(57)【要約】【課題】窒化物半導体単結晶の反り（面方位分布）を抑制するとともに、均質な結晶成長を行うことができる窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板の製造方法を提供する。【解決手段】窒化物半導体基板の製造方法は、ＨＶＰＥ炉２０において、石英リアクタ７内の結晶成長領域の温度分布を略均一に保持してＧａＮ薄膜２及びストライプマスク４を有する基板１上にＧａＮ厚膜５を成長させるとともに、成長中のＧａＮ厚膜５の反りが予め定めた範囲内になるように当該ＨＶＰＥ炉２０を加熱するヒータ８の制御温度を変化させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物半導体単結晶のヘテロエピタキシーによる製造方法であって、
気相成長による結晶成長装置内の結晶成長領域の温度分布を略均一に保持して基板上に窒化物半導体単結晶を成長させるとともに、
成長中の前記窒化物半導体単結晶の反りが予め定めた範囲内になるように前記結晶成長装置を加熱するヒータの制御温度を変化させることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
前記窒化物半導体単結晶よりも線膨張係数の大きい前記基板上に前記窒化物半導体単結晶を成長させ、
当該反りが予め定めた範囲内になるように予め定めた割合で前記制御温度を低下させることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
前記窒化物半導体単結晶よりも線膨張係数の小さい前記基板上に前記窒化物半導体単結晶を成長させ、
当該反りが予め定めた範囲内になるように予め定めた割合で前記制御温度を上昇させることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
前記反りを光学的手段によって結晶成長中に検出し、その検出した反りが予め定めた範囲内になるように前記制御温度をフィードバック制御することを特徴とする請求項１に記載の記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
前記基板として、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ又はＳｉのいずれかを用いることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
前記窒化物半導体単結晶の結晶成長の方法はＨＶＰＥ法であることを特徴とする請求項１〜５に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項１〜６に記載の方法で前記窒化物半導体単結晶を成長した後に、前記基板を除去して窒化物半導単結晶基板を得ることを特徴とする窒化物半導体自立基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、青色発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオ−ド（ＬＤ）用材料として、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化ガリウムアルミニウム（ＡｌＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体が脚光を浴びている。さらに、ＩＩＩ族窒化物半導体は耐熱性や耐環境性が良いという特徴を有するため、電子デバイス用素子への応用開発も始まっている。以下、ＩＩＩ族窒化物半導体の代表例としてＧａＮについて説明する。
【０００３】
現在広く実用化されているＧａＮ成長用の基板は、サファイアである。ＧａＮ単結晶膜の成長法としては、単結晶サファイア基板の上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）等でエピタキシャル成長させる方法が一般に用いられている。
【０００４】
しかし、サファイア基板はＧａＮと格子定数が異なるため、ＧａＮの単結晶膜は、サファイア基板上に直接成長することができない。このため、サファイア基板上に一旦低温でＡｌＮやＧａＮのバッファ層を成長させることで格子の歪みを緩和させ、その上にＧａＮ単結晶膜を成長させる方法が考案されている。
