(57)【要約】      （修正有）【課題】ＧａＮ結晶インゴットを含む窒化物系化合物半導体結晶から自立基板を切り出す際のクラックの発生を抑制した窒化物系化合物半導体結晶及びその製造方法並びにIII族窒化物半導体デバイス用基板を提供する。【解決手段】窒化物系化合物半導体結晶としてのＧａＮ結晶インゴット１００は、厚さ方向に沿って外周領域１００ａとその内側の中心領域１００ｂとを有し、外周領域１００ａの厚さ方向に垂直な面（Ｇａ極性のｃ面１０１）の転位密度の最大値が、中心領域１００ｂの厚さ方向に垂直な面（Ｇａ極性のｃ面１０１）の転位密度の最小値の２．０倍以上２０倍以下となる転位密度分布を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
厚さ方向に沿って外周領域とその内側の中心領域とを有し、前記外周領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最大値が、前記中心領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最小値の２．０倍以上２０倍以下となる転位密度分布を有する窒化物系化合物半導体結晶。
【請求項２】
前記外周領域の転位密度の最大値は、４×１０6／ｃｍ2以上２×１０7／ｃｍ2以下である請求項１に記載の窒化物系化合物半導体結晶。
【請求項３】
前記窒化物系化合物半導体結晶は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、又はそれらを任意の割合で含む混晶のいずれかからなる請求項１又は２に記載の窒化物系化合物半導体結晶。
【請求項４】
所定の厚さを有する窒化物系化合物半導体結晶の外周面に、前記窒化物系化合物半導体結晶とは熱膨張係数が異なる材料からなる膜を形成する工程と、
前記膜が形成された前記窒化物系化合物半導体結晶に熱処理を施す工程とを含む窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
前記熱処理を施す工程の後、前記膜を除去する工程を更に含む請求項４に記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
前記熱処理を施す工程は、９００℃以上１２００℃以下の温度で行う請求項４又は５に記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
前記熱処理を施す工程は、アンモニアガス、窒素ガス又は有機窒素化合物ガスを前記窒化物系化合物半導体結晶の表面に供給しながら行う請求項４乃至６のいずれか１項に記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の窒化物系化合物半導体結晶からなる半導体基板上に、複数のIII族窒化物半導体エピタキシャル層からなるデバイス構造が形成されているIII族窒化物半導体デバイス用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体結晶及びその製造方法並びにIII族窒化物半導体デバイス用基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物系化合物半導体は、青色発光ダイオード、白色発光ダイオード、青紫色半導体レーザをはじめとする発光デバイス、及び高出力・高周波トランジスタをはじめとする電子デバイス用の材料として用いられている。
【０００３】
このような窒化物系化合物半導体デバイスを作製するために用いられる基板は、成長させる半導体と同種の窒化物系化合物半導体結晶からなる基板、例えば窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板を用いるのが理想である。これは、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）系化合物半導体デバイスを作製するためにＧａＡｓ基板を用いることと同じ考えである。それは、成長させる半導体と同種の基板を用いることで、デバイスの機能層での転位密度を低く抑えることができるからである。
【０００４】
