(57)【要約】【課題】平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であり、かつ、割れ難いＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板、およびかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いた半導体デバイスの製造方法を提供する。【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板は、１つ以上の高転位密度領域２０ｈと、高転位密度領域２０ｈよりも転位密度が低い複数の低転位密度領域２０ｋと、を含み、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下である。ここで、平均転位密度に対する高転位密度２０ｈの転位密度の比が基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさである。また、本半導体デバイスの製造方法は、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを用いる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上の高転位密度領域と、前記高転位密度領域よりも転位密度が低い複数の低転位密度領域と、を含み、
平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項２】
前記平均転位密度に対する前記高転位密度領域の転位密度の比が前記基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさである請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項３】
前記平均転位密度に対する前記高転位密度領域の転位密度の比が２以上である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項４】
前記高転位密度領域の転位密度が５×１０5ｃｍ-2以上３×１０6ｃｍ-2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項５】
前記低転位密度領域の転位密度が１×１０5ｃｍ-2以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項６】
前記基板は六方晶系の結晶構造を有し、
前記基板の任意に特定される｛１−１００｝面が、１つ以上の前記高転位密度領域を横切っている請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項７】
前記基板の主面から見た１つ以上の前記高転位密度領域のパターン形状は、縞状、多角形格子縞状、周期的に配列された島状および不定形状のいずれかを含む請求項６に記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項８】
前記基板の主面の面積が２０ｃｍ2以上であり、厚さが１０００μｍ以下である請求項１から請求項７までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項９】
前記基板がＧａＮ単結晶自立基板である請求項１から請求項８までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項１０】
前記基板がＨＶＰＥ法により形成されている請求項１から請求項９までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０までのいずれかのＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いた半導体デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、平均転位密度が低くかつ割れ難いＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板およびそれを用いた半導体デバイスの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光素子、電子素子などの半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板として、転位密度分布が均一でかつ平均転位密度が低いＩＩＩ族窒化物単結晶基板が開発されている。
【０００３】
たとえば、特開２００４−１９３３７１号公報（特許文献１）には、平均転位密度が１×１０6ｃｍ-2未満のＩＩＩ族窒化物半導体層を含む自立基板、具体的には０．１２〜１．５×１０6ｃｍの範囲で転位密度が変動しているＧａＮ膜（自立基板）が開示されている。また、特開２００６−５２１０２号公報（特許文献２）には、平均転位密度が５×１０7ｃｍ-2以下のＩＩＩ−Ｖ族窒化物系半導体基板、具体的には１．４±０．７×１０6ｃｍ-2の範囲の転位密度を有するＧａＮ自立基板が開示されている。
【０００４】
しかし、半導体デバイスの特性のさらなる向上のため、半導体デバイス用基板として、さらに転位密度が低いＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板が求められている。
【特許文献１】特開２００４−１９３３７１号公報
【特許文献２】特開２００６−５２１０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このため、さらに低い転位密度、たとえば平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の作製を試みた。しかし、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下と超低密度のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板は、転位密度分布が均一なものは割れやすいことを見出した。
【０００６】
そこで、本発明は、上記問題点を解決して、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であり、かつ、割れ難いＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を提供すること、ならびに、かかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いた半導体デバイスの製造方法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】
【０００７】
本発明は、１つ以上の高転位密度領域と、高転位密度領域よりも転位密度が低い複数の低転位密度領域と、を含み、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板である。
【０００８】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板において、平均転位密度に対する高転位密度領域の転位密度の比が基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさである。たとえば、平均転位密度に対する高転位密度領域の転位密度の比を２以上とすることができる。また、高転位密度領域の転位密度を５×１０5ｃｍ-2以上３×１０6ｃｍ-2以下とすることができる。また、低転位密度領域の転位密度を１×１０5ｃｍ-2以下とすることができる。
【０００９】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板は、六方晶系の結晶構造を有し、基板の任意に特定される｛１−１００｝面が１つ以上の高転位密度領域を横切っているものとできる。ここで、基板の主面から見た１つ以上の高転位密度領域のパターン形状は、縞状、多角形格子縞状、周期的に配列された島状および不定形状のいずれかを含むことができる。
【００１０】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板において、主面の面積を２０ｃｍ2以上とし、厚さを１０００μｍ以下とすることができる。さらに、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板をＧａＮ単結晶自立基板とすることができる。さらにＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板をＨＶＰＥ法により形成することができる。
