(57)【要約】【課題】  より多くの窒化物半導体素子を提供できるＧａＮ基板を作製する方法を提供する。【解決手段】単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法は、（ａ）気相成長法によって成長された窒化ガリウム単結晶のインゴット１を所定の平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に沿って切断して一または複数の単結晶窒化ガリウム基板７を作製する。単結晶窒化ガリウム基板７の主面は鏡面仕上げされており、窒化ガリウム基板７の主面は、窒化ガリウム基板７のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、第１の領域に囲まれた第２の領域とを有する。基板１の主面に直交する軸と窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、第１の領域内の第１の点で最小値をとる。この方法によれば、インゴット１を所定の平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に沿って切断して、オフ角度が主面の第１の領域内の第１の点で最小値をとる単結晶窒化ガリウム基板が作製される。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法であって、
気相成長法によって所定の軸の方向に成長された窒化ガリウム単結晶のインゴットを、前記所定の軸に対して傾斜する所定の平面に沿って切断して、一または複数の単結晶窒化ガリウム基板を作製する工程を備え、
前記単結晶窒化ガリウム基板の主面は鏡面仕上げされており、
前記窒化ガリウム基板の前記主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域に囲まれた第２の領域とを有しており、
前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の前記第１の領域にある第１の点で最小値をとる、方法。
【請求項２】
単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法であって、
気相成長法によって成長された窒化ガリウム単結晶のインゴットを所定の平面に沿ってスライスして一または複数の単結晶ＧａＮスライスを作製する工程と、
前記単結晶ＧａＮスライスのスライス面の研磨および研削の少なくとも一方を行うことによって加工された主面を有する単結晶窒化ガリウム基板を形成する工程と
を備え、
前記窒化ガリウム基板の前記主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域に囲まれた第２の領域とを有しており、
前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の前記第１の領域にある第１の点で最小値をとる、方法。
【請求項３】
前記窒化ガリウム基板の主面に直交する軸は、前記第１および第２の領域において前記窒化ガリウム基板のＣ軸とゼロより大きい角度を成す、請求項１また請求項２に記載された方法。
【請求項４】
前記オフ角度は、前記窒化ガリウム基板の前記主面上の第２の点で最大値をとり、
前記オフ角度は、前記第１の点と前記第２の点とを結ぶ線分上において実質的に単調に変化する、請求項１から請求項３のいずれかに記載された方法。
【請求項５】
前記オフ角度は、前記窒化ガリウム基板の前記主面上の閉じない曲線上においてゼロより大きいある値であり、
前記曲線は、前記主面のエッジにおいて終端している、請求項１から請求項４のいずれかに記載された方法。
【請求項６】
単結晶の窒化ガリウムから成り主面を有する窒化ガリウム基板であって、
前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、第１および第２の領域を有する主面にわたってゼロより大きい、窒化ガリウム基板。
【請求項７】
単結晶の窒化ガリウムから成り主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主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域と異なる第２の領域とを有しており、
前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたってゼロより大きい、窒化ガリウム基板。
【請求項８】
前記オフ角度の最小値は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の前記第１の領域にある、請求項６または請求項７に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項９】
前記オフ角度は、前記窒化ガリウム基板の前記主面上の閉じない曲線上においてゼロより大きいある値であり、
前記曲線は、前記主面のエッジにおいて終端している、請求項６から請求項８のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１０】
前記窒化ガリウム基板のエッジ上の一点と前記窒化ガリウム基板のエッジ上の別の点との距離の最大値は１０ミリメートル以上である、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１１】
前記窒化ガリウム基板の前記主面の面積は、直径２インチの円の面積以上である、請求項６から請求項９のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１２】
前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．１５度以上である、請求項６から請求項１１のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１３】
前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．３度以上である、請求項６から請求項１２のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１４】
前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって２度未満である、請求項６から請求項１３のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１５】
前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．７度以下である、請求項６から請求項１４のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板。
【請求項１６】
請求項６から請求項１５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数のIII族窒化物半導体膜と
を備える、窒化物半導体エピタクシャル基板。
【請求項１７】
請求項６から請求項１５のいずれか一項に記載された窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１、０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）膜と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられたＡｌＸ２ＧａＹ２Ｉｎ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１、０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）膜を含む活性領域と、
