシード基板を合計８枚用意した。
シード基板（１０−１−１）面の表裏面の平行度は０．５°以内である。
【０１７７】
接合面として、（０００１）面から［１０−１０］方向に２８°のオフ角を有する面と（０００−１）面から［１０−１０］方向に−２８°のオフ角を有する面と（１１−２０）面と（−１−１２０）面を選択した。
８枚のシード基板を［０００１］軸を（１０−１−１）面に投影した方向に４列、［１１−２０］方向に２列並べ、（０００１）面から［１０−１０］方向に２８°のオフ角を有する面と（０００−１）面から［１０−１０］方向に−２８°のオフ角を有する面が対向、または（１１−２０）面と（−１−１２０）面が対向するように、さらに断面どうしが０．５°以内の平行度になるようにサセプター上に並べた。中央側のシード基板の［１０−１−１］軸に対し、外側のシード基板の［１０−１−１］軸が、常にシード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。つまり、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］から［０００−１］にいくにつれ、オフ角の値が大きくなるように（オフ角の絶対値は小さくなるように）、並べた。
【０１７８】
窒化ガリウム単結晶膜の成長は成長時間を７８時間とした以外は、実施例１と同じ条件で実施した。
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部の拡大成長は２ｍｍ以下であった。［１０−１−１］方向には１０．３ｍｍ成長した。［０００１］方向に２０ｍｍ、［１１−２０］方向に５０ｍｍ、厚さ４４０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。
【０１７９】
基板面内におけるM軸（[１０−１０]軸）のＣ軸（[０００１]軸）方向のチルト角分布
をＸ線回折法により測定したところ、０．３５２°であった。得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．４４°であった。Ｃ軸（[０００１]軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．６ｍであった。
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４４秒であった。得られた自立基板について、ＣＬ測定を行い、シード基板上方の領域、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域ともに１×１０６ｃｍ−２以上の密度を有する暗点が観測された。
【０１８０】
〔比較例１〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
［０００１］方向に＋０．０１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−０．０２°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に＋０．０２°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
計３枚のシード基板を用意した。
【０１８１】
図１０（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、＋０．０１°、−０．０２°、＋０．０２°とした。
【０１８２】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１８３】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−０．３６°、Ｂで−０．０３°、Ｃで＋０．３０°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．６６°であった。
【０１８４】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．６５°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．８ｍであった。この結果から、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られたことが分かった。
【０１８５】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で５７秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は４．６×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、２．３×１０７ｃｍ−２であった。
【０１８６】
図１０（ｂ）は上記比較例１により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１００１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１００２はシード基板１００１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１００３は窒化ガリウム単結晶１００２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１
０−１０）面自立基板を示す。
【０１８７】
〔比較例２〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
［０００１］方向に−４．９９°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．０１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．００°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
計３枚のシード基板を用意した。
【０１８８】
図１１（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−４．９９°、−５．０１°、−５．００°とした。
【０１８９】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１９０】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−５．３１°、Ｂで−４．９９°、Ｃで−４．６８°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．６３°であった。
【０１９１】
得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．５８°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．９ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
【０１９２】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は３．０×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、９．０×１０７ｃｍ−２であった。
【０１９３】
図１１（ｂ）は上記比較例２により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１１０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１１０２はシード基板１１０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１１０３は窒化ガリウム単結晶１１０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０１９４】
〔比較例３〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
［０００１］方向に−５．０１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．００°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−４．９８°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
計３枚のシード基板を用意した。
【０１９５】
中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が外側を向くようにシード基板を並べた。具体的には、図１２（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−５．０１°、−５．００°、−４．９８°とした。
【０１９６】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０１９７】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−５．２５°、Ｂで−５．００°、Ｃで−４．７７°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸方向のチルト角分布は０．４８°であった。
【０１９８】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．２０°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．１ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