【００１１】
また、本発明は、上記のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いた半導体デバイスの製造方法である。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であり、かつ、割れ難いＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を提供することができ、また、かかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いた半導体デバイスの製造方法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】
【００１３】
［実施形態１］
（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板）
図１、図２、図７および図８を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下である。基板の転位密度は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法による暗点密度の測定、または、基板のエッチングにより主面に生じるエッチングピット密度の測定により、求められる。本実施形態においては、基板の転位密度は、ＣＬ法による暗点密度の測定により求める。ここで、平均転位密度とは、基板の主面全体（すなわち、後述する高転位密度領域および低転位密度領域の主面全体）においてＣＬ法により測定される暗点密度の平均をいう。
【００１４】
また、本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、１つ以上の高転位密度領域２０ｈと、高転位密度領域２０ｈよりも転位密度が低い複数の低転位密度領域２０ｋとを含む。本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、高転位密度領域２０ｈと低転位密度領域２０ｋとを含むことにより、基板に発生するクラックの伝搬を阻止することができ、基板の割れを防止することができる。
【００１５】
すなわち、本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、低転位密度領域２０ｋの転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比が基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分に大きく、したがって、平均転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比が基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさである。基板の転位密度の分布を不均一として、平均転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比を十分に大きくすることにより、基板に発生するクラックの伝搬を阻止することができ、基板の割れを防止することができる。
【００１６】
ここで、平均転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比について、クラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさは、基板の結晶構造および化学組成により異なる。基板が六方晶系のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板、たとえば、ＧａＮ単結晶自立基板、ＡｌＮ単結晶自立基板、ＩｎＮ単結晶自立基板、ＡｌxＧａ1-xＮ（０＜ｘ＜１）単結晶自立基板、ＩｎyＧａ1-yＮ（０＜ｙ＜１）単結晶自立基板などでは、平均転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比は、２以上が好ましく、５以上がより好ましく、１０以上がさらに好ましい。ここで、高転位密度領域２０ｈの転位密度とは、高転位密度領域２０ｈの主面においてＣＬ法により測定される暗点密度の平均をいう。
【００１７】
また、本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2であり、平均転位密度に対する高転位密度領域２０ｈの転位密度の比が基板のクラックの伝搬を阻止するのに十分な大きさであれば、特に制限はないが、基板の割れの防止とその基板の上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層を形成して得られる半導体デバイスの特性低下の防止とを両立させる観点から、高転位密度領域２０ｈの転位密度は、５×１０5ｃｍ-2以上３×１０6ｃｍ-2以下が好ましく、５×１０5ｃｍ-2以上２×１０6ｃｍ-2以下がより好ましく、５×１０5ｃｍ-2以上１×１０6ｃｍ-2以下がさらに好ましい。また、低転位密度領域２０ｋの転位密度を低減して平均転位密度を低減する観点から、低転位密度領域２０ｋの転位密度は、１×１０5ｃｍ-2以下が好ましく、１×１０4ｃｍ-2以下がより好ましく、１×１０3ｃｍ-2以下がさらに好ましい。ここで、低転位密度領域２０ｋの転位密度とは、低転位密度領域２０ｋの主面においてＣＬ法により測定される暗点密度の平均をいう。
【００１８】
また、図１、図２、図７および図８を参照して、本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐは、六方晶系の結晶構造を有し、基板の任意に特定される｛１−１００｝面２０ｃが１つ以上の高転位密度領域２０ｈを横切っていることが好ましい。六方晶系の結晶構造を有するＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板は、最も割れやすい劈開面として｛１−１００｝面２０ｃを有する。したがって、かかる｛１−１００｝面２０ｃが１つ以上の高転位密度領域２０ｈを横切っているため、｛１−１００｝面２０ｃに沿ったクラックの伝搬が阻止される。このため、基板の割れを効率的に防止することができる。
【００１９】
ここで、たとえば図１を参照して、任意に特定される｛１−１００｝面２０ｃは、基板の外縁部のみに存在する｛１−１００｝面２０ｄを含まないものとする。かかる｛１−１００｝面２０ｄは、高転位密度領域２０ｈを横切らない場合があり得る。しかし、基板の外縁部のみに存在する｛１−１００｝面２０ｄがあっても、これにより基板が割れるには至らず、問題とならないからである。
【００２０】
また、図１、図２、図７および図８を参照して、本ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐの主面から見た１つ以上の高転位密度領域２０ｈのパターン形状は、縞状（図１を参照）、多角形格子縞状（図２を参照）、周期的に配列された島状（図７を参照）および不定形状（図８を参照）のいずれかを含むことが好ましい。基板の主面から見た１つ以上の高転位密度領域２０ｈのパターン形状に、縞状（図１を参照）、多角形格子縞状（図２を参照）、周期的に配列された島状（図７を参照）および不定形状（図８を参照）のいずれかを含めることにより、｛１−１００｝面２０ｃはより多くの高転位密度領域２０ｈを横切ることができるようになるため、基板の割れをより効率的に防止することができる。
【００２１】
ここで、図２においては、多角形格子縞状が正方形格子縞状である場合が記載されているが、多角形格子縞状を形成する多角形は、正方形の他、三角形、長方形、菱形、平行四辺形、台形、六角形などであってもよい。また、図７または図８に示すように、高転位密度領域２０ｈの周期的に配列された島状または不定形状のパターン形状は、任意に特定される｛１−１００｝面２０ｃが１つ以上の高転位密度領域２０ｈを横切るものであれば足り、高転位密度領域２０ｈは連続していなくともよく、互いに分離している各高転位密度領域２０ｈ間の位置関係は、図７または図８に示される位置関係に限定されない。
【００２２】