前記窒化ガリウム基板上に設けられた第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ（０≦Ｘ３≦１、０≦Ｙ３≦１、０≦Ｘ３＋Ｙ３≦１）膜と
を備える、窒化物半導体エピタクシャル基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法、窒化ガリウム基板、および窒化物半導体エピタクシャル基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
文献１（特開２００１−１９６６３２号公報）には、窒化物系化合物半導体発光素子が記載されている。窒化物系化合物半導体発光素子は、結晶方位が＜０００１＞方向より０．０５度以上２度以下の範囲で傾斜したＧａＮ基板上に、窒化物系化合物半導体からなるアクセプタドーピング層と活性層を有している。
【０００３】
文献２（特開２０００−２２３７４３号公報）は、窒化物系半導体発光素子が記載されている。窒化物系半導体発光素子は、ＧａＮからなる基板の上面に窒化物系半導体からなる発光層を形成してなる。窒化物系半導体発光素子の基板の上面がＣ面に対して０．０３以上１０度以下の角度で傾斜している。
【０００４】
文献３（特開２０００−２２２１２号公報）は、ＧａＮウエハが記載されている。ＧａＮウエハは、研磨により作製される。ＧａＮウエハのオフ角が３度以内、オフ角のばらつきがその面内において４度以内、ＧａＮウエハの反りが２００マイクロメートル以内でである。
【特許文献１】特開２００１−１９６６３２号公報
【特許文献２】特開２０００−２２３７４３号公報
【特許文献３】特開２０００−２２２１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
文献１および文献２には、窒化物半導体発光素子が記載されている。これらの窒化物半導体発光素子はＧａＮ基板を有している。ＧａＮウエハをペレットに分割して作製され、窒化物半導体発光素子のサイズは大きくても１ミリメートル程度である。文献１および文献２に記載されているような窒化物半導体発光素子は、ＧａＮウエハの一部の領域からしか得られない。なぜなら、基板の全面にわたって所望の角度分布を示すＧａＮウエハが得られていないからである。
【０００６】
したがって、求められていることは、好適な特性の窒化物半導体素子がウエハのより多くの領域において作製されることである。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、より多くの窒化物半導体素子を提供できるＧａＮ基板、およびこのＧａＮ基板を作製する方法を提供することを目的としており、また、このＧａＮ基板を用いる窒化物半導体エピタキシャル基板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】
【０００８】
本発明の一側面は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法である。この方法は、（ａ）気相成長法によって所定の軸の方向に成長された窒化ガリウム単結晶のインゴットを、前記所定の軸に対して傾斜する所定の平面に沿って切断して、一または複数の単結晶窒化ガリウム基板を作製する工程を備え、前記単結晶窒化ガリウム基板の主面は鏡面仕上げされており、前記窒化ガリウム基板の前記主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域に囲まれた第２の領域とを有しており、前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の前記第１の領域にある第１の点で最小値をとる。
【０００９】
この方法によれば、インゴットを所定の平面に沿って切断して単結晶窒化ガリウム基板が作製され、この単結晶窒化ガリウム基板ではオフ角度が主面の第１の領域内の第１の点で最小値をとる。
【００１０】
本発明の別の側面によれば、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法である。この方法は、（ａ）気相成長法によって成長された窒化ガリウム単結晶のインゴットを所定の平面に沿ってスライスして一または複数の単結晶ＧａＮスライスを作製する工程と、（ｂ）前記単結晶ＧａＮスライスのスライス面の研磨および研削の少なくとも一方を行うことによって加工された主面を有する単結晶窒化ガリウム基板を形成する工程とを備え、前記窒化ガリウム基板の前記主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域に囲まれた第２の領域とを有しており、前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成す角度は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の第１の点で最小値をとり、前記第１の点は前記第１の領域にある。
【００１１】
この方法によれば、インゴットを所定の平面に沿ってスライスして単結晶ＧａＮスライスを作製するので、オフ角度が主面の第１の領域内の第１の点で最小値をとる単結晶窒化ガリウム基板が作製される。
【００１２】
本発明の方法では、前記窒化ガリウム基板の主面に直交する軸は、前記第１および第２の領域において前記窒化ガリウム基板のＣ軸とゼロより大きい角度を成すようにしてもよい。
【００１３】
この方法によれば、オフ角度がゼロである領域が無い単結晶窒化ガリウム基板が作製される。
【００１４】
本発明の方法では、前記オフ角度は、前記窒化ガリウム基板の前記主面上の第２の点で最大値をとり、前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成す角度は、前記第１の点と前記第２の点とを結ぶ線分上において実質的に単調に変化するようにしてもよい。
【００１５】
この方法によれば、主面上の第１の点と第２の点とを結ぶ線分上において実質的に単調に変化するので、主面の第２の領域において、オフ角度がゼロである領域が無い単結晶窒化ガリウム基板が作製される。
【００１６】
本発明の方法では、前記オフ角度は前記窒化ガリウム基板の前記主面上の閉じない曲線上においてゼロより大きいある値であり、前記曲線は前記主面のエッジにおいて終端しているようにしてもよい。
【００１７】
この方法によれば、オフ角度がゼロである領域が、デバイス作製領域内に無い単結晶窒化ガリウム基板が作製される。
【００１８】
本発明の別の側面は、単結晶の窒化ガリウムから成り主面を有する窒化ガリウム基板である。この基板では、前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、主面にわたってゼロより大きい。
【００１９】
この窒化ガリウム基板によれば、オフ角度が主面にわたってゼロより大きいので、良好な表面モフォロジの半導体膜が窒化ガリウム基板上に形成できる。
【００２０】
本発明の更なる別の側面は、単結晶の窒化ガリウムから成り主面を有する窒化ガリウム基板である。窒化ガリウム基板では、前記窒化ガリウム基板の前記主面は、前記窒化ガリウム基板のエッジから３ミリメートル以内の第１の領域と、前記第１の領域と異なる第２の領域とを有しており、前記主面に直交する軸と前記窒化ガリウム基板のＣ軸との成すオフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたってゼロより大きい。
