(57)【要約】【課題】極性反転結晶領域の大きさが小さくまたその密度が低いＧａＮ結晶の成長方法およびＧａＮ結晶基板を提供する。【解決手段】本ＧａＮ結晶の成長方法は、主結晶領域１１とその領域に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域１２とを含むＧａＮ基板１０を準備する工程と、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇ上に、気相法によりＧａＮ結晶２０を成長させる工程を含み、ＧａＮ結晶２０は、主結晶領域１１上に成長する第１の結晶領域２１と、各極性反転領域１２上にそれぞれ成長する複数の第２の結晶領域２２とを含み、第２の結晶領域２２は、第１の結晶領域２１に対して、［０００１］方向の極性が反転しており、第１の結晶領域２１は、第２の結晶領域２２に比べて結晶成長速度が高く、第２の結晶領域２２を埋め込むように成長する。【選択図】図２
2008297180.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主結晶領域と前記主結晶領域に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域とを含むＧａＮ基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面上に、気相法によりＧａＮ結晶を成長させる工程を含むＧａＮ結晶の成長方法であって、
前記ＧａＮ結晶は、前記主結晶領域上に成長する第１の結晶領域と、各前記極性反転領域上にそれぞれ成長する複数の第２の結晶領域とを含み、
前記第２の結晶領域は、前記第１の結晶領域に対して、［０００１］方向の極性が反転しており、
前記第１の結晶領域は、前記第２の結晶領域に比べて結晶成長速度が高く、前記第２の結晶領域を埋め込むように成長することを特徴とするＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項２】
前記ＧａＮ結晶の結晶成長厚さＴ1ｍｍのときの結晶成長面における１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根をＲ1μｍ、前記ＧａＮ結晶の結晶成長高さＴ2ｍｍのときの結晶成長面における前記１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根をＲ2μｍとするとき、
前記ＧａＮ結晶の成長厚さの増加量（Ｔ2−Ｔ1）ｍｍに対する前記１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根の減少量（Ｒ1−Ｒ2）μｍの比（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）は１０μｍ／ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項３】
前記ＧａＮ基板を準備する工程の後、前記ＧａＮ基板の前記（０００１）Ｇａ主面における前記極性反転結晶領域に凹部を形成する工程をさらに含み、
前記凹部が形成された前記（０００１）Ｇａ面上に前記ＧａＮ結晶を成長させる工程を含む請求項１に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項４】
前記凹部形成後の前記（０００１）Ｇａ面は凹部面と凸部面を有し、
前記ＧａＮ基板の前記凹部面における前記ＧａＮ結晶の１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根をＲSμｍ、前記ＧａＮ基板の前記凸部面と同一面内にあるＧａＮ結晶の結晶成長面における前記１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根をＲOμｍとするとき、
前記凹部による前記１つの前記第２の結晶領域の面積の平方根の減少量（ＲS−ＲO）μｍは１０μｍ以上であることを特徴とする請求項３に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項５】
前記凸部面からの前記凹部面の深さＤμｍは前記１つの前記極性反転結晶領域の面積の平方根ＲSμｍの３倍以上であることを特徴とする請求項４に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれかの成長方法によって成長したＧａＮ結晶を加工して得られるＧａＮ結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ結晶の成長方法およびその方法により得られるＧａＮ結晶基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ結晶は、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タ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、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デバイス（表面弾性波素子）、振動子、共振子、ＭＥＭＳ（微細電子機械システム）部品、圧電アクチュエータなどのデバイスの基板などに広く用いられる。