（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の製造方法）
本実施形態のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の製造方法は、特に制限はないが、たとえば、以下の２つの製造方法が挙げられる。
【００２３】
（第１の製造方法）
図３および図４を参照して、第１の製造方法は、主領域１ｓと主領域１ｓに対して＜０００１＞方向の極性が反転している極性反転領域１ｔとを有するＩＩＩ族窒化物結晶で形成されている下地基板１を準備する工程（図３（ａ）および図４）と、下地基板１の主領域１ｓおよび極性反転領域１ｔ上に液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させる工程（図３（ｂ））と、ＩＩＩ族窒化物結晶１０上に気相法でＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させる工程（図３（ｃ））と、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０を加工してＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを形成する工程（図３（ｃ）および（ｄ））と、を含む。ここで、図３（ａ）は図４のＩＩＩＡ−ＩＩＩＡにおける概略断面図であり、図３（ｄ）は図１のＩＩＩＤ−ＩＩＩＤにおける概略断面図である。
【００２４】
図３（ａ）および図４を参照して、下地基板１を準備する工程において、かかる下地基板１は、たとえば、特開２００３−１８３１００号公報の段落０２２１から０２７１の記載のように、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法によるファセット成長法により作製される。下地基板１の主領域１ｓは転位密度が低く、下地基板１の極性反転領域１ｔは主領域１ｓに比べて転位密度が高くなっている。
【００２５】
図３（ｂ）を参照して、液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させる工程において、下地基板１の主領域１ｓ上に成長するＩＩＩ族窒化物結晶１０の第１の領域１０ｓは、主領域１ｓの極性と低密度の転位を引き継いで結晶成長する。また、下地基板１の極性反転領域１ｔ上に成長するＩＩＩ族窒化物結晶１０の第２の領域１０ｔは、極性反転領域１ｔの極性と高密度の転位を引き継いで結晶成長する。したがって、ＩＩＩ族窒化物結晶１０の第２の領域１０ｔは、第１の領域１０ｓに対して＜０００１＞方向の極性が反転しており、また、転位密度が高くなっている。ここで、液相法には、特に制限はないが、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる観点から、Ｎａフラックス法が好ましい。
【００２６】
しかし、第１の領域１０ｓの結晶成長速度は、第２の領域１０ｔの結晶成長速度よりも大きい。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長とともに、第１の領域１０ｓが、第２の領域１０ｔを覆い、埋め込む。このようにして、ＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させることにより、ある結晶厚さ以上においては、第１の領域１０ｓのみが存在するため、少なくとも表面が、単一の極性を有する。こうして成長した第１の領域１０ｓには、下地基板１の主領域１ｓ上に成長した低転位密度領域１０ｋと、埋め込まれた第２の領域１０ｔ上に成長した高転位密度領域１０ｈとが含まれる。ただし、下地基板１の極性反転領域のピッチＰおよび幅Ｗの大きさによっては、第１の領域１０ｓに高転位密度領域１０ｈが含まれない場合がある。
【００２７】
ここで、図３（ａ）、（ｂ）および図４を参照して、液相法により成長させたＩＩＩ族窒化物結晶１０の第１の領域１０ｓにおいて、高転位密度領域１０ｈを形成させるためには、下地基板１の極性反転領域１ｔのピッチＰを０．１〜３０ｍｍ、幅Ｗを０．０１〜０．１ｍｍとすることが好ましい。また、液相法により成長させたＩＩＩ族窒化物結晶１０の第１の領域１０ｓにおいて、高転位密度領域１０ｈを形成させないためには、下地基板１の極性反転領域１ｔのピッチＰを０．０１〜０．１ｍｍ、幅Ｗを０．０００１〜０．０１ｍｍとすることが好ましい。
【００２８】
図３（ｃ）を参照して、気相法でＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶１０上に成長するＩＩＩ族窒化物単結晶２０は、ＩＩＩ族窒化物結晶１０の第１の領域１０ｓの低転位密度領域１０ｋ上にその低密度の転位を引き継いで成長する低転位密度領域２０ｋと、ＩＩＩ族窒化物結晶１０の第１の領域１０ｓの高転位密度領域１０ｈ上にその高密度の転位を引き継いで成長する高転位密度領域２０ｈとを含む。ここで、気相法には、特に制限はないが、転位密度の高い結晶を高い速度でエピタキシャル成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法が好ましい。
【００２９】
図３（ｃ）および（ｄ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０を加工してＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを形成する工程において、気相法により成長させたＩＩＩ族窒化物単結晶２０を、下地基板１の主面に平行な面２０ｕおよび２０ｖでスライスした後、スライス面を研磨して、主面２０ｍおよび２０ｎを有するＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐが得られる。ここで、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐとするためには、基板の厚さは、１００μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上がより好ましく、３００μｍ以上がさらに好ましい。
【００３０】
（第２の製造方法）
図５および図６を参照して、第２の製造方法は、複数のＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂを、その主面が互い平行に、かつその側面が互いに隣接するように、配置してＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１を形成する工程（図５（ａ）および図６）と、ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１の主面上に気相法によりＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させる工程（図５（ｂ））と、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０を加工してＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを形成する工程（図５（ｂ）および（ｃ））と、を含む。ここで、図５（ａ）は図６のＶＡ−ＶＡにおける概略断面図であり、図５（ｃ）は図２のＶＣ−ＶＣにおける概略断面図である。
【００３１】
図５（ａ）および図６を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１を形成する工程において用いられるＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂの主面の形状は、特に制限はないが、任意に特定される平面を隙間なく敷き詰める観点から、三角形、四角形および六角形のいずれかが好ましく、正三角形、正方形、長方形、菱形、平行四辺形、台形および正六角形のいずれかがより好ましい。
【００３２】
ここで、複数のＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂの主面の面方位は、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させる観点からは、同一またはほぼ同一であることが好ましい。一方、ＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂ間の隣接面１１ｅ上に成長する高転位密度領域２０ｈの転位密度を増加させてクラック防止効果を高めるために、複数のＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂの主面の面方位は、互いに微小なずれがあることが好ましい。かかる面方位のずれ方向は、チルト方向（ＩＩＩ族窒化物結晶のｃ軸に対するずれ方向）であっても、ツイスト方向（ＩＩＩ族窒化物結晶のｃ軸周りのずれ方向）であってもよい。