【０００５】
低温成長窒化物層をバッファ層として用いることで、ＧａＮの単結晶膜は、エピタキシャル成長することが可能となるが、基板と結晶の格子のずれが完全に解消することはなく、ＧａＮの単結晶膜は無数の欠陥を有する。ＧａＮ単結晶膜の欠陥は、ＧａＮ系ＬＤや高輝度ＬＥＤを製作する上で障害となることがある。
【０００６】
そこで、ＧａＮ自立基板の出現が切に望まれてきた。しかし、ＧａＮは、ＳｉやＧａＡｓのように融液から大型のインゴットを引き上げることが困難である。そこで、例えば、超高温高圧法、フラックス法、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などの種々の方法が試みられている。ＨＶＰＥ法によるＧａＮ基板は、上記方法の中でも最も開発が進んでいる。現在、市場への流通も始まっており、ＬＤ用途だけでなく、高輝度ＬＥＤ向けとしても大きな期待が寄せられている。
【０００７】
ＨＶＰＥ法によるＧａＮ基板が実用化されたものの、ＨＶＰＥ法によって作製されたＧａＮ基板の特性には、未だ改善の余地を大きく残している。ここで問題にするのは、ＧａＮ基板の反り（あるいは面方位分布）である。反りは、基板裏面の中心部と外縁部の高さの差として求めることができるものである。また、厚さ分布が既知であれば、基板表面の中心部と外縁部との高さの差からも求めることができる。
【０００８】
また、一般にヘテロエピタキシーによって成長されたＧａＮ単結晶は、下地基板を取り去った後でも反りを有している。下地基板を取り去ったＧａＮ単結晶の自立基板は、基板の両面を研磨加工すれば、機械的な形状としては一見平坦にすることができるが、結晶方位の面内分布を有することになる。
【０００９】
デバイスのエピタキシャル成長では、ＧａＮ単結晶の自立基板上にＡｌＧａＮやＩｎＧａＮなどの混晶を成長させる必要があるが、同じ成長条件であっても、混晶組成は面方位によって変わるので、方位分布を有する基板上に成長された混晶薄膜は、組成の面内分布を有することになる。例えば、ＬＥＤの活性層にはＩｎＧａＮが使われるが、ＩｎＧａＮの組成が面内でばらつくと、発光波長がばらつくことになり、素子歩留まりが低下する。面方位のばらつきは、結晶の加工前の反りに起因するため、面方位ばらつきを小さくするには、アズグロウンでの反りを低減することが重要である。
【００１０】
このようなアズグロウンでのＧａＮ単結晶の反りを抑制する技術として、結晶成長後にアニールを行うことで反りを低減する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。しかし、結晶成長後にさらに工程を追加することになり、製造コストが増大する懸念がある。
【００１１】
また、歪みを補正するように適当な不純物をドーピングすることでＧａＮ単結晶の反りを抑制する技術が開示されている（例えば、特許文献２参照）。しかし、一般に、不純物の添加は他の特性を損なう要因になる。
【００１２】
そこで、余計なコストをかけず、他の特性も損なわない反りの制御方法が望まれていた。
【００１３】
上記のような問題に対して、基板の表面側と裏面側に、独立制御が可能なヒータを設置して、縦方向の温度勾配を制御して成長中の反りをその場測定でフィードバックしながら制御可能な窒化物半導体製造装置が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
【００１４】
特許文献３に記載の装置では、熱電対は基板表面に接近して配置され、基板表面温度を正確に測定することができ、熱電対によって測定した基板表面の温度が一定となるように上下のヒータ出力を制御することで、ＧａＮ単結晶の反りを０に近づけることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−１６５５６４
【特許文献２】特許４５２９８４６
【特許文献３】特開２００９−２９５６８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、特許文献３に記載の窒化物半導体基板の製造方法において、熱電対が基板表面に近接して配置されると、熱電対そのものに結晶が堆積して正確な測定を妨げたり、原料ガスの流れを乱すという問題がある。一方、原料ガスの流れを乱さないようにするために、測定結果の正確性をある程度犠牲にして、基板表面から離れた部分に熱電対が設置されると、結晶の赤外吸収量などが成長中に変化し、基板温度がわずかに変化しても、その変化は検知できないか、過小評価する可能性が高く、正確なフィードバック制御が困難となる。