【０００３】
かかるＧａＮ結晶については、大型の自立基板の入手が困難である。そのため、サファイア基板、ＳｉＣ基板などのＧａＮとは化学組成が異なる異種基板上に、ＧａＮ系結晶薄膜を成長させることにより、青色ＬＥＤなどの発光素子が製造される。具体的には、異種基板上に５００℃程度の低温で低温バッファ層と呼ばれるアモルファス層を成長させる。次いで、１０００℃に昇温すると、アモルファス層が結晶化し、この結晶化した低温バッファ層上に結晶を成長させる。結晶成長方法は、エピタキシャル成長が容易な観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法などの気相法が好ましく用いられ、結晶成長が速い観点からＨＶＰＥ法がより好ましく用いられる。
【０００４】
このような異種基板を用いたＧａＮ系結晶薄膜の成長の場合、ＧａＮ系結晶薄膜には１×１０8ｃｍ-2以上の密度の転位が存在する。青色ＬＥＤなどの電流密度が比較的低い発光素子などにおいては、ＧａＮ系結晶薄膜のかかる転位密度は問題とならない。しかし、紫外ＬＥＤなどの発光素子、電力用電子デバイスなどの転位の影響が強く低転位化が求められるデバイスにおいては、ＧａＮ系結晶薄膜の転位密度の低減が必要とされる。
【０００５】
このため、ＧａＮ系結晶の転位密度を低減する方法が種々検討され、提案されている。たとえば、異種基板上であっても数ｍｍ程度の厚い結晶を成長させることにより結晶の転位密度を低減することが知られており、Xueping Xu，他５名，Growth and characterization of low defect GaN by hydride vapor phase epitaxy，J. Crystal Growth，246，(2002)，p223-229（以下、非特許文献１という）は、１ｍｍ程度の結晶を成長させることにより、１×１０6ｃｍ-2程度に低減できることを開示する。
【０００６】
また、Akira Usui，他３名，Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Density by Hydride Vapor Phase Epitaxy，Jpn. J. Appl. Ptys.，36，(1997)，L899-L902（以下、非特許文献２という）は、開口部を有するマスクを用いて結晶成長の際の転位の伝播方向をコントロールして転位密度の低減を図る方法を開示する。
【０００７】
上記の非特許文献１および非特許文献２の方法により、ＧａＮ系結晶の転位密度を１×１０6ｃｍ-2程度まで低減することができたが、このようなＧａＮ系結晶を用いた紫外ＬＥＤなどの発光素子、電力用電子デバイスなどの特性は、あまり向上しなかった。
【非特許文献１】Xueping Xu，他５名，Growth and characterization of low defect GaN by hydride vapor phase epitaxy，J. Crystal Growth，246，(2002)，p223-229
【非特許文献２】Akira Usui，他３名，Thick GaN Epitaxial Growth with Low Dislocation Density by Hydride Vapor Phase Epitaxy，Jpn. J. Appl. Ptys.，36，(1997)，L899-L902
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
我々は、以下の検討により、上記の非特許文献１および非特許文献２の方法により得られたＧａＮ系結晶には、転位以外の多数のマクロ欠陥が形成されていることを見出した。
【０００９】
すなわち、ＧａＮ系結晶の主表面（たとえば、（０００１）Ｇａ面）をアルカリでエッチングすることにより結晶欠陥に由来するピットが形成される。たとえば、ＧａＮ結晶の鏡面研磨した（０００１）Ｇａ面を液温５０℃のＫＯＨ水溶液（ＫＯＨ濃度：２モル／リットル）で数十分間程度エッチングすると、結晶欠陥が存在する部分のみが数μｍ程度の深さにエッチングされて、表面が荒れた凹部が形成される。
【００１０】
また、ＧａＮ結晶の（０００１）Ｇａ面をＫＯＨ融液、ＮａＯＨ融液、またはそれらの混合融液をエッチングすると、複数の六角柱状の凹部が形成される。この六角柱の６つの側面はＭ面となっている。また、この六角柱状の凹部の深さＤは、エッチング液の種類、エッチング温度、エッチング時間などのエッチング条件により変化する。
【００１１】
