(57)【要約】【課題】カーボンの残存が少ない窒化ガリウム基板の製造方法を提供する。【解決手段】カーボンを含むワックスを用いて窒化ガリウム基板を固定しながら窒化ガリウム基板の表面を処理する工程を有し、この工程を実施した後、窒化ガリウム基板を洗浄液を用いて洗浄することで、窒化ガリウム基板の表面におけるカーボンの量を減少させ、窒化ガリウム基板の表面に対して照射する電子線の加速電圧を３ｋＶとしたときのエネルギー分散型Ｘ線分析により得られるスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比を２以上にする。【選択図】図１
2015231943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カーボンを含むワックスを用いて窒化ガリウム基板を固定しながら前記窒化ガリウム基板の表面を処理する工程を有し、
前記工程を実施した後、前記窒化ガリウム基板を洗浄液を用いて洗浄することで、前記窒化ガリウム基板の表面におけるカーボンの量を減少させ、前記窒化ガリウム基板の表面に対して照射する電子線の加速電圧を３ｋＶとしたときのエネルギー分散型Ｘ線分析により得られるスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比を２以上にする
窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項２】
前記窒化ガリウム基板の表面を処理する工程では、前記窒化ガリウム基板の表面をカーボンを含む砥石を用いて研削する
請求項１に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項３】
前記窒化ガリウム基板の表面を処理する工程では、前記窒化ガリウム基板の表面をカーボンを含む砥粒を用いて研磨する
請求項１又は２に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項４】
前記窒化ガリウム基板の表面をウェットエッチングするエッチング工程をさらに有する
請求項１ないし３のいずれかに記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【請求項５】
前記エッチング工程は前記窒化ガリウム基板を前記洗浄液を用いて洗浄した後に行う
請求項４に記載の窒化ガリウム基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化ガリウム（ＧａＮ）などのＧａＮ系半導体結晶は、高輝度の青色を発する発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）、高寿命の青色レーザを発するレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）などの光素子材料として注目されている。
【０００３】
上記ＧａＮ系半導体結晶はバルク結晶成長が困難であるため、これまで良質で大型の単結晶ＧａＮを製造することは困難であった。しかし、近年、ＤＥＥＰ法（Dislocation Elimination by the Epi-growth with Inverted-Pyramidal Pits）やＶＡＳ法（Void-Assisted Separation Method）などを利用し、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法によりＧａＮ単結晶を異種基板上に結晶成長させたＧａＮ自立基板を用いてＧａＮ系半導体結晶を製造する方法が提案されている。
【０００４】
ＤＥＥＰ法においては、エッチングなどで除去が可能なＧａＡｓ基板上に、パターニングしたＳｉＮなどのマスクを形成し、その上にＧａＮ層を成長させ、結晶表面に故意にファセット面で囲まれたピットを複数形成し、ピットの底部に転位を集積させることで、その他の領域を低転位化する。そして、ＧａＡｓ基板を除去することにより、低転位化されたＧａＮ自立基板を得る（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ＶＡＳ法においては、サファイアなどの基板上に、ボイドが形成されたＧａＮ基板と網目構造のＴｉＮ薄膜を介してＧａＮ層を成長させることで、ＧａＮ基板の剥離と低転位化とを同時に可能とする（例えば、特許文献２参照）。
