(57)【要約】  【課題】  結晶性がきわめて良好な半導体育成用基板および特性の優れた半導体装置を提供すること。  【解決手段】  チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中に鉄、コバルトおよびニッケルの内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有されている半導体育成用基板とし、この半導体育成用基板の上に窒化ガリウム系の単結晶をエピタキシャル成長させてなることを特徴とする半導体装置とする。【選択図】  なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中に鉄、コバルトおよびニッケルの内から選択される１種以上の元素が０．００５質量％以上１．６２質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板。
【請求項２】
チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にアルミニウムおよびシリコンのいずれか1種以上の元素が０．００５質量％以上３．６１質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板。
【請求項３】
チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にマグネシウムが０．００５質量％以上４．８６質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板。
【請求項４】
チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中に炭素、酸素および窒素の内から選択される１種以上の元素が０．００５質量％以上５．４３質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板。
【請求項５】
チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にハフニウムが０．００５質量％以上１２．７質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体育成用基板の上に窒化ガリウム系の単結晶をエピタキシャル成長させてなることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発光ダイオード，レーザなどの発光デバイスおよびトランジスタなどの電子デバイスに応用されるＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体を成長させるためのホウ化物単結晶からなる半導体育成用基板および半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体は高融点であることや窒素（Ｎ）の平衡蒸気圧が高いことからバルク単結晶の製造が困難なため、その半導体育成用基板には主にサファイアや炭化珪素等の基板が使用されている。しかしながら、これらの半導体育成用基板は成長させるＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物半導体薄膜との格子定数差が大きいため、デバイスに必要な転位密度の少ない薄膜を成長させるためには、低温堆積緩衝層、選択横成長（ＥＬＯ:Epitaxial Lateral Overgrowth）、ファセット制御ＥＬＯ（facet controlled ELO）および半導体育成用基板への溝構造形成などの工夫により低転位化の実現が可能である（例えば、非特許文献１を参照。）。
【０００３】
このような窒化物半導体薄膜の低転位化により転位の低減は可能であるが、そのためには製造工程が複雑になり、さらに製造設備が大がかりとなる。そこで、格子定数差の小さいホウ化物単結晶（例えば、ＧａＮとの格子定数差は0.56％であり、サファイアとの格子定数差の13.7％に比べて小さい）を用いるとよいことが提案されている。なお、ホウ化物単結晶は粉末原料をセラミック状に成型した棒状原料から、高周波加熱帯溶融法（ＲＦ−ＦＺ法）により結晶成長させる（例えば、特許文献１を参照。）。
【非特許文献１】赤崎  勇著，「アドバンスト・エレクトロニクスＩ−21  III族窒化物半導体」，初版，株式会社培風館，1999年12月８日発行，ｐ．122−124
【特許文献１】特開平10−95699号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、実際に育成したホウ化物単結晶は転位密度が10７ｃｍ−２もあり、またＸ線回折による（０００２）面における半値幅が200arcsecを超えており、目視で確認できるクラックや巣が生じた結晶性の悪いものであった。そのため、このような半導体育成用基板上で成長させたＧａＮの転位密度も1010ｃｍ−２以下程度となり、格子整合性の効果が発揮できていなかった。
【０００５】
本発明の目的は、結晶性がきわめて良好な半導体育成用基板および特性の優れた半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明の半導体育成用基板は、１）チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中に鉄、コバルトおよびニッケルの内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする。
【０００７】
また、２）チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にアルミニウムおよびシリコンのいずれか1種以上の元素がアルミニウムおよびシリコンのいずれか1種以上の元素が0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板としてもよい。