【００３３】
ただし、ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１全体として、主面の面方位のずれが大きいと好ましくないため、隣接するＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂの主面の面方位のずれ方向が、それらのずれを互いに打ち消すように、ＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂを配置することがより好ましい。たとえば、図５（ａ）を参照して、主面がＡ方向の面方位を有するＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａと、主面がＢ方向の面方位を有するＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ｂとが、隣接するＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂの主面の面方位のずれ方向がそれらのずれを互いに打ち消すように、配置されている。
【００３４】
図５（ｂ）を参照して、気相法でＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１上に成長するＩＩＩ族窒化物単結晶２０は、ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板１１のＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂのそれぞれの主面上に成長する低転位密度領域２０ｋと、互いに隣接するＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板１１ａおよび１１ｂ間の隣接面１１ｅ上に成長する高転位密度領域２０ｈとを含む。ここで、気相法には、特に制限はないが、転位密度の高い結晶を高い速度でエピタキシャル成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法が好ましい。
【００３５】
図５（ｂ）および（ｃ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０を加工してＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを形成する工程において、気相法により成長させたＩＩＩ族窒化物単結晶２０を、下地基板１の主面に平行な面２０ｕおよび２０ｖでスライスした後、スライス面を研磨して、主面２０ｍおよび２０ｎを有するＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐが得られる。ここで、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐとするためには、基板の厚さは、１００μｍ以上が好ましく、２００μｍ以上がより好ましく、３００μｍ以上がさらに好ましい。
【００３６】
［実施形態２］
（半導体デバイスの製造方法）
図１１〜図１５を参照して、本発明の他の実施形態である半導体デバイス９０の製造方法は、実施形態１のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを用いた半導体デバイス９０の製造方法であり、具体的には、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを用いて半導体デバイス用基板９０ｐを準備する工程と、半導体デバイス用基板９０ｐ上に少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層７０を形成する工程とを備える。
【００３７】
本実施形態の半導体デバイスの製造方法によれば、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを用いて準備された半導体デバイス用基板９０ｐには、１つ以上の高転位密度領域２０ｈと高転位密度領域２０ｈよりも転位密度が低い複数の低転位密度領域２０ｋとを含み平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であるＩＩＩ族窒化物単結晶２０が含まれている。このため、半導体デバイス用基板９０ｐに割れを発生させることなく高い歩留まりで高特性の半導体デバイスを製造することができる。
【００３８】
（半導体デバイス用基板を準備する工程）
図１１および図１２を参照して、準備する半導体デバイス用基板９０ｐは、１つ以上の高転位密度領域２０ｈと高転位密度領域２０ｈよりも転位密度が低い複数の低転位密度領域２０ｋとを含み一主面９０ｍを有する平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下のＩＩＩ族窒化物単結晶２０を含むものであれば、準備方法に特に制限はなく、たとえば以下の方法が挙げられる。
【００３９】
図１１を参照して、半導体デバイス用基板９０ｐとして、実施形態１のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを準備してもよい。ここで、実施形態１のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを準備する方法には、特に制限はなく、たとえば、実施形態１のＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の製造方法における第１の製造方法または第２の製造方法を用いることができる。
【００４０】
また、図１２を参照して、半導体デバイス用基板９０ｐとして、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを薄層化したＩＩＩ族窒化物単結晶層２０ｑと、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０と化学組成が異なる異種基板９０ｐｂと、が接合されたテンプレート基板を準備してもよい。
【００４１】
図１２を参照して、上記のテンプレート基板は、以下のようにして準備することができる。まず、図１２（ａ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを準備する。
【００４２】
次に、図１２（ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐの主面に異種基板９０ｐｂを接合する。ここで、異種基板９０ｐｂは、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐに接合できるものであれば特に制限はなく、目的とする半導体デバイスの製造に適した耐久性を有する基板を選択することができる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物単結晶２０と化学組成が異なるＩＩＩ族窒化物基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板、Ｓｉ基板、ＺｎＳｅ基板、ＺｎＯ基板、ＺｎＳ基板、ＭｇＯ基板、石英基板、カーボン基板、ダイタモンド基板、Ｇａ2Ｏ3基板、ＺｒＢ基板などが挙げられる。また、異種基板９０ｐｂの接合方法は、特に制限はないが、低温で均一に接合できる観点から、表面活性化法、フュージョンボンディング法などが好ましい。ここで、表面活性化法とは接合させる面をプラズマに曝すことによりその表面を活性化させた後接合する方法をいい、フュージョンボンディング法とは洗浄した接合させる面どうしを加圧加熱して接合する方法をいう。
【００４３】