【０００６】
上記方法で得られたＧａＮ自立基板は、ＨＶＰＥ法でエピタキシャル成長された基板の表面とその裏面とが研削、研磨されて平坦に加工される。その後、指定の直径の円形にするため基板の外周加工が施される。そして、ウェットエッチンングなどの加工歪除去後、洗浄を実施して、ＧａＮミラーウェハとなる。
【０００７】
ＧａＮ基板の研磨方法としては、例えば特許文献３に記載された方法が知られている。特許文献３では、ワックスを用いて基板貼り付け盤にＧａＮ基板を固定した後に、定盤上に供給された遊離砥粒によりＧａＮ基板の表裏両面を研磨する。遊離砥粒には、ＧａＮ基板の硬度を考慮して、ダイアモンドが用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１６５７９９号公報
【特許文献２】特開２００４−２６９３１３号公報
【特許文献３】特開２００１−３２２８９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献３の方法で研磨されたＧａＮ基板を用いてエピタキシャル成長させると、エピタキシャル成長層の結晶性が悪く、これを用いた光デバイスにおいては、発光強度が低下して不良が生じ、歩留まりが低下するという問題があった。この問題を鋭意調査した結果、ＧａＮ基板の研磨に際して、遊離砥粒として用いられるダイアモンドがＧａＮ基板表面に埋め込まれて残存し、ダイアモンドのカーボン成分によりエピタキシャル成長層の結晶性が悪化することがわかった。また、研磨の際に用いるワックスが残存し、ワックスのカーボン成分により結晶性が悪化することがわかった。
【００１０】
本発明は、このような問題に鑑みて成されたもので、その目的は、基板表面におけるカーボンの残存が少ない窒化ガリウム基板を提供することにある。また、本発明の目的は、窒化ガリウム基板を用いて形成され、優れた発光強度を有する光デバイスを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の第１の態様は、窒化ガリウム基板の表面に対する、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）の加速電圧を３ｋＶとしたときのエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray microanalysis）において、前記ＥＤＸにより得られるＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が２以上の窒化ガリウム基板である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様の窒化ガリウム基板において、前記ＥＤＸスペクトルの前記ＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が３以上の窒化ガリウム基板である。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様または第２の態様の窒化ガリウム基板上にデバイス構造を形成した光デバイスである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、基板表面におけるカーボンの残存が少ない窒化ガリウム基板および優れた発光強度を有する光デバイスを得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ＧａＮ基板における加速電圧３ｋＶのＥＤＸスペクトルである。
【図２】加速電圧（Ｅｂ）と電子の進入深さ（Ｒｅ）との相関関係を示す図である。
【図３】本発明の一実施形態にかかる窒化ガリウム基板を製造するＨＶＰＥ製造装置を示す概略断面図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかる光デバイスの概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
