(57)【要約】【課題】ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時におけるクラックおよび割れの発生を抑制することができるＧａＮ基板を提供する。【解決手段】面積が１８ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム基板であって、窒化ガリウム基板の表面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、窒化ガリウム基板の表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、窒化ガリウム基板の表面の周縁から５ｍｍ内側の周縁領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、窒化ガリウム基板の裏面の周縁から５ｍｍ内側の周縁領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である窒化ガリウム基板である。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
面積が１８ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、前記窒化ガリウム基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側の周縁領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、前記窒化ガリウム基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側の周縁領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である、窒化ガリウム基板。
【請求項２】
前記ラマンシフト量ａと前記ラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、
前記ラマンシフト量ｃと前記ラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である、請求項１に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項３】
前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ７２ｃｍ2以上である、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項４】
前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ１６２ｃｍ2以上である、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
【請求項５】
前記ラマンシフト量ａ〜ｄは、前記窒化ガリウム基板の温度が２０℃の状態でのレーザ光の検出結果に基づいた値である、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム（以下、「ＧａＮ」という。）基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体基板の中でもＧａＮ基板は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイスの製造用の基板として注目されている。たとえば特許文献１には、半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板が記載されている。
【０００３】
特許文献１に記載のＧａＮ結晶基板は、１０ｃｍ2以上の面積を有する表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるため、ＧａＮ結晶基板の残留歪み（応力）が小さくなり、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減でき、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−１６９１３２号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】播磨  弘，「ＧａＮおよび関連窒化物のラマン散乱分光」，材料，日本材料学会，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．９，２００２年９月，ｐｐ．９８３−９８８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、半導体デバイスの作製時に、特にＧａＮ基板上に有機金属気相成長法によりＧａＮ系材料等の半導体膜を成長させる際に、ＧａＮ基板にクラックや割れが発生している場合には、それを用いて半導体デバイスを作製することができないため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にクラックおよび割れの発生を抑制することができるＧａＮ基板の開発が要望されている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の一態様に係るＧａＮ基板は、面積が１８ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、前記ＧａＮ基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側の領域の任意の１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側の領域の任意の１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である。
【発明の効果】
【０００８】
上記によれば、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができるＧａＮ基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図である。
【図２】実施形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図である。
【図３】実施形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図である。
【図４】ラマンシフト量ａ〜ｄを測定する方法の一例を説明するためのＧａＮ基板の模式的な側面図である。
【図５】ウルツ鉱型のＧａＮ結晶の結晶構造を示す図である。
【図６】Ｅ2Hフォノンモードを説明する図である。
【図７】実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図８】実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な側面図である。
【図９】実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１０】実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１１】実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。
【図１２】実施形態１の半導体デバイスの模式的な断面図である。