しかし、例えばＧａＮ系の白色発光ダイオードに用いられる基板は、依然としてサファイア基板が主流である。サファイアとＧａＮとは、その格子定数が約１４％も異なっている。それでもサファイア基板が用いられる理由の一つは、サファイア基板の価格がＧａＮ自立基板の価格よりも大幅に安いことにある。基板のコストは、デバイスの製造コストに直結し、白色発光ダイオードのような比較的安価なデバイスには、高価なＧａＮ自立基板が用いられることは、現状ではほとんどない。ここで、「自立基板」とは、自らの形状を保持でき、ハンドリングに不都合が生じない程度の強度を有する基板をいう。
【０００５】
ＧａＮ自立基板の価格が高い主な理由は、その製造方法にある。この製造方法は、例えばサファイア等の基板の上に下地層を形成し、その上にさらに金属膜を形成した後、熱処理することによって空隙層を形成する。続いてＨＶＰＥ（Hydride Vａpor Phａse Epitａxy）法を用いて厚いＧａＮ層を形成し、空隙層で基板とＧａＮ層を剥離する方法である（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
この方法により、欠陥密度の低い、良質なＧａＮ自立基板が得られるが、事実上１枚１枚上述のプロセスを繰り返す必要があり、基板のコスト低減の障害になっている。そのような中、特許文献１のような方法で作製されたＧａＮ基板を種結晶とし、ＧａＮを高い成長速度で長時間成長することでＧａＮ結晶インゴットを作製し、ＧａＮ結晶インゴットからＧａＮ基板を切り出すという方法が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許第３６３１７２４号公報
【特許文献２】特表２００３−５２７２９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記のような方法でＧａＮ結晶インゴットを作製すると、多くの場合、インゴット内部に応力が残留しているため、インゴットからＧａＮ自立基板を切り出すためにワイヤソーなどをインゴットに押し当てると、その圧力がトリガとなって、インゴット自身にクラックが生じてしまうことがあり、ＧａＮ自立基板の歩留まりを低下させている。
【０００９】
したがって、本発明の目的は、ＧａＮ結晶インゴットを含む窒化物系化合物半導体結晶から自立基板を切り出す際のクラックの発生を抑制した窒化物系化合物半導体結晶及びその製造方法並びにIII族窒化物半導体デバイス用基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の一態様は、上記目的を達成するため、以下の窒化物系化合物半導体結晶及びその製造方法を提供する。
【００１１】
［１］厚さ方向に沿って外周領域とその内側の中心領域とを有し、前記外周領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最大値が、前記中心領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最小値の２．０倍以上２０倍以下となる転位密度分布を有する窒化物系化合物半導体結晶。
【００１２】
［２］前記外周領域の転位密度の最大値は、４×１０6／ｃｍ2以上２×１０7／ｃｍ2以下である前記［１］に記載の窒化物系化合物半導体結晶。
【００１３】
［３］前記窒化物系化合物半導体結晶は、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、又はそれらを任意の割合で含む混晶のいずれかからなる前記［１］又は［２］に記載の窒化物系化合物半導体結晶。
【００１４】
［４］厚さ方向を有する窒化物系化合物半導体結晶の外周面に、前記窒化物系化合物半導体結晶とは熱膨張係数が異なる材料からなる膜を形成する工程と、前記膜が形成された前記窒化物系化合物半導体結晶に熱処理を施す工程とを含む窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【００１５】
［５］前記熱処理を施す工程の後、前記膜を除去する工程を更に含む前記［４］に記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【００１６】
［６］前記熱処理を施す工程は、９００℃以上１２００℃以下の温度で行う前記［４］又は［５］に記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【００１７】