【０００８】
また、３）チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にマグネシウムが0.005質量％以上4.86質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板としてもよい。
【０００９】
また、４）チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中に炭素、酸素および窒素の内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板としてもよい。
【００１０】
さらに、５）チタンおよびジルコニウムのいずれか１種以上の元素を有するホウ化物の単結晶からなり、かつ該単結晶中にハフニウムが0.005質量％以上12.7質量％以下の範囲内で含有されていることを特徴とする半導体育成用基板としてもよい。
【００１１】
そして、本発明の半導体装置は、上記１）〜５）のいずれかに記載の半導体育成用基板の上に窒化ガリウム系の単結晶をエピタキシャル成長させてなることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の半導体育成用基板は、鉄、コバルトおよびニッケルの内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物の単結晶（ただし、チタンおよびジルコニウムの内から選択される１種以上の元素を有する）からなるか、または、アルミニウムおよびシリコンのいずれか1種以上の元素が0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物の単結晶からなるか、または、マグネシウムが0.005質量％以上4.86質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物の前記単結晶からなるか、または、炭素、酸素および窒素の内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物の単結晶からなるか、または、ハフニウムが0.005質量％以上12.7質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物の単結晶からなるので、これらの元素の含有物により半導体育成用基板内の転位や結晶粒界の発生や増殖を極力妨げることができ、結晶性の向上した単結晶を製造することが可能となり、ひいては特性および信頼性の優れた半導体装置を提供することができる。
【００１３】
特に、ホウ化物単結晶中に、鉄、コバルトおよびニッケルの内から選択される１種以上の元素を0.005質量％以上1.62質量％以下に含有させると、融点を低下させたり、ホウ素の蒸発によるホウ素欠陥を補うことができ、これにより結晶欠陥の一つである異相析出を抑制することができる。
【００１４】
また、ホウ化物単結晶中に、アルミニウムおよびシリコンのいずれか1種以上の元素が0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有させると、この単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、融点を低下させたり、ジルコニウムやチタンのホウ素との反応性を向上させ、結晶に混入する気泡を極力抑制することができる。
【００１５】
また、ホウ化物単結晶中に、マグネシウムを0.005質量％以上4.86質量％以下の範囲内で含有させると、アルミニウムやシリコンの含有の場合と同様に、この単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。
【００１６】
また、ホウ化物単結晶中に、炭素、酸素および窒素の内から選択される１種以上の元素を0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有させると、転位やリネージなどを起点とする結晶粒界の発生を抑制する効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に本発明に係る半導体育成用基板および半導体装置の実施形態について詳細に説明する。
【００１８】
本発明の半導体育成用基板は、ＸＢ２（ただし、Ｘはチタン（Ｔｉ）およびジルコニウム（Ｚｒ）の１種以上の元素を有する）中に、Ｆｅ（鉄），Ｃｏ（コバルト），Ｎｉ（ニッケル），Ａｌ（アルミニウム），Ｓｉ（シリコン），Ｍｇ（マグネシウム），Ｍｎ（マンガン），Ｃ（炭素），Ｏ（酸素）およびＮ（窒素）を、前記のＸＢ２単結晶体に育成する前の原料段階で後記するような所定量を添加しておく、または、前記単結晶体中に、Ｈｆ（ハフニウム）を前記のＸＢ２単結晶体に育成する前の原料段階で後記するような所定量を添加することにより結晶性を良好にしたものである。単結晶体の育成方法には高周波加熱式のＦＺ法（floating zone melting：浮遊帯域溶融法）や水冷式のるつぼ内で結晶原料を高周波加熱により融解して、徐冷して結晶化させる方法等を用いることができる。また、前記ＸＢ２のＸにはＴｉやＺｒの他にさらにＨｆ（ハフニウム），Ｗ（タングステン），Ｍｏ（モリブデン），Ｃｒ（クロム）等が含まれていてもよい。
【００１９】
Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内から選択される１種以上の元素が0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有されたホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを含有させることで、結晶欠陥の一つである異相析出を抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２０】
