(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン基板の一面上に、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する厚さ１μｍ以上８μｍ以下の窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部には、平均散乱光強度４０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物が２９．０×１０8個／ｃｍ3以上２．０×１０10個／ｃｍ3以下形成されていることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項２】
シリコン基板の一面上に、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する厚さ１μｍ以上５μｍ以下の窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部には、平均散乱光強度３０００ａ．ｕ．以上９０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物が４．０×１０8個／ｃｍ3以上２．０×１０10個／ｃｍ3以下形成されていることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項３】
シリコン基板の一面上に、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する厚さ１μｍ以上３μｍ以下の窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部には、平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下の酸素析出物が３．０×１０8個／ｃｍ3以上２．０×１０10個／ｃｍ3以下形成されていることを特徴とする窒化物半導体基板。
【請求項４】
前記窒化物半導体積層は、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
【請求項５】
バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上４０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度５０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の一面上に、９００℃以上１１００℃以下で、前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項１記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度１０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の一面上に、９００℃以上１１００℃以下で、前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項２記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度５．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の一面上に、９００℃以上１１００℃以下で、前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させることを特徴とする請求項３記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体積層は、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることを特徴とする請求項５〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード、レーザ発光素子、又は、高速・高温での動作可能な電子素子等（以下、総称して半導体デバイスという）に好適に用いられる窒化物半導体基板及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）や窒化アルミニウム（ＡｌＮ）等に代表される窒化物半導体は、広いバンドキャップを有しており、高い電子移動度、高い耐熱性等に優れた特性を備えているため、発光デバイスや、レーザ発光素子、又は、高速・高温での動作が可能な電子デバイス等への応用が期待されている。
【０００３】
前記窒化物半導体は、融点が高く、窒素の平衡蒸気圧が非常に高いため、融液からのバルク結晶成長は容易ではない。このため、実用化レベルにある窒化物半導体は、異種基板上へのヘテロエピタキシャル成長により作製される。
従来、ＧａＮまたはＡｌＮ単結晶層をエピタキシャル成長させるための基板には、サファイア、６Ｈ−ＳｉＣ、シリコン等が用いられていた。
【０００４】
これらの基板の中でも、シリコン基板は、他の基板と比べて、結晶性に優れ、大口径化が可能であり、低価格で得られることなどから、窒化物半導体基板の製造コストを低減させることができ、好適である。また、成熟したシリコン単結晶製造技術により、高品質な結晶を安定供給することができる。
【０００５】
しかしながら、シリコン基板上に窒化物半導体単結晶層（以下、単に、窒化物半導体層という）を形成する場合、シリコンと窒化物半導体との熱膨張係数の違いにより、窒化物半導体層に反りが生じるという課題を有していた。
【０００６】