［７］前記熱処理を施す工程は、アンモニアガス、窒素ガス又は有機窒素化合物ガスを前記窒化物系化合物半導体結晶の表面に供給しながら行う前記［４］乃至［６］のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
［８］前記［１］〜［３］のうちのいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶からなる半導体基板上に、複数のIII族窒化物半導体エピタキシャル層からなるデバイス構造が形成されているIII族窒化物半導体デバイス用基板。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、ＧａＮ結晶インゴットを含む窒化物系化合物半導体結晶から自立基板を切り出す際のクラックの発生を抑制した窒化物系化合物半導体結晶及びその製造方法並びにIII族窒化物半導体デバイス用基板を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体結晶としてのＧａＮ結晶インゴットの断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｄ）は、ＧａＮ結晶インゴットの製造工程の一例を示す断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態に係る結晶インゴットの熱処理前後の転位密度の測定結果を示す図である。
【図４】図４は、ＧａＮ結晶インゴットをワイヤソーで分割する様子を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。
【図５】図５は、分割した後のＧａＮ自立基板を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
［実施の形態の要約］
本実施の形態の窒化物系化合物半導体結晶は、厚さ方向に沿って外周領域とその内側の中心領域とを有し、前記外周領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最大値が、前記中心領域の前記厚さ方向に垂直な面の転位密度の最小値の２．０倍以上２０倍以下となる転位密度分布を有する。
【００２１】
ここで、「窒化物系化合物半導体結晶」は、インゴットやインゴットから切り出された自立基板を含む概念である。「窒化物系化合物半導体」は、Ｖ族として窒素（Ｎ）を有する化合物半導体であり、具体的には、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、又はこれらの混合物であるＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮなどのことである。「外周領域」とは、中心領域の転位密度の最小値の２．０倍以上の転位密度を有する領域をいう。外周領域の転位密度の最大値は、通常は窒化物系化合物半導体結晶の外周に現れる。中心領域の転位密度の最小値は、通常は窒化物系化合物半導体結晶の中心近傍に現れる。転位密度の高い外周領域は、残留応力が緩和した領域であるので、窒化物系化合物半導体から自立基板を切り出す際のクラックの発生を抑制することができる。
【００２２】
［実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係る窒化物系化合物半導体結晶としてのＧａＮ結晶インゴットの断面図である。
【００２３】
このＧａＮ結晶インゴット１００は、互いに対向する面（Ｇａ極性のｃ面１０１）、（Ｎ極性のｃ面１０２）と外周面１０３とからなる所定の厚さ（例えば１ｍｍ以上）の円柱状を有し、厚さ方向に沿って外周領域１００ａとそれ以外の中心領域１００ｂとを有する。外周領域１００ａの厚さ方向に垂直な面の転位密度が、中心領域１００ｂの厚さ方向に垂直な面の転位密度よりも大きくなるような転位密度分布を有する。厚さ方向に垂直な面は、例えばＧａ極性のｃ軸（［０００１]方向）に垂直な面（いわゆるｃ面）１０１、及びＮ極性のｃ面１０２である。
【００２４】
外周領域１００ａの厚さ方向に垂直な面の転位密度の最大値は、中心領域１００ｂの厚さ方向に垂直な面の転位密度の最小値の２．０倍以上２０倍以下であるが、好ましくは２．２倍以上２０倍以下、より好ましくは２．４倍以上２０倍以下である。外周領域１００ａの厚さ方向に垂直な面の転位密度の最大値は、４×１０6／ｃｍ2以上２×１０7／ｃｍ2以下が好ましく、５×１０6／ｃｍ2以上２×１０7／ｃｍ2以下がより好ましい。