上述したように、ＧａＮ基板を研磨する場合、その基板表面にはダイアモンドやワックスに由来するカーボンが残存する。この残存したカーボンにより、エピタキシャル成長されるエピタキシャル成長層は結晶性が悪化することになる。そこで、本発明者は、基板表面に残存するカーボン量を測定し、カーボン量と形成される光デバイスの発光強度の低下との関係について鋭意検討を行った。具体的には、エネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray microanalysis）によりＧａＮ基板の表面を測定して、得られるＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比からカーボン量を測定した。そして、カーボン量が発光強度の増減に及ぼす影響を評価した。その結果、ＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が所定数値よりも大きくなり、ＧａＮ基板の表面付近に残存するカーボン量が減少すると、エピタキシャル成長層の結晶性が良好となり、光デバイスにおける発光強度も向上できることを見出し、本発明を創作するに至った。
【００１７】
（ＧａＮ基板）
本実施形態の窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）は、その表面に対する、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）の加速電圧を３ｋＶとしたときのエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ：Energy Dispersive X-ray microanalysis）において、ＥＤＸにより得られるＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が２以上となっている。
【００１８】
ＳＥＭは、電子源（電子銃）から射出された電子線（電子）を絞り込んだ電子ビームを試料表面に照射して走査することで、試料表面から放出される二次電子を検出し、試料表面の形状を観察する装置である。ＥＤＸは、ＳＥＭにおける電子ビームの走査の際に試料表面から発生する特性Ｘ線を測定することで、試料表面に含まれる元素を特定する。また、所定のエネルギーを有する特性Ｘ線のカウント数／秒（ピーク強度）を測定することで、特定の元素の含有量を評価する。ＥＤＸにより得られるＥＤＸスペクトルは、例えば図１（後述する実施例のＧａＮ基板における加速電圧３ｋＶのＥＤＸスペクトル）のように示される。図１において、横軸は特性Ｘ線のエネルギーを示しており、縦軸はそのエネルギーの特性Ｘ線のカウント数／秒[cps（count per second）]を示す。図１によれば、ピークの高さ（ピーク強度）から、ＧａＮ基板を構成する元素のおおよその含有量が把握される。本実施形態においては、ＧａＮ基板表面に残存するカーボン量を評価するため、Ｇａに対するＣ（カーボン）量として、ＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比を算出し、残存するカーボン量の増減を判断している。そして、本実施形態のＧａＮ基板はＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が２以上となっており、Ｇａに対してＣが所定の比率以下となっている。
【００１９】
また、ＳＥＭにおいて、電子線（電子）は、所定の加速電圧により絞り込まれて電子ビームとなるが、加速電圧が高いほど電子は試料表面から深く進入することとなり、試料表面からより深い領域の情報を得ることができる。すなわち、ＳＥＭにおいては、加速電圧を調整して電子の進入深さを調整することにより、試料表面から所定の深さの領域の情報を得ることができる。
【００２０】
ここで、ＳＥＭの加速電圧と測定される試料（ＧａＮ基板）の深さとの関係について説明する。電子の進入深さは、照射する電子の加速電圧、測定試料の原子量、原子番号、および密度で決定され、下記式（１）で算出される（例えば、JPn.J.ApPl.Phys.Vol.40(2001)PP.476-479参照）。
【数１】
2015231943.tif 000003
【００２１】