これに対して、例えば、シリコン基板と窒化物半導体層との間に、ＡｌＮ層とＧａＮ層を交互に複数層積層させた多層構造バッファ領域を設けることにより、膜厚方向の反りが低減されることが知られている（非特許文献１、特許文献１，２参照）。
【０００７】
また、窒化物半導体層による圧縮応力と拮抗する膨張力を付与し、反りを抑制するために、所定の濃度分布で窒素不純物及び酸素析出物を含有するシリコン基板を用いることが知られている（特許文献３参照）。
【０００８】
一方で、半導体デバイスの低転位化や耐圧向上のためには、窒化物半導体層を厚膜化することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００７−６７０７７号公報
【特許文献２】特開２００８−２０５１１７号公報
【特許文献３】特開２００８−２５１７０４号公報
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】大塚康二，「応用物理」，２００７年，第７６巻，第５号，ｐｐ．４８９−４９４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、窒化物半導体層の厚膜化は、反りの増大を招く問題があり、容易に達成できるものではなかった。
これに対して、非特許文献１、特許文献１，２に示すような多層構造バッファ領域を設けることにより、膜厚方向の反りを抑制することが可能であるが、その抑制力には限界がある。
【００１２】
また、上記特許文献３に記載されているようなシリコン基板は、シリコン基板の主面または主面近傍で存在する酸素析出物のサイズが大きいため、当該酸素析出物自身がスリップの発生源となる。そのため、このような基板は、反りの抑制が難しいため好ましくない。
【００１３】
本発明は、上記技術的課題を解決するためになされたものであり、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制された窒化物半導体基板及びその製造方法を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る窒化物半導体基板は、シリコン基板の一面上に、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部には、前記窒化物半導体積層の厚さに応じて制御された平均散乱光強度及び密度を有する酸素析出物が形成されていることを特徴とする。
このような窒化物半導体基板は、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制されたものである。
【００１５】
前記窒化物半導体積層は、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることが好ましい。
このような多層構造バッファ層を含む窒化物半導体積層を形成することにより、窒化物半導体基板の反りをより効果的に抑制することができる。
【００１６】
また、本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法は、バルク部に形成される酸素析出物の平均散乱光強度及び密度を、後に形成される組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層の厚さに応じて制御したシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の一面上に、９００℃以上１１００℃以下で、前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させることを特徴とする。
このような製造方法を用いることにより、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制された窒化物半導体基板を得ることができる。
【００１７】
前記窒化物半導体積層は、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることが好ましい。
このような多層構造バッファ層を含む窒化物半導体積層を形成することにより、反りがより効果的に抑制された窒化物半導体基板を得ることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る窒化物半導体基板は、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制されたものである。したがって、本発明に係る窒化物半導体基板は、半導体デバイスプロセスにおける歩留の向上に大きく寄与することができる。
また、本発明に係る製造方法によれば、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制された窒化物半導体基板を得ることができる。また、形成する窒化物半導体層の膜厚に応じて、簡便に、歩留よく、窒化物半導体基板を製造することができ、製造効率及びコスト面で有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係る窒化物半導体基板の一例を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明を、より詳細に説明する。
本発明に係る窒化物半導基板は、シリコン基板の一面上に、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層が形成された窒化物半導体基板である。そして、前記シリコン基板のバルク部には、前記窒化物半導体積層の厚さに応じて制御された平均散乱光強度及び密度を有する酸素析出物が形成されていることを特徴とするものである。