【００２５】
本実施の形態では、窒化物系化合物半導体として、最も広く用いられているＧａＮについて述べるが、ＡｌＮ、ＩｎＮ、又はそれらを任意の割合で含む混晶でもよい。
【００２６】
（転位密度の数値範囲の意義）
転位などの欠陥のない理想的な結晶（これを完全結晶という）は、Ｇａ原子とＮ原子が一つの抜けもなく規則正しく並んでいる。Ｇａ原子とＮ原子の半径は異なるので、ミクロ的な応力は内在しているものの、Ｇａ原子とＮ原子が規則正しく並んでいる限り応力が釣り合っているため、結晶内にマクロ的な応力、すなわち残留応力は存在しない。
【００２７】
一方、ＧａＮ結晶の自立基板を種結晶として、その上にＧａＮの厚膜層を高速成長することによってＧａＮ結晶インゴットを得ることができるが、種結晶自体、結晶面方向、例えばｃ軸方向が面内でばらついているなど、マクロ的な分布を有している。したがって、その上に成長されるＧａＮ結晶インゴット自体も結晶面方向が内部でばらついている。これは、原子の配列が理想から外れる一つの例であるが、このように実際の結晶は、完全結晶のように理想的な原子配置から外れている。このような場合、結晶内に残留応力が生じてしまう。
【００２８】
ところで、このような結晶内の残留応力が、あるレベル（臨界応力）を超えてしまうと、転位を発生することにより応力が緩和されるというプロセスを生じさせる。結晶の成長中、あるいはその後の工程を通じて、このような過程が繰り返されており、最終的に、ある量の転位密度、ある量の残留応力が存在する形で結晶が形成される。したがって、転位密度が大きい外周領域１００ａは、上記の残留応力が緩和されるプロセスを多く経て形成された領域ということもできる。
【００２９】
残留応力が十分に緩和されていない結晶をスライスする場合、ワイヤソーなどの刃を結晶に当てると、それがトリガとなり結晶にクラックが発生してしまう。一方、上記のような転位密度が大きい外周領域１００ａでは、残留応力が緩和されている領域であるので、スライス時にもクラックが発生しにくい。
【００３０】
また、種々の実験を行った結果、外周領域１００ａの転位密度は、４×１０6／ｃｍ2、さらには５×１０6／ｃｍ2以上である場合に、クラックの抑制に効果があることが分かった。逆に言うと、この程度まで転位密度を増加させることで、スライス時のクラックを抑制するためには十分に残留応力が緩和されているということができる。
【００３１】
一方、転位密度が大きいとデバイス特性を劣化させるという問題も生じる。したがって、転位密度の大きな外周領域１００ａは、スライス時のクラックの発生を抑制するのに十分な転位密度を有し、かつ同時に、デバイス特性を大幅に劣化させることのない転位密度すなわち、２×１０7／ｃｍ2以下にすることが好ましい。よって、外周領域１００ａの転位密度の最大値は、４×１０6〜２×１０7／ｃｍ2が好ましく、５×１０6〜２×１０7／ｃｍ2がより好ましい。
【００３２】
（実施の形態の製造方法）
次に、本実施の形態に係るＧａＮ結晶インゴット１００の製造方法の一例について説明する。図２（ａ）〜（ｄ）は、本実施の形態に係るＧａＮ結晶インゴット１００の製造工程の一例を示す断面図である。
【００３３】
まず、図２（ａ）に示すように、ＧａＮ結晶インゴット１００を準備する。例えば、ＧａＮ基板を種結晶とし、種結晶上に例えばＨＶＰＥ法によりエピタキシャル成長してＧａＮ結晶インゴット１００を作製する。
【００３４】
次に、図２（ｂ）に示すように、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周面１０３にＧａＮ結晶とは熱膨張係数が異なる材料からなる膜を形成する。本実施の形態では、ＳｉＯ2膜１０４を形成してＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５を作製する。ＳｉＯ2膜１０４は、例えば３００〜７００μｍ、好ましくは４００〜６００μｍの厚さを有する。
【００３５】
次に、ＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５に熱処理を施す工程を実施する。熱処理は、９００〜１２００℃の温度範囲で行うのが好ましい。また、熱処理工程は、熱処理温度が９００℃以上でも、アンモニアなどの窒化物系化合物半導体からＮ原子が離脱するのを抑制する効果のあるガスを結晶表面に供給することが好ましい。このような効果のあるガスとしては、アンモニアの他に、窒素ガス、有機窒素化合物ガス等がある。