ここで、ＧａＮ結晶は、［０００１］方向（ｃ軸方向）に極性を有する結晶であり、（０００１）Ｇａ面に比べて（０００−１）Ｎ面がエッチングされやすい特性を有する。かかるＧａＮ結晶の特性を考慮すると、上記のようにＧａ結晶の（０００１）Ｇａ面をエッチングしたときに、部分的に複数生じる六角柱状の凹部は、（０００−１）Ｎ面に由来するものであることがわかる。すなわち、ＧａＮ結晶の（０００１）Ｇａ面には、部分的に複数の（０００−１）Ｎ面が現われていることがわかる。このことは、ＧａＮ結晶には、主結晶領域と主結晶領域に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域が形成されていることを示している。
【００１２】
なお、ＧａＮ結晶の（０００１）Ｇａ面をＫＯＨ融液、ＮａＯＨ融液、またはそれらの混合融液をエッチングすると、複数の六角柱状の凹部の他に、複数の六角錘状の凹部が形成される。かかる六角錘状の凹部は、転位に由来するものであり、凹部の形状の違いにより、極性反転結晶領域に由来する凹部とは明確に区別することができる。
【００１３】
上記検討により、我々は、上記非特許文献１および非特許文献２の方法により製造されるＧａＮ結晶には、転位以外の多数のマクロ欠陥として極性反転結晶領域が形成され、かかるＧａＮ結晶を含むデバイスの特性向上を抑制していることを見いだした。
【００１４】
本発明は、上記知見に基づき、極性反転結晶領域の大きさが小さくまたその密度が低いＧａＮ結晶の成長方法およびＧａＮ結晶基板を提供することを目的とする。
【００１５】
我々は、ＧａＮ基板上におけるＧａＮ結晶の成長について詳細に検討して、ＧａＮ基板の主結晶領域上に成長するＧａＮ結晶の第１の結晶領域の成長速度を、ＧａＮ基板の極性反転結晶領域上に成長するＧａＮ結晶の第２の結晶領域（これは、第１の結晶領域に対して［０００１］方向の極性が反転している極性反転結晶領域である）の成長速度より高くすることにより、ＧａＮ基板に特開２００４−２２１４８０号公報に示すような主面上の凹凸または貫通穴を形成しなくても、第１の結晶領域が極性反転結晶領域である第２の結晶領域を埋め込むように成長させて、第２の結晶領域（極性反転結晶領域）の大きさが小さくまたその密度が低いＧａＮ結晶を製造することを可能とした。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、主結晶領域と主結晶領域に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域とを含むＧａＮ基板を準備する工程と、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面上に、気相法によりＧａＮ結晶を成長させる工程を含むＧａＮ結晶の成長方法であって、ＧａＮ結晶は主結晶領域上に成長する第１の結晶領域と各極性反転結晶領域上にそれぞれ成長する複数の第２の結晶領域とを含み、第２の結晶領域は第１の結晶領域に対して、［０００１］方向の極性が反転しており、第１の結晶領域は、第２の結晶領域に比べて結晶成長速度が高く、第２の結晶領域を埋め込むように成長することを特徴とするＧａＮ結晶の成長方法である。
【００１７】
本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において、ＧａＮ結晶の結晶成長厚さＴ1ｍｍのときの結晶成長面における１つの第２の結晶領域の面積の平方根をＲ1μｍ、ＧａＮ結晶の結晶成長高さＴ2ｍｍのときの結晶成長面におけるその１つの第２の結晶領域の面積の平方根をＲ2μｍとするとき、ＧａＮ結晶の成長厚さの増加量（Ｔ2−Ｔ1）ｍｍに対するその１つの第２の結晶領域の面積の平方根の減少量（Ｒ1−Ｒ2）μｍの比（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）は１０μｍ／ｍｍ以上とすることができる。
【００１８】
また、本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において、ＧａＮ基板を準備する工程の後、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面における極性反転結晶領域に凹部を形成する工程をさらに含み、凹部が形成された（０００１）Ｇａ面上にＧａＮ結晶を成長させる工程を含むことができる。ここで、凹部形成後の（０００１）Ｇａ面は凹部面と凸部面を有し、ＧａＮ基板の凹部面におけるＧａＮ結晶の１つの第２の結晶領域の面積の平方根をＲSμｍ、ＧａＮ基板の凸部面と同一面内にあるＧａＮ結晶の結晶成長面におけるその１つの第２の結晶領域の面積の平方根をＲOμｍするとき、凹部によるその１つの第２の結晶領域の面積の平方根の減少量（ＲS−ＲO）μｍを１０μｍ以上とすることができる。また、凸部面からの凹部面の深さＤμｍを極性反転結晶領域の面積の平方根ＲSμｍの３倍以上とすることができる。
【００１９】