このような窒化物半導体基板は、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制されたものである。
【００２１】
以下に、このような窒化物半導体基板の具体的な態様について説明する。
本発明に係る窒化物半導基板の第１の態様は、シリコン基板の一面上に、厚さ１μｍ以上３μｍ以下の組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部は、平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を３．０×１０8個／ｃｍ3以上含有していることを特徴とする。
【００２２】
ここで、平均散乱光強度とは、酸素析出物のサイズに対応して変動することから、そのサイズを表す指標となるものであり、平均散乱光強度が小さいほど、酸素析出物のサイズが小さいことを意味する。
なお、本発明における平均散乱光強度は、赤外線（ＩＲ）トモグラフィによる測定値に基づくものであり、酸素析出物のサイズとして、１０００ａ．ｕ．未満の検出は困難であるため、下限を１０００ａ．ｕ．とする。
【００２３】
前記第１の態様に係る窒化物半導体基板においては、シリコン基板の一面上に形成されている窒化物半導体積層の厚さが１μｍ以上３μｍ以下と比較的薄いため、バルク部に含まれる酸素析出物の平均散乱光強度は１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下、すなわち、酸素析出物のサイズが比較的大きい場合でも、窒化物半導体基板における反りを抑制することができる。
なお、窒化物半導体積層の厚さが１μｍ未満である場合には、当該窒化物半導体積層を有する窒化物半導体基板は、半導体デバイスとしての実用性に乏しい。
また、バルク部に含まれる酸素析出物の平均散乱光強度が１００００ａ．ｕ．を超える場合には、酸素析出物のサイズが大きいため、当該酸素析出物自身がスリップの発生源となる。そのため、このような基板は、反りの抑制が難しくなり好ましくない。
【００２４】
また、前記第１の態様に係る窒化物半導体基板においては、シリコン基板のバルク部に含まれる酸素析出物の密度は、３．０×１０8個／ｃｍ3以上であることが好ましい。
前記密度が３．０×１０8個／ｃｍ3未満である場合には、前記酸素析出物が少なすぎて、窒化物半導体基板の強化を図ることが難しく、反りを抑制する効果を得ることが難しい。
一方、前記密度の上限値は特に限定されない。すなわち、窒化物半導体積層の厚さが１μｍ以上３μｍ以下であって、バルク部に含まれる酸素析出物の平均散乱光強度が１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下であれば、前記密度の上限値は、特に限定されない。
ただし、当該シリコン基板の製造上、形成できる酸素析出物の密度の上限値は、２．０×１０10個／ｃｍ3であるため、好ましくは、これを上限値とする。より好ましくは、後述する実施例で認められた４４．０×１０8個／ｃｍ3を上限値とする。
【００２５】
また、第２の態様に係る窒化物半導基板は、シリコン基板の一面上に、厚さ１μｍ以上５μｍ以下の組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部は、平均散乱光強度３０００ａ．ｕ．以上９０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を４．０×１０8個／ｃｍ3以上含有していることを特徴とする。
このように、上記第１の態様よりも窒化物半導体積層を厚膜化する場合（最大５μｍ）、シリコン基板のバルク部における酸素析出物は、平均散光強度が高いものを含まない、すなわち、サイズの大きいものを含まないことが好ましい。
【００２６】
前記平均散乱光強度が９０００ａ．ｕ．を超える場合は、該シリコン基板が、その一面上に形成される最大厚さ５μｍの窒化物半導体積層の引張応力、あるいは窒化物半導体積層の形成時の加熱に耐える十分な強度が得られず、該シリコン基板の裏面にスリップを生じるおそれがあり、当該スリップの発生が、窒化物半導体基板における反りを発生させるため好ましくない。
【００２７】
また、シリコン基板のバルク部に含まれる酸素析出物の密度が小さすぎる場合には、窒化物半導体基板の強化を図ることが難しく、反りを抑制する効果を得ることが難しい。このため第２の態様に係る窒化物半導基板においては、前記密度は４．０×１０8個／ｃｍ3以上であることが好ましい。
また、上述した第１の態様に係る窒化物半導体基板と同様に、前記密度の上限値は、特に限定されない。好ましくは２．０×１０10個／ｃｍ3以下であり、より好ましくは、後述する実施例で認められた４５．０×１０8個／ｃｍ3以下である。
【００２８】
さらに、第３の態様に係る窒化物半導基板は、シリコン基板の一面上に、厚さ１μｍ以上８μｍ以下の組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層が形成されており、前記シリコン基板のバルク部は、平均散乱光強度４０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を２９．０×１０8個／ｃｍ3以上含有していることを特徴とする。
【００２９】
上記第２の態様よりも窒化物半導体積層をさらに厚膜化する場合（最大８μｍ）、このように、シリコン基板のバルク部における酸素析出物は、平均散光強度の上限がより低い、サイズの大きいものを含まないことが好ましい。
【００３０】