また、Ａｌ，Ｓｉの内から選択される１種以上の元素を0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有したホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ａｌ，Ｓｉの存在により、単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２１】
また、Ｍｇを0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有したホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｍｇの存在により単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２２】
また、Ｃ，Ｏ，Ｎの内から選択された１種以上の元素を0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有したホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｃ，Ｏ，Ｎの存在により結晶粒界の発生を抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２３】
また、Ｈｆを0.005質量％以上12.7質量％以下の範囲内で含有したホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウム（ＧａＮ）系の単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２４】
ＧａＮ系単結晶からなる半導体の結晶成長は、現在ではほぼ標準技術となっているＭＯＣＶＤ法により行なうことができ、原料ガスとしてアンモニアガスと、13族（旧IIIB族）元素を含むアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させて、所望のＧａＮ系半導体薄膜結晶を基板上に成長させる。そして、結晶成長プロセス後、各種エッチング工程および電極形成工程を経て、半導体装置であるチップが作製される。これにより、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００２５】
次に、ＸＢ２単結晶基板の研磨工程にエッチング工程を導入することにより、ポリシング研磨後の表面粗さが小さくなり、短時間で高平坦な単結晶基板を製造することが可能となり、これによりいっそう優れた半導体装置を提供できることについて説明する。
【００２６】
まず、高周波ＦＺ法により所定の外径28ｍｍのＸＢ２単結晶を成長させる。次に（０００１）面にワイヤー式の放電加工機やワイヤーソーを用いて切断した後に、一次ラッピングおよび２次ラッピングを行なう。この後に、ＨＦとＨＮＯ３とＨ２Ｏとを所定の質量比に混合された混酸を用いて室温で所定時間だけ片面および両面の少なくとも一方をエッチングする。この後に、コロイダルシリカを用いたポリシングを所定時間行なう。このように、研磨工程にエッチング工程を導入することにより短時間で表面粗さを小さくでき、平坦度も向上できる。短時間で小さい算術平均粗さと高い平坦度を実現でき、これにより、基板の品質が向上し、基板の生産性が向上する。さらに、基板に成長させた窒化ガリウム系のエピタキシャル半導体膜の低転位化が可能となり、窒化ガリウム系の応用デバイスの特性を向上させることができる。
【実施例】
【００２７】
次に、本発明をさらに具体化した実施例について説明する。
【００２８】
本発明の半導体育成用基板は、ＺｒＢ２中に、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｍｎ，Ｃ，ＯおよびＮを、ＺｒＢ２単結晶体に育成する前の原料段階で後記するような所定量を添加しておく、または、前記ＺｒＢ２中に、Ｈｆ（ハフニウム）をＺｒＢ２単結晶体に育成する前の原料段階で後記するような所定量を添加することにより結晶性を良好にしたものである。本発明による結晶と上述した各不純物を添加しない結晶とについて結晶性を比較することにより、不純物の添加による効果を調べた。その結果を表１に示す。
【００２９】
ここで、単結晶は次のようにして製造した。ＺｒＢ２原料粉末に所望の不純物を必要量添加し、回転ミルやジェットミルのような原料混合機を用いて均一に混合する。次いで成型用ラバーに混合された原料粉末を充填してラバープレス300〜1500kg/cm2の圧力で成形、1200〜2000℃の温度下で真空焼成を行うことにより棒形状にして原料棒を得た。この原料棒を高周波加熱式のＦＺ法（floating zone melting：浮遊帯域溶融法）の加熱コイル中心に種結晶を対抗させてセットし、高周波出力を上昇させることにより原料棒と種結晶を加熱溶融接触させ、種結晶と原料棒を種結晶側へ移動させることにより棒形状に単結晶化させた。このときの結晶成長速度は3〜30ｍｍ／時間とした。
【００３０】
これら不純物の含有量についてはＩＣＰ（Inductively Coupled Plasma）質量分析（島津製作所製、型番：ICPS-8100型）にて分析した。また、0.01質量％より微量の含有量の有効数字は小数点以下３桁とし、0.01質量％〜9.99質量％の含有量の有効数字は小数点以下２桁とし、10.0質量％以上の有効数字は少数点以下１桁とした。
【表１】
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【００３１】
表１から明かなように、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内から選択される１種のみの元素を添加した場合、いずれの元素も0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有されたＺｒＢ２の単結晶体は、クラックがなくＸ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsec以下であり良好な結晶性を有するものであった。特に、これらの元素を0.01質量％以上0.15質量％以下の範囲内で含有したものではクラックがない上にＸ線回折による（０００２）面における半値幅は100arcsec未満の非常に優れた結晶性を示した。
