JP5515341B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶の成長方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの基板として好適に用いられる大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法に関する。

ＧａＮ結晶、ＡｌＮ結晶などのＩＩＩ族窒化物結晶は、発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスの基板などに好適に用いられる。特性の高い半導体デバイスを効率的に製造するために、大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が求められている。

ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶は、天然には存在しないため、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるための下地基板としては、ＩＩＩ族窒化物とは化学組成が異なる異種下地基板が用いられる。かかる異種下地基板としては、ＩＩＩ族窒化物結晶との格子定数の不整合が小さい観点から、サファイア基板、スピネル基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板などが好ましく用いられる。

たとえば、特開２００４−９１２７８号公報（以下、特許文献１という）は、異種下地基板（サファイア基板）上にＩＩＩ族窒化物の低温堆積バッファ層（たとえばＡｌＮ低温堆積バッファ層）を形成し、その低温堆積バッファ層上にＩＩＩ族窒化物結晶（たとえばＧａＮ結晶）を成長させる方法を開示する。また、特開２００４−３３１４５３号公報（以下、特許文献２という）は、異種下地基板（たとえばサファイア基板、ＧａＡｓ基板など）上にパターン化された金属膜（たとえば金属Ｔｉ膜）を形成し、そのパターン化された金属膜上にＩＩＩ族窒化物結晶（たとえばＧａＮ結晶、ＡｌＮ結晶など）を成長させる方法を開示する。また、特許文献２は、異種下地基板（たとえばサファイア基板、ＧａＡｓ基板など）上にパターン化された金属膜（たとえば金属Ｔｉ膜）を形成し、そのパターン化された金属膜上にバッファ膜（たとえばＧａＮバッファ膜、ＡｌＮバッファ膜など）を形成し、そのバッファ膜上にＩＩＩ族窒化物結晶（たとえばＧａＮ結晶、ＡｌＮ結晶など）を成長させる方法を開示する。

しかし、特許文献１および２に開示されるような異種下地基板上にパターン化された金属膜および／またはバッファ層を形成し、その金属膜またはバッファ層上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法では、結晶系の違いおよび格子定数の不整合を完全には緩和することができず、成長したＩＩＩ族窒化物結晶には歪み応力が発生する。また、異種下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との熱膨張係数の違いによる歪み応力が発生する。このため、得られたＩＩＩ族窒化物結晶には、反りの発生、割れの発生、結晶性の低下、結晶成長面における結晶軸のばらつきなどが発生する問題があった。

上記の問題を解決するために、特開２００８−１３３１５１号公報（以下、特許文献３という）は、複数の種基板を、種基板の側部側にずらして配置する配置工程と、複数の種基板の各々の表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程とを備え、複数の種基板の各々の表面上に成長した結晶の各々が一体化するように成長させる方法を開示する。

しかし、特許文献３に開示されるような複数の種基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法では、少なくとも１つの側部表面が｛１０−１０｝面である種基板を複数配置して、その表面（主表面）上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させると、結晶成長表面に｛１０−１０｝面のファセット（｛１０−１ｆ｝面（ここで、ｆは０以外の整数）が現れ、結晶成長表面に凹部が形成され、ＩＩＩ族窒化物結晶の歩留まりが低減するとともに、ファセットを結晶成長表面として成長した結晶領域の転位密度が高くなるという問題があった。

特開２００４−９１２７８号公報 特開２００４−３３１４５３号公報 特開２００８−１３３１５１号公報

本発明は、上記問題を解決して、大型で結晶性が高く結晶成長表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供することを目的とする。

本発明は、主平面と複数の側平面とを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板であって、主平面の任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面が｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程と、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板の主平面の法線方向が互いに平行でかつ各ＩＩＩ族窒化物チップ基板の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各側平面を互いに隣接させて配置する工程と、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板の主平面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、各側平面の平均粗さＲａを５ｎｍ以下とすることができる。また、主平面を長方形とすることができる。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法によれば、大型で結晶性が高く結晶成長表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供することができる。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において用いられるＩＩＩ族窒化物チップ基板の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略斜視図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＢ−ＩＢにおける概略断面図を示し、（ｃ）は（ａ）のＩＣ−ＩＣにおける概略断面図を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一実施形態を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢにおける概略断面図を示す。 本発明から外れるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一形態を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＩＢ−ＩＩＩＢにおける概略断面図を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、ＩＩＩ族窒化物チップ基板の作製に用いられるＩＩＩ族窒化物母結晶の一例を示す概略断面図である。 本発明から外れるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の形態を示す概略断面図である。

