半絶縁性窒化物半導体基板とその製造方法並びに窒化物半導体エピタキシャル基板及び電界効果トランジスタ
【課題】 反りが少なくクラックが発生しない半絶縁性の窒化物半導体結晶基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】 下地基板の上に、幅或いは直径ｓが１０μｍ〜１００μｍであるドット被覆部或いはストライプ被覆部を間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍであるように並べたマスクを形成し、ＨＶＰＥ法によって成長温度が１０４０℃〜１１５０℃であって、５／３族比ｂが１〜１０であるような３族、５族原料ガスと、鉄を含むガスとを供給することによって下地基板の上に窒化物半導体結晶を成長させ、下地基板を除去することによって、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上、反りの曲率半径が３ｍ以上の自立した半絶縁性窒化物半導体基板を得、更にその基板を用いたデバイスの作製を得る。
【解決手段】 下地基板の上に、幅或いは直径ｓが１０μｍ〜１００μｍであるドット被覆部或いはストライプ被覆部を間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍであるように並べたマスクを形成し、ＨＶＰＥ法によって成長温度が１０４０℃〜１１５０℃であって、５／３族比ｂが１〜１０であるような３族、５族原料ガスと、鉄を含むガスとを供給することによって下地基板の上に窒化物半導体結晶を成長させ、下地基板を除去することによって、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上、反りの曲率半径が３ｍ以上の自立した半絶縁性窒化物半導体基板を得、更にその基板を用いたデバイスの作製を得る。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半絶縁性の窒化物半導体基板とその製造方法並びに窒化物半導体エピタキシャル基板及び電界効果トランジスタに関する。窒化物半導体というのは窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）と混晶のＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどを指す。下地基板の上に付着した薄膜ではなく、自立した結晶基板を対象にする。ここでは主にＧａＮについて述べる。窒化ガリウム（ＧａＮ）はバンドギャップが広いので青色発光素子の材料として利用される。
【０００２】
青色の発光ダイオード、半導体レーザなどの発光素子は従来、サファイヤ単結晶基板（α−Ａｌ２Ｏ３）の上にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体薄膜結晶をエピタキシャル成長させることによって製造されてきた。サファイヤは窒化ガリウムと同じ六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ）である。サファイヤＣ面結晶の上にＧａＮのＣ面薄膜を成長させる。
【０００３】
しかしサファイヤ基板は絶縁性でありｎ電極を底面から取ることができないし、ＧａＮの劈開面と、サファイヤ基板の劈開面が異なるので、切断用機械で分離しなければならず、手間と時間が掛かりチップ分離の歩留まりが悪いという難点がある。
【０００４】
また窒化ガリウム（ＧａＮ）とサファイヤでは格子定数がかなり違う。サファイヤ基板上に成長させたＧａＮは多大の転位密度がある。また反りも大きい。そこで窒化ガリウム自体を基板とするため、窒化ガリウムで基板結晶を作製するという試みがなされた。窒化ガリウムはバンドギャップが広く青色発光素子の好適の材料として考えられてきた。発光素子の場合、底面にｎ電極、頂点にｐ電極を取るのが好都合なので導電性の高い基板が望まれる。
【０００５】
窒化物半導体基板の製造もこれまでは自由電子密度の高いｎ型の窒化物半導体結晶の成長が目指されてきた。現在２インチ径のｎ型のＧａＮの自立基板を製造することが可能になっている。本発明はｎ型でなく半絶縁性の窒化物半導体の成長に関する。
【０００６】
ＧａＮはバンドギャップが広いということの他に電子デバイスとして用いた場合、優れた特質がある。例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の材料としては現在のところ殆どＳｉが使われている。しかし電子移動度や耐電圧特性などに関してはＳｉ半導体よりもＧａＮ半導体の方が優れていると思われている。ＧａＮの電子移動度はＳｉより高いし、ブレークダウン電圧はＳｉより高い。もしもＧａＮによってＦＥＴを作ることができれば、Ｓｉよりも高速で大電流大電圧のＦＥＴとなる可能性がある。ＡｌＧａＮ／ＧａＮのような接合を作れば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの境界でやはり二次元電子ガスが生成されるだろうと言われている。二次元電子ガスは高速走行することであろう。
【０００７】
本発明は従来のように光素子の材料としてではなく、ＦＥＴの材料としての窒化物半導体結晶の製造を目指すものである。
【０００８】
もしもＧａＮ／ＡｌＧａＮ薄膜を利用したＦＥＴを作るとすれば、初めはサファイヤ基板の上に作るということになるであろう。ＦＥＴはドレイン、ゲート、ソースの電極が半導体層の上に近接して形成され電流は水平に流れる。上面に並べてソース、ゲート、ドレイン電極を設ければ良い。基板内を縦方向に流れる発光素子の場合とはその点で異なる。
【０００９】
ＦＥＴの場合は裏面ｎ電極の問題がないので絶縁性サファイヤ基板でも良いのであるが、やはり格子不整合という問題は残る。さらにコストの問題もありＧａＮ系のＦＥＴはまだまだ実用化には遠い。
【００１０】
しかしもしもＧａＮーＦＥＴを作る場合、格子整合の点から、サファイヤ基板よりもＧａＮ結晶基板を使ってその上にＧａＮ、ＡｌＧａＮなどのエピタキシャル薄膜を形成してＦＥＴとする方が良いであろう。
【００１１】