【００３２】
ところが、これらの遷移元素の含有量が0.004質量％以下の場合は、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能なクラックが生じたものであった。また、これらの遷移元素が1.62質量％を超える含有量の場合、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能な巣が生じたものとなった。
【００３３】
したがって、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉの内から選択される１種以上の元素を0.005質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有したホウ化物ＸＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを含有させることで、融点を低下させたり、ホウ素の蒸発によるホウ素欠陥を補っていることが考えられる。このように、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉを含有させることで、結晶欠陥の一つである異相析出を抑制する効果が認められた。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００３４】
また、Ａｌ，Ｓｉの内から選択される１種のみの元素を添加した場合、いずれの元素も0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は、クラックがなくＸ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsec以下であり良好な結晶性を有するものであった。特に、これらの元素を0.01質量％以上1.04質量％以下の範囲内で含有したものではクラックがない上にＸ線回折による（０００２）面における半値幅は100arcsec未満の非常に優れた結晶性を示した。
【００３５】
ところが、これらの元素の含有量が0.004質量％以下の場合は、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能なクラックが生じたものであった。また、これら元素が3.61質量％を超える含有量の場合、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能な亀裂や気泡の密集した巣が生じたものとなった。
【００３６】
したがって、Ａｌ，Ｓｉの内から選択される１種以上の元素を0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ａｌ，Ｓｉの存在により、融点を低下させたり、ＺｒやＴｉのホウ素との反応性を向上させる効果があると考えられ、単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００３７】
また、0.005質量％以上4.86質量％以下のＭｇを含有したＺｒＢ２の単結晶体は、クラックがなくＸ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsec以下であり良好な結晶性を有するものであった。特に、Ｍｇを0.01質量％以上1.04質量％以下の範囲内で含有したものではクラックがない上にＸ線回折による（０００２）面における半値幅は100arcsec未満の非常に優れた結晶性を示した。
【００３８】
ところが、Ｍｇの含有量が0.004質量％以下の場合は、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能なクラックが生じたものであった。また、Ｍｇの含有量が3.61質量％を超えた場合、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能な巣が生じたものとなった。
【００３９】
したがって、Ｍｇを0.005質量％以上3.61質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｍｇの存在により融点を低下させたり、ＺｒやＴｉのホウ素との反応性を向上させる効果があると考えられ、単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果が認められた。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００４０】
また、Ｃ，Ｏ，Ｎの内から選択される１種のみの元素を添加した場合、いずれの元素も0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は、クラックがなくＸ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsec以下であり良好な結晶性を有するものであった。特に、Ｃ，Ｏの場合は0.01質量％以上1.63質量％以下の範囲内で含有したもの、Ｎの場合は0.01質量％以上1.03質量％以下の範囲内で含有したものではクラックがない上にＸ線回折による（０００２）面における半値幅は100arcsec未満の非常に優れた結晶性を示した。
【００４１】
ここで、Ｎの場合は、1.04質量％以上含有させるとボイド欠陥が発生するので、1.03質量％以下とするのが望ましい。なお、Ｎの含有量を制御するには、単結晶原料のＺｒＢ２の粉体とともに粉体のホウ素を混合して成型し、しかる後に真空雰囲気中で焼結するとよい。この処理により、ＺｒＢ２の粉体中のＮ成分をホウ素と反応させて窒化ホウ素を形成し、これが揮発する温度まで昇温することで、焼結と同時に原料中のＮ成分を極力低減させることが可能になる。