【０１９９】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４６秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．８×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．１×１０７ｃｍ−２であった。
【０２００】
図１２（ｂ）は上記比較例３により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１２０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１２０２はシード基板１２０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１２０３は窒化ガリウム単結晶１２０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０２０１】
〔比較例４〕
以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
示す。
【０２０２】
［０００１］方向に−４．７１°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．０３°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
［０００１］方向に−５．２８°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
【０２０３】
中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０−１０］軸）が内側を向くようにシード基板を並べた。具体的には、図１３（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、−４．７１°、−５．０３°、−５．２８°とした。
【０２０４】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
【０２０５】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで−５．６１°、Ｂで−５．００°、Ｃで−４．４２°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は１．１９°であった。
【０２０６】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±２．９８°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．５ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
【０２０７】
得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０−１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．６×１０６ｃｍ−２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．５×１０７ｃｍ−２であった。
【０２０８】
図１３（ｂ）は上記比較例４により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１３０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１３０２はシード基板１３０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１３０３は窒化ガリウム単結晶１３０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０−１０）面自立基板を示す。
【０２０９】
実施例１〜４、比較例１〜４のシード基板条件及び成長させた窒化ガリウム単結晶の評価の結果を表１に示す。また、実施例５のシード基板条件及び成長させた窒化ガリウム単結晶の評価の結果を表２に示す。実施例１〜５のシード基板条件を用いることにより、表面のオフ角のばらつきが小さい窒化物半導体結晶を得ることができた。
【０２１０】
【表１】
0005447289.tif 000002
【０２１１】
【表２】
0005447289.tif 000003
【０２１２】
〔参考例〕
以下の通り、実施例１とは異なり複数のシード基板を並べずに、１枚のシード上に成長した以外は、実施例１と同様に実施した。
【０２１３】
［１１−２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、［０００１］方向に−０．２４０°のオフ角を有している（１０−１０）面窒化ガリウムシード基板１枚を用意した。
【０２１４】
単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板の外周部が［１１−２０］方向、［−１−１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００−１］方向に２ｍｍ拡大していた。［１０−１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１−２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０−１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、２６１ｍｍ２であった。
【０２１５】
Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．２２°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト分布を２インチ換算になおすと、±０．６１°であった。また、オフ角変化量は０．０１２°／ｍｍであった。
【産業上の利用可能性】
【０２１６】
本願は、主に半導体素子の量産に用いられる面積の広い半導体基板の製造およびその半導体基板によって量産された半導体素子の品質のばらつきの削減に有効である。
【符号の説明】
【０２１７】
１０１  オフ角が揃っているシード基板
１０２  １０１上に成長させた窒化物半導体結晶
１０３  １０２の破線でスライスして製造した基板
２０１  オフ角の異なる複数のシード基板
２０２  ２０１上に成長させた窒化物半導体結晶
２０３  ２０２の破線でスライスして製造した基板
４００  リアクター
４０１  キャリアガス用配管
４０２  ドーパントガス用配管
４０３  ＩＩＩ族原料用配管
４０４  Ｖ族原料用配管
４０５  ＨＣｌガス用配管
４０５  ＩＩＩ族原料用リザーバー
４０６  ヒーター
４０７  サセプター
４０８  排気管
５０１  実施例１におけるシード基板、およびその配置
５０２  ５０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
５０３  ５０２の破線でスライスして製造した基板
７０１  実施例２におけるシード基板、およびその配置
７０２  ７０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
７０３  ７０２の破線でスライスして製造した基板
８０１  実施例３におけるシード基板、およびその配置
８０２  ８０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
８０３  ８０２の破線でスライスして製造した基板
９０１  実施例４におけるシード基板、およびその配置
９０２  ９０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
９０３  ９０２の破線でスライスして製造した基板
１００１  比較例１におけるシード基板、およびその配置
１００２  １００１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１００３  １００２の破線でスライスして製造した基板
１１０１  比較例２におけるシード基板、およびその配置
１１０２  １１０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１１０３  １１０２の破線でスライスして製造した基板
１２０１  比較例３におけるシード基板、およびその配置
１２０２  １２０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１２０３  １２０２の破線でスライスして製造した基板
１３０１  比較例４におけるシード基板、およびその配置
１３０２  １３０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１３０３  １３０２の破線でスライスして製造した基板
Ｇ１  キャリアガス
Ｇ２  ドーパントガス
Ｇ３  ＩＩＩ族原料ガス
Ｇ４  Ｖ族原料ガス
【図１】
0005447289.tif 000004
【図２】
0005447289.tif 000005
【図３】
0005447289.tif 000006
【図４】
0005447289.tif 000007
【図５】
0005447289.tif 000008
【図６】
0005447289.tif 000009
【図７】
0005447289.tif 000010
【図８】
0005447289.tif 000011
【図９】
0005447289.tif 000012
【図１０】
0005447289.tif 000013
【図１１】
0005447289.tif 000014
【図１２】
0005447289.tif 000015
【図１３】
0005447289.tif 000016