【図１３】実施例においてＧａＮ結晶の成長に用いられた成長炉の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
【００１１】
（１）本発明の一態様に係るＧａＮ基板は、面積が１８ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、前記ＧａＮ基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側の領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側の領域の少なくとも１点におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である。この場合には、ＧａＮ基板の表面および裏面がそれぞれ１８ｃｍ2以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。
【００１２】
（２）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記ラマンシフト量ａと前記ラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、前記ラマンシフト量ｃと前記ラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であることが好ましい。この場合には、ＧａＮ基板の表面における応力分布がより均一になるとともに、ＧａＮ基板の裏面における応力分布がより均一になるため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。
【００１３】
（３）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記ラマンシフト量ｂが前記ラマンシフト量ａよりも大きく、前記ラマンシフト量ｄが前記ラマンシフト量ｃよりも大きいことが好ましい。この場合には、ＧａＮ基板の表面および裏面の周縁領域が重心位置よりもＧａＮ基板に残留する応力が圧縮側になるため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。
【００１４】
（４）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ７２ｃｍ2以上であることが好ましい。ＧａＮ基板の表面および裏面の面積がそれぞれ７２ｃｍ2以上である場合には、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。
【００１５】
（５）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ１６２ｃｍ2以上であることが好ましい。ＧａＮ基板の表面および裏面の面積がそれぞれ１６２ｃｍ2以上である場合には、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。
【００１６】
[本発明の実施形態の詳細]
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１７】
［実施形態１］
＜ＧａＮ基板＞
図１に、実施形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図を示す。また、図２に、実施形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図を示し、図３に、実施形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図を示す。
【００１８】
図１〜図３に示すように、実施形態１のＧａＮ基板１は、１８ｃｍ2以上の面積を有する表面２と、表面２の裏側の裏面４とを含んでいる。ＧａＮ基板１の表面２は、表面２の周縁から５ｍｍ内側までの周縁領域５（図１および図２の実線と破線との間の領域、および破線上）と、周縁領域５を除いた内部領域３（図１および図２の破線で囲まれた領域）とを有している。また、ＧａＮ基板１の裏面４は、裏面４の周縁から５ｍｍ内側までの周縁領域６（図３の実線と破線との間の領域、および破線上）と、周縁領域７を除いた内部領域７（図３の破線で囲まれた領域）とを有している。
【００１９】
実施形態１のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置ＡにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、ＧａＮ基板の裏面４の重心位置ＣにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下となっており、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点ＢにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、裏面４の周縁領域６の少なくとも１点ＤにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下となっている。
【００２０】
これは、本発明者が鋭意検討した結果、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、上記のラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下となっている場合には、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４がそれぞれ１８ｃｍ2以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生を抑制することができることを見い出したことによるものである。これは、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａと裏面４の重心位置Ｃとの応力差と、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂと裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄとの差とをそれぞれ小さくしたことに起因して、有機金属気相成長法によるＧａＮ系材料等の半導体膜の成長時に、ＧａＮ基板が１０００℃以上の高温に曝された際、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な方向の応力分布が小さいと、高温下で解放される応力が小さくなるため、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な方向に発生しようとするＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制できたものと考えられる。
【００２１】
なお、クラックとは、ＧａＮ基板１に形成される亀裂を意味しており、クラックの段階ではＧａＮ基板１は複数に分裂していない。また、割れとは、ＧａＮ基板１に亀裂が入り、複数に分裂している状態を意味している。
【００２２】