図１および２を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、主平面１２ｍと複数の側平面１２ｓ、１２ｔとを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板１２であって、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面１２ｓ、１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数準備する工程を備える。また、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの法線方向が互いに平行でかつ各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ、１２ｔを互いに隣接させて配置する工程を備える。また、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程を備える。これらの工程を備えることにより、大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。

ここで、図１〜５を参照して、ＩＩＩ族窒化物母結晶１０、ＩＩＩ族窒化物基板１１、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２およびＩＩＩ族窒化物結晶２０は、いずれも六方晶系のウルツ鉱型の結晶構造を有するため、それらの結晶の面を一般的に｛ｈｋｉｌ｝面（ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌは整数、ｉ＝−（ｈ＋ｋ））と表すことができ、それらの結晶の方向を一般的に＜ｈｋｉｌ＞方向（ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌは整数、ｉ＝−（ｈ＋ｋ））と表すことができる。なお、｛ｈｋｉｌ｝面は、（ｈｋｉｌ）面およびそれに結晶幾何学的に等価な結晶面を含む総称的な結晶面を意味する。また、＜ｈｋｉｌ＞方向は、［ｈｋｉｌ］方向およびそれに結晶幾何学的に等価な方向を含む総称的な方向を意味する。なお、図１〜５は、現実の寸法を反映したものではなく、理解を容易にするために、特に結晶または基板の厚さ方向の長さを他の方向の長さに比べて大きく描いている。

図４を参照して、上述のように、従来の結晶成長方法、たとえば特許文献１および２に開示された結晶成長方法により、サファイア基板、ＧａＡｓ基板などの異種下地基板上に成長させたＩＩＩ族窒化物母結晶１０は、結晶成長の際に異種下地基板とＩＩＩ族窒化物結晶との格子定数および／または熱膨張係数の違いにより発生した歪み応力のために、異種下地基板から分離した後は、その結晶成長表面１０ｇおよび｛０００１｝面１０ｃが湾曲（たとえば、異種下地基板としてのサファイア基板またはＧａＡｓ基板上に成長させてその異種下地基板から分離されたＩＩＩ族窒化物母結晶は（０００１）面が凹に湾曲）した反りを有する。かかるＩＩＩ族窒化物母結晶１０から、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるための下地基板として、ＩＩＩ族窒化物母結晶１０の中央部における＜０００１＞方向に対して垂直な平面を主平面１１ｍとするＩＩＩ族窒化物基板１１を切り出す。こうして得られるＩＩＩ族窒化物基板１１の主平面１１ｍの任意の位置における＜０００１＞方向は、その位置によって大きく異なる。かかるＩＩＩ族窒化物基板１１上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させると、ＩＩＩ族窒化物結晶２０はＩＩＩ族窒化物基板１１の結晶性を受け継ぐエピタキシャル成長をするため、成長するＩＩＩ族窒化物結晶２０はその位置によって＜０００１＞方向が大きく異なる。かかるＩＩＩ族窒化物結晶２０は結晶性が低いため、このＩＩＩ族窒化物結晶２０を基板として用いた半導体デバイスの特性が低下する。

そこで、発明者らは、大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させるため、図１、２および４を参照して、主平面１２ｍと複数の側平面１２ｓ、１２ｔとを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板１２であって、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面１２ｓ、１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数準備すること、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの法線方向が互いに平行でかつ各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ、１２ｔを互いに隣接させて配置すること、および、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることにより、大型で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０が成長することを見い出して、本発明を完成させた。以下、詳細に説明する。なお、図１〜３において、＜ＮＤ＞とは、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２における主平面１２ｍの法線方向を示す。

（ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程）
図１および４を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、主平面１２ｍと複数の側平面１２ｓ、１２ｔとを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板１２であって、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面１２ｓ、１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数準備する工程を備える。

本工程で準備されるＩＩＩ族窒化物チップ基板１２は、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有する。このため、図２を参照して、かかるＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍ上に、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°程度以下の傾斜角θｃを有するＩＩＩ族窒化物結晶２０をエピタキシャル成長させることができ、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して有する傾斜角θは０．５°以下であることが好ましい。

ここで、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して有する傾斜角θ（すなわち主平面１２ｍの任意の位置においてその法線と＜０００１＞方向とのなす傾斜角θ）は、その任意の位置において主平面１２ｍと｛０００１｝面１２ｃとのなす傾斜角θと同義であり、（０００２）面または（０００４）面などに関するＸ線回折ピークの位置により測定することができる。

