(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶性の良い高品質な半導体デバイス構造を形成させ得る窒化ガリウム自立基板を提供する。【解決手段】窒化ガリウム結晶が完全結晶に近くなると、Ｘ線の吸収係数による減衰を示さないで、Ｘ線が結晶を通過する異常透過現象が現れ、これを利用した透過Ｘ線トポグラフィを試験項目とすることにより、検査工程で許容できない欠陥の検出が可能となる。異常透過による回折トポグラフ像が測定される窒化ガリウム自立基板は、例えば、次の手順により製造することができる。（i）ｃ面ＧａＮテンプレートをシードに用いて、ＨＶＰＥ法により一次ＧａＮ結晶を成長させて一次基板（ｃ面ＧａＮ基板）を作製し、（ii）一次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により二次ＧａＮ結晶を成長させ、二次基板（ｍ面ＧａＮ基板）を作製した後、（iii）二次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により三次ＧａＮ結晶を成長させ、窒化ガリウム自立基板とする。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される
ことを特徴とする窒化ガリウム自立基板。
【請求項２】
Ｘ線の吸収係数μにＸ線の入射面である主表面に対して垂直方向の厚さｔを乗じたμｔが１より大きい場合に、異常透過による回折トポグラフ像が測定される
ことを特徴とする請求項１に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項３】
前記μｔが１０より大きい場合に、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される
ことを特徴とする請求項２に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項４】
主表面の法線とｍ軸との間の角度が０度以上２０度以下である
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項５】
前記主表面において少なくとも７０％の範囲で、異常透過による回折トポグラフ像が測定される
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項６】
前記主表面において少なくとも５ｍｍ角の範囲で、異常透過による回折トポグラフ像が測定される
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項７】
前記主表面のサイズが１０ｍｍ角以上である
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項８】
前記主表面をｍ面に垂直投影したときの、投影像のｃ軸方向の寸法が１５ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項９】
前記主表面をｍ面に垂直投影したときの、投影像のａ軸方向の寸法が２５ｍｍ以上である
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項１０】
前記厚さｔは、１５０μｍ以上である
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板。
【請求項１１】
窒化ガリウム結晶を加工することによって請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の窒化ガリウム自立基板を作製し得る
ことを特徴とする窒化ガリウム結晶。
【請求項１２】
異常透過を利用した透過Ｘ線トポグラフィを試験項目に含む検査工程を備え、
前記検査工程で許容できない欠陥が見出された製品を不合格品とする
ことを特徴とする窒化ガリウム自立基板の生産方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウム自立基板、窒化ガリウム結晶及び窒化ガリウム基板の生産方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、物質の完全性（結晶性）がシリコン単結晶のように高くなると、Ｘ線トポグラフ装置において、特定の回折指数に対して異常透過現象（以下、単に異常透過と呼ぶ。）が観察されることが広く知られている。
【０００３】
このような異常透過現象の発生を利用した角度分析板として、例えば、特許文献１には、厚さｔと吸収係数μとを乗じた値μｔが５以上、原子面が（２２０）面又は（４４０）面のシリコン単結晶が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2012-251834号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板の場合には、未だに異常透過が発生するほど物質の完全性が高いＧａＮ自立基板を製造することは難しく、ＧａＮ自立基板において異常透過は発生していない。そして、異常透過が発生するほど物質の完全性が高いＧａＮ自立基板を製造することができれば、当該ＧａＮ自立基板の主表面に窒化物半導体を良好にエピタキシャル成長させて、結晶性の良い高品質な窒化物半導体を形成することができるものと考えられる。
【０００６】
本発明は以上の点を考慮してなされたものであり、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成させ得る窒化ガリウム自立基板、窒化ガリウム結晶及び窒化ガリウム自立基板の生産方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の窒化ガリウム自立基板は、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される。また、本発明の窒化ガリウム結晶は、窒化ガリウム結晶を加工することによって上述の窒化ガリウム自立基板を作製し得る。
【０００８】
従って、本発明の窒化ガリウム自立基板及び窒化ガリウム結晶では、物質の完全性が高いため、窒化ガリウム自立基板の主表面に窒化物半導体を良好にエピタキシャル成長させて、結晶性の良い高品質な窒化物半導体を形成することができる。
【０００９】
本発明の窒化ガリウム自立基板の生産方法は、異常透過を利用した透過Ｘ線トポグラフィを試験項目に含む検査工程を備え、検査工程で許容できない欠陥が見出された製品を不合格品とする。
【００１０】