【００１７】
また、基板温度の変化を検知できない場合、上下のヒータは、熱電対の温度を一定に保ちつつ反りを抑制するために、炉内上下方向に温度勾配を発生させるように制御される。この結果、想定しない温度勾配が生じ、特許文献３にも記述があるように、原料ガスの予期しない対流を生じさせ、均質な結晶成長を阻害する原因となる。また、装置が複雑化し、コストアップの原因にもなっていた。
【００１８】
したがって、本発明の目的は、窒化物半導体単結晶の反り（面方位分布）を抑制するとともに、均質な結晶成長を行うことができる窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明は、上記課題を解決することを目的として、窒化物半導体単結晶のヘテロエピタキシーによる製造方法であって、
気相成長による結晶成長装置内の結晶成長領域の温度分布を略均一に保持して基板上に窒化物半導体単結晶を成長させるとともに、
成長中の前記窒化物半導体単結晶の反りが予め定めた範囲内になるように前記結晶成長装置を加熱するヒータの制御温度を変化させることを特徴とする窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
【００２０】
また、上記窒化物半導体基板の製造方法において、前記窒化物半導体単結晶よりも線膨張係数の大きい前記基板上に前記窒化物半導体単結晶を成長させ、
当該反りが予め定めた範囲内になるように予め定めた割合で前記制御温度を低下させることが好ましい。
【００２１】
また、上記窒化物半導体基板の製造方法において、前記窒化物半導体単結晶よりも線膨張係数の小さい前記基板上に前記窒化物半導体単結晶を成長させ、
当該反りが予め定めた範囲内になるように予め定めた割合で前記制御温度を上昇させることが好ましい。
【００２２】
また、上記窒化物半導体基板の製造方法において、前記反りを光学的手段によって結晶成長中に検出し、その検出した反りが予め定めた範囲内になるように前記制御温度をフィードバック制御することが好ましい。
【００２３】
また、上記窒化物半導体基板の製造方法において、前記基板として、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＡｓ、ＺｎＯ又はＳｉのいずれかを用いることが好ましい。
【００２４】
また、上記窒化物半導体基板の製造方法において、前記窒化物半導体単結晶の結晶成長の方法はＨＶＰＥ法であることが好ましい。
【００２５】
また、上記に記載の方法で前記窒化物半導体単結晶を成長した後に、前記基板を除去して窒化物半導単結晶基板を得ることを特徴とする窒化物半導体自立基板の製造方法が提供される。
【００２６】
また、前記予め定めた割合は、結晶成長時間に対する前記基板の温度の変化を事前に予測して決定することが好ましい。
【００２７】
また、前記予め定めた割合は、前記反りを光学的手段によって結晶成長中に検出し、その検出した反りが予め定めた範囲内になるように前記制御温度をフィードバック制御する方法により、予め窒化物半導体基板を製造するとともに、成長中の制御温度のデータを記録しておき、そのデータに基づいて同様の窒化物半導体基板が得られるように決定することが好ましい。
【発明の効果】
【００２８】
本発明に係る窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板の製造方法によれば、窒化物半導体単結晶の反り（面方位分布）を抑制するとともに、均質な結晶成長を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造工程の一例を説明する断面図である。
【図２】図２は、実施の形態に係るＨＶＰＥ炉の構造の一例を示す一部断面図である。