ＦＥＴの基板であるから高伝導性のｎ型でなく、高抵抗の絶縁性のものが望まれる。これまでの発光素子用のＧａＮ結晶基板に要求されてきた性質とは大きく異なる。本発明はＦＥＴの基板として用いることのできる絶縁性のＧａＮ基板結晶の製造方法に関する。
【００１２】
まずドーパントについて述べる。従来、青色発光素子のためにＧａＮやＩｎＧａＮの薄膜が用いられてきた。ｐ型にするにはＭｇやＺｎをドープする。ｎ型にするにはＳｉをドープする。本発明者等はｎ型ＧａＮ基板とするために酸素をドープすれば良いことを最初に見出した。よってｎ型のドーパントはＳｉ、Ｏである。それではＧａＮ結晶を絶縁性にするためのドーパントに何を使うか、またどのような条件で作製するのか？という問題がある。
【背景技術】
【００１３】
発光素子を製造するため、サファイヤ基板の上に窒化物半導体薄膜（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ薄膜）を形成する場合、ＭＯＣＶＤ法が用いられることが多い。気相合成法であるから原料は気体の形で与えられる。窒素はアンモニア（ＮＨ３）の形で与えられる。ＭＯＣＶＤ法は３族元素を有機金属の形で与える。ガリウム、インジウムなど３族元素の有機金属（トリメチルガリウム、トリエチルインジウムなど）とＮＨ３を原料として加熱したサファイヤ基板の上に供給する。
【００１４】
ＧａＮ系の半導体薄膜を気相合成法で作るにはＨＶＰＥ法もよく使われる。これはＧａ金属融液を入れたＧａボートをサセプタの上に設け、ＨＣｌを吹き込んでＧａＣｌを合成しこれをＧａ原料とするものである。従って原料ガスはＧａＣｌとアンモニアである。
【００１５】
ドーパントの問題であるが、ＧａＮを絶縁性にするには鉄（Ｆｅ）をドープする。鉄（Ｆｅ）はＧａＮのバンドギャップの中に深い準位を形成しｎ型キャリヤ（自由電子）を捕獲するのでキャリヤが減少する。そのためにＧａＮ結晶は半絶縁性となる。完全な絶縁性でないから半絶縁性（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ；ＳＩ−ＧａＮ）と言うが、ＦＥＴの基板とするには差し支えない程の高い抵抗率を持っている。気相成長の窒化物半導体の内部へ添加するのだから気体の鉄化合物を使う必要がある。例えばビスシクロペンタジエニル鉄（（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅ）、ビスメチルシクロペンタジエニル鉄（（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２Ｆｅ）などを使う。
【００１６】
特許文献１はＧａＡｓ基板の上に窓直径が１〜５μｍで、窓ピッチが４μｍ〜１０μｍの）マスクを付けＧａＮバッファ層を形成し、その上にＧａＮを８２０℃又は９７０℃でＭＯＣＶＤ法により、又は９７０℃、１０００℃、１０１０℃、１０２０℃、１０３０℃でＨＶＰＥ法によりＣ面成長させて厚いＧａＮ結晶を得るような手法を述べている。
【００１７】
特許文献１は微細窓を持つマスクを使うものである。図１にマスクの一例の平面図を示す。広い被覆部Ｍの中に、多数の小さい窓Ｗが規則正しく並んでいるようなマスクである。窓Ｗから下地基板Ｕが露呈している。被覆部Ｍの方が開口部（窓Ｗ）より面積が広い。
【００１８】
マスク法による転位低減の原理を図２によって説明する。図２（１）〜（７）はマスク法の結晶成長の様子の断面図を示す。図２（１）に示すように、マスクＭはマスク材を下地基板Ｕの上に形成し小さい窓Ｗを規則正しく設けたものである。窒化ガリウムを気相成長させると窓Ｗの中だけに窒化ガリウム結晶Ｇができる。結晶Ｇと下地基板Ｕの境に多数の上向きの転位Ｔが発生する（図２（２））。
【００１９】
成長が進むと窓Ｗ上の結晶の一部がマスクＭの上に乗り上がりマスクの上を横方向に伸びていく（図２（３））。横方向に成長するので転位Ｔも横に伸びる。横面は低面指数のファセットＦになる。図２（４）のように結晶Ｇは上方向にも横方向にも伸び円錐台形状になる。台の上面はＣ面（Ｃ）である。図２（５）のように隣接窓から伸びてきた結晶が接触する。転位Ｔは横向きに伸び転位Ｔが衝突する。それによって転位が打ち消し合う。
【００２０】
図２（６）のようにファセットＦの溝が埋められ小さくなっていく。やがてファセットの成す凹部が埋められて平坦な表面Ｃとなる。平坦表面はＣ面である。以後平坦なＣ面を表面として成長を続ける。転位Ｔは窓Ｗの上で多く、マスクＭの上で少ない。
【００２１】
特許文献１は成長温度や原料分圧などが具体的に示されているので重要な従来技術である。成長温度について引用文献１は次のように述べている。ＨＶＰＥ法の場合、成長温度は９７０℃、１０００℃、１０１０℃、１０２０℃、１０３０℃である。ＭＯＣＶＤ法の場合、成長温度は８２０℃、９７０℃である。
【００２２】
ＨＶＰＥ法では原料はＨＣｌ、Ｇａ融液、ＮＨ３である。３族原料はＧａ融液とＨＣｌガスを反応させＧａＣｌとする。供給される３族原料と５族原料の量ははＧａＣｌの分圧ＰＧａＣｌとＮＨ３の分圧ＰＮＨ３によって表現される。３族と５族原料の比率ｂはＮＨ３分圧ＰＮＨ３とＧａＣｌの分圧ＰＧａＣｌの比率によって表すことができる。つまりｂ＝ＰＮＨ３／ＰＧａＣｌというように定義される。
【００２３】
マスク法によってできたＧａＮ結晶の比抵抗ｒはｒ＝０．００５Ωｃｍ〜０．０８Ωｃｍの範囲にあるとしている。
【００２４】
特許文献１の実施例で述べられたＭＯＣＶＤ法による成長条件は次のようである。
【００２５】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＴＭＧ分圧ＰＴＭＧ、５／３族比ｂの順に示す。
９７０℃ ２０ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
８２０℃ ２０ｋＰａ ０．３ｋＰａ ６７倍
９７０℃ ２０ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
１０００℃ ２０ｋＰａ ０．４ｋＰａ ５０倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．５ｋＰａ ５０倍