従って、本発明の窒化ガリウム自立基板の生産方法では、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成することができる窒化ガリウム自立基板のみを出荷することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成させ得る窒化ガリウム自立基板、窒化ガリウム結晶及び窒化ガリウム自立基板の生産方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】ＧａＮ自立基板が通常有する形状を説明する概念図である。
【図２】透過配置のＸ線トポグラフ装置の概念図である。
【図３】ａ軸方向、ｃ軸方向およびｍ軸方向の寸法が、それぞれ、２５ｍｍ、１５ｍｍおよび６ｍｍであるＧａＮ結晶を示す概念図である。
【図４】アモノサーマル法で使用される結晶成長装置の概念図である。
【図５】窒素極性面上にストライプパターンの成長マスクが形成されたｃ面ＧａＮ基板上における、ＧａＮ結晶の成長の様子を示す斜視図である。
【図６】窒素極性面上にストライプパターンの成長マスクが形成されたｃ面ＧａＮ基板上に、アモノサーマル的に成長する二次ＧａＮ結晶が形成する構造を示す斜視図である。
【図７】成長方向に対して傾斜した安定面が表面に出現することにより、ＧａＮ結晶の成長レートが鈍化することを説明する図面である。
【図８】評価に使用した実施例１の三次基板の写真である。
【図９】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が７．４°、回折角が１４．８°のときの実施例１の三次基板の異常透過による（００２）回折トポグラフ像である。
【図１０】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が１２．９°、回折角が２５．８°のときの実施例１の三次基板の異常透過による（１１０）回折トポグラフ像である。
【図１１】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの実施例１の三次基板の反射による回折トポグラフ像である。
【図１２】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの実施例１の三次基板の反射による回折トポグラフ像である。
【図１３】評価に使用した比較例１のＧａＮ自立基板の写真である。
【図１４】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの比較例１のＧａＮ自立基板の反射による回折トポグラフ像である。
【図１５】評価に使用した比較例２のＧａＮ自立基板の写真である。
【図１６】Ｘ線トポグラフ装置により測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの比較例２のＧａＮ自立基板の反射による回折トポグラフ像である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板の定義）
【００１４】
図１は、ＧａＮ自立基板が通常有する形状を説明する概略図である。図１（ａ）は、円板の斜視図である。図１（ｂ）は、矩形の主表面を有する板の斜視図である。
【００１５】
図１（ａ）において、ＧａＮ自立基板１の形状は、円板、すなわち円形の主表面を有する板である。図１（ｂ）において、ＧａＮ自立基板１は、矩形の主表面を有する板である。図１（ａ）及び図１（ｂ）において、ＧａＮ自立基板１は、第１主表面２及び当該第１主表面２と反対側の第２主表面と、端面３とを有している。
【００１６】
本明細書において、ＧａＮ自立基板とは、単独で取り扱い得る厚さを有するＧａＮ基板をいう。ＧａＮ自立基板として取り扱い得るために必要な最低の厚さは、主表面のサイズによって変わり得るが、１５０μｍが好ましい。本発明のＧａＮ自立基板の厚さは、２５０μｍ以上がより好ましく、３００μｍ以上がさらに好ましい。
【００１７】
本明細書において、ｍ面ＧａＮ基板とは、ｍ面である主表面を有するＧａＮ自立基板を意味する。ｍ面ＧａＮ基板には、主表面の法線がＧａＮ結晶の＜１０−１０＞方向と平行である基板が含まれる他、主表面の法線がＧａＮ結晶の＜１０−１０＞方向となす角度が２０度以下であるオフ角付き基板が含まれる。
【００１８】
本明細書において、ｃ面ＧａＮ基板とは、ｃ面である主表面を有するＧａＮ自立基板を意味する。ｃ面ＧａＮ基板には、主表面の法線がＧａＮ結晶の［０００１］方向と平行である基板が含まれる他、主表面の法線がＧａＮ結晶の［０００１］方向となす角度が１０°以下であるオフ角付き基板が含まれる。ｃ面ＧａＮ基板は、ＧａＮ結晶が持つ本来的な性質のために、一方の主表面が＋ｃ面（Ｇａ極性面）となり、他方の主表面が−ｃ面（Ｎ極性面）となる。
【００１９】
（本実施形態のＧａＮ自立基板及びＧａＮ結晶）
図２は、透過配置のＸ線トポグラフ装置の概念図である。この場合、ＧａＮ自立基板１の厚さはｔである。Ｘ線源４は、ＧａＮ自立基板１の一方の主表面である第１主表面側に配置されている。Ｘ線検出器５は、ＧａＮ自立基板１の他方の主表面である第２主表面側に配置されている。Ｘ線源４及びＸ線検出器５は、回折面６においてＸ線がＧａＮ自立基板１において回折し異常透過したときに回折トポグラフ像が測定されるように配置されている（ラング法による配置）。
【００２０】
この場合、Ｘ線源４は、ＧａＮ自立基板１の第１主表面にＸ線を入射する。Ｘ線は、所定の入射角でＧａＮ自立基板１に入射し、ＧａＮ自立基板１の回折面６において回折及び又は透過が起きる。Ｘ線検出器５は、ＧａＮ自立基板１の回折面６において回折及び又は透過したＸ線を検出し、その結果、異常透過による回折トポグラフ像を結像する。
【００２１】
なお、Ｘ線トポグラフ装置は、基板１のような板状結晶のみならず、加工前の例えばアズグロウン結晶であっても異常透過による回折トポグラフ像を測定することができる。
【００２２】
本実施形態のＧａＮ自立基板は、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される。また、本実施形態のＧａＮ自立基板は、Ｘ線の吸収係数μにＸ線の入射面である主表面に対して垂直方向の厚さｔを乗じたμｔが１より大きい場合に、異常透過による回折トポグラフ像が測定される。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、μｔが１０より大きい場合に、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される。
【００２３】