また、本工程で準備されるＩＩＩ族窒化物チップ基板１２は、各側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である。ここで、図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の少なくとも１つの側平面が｛１０−１０｝面であると、｛１０−１０｝面は電荷中性面（非極性面）のなかで原子の最密充填面であり最も安定な結晶面であるため、かかるＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数配置してそれらの主平面１２ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させると、結晶成長表面２０ｇに｛１０−１０｝面のファセット２０ｆである｛１０−１ｆ｝面（ここで、ｆは０以外の整数）が現れるため、結晶成長表面２０ｇに凹部が形成され、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の歩留まりが低減するとともに、ファセット２０ｆを結晶成長表面として成長した結晶領域（ファセット成長結晶領域２０ｆｃ）の転位密度が高くなる。このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２は、各側平面１２ｓ，１２ｔの全てが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である必要がある。

ここで、本工程において、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数準備する方法には、特に制限はなく、以下の方法を用いることができる。

サファイア基板（主面は（０００１）面）、ＧａＡｓ基板（主面は（１１１）Ａ面）などの異種下地基板の主面上に、ＩＩＩ族窒化物母結晶を成長させる。これにより、一般的に、異種下地基板から分離した後に、図４に示すような結晶成長表面１０ｇおよび｛０００１｝面１０ｃが湾曲（たとえば、異種下地基板としてサファイア基板またはＧａＡｓ基板上に成長させてその異種下地基板から分離されたＩＩＩ族窒化物母結晶は（０００１）面が凹に湾曲）したＩＩＩ族窒化物母結晶１０が得られる。ＩＩＩ族窒化物母結晶１０の成長方法には、特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、昇華法などの気相法、または、ＩＩＩ族元素の融液に窒素を溶解させた溶液を用いる溶液法などの液相法などが用いられる。

図１および４を参照して、得られたＩＩＩ族窒化物母結晶１０から、主平面１２ｍと複数の側平面１２ｓ、１２ｔを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数切り出す。ここで、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２は、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）となるように切り出す。切り出しの方法には、特に制限はなく、ワイヤーソー、ダイサー、放電加工、スクライブなどにより切り出すことができる。

ここで、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の切り出しは、各側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面以外の所定の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面となるように行うのが理想的ではあるが、実際に切り出された各側平面１２ｓ，１２ｔは、｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面に対して３°以下程度の傾斜角を有する場合がある。しかしながら、各側平面１２ｓ，１２ｔの傾斜角がこの程度であれば、大型で結晶性が高く結晶成長表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる障害とはならない。なお、各側平面１２ｓ，１２ｔの法線と＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向とのなす傾斜角は、（１０−１０）面または（１１−２０）面などに関するＸ線回折ピークの位置によって測定することができる。

図１および２を参照して、結晶性が高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる観点から、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍは平坦であることが好ましい。具体的には、主平面１２ｍの平均粗さＲａは、５ｎｍ以下が好ましく、２．５ｎｍ以下がより好ましい。主平面１２ｍの５ｎｍ以下の面粗さＲａは、主平面１２ｍに研削、研磨（機械的研磨、化学機械的研磨を含む）、ドライエッチング、ウエットエッチングなどの処理を施すことによって得られる。

また、図１および２を参照して、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の接合部分上にも転位密度が低く結晶性が高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる観点から、側平面１２ｓ，１２ｔは平坦であることが好ましい。具体的には、側平面１２ｓ，１２ｔの面粗さＲａは、５ｎｍ以下が好ましく、２．５ｎｍ以下がより好ましい。側平面１２ｓ，１２ｔの５ｎｍ以下の面粗さＲａは、側平面１２ｓ，１２ｔに研削、研磨（機械的研磨、化学機械的研磨を含む）、ドライエッチング、ウエットエッチングなどの処理を施すことによって得られる。

ここで、平均粗さＲａとは、ＪＩＳ Ｋ ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいい、具体的には、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から粗さ曲線までの距離（偏差の絶対値）を合計し基準長さで平均した値をいう。平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により行うことができる。

また、図１を参照して、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの形状は、平面を隙間無く覆うこと（平面充填）ができる形状であれば特に制限はなく、正方形、長方形、菱形、平行四辺形などの四角形、正六角形、平行六辺形などの六角形が挙げられる。ＩＩＩ族窒化物チップ基板の作製の作業性が高い観点から、ＩＩＩ族窒化物チップ基板の主平面の形状は、正方形、長方形などの直角四角形が好ましい。さらに、ＩＩＩ族窒化物チップ基板の方向性を目視で容易に識別できる観点から、ＩＩＩ族窒化物チップ基板の主平面の形状は、直角四角形の中でも長方形がより好ましい。

（ＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程）
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの法線方向が互いに平行でかつ各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ、１２ｔを互いに隣接させて配置する工程を備える。

複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を上記のように配置することにより、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の全体にわたって、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、すべての側平面１２ｓ、１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）となる。このため、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主面上に、結晶性が高く結晶成長表面２０ｇが平坦なＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることが可能となる。また、多数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を上記のように配置することにより、大型で結晶性が高く結晶成長表面２０ｇが平坦なＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることができる。

（ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程）
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程と、を備える。

かかる工程により、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０が複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の結晶性を受け継ぐエピタキシャル成長をする。ここで、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の全体にわたって、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有していることから、成長したＩＩＩ族窒化物結晶２０は、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して有する傾斜角θｃ（すなわち結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置においてその法線と＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃ）は１．０°程度以下となり、結晶性が高い。

ここで、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置においてその法線と＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、その任意の位置において結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈと｛０００１｝面２０ｃとのなす傾斜角θｃと同義であり、（０００２）面または（０００４）面などに関するＸ線回折ピークの位置により測定することができる。

また、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２のすべての側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）であることから、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶成長表面２０ｇには、ファセットが形成されず、平坦になる。

また、多数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２が配置されていると、大型のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。このようにして、大型で結晶性が高く結晶成長表面２０ｇが平坦なＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。

（実施例１）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
（１）ＩＩＩ族窒化物母結晶の作製
図４を参照して、ＩＩＩ族窒化物母結晶１０であるＧａＮ母結晶を以下のようにして作製した。まず、異種下地基板（図示せず）として（１１１）Ａ面の主平面を有する直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ０．８ｍｍのＧａＡｓ基板の主平面上に、スパッタ法によりマスク層として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成した。次いで、フォトリソグラフィ法およびエッチングにより、ＳｉＯ₂層（マスク層）に直径が２μｍの開口部が４μｍのピッチで平面的に六方稠密に配置されたパターンを形成した。ここで、各開口部にはＧａＡｓ基板の主平面が露出していた。

次に、主平面に複数の開口部を有するＳｉＯ₂層（マスク層）が形成されたＧａＡｓ基板上に、ＨＶＰＥ法により、５００℃の雰囲気温度で厚さ８０ｎｍのＧａＮ低温バッファ層を成長させ、ＧａＮ低温バッファ層上に厚さ５ｍｍのＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）を成長させた。

次に、王水を用いたエッチングにより、ＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）から、ＧａＡｓ基板（異種下地基板）を除去して、直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ３ｍｍのＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）を得た。

かかるＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）は、結晶成長中に発生する反りを保持していた。すなわち、このＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）は、｛０００１｝面１０ｃが（０００１）面を凹として湾曲しており、その湾曲は、高低差で３００μｍ、曲率半径で１．０ｍであった。

かかるＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶）から直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ０．４ｍｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板１１）を切り出すと、ＧａＮ基板の主平面１１ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して有する傾斜角は、１．５°程度となる。

（２）ＩＩＩ族窒化物チップ基板の作製
図１および４を参照して、ＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）から、ＧａＮチップ基板の全ての側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面を含まないように、複数のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を切り出した。切り出された各ＧａＮチップ基板は、５ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ８００μｍであった。具体的には、各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）において、５ｍｍ×１０ｍｍの主表面１２ｍが（０００１）面に近い面、５ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｓがほぼ（２−３１０）面、１０ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｔがほぼ（−２−１３０）面であった。

切り出された各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）には、ＧａＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）の結晶性がそのまま引き継がれる。したがって、５ｍｍ×１０ｍｍの主平面１２ｍを有する各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）は、中央傾斜角θ₀に対して、５ｍｍの辺に対して平行な方向に０．１５°以下、１０ｍｍの辺に対して平行な方向に０．３°以下の差分傾斜角θ₁を有する。ここで、中央傾斜角θ₀とは、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍの中央においてその法線と＜０００１＞方向とのなす傾斜角と定義する。また、差分傾斜角θ₁とは、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２において、主平面１２ｍの任意の位置における＜０００１＞方向と主平面１２ｍの中央における＜０００１＞方向とのなす傾斜角と定義する。

各ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の主表面１２ｍを、主表面１２ｍの中央における法線が＜０００１＞方向と同一になるように調整しながら、主表面１２ｍの平均粗さが５ｎｍになるように、研磨して平坦化した。

次いで、各ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔを、主平面１２ｍに対して垂直になるように調整しながら、各側平面１２ｓ，１２ｔの平均粗さＲａが５ｎｍになるように、研磨して平坦化した。

上記のように研磨により主平面および側平面を平坦化した各ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の中央傾斜角θ₀を（０００２）面に関するＸ線回折ピークの位置から測定して、かかる中央傾斜角θ₀が０．２°以下のチップ基板を５６枚選別した。すなわち、選別された各ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）について、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは、θ＝｜θ₀＋θ₁｜で表されることから、０．５°以下と算出された。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、上記のように選別した５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を、各ＧａＮチップ基板の主平面１２ｍの法線方向が互いに平行で、各ＧａＮチップ基板の＜２−３１０＞方向が互いに平行で、かつ、各ＧａＮチップ基板の＜−２１３０＞方向が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ，１２を互いに隣接させて配置し、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＨＶＰＥ法により、１０体積％の塩化ガリウムガス、２０体積％のアンモニアガスおよび７０体積％の水素ガスのガス雰囲気下、１１３５℃の雰囲気温度で約３時間ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記基板上に結晶成長表面が平坦な一体化ＧａＮ結晶が得られた。かかるＧａＮ結晶の転位密度は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）による非発光暗点密度の測定を行ったところ、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では６×１０⁶ｃｍ^-2であった。

また、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、以下のようにして算出した。ＧａＮ結晶の中央と中央から互い垂直な４つの方向に２０ｍｍ離れた４つの位置において、（０００２）面に関するＸ線回折ピークの位置の測定から、得られたＧａＮ結晶は、その中央傾斜角θｃ₀が０．２°以下であり、その差分傾斜角θｃ₁が０．４°以下であった。ここで、中央傾斜角θｃ₀とは、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの中央においてその法線と＜０００１＞方向とのなす傾斜角と定義する。また、差分傾斜角θｃ₁とは、ＩＩＩ族窒化物結晶２０において、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における＜０００１＞方向と、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの中央における＜０００１＞方向とのなす傾斜角と定義する。このとき、傾斜角θｃはθｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜で表されることから、０．６°以下と算出された。

また、ＧａＮ結晶の結晶成長表面の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、８０ａｒｃｓｅｃと小さく、高い結晶性を有していた。結果を表１にまとめた。

（実施例２）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図１および２を参照して、各側平面１２ｓ，１２ｔの平均粗さＲａを２．５ｎｍとしたこと以外は、実施例１と同様にして、複数のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を準備した。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を配置して、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記基板上に結晶成長面が平坦で一体化したＧａＮ結晶が得られた。かかるＧａＮ結晶の転位密度は、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では４×１０⁶ｃｍ^-2であった。また、得られたＧａＮ結晶は、その中央傾斜角θｃ₀が０．２°以下であり、その差分傾斜角θｃ₁が０．３°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、０．５°以下と算出された。また、ＧａＮ結晶の結晶成長面の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、７０ａｒｃｓｅｃと小さく、高い結晶性を有していた。結果を表１にまとめた。

（実施例３）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図１および２を参照して、各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の主平面１２ｍの中央における法線と＜０００１＞方向とのなす中央傾斜角θ₀が０．５°以下のチップ基板を５６枚選別したこと以外は実施例１と同様にして、複数のＧａＮチップ基板を準備した。かかるＧａＮチップ基板は、実施例１のＧａＮチップ基板と同様に、中央傾斜角θ₀に対して、５ｍｍの辺に対して平行な方向に０．１５°以下、１０ｍｍの辺に対して平行な方向に０．３°以下の差分傾斜角θ₁を有する。すなわち、選別された各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）について、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは、θ＝｜θ₀＋θ₁｜を用いて、０．８°以下と算出された。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を配置して、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記基板上に一体化したＧａＮ結晶が得られた。かかるＧａＮ結晶の転位密度は、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では８×１０⁶ｃｍ^-2であった。また、得られたＧａＮ結晶は、中央傾斜角θｃ₀が０．５°以下であり、差分傾斜角θｃ₁が０．５°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、１．０°以下と算出された。また、ＧａＮ結晶の結晶成長面の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、１２０ａｒｃｓｅｃと小さく、高い結晶性を有していた。結果を表１にまとめた。