上記式（１）において、ＧａＮ基板を測定する場合の加速電圧（Ｅｂ）と電子の進入深さ（Ｒｅ）との相関関係を図２に示す。図２によれば、加速電圧の増加に対応して電子の進入深さが増加することが示されている。つまり、加速電圧が低いほど電子の進入深さが小さく（浅く）なり、試料の表面により近い領域の情報を得ることができる。例えば、Ｅｂが３ｋＶの場合、Ｒｅが０．０９μｍとなり、Ｅｂが５ｋＶの場合、Ｒｅが０．２０μｍとなっている。
本実施形態においては、ＧａＮ基板の表面におけるカーボン量を評価するため、加速電圧を低くして走査することが好ましい。ただし、加速電圧を下げると、検出できる元素の特性Ｘ線の種類が減少し、また検出される特性Ｘ線の強度が下がり、測定時間が非常に長くなる。したがって、本実施形態においては、ＳＥＭの加速電圧を３ｋＶとして、ＥＤＸによりＧａＮ基板表面におけるカーボン量を評価している。
【００２２】
本実施形態の窒化ガリウム基板によれば、ＳＥＭの加速電圧を３ｋＶとしたときのエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）において、ＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が２以上となっている。この構成によれば、表面におけるカーボンの残存量が少ない窒化ガリウム基板とすることができる。このため、この窒化ガリウム基板を下地基板として用いて結晶成長させた場合、得られるエピタキシャル成長層の結晶性を向上することができる。
【００２３】
上記窒化ガリウム基板において、ＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が３以上であることが好ましい。この構成によれば、窒化ガリウム基板の表面におけるカーボンの残存量をさらに低減することが可能となり、エピタキシャル成長層の結晶性をさらに向上することができる。
【００２４】
本実施形態の窒化ガリウム基板から形成される光デバイスにおいては、結晶成長されるエピタキシャル成長層の結晶性が良好であるため、発光強度が高い。
【００２５】
（窒化ガリウム基板の製造方法）
上述した窒化ガリウム基板の製造方法は、窒化ガリウム基板（ＧａＮ基板）を形成する工程と、窒化ガリウム基板を研削・研磨する工程と、窒化ガリウム基板を所定の温度でボイル洗浄する工程と、窒化ガリウム基板を所定の温度でウェットエッチングする工程と、を有している。本実施形態においては、ＶＡＳ法によりＧａＮ基板を形成する。
【００２６】
まず、ＭＯＶＰＥ法によりサファイア基板にＧａＮ下地層を成長させる。このＧａＮ下地層に金属Ｔｉ薄膜を蒸着させる。その後、アンモニアと水素ガスの混合気流中で熱処理をすることにより金属Ｔｉ薄膜を窒化して網目構造のＴｉＮ薄膜とするとともに、ＧａＮ下地層をエッチングして空隙を形成し、ボイド形成基板を形成する。
【００２７】
続いて、ボイド形成基板上に、ＧａＣｌおよびＮＨ３を原料として用いるハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）によりＧａＮ結晶を成長させる。ＨＶＰＥ法は結晶成長速度が大きく、厚いＧａＮ結晶膜を容易に成長させることができる。ＨＶＰＥ法で結晶成長をさせる場合、図３に示すようなＨＶＰＥ製造装置が用いられる。
【００２８】
ＨＶＰＥ製造装置は、反応管１２と、その周囲に設けられたヒータ１１とを有し、反応管１２は、ボイド形成基板１８を設置する基板ホルダ１７と、ボイド形成基板１８付近に開口する反応ガス導入管１３、１５と、ボイド形成基板１８付近に開口するエッチングガス導入管１４と、排気口２１とを有する。反応ガス導入管１５にはＧａ金属１６を有する原料載置室２０が設けられている。
【００２９】
反応ガス導入管１３にＮＨ３を供給し、反応ガス導入管１５にＨＣｌガスを供給する。これらの反応ガスは、Ｈ２、Ｎ２等のキャリアガスとともに供給する。反応ガス導入管１５では、原料載置室２０内に収容されたＧａ金属１６とＨＣｌとが反応し、ＧａＣｌが生成される。つまり、反応ガス導入管１３、１５からは、ＧａＣｌおよびＮＨ３がボイド形成基板１８に供給されることになる。ＧａＣｌとＮＨ３とは反応して、ボイド形成基板１８上にＧａＮ結晶が気相成長する。エッチングガス導入管１４からは、エッチング用のＨＣｌガスがボイド形成基板１８に供給される。ＨＣｌエッチングガスの供給は、個々の初期核を大きくするために、結晶成長工程中連続的に行うか、結晶成長工程間に行う。