【図３】図３は、実施例１に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【図４】図４は、実施例２に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【図５】図５は、実施例３に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【図６】図６は、比較例に係る試料の成長中の反りに対する厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【図７】図７は、比較例に係るＧａＮ自立結晶の反りに対するドーピング濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
［実施の形態の要約］
本実施の形態の要点は、ヘテロエピタキシーによるＧａＮ単結晶の成長において、結晶成長領域の温度分布が略均一に保持された気相法による結晶成長装置を用い、結晶成長中に結晶成長領域の制御温度を温度分布の均一性を保持しながら変化させ、基板とエピ層との線膨張係数差に起因する熱応力によってＧａＮ単結晶の反りを低減させることにある。
【００３１】
まず、本発明の実施の形態を説明するにあたり、ヘテロエピタキシーにより生成したＧａＮ結晶の、下地基板除去後に残留する反りの主な原因（ａ）〜（ｃ）を以下に説明する。
【００３２】
（ａ）Ｖｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ型成長機構のアイランド結合時の、表面張力による反り
一般に、ヘテロエピタキシーによるＧａＮ結晶の成長は、Ｖｏｌｍｅｒ−Ｗｅｂｅｒ型の成長過程を辿る。すなわち、成長の初期過程には、結晶は離散的なアイランド状であり、成長の進行とともにアイランド同士が結合して平坦な表面を形作り、２次元成長に移行する成長過程である。
【００３３】
結晶のアイランド同士の結合は、結合により表面エネルギーが低下するために進行すると考えられる。つまり、アイランド同士は表面張力によって互いに引き合う。ただし、下地基板上のＧａＮアイランドは、下地基板によってその位置を拘束されているので、ガラス板上の水滴の結合のように２つの水滴がガラス板上を滑って結合を完了するのではなく、基板を凹面に曲げるような応力を生じる。
【００３４】
（ｂ）厚さ方向の欠陥密度分布
２次元成長への移行後は、（ａ）で述べたような表面張力起因の応力の増大はなくなるが、他の原因により応力の増大は継続する。応力が継続する原因は、転位同士の合体消滅による余剰半格子面の減少にあると考えられる。
【００３５】
上記（ａ）及び（ｂ）を原因とする反りは、ＧａＮ結晶の、例えば、成長初期過程におけるアイランド密度の制御によってある程度低減できることがわかっている。しかし、次に説明する（ｃ）を原因とする反りの発生及びその低減方法は、発明者らが最初に明らかにしたものである。
【００３６】
（ｃ）成長中の予期しない温度変化による熱応力
ＧａＮ結晶の成長中に、何らかの原因によって基板温度が変化すると、ＧａＮと下地基板との線膨張係数差に起因した反りが生じる。通常、基板温度は、基板を置くサセプタの近傍に設置した熱電対でモニタし、モニタした温度が設定温度（制御温度）に一定になるようにヒータ出力をフィードバック制御する。しかし、熱電対でモニタされる温度（制御温度と同じ温度になるように制御される温度）は真の基板温度と等しいとは限らない。特に、ＧａＮのような、赤外線に対する透明度があまり小さくない物質の場合は、制御温度と真の基板温度とに誤差が生じる傾向がある。透明基板の主な加熱機構がサセプタからの熱伝導であり、基板とサセプタとの接触状態によって、真の基板温度が変化しやすいからである。
【００３７】
ヘテロエピタキシーによるＧａＮ結晶の成長では、（ａ）及び（ｂ）で述べたような原因によって反りが生じるため、基板とサセプタとの接触状態が変化しやすく、制御温度と真の基板温度とに誤差が生じやすい。このような状況で、例えば、ＧａＮ結晶の赤外吸収係数が変化すると、制御温度のモニタ値にはほとんど現れず、真の基板温度が変化し、熱応力による反りが生じる。反りが生じたＧａＮ結晶の表面上に新たに成長したＧａＮは、その状態で最もエネルギーが小さくなるような欠陥配置になる（塑性変形している）ため、成長後に基板を取り去っても反りが残留することになる。ここで、ＧａＮ結晶の赤外吸収係数が増加する原因としては、例えば、ドーピングによる自由キャリア吸収の増大や、その他の点欠陥に起因した着色等が挙げられる。
【００３８】