また、本発明は、上記の成長方法によって得られたＧａＮ結晶基板である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、極性反転結晶領域の大きさが小さくまたその密度が低いＧａＮ結晶の成長方法およびＧａＮ結晶基板を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
（実施形態１）
本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の一実施形態は、図１および図２を参照して、主結晶領域１１と主結晶領域１１に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域１２とを含むＧａＮ基板１０を準備する工程と、ＧａＮ基板１１の（０００１）Ｇａ主面１０ｇ上に、気相法によりＧａＮ結晶２０を成長させる工程を含む。ここで、ＧａＮ結晶２０は主結晶領域１１上に成長する第１の結晶領域２１と各極性反転結晶領域１２上にそれぞれ成長する複数の第２の結晶領域２２とを含む。また、第２の結晶領域２２は第１の結晶領域２１に対して［０００１］方向の極性が反転しており、第１の結晶領域２１は、第２の結晶領域２２に比べて結晶成長速度が高く、第２の結晶領域２２を埋め込むように成長する。
【００２２】
本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法は、図１および図２（ａ）を参照して、主結晶領域１１と主結晶領域１１に対して［０００１］方向の極性が反転している複数の極性反転結晶領域１２とを含むＧａＮ基板１０を準備する工程を含む。主結晶領域１１と極性反転結晶領域１２とを含むＧａＮ基板１０は、一般的に、ＥＬＯ法またはファセット成長法により成長され、主結晶領域の転位密度が低い。このため、転位密度の低いＧａＮ結晶を成長させることができる。
【００２３】
ＧａＮ基板１０の主結晶領域１１と極性反転結晶領域１２は、化学的な特性が異なるので、たとえばＮａＯＨ水溶液でエッチングすれば、光学顕微鏡による観察で容易に識別できる。ここで、ＧａＮ基板１０において複数の極性反転結晶領域１２がランダムに存在し、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面に現われる極性反転結晶領域１２の形状は不定形である。
【００２４】
また、本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法は、ＧａＮ基板１１の（０００１）Ｇａ主面１０ｇ上に、気相法によりＧａＮ結晶２０を成長させる工程を含む。
ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇには主結晶領域１１の（０００１）Ｇａ面１１ｇおよび極性反転結晶領域１２の（０００１）Ｎ面１２ｎが現われ、（０００−１）Ｎ面１０ｎには主結晶領域１１の（０００−１）Ｎ面１１ｎおよび極性反転結晶領域１２の（０００−１）Ｇａ面１２ｇが現われる。
【００２５】
したがって、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇの主結晶領域１１上に成長するＧａＮ結晶２０の第１の結晶領域２１は、主結晶領域１１の極性を引き継ぐ。また、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇの極性反転結晶領域１２上に成長するＧａＮ結晶２０の第２の結晶領域２２は、極性反転結晶領域１２の極性を引き継ぐ。すなわち、第２の結晶領域２２は第１の結晶領域２１に対し［０００１］方向が反転した極性を有する。したがって、ＧａＮ結晶２０の結晶成長面２０ａ，２０ｂ，２０ｇには、第１の結晶領域２１の（０００１）Ｇａ面および第２の結晶領域２２の（０００１）Ｎ面が現われる。
【００２６】
ここで、本実施形態において用いられる気相法には、特に制限はないが、転位密度を低減するためにエピタキシャル成長が可能である観点から、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましい。また、これらの気相法のうち、結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法が特に好ましい。
【００２７】
本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法は、第１の結晶領域２１が、第２の結晶領域２２に比べて結晶成長速度が高く、第２の結晶領域２２を埋め込むように成長する。このため、極性反転結晶領域である第２の結晶領域２２の大きさが小さくまたその密度が低いＧａＮ結晶２０が得られる。かかるＧａＮ結晶を用いることにより特性の高いデバイスが得られる。
【００２８】
ここで、第１の結晶領域２１の結晶成長速度が第２の結晶領域２２の結晶成長速度より高くするには、ＨＶＰＥ法においては、ガリウム原料ガス（ＧａＣｌガス）分圧が１×１０3Ｐａ〜１×１０4Ｐａ、窒素原料ガス（ＮＨ3ガス）分圧が５×１０3Ｐａ〜５×１０4Ｐａ、結晶成長温度が９００℃〜１２００℃とするのが好ましい。