前記平均散乱光強度が６０００ａ．ｕ．を超える場合は、該シリコン基板が、その一面上に形成される最大厚さ８μｍの窒化物半導体積層の引張応力、あるいは窒化物半導体積層の形成時の加熱に耐える十分な強度が得られず、該シリコン基板の裏面にスリップを生じるおそれがあり、当該スリップの発生が、窒化物半導体基板における反りを発生させるため好ましくない。
【００３１】
また、シリコン基板のバルク部に含まれる酸素析出物の密度が小さすぎる場合には、窒化物半導体基板の強化を図ることが難しく、反りを抑制する効果を得ることが難しい。このため、第３の態様に係る窒化物半導基板においては、前記密度は２９．０×１０8個／ｃｍ3以上であることが好ましい。
また、前述した第１の態様に係わる窒化物半導体基板と同様に、前記密度の上限値は特に限定されない。好ましくは２．０×１０10個／ｃｍ3以下であり、より好ましくは、後述する実施例で認められた４０．０×１０8個／ｃｍ3以下である。
【００３２】
以上のように、シリコン基板上に形成される窒化物半導体積層の厚膜化に伴い、所望の膜厚に対応して、シリコン基板のバルク部における酸素析出物は、より小さいものが、より高密度でバルク部に含有されていることが好ましい。
このようなシリコン基板をそれぞれ用いることにより、前記窒化物半導体積層の膜厚に応じて、反りを効果的に抑制することができる。
【００３３】
前記窒化物半導体基板は、前記窒化物半導体積層が、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることが好ましい。
前記窒化物半導体積層が、このような多層構造バッファ層を含むものである場合は、窒化物半導体基板の反りの抑制効果がより効果的に発揮される。
【００３４】
なお、本発明でいう窒化物半導体層の種類は、特に限定されるものではないが、例えば、ＡｌＮ層やＧａＮ層、又は、ＡｌＧａＮ層、ないしは、Ｉｎを含むものが含まれる。また、ここでいう多層構造バッファ層とは、ＡｌＮ層とＧａＮ層が順次繰り返し積層されたものや、ＡｌとＧａ組成比の異なるＡｌＧａＮ層同士が順次繰り返し積層されたものを含む。
【００３５】
例えば、上述した本発明に係る窒化物半導体基板は、図１に示すように、シリコン基板１０の一面上に形成された第１の窒化物半導体層（例えば、ＡｌＮ層）２０と、第１の窒化物半導体層２０上に形成された第２の窒化物半導体層（例えば、ＡｌＧａＮ層）３０と、第２の窒化物半導体層３０上に形成された組成の異なる２種以上の窒化物半導体層４０ａ（例えば、ＡｌＮ層）、４０ｂ（例えば、ＧａＮ層）が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層４０と、多層構造バッファ層４０上に形成された第３の窒化物半導体層（例えば、ＧａＮ層）５０と、第３の窒化物半導体層５０上に形成された第４の窒化物半導体層（例えば、ＡｌＧａＮ層）６０と、を備えている。
なお、本発明では、図１を例とした場合は、第１の窒化物半導体層２０、第２の窒化物半導体層３０、多層構造バッファ層４０、第３の窒化物半導体層５０及び第４の窒化物半導体層６０を合計して窒化物半導体積層７０と定義する。
【００３６】
また、前記シリコン基板には、シリコン単結晶が用いられ、その製造方法は、チョクラルスキー法により製造されたものが好適に用いられる。
【００３７】
次に、上述した本発明に係る窒化物半導基板の製造方法について説明する。
本発明に係る窒化物半導基板の製造方法は、バルク部に形成される酸素析出物の平均散乱光強度及び密度を、後に形成される組成の異なる２種以上の窒化物半導体層を有する窒化物半導体積層の厚さに応じて制御したシリコン基板を準備し、前記シリコン基板の一面上に、９００℃以上１１００℃以下で、前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させることを特徴とする。
このような製造方法を用いることにより、シリコン基板上に形成する窒化物半導体層を厚膜化した場合でも、反りが効果的に抑制された窒化物半導体基板を得ることができる。
【００３８】
以下に、具体的に、上述した第１〜第３の態様に係る窒化物半導基板の製造方法について説明する。
まず、上述した第１の態様に係る窒化物半導基板の製造方法では、バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度５．０×１０8個／ｃｍ3以上含有するシリコン基板を準備する。好ましくは、前記密度が５．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備する。
また、上述した第２の態様に係る窒化物半導基板の製造方法では、バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度１０．０×１０8個／ｃｍ3以上含有するシリコン基板を準備する。好ましくは、前記密度が１０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備する。
また、上述した第３の態様に係る窒化物半導基板の製造方法では、バルク部に平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上４０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を密度５０．０×１０8個／ｃｍ3以上含有するシリコン基板を準備する。好ましくは、前記密度が５０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下含有するシリコン基板を準備する。
【００３９】