異常透過（Campbell-Bormann effect）とは、完全結晶に近くなると、Ｘ線の吸収係数による減衰を示さないで、Ｘ線が結晶を通過する現象である。原理的には、Ｘ線がブラッグ反射(回折)を起こし、当該Ｘ線が結晶内で吸収されないで繰り返し反射(回折)を続けたのち結晶外に出る。詳しくは動力学的回折理論によって説明される。
【００２４】
ここで、Ｘ線の吸収係数μに前記厚さｔを乗じたμｔが１より大きい場合について説明する。不完全な結晶の場合には、Ｘ線は結晶内で減衰して結晶を透過せず結像が起こらない。これに対して、完全な結晶若しくは完全な結晶に近い結晶の場合には、Ｘ線は減衰をせず結晶を透過し結像が起こる。これを異常透過による回折トポグラフ像という。
【００２５】
吸収係数μは、例えば、Ｘ線源がモリブデンＫアルファ（ＭｏＫα）の場合には、２９０．４０（ｃｍ-1）である。従って、μｔが１となるには厚さｔは３４．４μｍ必要であり、μｔが３となるには厚さｔは１０３．３μｍ必要であり、μｔが３となるには厚さｔは２０６．６μｍ必要であり、μｔが１０となるには厚さｔは３４４μｍ必要である。本実施形態のＧａＮ自立基板の厚さは、１５０μｍが好ましく、２５０μｍ以上がより好ましく、３００μｍ以上がさらに好ましい。本実施形態のμｔは、１より大きいことが好ましく、３より大きいことがより好ましく、６より大きいことがさらに好ましく、１０より大きいことがさらに好ましい。
【００２６】
また、本実施形態のＧａＮ自立基板は、主表面の法線とｍ軸との間の角度が０度以上２０度以下である。本実施形態のＧａＮ自立基板における主表面の法線とｍ軸との間の角度は、例えば、５度である。
【００２７】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、図２で示す第１主表面２において少なくとも７０％の範囲で異常透過による回折トポグラフ像が測定される。本実施形態のＧａＮ自立基板及びＧａＮ結晶において測定される異常透過による回折トポグラフ像は、８０％以上、さらには９０％以上であることがより好ましい。例えば、ＧａＮ自立基板外周のダメージ層が存在する場合や、部分的に異常透過が起こらない領域があっても、おおよそ７０％以上の領域で異常透過が起こる基板であれば、本願発明の課題を解決することができる。
【００２８】
また、本実施形態のＧａＮ自立基板は、図２で示す第１主表面２において少なくとも５ｍｍ角の範囲で異常透過による回折トポグラフ像が測定される。本実施形態のＧａＮ自立基板において測定される異常透過による回折トポグラフ像は、７ｍｍ角以上、さらには１０ｍｍ角以上であることがより好ましい。
【００２９】
なお、第１主表面２の異常透過による回折トポグラフ像が測定される範囲は、画像処理ソフトなどにより測定することができる。
【００３０】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、その主表面のサイズが１０ｍｍ角以上である。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、その主表面をｍ面に垂直投影したときの、投影像のｃ軸方向の寸法が１５ｍｍ以上、ａ軸方向の寸法が２５ｍｍ以上で有り得る。一例として、図３に、ａ軸方向、ｃ軸方向およびｍ軸方向の寸法が、それぞれ、２５ｍｍ、１５ｍｍおよび６ｍｍであるＧａＮ結晶を示す。このＧａＮ結晶からは、ｍ面に対する主表面の傾斜がａ軸方向０度、ｃ軸方向±２１度以内であり、主表面をｍ面に垂直投影したときの投影像の寸法がｃ軸方向１５ｍｍ、ａ軸方向２５ｍｍである基板を、切り出すことができる。主表面のｍ面からの傾斜角が小さな基板である程、切り出し得る枚数は多くなる。
【００３１】
さらに、本実施形態のＧａＮ結晶は、当該ＧａＮ結晶を加工することによって本実施形態のＧａＮ自立基板を作製し得る。
【００３２】
（本実施形態のＧａＮ自立基板の生産方法）
本実施形態のＧａＮ自立基板の生産方法は、異常透過を利用したＸ線トポグラフィを試験項目に含む検査工程（透過配置のＸ線トポグラフ装置を用いた検査工程）を設け、そこで許容できない欠陥が見出された製品を不合格品とすることが好ましい。これにより、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成することができる窒化ガリウム自立基板のみを出荷することができる。
【００３３】
（本実施形態のＧａＮ自立基板の製造方法）
本実施形態のＧａＮ自立基板（三次基板）は、限定されるものではないが、次の手順により製造することができる。
（i）ｃ面ＧａＮテンプレートをシードに用いて、ＨＶＰＥ法により一次ＧａＮ結晶を成長させ、一次ＧａＮ結晶を加工して、一次基板（ｃ面ＧａＮ基板）を作製する。
（ii）一次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により二次ＧａＮ結晶を成長させ、二次ＧａＮ結晶を加工して、二次基板（ｍ面ＧａＮ基板）を作製する。
（iii）二次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により三次ＧａＮ結晶を成長させる。また、三次ＧａＮ結晶を加工して、三次基板を作製する。
【００３４】
各ステップの詳細を以下に説明する。
【００３５】
（一次基板の作製）
一次ＧａＮ結晶は、予めＧａＮ層の表面に選択成長用のマスクパターンを形成したｃ面ＧａＮテンプレートをシードに用いて、ＨＶＰＥ法により成長させる。
【００３６】
ｃ面ＧａＮテンプレートとは、ＧａＮとは異なる化学組成を有する単結晶基板を基材とし、その一方の主表面上にｃ軸成長した単結晶ＧａＮ層を有する、複合基板である。単結晶ＧａＮ層の表面は、ＧａＮの＋ｃ面（Ｇａ極性面）である。
【００３７】
ｃ面ＧａＮテンプレートの基材は、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＡｌＮ基板などである。単結晶ＧａＮ層はＭＯＣＶＤ法により形成され、その厚さは、例えば０．５〜１００μｍである。
【００３８】
単結晶ＧａＮ層の表面には、選択成長用のマスクパターンを設けてもよい。マスクパターンは、窒化ケイ素（ＳｉＮx）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2）のような、ＧａＮの気相成長を阻害する材料からなる薄膜で形成する。マスクパターンの好適例はストライプパターン（ライン＆スペースパターン）である。ストライプの方向は、単結晶ＧａＮ層のｍ軸に平行とする。
【００３９】