【００２６】
特許文献１の実施例で述べられたＨＶＰＥ法による成長条件は次のようである。
【００２７】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
９７０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．５ｋＰａ ５０倍
１０００℃ ２０ｋＰａ ２ｋＰａ １０倍
９５０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０２０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０００℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０１０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
【００２８】
特許文献２はＧａＡｓ基板の上に細かい窓を千鳥状に有するマスクを形成しその上にＨＶＰＥ法でＣ面を維持しながらＧａＮを厚く成長させＧａＡｓ基板を除去して、２０ｍｍ以上の直径を持ち７０μｍ以上の厚みを持ち撓み（反り）が５０ｍｍ直径に換算して０．５５ｍｍ以下の自立ＧａＮ基板を提供している。５０ｍｍ直径のウエハ−で中心の撓み（反り）が０．５５ｍｍということは曲率半径Ｒに直すと、約６００ｍｍ＝０．６ｍということである。
【００２９】
特許文献２はＨＶＰＥ法で成長温度を９７０℃、１０２０℃、１０３０℃とし、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌを１ｋＰａ又は２ｋＰａ（０．０１〜０．０２ａｔｍ）とし、ＮＨ３分圧を４ｋＰａ又は６ｋＰａとしている。ＧａＣｌ分圧をＰＧａＣｌ＝１ｋＰａとすると表面は平坦であるが反りが大きく内部応力が巨大で割れ易く使用不可能な結晶ができ、７０μｍ以上の膜厚にできないと述べている。
【００３０】
反対にＧａＣｌ分圧をＰＧａＣｌ＝２ｋＰａとすると表面は荒れているが反りが小さく内部応力の小さい結晶ができると述べている。ＮＨ３分圧は６ｋＰａ、１２ｋＰａ、２４ｋＰａである。５／３族比ｂはｂ＝３、６、１２である。曲率半径は１ｍ程度である。比抵抗は０．００３５〜０．００８３Ωｃｍである。ｎ型結晶である。
【００３１】
特許文献２の実施例で述べられた成長条件は次のようである。
【００３２】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０３０℃ ４ｋＰａ １ｋＰａ ４倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ １２ｋＰａ ２ｋＰａ ６倍
９７０℃ ２４ｋＰａ ２ｋＰａ １２倍
【００３３】
特許文献３はＧａＡｓ基板の上に［１１−２］方向に一定間隔をおいて並び［−１１０］方向に半ピッチずれた点状の窓を有するマスク、或いは［１１−２］方向に伸びるストライプ状窓を有するマスク或いは［−１１０］方向に伸びるストライプ状の窓を有するマスクを形成し、バッファ層を設け、ＨＶＰＥ法によりＧａＮをＣ面を保持しながらエピタキシャル成長させ基板とマスクを除去してＧａＮの自立単結晶基板を製造する方法を提案する。
【００３４】
特許文献３も図１のような、小さい多数の窓を狭いピッチで縦横に並べたマスクを下地基板Ｕの上に形成し、ＧａＮを気相成長させ、転位を減少させる手法である。ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌは１ｋＰａ（０．０１ａｔｍ）と２ｋＰａ（０．０２ａｔｍ）の２つの場合がある。１ｋＰａの場合、表面平坦であるが内部応力が大きく反りも大きく割れ易いＧａＮ結晶ができると述べている。２ｋＰａの場合、表面は粗面であり内部応力が小さく反りが小さく割れ難いＧａＮ結晶ができると述べている。
【００３５】
成長温度が１０２０℃、１０３０℃の場合は表面平坦で内部応力大きく割れ易いといっている。
【００３６】
９７０℃の成長温度でＧａＣｌ分圧が２ｋＰａの場合で厚い結晶の場合に粗面で内部応力が小さく反りも小さいＧａＮ結晶ができると言っている。ＮＨ３分圧ＰＮＨ３は６ｋＰａ〜１２ｋＰａである。
【００３７】
まとめると、特許文献３では、反り、内部応力が小さく割れ難い粗面ＧａＮ結晶の製造のための温度は９７０℃、ＧａＣｌ分圧は２ｋＰａ、ＮＨ３分圧は６〜１２ｋＰａ、５／３族比ｂは３〜６程度である。比抵抗は０．０１Ωｃｍ〜０．０１７Ωｃｍでｎ型である。
【００３８】
特許文献３の実施例で述べられたＨＶＰＥ成長条件は次のようである。
【００３９】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０３０℃ ４ｋＰａ １ｋＰａ ４倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ １２ｋＰａ ２ｋＰａ ６倍
９７０℃ ２４ｋＰａ ２ｋＰａ １２倍
【００４０】
特許文献４は２重、３重のＥＬＯマスク（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）を交互に重畳するように設けて転位を減らし、Ｓｉドープｎ型のＧａＮ結晶をＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法によってＣ面を維持しながら成長させる。ＥＬＯマスクは窓で転位密度が大、マスク上で転位密度が小となるので窓が食い違うように２重、３重にＥＬＯマスクを付けると転位密度を減らせるという。ＭＯＣＶＤ法の場合、５／３族比ｂは、３０倍〜２０００倍が良い条件であると述べている。
【００４１】
実施例では５／３族比ｂ＝１２００倍、２２２２倍、１８００倍、１５００倍、８００倍、３０倍という比率の原料ガスを用いている。ＨＶＰＥについては述べていない。ｎ型ドーパントはＳｉである。シランガス（ＳｉＨ４）をドーピングに用いる。初めにＭＯＣＶＤ法でＥＬＯマスクの窓の上まで台形結晶を作りＥＬＯマスク上で合体する直前にＨＶＰＥ法に切り替える。好ましい成長温度は９５０℃〜１０５０℃と述べている。