このようなシリコン基板は、例えば、チョクラルスキー法により育成されたシリコン単結晶に対して、スライス等の加工を行って得られたシリコン基板を、不活性雰囲気下（例えば、Ａｒ雰囲気）、１１００℃以上１２００℃以下（最高到達温度）で、３０分以上６０分以下熱処理を行うことで作製することができる。
なお、それぞれの態様に係るシリコン基板における酸素析出物のサイズや密度の制御は、チョクラルスキー法によるシリコン単結晶育成時における酸素濃度の制御や上述した熱処理時における最高到達温度までの昇温レートの制御等で行うことができる。
【００４０】
次に、準備したシリコン基板の一面上に各々の態様における膜厚を有する窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させる。
【００４１】
なお、本発明におけるエピタキシャル成長方法は、特に限定されるものではなく、一般的に用いられる方法でよく、例えば、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）やＰＥＣＶＤ(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)を始めとしたＣＶＤ法、レーザービームを用いた蒸着法、雰囲気ガスを用いたスパッタ法等を用いることができる。
【００４２】
前記窒化物半導体積層をエピタキシャル成長させる際の温度は、９００℃以上１１００℃以下（最高到達温度）であることが好ましい。
前記温度が９００℃未満である場合には、基板到達前の原料の分解が不十分となるため、多くの結晶欠陥を含む結晶しか得られない。
一方、前記温度が１１００℃を超える場合には、窒素の脱離をはじめとした結晶の蒸発による表面荒れが生じ、良好な半導体積層界面を保持することが困難となる。
【００４３】
前記窒化物半導体積層は、組成の異なる２種以上の窒化物半導体層が順次繰り返し積層された多層構造バッファ層を含んでいることが好ましい。
このような多層構造バッファ層を含む窒化物半導体積層を形成することにより、反りがより効果的に抑制された窒化物半導体基板を得ることができる。
【００４４】
なお、上記第１〜第３の態様に係る各窒化物半導体基板、すなわち、窒化物半導体積層形成後の最終製品におけるシリコン基板の酸素析出物の平均散乱光強度及び密度は、上述した第１〜第３の態様に係る各製造方法において準備するシリコン基板と異なるが、これは、窒化物半導体層を各々エピタキシャル成長させる際の加熱により、バルク中の酸素析出物が成長または消滅するためである。
【実施例】
【００４５】
以下、本発明を実施例に基づいてさらに具体的に説明するが、本発明は、下記実施例により制限されるものではない。
ウェーハバルク部（表面から深さ５μｍ以上の領域）における酸素析出物の密度及び平均散乱光強度を下記表１に示すように変化させた複数のシリコン基板を準備した。
【００４６】
このシリコン基板のバルク部における酸素析出物の密度及び平均散乱光強度は、ＩＲトモグラフィ（株式会社レイテックス製  ＭＯ−４１１）にて測定した。測定条件は、レーザ出力１００ｍＷ、シリコン基板表面から深さ５μｍ以上２００μｍ以下の領域で、測定範囲０．０００４ｃｍ2とした。
【００４７】
酸素析出物密度は、シリコン基板の中心から半径に外周に向かって等間隔に５か所の位置で測定した光散乱体個数から求めた平均値とした。
また、平均散乱光強度は、各光散乱体からの散乱光強度の平均値であり、酸素析出物のサイズの代表値とみなした。
【００４８】
これら複数のシリコン基板に対して、以下の工程により、図１に示す窒化物半導体基板を作製した。
最初に、バルク部における酸素析出物が、下記表１に示すような密度及び平均散乱光強度である、直径４インチ、厚さ６２５±２５μｍの各々のシリコン基板をＭＯＣＶＤ装置にセットし、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス及びＮＨ3ガスを用い、１０００℃でエピタキシャル成長を行い、厚さ１５０ｎｍのＡｌＮ単結晶層（第１の窒化物半導体層２０）を積層させた。その上に、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス及びＮＨ3ガスを用い、９３０℃でエピタキシャル成長を行い、厚さ２００ｎｍのＡｌＧａＮ単結晶層（第２の窒化物半導体層３０）を積層させた。
【００４９】
次に、９３０℃で、原料ガスとしてトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガス及びＮＨ3ガスを用い厚さ５ｎｍのＡｌＮ単結晶層（窒化物半導体層４０ａ）を、原料ガスをトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス及びＮＨ3ガスを用い厚さ４５ｎｍのＧａＮ単結晶層（窒化物半導体層４０ｂ）を、交互に繰り返し各々を積層させ、多層構造バッファ層４０を形成した。
【００５０】
次に、原料ガスとしてＴＭＧガス及びＮＨ3ガスを用い、９３０℃でエピタキシャル成長を行い、厚さ１０００ｎｍ以上のＧａＮ単結晶層（第３の窒化物半導体層５０）を積層させた。
【００５１】
最後に、原料ガスとしてＴＭＧガス、ＴＭＡガス及びＮＨ3ガスを用い、９７０℃でエピタキシャル成長を行い、厚さ３０ｎｍのＡｌＧａＮ単結晶層（第４の窒化物半導体層６０）を積層させ、使用したシリコン基板毎に、これら窒化物半導体層の合計厚さ（窒化物半導体積層７０の厚さ）が３μｍ、５μｍ、８μｍとなるように窒化物半導体基板をそれぞれ作製した。
【００５２】