次に、図１２（ｂ）および（ｃ）を参照して、異種基板９０ｐｂとの界面から所定の距離Ｔ（たとえば０．０１μｍ以上１００μｍ以下）を有する面でＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを分離する。ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐを分離する方法には、特に制限はなく、放電加工機、ワイヤーソー、外周刃、内周刃、レーザ照射などを用いる方法が挙げられる。また、図示はしていないが、異種基板を接合させる面側であってその面から所定の深さＴを有する領域にイオンを注入した後、異種基板を接合し、熱、力などによる応力をかけてイオンを注入した領域でＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を分離することも可能である。ここで、注入イオンとしては、水素イオン、ヘリウムイオンなどが用いられる。異種基板９０ｐｂに接合したＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐが、異種基板９０ｐｂとの界面から所定の距離Ｔの面で分離することにより、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐから残部ＩＩＩ族窒化物単結晶基板２０ｒが除去されて、異種基板９０ｐｂに接合した厚さＴのＩＩＩ族窒化物単結晶層２０ｑが形成される。こうして、半導体デバイス用基板９０ｐとして、異種基板９０ｐｂと、異種基板９０ｐｂ上にＩＩＩ族窒化物種結晶層９０ｐａとして形成された厚さＴのＩＩＩ族窒化物単結晶層２０ｑと、を含むテンプレート基板が得られる。
【００４４】
（少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層を形成する工程）
図１３を参照して、半導体デバイス用基板９０ｐの一方の主面９０ｍ上に、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層７０として、たとえば、ｎ+型ＧａＮ層７２、ｎ型ＧａＮ層７４およびｐ型ＧａＮ層７６を形成する。こうして、ｐ型ＧａＮ層７６とｎ型ＧａＮ層７４との間にｐｎ接合面９０ｊが形成される。ここで、一方の主面９０ｍとは、半導体デバイス用基板９０ｐにおいて、ＩＩＩ族窒化ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐ（図１１を参照）またはＩＩＩ族窒化物単結晶層２０ｑの主面２０ｍに相当する。また、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層７０を形成する方法は、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性が高い半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線成長）法、昇華法などの気相法などが好ましく用いられる。
【００４５】
次に、ｐ型ＧａＮ層７６上にｐ側電極８２としてＮｉ／Ａｕ積層電極（Ｎｉ層がｐ型ＧａＮ層に接触）を形成し、半導体デバイス用基板９０ｐの他方の主面９０ｎ上にｎ側電極８４としてＴｉ／Ａｌ積層電極（Ｔｉ層が半導体デバイス用基板９０ｐに接触）を形成して、半導体デバイス９０が得られる。ここで、ｐ側電極８２およびｎ側電極８４を形成する方法は、特に制限はないが、量産性が高い観点から、蒸着法、スパッタ法などが好ましい。
【００４６】
さらに、図１４を参照して、上記半導体デバイス９０のチップ分割線９０ｄに沿って、ｐ側電極８２、ｐ型ＧａＮ層７６およびｎ型ＧａＮ層７４の一部をメサエッチングする。次いで、半導体デバイス９０をチップ分割線９０ｄに沿って分割することにより、半導体デバイスチップ９０ｃが得られる。たとえば、１個の半導体デバイス９０を１０個のチップＣ１〜Ｃ１０に分割することにより、１０個の半導体デバイスチップ９０ｃが得られる。
【実施例】
【００４７】
１．ＧａＮ単結晶自立基板（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板）の製造
本実施例においては、上記第１の製造方法により、以下のようにしてＧａＮ単結晶自立基板（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板）を作製した。
【００４８】
１−１．主領域と極性反転領域とを有するＧａＮ下地基板の準備
図３（ａ）および図４を参照して、転位密度が０．１〜１×１０5ｃｍ-2の複数の主領域１ｓと転位密度が０．１〜１×１０9ｃｍ-2の複数の極性反転領域を有する直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ３５０μｍのＧａＮ結晶の下地基板１（以下、ＧａＮ下地基板１という）を準備した。このＧａＮ下地基板１の一主面上には、主領域１ｓの（０００１）表面（Ｇａ原子表面）が現れ、極性反転領域１ｔの（０００−１）表面（Ｎ原子表面）が現れている。また、極性反転領域１ｔは、下地基板１の＜１−１００＞方向に縞（ストライプ）状に、一方の端から他方の端まで伸びている。また、ＧａＮ下地基板１として、極性反転領域１ｔのピッチＰが１ｍｍで幅Ｗが０．０１ｍｍのもの（下地基板Ａ）と、極性反転領域１ｔのピッチが０．０５ｍｍで幅が０．０１ｍｍのもの（下地基板Ｂ）との２種類を準備した。
【００４９】
１−２．Ｎａフラックス法（液相法）によるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の成長  図３（ｂ）および図９を参照して、上記２種類のＧａＮ下地基板１（下地基板Ａおよび下地基板Ｂ）上に、Ｎａフラックス法により、以下のようにしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。
【００５０】
図９を参照して、Ｎａフラックス法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長に用いられる結晶成長装置は、たとえば、外容器３９と、外容器３９の内部に配置された断熱材３７と、断熱材３７の内部に配置されたヒータ３５と、ヒータ３５の内側に配置された内容器３１とを備える。この内容器３１内には、その中でＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させるための結晶成長容器３３が配置されている。また、結晶成長容器３３の開口部が蓋３４で覆われていてもよい。ここで、結晶成長容器３３および蓋３４の材料は、溶媒３および窒素含有ガス５と反応せず、機械的強度および耐熱性が高いものであれば特に制限はないが、ＢＮ（窒化ホウ素）などが好ましい。また、内容器３１の材料は、機械的強度および耐熱性の高いものであれば特に制限はないが、ステンレス、耐熱鋼などが好ましい。また、外容器３９の材料は、機械的強度および耐熱性の高いものであれば特に制限はないが、ステンレスなどが好ましい。また、断熱材３７の材料は、機械的強度、耐熱性および断熱性の高いものであれば特に制限はないが、ウール状のグラファイトなどが好ましい。
【００５１】
また、本結晶成長装置は、第１の配管５１によって内容器３１に繋がれている窒素含有ガス供給装置４１と、第２の配管５３によって外容器３９に繋がれている加圧用ガス供給装置４３と、第３の配管５５によって外容器３９に繋がれている真空排気装置４５とを備える。ここで、第１の配管５１には、窒素含有ガス５の供給流量を調節するためのバルブ５１ｖが設けられ、バルブ５１ｖより内容器３１側の部分５１ａには第１の圧力計５１ｐが設けられている。また、第２の配管５３には、加圧用ガス７の供給流量を調節するためのバルブ５３ｖが設けられ、バルブ５３ｖより外容器３９側の部分５３ａには第２の圧力計５３ｐが設けられている。また、第３の配管５５には、排気流量を調節するためのバルブ５５ｖが設けられている。
【００５２】
さらに、第１の配管５１のバルブ５１ｖより内容器３１側の部分５１ａと第３の配管５５のバルブ５５ｖより外容器３９側の部分５５ａとを繋ぐ第４の配管５７が設けられている。この第４の配管５７にはバルブ５７ｖが設けられている。なお、図９には、参考のため、第１の配管５１のバルブ５１ｖより窒素含有ガス供給装置４１側の部分５１ｂ、第２の配管５３のバルブ５３ｖより加圧用ガス供給装置４３側の部分５３ｂ、第３の配管５５のバルブ５５ｖより真空排気装置４５側の部分５５ｂも図示した。
【００５３】
