JP5056824B2 - ＧａＮ基板の保存方法、ＧａＮ基板封入保存容器および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体デバイスの製造に用いられる主面の面方位が（０００１）および（０００−１）以外のＧａＮ基板の保存方法、そのＧａＮ基板を封入することにより保存しているＧａＮ基板封入保存容器および保存されていたそのＧａＮ基板上に少なくとも１層の半導体層を成長させる半導体デバイスの製造方法に関する。
近年、発光ダイオード（Light Emitting Diode、以下ＬＥＤという）、レーザダイオード（Laser Diode、以下ＬＤという）などの半導体デバイスの発光のブルーシフトを低減しまた発光効率を高く維持するために、これらの半導体デバイスの基板として、主面の面方位が（０００１）および（０００−１）以外の半極性または非極性のＧａＮ基板が用いられるようになってきた。非極性のＧａＮ基板とは、主面として非極性面を有するＧａＮ基板を意味し、具体的には極性面である（０００１）面または（０００−１）面に対して９０°傾斜した（すなわち垂直な）面方位の主面を有するＧａＮ基板をいう。半極性のＧａＮ基板とは、具体的には極性面である（０００１）面または（０００−１）面に対して０°より大きく９０°より小さく傾斜した面方位の主面を有するＧａＮ基板をいう。
ここで、ＧａＮ基板を製造する工程と製造されたＧａＮ基板を用いて半導体デバイスを製造する工程とは通常別工程であり、製造されたＧａＮ基板は、一定期間保存されその後半導体デバイス製造のために用いられる。このため、製造されたＧａＮ基板を収納し保存するための方法が提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。しかし、ＧａＮ基板の従来の保存方法は、クリーンな大気中の雰囲気下で収納され保存されるものであるため、長期の保存により、ＧａＮ基板の表面が酸化され、特性のよい半導体デバイスを製造することが困難となっていた。
このため、主面として極性面である（０００１）面または（０００−１）面を有するＧａＮ基板を、大気中の酸素濃度および水蒸気濃度を制御した雰囲気中で保管する方法が提案されている（たとえば、特許文献２を参照）。しかし、上記の半極性または非極性のＧａＮ基板を特許文献２に記載の方法で保存すると、保存後の半極性または非極性のＧａＮ基板を用いて作製した半導体デバイスの特性に大きなバラツキが発生していた。
本発明は、上記問題点を解決し、特性のよい半導体デバイスの製造が可能な主面の面方位が（０００１）および（０００−１）以外のＧａＮ基板の保存方法、そのＧａＮ基板を封入することにより保存しているＧａＮ基板封入保存容器および保存されていたそのＧａＮ基板上に少なくとも１層の半導体層を成長させる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。
本発明は、平坦な第１の主面を有し、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存するＧａＮ基板の保存方法である。
本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法において、酸素濃度を１０体積％以下および水蒸気濃度を１５ｇ／ｍ3以下とすることができる。さらに、酸素濃度を６体積％以下および水蒸気濃度を５ｇ／ｍ3以下とすることができる。また、雰囲気は、不活性ガスと酸素ガスと水蒸気とを含む混合ガスにより形成され、酸素濃度を０．０５体積％以上および水蒸気濃度を０．１ｇ／ｍ3以上とすることができる。
また、本発明にかかる保存方法により保存されるＧａＮ基板において、第１の主面の平均粗さＲａを２０ｎｍ以下とし、第２の主面の平均粗さＲａを２０μｍ以下とすることができる。さらに、第１の主面の平均粗さＲａを５ｎｍ以下とし、第２の主面の平均粗さＲａを１０μｍ以下とすることができる。
また、本発明にかかる保存方法により保存されるＧａＮ基板において、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−１０°以上１０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有することができる。さらに、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−３°以上３°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−３°以上３°以下のずれ傾斜角を有することができる。さらに、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−０．５°以上０．５°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−０．５°以上０．５°以下のずれ傾斜角を有することができる。
また、本発明は、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中に、平坦な第１の主面を有し、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を封入することにより保存しているＧａＮ基板封入保存容器である。また、本発明は、平坦な第１の主面を有し、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存する工程と、保存されていたそのＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層を成長させる工程と、を含む半導体デバイスの製造方法である。
本発明によれば、特性のよい半導体デバイスの製造が可能な主面の面方位が（０００１）および（０００−１）以外のＧａＮ基板の保存方法、そのＧａＮ基板を封入することにより保存しているＧａＮ基板封入保存容器および保存されていたそのＧａＮ基板上に少なくとも１層の半導体層を成長させる半導体デバイスの製造方法を提供することができる。
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＧａＮ母結晶、ＧａＮ母結晶片、ＧａＮ結晶、ＧａＮ基板などを形成するＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）は、［ｈｋｉｌ］方向という。また、｛ｈｋｉｌ｝は（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味し、＜ｈｋｉｌ＞は、［ｈｋｉｋ］およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。
（実施形態１）
図１および図２を参照して、本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法の一実施形態は、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点Ｐにおける面方位が、任意の点Ｐにおける（０００１）面または（０００−１）面に対して５０°以上９０°以下（図２において傾斜角α）で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角（図２においてずれ傾斜角Δα）を有するＧａＮ基板１を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存する。
図１および図２を参照して、本発明にかかるＧａＮ基板の保存方法の一実施形態は、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点Ｐにおける面方位が、任意の点Ｐにおける（０００１）面または（０００−１）面に対して５０°以上９０°以下（図２において傾斜角α）で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角（図２においてずれ傾斜角Δα）を有するＧａＮ基板１を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存する。