図４に、ラマンシフト量ａ〜ｄを測定する方法の一例を説明するためのＧａＮ基板１の模式的な側面図を示す。ラマンシフト量ａは、たとえば以下のようにして測定することができる。まず、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａに対して垂直に入射光２１を照射する。次に、入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出することによりラマン分光分析してラマンシフトのスペクトルを得る。これにより、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置ＡにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａを得ることができる。また、ラマンシフト量ｂ〜ｄも、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ、裏面４の重心位置Ｃ、および裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄのそれぞれについてラマンシフト量ａと同様にして測定することができる。
【００２３】
ここで、Ｅ2Hフォノンモードについて、ウルツ鉱型のＧａＮ結晶を例にして説明すると、Ｅ2Hフォノンモードは、図５に示すＧａ原子（白丸）およびＮ原子（黒丸）からなる結晶構造を有するＧａＮ結晶において、図６に示すようにＮ原子がｃ面内で変位するモードである。
【００２４】
また、Ｅ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量は、ラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ2Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数により特定される。なお、非特許文献１の９８５頁のＴａｂｌｅＩＩにおいて、３００Ｋの温度におけるウルツ鉱型のＧａＮ結晶のＥ2Hフォノンモードのフォノン周波数として５６７．６ｃｍ-1が挙げられており、非特許文献１のＦｉｇ．３のラマンスペクトル図にはＥ2Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数が５６７．６ｃｍ-1の近傍に現れている。
【００２５】
なお、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａは、ＧａＮ基板１の表面２が円形である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の円の中心（ＧａＮ基板１にオリエンテーションフラット等が形成されている場合にはオリエンテーションフラット等が形成されていないと仮定した場合の仮想円の中心）を重心位置Ａとすることによって特定することができる。また、ＧａＮ基板１の表面２が多角形である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の多角形の各頂点からの距離の和が最も短くなる多角形の中心を重心位置Ａとすることによって特定することができる。
【００２６】
また、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂは、周縁領域５内の任意の点であればよく、周縁領域５内のある１点が上記の要件を満たしていなくても、他の１点が上記の要件を満たしていればよい。
【００２７】
また、ＧａＮ基板１の裏面４の重心位置Ｃは、ＧａＮ基板１の裏面４が円形である場合には、ＧａＮ基板１の裏面４の円の中心（ＧａＮ基板１にオリエンテーションフラット等が形成されている場合にはオリエンテーションフラット等が形成されていないと仮定した場合の仮想円の中心）を重心位置Ｃとすることによって特定することができる。また、ＧａＮ基板１の裏面４が多角形である場合には、ＧａＮ基板１の裏面４の多角形の各頂点からの距離の和が最も短くなる多角形の中心を重心位置Ｃとすることによって特定することができる。
【００２８】
また、ＧａＮ基板１の裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄは、周縁領域６内の任意の点であればよく、周縁領域６内のある１点が上記の要件を満たしていなくても、他の１点が上記の要件を満たしていればよい。
【００２９】
また、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値は、０．３ｃｍ-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ-1以下であることがより好ましい。ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．３ｃｍ-1以下である場合、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４の重心位置における応力差をさらに小さくすることができるため、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制することができる。
【００３０】
また、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値は、０．３ｃｍ-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ-1以下であることがより好ましい。ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．３ｃｍ-1以下である場合、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５と裏面４の周縁領域６との応力差をさらに小さくすることができるため、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制することができる。
【００３１】
また、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４が大きいほど、ＧａＮ基板１にクラックおよび割れが発生しやすくなる。したがって、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４の面積がそれぞれ７２ｃｍ2以上、特に１６２ｃｍ2以上といった大面積である場合にも、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を特に効果的に抑制することができる。
【００３２】
＜ＧａＮ基板の製造方法＞
以下、図７〜図１１を参照して、実施形態１のＧａＮ基板１の製造方法の一例について説明する。
【００３３】
（ＧａＮ結晶の成長工程）
まず、図７の模式的断面図に示すように、１８ｃｍ2以上の面積を有する異種基板である下地基板１０の円形の表面上にＧａＮ結晶１１を成長させる工程を行なう。ここで、下地基板１０としては、たとえばサファイア基板や、ＧａＡｓ基板などを用いることができる。また、ＧａＮ結晶１１の成長方法としては、たとえばＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法などの気相法を用いることができる。また、フラックス法などの液相法またはアモノサーマル法によりＧａＮ結晶１１を成長させてもよい。ＧａＮ結晶１１の成長後において、ＧａＮ結晶１１は、下地基板１０から切り離される。
【００３４】