【００２９】
本実施形態においては、ＧａＮ結晶２０の成長において、第１の結晶領域２１は第２の結晶領域を埋め込むように成長する。このため、ＧａＮ結晶２０の成長とともに、極性反転結晶領域である第２の結晶領域２２の結晶成長面２０ａ，２０ｂ，２０ｇにおける大きさが小さくなる。本願においては、結晶成長面における第２の結晶領域の形状は不定形であるため、その大きさを面積の平方根で定義する。
【００３０】
このとき、図２（ｂ）を参照して、ＧａＮ結晶２０の結晶成長厚さＴ1ｍｍのときの結晶成長面２０ａにおける１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根をＲ1μｍ、ＧａＮ結晶２０の結晶成長高さＴ2ｍｍのときの結晶成長面２０ｂにおけるその１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根をＲ2μｍとするとき、ＧａＮ結晶２０の成長厚さの増加量（Ｔ2−Ｔ1）ｍｍに対するその１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根の減少量（Ｒ1−Ｒ2）μｍの比（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）は１０μｍ／ｍｍ以上であることが好ましい。（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）を１０μｍ／ｍｍ以上とすることにより、ＧａＮ結晶２０の結晶成長面２０ｇに現われる第２の結晶領域２２の大きさの低減および消滅を効率よく行なうことができる。
【００３１】
ここで、（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）を１０μｍ／ｍｍ以上とするには、ＨＶＰＥ法においては、ガリウム原料ガス（ＧａＣｌガス）分圧が１×１０3Ｐａ〜５×１０3Ｐａ、窒素原料ガス（ＮＨ3ガス）分圧が１×１０4Ｐａ〜５×１０4Ｐａ、結晶成長温度が１０００℃〜１１００℃とするのがより好ましい。
【００３２】
（実施形態２）
本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の他の実施形態は、図３および図４を参照して、実施形態１において、ＧａＮ基板１０を準備する工程の後、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇにおける極性反転結晶領域１２に凹部１２ｖを形成する工程をさらに含み、凹部１１ｍが形成された（０００１）Ｇａ面上にＧａＮ結晶を成長させる工程を含む。
【００３３】
本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法は、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇにおける極性反転結晶領域１２に凹部１２ｖが形成されているため、凸部１１ｍを形成する主結晶領域１１の側面部にもＧａＮ結晶２０の第１の結晶領域２１が成長するため、凹部１２ｖがＧａＮ結晶２０により埋め込まれる際にも結晶成長面における第２の結晶領域の面積の平方根が小さくなる。
【００３４】
ここで、図４（ａ）を参照して、凹部形成後の（０００１）Ｇａ面１０ｇは凹部面１０ｑと凸部面１０ｐを有する。また、図４（ｂ）を参照して、ＧａＮ基板１０の凹部面１０ｑにおけるＧａＮ結晶２０の１つの第２の結晶領域２２の面積（これは、極性反転結晶領域１２の面積に等しい）の平方根をＲSμｍ、ＧａＮ基板１０の凸部面１０ｐと同一面内にあるＧａＮ結晶２０の結晶成長面２０ｚにおけるその１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根をＲOとすると、凹部１２ｖの深さＤμｍに対するその１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根の減少量（ＲS−ＲO）μｍの比（ＲS−ＲO）／Ｄは０．３３３μｍ／μｍ以上に高めることができ、結晶を厚く成長させる場合よりも効率よく第２の結晶領域２２の大きさを小さくすることができます。
【００３５】
ここで、比（ＲS−ＲO）／Ｄは０．３３３μｍ／μｍ以上に高めるためには、ＨＶＰＥ法においては、ガリウム原料ガス（ＧａＣｌガス）分圧が１×１０3Ｐａ〜５×１０3Ｐａ、窒素原料ガス（ＮＨ3ガス）分圧が１×１０4Ｐａ〜５×１０4Ｐａ、結晶成長温度が１０００℃〜１１００℃とするのがより好ましい。
【００３６】
また、本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法において、凹部１２ｖによる１つの第２の結晶領域２２の面積の平方根の減少量（ＲS−ＲO）μｍは１０μｍ以上であることが好ましい。凹部がＧａＮ結晶により埋め込まれる際に結晶成長面における１つの第２の結晶領域の面積の平方根が１０μｍ以上低減することにより、ＧａＮ結晶２０の結晶成長面２０ｇに現われる第２の結晶領域２２の大きさの低減および消滅を効率よく行なうことができる。