上記ＧａＮ基板を酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気下で保存することにより、ＧａＮ基板の表面の酸化を抑制することができ、特性のよい半導体デバイスの製造が可能となる。かかる観点から、酸素濃度が１０体積％以下および水蒸気濃度が１５ｇ／ｍ3以下であることが好ましく、酸素濃度が６体積％以下および水蒸気濃度が５ｇ／ｍ3以下であることがより好ましい。一方、保存する雰囲気を形成するコストを低減する観点から、酸素濃度が０．０５体積％以上および水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3以上であることが好ましい。
ここで、上記ＧａＮ基板を保存する雰囲気の酸素濃度を１５体積％以下および水蒸気濃度を２０ｇ／ｍ3以下にする方法には、特に制限はなく、たとえば、図１に示すような保存装置１０を用いることができる。ここで、図１の保存装置１０は、ガス導入管２０、ガス導入弁２９、ガス排出管４０およびガス排出弁４９を備えている。
上記ＧａＮ基板を保存する雰囲気の酸素濃度を１５体積％以下および水蒸気濃度を２０ｇ／ｍ3以下とする方法としては、保存装置１０内にＧａＮ基板１を配置して、この保存装置１０内に酸素濃度が１５体積％以下かつ水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の低いガス２３を導入し酸素濃度が１５体積％より高くまたは水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3より高いガス４３を排出する方法（方法Ｉという、以下同じ）がある。また、保存装置１０内にＧａＮ基板１とともに脱酸素剤３１と脱水剤３２とを配置する方法（方法ＩＩという、以下同じ）がある。また、方法Ｉおよび方法ＩＩを併用することも可能である。
ここで、酸素濃度および水蒸気濃度がそれぞれ１５体積％以下および２０ｇ／ｍ3以下のガスは、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、窒素ガス、アルゴンガスなどの不活性ガスの他、これらの不活性ガスと所定量以下の酸素ガスおよび水蒸気とを含む混合ガスなどが好ましい。特に、コストが低い観点から、上記の不活性ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガスであって、その酸素濃度および水蒸気濃度がそれぞれ１５体積％以下および２０ｇ／ｍ3以下の混合ガスであることが好ましい。また、脱酸素剤は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、活性酸化鉄、活性炭などが好ましい。また、脱水剤は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面と化学反応を起こさない観点から、シリガゲル、活性炭などが好ましい。
また、酸素濃度の測定は、特に制限はないが、ガルバニ式酸素濃度計などにより行なうことができる。また、水蒸気濃度の測定は、特に制限はないが、誘電率水分計、カールフィッシャー式水分計などにより行なうことができる。
また、ＧａＮ基板を保存する雰囲気の温度は、特に制限はないが、ＧａＮ基板の表面との化学反応を起こさない観点から、６０℃以下が好ましく、４０℃以下がより好ましい。また、結露を防止する観点から、５℃以上が好ましく、１０℃以上がより好ましい。
本実施形態の保存方法において保存されるＧａＮ基板は、図２および図３を参照して、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点Ｐ（たとえば、点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3、点Ｐ4など）における面方位が、その任意の点における（０００１）面または（０００−１）面１ｃに対して５０°以上９０°以下（図２において傾斜角α）で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有する。
本実施形態のＧａＮ基板は、（ｉ）平坦な第１の主面１ｍを有し、（ｉｉ）第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における（０００１）面または（０００−１）面１ｃに対して５０°以上９０°以下で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角Δαを有しているため、第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより、発光のブルーシフトが小さく発光効率が高い半導体デバイスが得られる。特に、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位のずれ傾斜角Δαが小さいため、ＧａＮ基板の上記保存において、保存装置内の酸素および水蒸気とＧａＮ基板の表面との反応が抑制され、またＧａＮ基板の表面への酸素および水蒸気の吸着量が低減することにより、発光効率の高い半導体デバイスが得られる。
また、本実施形態のＧａＮ基板は、保存装置内の酸素および水蒸気とＧａＮ基板の表面との反応の抑制、またＧａＮ基板の表面への酸素および水蒸気の吸着量の低減の観点から、第１の主面１ｍの平均粗さＲａが２０ｎｍ以下で第２の主面１ｎの平均粗さＲａが２０μｍ以下であることが好ましい。かかる観点から、第１の主面１ｍの平均粗さＲａが５ｎｍ以下で第２の主面１ｎの平均粗さＲａが１０μｍ以下であることがより好ましい。ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍおよび第２の主面１ｎの平均粗さＲａと、ＧａＮ基板１のそれらの主面１ｍ，１ｎに対する酸素および水蒸気の反応性ならびに吸着性との関係は、明らかではないが、１つの原因として、面の平均粗さＲａを小さくすることにより表面積が減少することが関係しているものと考えられる。ここで、第１の主面１ｍとはその上に半導体層を成長させる主面をいい、第２の主面１ｎとは上記第１の主面１ｍと反対側の主面をいう。また、面の平均粗さＲａとは、ＪＩＳ Ｂ ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいい、粗さ曲面からその平均面の方向に所定の基準面積を抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。かかる面の平均粗さＲａは、非接触式光干渉計、３Ｄ−ＳＥＭ（立体映像走査型電子顕微鏡）、ＡＦＭ（分子間力顕微鏡）などを用いて測定することができる。
また、図２を参照して、本実施形態のＧａＮ基板について、上記任意に特定される結晶面１ａの面方位は、｛２０−２１｝であることが好ましい。ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点Ｐにおける面方位が、｛２０−２１｝に対して−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角Δαを有するＧａＮ基板１は、その第１の主面１ｍ上に結晶性の高い半導体層を安定に成長させることができるため、発光のブルーシフトが小さく発光効率の高い半導体デバイスが得られる。