【００４２】
特許文献５は特許文献４とほぼ同じであり、２重、３重のＥＬＯマスクによって転位を減らす工夫を提案している。
特許文献６は酸素をｎ型ドーパントとしてＧａＮにドーピングすることによってｎ型ＧａＮ基板を製造する方法を初めて提案している。
【００４３】
特許文献４、５はシランガス（ＳｉＨ４）を用いＳｉをｎ型ドーパントとして結晶にドーピングしていた。シランガスは爆発の可能性がありｎ型基板成長のため大量に使うのは危険である。特許文献６は酸素がＧａＮ中で浅いドナー準位を作ることを見出した。原料ガスのＮＨ３、ＨＣｌなどに水を添加し、ＧａＡｓ基板の上にＥＬＯマスクを設けてＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長させるとＣ面成長するが、原料から酸素が取り込まれてドナー準位を作りｎ型キャリヤを発生し結晶をｎ型とする。しかも広い濃度範囲で活性化率が１００％であるという。酸素が基板のような厚い結晶に対し好都合なｎ型ドーパントであることを初めて明らかにしている。
【００４４】
酸素をＧａＮにドープする場合著しい異方性があることを特許文献７は明らかにしている。Ｃ面（（０００１）面）を通して酸素が入り難く、Ｃ面以外の面を通して酸素が入りやすい、という選択性である。特許文献７は、図１７に示すように、平均してｃ軸方向の成長であるが非Ｃ面のファセットＦを大量に表面に作り出し非Ｃ面であるファセットＦを通じて酸素を結晶に取り込むか、或いは図１８に示すように非Ｃ面（ｈｋｍｎ）（≠（０００１）面）を持つＧａＮ下地基板を使って非Ｃ面表面から酸素をドープする手法を提案している。特許文献７は酸素ドープの顕著な異方性を初めて明らかにしたものである。
【００４５】
特許文献７の実施例で述べられたＨＶＰＥ成長条件は次のようである。
【００４６】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０２０℃ ２０ｋＰａ １ｋＰａ ２０倍
【００４７】
特許文献８はＥＬＯ法とは全く違う転位密度減少法を新規に提案する。特許文献８は成長条件を適当に制御することによって、図３のようにファセットＦ、ファセットからなる大小のピットＰを積極的に多数作り出しファセットＦ、ピットＰを埋め込まず成長の終了まで維持する。埋め込まず最後までファセットを維持するのでファセット成長と呼ぶ。ピットＰは六角錐か１２角錐であるがここでは簡単のため六角錐のピットを示す。
【００４８】
図４のピットＰの斜視図、図５のピットＰの平面図に示すように、ファセットＦの凹部（ピットＰ）を維持しながら成長するとピットＰ内部ではファセットＦの法線方向Ｖに結晶が成長する。
【００４９】
転位Ｔは成長方向Ｖに沿って伸びるので、転位Ｔがファセット法線方向に伸びる。ファセット成長によって転位Ｔを境界線Ｂへ引き込む。境界線Ｂの下に転位Ｔの集合ができる（面状欠陥ＰＤ）。
【００５０】
ファセット成長が進むと、さらにピットＰの底へと転位を集める。ピットＰの底に大量の転位Ｔの集結部（線状の欠陥集合：Ｈ）ができる。転位の総量があまり変わらないとしても、面状欠陥ＰＤ、線状欠陥Ｈに転位が集まるので他の部分の転位密度が減少する。これはＥＬＯ法と違って、成長中期から終期まで効果がある。全く新規の転位密度減少法である。ファセット成長法と呼ぶ。
【００５１】
特許文献８の手法はどこにピットＰ（凹部）ができるのか分からないのでランダムファセットと呼んでその後の改良形と区別する。できた結晶は表面に甚だしい凹凸がある。
【００５２】
特許文献８の実施例で述べられた成長条件は次のようである。
【００５３】
成長温度Ｔ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ２０ｋＰａ ０．５ｋＰａ ４０倍
１０００℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０５０℃ ２０ｋＰａ ０．５ｋＰａ ４０倍
１０２０℃ ２０ｋＰａ １ｋＰａ ２０倍
１０００℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０００℃ ４０ｋＰａ ３ｋＰａ １３倍
９８０℃ ４０ｋＰａ ４ｋＰａ １０倍
【００５４】
特許文献８はファセットピットのできる位置が偶然に支配されるのでランダムファセット法と呼ぶことができよう。それに局所的な特異性がないので一旦集結した転位が成長とともに再離散することもあった。その上にデバイスを作る基板なのであるから、ファセットピットのできる位置を予め指定することができればより好都合である。転位を閉じ込め再離散を無くすことができればより低転位化を徹底できる。
【００５５】
特許文献９は図６に示すように、下地基板Ｕの上に孤立した点状の被覆部Ｍを規則正しく配列するようなマスクを形成する。下地基板Ｕが露呈した部分（露呈部Ｅ）の方が被覆部（マスク部）Ｍよりずっと広い。マスクした下地基板Ｕの上にＧａＮを気相成長させる。被覆部Ｍの上では成長が遅れるので被覆部Ｍを底とする凹部（ファセットピットＰ）ができる。
【００５６】
図９によってドット型マスクによるファセット成長を説明する。図９（１）のように孤立点状の被覆部Ｍを下地基板Ｕの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図９（２）のように下地基板の露呈部Ｅの上だけに結晶Ｇが成長する。被覆部Ｍの上には成長しない。図９（３）のように露呈部Ｅの上に結晶が積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットＦである。図９（４）のように被覆部Ｍを底とし傾斜面をファセットＦとするような六角錐、或いは１２角錐のファセットピットＰができる。図９（５）のように被覆部Ｍの上にも結晶が載ってくる。これは転位の高密度に集合した閉鎖欠陥集合領域Ｈである。ファセットの下は単結晶低転位随伴領域Ｚとなる。平坦面はＣ面（Ｃ）である。Ｃ面の下は単結晶低転位余領域Ｙとなる。
【００５７】