【００２１】
この窒化ガリウム基板によれば、オフ角度が主面の第２の領域にわたってゼロより大きいので、第２の領域において良好な表面モフォロジーを有する半導体膜が窒化ガリウム基板上に形成できる。
【００２２】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記オフ角度は、前記単結晶窒化ガリウム基板の前記主面上の第１の点で最小値をとり、前記第１の点は前記第１の領域にあるようにしてもよい。
【００２３】
この方法によれば、インゴットを所定の平面に沿ってスライスして単結晶ＧａＮスライスを作製するので、オフ角度が主面の第１の領域内の第１の点で最小値をとる単結晶窒化ガリウム基板が作製される。少なくとも第２の領域において良好な表面モフォロジーを有する半導体膜が窒化ガリウム基板上に形成できる。
【００２４】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記オフ角度は前記窒化ガリウム基板の前記主面上の閉じない曲線上においてゼロより大きいある値であり、前記曲線は前記主面のエッジにおいて終端しているようにしてもよい。
【００２５】
この基板によれば、オフ角度がゼロである領域が、デバイス作製領域内に無い単結晶窒化ガリウム基板が作製される。
【００２６】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記窒化ガリウム基板のエッジ上の一の点と前記窒化ガリウム基板のエッジ上の別の点との距離の最大値は、１０ミリメートル以上であることが好ましい。
【００２７】
この窒化ガリウム基板によれば、そのエッジ上の一の点と別の点との距離の最大値が１０ミリメートル以上である窒化ガリウム基板を提供することができる。
【００２８】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記窒化ガリウム基板の前記主面の面積は、直径２インチの円の面積以上であることが好ましい。
【００２９】
この窒化ガリウム基板によれば、その主面の面積が直径２インチの円の面積より大きい窒化ガリウム基板を提供することができる。
【００３０】
本発明の窒化ガリウム基板によれば、前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．１５度以上であることが好ましい。この窒化ガリウム基板上に形成されるIII族窒化物半導体膜の表面モフォロジーは六角錘状のパターンを示さない。
【００３１】
本発明の窒化ガリウム基板によれば、前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．３度以上であることが好ましい。この窒化ガリウム基板上に形成されるIII族窒化物半導体膜はマクロステップ状の表面モフォロジーを示さない。
【００３２】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって２度未満であることが好ましい。この窒化ガリウム基板上に形成されるIII族窒化物半導体膜は大きなスクラッチ状の突起が目立つことがない。
【００３３】
本発明の窒化ガリウム基板では、前記オフ角度は、前記主面の前記第２の領域にわたって０．７度以下であることが好ましい。この窒化ガリウム基板上に形成されるIII族窒化物半導体膜は、０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーはスクラッチ状の凹凸を示すところ無く、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。
【００３４】
本発明の更なる別の側面によれば、窒化物半導体エピタクシャル基板は、上記の窒化ガリウム基板と、前記窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数のIII族窒化物半導体膜とを備える。
【００３５】
この窒化物半導体エピタクシャル基板によれば、III族窒化物半導体膜は、良好な表面モフォロジを示す。
【００３６】
本発明の更なる別の側面によれば、窒化物半導体エピタクシャル基板は、上記の窒化ガリウム基板と、前記窒化ガリウム基板上に設けられた第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１、０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）膜と、前記窒化ガリウム基板上に設けられたＡｌＸ２ＧａＹ２Ｉｎ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１、０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）膜を含む活性層と、前記窒化ガリウム基板上に設けられた第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ（０≦Ｘ３≦１、０≦Ｙ３≦１、０≦Ｘ３＋Ｙ３≦１）膜とを備える。
【００３７】
この窒化物半導体エピタクシャル基板によれば、第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ膜と、ＡｌＸ２ＧａＹ２Ｉｎ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ膜と、第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ膜は、良好な表面モフォロジを示す。
【００３８】
本発明の上記の目的および他の目的、特徴、並びに利点は、添付図面を参照して進められる本発明の好適な実施の形態の以下の詳細な記述から、より容易に明らかになる。
【発明の効果】
【００３９】
以上説明したように、本発明によれば、より多くの窒化物半導体素子を提供できるＧａＮ基板、およびこのＧａＮ基板を作製する方法を提供することができ、また、このＧａＮ基板を用いる窒化物半導体エピタキシャル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】
【００４０】
本発明の知見は、例示として示された添付図面を参照して以下の詳細な記述を考慮することによって容易に理解できる。引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法、窒化ガリウム基板、および窒化物半導体エピタクシャル基板に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
【００４１】
（第１の実施の形態）
図１（Ａ）は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法を示す図面である。図１（Ｂ）は、III−Ｖ化合物半導体基板を示す図面である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示されたI−I線に沿ってとられた断面図を示す。
【００４２】