また、図２および図３を参照して、本実施形態のＧａＮ基板について、保存装置内の酸素および水蒸気とＧａＮ基板の表面との反応の抑制、またＧａＮ基板の表面への酸素および水蒸気の吸着量の低減の観点から、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点Ｐ（たとえば、点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4）における面方位が、＜１−２１０＞方向に−１０°以上１０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角Δαを有することが好ましく、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−３°以上３°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−３°以上３°以下のずれ傾斜角Δαを有することがより好ましく、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−０．５°以上０．５°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−０．５°以上０．５°以下のずれ傾斜角Δαを有することがさらに好ましい。
ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位と｛２０−２１｝との間のずれ傾斜角Δαと、ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍに対する酸素および水蒸気の反応性ならびに吸着性との関係は、明らかではないが、１つの原因として、所定のずれ傾斜角Δαを有することにより、ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍにおいて酸素および水蒸気と結合できる点の数が変化することが関係しているものと考えられる。ＧａＮ基板の第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位と｛２０−２１｝との間のずれ傾斜角は、ＸＲＤ（Ｘ線回折）法により測定することができる。
なお、図１を参照して、本実施形態において、ＧａＮ基板１を収納した保存装置１０内の雰囲気を本願発明における保存条件（たとえば、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下）とした中で、酸素および水蒸気を遮断できる保存容器（図示せず）（たとえば、アルミニウム製の袋など）にＧａＮ基板１を封入することにより、ＧａＮ基板１を保存することもできる。また、保存容器により密封されたＧａＮ基板は、保存装置１０から取り出して保存することも可能である。
図６を参照して、本実施形態のＧａＮ基板の製造方法には、特に制限はないが、ＧａＮ母結晶１００から、ＧａＮ母結晶の（０００１）面または（０００−１）面に対して５０°以上９０°以下の傾斜角αを有する面方位｛ｈｋｉｌ｝に対するずれ傾斜角が−５°以上５°以下の主面１００ｐｍ，１００ｑｍを有する複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑを切り出す工程（図６（Ａ））と、ＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの主面１００ｐｍ，１００ｑｍが互いに平行で、かつ、ＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向にＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑを互いに隣接させて配置する工程（図６（Ｂ））と、ＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの主面１００ｐｍ，１００ｑｍ上にＧａＮ結晶１１０を成長させる工程（図６（Ｃ））と、成長させたＧａＮ結晶１１０から実施形態１のＧａＮ基板１を切り出す工程（図６（Ｃ））とを含む。
上記工程によれば、ＧａＮ母結晶片１００ｐ上に成長するＧａＮ結晶１１０の部分領域１１０ｐの主面の面方位と、ＧａＮ母結晶片１００ｑ上に成長するＧａＮ結晶１１０の部分領域１１０ｑの主面の面方位との間のずれ角が−１０°以上１０°以下のＧａＮ結晶１１０を成長させることができる。ここで、ＧａＮ結晶１１０の部分領域１１０ｐ，１１０ｑは、ＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑが互いに隣接する側面１００ｐｔ，１００ｑｔをＧａＮ結晶１１０内に伸長した面（以下、伸長面１１０ｔという）によって仕切られるＧａＮ結晶の領域領域である。
こうして得られたＧａＮ結晶１１０を上記の面方位｛ｈｋｉｌ｝の面に平行な面１１０ｕ，１１０ｖで切り出すことにより、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における（０００１）面または（０００−１）面に対して５０°以上９０°以下で傾斜している任意に特定される結晶面の面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板１が得られる。
ここで、ＧａＮ基板１の上記任意の点におけるずれ傾斜角を小さくする観点から、複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの主面１００ｐｍ，１００ｑｍの上記面方位｛ｈｋｉｌ｝に対するずれ傾斜角は、−１０°以上１０°以下が好ましく、−３°以上３°以下がより好ましく、−０．５°以上０．５°以下がさらに好ましい。また、結晶性の高いＧａＮ結晶を成長させる観点から、ＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの主面１００ｐｍ，１００ｑｍおよび側面１００ｐｔ，１００ｑｔの平均粗さＲａは、５０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。
また、ＧａＮ結晶１１０を成長させる方法は、特に制限はないが、結晶性の高いＧａＮ結晶を成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などの気相法、フラックス法などの液相法が好ましい。結晶の成長速度が大きい観点から、ＨＶＰＥ法がより好ましい。ＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶１１０を成長させる場合、ＧａＮ基板１の上記任意の点におけるずれ傾斜角を小さくする観点から、結晶成長条件は、結晶成長温度を９５０℃以上１２００℃以下とし、結晶成長速度を３０μｍ／ｈｒ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。
本実施形態のＧａＮ基板の製造方法において、成長させたＧａＮ結晶１１０から面方位｛ｈｋｉｌ｝の面に平行な面１１０ｕ，１１０ｖで切り出したＧａＮ基板１をＧａＮ下地基板１１０ｓとして用いて、かかるＧａＮ下地基板１１０ｓの主面１１０ｐｍ上にさらなるＧａＮ結晶１２０を成長させる工程（図６（Ｄ））と、成長させたさらなるＧａＮ結晶１２０から実施形態１のＧａＮ基板１を切り出す工程（図６（Ｄ））と、をさらに含むことができる。
上記工程によれば、ＧａＮ下地基板１１０ｓの部分領域１１０ｐ上に成長するさらなるＧａＮ結晶１２０の部分領域１２０ｐの主面の面方位と、ＧａＮ下地基板１１０ｓの部分領域１１０ｑ上に成長するさらなるＧａＮ結晶１２０の部分領域１２０ｑの主面の面方位との間のずれ角が１０°以下のさらなるＧａＮ結晶１２０を成長させることができる。ここで、さらなるＧａＮ結晶１２０の部分領域１２０ｐ，１２０ｑは、ＧａＮ下地基板１１０ｓの伸長面１１０ｔをさらなるＧａＮ結晶１２０内に伸長した面（以下、伸長面１２０ｔという）によって仕切られるさらなるＧａＮ結晶の領域である。
こうして得られたさらなるＧａＮ結晶１２０を面方位｛ｈｋｉｌ｝の面に平行な面１２０ｕ，１２０ｖで切り出すことにより、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、その任意の点における（０００１）面または（０００−１）面に対して５０°以上９０°以下で傾斜している任意に特定される結晶面の面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板１が得られる。