図９を参照して、まず、上記２種類のＧａＮ下地基板１の各々を、上記一主面を上に向けて、内径６０ｍｍで深さ２０ｍｍのＢＮ製坩堝（結晶成長容器３３）の底に配置した（基板配置サブ工程）。次に、各ＧａＮ下地基板１が配置されたＢＮ製坩堝（結晶成長容器３３）内に、１５ｇの純度９９．９９９９モル％の金属Ｇａと１１ｇの純度９９．９９モル％の金属Ｎａ（溶媒３）を入れた（溶媒配置サブ工程）。この金属Ｇａおよび金属Ｎａ（溶媒３）は室温（約２５℃）中では固体であるが、後の加熱により液化して金属Ｇａ（ＩＩＩ族金属ＭIII）と金属Ｎａ（アルカリ金属ＭA）のモル比がＭIII：ＭA＝３１：６９の金属Ｇａ−Ｎａ融液となり、この金属Ｇａ−Ｎａ融液（溶媒３）の表面からＧａＮ下地基板１の主面までの深さが５ｍｍとなった。
【００５４】
次に、ＧａＮ下地基板１ならびに金属Ｇａおよび金属Ｎａ（溶媒３）が収容されたＢＮ製坩堝（結晶成長容器３３）を内容器３１内に配置した。ＢＮ製の坩堝（結晶成長容器３３）の上にＢＮ製の蓋３４を配置した（結晶成長容器配置サブ工程）。
【００５５】
次に、真空ポンプ（真空排気装置４５）を用いて、内容器３１および外容器３９の内部を真空排気した（真空排気サブ工程）。真空排気後の内容器３１および外容器３９の真空度は、１×１０-3Ｐａであった。
【００５６】
次に、内容器３１および外容器３９内に、それぞれの容器の内圧が１ＭＰａとなるようにそれぞれ窒素含有ガス５および加圧用ガス７を供給した（窒素含有ガス供給サブ工程）。このとき、内容器３１内に供給される窒素含有ガス５には、純度が９９．９９９９９モル％の高純度の窒素ガスを用いた。一方、外容器３９に供給される加圧用ガス７には、純度が９９．９９９９モル％の窒素ガスを用いた。
【００５７】
次に、抵抗加熱方式のヒータ３５を用いて、内容器３１および外容器３９の内部を加熱して、内容器３１内部全体の温度を８７０℃にした（加熱サブ工程）。かかる加熱により、内容器３１に配置された金属Ｇａおよび金属Ｎａ（溶媒３）は液化して、ＧａＮ下地基板１の上記主面を覆い、この液化した金属Ｇａおよび金属ＮａすなわちＧａ−Ｎａ融液（溶媒３）に高純度の窒素ガス（窒素含有ガス５）が溶解する。このようにして、ＧａＮ基板（下地基板１）の上記一主面に、Ｇａ−Ｎａ融液（溶媒３）に高純度の窒素ガス（窒素含有ガス５）を溶解させた溶液を接触させることができた。加熱中は、内容器３１にさらに高純度の窒素ガス（窒素含有ガス５）を供給して、内容器３１の内圧が外容器３９の内圧に比べて０．０１ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下の範囲で大きくなるようにした。すなわち、０．０１ＭＰａ≦｛（内容器の内圧）−（外容器の内圧）｝≦０．１ＭＰａとなるようにした。
【００５８】
次に、内容器３１への窒素含有ガス５の供給量および加熱量を調節して、内容器３１内部全体の温度を８７０℃（結晶成長温度）に維持したまま内容器３１の内圧を３ＭＰａ（結晶成長圧力）として、ＧａＮ下地基板１の上記主面上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を２００時間成長させた（結晶成長サブ工程）。このとき、外容器３９への窒素ガス（加圧用ガス７）の供給量を調節して、外容器３９の内圧を内容器３１の内圧に比べて０．０１ＭＰａ以上０．１ＭＰａ以下の範囲で小さくなるようにした。すなわち、結晶成長時においても加熱時と同様に、０．０１ＭＰａ≦｛（内容器の内圧）−（外容器の内圧）｝≦０．１ＭＰａとなるようにした。
【００５９】
次に、０．０１ＭＰａ≦｛（内容器の内圧）−（外容器の内圧）｝≦０．１ＭＰａの関係を維持しながら、内容器３１および外容器３９のそれぞれの内部を冷却および減圧下して、３０℃に冷却された内容器３１のＢＮ製坩堝（結晶成長容器３３）のＧａ−Ｎａ融液（溶媒３）からＧａＮ下地基板１上に成長したＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）をピンセットで取り出した（結晶取り出しサブ工程）。得られたＧａＮ結晶の厚さは、２００μｍであった。すなわち、ＧａＮ結晶の成長速度は、１μｍ／ｈｒであった。
【００６０】
上記のようにして、下地基板Ａ（下地基板１）上に得られたＧａＮ結晶Ａ（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）は、下地基板Ａの主領域１ｓ上に成長した低転位密度領域１０ｋと、埋め込まれた第２の領域１０ｔ上に成長した高転位密度領域１０ｈとが含まれており、平均転位密度は５×１０5ｃｍ-2であり、低転位密度領域の転位密度は２〜１０×１０4ｃｍ-2であり、高転位密度領域の転位密度は１〜２×１０6ｃｍ-2であった。また、下地基板Ｂ（下地基板１）上に得られたＧａＮ結晶Ｂ（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）は、実質的に下地基板Ｂの主領域１ｓ上に成長した低転位密度領域１０ｋのみで形成され、平均転位密度は２×１０6ｃｍ-2であり、低転位密度領域の転位密度が１．５〜２．５×１０6ｃｍ-2での範囲内にある実質的に転位密度の分布が均一であった。本願において、基板の転位密度の分布が実質的に均一とは、たとえば、その基板において平均転位密度に対する高転位密度領域の転位密度の比が２未満であることをいう。
【００６１】
ここで、基板の転位密度（ＣＬ法による暗点密度）は、基板の主面をＣＬ法により測定される単位面積（１００μｍ×１００μｍの正方形領域の面積）あたりの暗点の数を、主面が高転位密度領域をその長手方向に対して垂直に横切るピッチ１００μｍの格子点上の５００箇所で測定することにより算出した。
【００６２】
１−３．ＨＶＰＥ法（気相法）によるＧａＮ単結晶（ＩＩＩ族窒化物単結晶）の成長
図３（ｃ）および図１０を参照して、上記２種類のＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）上に、ＨＶＰＥ法により、以下のようにしてＩＩＩ族窒化物単結晶２０を成長させた。
【００６３】
図１０を参照して、ＨＶＰＥ法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長に用いられる結晶成長装置は、たとえば、反応室６０１内にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を保持するための結晶ホルダ６０２が配置され、反応室６０１に導入するＩＩＩ族塩化物ガス６３を合成するためのＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３、ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３にＨＣｌガス６１を導入するためのＨＣｌガス導入管６０５、反応室６０１に窒素原料ガス６６を導入するための窒素原料ガス導入管６０６および反応後のガスを排気するための排気管６０７が配設されている。また、ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３にはＩＩＩ族金属６２が収納されているＩＩＩ族金属ボート６０４が配置されている。また、ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３および反応室６０１の周囲には、それぞれＩＩＩ族金属ボート６０４およびＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を加熱するためのヒータ６０８，６０９および６１０が配設されている。
【００６４】
図１０を参照して、まず、以下のようにして反応室６０１に導入するＧａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）を合成する。すなわち、Ｇａ塩化物合成室（ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３）内に配置されているＧａボート（ＩＩＩ族金属ボート６０４）をヒータ６０９により８００℃に加熱し、ＨＣｌガス導入管６０５によりＧａ塩化物合成室（ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３）内にＨＣｌガス６１を導入して、ＨＣｌガス６１とＧａボート（ＩＩＩ族金属ボート６０４）内のＧａ（ＩＩＩ族金属６２）とを反応させてＧａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）を合成する。ここで、ＨＣｌガス６１は、Ｈ2ガスなどのキャリアガスとともにＧａ塩化物合成室（ＩＩＩ族塩化物ガス合成室６０３）に導入される。
【００６５】