まず、気相成長法によって形成された窒化ガリウム単結晶のインゴットを準備する。図１（Ａ）を参照すると、窒化ガリウム単結晶のインゴット１が示されている。窒化ガリウムインゴット１は、例えば次にように作製される。図１（Ｂ）に示されるようなＧａＡｓ（１１１）単結晶基板といったIII−Ｖ化合物半導体基板３上にマスクを形成する。このマスクは、［１１−２］方向および［−１１０］方向にそれぞれアレイ状に配列された窓を有する。マスクの窓に低温でＧａＮバッファ層を成長する。次いで、高温において、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法といった気相成長法を用いてＧａＮバッファ層およびマスクの上に別のＧａＮ層をエピタキシャル成長する。この後に、ＧａＡｓ基板を除去してＧａＮ単結晶基板５を製造する。ＧａＡｓ基板３は王水でエッチングすることによって除去できる。ＧａＮ単結晶基板５上に、少なくとも１０ミリメートルの厚みを有するＧａＮエピタキシャル層を厚く形成してＧａＮインゴット１を形成する。
【００４３】
単結晶インゴット１は、気相成長法によって所定の軸Ａｘの方向に成長している。一方、図１（Ｂ）に示されるように、III−Ｖ化合物半導体基板３は、実質的に反っていない。図１（Ａ）に示された単結晶インゴット１は、その作製条件および／またはインゴットの厚さに応じて、凸または凹形状に反っている。図１（Ｃ）において、ガリウム面１ａは凹に反った曲面であり、単結晶インゴット１内のＣ面（（０００１）面）３ａ、３ｂ、３ｃが模式的に示されている。
【００４４】
図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、I−I線に沿った断面を示す。図２（Ａ）には、いくつかのＣ軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が示されている。軸ＡｘがあるＣ軸に沿って伸びている。例えば、Ｘ方向における軸Ｃ１と軸Ｃ２との間隔Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３は、Ｚ軸の座標が大きくなるにつれて、狭くなっている。これらのＣ面は、凸面または凹面に沿って伸びている。
【００４５】
窒化ガリウム基板は、例えば、次のような方法を用いて製造することができる。単結晶インゴット１を所定の平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に沿って切断して一または複数の単結晶窒化ガリウム基板を作製する。所定の軸は、インゴット１の長手方向に伸びる軸Ａｘに対して傾斜している。
【００４６】
所定の平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、インゴット１内のいずれのＣ軸とも直交していない。平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３は、インゴット１に交差しない軸Ｏｘに直交する。例えば、平面Ｓ１（平面Ｓ２、Ｓ３も同様に）とＣ軸との成す角度は、Ｘ軸上の座標値が大きくなるにつれて、実質的に単調に小さくなる。
【００４７】
図２（Ｂ）には、図２（Ａ）と同様に、いくつかのＣ軸Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３が示されている。軸Ａｘ、ＯｘがあるＣ軸に沿って伸びている。軸Ｏｘは、インゴット１の長手方向に伸びている。
【００４８】
図２（Ｂ）に示された例では、単結晶インゴット１を所定の平面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３に沿って切断して一または複数の単結晶窒化ガリウム基板を作製する。
【００４９】
所定の平面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、インゴット１内のＣ軸とも直交している。平面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３は、インゴット１内の軸Ｏｘに直交する。例えば、ある一を通過するＣ軸と平面Ｔ１（平面Ｔ２、Ｔ３も同様に）との成す角度は、該一が軸Ｏｘから離れるにつれて、実質的に単調に大きくなる。
【００５０】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）に示された方法によって得られた単結晶窒化ガリウム基板を示す図面である。単結晶窒化ガリウム基板７の主面７ａは鏡面仕上げされている。単結晶窒化ガリウム基板７の主面７ａは、エッジから３ミリメートル以内の第１の領域７ｂと、第１の領域７ｂに囲まれる第２の領域７ｃとを有する。図３（Ａ）の破線７ｄは、第１の領域７ａと第２の領域７ｂとの境界を示す。
【００５１】
図３（Ｂ）は、インゴット１を平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３でスライスして作製された単結晶窒化ガリウム基板の一基板の断面を示す図面であり、この断面は、II−II線にそってとられている。図３（Ｃ）は、インゴット１を平面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でスライスして作製された単結晶窒化ガリウム基板のうちの一基板の断面を示す図面である。図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示された断面には、いくつのＣ軸が実線で描かれている。図３（Ｃ）に示された単結晶窒化ガリウム基板９では、基板の中心付近のある点でオフ角がゼロであり、この点から離れるにつれてオフ角（Ａｎｇ１、Ａｎｇ２：Ａｎｇ１＜Ａｎｇ２）が大きくなっている。一方、図３（Ｂ）に示された単結晶窒化ガリウム基板７では、基板７の主面７ａ内には、オフ角がゼロである領域は無い。実施の形態に係る方法によれば、インゴット１を所定の平面に沿って切断して単結晶窒化ガリウム基板７が作製され、単結晶窒化ガリウム基板７では、オフ角度が主面７ａの第１の領域内７ｂの第１の点（基板７では、基板のエッジ上の点７ｅ）で最小値をとる。この基板７では、オフ角がゼロに近い領域上に形成された膜では、表面モフォロジは六角錘状の外観を示し、半導体デバイスの特性をさらに向上するための妨げとなる可能性がある。オフ角度は、主面７ａの第２の領域７ｃの全体にわたってゼロより大きく、また単結晶窒化ガリウム基板７の主面７ａ上の第１の領域７ｂ内の点７ｅにおいて最小値をとる。この最小値は、ゼロより大きい。
【００５２】
また、窒化ガリウム基板７の主面７ａに直交する軸は、第１および第２の領域７ｂ、７ｃにおいて窒化ガリウム基板７のＣ軸とゼロより大きい角度（Ａｎｇ３、Ａｎｇ４：Ａｎｇ３＜Ａｎｇ４）を成す。この製造方法によれば、オフ角度がゼロである領域が無い単結晶窒化ガリウム基板が作製される。この窒化ガリウム基板７によれば、オフ角度が主面にわたってゼロより大きいので、良好な表面モフォロジーを有する半導体膜が窒化ガリウム基板上に形成できる。
【００５３】
図３（Ｄ）は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法の変形例によって作製された単結晶窒化ガリウム基板を示す図面である。この方法でも、気相成長法によって所定の軸Ａｘの方向に成長された窒化ガリウム単結晶のインゴット１を所定の平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３に沿ってスライスして一または複数の単結晶ＧａＮスライスを作製する。例えば、この単結晶ＧａＮスライスのスライス面の研磨および研削の少なくとも一方を行うことによって加工された主面を有する単結晶窒化ガリウム基板１１を形成する。
【００５４】
この製造方法によれば、インゴットを所定の平面に沿ってスライスして単結晶ＧａＮスライスを作製するので、オフ角度が主面の第１の領域内の第１の点で最小値をとる単結晶窒化ガリウム基板１１が作製される。