さらなるＧａＮ結晶１２０を成長させる方法は、特に制限はないが、結晶性の高いＧａＮ結晶を成長させる観点から、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などの気相法、フラックス法などの液相法が好ましい。結晶の成長速度が大きい観点から、ＨＶＰＥ法がより好ましい。ＨＶＰＥ法によりさらなるＧａＮ結晶１２０を成長させる場合、ＧａＮ基板１の上記任意の点におけるずれ傾斜角を小さくする観点から、結晶成長条件は、結晶成長温度を９５０℃以上１２００℃以下とし、結晶成長速度を３０μｍ／ｈｒ以上３００μｍ以下とすることが好ましい。
（実施形態２）
図１〜図３を参照して、本発明にかかるＧａＮ基板の一実施形態は、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存された、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、任意の点における（０００１）面または（０００−１）面１ｃに対して５０°以上９０°以下で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角Δαを有するＧａＮ基板１である。実施形態１の方法により保存された本実施形態のＧａＮ基板は、表面の酸化が抑制されているため、第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図１〜図３を参照して、本発明にかかるＧａＮ基板の一実施形態は、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存された、平坦な第１の主面１ｍを有し、第１の主面１ｍ上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、任意の点における（０００１）面または（０００−１）面１ｃに対して５０°以上９０°以下で傾斜している任意に特定される結晶面１ａの面方位に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角Δαを有するＧａＮ基板１である。実施形態１の方法により保存された本実施形態のＧａＮ基板は、表面の酸化が抑制されているため、第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層を成長させることにより、特性の高い半導体デバイスが得られる。
（実施形態３）
図４および図５を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態の１の方法により保存された実施形態２のＧａＮ基板１と、そのＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に形成された少なくとも１層の半導体層２１０と、を含む。本実施形態の半導体デバイスは、表面の酸化が抑制されたＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、結晶性の高い半導体層２１０が形成されているため、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図４および図５を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態の１の方法により保存された実施形態２のＧａＮ基板１と、そのＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に形成された少なくとも１層の半導体層２１０と、を含む。本実施形態の半導体デバイスは、表面の酸化が抑制されたＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、結晶性の高い半導体層２１０が形成されているため、特性の高い半導体デバイスが得られる。
ＧａＮ基板１上に形成される半導体層２１０は、特に制限はないが、結晶格子の整合性が高い観点から、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層などのＩＩＩ族窒化物半導体層が好ましい。また、半導体層の形成方法には、特に制限はないが、ＧａＮ基板１上に結晶性の高い半導体層２１０を形成する観点から、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましく用いられる。ＧａＮ基板１上に形成される半導体層２１０の厚さおよび化学組成を精密に制御できる観点から、ＭＯＣＶＤ法がより好ましい。
図４および図５を参照して、本実施形態の半導体デバイスは、具体的には、実施形態２のＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、少なくとも１層の半導体層２１０として、ｎ型ＧａＮ層２１１、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、ｐ型ＧａＮ層２１４が順次形成され、さらにＧａＮ基板１の第２の主面１ｎ上にｎ側電極２２１、ｐ型ＧａＮ層２１４の主面上にはｐ側電極２２２が形成されており、発光２３０を発する。
（実施形態４）
図３〜図５を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態の１の方法により保存された実施形態２のＧａＮ基板１を準備する工程と、ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層２１０を成長させる工程と、を含む。かかる工程により、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図３〜図５を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態の１の方法により保存された実施形態２のＧａＮ基板１を準備する工程と、ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層２１０を成長させる工程と、を含む。かかる工程により、特性の高い半導体デバイスが得られる。
図３〜図５を参照して、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、実施形態の１の方法により保存された実施形態２のＧａＮ基板１を準備する工程を含む。かかるＧａＮ基板１を準備する工程は、実施形態１および実施形態２に記載のとおりである。
図４および図５を参照して、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、ＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に少なくとも１層の半導体層２１０を成長させる工程を含む。ＧａＮ基板１上に成長させる半導体層２１０は、特に制限はないが、結晶格子の整合性が高い観点から、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）層などのＩＩＩ族窒化物半導体層が好ましい。また、半導体層の成長方法には、特に制限はないが、ＧａＮ基板１上に半導体層２１０を容易にエピタキシャル成長させる観点から、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法などが好ましく用いられる。ＧａＮ基板１上に成長させる半導体層２１０の厚さおよび化学組成を精密に制御できる観点から、ＭＯＣＶＤ法がより好ましい。
図４および図５を参照して、本実施形態の半導体デバイスの製造方法は、たとえば、実施形態２のＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、少なくとも１層の半導体層２１０として、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型ＧａＮ層２１１、Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、ｐ型ＧａＮ層２１４を順次成長させることにより、半導体層ウエハ２００ｕが得られる。次いで、半導体層ウエハ２００ｕのＧａＮ基板１の第２の主面１ｎ上にｎ側電極２２１を形成し、ｐ型ＧａＮ層２１４の主面上にｐ側電極２２２を形成することにより半導体デバイスが得られる。こうして得られる半導体デバイス２００は、発光２３０を発する。