【００３７】
また、本実施形態のＧａＮ結晶の成長方法において、凸部面１０ｐからの凹部面１０ｑの深さＤμｍは極性反転結晶領域の面積の平方根ＲSμｍの３倍以上であることが好ましい。かかる凹部１２ｖの深さＤμｍを極性反転結晶領域１２の面積の平方根ＲSμｍの３倍以上とすることにより、ＧａＮ基板１０の凹部１２ｖをＧａＮ結晶２０で埋め込む際に、ＧａＮ結晶２０の結晶成長面における第２の結晶領域２２を消滅させることができる。
【００３８】
ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇにおける極性反転結晶領域１２に凹部１２ｖを形成する方法には、特に制限はないが、凹部の形成が容易な観点から、酸またはアルカリによるエッチングが好ましく挙げられる。ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇには、主結晶領域１１の（０００１）Ｇａ面１１ｇおよび極性反転領域１２の（０００−１）Ｎ面１２ｎが現われており、ＧａＮ結晶においては（０００−１）Ｎ面が（０００１）Ｇａ面に比べてエッチングされやすいため、（０００−１）Ｎ面が現われている極性反転領域１２が選択的にエッチングされる。ここで、エッチング剤としては、リン酸、水酸化カリウム、水酸化ナトリウムなどが好ましく用いられる。なお、ＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ主面１０ｎにおける主結晶領域１１は（０００−１）Ｎ面１１ｎが現われているため容易にエッチングされることから、（０００−１）Ｎ主面１０ｎにエッチング剤が接触しないように、（０００−１）Ｎ主面１０ｎを白金板などで覆って保護することが好ましい。
【００３９】
なお、本実施形態の成長方法においても、実施形態１と同様に、ＧａＮ基板の凹部が形成された（０００１）Ｇａ主面上にＧａＮ結晶を成長させる工程において、ＧａＮ結晶の成長厚さの増加量（Ｔ2−Ｔ1）ｍｍに対する１つの第２の結晶領域の面積の平方根の減少量（Ｒ1−Ｒ2）μｍの比（Ｒ1−Ｒ2）／（Ｔ2−Ｔ1）は１０μｍ／ｍｍ以上であることが好ましい。
【００４０】
（実施形態３）
本発明にかかるＧａＮ結晶基板の一実施形態は、実施形態１または実施形態２の成長方法によって成長されたＧａＮ結晶２０を加工して得られる。ここで、ＧａＮ結晶の加工とは、ＧａＮ結晶２０を切断して得られた主面を研磨してＧａＮ結晶基板を形成することをいう。たとえば、本実施形態のＧａＮ結晶基板は、図１（ｃ）および図２（ｃ）を参照して、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ面１０ｇ上に成長させられたＧａＮ結晶２０を、（０００１）Ｇａ面１０ｇに平行な複数の面で切断し、その主面を研磨することにより得られる。
【００４１】
こうして得られた本実施形態のＧａＮ結晶基板２０１，２０２，２０３，０２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９は、図４（ｃ）を参照して、ＧａＮ結晶から得られる位置がＧａＮ基板１０から離れているほど、すなわちＧａＮ基板からの結晶成長厚さが大きい位置から得られたものほど、極性反転領域２２が縮小し消滅する。
【実施例】
【００４２】
（実施例１）
まず、直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ４００μｍのＧａＮ基板について、その（０００１）Ｇａ主面を５０℃の２規定のＫＯＨ水溶液により３０分間エッチングして、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇにおける極性反転結晶領域の個数、密度および大きさ（面積の平方根）を求めた。（０００１）Ｇａ面には、３５２個の極性反転結晶領域が存在し、面積の平方根が１００μｍを超えるものが５３個、２００μｍを超えるものが４個有り、最大の極性反転結晶領域の面積の平方根は２８０μｍであった。ここで、各極性反転結晶領域１２の面積は、光学顕微鏡によって測定した。
【００４３】
次に、図４（ａ）を参照して、かかるＧａＮ基板１０を、質量比が１：１のＫＯＨおよびＮａＯＨの混合融液を用いて、極性反転結晶領域をエッチングした。エッチング条件は、液温３００℃で３０分間とした。エッチングの際には、ＧａＮ基板の（０００−１）Ｎ主面に白金板を密着させて、この面がエッチングされるのを防止した。
【００４４】