（比較例１）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図１および２を参照して、各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の中央傾斜角θ₀が１．２°以下となるように、チップ基板を選別したこと以外は実施例１と同様にして、複数のＧａＮチップ基板を準備した。かかるＧａＮチップ基板は、実施例１のＧａＮチップ基板と同様に、中央傾斜角θ₀に対して、５ｍｍの辺に対して平行な方向に０．１５°以下、１０ｍｍの辺に対して平行な方向に０．３°以下の差分傾斜角θ₁を有する。すなわち、選別された各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）について、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは、θ＝｜θ₀＋θ₁｜を用いて、１．５°以下と算出された。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を配置して、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記基板上に結晶成長表面が平坦な一体化したＧａＮ結晶が得られた。かかるＧａＮ結晶の転位密度は、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では１×１０⁷ｃｍ^-2であった。また、得られたＧａＮ結晶は、中央傾斜角θｃ₀が１．２°以下であり、差分傾斜角θｃ₁が０．３°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、１．５°以下と算出された。また、ＧａＮ結晶の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、２２０ａｒｃｓｅｃと大きく、結晶性が低くなった。このような低い結晶性のＧａＮ結晶は、これを基板として用いた半導体デバイスの特性を低下させる。結果を表１にまとめた。

（比較例２）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図１および３を参照して、各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の５ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｓが（１０−１０）面、１０ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｔが（１１−２０）面となるように、ＧａＮチップ基板を切り出したこと以外は実施例１と同様にして、複数のＧａＮチップ基板を準備した。かかるＧａＮチップ基板は、実施例１のＧａＮチップ基板と同様に、中央傾斜角θ₀は０．２°以下であり、また、中央傾斜角θ₀に対して、５ｍｍの辺に対して平行な方向に０．１５°以下、１０ｍｍの辺に対して平行な方向に０．３°以下の差分傾斜角θ₁を有する。すなわち、選別された各ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）について、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは、θ＝｜θ₀＋θ₁｜を用いて、０．５°以下と算出された。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図３を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を配置して、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図３を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記基板上に一体化したＧａＮ結晶が得られた。しかし、ＧａＮ結晶の結晶成長表面２０ｇ上には、１０ｍｍのピッチで＜１１−２０＞方向と平行な方向に伸びるファセット２０ｆが形成されていた。このため、ＧａＮ結晶の歩留まりが低下した。結晶成長表面２０ｇを研磨して円形基板の主平面１２ｍに平行な平坦面を形成した後、ＣＬ（カソードルミネッセンス）による非発光暗点密度の測定によりＧａＮ結晶の転位密度を測定した。ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2と低かったが、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では２×１０⁷ｃｍ^-2と高くなった。

ここで、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）について、ＧａＮチップ基板の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域のＣＬ発光強度は、ＧａＮチップ基板の直上の結晶領域のＣＬ発光強度に比べて、３６５ｎｍ付近において、２倍以上であった。このことから、ＧａＮチップ基板の接合部分の直上の結晶領域は、ＧａＮチップ基板の直上の結晶領域に比べて不純物の取り込みが大きかったものと考えられる。

また、得られたＧａＮ結晶は、中央傾斜角θｃ₀が０．２°以下であり、差分傾斜角θｃ₁が０．３°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇに平行な面の任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、０．５°以下と算出された。

また、ＧａＮ結晶の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、８０ａｒｃｓｅｃと小さく、結晶性が高かった。結果を表１にまとめた。

（実施例４）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
図１および２を参照して、実施例１と同様にして複数のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を準備した。かかるＧａＮチップ基板は、実施例１のＧａＮチップ基板と同様に、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは０．５°以下（ここで、θ＝｜θ₀＋θ₁｜であり、中央傾斜角θ₀は０．２°以下、差分傾斜角θ₁は０．３°以下）であった。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、実施例１と同様にして、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を配置して、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、５６枚のＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、ＩＩＩ族元素の融液に窒素を溶解させた溶液を用いる溶液法により、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

具体的には、内径８０ｍｍのカーボン製の坩堝内に、上記円形基板をその主平面１２ｍを上に向けて配置して、その上に金属Ｇａを１００ｇ配置した。かかる円形基板と金属Ｇａを配置した坩堝を、窒素ガス雰囲気下、１１５０℃の雰囲気温度および２０００気圧（２０２．７ＭＰａ）の雰囲気圧力で３０時間保持することにより、金属Ｇａが融解したＧａ融液に窒素が溶解した溶液を円形基板の主平面１２ｍに接触させて、主平面１２ｍ上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。