（実施例Ｉ）
１．ＧａＮ基板の作製
図６（Ａ）を参照して、ＨＶＰＥ法により作製した直径が５０．８ｍｍで厚さが３ｍｍのＧａＮ母結晶１００の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を研削および研磨加工して両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。ここで、面の平均粗さＲａは、ＡＦＭを用いて測定した。
１．ＧａＮ基板の作製
図６（Ａ）を参照して、ＨＶＰＥ法により作製した直径が５０．８ｍｍで厚さが３ｍｍのＧａＮ母結晶１００の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を研削および研磨加工して両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。ここで、面の平均粗さＲａは、ＡＦＭを用いて測定した。
次いで、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮ母結晶１００を＜２０−２１＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅が３．１ｍｍ、長さが２０〜５０．８ｍｍで厚さが１ｍｍの｛２０−２１｝の主面を有する複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑを切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ母結晶片の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２０−２１｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ母結晶片が得られた。それらのＧａＮ母結晶片の中には、その主面の面方位が｛２０−２１｝と完全に一致していないＧａＮ母結晶片もあったが、かかるＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−０．１°以上０．４°以下であった。ここで、ずれ傾斜角は、Ｘ線回折法により測定した。
次に、図６（Ｂ）を参照して、ＨＶＰＥ装置の結晶成長容器内に複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの｛２０−２１｝の主面１００ｐｍ，１００ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ母結晶片を互いに隣接させて配置した。このとき、図１（Ｃ）も参照して、複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの互いに隣接する側面１００ｐｔ，１００ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑ全体の外周に内接する円の直径が５０．８ｍｍであった。
次に、図６（Ｃ）を参照して、ＨＶＰＥ装置の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ母結晶片１００ｐ，１００ｑの｛２０−２１｝の主面１００ｐｍ，１００ｑｍを１０体積％の塩化水素（ＨＣｌ）ガスと９０体積％の窒素（Ｎ2）ガスの混合ガス雰囲気下、８００℃で２時間処理した後、それらの主面１００ｐｍ，１００ｑｍ上に、ＨＶＰＥ法により、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が２．２ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の条件で５０時間ＧａＮ結晶１１０を成長させた。
得られたＧａＮ結晶１１０の厚さは、接触式厚さ計（株式会社ミツトヨ製デジマチックインジケータ）により測定したところ、４ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は８０μｍ／ｈｒであった。図６（Ｃ）、図２および図３を参照して、このＧａＮ結晶１１０を、｛２０−２１｝の面に平行な面１１０ｕ，１１０ｖで８枚のＧａＮ基板を切り出して、それらの両主面を研削および研磨加工することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面１ｍの平均粗さＲａが３ｎｍ、第２の主面１ｎの平均粗さＲａが８μｍであり、第１の主面１ｍ上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向（図３においてｘ軸方向）へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向（図３においてｙ軸方向）へのずれ傾斜角が、それぞれ表１で表わされる８枚のＧａＮ基板が得られた。
ここで、図３を参照して、点ＰCはＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上の中央の点であり、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4はいずれも第１の主面上でその外縁から３ｍｍ離れた点であり、＜１−２１０＞方向に点Ｐ1、点ＰCおよび点Ｐ2がこの順に一直線上に並び、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向に点Ｐ3、点ＰCおよび点Ｐ4がこの順に一直線上に並ぶ。
２．ＧａＮ基板の保存
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表１に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例Ｉ−１〜例Ｉ−６および例Ｉ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例Ｉ−Ｓ）。
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表１に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例Ｉ−１〜例Ｉ−６および例Ｉ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例Ｉ−Ｓ）。
３．半導体デバイスの作製
図４および図５を参照して、上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例Ｉ−１〜例Ｉ−６および例Ｉ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例Ｉ−Ｓ）のそれぞれを、ＭＯＣＶＤ装置内の結晶成長容器に配置して、それぞれのＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、半導体層２１０として、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２１１、厚さ３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、厚さ６０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２１４を順次成長させて、半導体ウエハ２００ｕを得た。ここで、半導体ウエハ２００ｕの半導体層２１０の主面上の点ＱC、点Ｑ1、点Ｑ2、点Ｑ3および点Ｑ4は、それぞれＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4における第１の主面の法線上に位置する。