【００５５】
オフ角度は、単結晶窒化ガリウム基板１１の主面１１ａ上の第１の領域１１ｂ内の点１１ｅにおいて最小値をとる。この最小値は、本実施例では、ゼロである。一般に、半導体デバイスの作製においては、基板１１の外周領域（例えば、基板のエッジから３ミリメートルの領域）１１ｂは、半導体デバイスを作製するために利用しない。これ故に、この外周領域１１ｂ内に、オフ角がゼロである点あるいは領域が設けられていても良い。
【００５６】
この窒化ガリウム基板１１によれば、オフ角度が主面の第２の領域１１ｃにわたってゼロより大きいので、第２の領域１１ｃにおいて良好な表面モフォロジーを有する半導体膜が該窒化ガリウム基板１１上に形成される。
【００５７】
図３（Ｂ）（および図３（Ｄ））に示された基板７（１１）において、オフ角は、窒化ガリウム基板７（１１）の主面７ａ（１１ａ）上の第１の点７ｅ（１１ｅ）で最小値をとり、第２の点７ｆ（１１ｆ）で最大値をとる。オフ角度は、最小値を示す点７ｅ（１１ｅ）と最大値を示す点７ｆ（１１ｆ）とを結ぶ線分上において実質的に単調に変化する。この基板７、１１によれば、オフ角は、この線分上において実質的に単調に変化するので、作製される単結晶窒化ガリウム基板７、１１は、主面７ａ（１１ａ）の第２の領域７ｃ（１１ｃ）においてオフ角度がゼロである領域を有さない。
【００５８】
窒化ガリウム基板７、１１では、窒化ガリウム基板７、１１のエッジ上の第１の点と窒化ガリウム基板７、１１のエッジ上の第２の点との距離の最大値は、１０ミリメートル以上であるようにできる。また、窒化ガリウム基板７、１１によれば、その主面７ａ、１１ａの面積が直径２インチの円の面積以上である窒化ガリウム基板を提供することができる。
【００５９】
図４は、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜の表面粗さと、オフ角との関係を示す図面である。横軸は窒化ガリウム基板のオフ角を示し、縦軸は窒化ガリウム膜の表面粗さ（平均自乗平方根粗さ：Ｒｍｓ）を示す。窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜の厚さは、２マイクロメートルである。
【００６０】
実験においてオフ角が正確に調整された窒化ガリウム基板を使用するために、既に説明された方法により製造された２インチ径の窒化ガリウム基板を切断して１０ミリメートル角の実験用の基板を特別に作製する。発明者が入手できる２インチ径の窒化ガリウム基板のオフ角のばらつきは約０．３度であるので、実験用の基板におけるのオフ角のばらつきは、約０．０６度以内の範囲と見積もられる。実験用の各基板の厚みのばらつきは約１マイクロメートル以下の範囲である。
【００６１】
これらの実験用基板上に窒化ガリウム膜を成長する。該窒化ガリウム膜に行われたホール測定では、キャリア濃度は２００ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、キャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３である。Ｘ線回折法を用いた（０００２）面のＯＭＥＧＡスキャンの半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであり、窒化ガリウム膜は良好な結晶品質を有している。この測定には、薄膜材料結晶性解析Ｘ線回折装置（本実施例では、Ｘ’Ｐｅｒｔ  ＭＲＤシステム、日本フィリップス社製）を用いる。
【００６２】
エピタキシャル膜の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を測定している。図４に示されるように、０．５度以上の角度の領域において、オフ角が増加するにつれて表面粗さも増加している。窒化ガリウム基板上に成長された窒化ガリウム膜といった窒化ガリウム系膜の表面を微分干渉顕微鏡を用いて観察すると、その表面モフォロジーは以下のように分類される。
【００６３】
図４において、０．１５度以下のオフ角の範囲ＯＡ１では、六角錘状の突起／窪みが現れる。０．１５度より大きく０．３度以下のオフ角の範囲ＯＡ２では、ステップ状の凹凸が現れる。０．３度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲ＯＡ３では、平坦な表面が現れる。０．７度より大きく２度未満のオフ角の範囲ＯＡ４では、スクラッチ状のパターンが現れる。２度より大きいオフ角の範囲では、大きなスクラッチ状のパターンが現れる。
【００６４】
上記の実施の形態に係る単結晶窒化ガリウム基板の主面においては、オフ角が調整されている。この窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム膜といったＡｌＸＧａＹＩｎ１−Ｘ−ＹＮ（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１、０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）膜を成長することによって、以下に示すように良好な表面モフォロジーおよび表面粗さ（Ｒｍｓ）が実現される。
【００６５】
例えば、ゼロより大きく２度未満のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは六角錘状のパターン、ステップ状の凹凸、原子ステップあるいはスクラッチ状のパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大２ナノメートル程度まで小さくなる。この基板を用いて作製された発光ダイオードはほぼ均一に発光する。２ナノメートル未満の表面粗さ（Ｒｍｓ）の表面は、厚さ１〜５ナノメートル程度の井戸層を含む量子井戸構造活性層の下地として好適である。
【００６６】
例えば、０．１５度より大きく２．０度未満のオフ角の範囲では、表面モフォロジーはステップ状の凹凸、原子ステップあるいはスクラッチ状のパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大２．０ナノメートル程度である。この基板を用いて作製された発光ダイオードはほぼ均一に発光する。
【００６７】
例えば、ゼロより大きく０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは六角錘状のパターン、ステップ状の凹凸、あるいは原子ステップのパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。この基板を用いて作製された発光ダイオードは、ほぼ均一に発光する。
【００６８】
例えば、０．１５度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーはステップ状の凹凸あるいは原子ステップを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。この基板を用いて作製された発光ダイオードは、均一に発光する。
【００６９】
例えば、０．３度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは、原子ステップを示す平坦性を示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．３ナノメートル程度まで小さくなる。この発光ダイオードは全面で均一に発光する。例えば、２インチ径の窒化ガリウム基板のオフ角のばらつきが約０．３度であるので、この窒化ガリウム基板のほぼ全面で良好な表面モフォロジーが得られる。