上記（ｃ）を原因とするＧａＮ結晶の反りを抑止するためには、原理的には、真の基板温度が一定になるようなヒータ制御を行えばよい。しかし、真の基板温度の正確なモニタは困難である。成長条件から赤外吸収係数の変化が推定できれば、赤外吸収係数の変化に応じたヒータ制御を行うことも考えられるが、実際には、その正確な推定は容易ではない。そのため、ＧａＮ結晶の反りをモニタし、モニタされた反りが一定値になるように制御温度をフィードバック制御することが有効となる。
【００３９】
ここで、フィードバック制御は、ＧａＮ結晶の反りをゼロとするようにするのが理想である。しかし、（ａ）及び（ｂ）を原因とする反りが大きい場合は、ＧａＮ結晶の反りがゼロになるような制御を行うと、真の基板温度が変化するおそれがある。真の基板温度をあまり大きく変化させると、ＧａＮ結晶は、過剰な熱応力によってクラックを生じたり、良好な結晶性の得られる温度領域を外れるため、これらを回避できる範囲でフィードバック制御を行うのが好ましい。
【００４０】
［実施の形態］
まず、本発明の実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造方法及び窒化物半導体自立基板の製造方法を、図１〜４を用いて説明する。
【００４１】
図１（ａ）〜（ｆ）は、実施の形態に係る窒化物半導体基板の製造工程の一例を説明する断面図である。
【００４２】
まず、図１（ａ）に示すように、基板１を準備する。基板１は、例えば、直径３インチのｃ面サファイア基板である。
【００４３】
次に、図１（ｂ）に示すように、基板１の表面に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、例えば、厚さ１．５μｍのアンドープのＧａＮ薄膜２を成長させる。
【００４４】
次に、図１（ｃ）に示すように、基板１及びＧａＮ薄膜２を有するテンプレート基板上に、熱ＣＶＤ法を用いて、例えば、厚さ１００ｎｍのＳｉＯ２膜３を堆積させる。
【００４５】
次に、標準的なフォトリソグラフィの技術を用いて、図１（ｄ）に示すように、ＳｉＯ２のストライプマスク４を形成する。ストライプマスク４は、例えば、ストライプパターンのマスク幅が５μｍ、開口幅が４μｍとする。
【００４６】
次に、ストライプマスク４を有するテンプレートを試料１９として後述する図２に示すＨＶＰＥ炉にセットし、図１（ｅ）に示すように、ＧａＮ厚膜５を成長させる。ＧａＮのＨＶＰＥ成長の原料としては上記ＧａＣｌとＮＨ３とを用いる。また、ＧａＣｌ及びＮＨ３とともにＳｉＨ２Ｃｌ２を供給することでＳｉドープを行う。なお、成長圧力は大気圧である。
【００４７】
図２は、実施の形態に係るＨＶＰＥ炉の構造の一例を示す一部断面図である。
【００４８】
このＨＶＰＥ炉（気相成長炉）２０は、石英リアクタ７と、外部ヒータ８と、サセプタ９と、レーザ光源１０と、検出器１３と、熱電対１４と、ＨＣｌ供給管１５と、ＮＨ３供給管１７と、ＳｉＨ２Ｃｌ２供給管１８とを備える。
【００４９】
石英リアクタ７は、石英で形成される透明なリアクタであり、外部ヒータ８によって加熱されることで結晶成長領域の温度を略均一とするホットウォール式である。
【００５０】
外部ヒータ８は、例えば、抵抗過熱式のヒータ等である。以下、外部ヒータ８に設定される温度を「制御温度」という。
【００５１】
サセプタ９は、グラファイト等からなり、試料１９を設置するための円盤状の台を有する。また、サセプタ９は、石英リアクタ７の内部に設置され、台の表面はＳｉＣコートされて水平に設置される。試料１９は、ストライプマスク４を有するテンプレートであり、サセプタ９の台上にいわゆるフェイスアップで配置される。また、サセプタ９は、ＧａＮ厚膜５の成長中、回転軸９０の回転に伴い例えば１０ｒｐｍの速度で回転する。
【００５２】
レーザ光源１０は、サセプタ９の上部に設置され、レーザ光１１を試料１９に入射する。
【００５３】
検出器１３は、レーザ光１１が試料１９で反射した反射光１２を検出する。検出器１３は、反射光１２の検出された位置から試料１９の反りの大きさをモニタする。
【００５４】
熱電対１４は、白金ロジウム等からなり、サセプタ９の裏面に設置されて、制御温度をモニタする。
【００５５】
ＨＣｌ供給管１５は、ＨＣｌを供給する管であり、管の途中に設けられるＧａ融液１６にＨＣｌを供給することで、互いに反応させてＧａＣｌを発生させ、石英リアクタ７内にＧａＣｌを供給する。
【００５６】
ＮＨ３供給管１７は、ＮＨ３を石英リアクタ７内に供給する。