上記のＧａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）およびＮＨ3ガス（窒素原料ガス６６）をキャリアガスであるＨ2ガスとともに反応室６０１内に導入し、反応室６０１内の結晶ホルダ６０２上に配置され１１００℃に加熱されたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）上で、Ｇａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）とＮＨ3ガス（窒素原料ガス６６）とを反応させてＧａＮ単結晶（ＩＩＩ族窒化物単結晶２０）を５０時間成長させて、厚さ１０ｍｍのＧａＮ単結晶を得た。
【００６６】
ここで、このＧａＮ単結晶（ＩＩＩ族窒化物単結晶２０）の成長の際に、ＧａＮ基板の主面へのＧａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）およびＮＨ3ガス（窒素原料ガス６６）の供給量の均一性を高めるために、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を水平面に対して１０°傾くように結晶ホルダ６０２上に配置し、回転数６０回／ｍｉｎで回転させた。また、Ｇａ塩化物ガス（ＩＩＩ族塩化物ガス６３）の分圧は５．０６５ｋＰａ（０．０５ａｔｍ）、ＮＨ3ガス（窒素原料ガス６６）の分圧は１０．１３ｋＰａ（０．１ａｔｍ）とした。
【００６７】
上記のようにして、ＧａＮ結晶Ａ（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）上に得られたＧａＮ単結晶Ａ（ＩＩＩ族窒化物単結晶２０）は、ＧａＮ下地基板Ａの主領域１ｓ上に成長した低転位密度領域２０ｋと、埋め込まれた第２の領域１０ｔ上に成長した高転位密度領域２０ｈとが含まれており、平均転位密度は３×１０5ｃｍ-2であり、低転位密度領域の転位密度は２〜１０×１０4ｃｍ-2であり、高転位密度領域の転位密度は５〜１０×１０5ｃｍ-2であった。また、ＧａＮ下地基板Ｂ上に得られたＧａＮ結晶Ｂ（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）上に得られたＧａＮ単結晶Ｂ（ＩＩＩ族窒化物単結晶２０）は、実質的にＧａＮ結晶Ａ（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）の主領域１ｓ上に成長した低転位密度領域２０ｋのみで形成され、平均転位密度は３×１０5ｃｍ-2であり、低転位密度領域の転位密度は２．５〜３．８×１０5ｃｍ-2での範囲内にあり実質的に転位密度の分布が均一であった。
【００６８】
１−４．ＧａＮ単結晶自立基板（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板）の作製
図３（ｃ）および（ｄ）を参照して、上記のようにして得られたＧａＮ単結晶（ＩＩＩ族窒化物単結晶２０）を下地基板１の主面に平行な面２０ｕおよび２０ｖでスライスして、厚さ５００μｍのＧａＮ単結晶自立ウエハ（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立ウエハ）を得た。次いで、このＧａＮ単結晶自立ウエハ（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立ウエハ）の主面を、ＣＭＰ（化学機械的研磨）を用いて鏡面加工して、複数の厚さ４００μｍのＧａＮ単結晶自立基板（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐ）を得た。
【００６９】
２．ＧａＮ単結晶自立基板（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板）の割れ性評価
上記の複数のＧａＮ単結晶自立基板から、平均転位密度が３〜５×１０5ｃｍ-2、低転位密度領域の転位密度が２〜１０×１０4ｃｍ-2および高転位密度領域の転位密度が１０〜２０×１０5ｃｍ5の範囲内にある１０枚の基板（グループＩ）、平均転位密度が３〜５×１０5ｃｍ-2で実質的に均一な転位密度分布（平均転位密度に対する高転位密度領域の転位密度の比が２未満）を有する１０枚の基板（グループＩＩ）、平均転位密度が１０〜２０×１０5ｃｍ-2で実質的に均一な転位密度分布を有する１０枚の基板（グループＩＩＩ）に分類した。ここで、グループＩの基板を本願発明の実施例Ｉとし、グループＩＩおよびグループＩＩＩの基板をそれぞれ本願発明の比較例ＩＩおよび比較例ＩＩＩとする。
【００７０】
各グループの１０枚のＧａＮ単結晶自立基板について、１枚毎に１個の２インチウエハ用のポリプロピレン製ウエハトレーに収納して、スプリングで固定した。こうして作製された基板収納済みの各グループについて１０個のウエハトレーを５０ｃｍの高さからコンクリート床に自由落下させた。グループＩの基板については、１０枚中割れたものはなかった（実施例Ｉ−１〜Ｉ−１０）。グループＩＩの基板については、１０枚中７枚が割れていた（比較例ＩＩ−１〜ＩＩ−１０）。グループＩＩＩの基板については、１０枚中２枚が割れていた（比較例ＩＩＩ−１〜ＩＩＩ−１０）。結果を表１〜表３にまとめた。
【００７１】
【表１】
2009280482.tif 000003
【００７２】
【表２】
2009280482.tif 000004
【００７３】
【表３】
2009280482.tif 000005
【００７４】
表１から明らかなように、比較例ＩＩＩと比較例ＩＩとを対比すると、転位密度の分布が実質的に均一なＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の間においては、平均転位密度が１０〜２０×１０5ｃｍ-2と大きい基板に比べて、平均転位密度が３〜５×１０5ｃｍ-2と小さい基板が割れ易いことがわかる。比較例ＩＩと実施例Ｉとを対比すると、平均転位密度が３〜５×１０5ｃｍ-2と小さなＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の間においては、転位密度分布が実質的に均一な基板に比べて転位密度分布が実質的に不均一（平均転位密度に対する高転位密度領域の転位密度の比が２以上）な基板が極めて割れ難いことがわかる。
【００７５】
３．半導体デバイスの製造
３−１．半導体デバイス用基板の準備
図１１を参照して、半導体デバイス用基板９０ｐとして、実施例Ｉ−１０において得られたＧａＮ単結晶自立基板Ｉ−１０（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐ）を準備した。
【００７６】
３−２．半導体デバイスの作製
次に、図１３を参照して、ＧａＮ単結晶自立基板Ｉ−１０（半導体デバイス用基板９０ｐ）の一方の主面９０ｍ（図１１を参照して、この主面９０ｍは、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐの主面２０ｍに相当）上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層のＩＩＩ族窒化物半導体層７０として、厚さ０．６μｍのｎ+型ＧａＮ層７２、厚さ７μｍのｎ型ＧａＮ層７４（電子濃度が３×１０16ｃｍ-3）および厚さ０．５μｍのｐ型ＧａＮ層７６（Ｍｇ原子濃度が７×１０17ｃｍ-3）を順次成長させた。こうして、ｐ型ＧａＮ層７６とｎ型ＧａＮ層７４との間にｐｎ接合面９０ｊが形成された。次いで、ｐ型ＧａＮ層７６上に、蒸着法により、ｐ側電極８２として、Ｎｉ層およびＡｕ層を順次形成して、Ｎｉ／Ａｕ積層電極を形成した。次いで、ＧａＮ単結晶自立基板Ｉ−１０（半導体デバイス用基板９０ｐ）の他方の主面９０ｎ（図１１を参照して、この主面９０ｎは、ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐの主面２０ｎに相当）上に、蒸着法により、ｎ側電極８４として、Ｔｉ層およびＡｌ層を順次形成して、Ｔｉ／Ａｌ積層電極を形成した。こうして、半導体デバイス９０が得られた。
【００７７】
次に、図１４および図１５を参照して、上記半導体デバイス９０を、そのチップ分割線９０ｄに沿って、ｐ側電極８２、ｐ型ＧａＮ層７６およびｎ型ＧａＮ層７４の一部をメサエッチングした。次いで、半導体デバイス９０をチップ分割線９０ｄに沿って、ｐｎ接合面９０ｊの大きさが１ｃｍ×１ｃｍの１０個のチップＣ１〜Ｃ１０に分割することにより、半導体デバイス９０に割れを発生させることなく、半導体デバイス９０からｐｎ接合面９０ｊの面積が１ｃｍ2である半導体デバイスチップ９０ｃが１０個得られた。
