(57)【要約】【課題】  窒化物半導体基板の主面におけるオフ角の局所的なばらつきを特定または制御することによって、種々の窒化物半導体デバイスの作製のために好ましい特性を有する窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】  平坦な主面を有する窒化物半導体単結晶ウエハ（１）において、その主面（１Ｓ）の結晶学的面方位が所定の角度範囲（Δθ）内で局所的に変動していることを特徴としている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
平坦な主面を有する窒化物半導体単結晶ウエハであって、前記主面の結晶学的面方位が所定の角度範囲内で局所的に変動していることを特徴とする窒化物半導体ウエハ。
【請求項２】
前記窒化物半導体はＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）からなることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体ウエハ。
【請求項３】
前記結晶学的面方位が０．０５°より大きく１°未満の角度範囲内で局所的に変動していることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体ウエハ。
【請求項４】
前記結晶学的面方位が１°以上の角度範囲内で局所的に変動していることを特徴とする請求項１または２に記載の窒化物半導体ウエハ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板（ウエハ）に関し、特に発光素子、電子デバイス、半導体センサ、弾性表面波デバイスなどの作製に好ましく用いられ得る窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、窒化物半導体を利用して、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子；整流器、バイポーラトランジス、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）などの電子デバイス；温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視・紫外光検出器などの半導体センサ、さらにＳＡＷ（弾性表面波）デバイスなどが作製されている。
【０００３】
それらの窒化物半導体デバイスは、図３の模式的な断面図に示されているように、窒化物半導体基板１の一主面１Ｓ上にエピタキシャル成長させられた良質の結晶特性を有するエピタキシャル窒化物半導体層２（多層を含む場合もある）を利用して作製される。
【０００４】
特許文献１の特表２００３−５２７２９６号公報は、平坦な主面を有するＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）基板を開示しており、その主面は結晶学的な｛０００１｝面、｛１１−２０｝面、｛１０−１０｝面、または｛１０−１２｝面から１〜１０°の範囲内の角度だけ傾斜させられたオフ角を有する面であることが好ましい旨を述べている。
【０００５】
たとえば、図２の模式的な断面図に図解されているように、窒化物半導体基板１の主面１Ｓがその窒化物半導体結晶の低ミラー指数面ＣＳ（たとえば｛０００１｝面）から角度θだけ傾斜させられている場合、そのような基板はオフ角基板と称される。そして、０°のオフ角θを有する基板は、ジャスト基板と称されることもある。
【０００６】
また、特許文献２の特表２００４−５０２２９８号公報は、平坦な主面を有するＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）基板を開示しており、その主面は結晶学的な｛０００１｝面から０．１〜１０°の範囲内の角度だけ傾斜させられたオフ角を有する面であることが好ましい旨を述べている。
【特許文献１】特表２００３−５２７２９６号公報
【特許文献２】特表２００４−５０２２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
窒化物半導体基板上に平坦で薄い窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて良好な半導体デバイスを作製するためには、結晶学的低ミラー指数面（θ=０°）またはその面に対して所定のオフ角（θ≠０°）を有する平坦な基板面を使用することが好ましい。
【０００８】
しかし、そのような窒化物半導体基板の主面の局所的領域ごとに、光学的特性、電気的特性、および機械的特性などの特性が十分ではないか、ばらつきが生じる問題がある。
【０００９】
また、窒化物半導体層をエピタキシャル成長させて良好な半導体デバイスを作製するために、窒化物半導体基板面の最適なオフ角を見いだすことが容易ではない。
【００１０】
なぜならば、図１の模式的な断面図に図解されているように、窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおけるオフ角θの局所的なばらつきΔθが特定または制御されておらず、基板によってオフ角のばらつきΔθに変動があるか、Δθの値が十分でない（＜０．０５°）からである。
【００１１】
以上のような先行技術における状況に鑑み、本発明は、窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおけるオフ角θの局所的なばらつきΔθを特定または制御することによって、種々の窒化物半導体デバイスの作製のために好ましい特性を有する窒化物半導体基板を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明によれば、平坦な主面を有する窒化物半導体単結晶ウェハにおいて、その主面の結晶学的面方位が所定の角度範囲内で局所的に変動していることを特徴としている。
【００１３】
なお、その窒化物半導体は、ＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）であり得る。
【００１４】
また、窒化物半導体単結晶ウェハの主面の結晶学的面方位が０．０５°より大きく１°未満の角度範囲内で局所的に変動していることが好ましい。
【００１５】