上記の混合融液を用いたエッチングにより、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面に面積の平方根が２０μｍ〜１００μｍの六角柱状の凹部が３５２個形成された。かかる凹部の深さは５０μｍ〜２５０μｍであった。なお、かかる凹部の深さのばらつきは、面積の平方根が小さい極性反転結晶領域に形成される凹部は、エッチング液が奥まで届きにくいことから、その深さが小さくなったことより生じたものである。
【００４５】
次に、図４（ｂ）および（ｃ）を参照して、ＧａＮ基板１０の六角柱状の凹部が形成された（０００１）Ｇａ主面１０ｇ上にＨＶＰＥ法により、厚さ１０ｍｍのＧａＮ結晶２０を成長させた。Ｇａ融液とＨＣｌガスを８００℃で反応させて生成したＧａＣｌガス（ガリウム原料ガス）とＮＨ3ガス（窒素原料ガス）とを供給して、１０００℃でＧａＮ基板上にＧａＮ結晶を成長させた。ここで、ＧａＣｌガス分圧は２×１０3Ｐａ、ＮＨ3ガス分圧は２×１０4Ｐａとした。
【００４６】
次に、図４（ｃ）を参照して、厚さ１０ｍｍのＧａＮ結晶２０から、ＧａＮ基板１０の（０００１）Ｇａ主面１０ｇに平行な複数の面で切断し、それらの主面を研磨することにより、厚さが５００μｍの１０枚のＧａＮ結晶基板２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０を得た。ここで、ＧａＮ基板側から数えてｎ番目のＧａＮ結晶基板の（０００１）Ｇａ主面は、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面から（１×ｎ）ｍｍの距離にある。
【００４７】
得られた各ＧａＮ結晶基板の（０００１）Ｇａ主面上における第２の結晶領域（極性反転結晶領域）の個数および密度ならびに最大の第２の結晶領域（最大極性反転結晶領域）の面積の平方根を表１にまとめた。
【００４８】
【表１】
2008297180.tif 000003
【００４９】
表１から明らかなように、本実施例において得られたＧａＮ結晶基板は、ＧａＮ結晶においてＧａＮ基板からの結晶成長厚さが大きい位置から得られたものほど、その第２の結晶領域（極性反転結晶領域）の密度および大きさが低減した。
【００５０】
また、本実施例においては、ＧａＮ結晶の結晶成長面における第２の結晶領域の面積の平方根は、ＧａＮ基板に形成された凹部により８０μｍ減少し、さらに、ＧａＮ結晶の成長厚さ１ｍｍに対して２０μｍ減少して、合計１００μｍ減少した。したがって、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ面における面積の平方根が１００μｍ以上の極性反転結晶領域が、１枚目のＧａＮ結晶基板２０１の（０００１）Ｇａ面における第２の結晶領域（極性反転結晶領域）として残存することになる。このことは、ＧａＮ基板の（０００１）Ｇａ主面上に存在する面積の平方根が１００μｍ以上の極性反転結晶領域の個数（５３個）と１枚目のＧａＮ結晶基板の（０００１）Ｇａ面に存在する第２の結晶領域の個数（５１個）がほぼ一致した事実に合致する。
【００５１】
今回開示された実施の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、上記した説明でなくて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のすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において用いられるＧａＮ基板の一実施形態を示す概略平面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はＧａＮ基板を示し、（ｂ）はＧａＮ基板上にＧａＮ結晶を成長させる工程を示し、（ｃ）はＧａＮ結晶からＧａＮ結晶基板を製造する工程を示す。
【図３】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において用いられるＧａＮ基板の他の実施形態を示す概略平面図である。
【図４】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はＧａＮ基板の極性反転結晶領域に凹部を形成する工程を示し、（ｂ）はＧａＮ基板上にＧａＮ結晶を成長させる工程を示し、（ｃ）はＧａＮ結晶からＧａＮ結晶基板を製造する工程を示す。
【符号の説明】
【００５３】
１０  ＧａＮ基板、１０ｇ，１１ｇ  （０００１）Ｇａ主面、１０ｎ，１１ｎ  （０００−１）Ｎ主面、１０ｐ  凸部面、１０ｑ  凹部面、１１  主結晶領域、１２  極性反転結晶領域、１２ｇ  （０００−１）Ｇａ面、１２ｎ  （０００１）Ｎ面、２０  ＧａＮ結晶、２０ａ，２０ｂ，２０ｇ，２０ｚ  結晶成長面、２１  第１の結晶領域、２２  第２の結晶領域、２０１，２０２，２０３，２０４，２０５，２０６，２０７，２０８，２０９，２１０  ＧａＮ結晶基板。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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