【００７８】
得られた１０個の半導体デバイスチップについて、耐逆電圧試験を行なったところ、１０個全ての半導体デバイスチップは、耐逆電圧が５００Ｖ以上であり、極めて高い耐逆電圧特性を示した。ここで、半導体デバイスチップ９０ｃの半導体デバイス用基板９０ｐとして用いられたＧａＮ単結晶自立基板Ｉ−１０（ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板２０ｐ）には、基板Ｉ−１０の＜１１−２０＞方向に１ｍｍのピッチで、基板Ｉ−１０の＜１−１００＞方向に伸びる複数の高転位密度領域２０ｈが存在する。すなわち、全ての半導体デバイスチップ９０ｃにおける半導体デバイス用基板９０ｐは、複数の高転位密度領域２０ｈおよび低転位密度領域２０ｋを含んでいる。このように、１つ以上の高転位密度領域と高転位密度領域よりも転位密度が低い複数の低転位密度領域とを含み平均転位密度が５×１０5ｃｍ-2以下であるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を用いることにより、高い歩留まりで特性の高い半導体デバイスが得られた。
【００７９】
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。
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板は、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、発振器、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）部品、圧電アクチュエータなどのデバイス用の基板などに用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の一例を示す概略平面図である。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の他の例を示す概略平面図である。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を製造する方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は下地基板を準備する工程を示し、（ｂ）は下地基板上に液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を示し、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶上に気相法によりＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させる工程を示し、（ｄ）は形成されたＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を示す。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の製造に用いられる下地基板の一例を示す概略断面図である。
【図５】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を製造する方法の他の例を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はＩＩＩ族窒化物結晶集合基板を形成する工程を示し、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶集合基板上に気相法によりＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させる工程を示し、（ｃ）は形成されたＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板を示す。
【図６】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板の製造に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶集合基板の一例を示す概略断面図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図８】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板のさらに他の例を示す概略平面図である。
【図９】本発明において用いられる液相法によりＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる装置の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明において用いられる気相法によりＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる装置の一例を示す概略図である。
【図１１】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において準備される半導体デバイス用基板の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において準備される半導体デバイス用基板の他の例を示す概略断面図である。
【図１３】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、半導体デバイスを得る工程の一例を示す概略断面図である。
【図１４】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法において、半導体デバイスをチップ化する工程の一例を示す概略断面図である。
【図１５】本発明にかかる半導体デバイスの製造方法により得られた半導体デバイスチップの一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１  下地基板、１ｓ  主領域、１ｔ  極性反転領域、３  溶媒、５  窒素含有ガス、７  加圧用ガス、１０  ＩＩＩ族窒化物結晶、１０ｈ，２０ｈ  高転位密度領域、１０ｋ，２０ｋ  低転位密度領域、１０ｓ  第１の領域、１０ｔ  第２の領域、１１  ＩＩＩ族窒化物結晶集合基板、１１ａ，１１ｂ  ＩＩＩ族窒化物結晶チップ基板、１１ｅ  隣接面、２０  ＩＩＩ族窒化物単結晶、２０ｃ  ｛１−１００｝面、２０ｄ  基板の外縁部のみに存在する｛１−１００｝面、２０ｍ，２０ｎ，９０ｍ，９０ｎ  主面、２０ｐ  ＩＩＩ族窒化物単結晶自立基板、２０ｑ  ＩＩＩ族窒化物単結晶層、２０ｒ  残部ＩＩＩ族窒化物単結晶基板、２０ｕ，２０ｖ  面、３１  内容器、３３  結晶成長容器、３４  蓋、３５  ヒータ、３７  断熱材、３９  外容器、４１  窒素含有ガス供給装置、４３  加圧用ガス供給装置、４５  真空排気装置、５１  第１の配管、５１ａ  バルブより内容器側の部分、５１ｂ  バルブより窒素含有ガス供給装置側の部分、５１ｐ  第１の圧力計、５１ｖ，５３ｖ，５５ｖ，５７ｖ  バルブ、５３  第２の配管、５３ａ，５５ａ  バルブより外容器側の部分、５３ｂ  バルブより加圧用ガス供給装置側の部分、５３ｐ  第２の圧力計、５５  第３の配管、５５ｂ  バルブより真空排気装置側の部分、５７  第４の配管、６１  ＨＣｌガス、６２  ＩＩＩ族金属、６３  ＩＩＩ族塩化物ガス、６６  窒素原料ガス、７０  ＩＩＩ族窒化物半導体層、７２  ｎ+型ＧａＮ層、７４  ｎ型ＧａＮ層、７６  ｐ型ＧａＮ層、８２  ｐ側電極、８４  ｎ側電極、９０  半導体デバイス、９０ｃ  半導体デバイスチップ、９０ｄ  チップ分割線、９０ｊ  ｐｎ接合面、９０ｐ  半導体デバイス用基板、９０ｐａ  ＩＩＩ族窒化物種結晶層、９０ｐｂ  異種基板、６０１  反応室、６０２  結晶ホルダ、６０３  ＩＩＩ族塩化物ガス合成室、６０４  ＩＩＩ族金属ボート、６０５  ＨＣｌガス導入管、６０６  窒素原料ガス導入管、６０７  排気管、６０８，６０９，６１０  ヒータ。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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