【００７０】
図５は、図３（Ｂ）に示された単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。オフ角の最小値および最大値は、基板１３のエッジから３ミリメートルまでの領域にある。この基板１３では、オフ角は０．３度以上０．７度以下の範囲に分布している。図５に示された分布では、図の下から上に順に、オフ角０．３〜０．４度、０．４〜０．５度、０．５〜０．６度、０．６〜０．７度の帯状の各領域が並んでいる。この基板（２インチサイズ）１３上にIII族窒化物膜をエピタキシャル成長したときに、エピタキシャル膜の全体にわたって、表面モフォロジが良好になる。
【００７１】
図６は、図３（Ｄ）に示された単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。図６に示された分布では、オフ角０〜０．２度の領域の次に、図の下から上に順に、オフ角０．２〜０．４度、０．４〜０．６度、０．６〜０．８度、０．８〜１．０度、１．０〜１．２度、１．２〜１．４度、１．４〜１．６度、１．６〜１．８度、１．８〜２．０度の帯状の各領域が並んでいる。この基板１５では、基板のエッジに近い一点において、オフ角がゼロである。この点から離れるにつれて、オフ角は大きくなる。基板のエッジ上に他端では、オフ角が２度以下であり２度に近い角度になっている。
【００７２】
図７は、別の単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。この基板１７では、基板１７の主面内には、オフ角がゼロである点がない。図７に示された分布では、オフ角０．１５〜０．２度の領域の次に、図の下から上に順に、オフ角０．２〜０．２５度、０．２５〜０．３度、０．３〜０．３５度、０．３５〜０．４度、０．４〜０．４５度、０．４５〜０．５度、０．５〜０．５５度、０．５５〜０．６０度、０．６５〜０．７０度、０．７０〜０．７５度の帯状の各領域が並んでいる。オフ角の最小値および最大値は、基板のエッジから３ミリメートルまでの領域にある。オフ角の最小値は、０．１５度であり、最大値は０．７度である。このオフ角の範囲の基板上に窒化ガリウム膜をエピタキシャル成長すると、ステップ状もしくは平坦な表面モフォロジを示す基板を有する。Ｃ面の曲率半径は、５．５メートルである。
【００７３】
オフ角がゼロである基準点からの距離Ｌ、曲率半径Ｒおよびオフ角Ａｎｇｌｅを用いて、オフ角Ａｎｇｌｅが小さいとき、
Ａｎｇｌｅ＝Ｌ／Ｒ
と表される。図８は、基準点からの距離と、オフ角との関係を示す図面である。図８では、曲率半径に関していくつかのラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６が描かれており、これらのラインは、インゴットのＣ面の曲率半径に対応する。ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌ６は、それぞれ、曲率半径１メートル、１．５メートル、２メートル、２．５メートル、３メートル、５メートルを示す。２インチサイズの基板において、オフ角をゼロより大きく２度以下の範囲にするためには、曲率半径は１．５メートル以上である。また、図５に示されたオフ角の分布を有する基板は、曲率半径は７．５メートルであるインゴットを用いて作製される。
【００７４】
以上説明したように、窒化ガリウムインゴットは、凹または凸状に反っている。このインゴットを研削および研磨の少なくともいずれか一方を行うことによって平坦な基板を作製すると、オフ角度は基板の主面において分布を示す。基板の主面において、等しいオフ角を示すラインは、ほぼ同心円のまたは同心円の円弧によって表される。
【００７５】
基板上にIII族窒化物単結晶膜をエピタキシャル成長するとき、オフ角がゼロである或いはゼロに近い領域では、表面モフォロジが良くない。この領域上に形成された半導体デバイスの特性も、良好な表面モフォロジを示す領域上に形成された半導体デバイスに比べて良好でない。基板の素子形成領域がオフ角がゼロであるあるいはゼロに近い領域を含むと、半導体生産における歩留まりを下げる。
【００７６】
基板の主面上にオフ角がゼロである領域が無ければ、エピタキシャル層の表面モフォロジが改善し、この結果、半導体デバイスの歩留まりが向上する。
【００７７】
一方、一般に、基板の外周部は、気相エピタキシャル成長を行うときに、例えばガスの流れの不均一に起因して半導体デバイスの特性を低下させる。これ故に、基板の外周部は、半導体デバイスの作製には利用されない。故に、オフ角がゼロである点が基板の外周部にあるように、基板をスライスすることが好適である。
【００７８】
図５、図６、図７を参照すると、単結晶窒化ガリウム基板の主面において、等しいオフ角を有する線が示されている。これらの線は、ゼロより大きないくつかのオフ角に対して描かれている。これらの曲線は、主面のエッジ（基板のエッジ）において終端しており、窒化ガリウム基板７、１１の主面７ａ、１１ａ上の閉じない曲線である。これらは、実質的に凸曲線である。
【００７９】
窒化ガリウム基板７、１１によれば、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第２の領域にわたって０．１５度以上であることが好ましい。この窒化ガリウム基板７、１１上に形成されるIII族窒化物半導体膜の表面モフォロジーは六角錘状のパターンを示さない。また、好ましくは、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第１および第２の領域にわたって０．１５度以上であることが好ましい。
【００８０】
窒化ガリウム基板７、１１によれば、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第２の領域にわたって０．３度以上であることが好ましい。この窒化ガリウム基板７、１１上に形成されるIII族窒化物半導体膜は実質的に平坦な表面モフォロジーを示す。また、好ましくは、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第１および第２の領域にわたって０．３度以上であることが好ましい。
【００８１】
窒化ガリウム基板７、１１では、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第２の領域７ｃ、１１ｃにわたって２度未満であることが好ましい。この窒化ガリウム基板上に形成されるIII族窒化物半導体膜は大きなスクラッチ状の凹凸が目立つことがない。
【００８２】
窒化ガリウム基板７、１１では、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第２の領域７ｃ、１１ｃにわたって０．７度以下であることが好ましい。この窒化ガリウム基板７、１１上に形成されるIII族窒化物半導体膜は、０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは六角錘状のパターン、ステップ状の凹凸、あるいは原子ステップのパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。また、好ましくは、オフ角度は、主面７ａ、１１ａの第１および第２の領域７ｂ、７ｃ、１１ｂ、１１ｃにわたって０．７度以下であることが好ましい。
【００８３】
以上説明したように、本実施の形態によれば、より多くの窒化物半導体素子を提供できるＧａＮ基板、およびこのＧａＮ基板を作製する方法が提供される。
【００８４】
（第２の実施の形態）