【００３０】
結晶成長終了後の降温過程において、ボイドを境に、ＧａＮ厚膜とサファイア基板とが自然に剥離することでＧａＮ基板（ＧａＮ自立基板）が得られる。
【００３１】
続いて、ワックスによりＧａＮ基板をセラミックプレートに貼り付けて固定し、ＧａＮ基板の裏面を研削、研磨して、ＧａＮ基板の平坦性を向上させる。同様にして、ＧａＮ基板の表面（成長面）を研削、研磨する。この工程において、砥粒であるダイアモンドスラリーがＧａＮ基板表面に埋め込まれることになる。また、ワックスは加熱により除去されるが、基板の表面にわずかに残存することになる。つまり、研削・研磨工程において、ＧａＮ基板表面にはカーボン成分が付着し残存する。
【００３２】
続いて、研磨されたＧａＮ基板を所定の温度でボイル洗浄する。この洗浄工程により、ＧａＮ基板の表面に残存するワックスを除去して、基板表面におけるカーボン成分を減少させる。ボイル洗浄の実施温度としては４０℃以上が好ましい。実施温度を４０℃以上とすることによって、用いる洗浄剤の反応性を向上させるとともに、カーボン成分を含有するワックスを溶かして、その除去を促進することができる。すなわち、カーボン成分を好適に除去して、ＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比を増加することができる。用いる洗浄剤は特に限定されないが、ワックスに由来するカーボン成分を好適に除去できるイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）が好ましい。
【００３３】
さらに、研磨されたＧａＮ基板を所定の温度でウェットエッチングする。このウェットエッチング工程により、ＧａＮ基板の加工歪を除去する。また、ウェットエッチング工程により、ＧａＮ基板の表面に埋め込まれたダイアモンドスラリーとともに、上記洗浄工程で除去しきれずに残存したワックスを除去して、基板表面に残存するカーボン量を減少させる。ウェットエッチング工程においては、エッチング液を加熱して７７℃以上でエッチングを実施することが好ましい。比較的高い温度でエッチングを行うことによりエッチングの反応性を向上させてエッチング処理時間を短縮することができる。また、ワックスを溶かして、カーボン成分を好適に除去することができる。
【００３４】
（光デバイスの製造方法）
続いて、上記で得られたＧａＮ基板を用いて、光デバイスを製造する光デバイスの製造方法について説明する。
【００３５】
上記で得られたＧａＮ基板の表面に対して、ＭＯＶＰＥ法によりＩｎＧａＮなどの窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる。本実施形態においては、ＧａＮ基板の表面に残存するカーボン成分が少ないため、成長される窒化物半導体結晶の結晶性は良好となる。また、結晶性が良好であるため、発光強度が高く、発光強度低下による不良を減少し、歩留まりを向上することができる。
【００３６】
なお、上記実施形態では、ＶＡＳ法により形成される窒化ガリウム基板を用いて説明したが、本発明はこれに限定されず、ＤＥＥＰ法などで形成される窒化ガリウム基板であっても同様に適用することができる。
【実施例】
【００３７】
以下の方法および条件で、本発明にかかる実施例の窒化ガリウム基板および光デバイスを製造した。これらの実施例は、本発明にかかる窒化ガリウム基板および光デバイスの一例であって、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【００３８】
（実施例１）
本実施例では、ＶＡＳ法により、ＧａＮ単結晶を成長させてＧａＮ基板を製造した。
まず、ボイド形成基板を準備した。ボイド形成基板は、サファイア基板（直径３．５インチ）上にＭＯＶＰＥ法などで厚さ５００ｎｍのＧａＮ下地層を形成し、この表面に厚さ３０ｎｍのＴｉ層を蒸着し、その後、Ｈ２およびＮＨ３の混合ガス中で３０分間熱処理（温度１０００℃）することで、Ｔｉ層を網目構造のＴｉＮに変換しつつ、ＧａＮ層をボイド化することによって作製した。
【００３９】