上記円形基板上に一体化した結晶成長表面が平坦な厚さ２０μｍのＧａＮ結晶が得られた。かかるＧａＮ結晶の転位密度は、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＧａＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では３×１０⁶ｃｍ^-2であった。また、得られたＧａＮ結晶は、中央傾斜角θｃ₀が０．２°以下であり、差分傾斜角θｃ₁が０．３°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、０．５°以下と算出された。また、ＧａＮ結晶の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は、８０ａｒｃｓｅｃと小さく、高い結晶性を有していた。結果を表１にまとめた。

（実施例５）
１．ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程
（１）ＩＩＩ族窒化物母結晶の作製
図４を参照して、ＩＩＩ族窒化物母結晶１０であるＡｌＮ母結晶を以下のようにして作製した。まず、異種下地基板（図示せず）として（０００１）面の主平面を有する直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ０．５ｍｍのＳｉＣ基板の主平面上に、昇華法により、ＡｌＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）を成長させた。

昇華法によるＡｌＮ母結晶の成長においては、結晶が０．５ｍｍの厚さに成長するまでは、雰囲気温度を１７００℃として、０．１体積％の二酸化炭素（ＣＯ₂）ガスを供給して、結晶に炭素（Ｃ）原子をドーピングした。その後、雰囲気温度を１８００℃として、二酸化炭素ガスの供給を止めて、さらに厚さ５ｍｍのＡｌＮ母結晶を成長させた。成長したＡｌＮ母結晶の結晶成長表面（（０００１）面に相当する）には、複数のファセットにより形成される六角錐状の凹部が複数形成されていた。

次に、機械的研磨によりＡｌＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）からＳｉＣ基板を除去して、直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ３ｍｍのＡｌＮ母結晶を得た。このとき、ＡｌＮ母結晶のうちＡｌＮ炭素原子がドーピングされた厚さ０．５ｍｍｍの結晶領域を、ＳｉＣ基板とともに除去した。

次に、ＡｌＮ母結晶の結晶成長表面（ほぼ（０００１）面）およびその反対側表面（ほぼ（０００−１）面）を、平均粗さＲａが５０ｎｍになるように研磨して平坦化した。ここで、平均粗さＲａは、ＡＦＭにより測定した。こうして、ほぼ（０００１）面である主面とほぼ（０００−１）面である主面とを有する厚さ３ｍｍのＡｌＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）を得た。

（２）ＩＩＩ族窒化物チップ基板の作製
ＡｌＮ母結晶（ＩＩＩ族窒化物母結晶１０）から、ＡｌＮチップ基板の全ての側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面を含まないように、複数のＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を切り出した。切り出された各ＡｌＮチップ基板は、５ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ８００μｍであった。各ＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）において、５ｍｍ×１０ｍｍの主表面１２ｍがほぼ（０００１）面、５ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｓがほぼ（２−３１０）面、１０ｍｍ×８００μｍの側平面１２ｔがほぼ（−２−１３０）面であった。

ここで、切り出したＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）は、（０００２）面に関するＸ線回折ピークの位置を測定したところ、中央傾斜角θ₀に対して、５ｍｍの辺に対して平行な方向に０．１°以下、１０ｍｍの辺に対して平行な方向に０．２°以下の差分傾斜角θ₁を有していた。

次に、各ＡｌＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の主表面１２ｍを、主表面１２ｍの中央における法線が＜０００１＞方向と同一になるように調整しながら、主表面１２ｍの平均粗さが５ｎｍになるように、研磨して平坦化した。次いで、各ＡｌＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔを、主平面１２ｍに対して垂直になるように調整しながら、各側平面１２ｓ，１２ｔの平均粗さＲａが５ｎｍになるように、研磨して平坦化した。

上記のように研磨により主平面および側平面を平坦化した各ＡｌＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の中央傾斜角θ₀を（０００２）面に関するＸ線回折ピークの位置から測定して、かかる中央傾斜角θ₀が０．５°以下のチップ基板を５６枚選別した。すなわち、選別された各ＡｌＮ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）は、主平面１２ｍの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θは、θ＝｜θ₀＋θ₁｜で表されることから、０．７°以下と算出された。

２．複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板を配置する工程
図２を参照して、上記のように選別した５６枚のＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）を、各ＡｌＮチップ基板の主平面１２ｍの法線方向が互いに平行で、各ＧａＮチップ基板の＜２−３１０＞方向が互いに平行で、かつ、各ＡｌＮチップ基板の＜−２１３０＞方向が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ，１２ｔを互いに隣接させて配置し、周辺部を除去して、直径２インチの円形基板とした。