図４および図５を参照して、上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例Ｉ−１〜例Ｉ−６および例Ｉ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例Ｉ−Ｓ）のそれぞれを、ＭＯＣＶＤ装置内の結晶成長容器に配置して、それぞれのＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上に、半導体層２１０として、厚さ５μｍのｎ型ＧａＮ層２１１、厚さ３ｎｍのＩｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１２、厚さ６０ｎｍのＡｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層２１３、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層２１４を順次成長させて、半導体ウエハ２００ｕを得た。ここで、半導体ウエハ２００ｕの半導体層２１０の主面上の点ＱC、点Ｑ1、点Ｑ2、点Ｑ3および点Ｑ4は、それぞれＧａＮ基板１の第１の主面１ｍ上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4における第１の主面の法線上に位置する。
図４に示すように、半導体ウエハ２００ｕの主面の外縁から３ｍｍ〜１０ｍｍ離れた幅５ｍｍの点Ｑ1、点Ｑ2、点Ｑ3および点Ｑ4の４つの近傍領域において、ｐ型ＧａＮ層２１４の主面上に厚さ１００ｎｍのｐ側電極２２２を形成した後、ＧａＮ基板の第２の主面上に直径８０μｍ×厚さ１００ｎｍのｎ側電極２２１を形成して、半導体デバイス２００として、それぞれの近傍領域において各１０個、合計４０個の５００μｍ×５００μｍ形状のＬＥＤを得た。こうして得られた４０個のＬＥＤについての発光強度を分光光度計により測定し、それらの平均発光強度を算出した。例Ｉ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例Ｉ−Ｓ、例Ｉ−１〜例Ｉ−６および例Ｉ−Ｒ１の相対平均発光強度を表１にまとめた。
表１を参照して、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点（たとえば、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4）における面方位が、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−０．５°以上０．５°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−０．５°以上０．５°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層が形成された半導体デバイスについて以下のことがわかった。酸素濃度が０．０５体積％以上および水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3から酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０までの範囲の雰囲気中で保存したＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例Ｉ−１〜例Ｉ−６）の相対平均発光強度は、作成後非保存のＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例Ｉ−Ｓ）の相対平均発光強度に対して、０．７５〜１．００と高く維持されていた。
（実施例ＩＩ）
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−２°以上２°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が３．３ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、５ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は１２５μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが４．３ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが９．３μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表２で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−２°以上２°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が３．３ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、５ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は１２５μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが４．３ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが９．３μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表２で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
２．ＧａＮ基板の保存
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表２に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＩ−Ｓ）。
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表２に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＩ−Ｓ）。
３．半導体デバイスの作製
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＩ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＩ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１の相対平均発光強度を表２にまとめた。
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＩ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＩ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６および例ＩＩ−Ｒ１の相対平均発光強度を表２にまとめた。
表２を参照して、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点（たとえば、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4）における面方位が、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−３．０°以上３．０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−３．０°以上３．０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層が形成された半導体デバイスについて以下のことがわかった。酸素濃度が０．０５体積％以上および水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3から酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０までの範囲の雰囲気中で保存したＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＩ−１〜例ＩＩ−６）の相対平均発光強度は、作成後非保存のＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＩ−Ｓ）の相対平均発光強度に対して、０．６６〜０．９７と高く維持されていた。