なお、気相法によって、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶１１を成長させる場合には、ＧａＮ結晶１１の成長開始時点から厚さ５μｍに成長する時点までは、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を４０μｍ／時間以下とすることによって、ＧａＮ結晶１１の表面領域の１点（ｘ軸およびｙ軸で座標を規定）における厚さ方向（ｚ軸方向）のラマンシフト量の差異を小さくすることができる。これにより、後述するように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とし、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とすることができる。なお、μｍ／時間は、１時間当たりの成長厚さ（μｍ）を意味している。
【００３５】
ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値をさらに小さくするためには、ＧａＮ結晶１１の成長開始時点から厚さ１５μｍに成長する時点までは、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を３０μｍ／時間以下とし、その後は、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を３０μｍ／時間よりも大きくする（たとえば１００μｍ／時間）ことがより好ましい。
【００３６】
また、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差が１０℃以下となるように、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶１１を気相成長することが好ましい。この場合にも、後述するように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とし、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とすることができる。ここで、下地基板１０の表面の中央は、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａおよび裏面４の重心位置Ｃと同様に特定することができる。また、下地基板１０の周縁は、下地基板１０の表面の端部を意味する。
【００３７】
下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする方法としては、たとえば、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差が１０℃以下となるように下地基板１０を加熱するヒータを設定する方法、または下地基板１０の裏面側に熱伝導率の高い材料（たとえば、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト、およびこれらの薄膜を表面にコートした材料）を設置する方法などを挙げることができる。
【００３８】
（ラマンシフトの測定工程）
次に、図８の模式的側面図に示すように、ＧａＮ結晶１１の表面１２の重心位置Ａ１におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａ１、表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ１におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂ１、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の重心位置Ｃ１におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃ１、および裏面１４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄ１におけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄ１をそれぞれ測定する工程を行なう。
【００３９】
なお、ラマンシフト量ａ１〜ｄ１の測定の順序は特に限定されない。また、ＧａＮ結晶１１の表面１２の重心位置Ａ１、ＧａＮ結晶１１の表面１２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ１、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の重心位置Ｃ１、およびＧａＮ結晶１１の裏面１４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄ１の特定については、それぞれ、ＧａＮ基板１の重心位置Ａ、点Ｂ、重心位置Ｃおよび点Ｄと同様にして特定される。
【００４０】
（確認工程）
次に、上記で測定したラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である部分を確認する工程を行なう。
【００４１】
この確認工程により、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である部分を予め確認しておくことによって、実施形態１のＧａＮ基板１を効率的に作製することができる。
【００４２】
（取り出し工程）
上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値の少なくとも一方が０．５ｃｍ-1以下ではないことが判明した場合には、たとえば図９の模式的断面図に示すように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値がともに０．５ｃｍ-1以下となるＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出す工程を行なうことが好ましい。箇所１１ａを取り出すには、たとえば、研削、研磨またはスライスなどの公知の加工法を用いることができる。
【００４３】
このように、ＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出して、箇所１１ａをスライスすることによって、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下である実施形態１のＧａＮ基板１を効率良く作製することができる。
【００４４】
箇所１１ａの最大の大きさは、たとえば、下地基板１０の種類や大きさ、結晶成長の方法、または結晶成長の条件などによって変化することがある。しかしながら、仮に、このような箇所１１ａを取り出す工程を経た後に、箇所１１ａの大きさが、所望の大きさのＧａＮ基板１を作製するのに必要な大きさに満たない場合には、それ以降は、箇所１１ａの不足した幅や厚さと同じかまたはそれよりも多く、下地基板１０の幅を広くする、またはＧａＮ結晶１１の厚さを厚くするなどの調整をすることによって、所望の大きさの箇所１１ａが得られるＧａＮ結晶１１を得ることが可能である。
【００４５】
なお、上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であることが確認された場合には、ＧａＮ結晶１１の上記の箇所１１ａを取り出す工程を行なう必要がないことは言うまでもない。
【００４６】
（スライス工程）
次に、上記のようにして作製したラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶１１またはＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを表面１２および裏面１４と平行な方向にスライスする工程を行なう。これにより、図１０の模式的断面図に示すように、複数の実施形態１のＧａＮ基板１を得ることができる。
【００４７】