【００３６】
ＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５に熱処理を施すと、図２（ｃ）に示すように、転位密度が高い外周領域１００ａと、転位密度が低い中心領域１００ｂが形成される。
【００３７】
熱処理時の昇降温によって生じる界面での応力により、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周領域１００ａに限定して残留応力が緩和し、その結果、転位密度が増加する。
【００３８】
次に、図２（ｄ）に示すように、ＳｉＯ2膜１０４を除去する。ＳｉＯ2膜１０４の除去により、図１に示すＧａＮ結晶インゴット１００を作製することができる。
【００３９】
（熱処理温度の数値範囲の意義）
外周領域１００ａに転位密度が高い領域を有するＧａＮ結晶インゴット１００を製造するためには、９００℃以上の温度で熱処理することで得られる。熱処理の目的は、結晶に転位を発生させて残留応力を緩和することであるが、熱処理温度が９００℃未満では、転位を発生させるためのエネルギーが不足するため、残留応力を十分緩和させることができない。一方、熱処理温度が１２００℃よりも高いと、ＧａＮ自身が分解し、中心領域１００ｂの結晶品質も劣化させてしまうので、１２００℃以下が好ましい。
【００４０】
（実施の形態の効果）
本実施の形態の発明によれば、以下の効果を奏する。
（ａ）スライスする際にクラックの発生を効果的に抑制することが可能となる。
（ｂ）熱膨張係数差の大きい膜を形成し、熱処理を行うことにより、スライスする際にクラックの発生を効果的に抑制することが可能となる。
（ｃ）以上のことから、現状では非常にコストのかかる窒化物系化合物半導体結晶の大量生産が可能となり、その製造コスト低減に非常に有効である。
【実施例１】
【００４１】
本発明の実施例について説明する。
（１）ＧａＮ結晶インゴットの準備
図２（ａ）に示したように、ＧａＮ結晶インゴット１００を準備する。ＧａＮ結晶インゴット１００は、直径５４ｍｍ、厚さ２．０ｍｍである。このＧａＮ結晶インゴット１００は、Ｇａ極性のｃ面１０１と、Ｎ極性のｃ面１０２と、円柱状の外周面１０３とを有する。
【００４２】
（２）ＳｉＯ2膜の形成
図２（ｂ）に示すように、上記（１）で準備したＧａＮ結晶インゴット１００をスパッタリング装置内に設置し、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周面１０３に厚さ５００μｍのＳｉＯ2膜１０４を堆積させた。このとき、外周面１０３に均一にＳｉＯ2が堆積するように、ＧａＮ結晶インゴット１００を回転させながら行った。このようにして、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周面１０３にＳｉＯ2膜１０４を形成したＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５を作製した。
【００４３】
（３）熱処理
ＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５をスパッタリング装置から取り出し、次いで熱処理炉内のサセプタに設置し、アンモニアガスを２０ｓｌｍ流しながら１０００℃で１時間熱処理した。降温後、熱処理炉からＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５を取り出す。ＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット１０５のＧａＮ結晶インゴット１００には、図２（ｃ）に示すように、転位密度の高い外周領域１００ａと、転位密度が低い中心領域１００ｂが形成されている。
【００４４】
（４）ＳｉＯ2膜の除去
次に、図２（ｄ）に示すように、外周面１０３に形成されたＳｉＯ2膜１０４をフッ酸により除去することにより、ＳｉＯ2膜１０４が除去されたＧａＮ結晶インゴット１００を形成する。
【００４５】
図３は、本発明の実施例に係る結晶インゴットの熱処理前後の転位密度の測定結果を示す図である。同図中、白丸で表した点は、熱処理前を示し、白四角で表した点は、熱処理後を示す。また、実施例の測定結果を表１に示す。