（実施例ＩＩＩ）
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−５°以上５°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が４．３ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、６ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は１５０μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが２．３ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが３．１μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表３で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−５°以上５°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が４．３ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、６ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は１５０μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが２．３ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが３．１μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表３で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
２．ＧａＮ基板の保存
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表３に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＩＩ−Ｓ）。
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表３に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＩＩ−Ｓ）。
３．半導体デバイスの作製
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＩＩ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＩＩ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１の相対平均発光強度を表３にまとめた。
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＩＩ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＩＩ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６および例ＩＩＩ−Ｒ１の相対平均発光強度を表３にまとめた。
表３を参照して、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点（たとえば、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4）における面方位が、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−６．０°以上６．０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−６．０°以上６．０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層が形成された半導体デバイスについて以下のことがわかった。酸素濃度が０．０５体積％以上および水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3から酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０までの範囲の雰囲気中で保存したＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＩＩ−１〜例ＩＩＩ−６）の相対平均発光強度は、作成後非保存のＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＩＩ−Ｓ）の相対平均発光強度に対して、０．５９〜０．９５と高く維持されていた。
（実施例ＩＶ）
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−９°以上９°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が６．４ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、８ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は２００μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが０．６ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが０．８μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表４で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
１．ＧａＮ基板の作製
実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ母結晶から、複数のＧａＮ母結晶片を切り出した。切り出されたＧａＮ母結晶片のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するずれ傾斜角が−９°以上９°以下であった。次に、実施例Ｉと同様にして、複数のＧａＮ母結晶を配置して、それらの主面上にＧａＮ結晶をＨＶＰＥ法により成長させた。ＧａＮ結晶は、Ｇａ融液と反応してＧａ原料ガスであるＧａ塩化物ガスを生成する塩化水素ガスの分圧が６．４ｋＰａ、窒素原料ガスであるアンモニア（ＮＨ3）ガスの分圧が１５．６ｋＰａ、結晶成長温度が１０８０℃の成長条件で、４０時間成長させた。得られたＧａＮ結晶の厚さは、８ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は２００μｍ／ｈｒであった。次に、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶から８枚のＧａＮ基板を切り出し、それらの両主面を研削および研磨することにより、直径５０．８ｍｍ×厚さ４００μｍ、第１の主面の平均粗さＲａが０．６ｎｍ、第２の主面の平均粗さＲａが０．８μｍであり、第１の主面上の点ＰC、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4のそれぞれの点における第１の主面と｛２０−２１｝面との間のずれ傾斜角であって、＜１−２１０＞方向へのずれ傾斜角、および＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に垂直な方向へのずれ傾斜角が、それぞれ表４で表わされる８枚のＧａＮ基板を得た。