図７の結晶の斜視図、図８の平面図に示すように、結晶表面には、逆円錐形の花弁のようなファセットＦよりなるファセットピットＰが縦横に並ぶ。茎に当たる部分は転位が集結した閉鎖欠陥集合領域Ｈである。根に当たる部分は被覆部Ｍである。平坦面はＣ面である。Ｃ面の下にできる部分（Ｙ）は低転位部分である。ファセットＦの下（Ｚ）も低転位部分である。これを他と区別するためドット型ということもある。その方法をドットファセット成長法と仮に呼ぶ。
【００５８】
ファセットピットＰには先述のようにファセットＦ上にある転位Ｔを境界線Ｂに集めさらにピット底へ集める作用がある。ピット底（被覆部Ｍの上）は転位の集結した閉鎖欠陥集合領域Ｈとなる。一旦集結した転位は再離散しない。よって「閉鎖」と呼ぶ。その他の部分は転位の少ない単結晶低転位随伴領域Ｚ（ファセットの下にできる）、単結晶低転位余領域Ｙ（Ｃ面の下にできる）となる。Ｚ、Ｙが低転位となるのである。
【００５９】
特許文献９によって、閉鎖欠陥集合領域Ｈ、単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙという概念が初めて生じた。マスクと言ってもＥＬＯマスクのように小さい窓が細かいピッチで存在するのではない。広い露呈部の中にかなりの大きさの点状（丸、四角など）の被覆部Ｍ（図６）を作る。
【００６０】
ＥＬＯマスクは露呈部Ｅ（窓Ｗ）が被覆部Ｍより狭く、露呈部Ｅは小さく（直径１〜２μｍ）ピッチも小さい（２μｍ〜６μｍ）。
【００６１】
反対に特許文献９のファセットピットの基になるマスクは、露呈部Ｅが被覆部Ｍより広い。被覆部直径はかなり大きい（直径２０μｍ〜１００μｍ）。被覆部の上がファセットピット底になる。ファセットピットは転位を底部に集合させ捕獲して転位を再び放つことがない。マスクの位置に閉鎖欠陥集合領域Ｈができ、その周りに低転位部分Ｚ、Ｙができるという特徴がある。マスクのない露呈部Ｅの上に低転位のＺ、Ｙができる。Ｚがファセットの直下に、ＹがＣ面成長部分の直下にできる。Ｚ、Ｙいずれも単結晶で低転位である。点状マスクを中心としてＨＺＹの同心構造ができる。ＥＬＯはマスク露呈部Ｅ（窓Ｗ）の上が高密度転位（Ｈ）、被覆部の上が低転位（Ｚ、Ｙ）となる。その関係はまったく反対である。
【００６２】
特許文献９の実施例での成長条件は次のようである。
【００６３】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０３０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０１０℃ ２０ｋＰａ ２．５ｋＰａ ８倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
【００６４】
特許文献９はマスクを規則正しく分布する孤立点（ドット）状としたので、ドットの上には閉鎖欠陥集合領域Ｈができ、その周辺に単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙができる。半導体レーザや発光ダイオードなどのデバイスをその上に作るので閉鎖欠陥集合領域Ｈが分散していると不都合ということがある。
【００６５】
そこで特許文献１０は、図１０に示すように、下地基板Ｕの上に等間隔平行縞状の被覆部Ｍを有するマスクを形成し、その上にＧａＮをファセット成長させた。マスクの被覆部Ｍの幅ｓと露呈部Ｅの幅ｗの合計がピッチｐである（ｐ＝ｓ＋ｗ）。ｓはｗよりずっと小さい。気相成長によって下地基板Ｕの上にＧａＮを成長させる。
【００６６】
図１１に平面図、図１２に斜視図を示すように、平坦頂面を持つ平行な多数の山谷型結晶となる。被覆部Ｍ上に平行な結晶欠陥集合領域Ｈ、露呈部上に平行の低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙを作る。平行マスクの上にできる転位の集合は結晶欠陥集合領域Ｈと呼んでいる。それに隣接するファセットの下に連続して成長するのは低欠陥単結晶領域Ｚと呼ぶ。隣接低欠陥単結晶領域Ｚの間にＣ面成長領域Ｙができることもありできないこともある。
【００６７】
特許文献９は孤立点状のマスクの上に欠陥領域Ｈができたので「閉鎖」という言葉をつけてそれを強調しているが、ストライプマスクの場合、Ｈは閉じていないから結晶欠陥集合領域Ｈと呼ぶ。Ｚが広がって必ずしもＨに随伴していないから低欠陥単結晶領域Ｚと名付けた。Ｙはできることもできないこともある。Ｃ面に伴って発生するからＣ面成長領域Ｙと呼ぶ。
【００６８】
成長の手法によってはＣ面成長領域Ｙが消失することもある。図１３に平面図を図１４に斜視図を示すように、尖鋭稜線を持つ山谷型の結晶となる。被覆部Ｍ上に平行な結晶欠陥集合領域Ｈができる。これが谷となる。それの隣の露呈部に平行の低欠陥単結晶領域Ｚができる。山形のファセットＦ、Ｆは尖っており、Ｃ面の部分がない。Ｃ面成長領域Ｙが消失している。…ＺＨＺＨ…構造である。
【００６９】
図１５によってストライプ型ファセット成長法を説明する。
【００７０】
図１５（１）のように平行線状複数のストライプ被覆部Ｍを下地基板Ｕの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図１５（２）のように下地基板の露呈部Ｅの上だけに結晶Ｇが成長する。被覆部Ｍの上には成長しない。図１５（３）のように露呈部Ｅの上に結晶Ｇが積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットＦである。結晶Ｇは被覆部で区切られた平行島状となる。図１５（４）のように被覆部Ｍを底とし反対向きに傾斜する平行な傾斜面からなるＶ溝が平行に生ずる。対向する傾斜面は傾き方向が反対で同じ角度を成すファセットＦ、Ｆである。隣接マスクの間の平坦面はＣ面（Ｃ）である。
【００７１】
やがて図１５（５）のように被覆部Ｍの上にも結晶が乗ってくる。これは転位の高密度に集合した結晶欠陥集合領域Ｈである。さらに図１５（６）のように結晶成長が進む。マスクＭの上の結晶欠陥集合領域Ｈは大体そのままの寸法で上に伸びる。平行なファセットＦ、Ｆはより広くなる。ファセットＦ、Ｆの直下は低欠陥単結晶領域Ｚとなる。結晶欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚとの境界は結晶粒界Ｋ、Ｋである。結晶粒界Ｋ、Ｋが転位を結晶欠陥集合領域Ｈに閉じ込める。