【００４６】
図３の白丸で示すように、上記（１）で準備したＧａＮ結晶インゴット１００のＧａ極性のｃ面１０１の中心領域１００ｂと外周領域１００ａの[１１−２０]方向の転位密度分布を測定した。熱処理前の中心領域１００ｂの転位密度は、２．０×１０6／ｃｍ2（最小値）、外周領域１００ａ（中心から２７ｍｍの位置、以降同じ）の転位密度は、３．３×１０6／ｃｍ2（最大値）であった。
【００４７】
ＳｉＯ2膜１０４が除去された熱処理後のＧａＮ結晶インゴット１００のＧａ極性のｃ面１０１の転位密度を測定したところ、図３の白四角で示すように、熱処理後の中心領域１００ｂの転位密度は、２．４×１０6／ｃｍ2（最小値）と熱処理前とほとんど変化しないのに対し、外周領域１００ａでは１．２×１０7／ｃｍ2（最大値）と熱処理前の３．６倍に大幅に増加していた。
【００４８】
ＧａＮの線膨張係数は５．５９×１０-6Ｋ-1であり、ＳｉＯ2の線膨張係数５×１０-7Ｋ-1に比べて非常に大きいため、ＧａＮとＳｉＯ2の界面である外周面１０３には熱処理時に大きな応力がかかる。この大きな応力により、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周領域１００ａに転位が多く発生し、その分残留応力が緩和したと考えられる。
【００４９】
一方、外周面１０３から距離が離れているＧａＮ結晶インゴット１００の中心領域１００ｂでは、熱処理時にもそれほど大きな熱応力がかからず、転位の増加も限定的である。
【００５０】
（５）ＧａＮ結晶インゴットの分割
図４は、ＧａＮ結晶インゴットをワイヤソーで分割する様子を示し、（ａ）は正面図、
（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図４（ａ）に示すように、ワイヤソー装置２００は、複数のローラ２０１に巻き掛けたワイヤソー２０２を走行させ、走行するワイヤソー２０２にＧａＮ結晶インゴット１００を押し付けることで、ＧａＮ結晶インゴット１００を分割するものである。ワイヤソー２０２は、例えば、鉄または鉄合金を主成分とするピアノ線の表面にダイヤモンドからなる砥粒が固着されたものである。ピアノ線の線径は、１８０μｍを用いた。砥粒の平均粒径は、２０μｍであり、砥粒を含めたワイヤソー２０２の平均直径Ｄは、２２０μｍである。
【００５１】
図５は、１つのＧａＮ結晶インゴット１００を２枚の分割した後のＧａＮ自立基板を示す図である。図４に示すＧａＮ結晶インゴット１００をワイヤソー２０２で厚さ１ｍｍの２枚のＧａＮ自立基板１１０、１２０にスライスした。ワイヤソー２０２は、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周面１０３に最初に接触するが、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周領域１００ａの残留応力が十分緩和されているので、クラックが発生することなく、２枚のＧａＮ自立基板１１０、１２０に分割できた。一方のＧａＮ自立基板１１０は、上面にＧａ極性のｃ面１１１を有し、下面にＮ極性のｃ面１０２を有する。他方のＧａＮ自立基板１２０は、上面にＧａ極性のｃ面１０１を有し、下面にＮ極性のｃ面１２１を有する。
【００５２】
一方のＧａＮ自立基板１１０のＧａ極性のｃ面１１１を研磨した後に転位密度を測定したところ、中心領域１００ｂの中心では２．５×１０6／ｃｍ2（最小値）、外周領域１００ａでは１．３×１０7／ｃｍ2（最大値）であった。このように、ＧａＮ結晶インゴット１００の厚さ方向のいずれの部分でも、中心の転位密度に対し、外周領域１００ａの転位密度が大きく、外周領域１００ａの転位密度の最大値は５×１０6／ｃｍ2より大きいことが分かった。
【００５３】
以上のように、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周領域１００ａの残留応力を緩和して、転位密度を高い領域とすることで、クラックを発生することなくスライスを行うことができることが確認できた。
本発明のIII族窒化物半導体デバイス用基板の一実施例であるＬＥＤ用基板を次に示す。