なお、形成した窒化物半導体積層の前記厚さの調整は、前記窒化物半導体層４０ａ，４０ｂの積層数、第３の窒化物半導体層５０の厚さを調整することにより行った。この第３の窒化物半導体層５０の厚さの調整は、エピタキシャル成長におけるガス流量および加熱時間の調整により行った。
【００５３】
次に、上記作製した窒化物半導体基板について、Ｘ線トポグラフィ（株式会社リガク製  ＸＲＴ３００）にて、Ｓｉ（４４０）回折から、シリコン基板中のスリップ発生の有無を評価した。
さらに、反りについても、レーザ変位計により評価した。
【００５４】
上記評価したスリップの発生の有無の評価結果を、形成した窒化物半導体積層の厚さ毎に、それぞれ、表１〜表３に示す。
表１〜表３において、スリップ発生の評価基準は、スリップなし、又は、スリップ長１ｍｍ以上のものが検出されなかった場合を「○」、スリップ長１ｍｍ以上のものが検出された場合を「×」として表した。
【００５５】
【表１】
0005489269.tif 000002
【００５６】
【表２】
0005489269.tif 000003
【００５７】
【表３】
0005489269.tif 000004
【００５８】
表１に示した評価結果から分かるように、試料Ｎｏ．９〜２３において、スリップ発生は確認されず、試料Ｎｏ．１〜８においてスリップ発生が確認された。
また、試料Ｎｏ．９〜２３における反りは、＋１０μｍ〜＋３０μｍであり、試料Ｎｏ．１〜８における反りは、−１００μｍ〜＋８０μｍであった。
ここで、反りはウェーハ中心と最外周の高低差を指し、エピタキシャル成長面を上に向けたときに凹形状の反りは＋、反対に凸形状の反りは−の符号で表している。
すなわち、厚さ３μｍ以下の窒化物半導体積層を形成する場合は、バルク部における酸素析出物の密度５．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下で平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下のシリコン基板を用いることで、シリコンウェーハ基板にスリップは生じず、反りも抑制されていることが認められた。
【００５９】
また、表２に示した評価結果から分かるように、試料Ｎｏ．３８〜４６において、スリップ発生は確認されず、試料Ｎｏ．２４〜３７においてスリップ発生が確認された。
また、試料Ｎｏ．３８〜４６における反りは、＋１０μｍ〜＋３５μｍであり、試料Ｎｏ．２４〜３７における反りは、−２００μｍ〜＋８０μｍであった。
すなわち、厚さ５μｍ以下の窒化物半導体積層を形成する場合は、バルク部における酸素析出物の密度１０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下で平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下のシリコン基板を用いることで、シリコンウェーハ基板にスリップは生じず、反りも抑制されていることが認められた。
【００６０】
さらに、表３に示した評価結果から分かるように、試料Ｎｏ．６８〜６９において、スリップ発生は確認されず、試料Ｎｏ．４７〜６７においてスリップ発生が確認された。
また、試料Ｎｏ．６８〜６９における反りは、＋１０μｍ〜＋４０μｍであり、試料Ｎｏ．４７〜６７における反りは、−４００μｍ〜＋９０μｍであった。
すなわち、厚さ８μｍ以下の窒化物半導体積層を形成する場合は、バルク部における酸素析出物の密度５０．０×１０8個／ｃｍ3以上５１．０×１０8個／ｃｍ3以下で平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上４０００ａ．ｕ．以下のシリコン基板を用いることで、シリコンウェーハ基板にスリップは生じず、反りも抑制されていることが認められた。
【００６１】
次に、スリップが生じず、反りも抑制された試料（試料Ｎｏ．９〜２３，３８〜４６，６８〜６９）について、窒化物半導体基板を劈開して、劈開面のシリコン基板部（バルク部）における酸素析出物の密度及び平均散乱光強度を同様な方法により評価した。
上記評価結果を形成した窒化物半導体積層の厚さ毎に、それぞれ、表４〜表６に示す。
【００６２】
【表４】
0005489269.tif 000005
【００６３】
【表５】
0005489269.tif 000006
【００６４】
【表６】
0005489269.tif 000007
【００６５】
表４に示す評価結果から、試料Ｎｏ．９〜２３においては、前記シリコン基板のバルク部では、平均散乱光強度１０００ａ．ｕ．以上１００００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を３．０×１０8個／ｃｍ3以上４４．０×１０8個／ｃｍ3以下含有していることが認められた。
また、表５に示す評価結果から、試料Ｎｏ．３８〜４６においては、前記シリコン基板のバルク部では、平均散乱光強度３０００ａ．ｕ．以上９０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を４．０×１０8個／ｃｍ3以上４５．０×１０8個／ｃｍ3以下含有していることが認められた。
また、表６に示す評価結果から、試料Ｎｏ．６８〜６９においては、前記シリコン基板のバルク部では、平均散乱光強度４０００ａ．ｕ．以上６０００ａ．ｕ．以下の酸素析出物を２９．０×１０8個／ｃｍ3以上４０．０×１０8個／ｃｍ3以下含有していることが認められた。
【符号の説明】
【００６６】
１０  シリコン基板
２０  第１の窒化物半導体層
３０  第２の窒化物半導体層
４０  多層構造バッファ層
５０  第３の窒化物半導体層
６０  第４の窒化物半導体層
７０  窒化物半導体積層
【図１】
0005489269.tif 000008