【００５７】
ＳｉＨ２Ｃｌ２供給管１８は、ＳｉＨ２Ｃｌ２を石英リアクタ７内に供給する。
【００５８】
以上に説明した構成のＨＶＰＥ炉２０において、試料１９の反りをモニタし、ＧａＮ厚膜５の反りが一定値になるように外部ヒータ８により制御温度をフィードバック制御する。
【００５９】
次に、上述したＧａＮ厚膜５の成長後、図１（ｆ）に示すように、レーザ剥離を用いて基板１を除去し、直径３インチのｃ面がＧａＮのＧａＮ自立結晶６を得る。
【００６０】
（実施の形態の効果）
上述した実施の形態によれば、窒化物結晶のヘテロエピタキシー成長において、結晶成長領域の温度を略均一に保ったまま、石英リアクタ７内の温度を全体的に変化させるので、温度勾配に起因する対流の発生が抑制され、予期せぬ温度変化に起因する反りを抑制し、面方位分布の小さいＧａＮ自立結晶６を製造することができる。
【実施例１】
【００６１】
実施の形態と同様に、ＳｉＯ２のストライプマスク４付きの試料１９を準備し、ＨＶＰＥ炉２０にセットして厚さ約５００μｍのＧａＮ厚膜５を成長させた。ＧａＮ厚膜５は、厚さ１００μｍまではアンドープとし、それ以降は原料ガスとともにＳｉＨ２Ｃｌ２を所定量供給し、ＧａＮ中のＳｉ濃度が約３×１０１８ｃｍ−３になるようにした。
【００６２】
また、成長中にレーザ光源１０及び検出器１３を用いて試料１９の反りを検出し、成長中の反り量が実質ゼロになるように、外部ヒータ８の制御を行った。
【００６３】
図３は、実施例１に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【００６４】
比較のために、後述する比較例のデータを同図に示す。比較例は、実施例１と同じＳｉ濃度で制御温度一定の条件で成長した場合である。また、右軸には、フィードバックによる制御温度の推移を示す。反りを実質ゼロにするフィードバック制御により、当初１０９０℃であった制御温度は、最終的には約１０２５℃にまで低下した。
【００６５】
ＧａＮ厚膜５の成長終了後、レーザ剥離法により基板１を取り除き、直径３インチのＧａＮ自立結晶６を得た。このＧａＮ自立結晶６の反りをレーザ変位計で測定したところ、反りは５μｍ以下であることがわかった。
【実施例２】
【００６６】
まず、基板１として直径３インチのｃ面ＳｉＣ基板を準備した。次に、ｃ面ＳｉＣ基板の表面に、ＭＯＶＰＥ法を用いて厚さ１．５μｍのアンドープＧａＮ薄膜を成長させた。その後、実施の形態と同様にして、ＳｉＯ２のストライプマスク付きのｃ面ＧａＮテンプレートを準備し、ＨＶＰＥ炉２０にセットして厚さ約５００μｍのＧａＮ厚膜５を成長させた。ＧａＮ厚膜５は、厚さ１００μｍまではアンドープとし、それ以降は原料ガスとともにＳｉＨ２Ｃｌ２を所定量供給し、ＧａＮ中のＳｉ濃度が約３×１０１８ｃｍ−３になるようにした。また、成長開始時の制御温度は１０１０℃とした。
【００６７】
また、成長中にレーザ光源１０及び検出器１３を用いて試料１９の反りを検出し、成長中の反り量が実質ゼロになるように、外部ヒータ８の制御を行った。
【００６８】
図４は、実施例２に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【００６９】
比較のために、Ｓｉ濃度を同一とし、制御温度一定（１０１０℃）の条件で成長した場合のデータを同図に示す。また、右軸には、フィードバックによる制御温度の推移を示す。
【００７０】
制御温度一定で成長した場合、厚さ１００μｍ程度までは、上述した（ａ）及び（ｂ）を原因とするプラス方向の反りが増大するが、ドーピングを開始すると、（ｃ）を原因とするものと思われるマイナスの反りが増大している。
【００７１】
一方、フィードバック制御を行った場合には、反りはほとんど生じていない。また、フィードバック制御により、当初１０１０℃であった制御温度は、最終的には約１０８５℃にまで上昇した。
【００７２】
ＧａＮ厚膜５の成長終了後、レーザ剥離法により基板１を取り除き、直径３インチのＧａＮ自立結晶６を得た。このＧａＮ自立結晶６の反りをレーザ変位計で測定したところ、反りは５μｍ以下であることがわかった。。
【実施例３】
【００７３】