【００７２】
マスク中間の平坦面はＣ面（Ｃ）である。Ｃ面の下はＣ面成長領域Ｙとなる。Ｃ面（Ｃ）は段々狭くなっていく。ストライプ構造をなす結晶のピッチはマスクピッチｐに等しい。マスクピッチｐはマスク幅ｓと露呈部幅ｗの和である（ｐ＝ｓ＋ｗ）。さらに結晶成長が進行すると図１６（１）のように結晶欠陥集合領域Ｈを麓とし、Ｃ面を尾根とする山脈のような平行の結晶が成長していく。山頂に当たるＣ面部分（Ｃ）は狭くなる。ファセットＦの直下は低欠陥単結晶領域Ｚに、Ｃ面の直下はＣ面成長領域Ｙとなる。
【００７３】
この形状を保持したまま上向きに結晶が成長する場合もある。或いはさらに鋭い峰を持つ平行山脈のようになる場合もある。図１６（２）はそのような場合を示す。この場合Ｃ面は無くなる。Ｃ面成長領域Ｙも無くなってしまう。
【００７４】
特許文献１０によって平行に…ＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…構造或いは、…ＺＨＺＨＺＨ…構造ができる。結晶欠陥集合領域Ｈに転位が集中して、低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙは単結晶で低転位となる。
【００７５】
特許文献１０の手法は平行にマスクを作り平行に結晶欠陥集合領域Ｈを作るので、ストライプ型ファセット成長法と呼ぶことができる。これは低欠陥単結晶領域Ｚが直線上に並ぶから半導体レーザ、発光ダイオードなどのデバイスを作り易い。
【００７６】
ファセット成長法とＥＬＯ法は全く違う方法である。マスクの形状、寸法、作用なども異なる。千鳥状に窓が分布するＥＬＯマスクとストライプマスクは形状も大きさも違い判然と区別できる。ストライプマスクは、幅ｓが２０μｍ〜３００μｍ程度でピッチｐは１００μｍ〜２０００μｍ程度である。例えばストライプマスクの幅ｓは５０μｍで、ｐ＝５００μｍピッチというようにする。
【００７７】
ドット型、ストライプ型ファセット成長法では転位がマスク上の結晶欠陥集合領域Ｈに集中しそれが結晶粒界Ｋ、Ｋによって囲まれるので転位は再離散しない。Ｈに隣接するＺやＹが低転位で単結晶となる。その部分をデバイスの電流が通る部分とすれば良い。
【００７８】
ＧａＮ結晶は｛１−１００｝方向が劈開面であるから、自然劈開によってレーザの共振器ミラーを形成できる。酸素をドーピングしｎ型とするから電流が通り底面にｎ電極を形成できる。その点でサファイヤ基板より優れている。
【００７９】
ＥＬＯは露呈部が小さくその上は高転位密度となり、被覆部が広くその上は低転位となるが、ストライプ型ファセット法では露呈部が広くその上は低転位に、被覆部が狭くその上は高密度転位となる。
【００８０】
特許文献１０の実施例での成長条件は次のようである。
【００８１】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０３０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０１０℃ ２０ｋＰａ ２．５ｋＰａ ８倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
【００８２】
特許文献１１は、サファイヤ（０００１）基板の上に、Ｈ２、ＴＭＧ、アンモニアを原料ガスとし（Ｃ５Ｈ５）２ＦｅをドーパントとしたＭＯＣＶＤ法、或いはＨ２、ＨＣｌ、Ｇａ融液、アンモニアを原料とし（Ｃ５Ｈ５）２ＦｅをドーパントとしたＨＶＰＥ法によって鉄ドープＧａＮ結晶を成長させ鉄ドープＧａＮ基板を得るという方法を提案している。
【００８３】
特許文献１１の実施例（ＭＯＣＶＤ法）での成長条件は次のようである。
【００８４】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＴＭＧ分圧ＰＴＭＧ、５／３族比ｂの順に示す。
１０００℃ １５ｋＰａ ０．３ｋＰａ ５０倍
【００８５】
特許文献１１の実施例（ＨＶＰＥ法）での成長条件は次のようである。
【００８６】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０００℃ １５ｋＰａ ０．３ｋＰａ ５０倍
【００８７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／２３６９３（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９８／０４９０８）
【００８８】
【特許文献２】特許第３７８８０３７号（特願平１０−１７１２７６、特開２０００−０１２９００）
【００８９】
【特許文献３】特許第３７８８０４１号（特願平１０−１８３４４６、特開２０００−０２２２１２）
【００９０】
【特許文献４】国際公開ＷＯ９８／４７１７０（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９８／０１６４０）
【００９１】
【特許文献５】ＥＰＣ公開 ＥＰ０９４２４５９ Ａ１ （ＥＰＣ出願番号９８９１２７４．８）
【００９２】
【特許文献６】特許第３７８８１０４号（特開２０００−０４４４００、特願平１１−１４４１５１／優先権主張 特願平１０−１４７７１６）
【００９３】
【特許文献７】特許第３８２６８２５号（特開２００２−３７３８６４、特願２００２−１０３７２３／優先権主張 特願２００１−１１３８７２）
【００９４】
【特許文献８】特開２００１−１０２３０７（特願平１１−２７３８８２）
【００９５】
【特許文献９】特許第３８６４８７０号（特開２００３−１６５７９９、特願２００２−２３０９２５／特願２００１−２８４３２３）
【００９６】
【特許文献１０】特許第３８０１１２５号（特開２００３−１８３１００、特願２００２−２６９３８７／優先権主張 特願２００１−３１１０１８）
【００９７】
【特許文献１１】特開２００５−３０６７２３（特願２００５−０７５７３４／優先権主張 特願２００４−０８５３７２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００９８】