２．ＧａＮ基板の保存
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表４に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＶ−Ｓ）。
上記で得られた８枚のＧａＮ基板の内、７枚のＧａＮ基板のそれぞれについては、洗浄後、不活性ガスである窒素ガスと酸素ガスと水蒸気との混合ガス雰囲気中であって、表４に示す酸素濃度および水蒸気濃度を有する雰囲気中で、６ヶ月間保存した（例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１）。残りの１枚のＧａＮ基板は、このような保存を行うことなく、ＧａＮ基板の上記作製および洗浄後、１０分以内にＭＯＣＶＤ装置の結晶成長容器内に配置して、以下のようにして半導体デバイスを作製した（例ＩＶ−Ｓ）。
３．半導体デバイスの作製
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＶ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＶ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１の相対平均発光強度を表４にまとめた。
上記の保存後の７枚のＧａＮ基板（例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１）および非保存の１枚のＧａＮ基板（例ＩＶ−Ｓ）のそれぞれについて、実施例Ｉと同様にして、半導体デバイスである４０個のＬＥＤを作製した。例ＩＶ−Ｓの半導体デバイスの平均発光強度を１．００としたときの例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６および例ＩＶ−Ｒ１の相対平均発光強度を表４にまとめた。
表４を参照して、第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点（たとえば、点Ｐ1、点Ｐ2、点Ｐ3および点Ｐ4）における面方位が、｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−１０．０°以上１０．０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−１０．０°以上１０．０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板の第１の主面上に少なくとも１層の半導体層が形成された半導体デバイスについて以下のことがわかった。酸素濃度が０．０５体積％以上および水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3から酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０までの範囲の雰囲気中で保存したＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＶ−１〜例ＩＶ−６）の相対平均発光強度は、作成後非保存のＧａＮ基板を用いた半導体デバイス（例ＩＶ−Ｓ）の相対平均発光強度に対して、０．５１〜０．９０と高く維持されていた。
なお、上記の実施例Ｉ〜実施例ＩＶにおいては、保存期間をいずれも６ヶ月としたが、保存期間が６ヶ月未満であっても６ヶ月以上であっても得られる効果が変わらないことを確認した。
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。
１ ＧａＮ基板、１ａ 結晶面、１ｃ （０００１）面または（０００−１）面、１ｍ，１ｎ，１００ｐｍ，１００ｑｍ，１１０ｐｍ 主面、１０ 保存装置、２０ ガス導入管、２３，４３ ガス、２９ ガス導入弁、３１ 脱酸素剤、３２ 脱水剤、４０ ガス排出管、４９ ガス排出弁、１００ ＧａＮ母結晶、１００ｐ，１００ｑ ＧａＮ母結晶片、１００ｐｔ，１００ｑｔ 側面、１１０，１２０ ＧａＮ結晶、１１０ｐ，１１０ｑ，１２０ｐ，１２０ｑ 部分領域、１１０ｓ ＧａＮ下地基板、１１０ｔ，１２０ｔ 伸長面、１１０ｕ，１１０ｖ，１２０ｕ，１２０ｖ 平行な面、２００ 半導体デバイス、２００ｕ 半導体ウエハ、２１０ 半導体層、２１１ ｎ型ＧａＮ層、２１２ Ｉｎ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２１３ Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、２１４ ｐ型ＧａＮ層、２２１ ｎ側電極、２２２ ｐ側電極、２３０ 発光。
Claims (11)
- 平坦な第１の主面を有し、前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存するＧａＮ基板の保存方法。
- 前記酸素濃度が１０体積％以下および前記水蒸気濃度が１５ｇ／ｍ3以下である請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記酸素濃度が６体積％以下および前記水蒸気濃度が５ｇ／ｍ3以下である請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記雰囲気は、不活性ガスと酸素ガスと水蒸気とを含む混合ガスにより形成され、前記酸素濃度が０．０５体積％以上および前記水蒸気濃度が０．１ｇ／ｍ3以上である請求項１から請求項３のいずれかに記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面の平均粗さＲａが２０ｎｍ以下であり、第２の主面の平均粗さＲａが２０μｍ以下である請求項１から請求項４までのいずれかに記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面の平均粗さＲａが５ｎｍ以下であり、前記第２の主面の平均粗さＲａが１０μｍ以下であることを特徴とする請求項５に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−１０°以上１０°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有する請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−３°以上３°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−３°以上３°以下のずれ傾斜角を有する請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、＜１−２１０＞方向に−０．５°以上０．５°以下で、＜２０−２１＞方向および＜１−２１０＞方向に対して垂直な方向に−０．５°以上０．５°以下のずれ傾斜角を有する請求項１に記載のＧａＮ基板の保存方法。
- 酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中に、
平坦な第１の主面を有し、前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を封入することにより保存しているＧａＮ基板封入保存容器。 - 平坦な第１の主面を有し、前記第１の主面上でその外縁から３ｍｍ以上離れた任意の点における面方位が、前記任意の点における｛２０−２１｝に対して、−１０°以上１０°以下のずれ傾斜角を有するＧａＮ基板を、酸素濃度が１５体積％以下および水蒸気濃度が２０ｇ／ｍ3以下の雰囲気中で保存する工程と、保存されていた前記ＧａＮ基板の前記第１の主面上に少なくとも１層の半導体層を成長させる工程と、を含む半導体デバイスの製造方法。
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