なお、実施形態１においては、１つのＧａＮ結晶１１から複数のＧａＮ基板１を得る場合について説明しているが、１つのＧａＮ結晶１１から１枚のＧａＮ基板１を得てもよい。この場合にも、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ基板１を得ることができる。
【００４８】
（研磨工程）
次に、上記のスライスする工程を行なった後の図１１の模式的断面図に示す実施形態１のＧａＮ基板１を研磨する工程を行なう。このようにして得られた実施形態１のＧａＮ基板１においては、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とすることができるとともに、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値を０．５ｃｍ-1以下とすることができる。
【００４９】
＜半導体デバイス＞
図１２に、実施形態１のＧａＮ基板１上に半導体膜３１が形成されてなる半導体デバイス４１の模式的な断面図を示す。ここで、半導体膜３１は、ＧａＮ基板１の表面２上および裏面４上の少なくとも一方に形成されていればよい。また、半導体膜３１の形成方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の有機金属気相成長法を用いることができる。さらに、半導体膜３１の成膜後に、電極等の他の部材が形成されていてもよい。
【００５０】
実施形態１の半導体デバイス４１としては、たとえば、発光ダイオード若しくはレーザダイオードなどの発光素子、ショットキーバリアダイオードなどの整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ若しくはＨＥＭＴ（Ｈｉｇｈ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｏｂｉｌｉｔｙ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射センサ若しくは可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Ｓｕｒｆａｃｅ  Ａｃｏｕｓｔｉｃ  Ｗａｖｅ  Ｄｅｖｉｃｅ）、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ  Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｓｙｓｔｅｍｓ）部品または圧電アクチュエータなどの半導体デバイスが挙げられる。
【００５１】
［実施形態２］
実施形態２のＧａＮ基板１は、実施形態１のＧａＮ基板１に加えて、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるとともに、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴としている。この場合には、ＧａＮ基板１の表面２における応力分布がより均一になるとともに、ＧａＮ基板１の裏面４における応力分布がより均一になるため、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な面内で、かつＧａＮ基板１の表面２の中心と外縁とを結ぶ方向にＧａＮ基板１の表面２および裏面４のいずれかの面の一部を起点としてＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板１に発生しようとする、ＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。
【００５２】
また、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制する観点からは、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値は０．３ｃｍ-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ-1以下であることがより好ましい。
【００５３】
また、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制する観点からは、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値は０．３ｃｍ-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ-1以下であることがより好ましい。
【００５４】
実施形態２における上記以外の説明は、実施形態１と同様であるため、その説明については繰り返さない。
【００５５】
［実施形態３］
実施形態３のＧａＮ基板１は、実施形態１または実施形態２のＧａＮ基板１に加えて、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きく、ラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっていることを特徴としている。一般に、ＧａＮ基板の周縁における引張応力が大きくなるにしたがって、ＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生しやすくなる。しかしながら、実施形態３のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の周縁領域が重心位置よりもＧａＮ基板１に存在する応力が圧縮側となる。そのため、実施形態３のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な面内で、ＧａＮ基板１の表面２の外縁または裏面４の外縁のいずれか一方の一部を起点としてＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板１に発生しようとする、ＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。
【００５６】
実施形態３における上記以外の説明は、実施形態１および実施形態２と同様であるため、その説明については繰り返さない。
【実施例】
【００５７】
＜ＧａＮ基板の作製＞
図１３にその概略を示す成長炉３００を使用して、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ結晶の成長を行なう。
【００５８】
ここで、成長炉３００は、反応室３０１と、反応室３０１内に下地基板１０を保持するための基板ホルダ３０２と、Ｇａ原料ガス（ＧａＣｌ）１３３を合成するための合成室３０３と、合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入するためのガス導入管３０５と、反応室３０１内にＮ原料ガス（ＮＨ3）１３６を導入するためのガス導入管３０６と、反応後のガスを反応室３０１から排気するための排気管３０７と、を含んでいる。また、合成室３０３内にはＧａ１３２が収容されているＧａボート３０４が設置されており、反応室３０１、合成室３０３、ガス導入管３０５およびガス導入管３０６の周囲には、ヒータ３０８、ヒータ３０９およびヒータ３１０が設置されている。
【００５９】
まず、反応室３０１内の基板ホルダ３０２上に下地基板１０を設置する。ここで、下地基板１０としては、直径が４インチの円形のサファイア基板の全面に有機金属気相成長法でＧａＮ膜を２μｍの厚さで成長させたサファイアテンプレート基板上に、直線状の４μｍ幅のＳｉＯ2マスクを８μｍ間隔で全面に形成したものを用いている。下地基板１０は、下地基板１０の表面内における原料ガスの供給量の均一性を向上させるために１０°傾けて設置されている。