ＨＶＰＥ法で成長させたバルクの一次ＧａＮ結晶の外形を適宜な形状に加工した後、スライス加工、表面エッチングによるダメージ層除去、主表面の平坦化等、必要な加工を行い、その後、エピタキシャル成長に利用する−ｃ面（Ｎ極性面）をＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）仕上げして、一次基板を作製する。
【００４０】
（二次基板の作製）
二次ＧａＮ結晶は、一次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により成長させる。
【００４１】
アモノサーマル法による成長工程に先立ち、一次基板の−ｃ面（Ｎ極性面）には選択成長用のマスクパターンを形成する。マスクパターンには、ＧａＮのａ軸に平行な、幅１００μｍ程度のライン形の開口部を設ける。マスクは、アモノサーマル法によるＧａＮ結晶の成長中に溶解または分解しない金属、例えば、Ａｌ、Ｗ、Ｍｏ、Ｔｉ、Ｐｔ、Ｉｒ、Ａｇ、Ａｕ、Ｔａ、Ｒｕ、Ｎｂ、Ｐｄ、やそれらの合金で形成する。
【００４２】
シード上に成長させるＧａＮの原料は、好ましくは多結晶ＧａＮであるが、これに限定されるものではない。多結晶ＧａＮに不純物として含まれる酸素の濃度は、通常、５×１０20ｃｍ-3以下、好ましくは１×１０20ｃｍ-3以下、より好ましくは５×１０19ｃｍ-3以下である。
【００４３】
溶媒に用いるアンモニアが含有する水、酸素等の不純物の量は、好ましくは１０ｐｐｍ以下、より好ましくは１．０ｐｐｍ以下である。鉱化剤には、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化水素のような、ハロゲン元素を含む酸性鉱化剤を好ましく用いることができる。鉱化剤の純度は、好ましくは９９％以上、より好ましくは９９．９９％以上である。
【００４４】
図４は、アモノサーマル法で使用される結晶成長装置１０の概念図である。アモノサーマル法によるＧａＮ結晶の成長は、結晶成長装置１０を用いて行うことができる。図４に示す結晶成長装置１０において、結晶成長は筒形のオートクレーブ１１中に装填される筒形の成長容器１２中で行われる。成長容器１２は、バッフル１３で相互に区画された結晶成長領域１４および原料溶解領域１５を内部に有する。結晶成長領域１４には、ワイヤー１６で吊された種結晶１７が設置されている。原料溶解領域１５には原料１８が装填されている。
【００４５】
真空ポンプ２１、アンモニアボンベ２２および窒素ボンベ２３が接続されたガスラインがバルブ２４を介してオートクレーブ１１と接続されている。成長容器１２にアンモニアを充填する際には、マスフローメーター２５を用いてアンモニアボンベ２２から供給されるアンモニアの量を確認することができる。
【００４６】
結晶成長の際には、種結晶、原料、鉱化剤および溶媒を封入した成長容器１２をオートクレーブ１１内に装填し、オートクレーブ１１を密閉する。そして、オートクレーブ１１ごとヒーター（図示せず）で加熱して、成長容器１２内を超臨界状態または亜臨界状態とする。
【００４７】
結晶成長中における成長容器１２内の圧力は、通常２０ＭＰａ、好ましくは５０ＭＰａ以上、より好ましくは８０ＭＰａ以上であり、また、通常７００ＭＰａ以下、好ましくは５００ＭＰａ以下、より好ましくは３００ＭＰａ以下である。
【００４８】
結晶成長中における成長容器１２内の温度は、通常５００℃以上、好ましくは５１５℃以上、より好ましくは５３０℃以上であり、また、通常７００℃以下、好ましくは６５０℃以下、より好ましくは６３０℃以下である。
【００４９】
原料溶解領域１５は、結晶成長領域１４よりも高温とする。原料溶解領域と結晶成長領域の温度差は、好ましくは５℃以上、より好ましくは１０℃以上であり、また、好ましくは１００℃以下、より好ましくは８０℃以下である。
【００５０】
図５は、窒素極性面上にストライプパターンの成長マスクが形成されたｃ面ＧａＮ基板上における、ＧａＮ結晶の成長の様子を示す斜視図である。一次基板３１の窒素極性面３１ａは矩形とされ、その上には、ａ軸に平行なストライプパターン（ライン＆スペースパターン）のマスクパターン３２が配置されている。マスクパターン３２は、幅Ｗが５０〜１００μｍ程度の線状開口部３３を有する。ストライプ周期ＰＳは１ｍｍより大きくすることが好ましく、かつ、１０ｍｍ以下とすることが好ましい。
【００５１】
一次基板３１のａ軸方向の端部３１ｂおよびｍ軸方向の端部３１ｃは、マスクパターン３２で覆わないようにする必要がある。一例においては、更に、窒素極性面の外周部を、基板端面から数ｍｍ以内の範囲で露出させてもよい。
【００５２】
一次基板３１の窒素極性面３１Ａでは、図５に示すように、マスクパターン３２の線状開口部３３から、ｍ軸方向を厚さ方向とする板状の二次ＧａＮ結晶３４が成長する。そして、二次ＧａＮ結晶３４を一次基板から切り離し、ＧａＮ結晶３４を得る。後述する三次基板の作製には、このＧａＮ結晶３４をそのままシードとして使用することもできる。
【００５３】
図５において、二次ＧａＮ結晶３４は、マスクパターン３２の各線状開口部３３上にひとつずつ、壁状に成長している。壁の高さ方向は［０００−１］方向（−ｃ方向）であり、壁の厚さ方向はｍ軸方向である。壁の各々は厚さ方向にも成長するが、隣接する壁同士の融合は起こり難い。
【００５４】
二次ＧａＮ結晶３４と一次基板３１との界面は、マスクパターン３２に設けられた細長い開口部内に限られるので、該界面で生じる応力が二次ＧａＮ結晶３４の成長に与える影響を抑えることができる。
【００５５】
図５では省略しているが、ＧａＮ結晶は一次基板３１の端面からも成長するので、全体としては、図６に模式的に示す構造が形成される。一次基板３１のａ軸方向の端部３１ｂから成長するＧａＮ結晶は、−ｃ方向に延びて、傾斜した外面を有する壁３５を形成する。二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向の端部３１ｂは、この壁３５の内面とつながる。一次基板３１のｍ軸方向の端部３１ｃから成長するＧａＮ結晶も、−ｃ方向に延びて、傾斜した外面を有する壁３６を形成する。壁３５と壁３６はつながって、二次ＧａＮ結晶３４を取り囲む周壁構造を形成する。
【００５６】
図６に示す構造が形成されることにより、少なくとも次の３つの効果が得られる。第一の効果は、二次ＧａＮ結晶３４を一次基板３１上に保持する効果である。第二の効果は、二次ＧａＮ結晶３４の［０００−１］方向の成長レートの鈍化を防止する効果である。第三の効果は、二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向のサイズ縮小を防止する効果である。
【００５７】