図９（Ａ）〜図９（Ｃ）、図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタクシャル基板を形成する方法及び窒化ガリウム系半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。
【００８５】
単結晶窒化ガリウム基板２１を準備する。この単結晶窒化ガリウム基板２１は、第１の実施の形態において説明された方法により作製されることができる。III族窒化物膜の成長に先立って、図９（Ａ）に示されるように、ＯＭＶＰＥ装置２３内において窒化ガリウム基板２１の前処理を行う。ＯＭＶＰＥ装置２３のサセプタ２５上に窒化ガリウム基板２１を置く。プロセスガスを流しながら窒化ガリウム基板２１を熱処理して、窒化ガリウム基板２１の表面２１ａの平坦化を行う。この平坦化により、機械研磨によって生じた窒化ガリウム基板２１の表面２１ａの研磨キズを小さくできる。好適な実施例では、プロセスガスはアンモニア（ＮＨ３）および水素（Ｈ２）を含むことができる。
【００８６】
図９（Ｂ）に示されるように、原料ガスを用いて窒化ガリウム基板２１の主面２１ａ上に窒化ガリウム系膜２９を形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置２３を用いてＧａＮ膜を窒化ガリウム基板２１の主面２１ａ上に直接に成長している。サセプタ温度は前処理温度より高い温度に設定されている。原料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を含むことができる。必要な場合には、ｎ型ドーパントのためにシラン（ＳｉＨ４）を使用できる。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成されたIII族窒化物膜を含む窒化物半導体エピタクシャル基板３２が得られる。
【００８７】
図９（Ｃ）に示されるように、デバイス領域を形成する。デバイス領域のために、例えば活性層といった一または複数の別のIII族窒化物膜３１を窒化ガリウム基板２１の主面２１ａ上に形成する。活性層は、例えば単一量子井戸（ＳＱＷ）構造または多重量子井戸（ＭＱＷ）構造を有することができる。本実施例では、多重量子井戸構造を有する活性層を形成する。ＧａＮ膜の成長におけるサセプタ温度よりサセプタ温度を低くする。多重量子井戸構造の井戸層のために、例えばＩｎＧａＮ膜が成長される。また、障壁層のために、井戸層のＩｎＧａＮ半導体よりバンドギャップが大きいＩｎＧａＮ膜が成長される。例えば、発光ダイオードを作製するために、５つの薄い井戸層を有する多重量子井戸構造を作製する。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された複数のIII族窒化物膜を有する窒化物半導体エピタクシャル基板が得られる。
【００８８】
次いで、図９（Ｃ）に示されるように、更なる別のIII族窒化物膜３３を窒化ガリウム基板２１の主面２１ａ上に形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置２３を用いてＡｌＧａＮ膜を活性層上に成長している。サセプタ温度は活性層の成膜の際の温度より高い。原料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を含むことができる。必要な場合には、ｐ型ドーパントのためにビスシクロペンタディエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いることができる。例えば、ＭｇドープのＡｌＧａＮ膜を形成して、ｐ型ＡｌＧａＮ膜を得る。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された複数のIII族窒化物膜を有する窒化物半導体エピタクシャル基板が得られる。
【００８９】
続いて、図９（Ｃ）に示されるように、更なる別の窒化ガリウム系膜３５を窒化ガリウム基板２１の主面２１ａ上に形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置２３を用いてＭｇドープのＧａＮ膜をｐ型ＡｌＧａＮ膜上に成長して、ｐ型ＧａＮ膜を得る。この工程によって、窒化ガリウム基板上に形成された複数のIII族窒化物膜を有する窒化物半導体エピタクシャル基板３７が得られる。
【００９０】
この後に、図１０（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム基板２１の裏面２１ｂ上にｎ型のオーミック電極３９を形成する。ｐ型のオーミック電極４１およびパッド電極４３は、図９（Ｃ）に示される工程において作製されたエピタキシャル膜上に形成される。
【００９１】
パッド電極を形成した後に、図１０（Ｂ）に示される破線ＣＵＴ１、ＣＵＴ２に沿って基板を分離して、発光ダイオードといった半導体発光デバイス５１を得る。これらの製造工程を用いて、III族窒化物半導体デバイスを製造できる。
【００９２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化ガリウム系半導体素子を製造する方法が提供される。本実施の形態によれば、また、窒化物半導体エピタクシャル基板が作製される。この窒化物半導体エピタクシャル基板は、オフ角が所定の分布を示す単結晶窒化ガリウム基板と、該窒化ガリウム基板上に設けられた一または複数のIII族窒化物半導体層とを備える。この窒化物半導体エピタクシャル基板によれば、III族窒化物半導体膜は、良好な表面モフォロジを示す。
【００９３】
本実施の形態に係る窒化物半導体エピタキシャル基板を作製する方法を利用して下記の窒化物半導体エピタクシャル基板を作製することができる。その窒化物半導体エピタクシャル基板は、オフ角が所定の分布を示す単結晶窒化ガリウム基板と、該窒化ガリウム基板上に設けられた第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ（０≦Ｘ１≦１、０≦Ｙ１≦１、０≦Ｘ１＋Ｙ１≦１）層と、該窒化ガリウム基板上に設けられたＡｌＸ２ＧａＹ２Ｉｎ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ（０≦Ｘ２≦１、０≦Ｙ２≦１、０≦Ｘ２＋Ｙ２≦１）層を含む活性層と、該窒化ガリウム基板上に設けられた第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ（０≦Ｘ３≦１、０≦Ｙ３≦１、０≦Ｘ３＋Ｙ３≦１）層とを備える。活性層は、第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ層と、第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ層との間に設けられている。この窒化物半導体エピタクシャル基板によれば、第１導電型ＡｌＸ１ＧａＹ１Ｉｎ１−Ｘ１−Ｙ１Ｎ層、ＡｌＸ２ＧａＹ２Ｉｎ１−Ｘ２−Ｙ２Ｎ層および第２導電型ＡｌＸ３ＧａＹ３Ｉｎ１−Ｘ３−Ｙ３Ｎ層が、良好な表面モフォロジを示す。
【００９４】
一実施例のエピタキシャル基板では、
ｎ型ＧａＮ基板の厚さ：４００マイクロメートル、
ｎ型ＧａＮ膜の厚さ：１マイクロメートル、
アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層：２ナノメートル、
アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層：１５ナノメートル、
ｐ型ＡｌＧａＮ層：２０ナノメートル、