ボイド形成基板を図３に示すＨＶＰＥ製造装置内の基板ホルダ１７にセットして、反応管１２内を常圧とし、基板温度を１０５０℃まで加熱させた。初期核の形成条件としては、反応ガス導入管１３により５×１０−２ａｔｍのＮＨ３ガスを、キャリアガスである６×１０−１ａｔｍのＮ２ガスとともに導入し、反応ガス導入管１５により５×１０−３ａｔｍのＧａＣｌガスを、キャリアガスである２．０×１０−ｌａｔｍＮ２ガスと１．０×１０−１ａｔｍＨ２ガスとともに導入して、２０分間結晶成長させた。
【００４０】
初期核の形成後は、ＧａＣｌガス分圧を１．５×１０−２ａｔｍとＮＨ３ガスをキャリアガスであるＮ２ガス分圧を５．８５×１０−ｌａｔｍにする以外は初期核を形成した条件で結晶成長させた。そして、ＧａＮ結晶が全体で９００μｍになるまで結晶成長させてＧａＮ結晶を作製した。ＧａＮ結晶は、成長終了後の降温過程において、ボイドを境にＧａＮ厚膜とサファイア基板とが自然に剥離することで、自立型のＧａＮ基板を得た。
【００４１】
続いて、ワックスを用いて、ＧａＮ基板の表面をセラミックプレートに貼り付け固定した。その後、横型平面研削機によりＧａＮ基板の裏面を研削した。裏面の研削の実施条件は、使用砥石：メタルボンド＃８００、砥石径：１５０ｍｍ、砥石回転数：２０００ｒｐｍ、砥石送り速度：０．１μｍ／秒、研削実施時間：３０分間とした。さらに、片面高速精密ラッピングマシン機によりＧａＮ基板の裏面を研磨した。Ｎ極性面の機械研磨の実施条件は、定盤回転数：２００ｒｐｍ、圧力：０．２５ＭＰａ、研磨液：遊離砥粒径３μｍのダイアモンドスラリー、研磨液供給量：０．３Ｌ／ｍｉｎ、研磨実施時間を２０分間実施した。そして、ＧａＮ基板が貼り付けてあるセラミックプレートをホットプレートで加熱して、ワックスを溶かしＧａＮ基板を剥離した。
【００４２】
また、ＧａＮ基板のもう一方の面である表面を裏面と同様にして研削・研磨した。研削条件は、使用砥石：メタルボンド＃８００、砥石径：２００ｍｍ、砥石回転数：２５００ｒｐｍ、砥石送り速度：０．１μｍ／秒、研削実施時間：３０分間とした。研磨条件は、定盤回転数：２００ｒｐｍ、圧力：０．３０ＭＰａ、研磨液：遊離砥粒径１μｍのダイアモンドスラリー、研磨液供給量：０．３０Ｌ／ｍｉｎ、研磨実施時間を２０分間とした。そして、研削、研磨されたＧａＮ基板は、厚さが４００μｍとなった。
【００４３】
続いて、外径加工装置により、直径７６．２ｍｍ（３インチ）となるようにＧａＮ基板の外径加工を実施した。
【００４４】
続いて、ＧａＮ基板の表面に付着するワックスの除去を目的として、ＩＰＡ（イソプロピルアルコール）を用いてボイル洗浄を３０分間行った。この洗浄に際して、洗浄実施温度を４１℃に設定した。また、ＧａＮ基板の加工歪の除去、および基板表面に埋め込まれたダイアモンドスラリーに由来するカーボン成分の除去を目的として、２５％ＮＨ４ＯＨ溶液にＧａＮ基板を浸漬させることによってウェットエッチングを行った。ウェットエッチングにおいては、エッチング実施温度を７７℃として、９０分間実施した。ＧａＮ基板の洗浄条件およびウェットエッチング条件を表１に示す。
【００４５】
【表１】
2015231943.tif 000004
【００４６】
最後に、ＧａＮ基板を純水により洗浄し、窒素ガンで乾燥させることにより、実施例１のＧａＮ基板を得た。
【００４７】
（実施例２〜１４、比較例１〜７）
実施例２〜１４、比較例１〜７では、実施例１における洗浄条件（洗浄実施温度）およびウェットエッチング条件（エッチング実施温度）を表１に示すように変更した以外は、実施例１と同様の条件でＧａＮ基板を製造した。
【００４８】
上記実施例１〜１４および比較例１〜７で得られたＧａＮ基板について、表面のＥＤＸ測定を行い、ＧａＮ基板の表面に残存するカーボン量を評価した。具体的には、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）としてＶＥ−９８００Ｓ（キーエンス製）を、ＥＤＸスペクトル検出器としてＧＥＮＥＳＩＳ２０００（ＥＤＡＸ社製）を用いて、特性Ｘ線の取出し角度を１６．２８°として、ＧａＮ基板の中心位置のＥＤＸスペクトルを測定した。ＳＥＭの加速電圧は３ｋＶ、５ｋＶ、８ｋＶと変化させて測定した。それぞれの加速電圧における電子の進入深さは、式（１）から、それぞれ０．０９μｍ、０．２０μｍ、０．４５μｍと算出される。そして、ＧａＮ基板に対する基板表面付近のカーボンの量を測定するために、ＥＤＸスペクトルのＧａＬα（約１．１００ｋｅＶ）のピーク強度／ＣＫα（約０．２６６ｋｅＶ）のピーク強度の比を調査した。その結果を表２に示す。