３．ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程
図２を参照して、５６枚のＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）が配置されて形成された上記の円形基板の主平面１２ｍ上に、昇華法により、４５ＫＰａの雰囲気圧力および２１００℃の雰囲気温度で３０時間ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。こうして、上記円形基板上に、厚さが約３ｍｍで直径が２インチ（５０．８ｍｍ）の一体化した結晶成長表面２０ｇが平坦なＡｌＮ結晶が得られた。

かかるＡｌＮ結晶の転位密度は、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）を用いて測定したところ、ＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の直上の結晶領域では１×１０⁶ｃｍ^-2、ＡｌＮチップ基板（ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２）の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域では６×１０⁶ｃｍ^-2であった。

また、得られたＡｌＮ結晶は、中央傾斜角θｃ₀が０．５°以下であり、差分傾斜角θｃ₁が０．５°以下であった。したがって、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃは、θｃ＝｜θｃ₀＋θｃ₁｜を用いて、１．０°以下と算出された。

また、ＡｌＮ結晶の中央における（０００２）面に関するロッキングカーブにおけるＸ線回折ピークの半値幅は８０ａｒｃｓｅｃと小さく、このＡｌＮ結晶は高い結晶性を有していた。結果を表１にまとめた。

表１を参照して、実施例１〜５に示すように、主平面１２ｍの任意の位置における法線がその位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各側平面１２ｓ，１２ｔが｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を複数準備して、複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２を、各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の側平面１２ｓ，１２ｔの法線方向が互いに平行でかつ各ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各側平面１２ｓ，１２ｔを互いに隣接させて配置して、配置された複数のＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の主平面１２ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることにより、大型で結晶性が高く結晶成長表面が平坦なＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られた（図２を参照）。

また、実施例１および２を参照して、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の各側平面１２ｓ，１２ｔの平均粗さＲａを５ｎｍ以下から２．５ｎｍ以下に低減することにより、ＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の各側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域の転位密度を低減し、結晶成長表面２０ｇ近傍を主平面１２ｍに平行に切断する仮想平面２０ｈの任意の位置における法線とその位置における＜０００１＞方向とのなす傾斜角θｃを低減し、Ｘ線回折ピークの半値幅を低減して、より結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られた（図２を参照）。

一方、比較例２を参照して、ＩＩＩ族窒化物チップ基板のいずれかの側平面が｛１０−１０｝面であると、一体化したＩＩＩ族窒化物結晶２０は得られるものの、結晶成長表面２０ｇにファセット２０ｆによる凹部が形成されるため、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の歩留まりが低下した（図３を参照）。また、ＩＩＩ族窒化物結晶２０においてＩＩＩ族窒化物チップ基板１２の側平面１２ｓ，１２ｔの接合部分の直上の結晶領域の転位密度が高くなった。

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。

１０ ＩＩＩ族窒化物母結晶、１０ｃ，１１ｃ，１２ｃ，２０ｃ ｛０００１｝面、１０ｇ，２０ｇ 結晶成長表面、１１ ＩＩＩ族窒化物基板、１１ｍ，１２ｍ 主平面、１２ ＩＩＩ族窒化物チップ基板、１２ｓ，１２ｔ 側平面、２０ ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｆ ファセット、２０ｆｃ ファセット成長結晶領域、２０ｈ 仮想平面。

Claims (3)

1. 主平面と複数の側平面とを有するＩＩＩ族窒化物チップ基板であって、
   前記主平面の任意の位置における法線が前記位置における＜０００１＞方向に対して１．０°以下の傾斜角θを有し、各前記側平面が｛１０−１０｝面以外の｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０｝面（ここで、ｈおよびｋは整数）である、前記ＩＩＩ族窒化物チップ基板を複数準備する工程と、
   複数の前記ＩＩＩ族窒化物チップ基板を、各前記ＩＩＩ族窒化物チップ基板の前記主平面の法線方向が互いに平行でかつ各前記ＩＩＩ族窒化物チップ基板の＜１０−１０＞方向以外の＜ｈｋ−（ｈ＋ｋ）０＞方向（ここで、ｈおよびｋは整数）が互いに平行になるように、各前記側平面を互いに隣接させて配置する工程と、
   配置された複数の前記ＩＩＩ族窒化物チップ基板の前記主平面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
2. 各前記側平面の平均粗さＲａが５ｎｍ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
3. 前記主平面が長方形である請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。

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