上記第一の効果によって、二次ＧａＮ結晶３４の成長工程における再成長が可能となる。再成長とは、ある程度結晶を成長させたところでシードを成長容器から取出し、新しい成長容器に移して、再びその上に結晶を成長させるという操作である。成長容器内の原料消費とともに成長レートが低下するので、大サイズの二次ＧａＮ結晶３４を得るには再成長が欠かせないところ、それを可能とするのが、図６に示す構造の形成なのである。
【００５８】
もし、この構造が形成されなければ、二次ＧａＮ結晶３４を一次基板３１から脱落させることなく、使用済の成長容器から新しい成長容器に移し替えることは困難である。なぜなら、前述のように、二次ＧａＮ結晶３４と一次基板３１とは、マスクパターン３２に設けられた細長い線状開口部３３の内側でつながっているだけだからである。
【００５９】
図６に示す構造が形成されると、二次ＧａＮ結晶３４が前記の周壁構造を介して一次基板３１に繋ぎ止められるので、再成長操作が可能となる他、成長容器内において、溶媒の対流の作用などによって、一次基板３１から二次ＧａＮ結晶３４が脱落する確率もずっと低くなる。更に、図６に示す構造の形成には、二次ＧａＮ結晶３４をハンドリング中の損傷から保護する効果もある。
【００６０】
上記第二の効果を詳しく説明すると、次の通りである。例えば、図７（ａ）に示すＧａＮ結晶シード４１を用いて、ＧａＮ結晶を成長させた場合を考える。このシードの主表面４１ａは窒素極性面であり、その形状はａ軸方向に細長く伸びた長方形である。成長開始直後は、シードの窒素極性面上に高いレートでＧａＮ結晶が成長するが、早い段階で、図７（ｂ）に示すように、ＧａＮ結晶４２の表面に安定面４２ｂおよび４２ｃが現れる。安定面４２ｂおよび４２ｃは、いずれもＧａＮ結晶４２の成長方向（−ｃ方向）に対して傾斜しているため、結晶成長が進むにつれて、ＧａＮ結晶の窒素極性面４２ａは狭くなっていく。やがて、図７（ｃ）に示すように、ＧａＮ結晶の表面全体が安定面４２ｂおよび４２ｃで占められ、窒素極性面４２ａが消失すると、ＧａＮ結晶の［０００−１］方向の成長レートは非実用的なレベルにまで低下する。
【００６１】
それに対し、図６に示す構造が形成される場合には、二次ＧａＮ結晶３４の表面に安定面が出現し難くなるので、窒素極性面の消失を理由とする［０００−１］方向の成長レートの鈍化が起こらない。従って、再成長を行うことによって、［０００−１］方向の成長レートを実用的なレベル（例えば、１００μｍ／ｄａｙ超）に維持したまま、二次ＧａＮ結晶３４を、該方向に１５ｍｍ以上、更には２０ｍｍ以上、更には２５ｍｍ以上成長させることができる。再成長は２回以上繰り返すことが可能である。
【００６２】
上記第三の効果についても、当業者であれば図７に示す例との比較によって、容易に理解することができるであろう。図７の例では、ＧａＮ結晶４２が［０００−１］方向に成長するにつれて、そのａ軸方向の幅が縮小していく。なぜなら、ａ軸方向の端部３１ｂに現われる安定面４２ｂが、ｃ軸に対し傾斜しているからである。
【００６３】
それに対し、図６に示す構造が形成されるようにした場合には、二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向の端部３１ｂは壁３５と結合する。従って、傾斜した安定面が現れることによる、二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向のサイズ縮小が起こらない。
【００６４】
従って、二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向のサイズは、概ね、一次基板３１のａ軸方向のサイズに応じて決まる。一次基板３１のａ軸方向のサイズは、一次ＧａＮ結晶３１の成長時にシードとして用いるｃ面ＧａＮテンプレートのサイズに依存する。従って、例えば直径３インチのｃ面ＧａＮテンプレートを用いて成長させた一次ＧａＮ結晶から作製した一次基板３１を用いれば、二次ＧａＮ結晶３４のａ軸方向のサイズは２インチ（５０ｍｍ）あるいはそれ以上とすることが可能である。
【００６５】
二次ＧａＮ結晶３４のｍ軸方向のサイズ（厚さ）は、約１ｍｍあるいはそれ以上となる。二次ＧａＮ結晶３４は、外周部を切断して形を整えるとともに、ラッピングとＣＭＰにより両方の主表面を平坦化することにより、二次基板とすることができる。
【００６６】
ｃ軸方向のサイズが１０ｍｍ以上の二次基板を作製するには、素材である二次ＧａＮ結晶３４を［０００−１］方向に１５ｍｍ以上成長させることが望ましい。本発明者等は、上述の方法で二次ＧａＮ結晶３４を成長させることによって、５２ｍｍ×５２ｍｍの矩形の主表面を有する二次基板を作製し得ることを確認している。ただし、二次基板は、二次ＧａＮ結晶を素材としていることから耐熱性が低く、ＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法等の気相法で窒化物半導体をエピタキシャル成長させるための基板には適さない。
【００６７】
（三次基板の作製）
三次ＧａＮ結晶は、二次ＧａＮ結晶もしくは二次基板をシードに用いて、アモノサーマル法により成長させる。
【００６８】
三次ＧａＮ結晶は、二次ＧａＮ結晶を成長させる場合と同様の条件で成長させる。すなわち、好ましく使用し得る原料、溶媒および鉱化剤は、二次ＧａＮ結晶を成長させる場合と同様である。また、使用し得る結晶成長装置や、結晶成長時の好ましい条件も、二次ＧａＮ結晶を成長させる場合と同様である。
【００６９】
また、三次ＧａＮ結晶から、三次基板を切り出す。この際に、ｍ面が主面となるように切り出すことで、主面の面積が大きい三次基板が得られる。
【００７０】
なお、三次基板にアニール処理を行うこともできる。三次基板のアニール処理の条件は、特に限定はされないが、例えば、アンモニア（ＮＨ3）および窒素（Ｎ2）の混合雰囲気下、１０００℃、５０時間である。
【００７１】
また、三次基板の第１主表面及び第２主表面の両面の主表面を、ラッピングと、それに続くＣＭＰによって加工変質層を除去して平坦化するのが好ましい。
【００７２】
（本実施形態のＧａＮ自立基板の用途）
本実施形態のＧａＮ自立基板の一方の主表面上には、エピタキシャル成長によって、結晶性の良い高品質な窒化物半導体結晶を形成することができる。
【００７３】
また、本実施形態のＧａＮ自立基板の主表面上に、窒化物半導体をエピタキシャル成長させて、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成することができる。半導体デバイスの具体例としては、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光デバイス、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（High Electron Mobility Transistor）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、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、電圧アクチュエータなどがある。