【００４２】
ところが、これらの元素の含有量が0.004質量％以下の場合は、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能なクラックが生じたものであった。また、これらの元素が5.43質量％を超える含有量の場合、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能な巣が生じたものとなった。
【００４３】
したがって、Ｃ，Ｏ，Ｎの内から選択された１種以上の元素を0.005質量％以上5.43質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、Ｃ，Ｏ，Ｎの存在により転位やリネージのピンディング効果があると考えられ、結晶粒界の発生を抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００４４】
また、0.005質量％以上12.7質量％以下のＨｆを含有したＺｒＢ２の単結晶体は、クラックがなくＸ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsec以下であり良好な結晶性を有するものであった。特に、Ｈｆを0.01質量％以上1.62質量％以下の範囲内で含有したものではクラックがない上にＸ線回折による（０００２）面における半値幅は100arcsec未満の非常に優れた結晶性を示した。
【００４５】
ところが、Ｈｆの含有量が0.004質量％以下の場合は、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能なクラックが生じたものであった。また、Ｈｆの含有量が3.61質量％を超えた場合、Ｘ線回折による（０００２）面における半値幅は200arcsecを超えており、目視で確認可能な巣が生じたものとなった。
【００４６】
したがって、Ｈｆを0.005質量％以上12.7質量％以下の範囲内で含有したＺｒＢ２の単結晶体は結晶性が良好であり、単結晶を育成する際に原料棒の密度を増加させ、結晶に混入する気泡を極力抑制する効果がある。また、このような単結晶体からなる半導体育成用基板の上に、窒化ガリウムを含む単結晶をエピタキシャル成長させてなる半導体装置は、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００４７】
また、上述した本発明の結晶の転位密度について透過電子顕微鏡（ＴＥＭ、日本電子製、型番：JEM-2010F型）により調べたところ、これら不純物の適当量を添加していない単結晶では1010ｃｍ−２もあった転位密度が10５〜10８ｃｍ−２にまで大幅に減少した。さらに、結晶性の改善されたＺｒＢ２単結晶の（０００１）面上にＭＯＣＶＤを用いてＧａＮを成長させたところ、ＧａＮのＸ線回折による半値幅とＴＥＭにより測定した転位密度は80arcsec程度，10５〜10８ｃｍ−２に改善された。しかも、作製した405ｎｍ波長のＬＥＤの外部量子効率は最高で45％と高い値を示した。これにより、ＺｒＢ２への不純物添加による結晶性の向上が確認できた。
【００４８】
ＧａＮ系単結晶からなる半導体の結晶成長は、現在ではほぼ標準技術となっているＭＯＣＶＤ法により行なうことができ、原料ガスとしてアンモニアガスと、13族（旧IIIB族）元素を含むアルキル化合物ガス、例えばトリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）やトリメチルインジウム（ＴＭＩ）とを適当な温度に加熱された基板上に供給して熱分解反応させて、所望のＧａＮ系半導体薄膜結晶を基板上に成長させる。そして、結晶成長プロセス後、各種エッチング工程および電極形成工程を経て、半導体装置であるチップが作製される。これにより、特性および信頼性の優れた半導体装置とすることができる。
【００４９】
次に、ＺｒＢ２単結晶基板の研磨工程にエッチング工程を導入することにより、ポリシング研磨後の表面粗さが小さくなり、短時間で高平坦な単結晶基板を製造することが可能となり、これによりいっそう優れた半導体装置を提供できることについて説明する。
【００５０】
まず、高周波ＦＺ法により外径28ｍｍのＺｒＢ２単結晶を成長させた。次に（０００１）面にワイヤー式の放電加工機やワイヤーソーを用いて切断した後に、ＧＣ＃600の砥粒による一次ラッピング、ＧＣ＃1000の砥粒による２次ラッピングを行なった。この後に、ＨＦ：ＨＮＯ３：Ｈ２Ｏ＝１：２：２の質量比に混合された混酸を用いて室温で約30秒、片面約20μｍのエッチングを行なった。ＧＣ＃1000の砥粒による研磨での算術平均粗さ（Ｒａ）は0.2μｍからエッチング後は0.08μｍになった。この後に、コロイダルシリカを用いたポリシングを２時間，３μｍのポリシング量で行なった。ポリシング後の算術平均粗さ（Ｒａ）は0.13ｎｍであり、ＴＴＶ（Total Thickness Variation）は1.5μｍであった。なお、ＧＣ＃1000の砥粒による加工時の加工変質層は２μｍ以下にできた。また、ポリシング量の３μｍは算術平均粗さ（Ｒａ）が0.3ｎｍ以下になるようにした。
【００５１】
従来の研磨工程はＧＣ＃1000の砥粒によるラッピング後、コロイダルシリカによるポリシングを８時間行い、約10μｍの研磨を実施しなければ算術平均粗さ（Ｒａ）が0.3ｎｍ以下に達しなかった。また、研磨後のＴＴＶは4.2μｍで外周部の面の平坦性が劣化していた。
【００５２】
以上のように、研磨工程にエッチング工程を導入することにより短時間で表面粗さを小さくでき、平坦度も向上できる。短時間で小さい算術平均粗さと高い平坦度を実現でき、これにより、基板の品質が向上し、基板の生産性が向上する。さらに、基板に成長させた窒化ガリウム系のエピタキシャル半導体膜の低転位化が可能となり、窒化ガリウム系の応用デバイスの特性を向上させることができる。