これまでに述べたものは、青色発光ダイオード、半導体レーザの基板として用いられるｎ型のＧａＮ基板である。ＡｌやＩｎを少し含むＡｌＩｎＧａＮ基板も作製が試みられているが発光素子の基板としての用途のためのものである。それはｎ型で導電率が高く高密度電流を流すことができる。ドーパントはシリコン（Ｓｉ）のことも酸素（Ｏ）のこともある。
【００９９】
ところが本発明が目的とするのはｎ型ではなく半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ：ＳＩ）のＧａＮ基板結晶である。発光素子用ｎ−基板ではなくＦＥＴなどの用途のためのＳＩ基板である。
【０１００】
発光素子の場合は基板に高密度の電流を流すので転位から劣化が進行する恐れがあった。
【０１０１】
横型電子デバイス用の半絶縁性基板（ＳＩ−ＧａＮ基板）の場合は高電圧、大電流に耐えるだけの耐電圧性、高抵抗である必要がある。基板が高い転位密度を有すると、リーク電流の原因となり好ましくない。基板の上に規則正しい格子構造を持ったＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ薄膜を何層にも形成するから転位は少ない方が良い。半絶縁性基板の場合、絶縁性が高く反りが少なく転位密度が低くクラック発生の少ない基板であることが強く望まれる。
【０１０２】
従来技術（特許文献１〜１０）で挙げたＧａＮ基板は何れも低抵抗率である。
【０１０３】
特許文献１は０．００５〜０．０８Ωｃｍ、特許文献２は０．００３５〜０．００８３Ωｃｍだと言っている。特許文献３のＧａＮ基板は０．０１〜０．０１７Ωｃｍだと述べている。
【０１０４】
これらはｎ型のドーパントを入れたとは記載されていないので５族の空孔がドナーレベルを作ったか原料ガス中に含まれるｎ型ドーパント元素が入ったかと考えられる。
【０１０５】
特許文献４は抵抗率を具体的に書いていない。これはＳｉをドーパントとして意図して低抵抗ｎ型ＧａＮ基板を作ろうとしている。従って抵抗率は特許文献１〜３よりさらに低いだろうと推測される。これらの記述から従来のＧａＮ結晶の比抵抗の上限は０．０８Ωｃｍ程度であろうと思われる。
【０１０６】
横型電子デバイス用の基板としての絶縁性基板とするには、このような低抵抗のものでは役に立たない。絶縁性３−５族窒化物基板としては、比抵抗が１０５Ωｃｍ以上であることが望まれる。目的によっては１０６Ωｃｍ以上或いは１０７Ωｃｍ以上が要求されることもある。
【０１０７】
従来のＧａＮ結晶製造技術ではそのような高抵抗の結晶を作ることができない。どうすればよいのか？５族空孔がドナーとなるのでそれを防ぐためには５族の供給を高めれば良い。既に述べたようにＭＯＣＶＤ法では５／３族比ｂが１０００倍〜２０００倍ということを言っており、それ以上に５族比率を高めると原料の無駄も多くなる。ＨＶＰＥの場合の５／３族比ｂは１２倍〜５０倍程度のものが多い。５族原料比率をさらに上げることはできるがそれは原料の損失になり好ましいとは言えない。
【０１０８】
高純度の原料を使って不純物が入らないようにすればより高抵抗の窒化ガリウム結晶を作ることができるであろう。しかしそれにしても自然にはｎ型になり横型電子デバイス用に使える絶縁性は得られない。
【０１０９】
その他の選択肢として、他の元素を添加することによってｎ型キャリヤの動きを抑えるということが考えられる。特許文献１１は鉄ドープＧａＮ結晶が半絶縁性であるということを述べている。気相成長法であるから気体の状態で鉄化合物を与える必要がある。特許文献１１はサファイヤ基板の上に、ビスシクロペンタジエニル鉄をドーパントとし、窒化ガリウムをＭＯＣＶＤ法で作製している。特許文献１１はマスクを用いないでサファイヤ基板の上に鉄ドープＧａＮ結晶を成長させる。
【０１１０】
鉄によってＧａＮ結晶の抵抗率を高めることができるというのは新規な知見である。半絶縁性ＧａＮを作るには鉄ドープが有力な手段であることが特許文献１１から分かった。その他に、ＦＥＴなどの電気素子の基板とするには、反りが少なくクラック発生率が低いということも重要である。特許文献１１ではクラックの発生や割れについては全く述べられてはいない。
【課題を解決するための手段】
【０１１１】
本発明の鉄ドープ窒化物半導体基板製造方法は、下地基板にドットマスク或いはストライプマスクを付け、基板温度を１０４０℃〜１１５０℃とし、その上にＨＶＰＥ法によって、５族と３族ガス原料の比率ｂが１〜１０であるようアンモニアガスと３族ガスと鉄化合物ガスとを供給しながら、マスク付き下地基板の上に窒化物半導体結晶を厚く成長させ、下地基板を除去して、１００μｍ以上の厚みを持ち比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上の自立した鉄ドープ半絶縁性窒化物半導体結晶基板を得る。
【０１１２】
下地基板は、（１１１）面ＧａＡｓウエハ−、サファイヤウエハ−、ＳｉＣウエハ−、ＧａＮウエハ−などを用いることができる。
【０１１３】
図１９はＨＶＰＥ炉の概略縦断面図を示す。縦長の反応炉２の外側にはヒータ３が設けられる。ヒータ３は縦方向に伸び幾つかに分割されており上下方向に任意の温度分布を作り出すことができる。反応炉２はホットウオールを持つ。反応炉２の中上部にはＧａ融液を溜めたＧａ溜め４が設けられる。反応炉２の下方には、回転昇降自在の回転軸に支持されたサセプタ５がある。サセプタ５の上には下地基板６が戴置される。第１原料ガス供給管７は水素（Ｈ２）と塩化水素（ＨＣｌ）のガスをＧａ溜め４に供給する。ＨＣｌとＧａとが反応してＧａＣｌガスができる。これが下方へ移動する。第２原料ガス供給管８は水素（Ｈ２）とアンモニア（ＮＨ３）ガスを下地基板６の上方へ流す。ＧａＣｌとＮＨ３が反応してＧａＮができる。第３原料ガス供給管１０は鉄（Ｆｅ）の気体化合物とキャリヤガス（Ｈ２）の混合ガスを反応炉内に供給する。合成されたＧａＮの内部に鉄がドープされる。反応後、排ガス、未反応ガスはガス排出管９から排出される。
【０１１４】