【００７４】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板の主表面上に、バルクＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させることもできる。すなわち、本実施形態のＧａＮ自立基板は、バルクＧａＮ結晶を成長させるためのシードとして用いることができる。
【００７５】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、ＧａＮ結晶応用製品に利用することもできる。例えば、異常透過効果を利用したＸ線光学素子である。
【実施例】
【００７６】
以下に、本発明者等が行った実験の結果を記す。ただし、これらの実験で用いられた方法やサンプルの構造によって、本発明は何らの限定を受けるものではない。
【００７７】
（実施例１）
（１）一次基板の作製
Ｇａ極性面にマスクパターンを形成したｃ面ＧａＮテンプレート上に、ＨＶＰＥ法で一次ＧａＮ結晶を成長させた。その後、一次ＧａＮ結晶から切り出してＣＭＰ仕上げ等を行い、一次基板を作製した。一次基板は、ＣＭＰ仕上げされた−ｃ面（Ｎ極性面）を有する。
【００７８】
（２）二次基板の作製
上記（１）で作製した一次基板の窒素極性面上に、幅１００μｍのライン形開口部を１１００μｍ周期で有するストライプパターンの成長マスクをＴｉＷ合金で形成した。開口部の長手方向、すなわちストライプ方向は、ａ軸に平行とした。
【００７９】
成長マスクの形成後、一次基板をシードに用いて、アモノサーマル法でＧａＮ結晶（二次ＧａＮ結晶）を成長させた。原料には、ＮＨ3とＧａＣｌを気相反応させる方法で製造した多結晶ＧａＮを用い、鉱化剤にはフッ化アンモニウム（ＮＨ4Ｆ）およびヨウ化水素（ＨＩ）を用いた。
【００８０】
ＮＨ4ＦおよびＨＩの仕込み量は、ＮＨ3に対するフッ素原子のモル比が０．５〜１．５％、ＮＨ3に対するヨウ素原子のモル比が１．５〜３．５％となるように、かつ、ヨウ素原子に対するフッ素原子のモル比が０．２〜０．５となるように決定した。
【００８１】
成長条件は、成長容器内の平均温度（結晶成長ゾーンと原料溶解ゾーンの温度の平均値）を５９０〜６１５℃、結晶成長ゾーンと原料溶解ゾーンの温度差を１０〜２５℃、成長容器内の圧力を２００〜２２０ＭＰａとした。成長期間は、再成長のための成長容器交換等に要した時間を除いて、トータルで５８日以上とした。
【００８２】
一次基板上にアモノサーマル的に成長したＧａＮ結晶によって、図６に示す構造が形成された。成長したＧａＮ結晶のうち、成長マスクの各開口部上に壁状に成長した部分（二次ＧａＮ結晶）から、長辺がａ軸に平行で短辺がｃ軸に平行な長方形の主表面を有する、長さ５０〜５４ｍｍ、幅８〜１１ｍｍ、厚さ２８０〜３２０μｍのＭ面ＧａＮ基板（二次基板）を作製した。二次基板の両方の主表面にはＣＭＰ仕上げを施した。
【００８３】
（３）三次基板の作製
上記手順にて作製した二次基板をシードとして、アモノサーマル法により三次ＧａＮ結晶を成長させて三次基板を作製した。
【００８４】
三次ＧａＮ結晶は、シードが異なること、ＮＨ3に対するフッ素原子とヨウ素原子のモル比がそれぞれ０．５％および１．５％となるように鉱化剤の仕込み量を変えたことと、成長容器内の平均温度が６０５℃、結晶成長領域と原料溶解領域の温度差が１０℃となるようにヒーターを制御したこと、結晶成長時間を１６日間としたことを除いて、二次ＧａＮ結晶を成長させたときと同様の手順で成長させた。
【００８５】
１６日間の成長により得られた三次ＧａＮ結晶のサイズは、２６ｍｍ（ａ軸方向）×１８ｍｍ（ｃ軸方向）×４ｍｍ（ｍ軸方向）であった。
【００８６】
この三次ＧａＮ結晶から、長辺がａ軸に平行で短辺がｃ軸に平行な長方形の主表面を有する、２６ｍｍ（長さ）×１７ｍｍ（幅）×４７０μｍ（厚さ）の三次基板を切り出した。
【００８７】
上記の通り得られた、三次基板をアニール炉の中に入れた。その後、アニール炉内の雰囲気を空気から窒素に切り替えた。その後、アニール炉内の雰囲気を窒素９０体積％、アンモニア１０体積％とし、ヒーターの電源を入れて温度調節系のプロクラムを起動して１０００℃まで昇温し、１０００℃に到達後に５０時間保持し、その後、炉内温度が室温になったところで、アニール炉を開けて三次基板を取りだした。
【００８８】
続いて、三次基板の両方の主表面にラッピングおよびＣＭＰ処理を行い、長辺がａ軸に平行で短辺がｃ軸に平行な長方形の主表面を有する、２６ｍｍ（長さ）×１６ｍｍ（幅）×３５０μｍ（厚さ）の三次基板を作製した。
【００８９】
（評価）
図８は、評価に使用した三次基板の写真である。評価にあたっては、上記の三次基板をカットしてサイズを１２ｍｍ（長さ）×１２ｍｍ（幅）×３５０μｍ（厚さ）としたものを使用した。上記手順により製造した図８に示す三次基板を、Ｘ線トポグラフ装置を用いて測定した。
【００９０】
Ｘ線トポグラフ装置は、リガク社のＸ−ＲＡＹトポグラフィカメラシステム（XRTmicron）を用いた。入射光学系（Ｘ線源）は、回転対陰極型管球（ＭｏＫα）、多層膜ミラーを用いた。ディテクタ（Ｘ線検出器）は、５．４μｍ画素Ｘ線用ＣＣＤカメラを用いた。測定は、下記の２種類の光学系の配置を用いて、異常透過による回折トポグラフ像と反射による回折トポグラフ像を測定した。異常透過による回折トポグラフ像は、図２に示すラング法による配置(以下、透過配置とする)により測定した。反射による回折トポグラフ像は、Ｘ線源とＸ線検出器が、ＧａＮ自立基板の同一主面側に配置されているベルクバレット法による配置(以下、反射配置とする)により測定した。
【００９１】
図９および図１０は、透過配置で異常透過による回折トポグラフ像を測定した。図９は、Ｘ線トポグラフ装置で測定した、入射角が７．４°、回折角が１４．８°のときの三次基板の異常透過による（００２）回折トポグラフ像である。図１０は、Ｘ線トポグラフ装置で測定した、入射角が１２．９°、回折角が２５．８°のときの三次基板の異常透過による（１１０）回折トポグラフ像である。三次基板は、図９及び図１０に示すように、１２ｍｍ×１２ｍｍ角の基板サイズのうち、異常透過による回折トポグラフ像が主表面のすべての領域で均質（一様）に測定された（ほぼ１００％の領域で測定された）。この場合のμｔは１０．２である。