ｐ型ＧａＮ層：５０ナノメートル、
である。
【００９５】
図１１（Ａ）は、図２（Ａ）に示された方法により作製された基板を用いるエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス波長の分布を示す図面である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示された分布のヒストグラムを示す。主面上におけるオフ角は、０．１５度以上０．７度以下の範囲に分布している。図１２（Ａ）は、同じエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス強度の分布を示す図面である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ｂ）に示された分布のヒストグラムを示す。図１１（Ａ）および図１２（Ａ）は、２インチ窒化ガリウム基板を用いて作製されたエピタキシャル基板に対して行われた測定値を示す。
【００９６】
図１１（Ａ）および図１１（Ｂ）の測定結果によれば、平均値４４１．５ナノメートルであり、標準偏差１．６５ナノメートル、分布幅−２ナノメートル〜＋２ナノメートルである。
【００９７】
図１２（Ａ）および図１２（Ｂ）の測定結果では、強度の標準偏差ＳＩＧを平均値ＡＶＥで割った値（ＳＩＧ／ＡＶＥ）は１５パーセント程度であり、発光は面内でほぼ均一であることがわかる。一方、基板のオフ角が、ゼロ度以上０．１５度未満の範囲および２度を超える角度の範囲にも分布している基板を用いた場合、これらの範囲においてフォトルミネッセンス強度が低下したり、フォトルミネッセンス波長が長波長にシフトしたりする。これらは半導体デバイスの歩留まりを低下させる。
【００９８】
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、発光ダイオードといった半導体発光素子を説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、本実施の形態では、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜について例示的に説明しているけれども、III族窒化物半導体（ＡｌＸＩｎＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）膜を形成することもできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
【図面の簡単な説明】
【００９９】
【図１】図１（Ａ）は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法を示す図面である。図１（Ｂ）は、III−Ｖ化合物半導体基板を示す図面である。図１（Ｃ）は、図１（Ａ）に示されたI−I線に沿ってとられた断面図を示す。
【図２】図２（Ａ）および図２（Ｂ）は、図１に示されたI−I線に沿ったインゴットの断面を示す。
【図３】図３（Ａ）は、単結晶窒化ガリウム基板を示す図面である。図３（Ｂ）は、インゴットを平面Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３でスライスして作製された単結晶窒化ガリウム基板の一基板をII−II線にそってとられた断面を示す図面である。図３（Ｃ）は、インゴットを平面Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３でスライスして作製された単結晶窒化ガリウム基板の一基板の断面を示す図面である。図３（Ｄ）は、単結晶窒化ガリウム基板を製造する方法の変形例によって作製された単結晶窒化ガリウム基板を示す図面である。
【図４】図４は、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜の表面粗さと、オフ角との関係を示す図面である。
【図５】図５は、図３（Ｂ）に示された単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。
【図６】図６は、図３（D）に示された単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。
【図７】図７は、別の単結晶窒化ガリウム基板の主面におけるオフ角の分布を示す図面である。
【図８】図８は、基準点からの距離と、オフ角との関係を示す図面である。
【図９】図９（Ａ）、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）は、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタクシャル基板を形成する方法及び窒化ガリウム系半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。
【図１０】図１０（Ａ）および図１０（Ｂ）は、本実施の形態に係る窒化物半導体エピタクシャル基板を形成する方法及び窒化ガリウム系半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。
【図１１】図１１（Ａ）は、図２（Ａ）に示された方法により作製された基板を用いるエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス波長の分布を示す図面である。図１１（Ｂ）は、図１１（Ａ）に示された分布のヒストグラムを示す。主面上におけるオフ角は、０．１５度以上０．７度以下の範囲に分布している。
【図１２】図１２（Ａ）は、図２（Ａ）に示された方法により作製された基板を用いるエピタキシャル基板のフォトルミネッセンス強度の分布を示す図面である。図１２（Ｂ）は、図１２（Ａ）に示された分布のヒストグラムを示す。
【符号の説明】
【０１００】
１…窒化ガリウム単結晶のインゴット、３…III−Ｖ化合物半導体基板、５…ＧａＮ単結晶基板、３ａ、３ｂ、３ｃ…単結晶インゴットのＣ面（（０００１）面）、Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…単結晶インゴットのＣ軸、Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…軸Ｃ１と軸Ｃ２との間隔、Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３…切断位置を示す平面、７…単結晶窒化ガリウム基板、７ａ…主面、７ｂ…第１の領域、７ｃ…第２の領域、１１…単結晶窒化ガリウム基板、１１ａ…主面、１１ｂ…第１の領域、１１ｃ…第２の領域、７ｅ、１１ｅ…基板の第１の点、７ｆ、１１ｆ…基板上の第２の点、２１…単結晶窒化ガリウム基板、２３…ＯＭＶＰＥ装置、２５…サセプタ、２９…窒化ガリウム膜、３１…III族窒化物半導体膜、３２…化物半導体エピタクシャル基板、３３…III族窒化物半導体膜、３５…III族窒化物半導体膜、３７…半導体エピタクシャル基板、３９…ｎ型のオーミック電極、４１…ｐ型のオーミック電極、４３…パッド電極、５１…半導体発光デバイス
【図１】
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【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】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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