【００６０】
次に、下地基板１０を加熱して下地基板１０の表面温度を１１００℃に保持するとともに下地基板１０を１０ｒｐｍの速度で回転させた状態で、Ｇａ原料ガス１３３およびＮ原料ガス１３６を含む原料ガスを反応室３０１内に導入することにより、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させる。ここで、Ｇａ原料ガス１３３の分圧は２×１０3Ｐａであり、Ｎ原料ガス１３６の分圧は１×１０4Ｐａであって、キャリアガスとしてＨ2ガスを用いている。
【００６１】
なお、Ｇａ原料ガス１３３は、合成室３０３内に設置されているＧａボート３０４を８５０℃に加熱し、ガス導入管３０５により合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入して、Ｇａボート３０４中のＧａ１３２とＨＣｌガス１３１とを反応させることにより生成される。また、ＨＣｌガス１３１は、キャリアガスであるＨ2ガスとともに合成室３０３内に導入される。
【００６２】
そして、下地基板１０の表面上に平坦で傾斜のない（０００１）面からなり、直径４インチの円形の表面および裏面を有する厚さ６ｍｍのＧａＮ結晶を成長させる。そして、下地基板１０からＧａＮ結晶を切り離す。なお、ＧａＮ結晶は、ＧａＮ結晶の成長条件を変えて複数個成長させる。
【００６３】
次に、ＧａＮ結晶をスライスすることによって厚さ３５０μｍの複数の直径４インチのＧａＮ基板（ＧａＮ基板の表面および裏面の面積：８１．０３ｃｍ2）を得る。そして、ＧａＮ基板の表面および裏面の加工歪を研磨によって除去した後に、ＧａＮ基板の表面の重心位置ＡにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、ＧａＮ基板の表面の周縁から内側に５ｍｍの点ＢにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、ＧａＮ基板の裏面の重心位置ＣにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃと、ＧａＮ基板の裏面の周縁から内側に５ｍｍの点ＤにおけるＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとを測定する。また、ラマンシフト量ａ〜ｄは、それぞれ、ラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ2Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数とされる。また、Ｅ2Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークは、測定領域や測定条件によって変化するが、通常５６４．０ｃｍ-1〜５６９．０ｃｍ-1の範囲内に存在する。
【００６４】
そして、上記の測定値から以下の（ａ）〜（ｆ）の値を算出し、算出された値に応じて、直径４インチのＧａＮ基板を表１のサンプルＮｏ．１〜２２に分類する。なお、サンプルＮｏ．１〜７および１１〜２２は実施例であり、サンプルＮｏ．８〜１０は比較例である。
【００６５】
（ａ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ-1］の｜ａ−ｃ｜の欄に記載）。
【００６６】
（ｂ）ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ-1］の｜ｂ−ｄ｜の欄に記載）。
【００６７】
（ｃ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ-1］の｜ａ−ｂ｜の欄に記載）。
【００６８】
（ｄ）ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ-1］の｜ｃ−ｄ｜の欄に記載）。
【００６９】
（ｅ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの大小関係（表１および表２のラマンシフト量大小のａ，ｂの欄に記載）。
【００７０】
（ｆ）ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量大小のｃ，ｄの欄に記載）。
【００７１】
上記のＥ2Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａ〜ｄは、以下のようにして測定している。まず、光源としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）第２高調波のレーザ装置を用い、当該レーザ装置から出射された波長５３２ｎｍのレーザ光を幅１００μｍのスリットに通した後、レンズで集光する。ここで、レーザ光のスポット径は５０倍の対物レンズを使用しているため約２μｍとなり、露光は積算３０秒で１回とする。また、レーザ光の強度は、発振出力０．１Ｗ（ＧａＮ結晶の表面では約１０ｍＷ）である。そして、上記レーザ光をＧａＮ基板に対して垂直に照射し、ｃ軸方向の後方散乱配置でラマン散乱光をＧａＮ基板の温度が２０℃の状態で検出する。なお、波数校正にはＮｅランプの４本の輝線スペクトルを二次関数で近似する方法を用い、測定した数値データはローレンツ関数で近似し、得られたラマンシフトのスペクトルにおいて、Ｅ2Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数を求めることができる。
【００７２】
＜半導体膜の作製＞
上記のようにして作製されたサンプルＮｏ．１〜２２のＧａＮ基板を有機金属気相成長炉に投入し、１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスおよびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスをＩＩＩ族原料とし、ＮＨ3ガスをＶ族原料とし、Ｈ2ガスをキャリアガスをとして、ＧａＮ基板上に毎時４μｍの成長速度で、ＨＥＭＴ用の半導体膜として厚さ１．５μｍのＧａＮ層および厚さ５０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層の順に成長させ、冷却して、有機金属気相成長炉から取り出す。
【００７３】
そして、表１のサンプルＮｏ．１〜２２の分類ごとに上記の半導体膜の成長後のＧａＮ基板に生じたクラックおよび割れの発生率について算出する。その結果を表１の「抑制率［％］」の欄に示す。なお、表１の抑制率［％］は、上記のようにしてサンプルＮｏ．ごとに分類されたＧａＮ基板を、その分類ごとに１０枚ずつ有機金属気相成長炉に投入し、分類ごとのＧａＮ基板の投入枚数に対する、上記の半導体膜の成長後にクラックおよび割れが全く発生していないＧａＮ基板の枚数の割合［％］を示している。
【００７４】
【表１】
2018199619.tif 000003
【００７５】
また、ＧａＮ基板の直径を６インチとしたこと以外は上記と同様にして、直径６インチのＧａＮ基板（ＧａＮ基板の表面および裏面の面積：１８２．３２ｃｍ2）をサンプルＮｏ．２３〜４４に分類し、サンプルＮｏ．２３〜４４の分類ごとにＧａＮ基板に生じたクラックおよび割れの発生の抑制率について算出する。その結果を表２の「抑制率［％］」の欄に示す。なお、サンプルＮｏ．２３〜２９およびサンプルＮｏ．３３〜４４は実施例であり、サンプルＮｏ．３０〜３２は比較例である。
【００７６】
【表２】