【００９２】
図１１は、反射配置で反射による回折トポグラフ像を測定した。図１１は、Ｘ線トポグラフ装置で測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの三次基板の反射による（２０３）回折トポグラフ像である。三次基板は、図１１に示すように、１２ｍｍ×１２ｍｍ角の基板サイズのうち、反射による回折トポグラフ像が主表面のすべての領域で均質に測定された（ほぼ１００％の領域で測定された）。
【００９３】
図１２は、Ｘ線源が異なるＸ線トポグラフ装置により、反射配置による反射による回折トポグラフ像を測定した。測定装置には、パナリティカル社のＸ線回折装置（X'Pert PRO MRD）を用いた。入射光学系は、封入管球（ＣｕＫα）、多層膜ミラーを用いた。ディテクタは、５５μｍ画素Ｘ線用ＣＣＤカメラ（PIXcel3D）を用いた。図１２は、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの三次基板の反射による（２０３）回折トポグラフ像である。三次基板は、図１２に示すように、１２ｍｍ×１２ｍｍ角の基板サイズのうち、反射による回折トポグラフ像が主表面のすべての領域で均質に測定された（ほぼ１００％の領域で測定された）。
【００９４】
三次基板では、１２ｍｍ×１２ｍｍ角の基板サイズのうち、基板サイズのすべての領域で異常透過による回折トポグラフ像及び反射による回折トポグラフ像を測定することができた。このように、基板サイズの主表面すべての領域で異常透過による回折トポグラフ像を測定することができる場合には、基板サイズの主表面すべての領域で反射による回折トポグラフ像を測定することができる。
【００９５】
（比較例１）
（１）下地基板の準備
サファイア基板上に有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法により窒化ガリウムを成長させた。ノンドープで主面をｃ面とするＧａＮテンプレートを準備し、テンプレート上にＳｉ３Ｎ4のマスクを形成し、マスクの開口部を通じるエピタキシャル横方向過度成長でｃ面−ＧａＮ層を成長させて、種基板を準備した。
【００９６】
次いで、ＨＶＰＥ装置を用い、種基板のｃ面−ＧａＮ層が上面に露出するようにサセプター上に配置した。このときのガス導入管の先端と下地基板の距離は、９ｃｍとした。その後、反応室の温度を１０１０℃まで上げ、ＧａＮ単結晶を成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＧａＣｌガスの分圧を６．５５×１０2Ｐａとし、ＮＨ３ガスの分圧を７．５８×１０3Ｐａとした。成長時間は６４時間とした。
【００９７】
成長終了後、室温まで降温し、ＧａＮ単結晶を得た。種基板上に厚さが８．３ｍｍであって主面がｃ面であるＧａＮ単結晶（以下、ｃ面−ＧａＮ単結晶と称する）が得られた。ｃ面−ＧａＮ単結晶の厚みと成長時間から成長速度を算出したところ、１３０μｍ／ｈであった。
【００９８】
得られたｃ面−ＧａＮ単結晶から、主面として、（１０−１０）面から［０００１］方向に−２°、［−１２−１０］方向に０°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得て、下地基板として準備した。
【００９９】
（２）下地基板の主表面上にホモ成長させる成長工程
上述したように作製した下地基板の中から長辺２０ｍｍ×短辺１０ｍｍの四角形、および３３０μｍの厚さを有する単結晶ＧａＮを下地基板として用いた。図４に示すような結晶成長装置を用いて下地基板上に窒化物結晶の成長を行った。
【０１００】
比較例１では、下地基板を上述のものとし、成長条件を実施例１の三次基板の作製と同様にして結晶成長を行った。取り出した結晶を観察したところ、ｍ面を主面とする窒化ガリウム結晶が成長しており、そのサイズはｃ軸１１ｍｍ×ａ軸２０ｍｍ×ｍ軸１．８ｍｍ程度であった。
【０１０１】
得られた窒化ガリウム結晶からｍ面を主表面とする板状結晶を複数切り出し、その後、主面であるｍ面の表裏と４側面をエッチングしてダメージを除去し、更にｍ面の表裏をミラー研磨して、比較例１のＧａＮ自立基板を得た。
【０１０２】
（評価）
図１３は、比較例１のＧａＮ自立基板の写真である。比較例１のＧａＮ自立基板のサイズは、７ｍｍ（長さ）×７ｍｍ（幅）×３３０μｍ（厚さ）である。
【０１０３】
図１４は、前述したパナリティカル社のＸ線回折装置（X'Pert PRO MRD）を用い、図１２の測定と同一の測定条件により、反射による回折トポグラフ像を測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの比較例１のＧａＮ自立基板の反射による（２０３）回折トポグラフ像である。比較例１のＧａＮ自立基板は、図１４に示すように、７ｍｍ×７ｍｍ角の基板サイズのうち、反射による回折トポグラフ像が均質に測定されなかった箇所が存在した。
【０１０４】
実施例１において上述したように、基板サイズのすべての領域で異常透過による回折トポグラフ像を測定することができる場合には、基板サイズのすべての領域で反射による回折トポグラフ像を測定することができる。これに対して、比較例１のＧａＮ自立基板は、反射による回折トポグラフ像が均質に測定されなかった箇所が存在した。この場合、比較例１のＧａＮ自立基板は、結晶性が不完全であるため、異常透過による回折トポグラフ像を測定することはできないと言える。なお、上述の考察は、反射による回折トポグラフ像を測定することができれば異常透過による回折トポグラフ像を測定することできるということを示唆するものではない。
【０１０５】
（比較例２）
比較例１に記載の（１）下地基板の準備と同じ方法で得られた結晶から、主面として、（１０−１０）面から［０００１］方向に０°、［−１２−１０］方向に０°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得た。続いて、主表面であるＭ面の表裏と４側面をエッチングしてダメージを除去し、更にＭ面の表裏をミラー研磨して、比較例２のＧａＮ自立基板を得た。比較例２については、比較例１に記載の（２）下地基板の主表面上にホモ成長させる成長工程を設けず、物性等について分析評価を行った。
【０１０６】
（評価）
図１５は、比較例２のＧａＮ自立基板の写真である。比較例２のＧａＮ自立基板のサイズは、７ｍｍ（長さ）×１６ｍｍ（幅）×３５０μｍ（厚さ）である。
【０１０７】