まず、直径３インチの（１１１）Ａ面ＧａＡｓ基板を準備した。次に、Ａ面ＧａＡｓ基板の表面に、ＭＯＶＰＥ法を用いて厚さ１．５μｍのアンドープＧａＮ薄膜を成長させた。その後、実施の形態と同様にして、ＳｉＯ２のストライプマスク付きのｃ面ＧａＮテンプレートを準備し、ＨＶＰＥ炉２０にセットして厚さ約５００μｍのＧａＮ厚膜５を成長させた。ＧａＮ厚膜５は、厚さ１００μｍまではアンドープとし、それ以降は原料ガスとともにＳｉＨ２Ｃｌ２を所定量供給し、ＧａＮ中のＳｉ濃度が約３×１０１８ｃｍ−３になるようにした。また、成長開始時の制御温度は１０９０℃とした。
【００７４】
また、成長中にレーザ光源１０及び検出器１３を用いて試料１９の反りを検出し、成長中の反り量が実質ゼロになるように、外部ヒータ８の制御を行った。
【００７５】
図５は、実施例３に係る試料の成長中の反りの厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【００７６】
比較のために、Ｓｉ濃度を同一とし、制御温度一定（１０１０℃）の条件で成長した場合のデータを同図に示す。また、右軸には、フィードバックによる制御温度の推移を示す。
【００７７】
制御温度一定で成長した場合、ＧａＡｓとＧａＮとは線膨張係数が近いため、ドーピングを開始しても反り増大の傾きが急に大きくなることはなかったものの、反りは厚さとともに増大し、厚さ５００μｍでは５０μｍを超えた。これは、（ａ）及び（ｂ）を原因とするものと思われる。
【００７８】
一方、フィードバック制御を行った場合には、反りはほとんど生じていない。また、フィードバック制御により、当初１０９０℃であった制御温度は、最終的には約１０２０℃にまで低下した。
【００７９】
ＧａＮ厚膜５の成長終了後、レーザ剥離法により基板１を取り除き、直径３インチのＧａＮ自立結晶６を得た。このＧａＮ自立結晶６の反りをレーザ変位計で測定したところ、反りは５μｍ以下であることがわかった。。
【００８０】
［他の変形例］
上記実施例１〜３においてはＧａＮ自立結晶の場合のみ記したが、これ以外にもＡｌＮやＡｌＧａＮ等の他のＩＩＩ族窒化物半導体に関しても同様の効果が期待できる。また、ＨＶＰＥ法だけでなく、ＭＯＶＰＥ法や昇華法などの他の気相成長法に適用してもよい。
【００８１】
［比較例１］
次に、比較例を、図１、２、６及び７を用いて説明する。
【００８２】
比較例の製造工程は、制御温度を１０９０℃に一定とする以外、実施例１において説明した内容と同一であり、ＧａＣｌ及びＮＨ３の分圧を１．５ｋＰａ及び４０ｋＰａとした。また、ＧａＮ厚膜５の成長は幾つかのＳｉＨ２Ｃｌ２の濃度について行った。成長圧力は大気圧である。この時の成長速度は約３００μｍ／ｈであった。
【００８３】
図６は、比較例に係る試料の成長中の反りに対する厚さ依存性の一例を示すグラフ図である。
【００８４】
反りはＧａＮ厚膜５の厚さとともに増大するが、ドーピングの開始以降（厚さが１００μｍ以上）は特に顕著に増大する。また、ドーピング濃度が大きいほど反りの増大が大きいことがわかった。
【００８５】
それぞれのＧａＮ厚膜５の成長終了後、レーザ剥離法により基板１を取り除き、直径３インチのＧａＮ自立結晶６を得た。これらのＧａＮ自立結晶６は、表面を上側にしたときに凹面の反りをもっていた。
【００８６】
図７は、比較例に係るＧａＮ自立結晶の反りに対するドーピング濃度依存性の一例を示すグラフ図である。
【００８７】
それぞれのＧａＮ自立結晶６の反りは、結晶中のＳｉ濃度とともに単調に増大した。導電性のＧａＮ基板では、通常、１×１０１８ｃｍ−３以上のＳｉ濃度（キャリア）濃度が求められるが、図７に示すように、Ｓｉ濃度１×１０１８ｃｍ−３における反りは約２００μｍと非常に大きいことがわかった。
【符号の説明】
【００８８】
１     基板
２     ＧａＮ薄膜
３     ＳｉＯ２膜
４     ストライプマスク
５     ＧａＮ厚膜
５     厚膜
６     自立結晶
７     石英リアクタ
８     外部ヒータ
９     サセプタ
１０   レーザ光源
１１   レーザ光
１２   反射光
１３   検出器
１４   熱電対
１５   ＨＣｌ供給管
１６   Ｇａ融液
１７   ＮＨ３供給管
１８   ＳｉＨ２Ｃｌ２供給管
１９   試料
２０   ＨＶＰＥ炉
【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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