2018199619.tif 000004
【００７７】
なお、表１および表２において、「０．５＜」は「０．５ｃｍ-1よりも大きい」を、「０．３〜０．５」は「０．３ｃｍ-1よりも大きく０．５ｃｍ-1以下」を、「０．１〜０．３」は「０．１ｃｍ-1よりも大きく０．３ｃｍ-1以下」を、「０．１≦」は「０．１ｃｍ-1以下」を意味している。
【００７８】
＜評価＞
表１および表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるサンプルＮｏ．１〜７および１１〜２２のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．８〜１０のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。また、サンプルＮｏ．１〜７の比較から、ＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生の抑制率は、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値およびラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値がそれぞれ小さくなるにしたがって低くなっていくこともわかる。
【００７９】
また、表１に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるサンプルＮｏ．１〜７および１４〜２２のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．８〜１３のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。
【００８０】
また、表１に示すように、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きくなっており、かつラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっているサンプルＮｏ．１９のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．２０〜２２のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。
【００８１】
また、表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるサンプルＮｏ．２３〜２９および３３〜４４のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．３０〜３２のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。また、サンプルＮｏ．２３〜２９の比較から、ＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生の抑制率は、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値およびラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値がそれぞれ小さくなるにしたがって低くなっていくこともわかる。
【００８２】
また、表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるサンプルＮｏ．２３〜２９および３６〜４４のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．３０〜３５のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。
【００８３】
また、表２に示すように、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きくなっており、かつラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっているサンプルＮｏ．４１のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．４２〜４４のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。
【００８４】
また、ＧａＮ結晶の気相成長工程において、ＧａＮ結晶の成長開始時点から厚さ５μｍに成長する時点までＧａＮ結晶の気相成長速度を４０μｍ／時間以下とした場合、特に、ＧａＮ結晶の成長開始時点から厚さ１５μｍに成長する時点までＧａＮ結晶の気相成長速度を３０μｍ／時間以下とし、その後、３０μｍ／時間以上（具体的には、１００μｍ／時間）とした場合には、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ基板が得られることが確認されている。
【００８５】
また、以下の（ｉ）または（ｉｉ）のいずれか一方の操作を行なった場合にもラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ基板が得られることが確認されている。
【００８６】
（ｉ）下地基板１０を加熱するヒータを設定することによって、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする。
【００８７】
（ｉｉ）下地基板１０の裏面に熱伝導率の高い材料（具体的には、カーボン板）を設置することによって、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする。
【００８８】
以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。
【００８９】
今回開示された実施形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
実施形態および実施例のＧａＮ基板は、半導体デバイスなどの用途に利用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１  ＧａＮ基板
２  表面
３  内部領域
４  裏面
５  領域
６  周縁領域
７  内部領域
１０  下地基板
１１  ＧａＮ結晶
１１ａ  箇所
１２  表面
１４  裏面
２１  入射光
２２  ラマン散乱光
３１  半導体膜
４１  半導体デバイス
１３１  ＨＣｌガス
１３２  Ｇａ
１３３  Ｇａ原料ガス
１３６  Ｎ原料ガス
３００  成長炉
３０１  反応室
３０２  基板ホルダ
３０３  合成室
３０４  Ｇａボート
３０５，３０６  ガス導入管
３０７  排気管
３０８，３０９，３１０  ヒータ。
【図１】
2018199619.tif 000005
【図２】
2018199619.tif 000006
【図３】
2018199619.tif 000007
【図４】
2018199619.tif 000008
【図５】
2018199619.tif 000009
【図６】
2018199619.tif 000010
【図７】
2018199619.tif 000011
【図８】
2018199619.tif 000012
【図９】
2018199619.tif 000013
【図１０】
2018199619.tif 000014
【図１１】
2018199619.tif 000015
【図１２】
2018199619.tif 000016
【図１３】
2018199619.tif 000017