図１６は、比較例１で使用したＸ線トポグラフ装置を用いて同一条件で測定した、入射角が６．９°、回折角が９１．１°のときの比較例２のＧａＮ自立基板の（２０３）反射による回折トポグラフ像である。比較例２のＧａＮ自立基板は、図１６に示すように、７ｍｍ×１６ｍｍ角の基板サイズのうち、反射による回折トポグラフ像が測定されない箇所が筋状に多数存在した。そのため、比較例２のＧａＮ自立基板は、反射による回折トポグラフ像が均質に測定されなかった。
【０１０８】
実施例１において上述したように、所定の範囲以上で異常透過による回折トポグラフ像を測定することができる場合には、少なくとも上記所定の範囲で反射による回折トポグラフ像を測定することができる。比較例２のＧａＮ自立基板は、反射による回折トポグラフ像が測定されない箇所が筋状に多数存在した。そのため、比較例２のＧａＮ自立基板は、反射による回折トポグラフ像が均質に測定されなかった。この場合、比較例２のＧａＮ自立基板は、結晶性が不完全であるため、異常透過による回折トポグラフ像を測定することはできないと言える。なお、上述の考察は、反射による回折トポグラフ像を測定することができれば異常透過による回折トポグラフ像を測定することできるということを示唆するものではない。
【０１０９】
（測定結果）
表１は、Ｘ線トポグラフ装置を用いて異常透過による回折トポグラフ像を測定した場合を想定した測定結果、及びＸ線トポグラフ装置を用いて反射による回折トポグラフ像を測定した測定結果を示している。
【０１１０】
【表１】
2015178438.tif 000003
【０１１１】
実施例１の三次基板のＸ線トポグラフ装置を用いた異常透過による回折トポグラフ像は基板サイズのすべての領域で均質に測定されたのに対し、比較例１及び２のＧａＮ自立基板のＸ線トポグラフ装置を用いた反射による回折トポグラフ像の結果から、比較例１及び２のＧａＮ自立基板のＸ線トポグラフ装置を用いた異常透過による回折トポグラフ像は測定されない。
【０１１２】
（考察）
実施例１の三次基板並びに比較例１及び２のＧａＮ自立基板の違いを考察すると、実施例１の三次基板は、Ｘ線トポグラフ装置を用いた異常透過による回折トポグラフ像を基板サイズのすべての領域で均質に測定することができた。従って、三次基板は、物質の完全性が高いため、主表面に窒化物半導体を良好にエピタキシャル成長させて、結晶性の良い高品質な窒化物半導体を形成することができることは明白である。
【０１１３】
（本実施形態のＧａＮ自立基板、ＧａＮ結晶及びＧａＮ自立基板の生産方法の作用・効果）
このようにして、本実施形態のＧａＮ自立基板では、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される。また、本実施形態のＧａＮ自立基板は、Ｘ線の吸収係数μにＸ線の入射面である主表面に対して垂直方向の厚さｔを乗じたμｔが１より大きい場合に、異常透過による回折トポグラフ像が測定される。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板は、μｔが１０より大きい場合に、Ｘ線トポグラフ装置において異常透過による回折トポグラフ像が測定される。
【０１１４】
また、本実施形態のＧａＮ自立基板は、主表面の法線とｍ軸との間の角度が０度以上２０度以下である。
【０１１５】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、第１主表面２において少なくとも７０％の範囲で異常透過による回折トポグラフ像が測定される。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、第１主表面２において少なくとも５ｍｍ角の範囲で異常透過による回折トポグラフ像が測定される。
【０１１６】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、主表面のサイズが１０ｍｍ角以上である。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、主表面をｍ面に垂直投影したときの、投影像のｃ軸方向の寸法が１５ｍｍ以上である。さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、主表面をｍ面に垂直投影したときの、投影像のａ軸方向の寸法が２５ｍｍ以上である。
【０１１７】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板では、厚さが１５０μｍ以上である。
【０１１８】
さらに、本実施形態のＧａＮ結晶では、当該ＧａＮ結晶を加工することによって本実施形態の窒化ガリウム自立基板を作製し得る。
【０１１９】
従って、本実施形態のＧａＮ自立基板及びＧａＮ結晶では、物質の完全性が高いため、主表面に窒化物半導体を良好にエピタキシャル成長させて、結晶性の良い高品質な窒化物半導体を形成することができる。
【０１２０】
さらに、本実施形態のＧａＮ自立基板の生産方法では、異常透過を利用した透過Ｘ線トポグラフィを試験項目に含む検査工程を備え、前記検査工程で許容できない欠陥が見出された製品を不合格品とする。
【０１２１】
従って、本実施形態のＧａＮ自立基板の生産方法では、結晶性の良い高品質な各種の半導体デバイス構造を形成することができる窒化ガリウム自立基板のみを出荷することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１……ＧａＮ自立基板、２……主表面（第１主表面及び第２主表面）、３……端面、４……Ｘ線源、５……Ｘ線検出器、６……回折面、１０……結晶成長装置、１１……オートクレーブ、１２……成長容器、１３……バッフル、１４……結晶成長領域、１５……原料溶解領域、１６……ワイヤー、１７……種結晶、１８……原料、２１……真空ポンプ、２２……アンモニアボンベ、２３……酸素ボンベ、２４……バルブ、２５……マスフローメーター、３１……一次基板、３２……マスクパターン、３３……線状開口部、３４……二次ＧａＮ結晶、３５、３６……壁、４１……ＧａＮ結晶シード、４２……ＧａＮ結晶
【図１】
2015178438.tif 000004
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
2015178438.tif 000011
【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2015178438.tif 000016
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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