さらに、窒化物半導体単結晶ウェハの主面の結晶学的面方位が１°以上の角度範囲内で局所的に変動していてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおけるオフ角θの局所的なばらつきΔθを特定または制御することによって、種々の窒化物半導体デバイスの作製のために好ましい特性を有する窒化物半導体基板を提供することができる。このような本発明による窒化物半導体単結晶基板を使用すれば、その上に育成される良質のエピタキシャル窒化物半導体層を利用して、優れた特性の発光素子、電子デバイス、半導体センサ、ＳＡＷデバイスなどを作製することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明者らは、物理的に平坦な主面を有するＡｌxＧａyＩｎ1-(x+y)Ｎ（０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，ｘ＋ｙ≦１）などの窒化物半導体基板において、その主面内の局所的なオフ角θのばらつきΔθを制御することによって、以下のように基板としての所定の好ましい特性が得られることを見出した。
【００１８】
（実施形態１）  Δθが１°未満の場合
オフ角θのばらつきΔθが０°より大きくても１°未満の窒化物半導体基板の場合には、オフ角θのばらつきが全くないΔθ＝０の場合と同等に均一な光・電気的特性を有する基板を得ることができる。この場合に、オフ角θのばらつきΔθが０．５°未満であることがより好ましい。また、オフ角θのばらつきΔθが０．０５°より大きい窒化物半導体基板の場合には、その劈開による破壊方向が分散することから、基板の加工切断時の亀裂や破損に強い機械的特性が得られる。この場合には、０．１°以上がより好ましい。
【００１９】
なお、オフ角θのばらつきΔθは、たとえば２インチ径ウエハ主面上においてＸＲＤ（Ｘ線回折）によってオフ角θを５ｍｍ間隔で測定し、そのばらつきΔθとして求めることができる。
【００２０】
また、オフ角θのばらつきΔθが０．０５°より大きく１°未満の窒化物半導体基板は、たとえば昇華法やＨＶＰＥ（ハライド気相エピタキシ）法などによるホモエピタキシャル成長の際の熱膨張などによる基板のそり量が上記オフ角分布の範囲内になるように設定し、その後に基板の上下面を平坦に加工することによって作製することができる。また、その基板の主面の５０％以上の範囲（主に周縁部を除く）で転位密度を１０×１０7ｃｍ-2以下にでき、より好ましくは１０×１０5ｃｍ-2以下にすることができる。
【００２１】
（実施形態２）  Δθが１°以上の場合
オフ角θのばらつきΔθが１°以上ある窒化物半導体基板主面上にエピタキシャル成長を行うことによって、実際のデバイス構造を作製する炉で実際の製造条件とまったく同一の条件下で、窒化物半導体基板の最適なオフ角θを効率よく見出すことができる。すなわち、オフ角θのばらつきΔθが１°以上ある窒化物半導体基板は、最適なオフ角θの探索用基板として利用することができる。
【００２２】
より具体的に説明すれば、すべての製造装置において同一の基板オフ角θで良好なエピタキシャル成長層が得られるわけではなく、温度、ガス濃度、ガス流速などの種々の要因に依存して、窒化物半導体基板としての最適なオフ角θが変化する。この場合に、球面状に加工した表面（オフ角θが連続的に変化している）を有する窒化物半導体基板などを用いることによって、その窒化物半導体基板の最適なオフ角θを探索することができる。しかし、基板表面が球面状の場合には、その球面状基板表面の近傍におけるガス流が平坦な基板主面の近傍における場合と一致しないので、その探索されたオフ角θが適切でない場合がある。
【００２３】
他方、オフ角θのばらつきΔθが１°以上ある平坦な主面を有する窒化物半導体基板を利用すれば、平坦な主面の局所的領域によってオフ角θが１°以上変化しているのであるから、実際の製造条件と同じガス流条件下で最適なオフ角θを探索することができる。
【００２４】
なお、オフ角θのばらつきΔθが１°以上の窒化物半導体基は、ＨＶＰＥ法などによるヘテロエピタキシャル成長において、下地基板の表面粗度やそり量を一定値に制御することにより作製することができる。
【００２５】
以上のような、本発明による窒化物半導体基板を利用すれば、発光ダイオード、レーザーダイオードなどの発光素子；整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴなどの電子デバイス；温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視・紫外光検出器などの半導体センサ；さらにはＳＡＷデバイスなどの特性を改善することができる。
【００２６】
また、本発明による窒化物半導体基板では、その主面の５０％以上の範囲（主に周縁部を除く）で転位密度を１０×１０7ｃｍ-2以下に低減させることができ、好条件下では１０×１０5ｃｍ-2以下に低減させることができる。
【００２７】
さらに、本発明による窒化物半導体基板は、｛０００１｝面、｛１１-２０｝面、｛１０-１２｝面、｛１０-１０｝面、｛１０-１１｝Ｓ面などの低ミラー指数面を主面として有するジャスト（θ=０°）基板、またはそれらの低ミラー指数面から任意の方向に傾けてスライスした主面を有するオフ角（θ≠０°）基板であり得る。さらにまた、本発明による窒化物半導体基板の主面において、１０ミクロン角の範囲（デバイス作製範囲）でＲＭＳ（二乗平均粗さ）が５００Å以下になるように表面が加工されていることも好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおけるオフ角θの局所的なばらつきΔθを特定または制御することによって、種々の窒化物半導体デバイスの作製のために好ましい特性を有する窒化物半導体基板を提供することができる。そして、そのような本発明による窒化物半導体単結晶基板を使用することによって、その上に育成される良質のエピタキシャル窒化物半導体層を利用して、優れた特性の発光素子、電子デバイス、半導体センサ、ＳＡＷデバイスなどを作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおける結晶学的低ミラー指数面ＣＳに対するオフ角θのばらつきΔθを図解する模式的断面図である。
【図２】窒化物半導体基板１の主面１Ｓにおける結晶学的低ミラー指数面ＣＳに対するオフ角θを図解する模式的断面図である。
【図３】窒化物半導体基板１の主面１Ｓ上に育成されたエピタキシャル窒化物半導体層２を示す模式的断面図である。
【符号の説明】
【００３０】
１  窒化物半導体基板、１Ｓ  基板面、２  エピタキシャル窒化物半導体層、ＣＳ  結晶学的低ミラー指数面、θ  ＣＳに対する基板面１Ｓのオフ角、Δθ  オフ角θのばらつき。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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