【００４９】
【表２】
2015231943.tif 000005
【００５０】
表２によれば、ＳＥＭの加速電圧が３ｋＶの時では、ＩＰＡのボイル洗浄温度、ＮＨ４ＯＨのウェットエッチング温度が高いほど、ＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が高くなっており、基板表面付近のカーボンが除去されることが確認された。一方、ＳＥＭの加速電圧が５ｋＶと８ｋＶの時では、ＥＤＸスペクトルのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比がほとんど変化しなかった。これは、電子線のＧａＮ基板表面への進入深さが大きく、基板表面付近のカーボンの変化が現れないためである。このことから、表面付近のカーボンの変化を調査するためには、加速電圧を３ｋＶとすることが適正であると考えられる。
【００５１】
続いて、実施例および比較例で得られたＧａＮ基板を用いて光デバイスを製造し、その発光強度を測定することにより、その結晶性を評価した。
【００５２】
ＭＯＶＰＥ法により、ＧａＮ基板のＧａ極性面（表面）上に、基板温度１０２０℃、Ｈ２キャリアガスにアンモニアおよびトリメチルガリウムとトリメチルインジウムを供給し、図４に示すエピタキシャル膜の構造を成長させた。具体的には、実施例１のＧａＮ基板１（厚さ４００μｍ）に、ＧａＮバッファ層２（厚さ２５００ｎｍ）と、ＩｎＧａＮバリア層（厚さ約８ｎｍ）とＩｎＧａＮ井戸層（厚さ約５ｎｍ）とを交互に６周期積層させ、さらにＩｎＧａＮバリア層（厚さ約８ｎｍ）を成長させた多重量子井戸層３と、ＧａＮキャップ層４（厚さ約３０ｎｍ）と、を積層させて、光デバイス１０を製造した。
【００５３】
製造された光デバイスについて、フォトルミネッセンス測定装置ＲＰＭ２０００（ＡＣＣＥＮＴ社製）により、ＧａＮ基板の中心位置のＩｎＧａＮ量子井戸層のバンドギャップに対応する波長のフォトルミネッセンスピーク強度の測定を実施した。フォトルミネッセンス測定の条件は、レーザ光源：波長３２５ｎｍＨｅ−Ｃｄレーザ、受光スリット幅：０．１ｍｍ、測定波長範囲：３６７．９ｎｍ〜４３２．４ｎｍとした。ＧａＮ基板の発光強度を調査した。調査した結果を表３に示す。
【００５４】
【表３】
2015231943.tif 000006
【００５５】
表３によれば、ピーク強度比が２．０以上３．０未満である実施例１〜５の光デバイスは、フォトルミネッセンスの発光強度が１．４９３〜１．５６３Ｖｏｌｔ／ｍＷとなっている。また、ピーク強度比が３．０以上である実施例６〜１４の光デバイスは、その発光強度が２．９６５〜３．１５２Ｖｏｌｔ／ｍＷとなっている。一方、ピーク強度比が２．０より小さい比較例１〜７の光デバイスは、０．４７８〜０．５８９Ｖｏｌｔ／ｍＷとなっている。つまり、比較例１〜７においては、実施例１〜１４と比較して発光強度が低下している。
【００５６】
比較例１〜７では、加速電圧３ｋＶのＧａＬα／ＣＫαのピーク強度比が２．０より小さく、表面に残存するカーボン量が比較的多いＧａＮ基板を用いているため、窒化物半導体結晶を成長させた際に結晶性が悪化して、発光強度が低下したものと考えられる。これに対して、実施例１〜１４では、ピーク強度比が２．０以上であるＧａＮ基板を用いているため、表面に残存するカーボン成分が少なく、成長する窒化物半導体結晶の結晶性が良好であるものと考えられる。特に、ピーク強度比が３．０以上である実施例６〜１４では、さらに残存するカーボン量が少なく、エピタキシャル成長層の結晶性がさらに良好になっているものと考えられる。そして、結晶性が良好な結果、実施例１〜１４の光デバイスにおいては、発光強度の低下が抑制され、大きな発光強度を得られた。
【符号の説明】
【００５７】
１    ＧａＮ基板
２    ＧａＮバッファ層
３    多重量子井戸層
４    ＧａＮキャップ層
１０  光デバイス
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図１】
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