上記したＧａＮ自立基板上に、ＭＯＶＰＥ法を用いて、厚さ４μｍのｎ型ＧａＮ層と、Ｉｎ０．２Ｇａ０．８Ｎ／ＧａＮ−３−ＭＱＷ活性層（ｗｅｌｌ層３ｎｍ、ｂａｒｒｉｅｒ層１０ｎｍ）と、厚さ４０ｎｍのｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層と、厚さ５００ｎｍのｐ型ＧａＮ層とを順次積層し、ＬＥＤ構造となる複数のIII族窒化物半導体エピタキシャル層を形成することにより、ＬＥＤ用基板を得ることができる。
【００５４】
（実験例１）
熱処理前の転位密度ができるだけ均一なＧａＮ結晶インゴットを準備し、熱処理時間を１０分、３０分、１時間と３通りに変化させて、実施例と同様な実験（実験例１−１、１−２、１−３）を行った。熱処理時間が１時間の実験例１−３は、実施例と同様の結果が得られたので、ここでの説明は省略する。
【００５５】
熱処理時間が１０分の実験例１−１は、サンプルの熱処理後の転位密度が、中心領域１００ｂの中心では２．４×１０6／ｃｍ2（最小値）、外周領域１００ａでは３．６×１０6／ｃｍ2（最大値）であった。このサンプルをスライスすると、クラックが発生してしまった。
【００５６】
熱処理時間が３０分の実験例１−２は、サンプルの熱処理後の転位密度が、中心領域１００ｂの中心では２．３×１０6／ｃｍ2（最小値）、外周領域１００ａでは５．１×１０6／ｃｍ2（最大値）であった。このサンプルはクラックが発生せずにスライスできた。
【００５７】
以上の結果から、ＧａＮ結晶インゴットの外周領域１００ａの転位密度の最大値が５×１０6／ｃｍ2以上である場合にスライス時のクラックが抑制できることが確認できた。
【００５８】
（実験例２）
熱処理温度を８００℃、９００℃、１０００℃の３通りに変化させ、熱処理時間を含むその他の条件は実施例と同じにしてサンプルを作製し、ワイヤソーによるスライス実験をそれぞれ１０回ずつ行った（実験例２−１、２−２、２−３）。
【００５９】
その結果、熱処理温度が８００℃の実験例２−１は、いずれのサンプルもスライス時にクラックが発生してしまった。熱処理温度が９００℃の実験例２−２は、半数（５枚）のサンプルにクラックが発生したが、それ以外はクラックが発生することなくスライスできた。熱処理温度が１０００℃の実験例２−３は、１０枚中９枚についてはクラックが発生することなくスライスできた。実験例１、２の評価結果を表１に示す。
【００６０】
熱処理温度が８００℃のように低い場合は、ＧａＮ結晶インゴット１００の外周領域１００ａに転位を発生させるための駆動力が不足していることにより、残留応力が緩和されないまま残っており、スライス時にクラックが発生したのである。
【００６１】
以上のことから、熱処理温度を９００℃以上とすることで、スライス時にクラックを効果的に抑制できることが確認できた。
【００６２】
本発明に係る実施例では、窒化物系化合物半導体結晶として、ＧａＮ結晶について取り上げたが、これに限定されるわけではなく、ＡｌＮ結晶、ＩｎＮ結晶、およびそれらを任意の割合で含む混晶において本発明を適用しても、スライス時にクラックを抑制できるという効果が得られる。
【００６３】
また、実施例ではインゴットの厚さ方向に垂直な面をｃ軸に垂直な面（いわゆるc面）としたが、この面に限定される訳ではなく、いわゆるｍ面など他の面であってもよい。
【００６４】
また、残留応力を緩和させるための熱処理の際、窒化物系化合物半導体結晶の表面にこれとは線膨張係数が異なる材料を堆積させるが、実施例ではＳｉＯ2膜を取り上げた。しかしながら、ＳｉＯ2に限定されるわけではなく、他の酸化物材料、金属材料、有機化合物材料など、下地の窒化物系化合物半導体結晶と線膨張係数が異なれば、いずれの材料を用いることもできる。
【００６５】
【表１】
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【符号の説明】
【００６６】
１００…ＧａＮ結晶インゴット、１００ａ…外周領域、１００ｂ…中心領域、１０１…Ｇａ極性のｃ面、１０２…Ｎ極性のｃ面、１０３…外周面、１０４…ＳｉＯ2膜、１０５…ＳｉＯ2膜付きＧａＮ結晶インゴット、１１０…ＧａＮ自立基板、１１１…Ｇａ極性のｃ面、１２１…Ｎ極性のｃ面、２００…ワイヤソー装置、２０１…ローラ、２０２…ワイヤソー
【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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