鉄はビスシクロペンタジエニル（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅ或いはビスメチルシクロペンタジエニル（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２Ｆｅを原料として用いる。これらはガス状であるから反応炉に上方のガス流路から気体として吹き込まれる。これらが熱分解して結晶の中へ取り込まれる。或いはＨＣｌと反応してＦｅＣｌやＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３となってから結晶の中へ吹き込まれる。
【０１１５】
そのようにして作製された窒化物半導体基板の中の鉄の濃度Ｆｅは、１×１０２０ｃｍ−３≧Ｆｅ≧１×１０１６ｃｍ−３とする。窒化物半導体基板の抵抗率は１×１０５Ωｃｍ以上である。
【０１１６】
マスクはＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などである。マスクの寸法はストライプマスクの場合被覆部幅ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。ピッチｐはｐ＝ｓ＋ｗである。ピッチはｐ＝２６０μｍ〜２１００μｍである。
【０１１７】
ドットマスクの場合は被覆部直径ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔はｗ＝２５０μｍ〜２０００μｍとする。ピッチｐは２６０μｍ〜２１００μｍである。
【０１１８】
基板温度が１０４０℃〜１０８０℃ではマスクの位置で低く、露呈部で高くなるファセット面を持つ山形の結晶（ＩＩ型）が成長する（図２０）。マスク上は結晶欠陥集合領域Ｈとなり、露呈部のマスク近くのファセットＦの直下は低欠陥単結晶領域Ｚとなる。
【０１１９】
図２０は図２１との対比を強調するために山形だけでなる理想形を書いている。これはストライプマスクで特別の場合だけ実現する。ドットマスクの場合は幾何学的な制約からこのようにならない。ドットマスクでもストライプマスクでも、実際にはマスクの中間位置にＣ面ができ（破線で示す）その下に、Ｃ面成長領域Ｙができることが多い。ＨとＺ或いはＨとＺとＹというように異なるものが混在する構造となるから緊張を緩和できる。
【０１２０】
図２０のＩＩ型は上面にファセットＦを持ち、ファセットＦを通じて酸素を多く吸い込みやすいという傾向がある。それでｎ型不純物である酸素によって、鉄ドーピングの効果が打ち消されることがある。すると鉄の濃度を上げる必要があり全体としての不純物の量が増えることもある。
【０１２１】
基板温度がより高い１０８０℃〜１１５０℃では表面が一様高さの結晶（Ｉ型）が成長する（図２１）。表面はほぼ平坦なＣ面である。これも図２０との対比を強調するための理想形を書いている。実際にはマスクＭの上の部分が僅かに窪みとなることも多い。マスク上は結晶欠陥集合領域Ｈとなるからである。露呈部上は低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが混在したようになる。異なる組織が交替する構造なので応力緩和できる。
【０１２２】
Ｉ型はファセットＦを殆ど持たずに成長するので酸素を取り込まない。だから鉄ドープの効果が顕著になる。全体としての不純物濃度を減らすことができる。不純物が少ないので内部応力が小さく、クラックがより入り難いという利点がある。つまりＩ型は鉄ドープ窒化物半導体として最適の構造である。Ｉ型を作るにはより高温で５／３族比ｂが低い方が良い。１０８０℃〜１１５０℃の高温で、５／３族比ｂを１〜１０とする。さらに温度を１０９０℃〜１１５０℃、５／３族比ｂを１〜５程度にするとより確実にＩ型にすることができる。
【０１２３】
５／３族比ｂ＝１〜１０で、基板温度１０８０℃近く（１０７０℃〜１０９０℃）ではＩ型とＩＩ型が混合した台形頂点を持つような結晶ができる（図２４）。
３つの断面図（図２０、２１、２４）を示したが、ある温度で断面形状が突然変化するというような相転移が起こるのではなくて、温度や５／３族比ｂによって連続的に断面形状が変化していく。温度が１１４０〜１１５０℃で５／３族比ｂ１〜３で図２１のような理想的な平坦型ができる。温度が下がるにつれ、５／３族比ｂが上がるにつれて図２１の平坦型から図２０の山形へ変化していく。
【０１２４】
基板温度が１０５０℃〜１１５０℃というのは窒化物半導体の気相成長法の成長温度としては高い方である。温度を高くすれば、大型マスクであっても、表面を平坦にして成長させることが可能だというのがＩ型成長の意味するところである。
【０１２５】
５／３族比ｂが１〜１０というのは、窒化物半導体の気相成長法では極めて小さい極限と言って良い。低５／３族比ｂと、高成長温度によって鉄ドープの窒化物半導体を成長させるというのが本発明の思想である。
【０１２６】
これまでの従来例において、基板温度と５／３族比ｂがどのような値であったのか？特許文献を引用し説明した時に、成長温度（基板温度）や５／３族比ｂを挙げておいた。
【０１２７】
成長温度、５／３族比ｂの関係を分かり易くするため図２２に示した。横軸は成長温度（基板温度）である。縦軸は５／３族比ｂを対数表示したものである。黒丸の点は従来例におけるＨＶＰＥ法による基板温度と５／３族比ｂを示す。黒丸を白丸で囲んだものは従来例におけるＭＯＣＶＤ法によるものである。添え数字は引用した特許文献の番号を示す。実施例１つに１つの点が対応する。
【０１２８】
例えば９７０℃、１００倍のところに３つの白黒丸があり、１、１、１の数字がある。それは特許文献１のＭＯＣＶＤ法の実施例３つが９７０℃、１００倍だったということである。特許文献１は温度は９５０℃〜１０２０℃の間にＨＶＰＥについての実施例を示す９つの黒丸がある。
【０１２９】
特許文献４は明確な実施例がなくＭＯＣＶＤ法で温度については９６０℃〜１０５０℃の幅を持ち、５／３族比ｂ＝１０００倍、８００倍…などであるから連続直線で表現している。
【０１３０】
本発明のＩＩ型に関して、温度、５／３族比ｂの点を白三角で示す。温度１０５０℃で、５／３族比ｂ＝２．５が１４点ある。温度１０５０℃で５／３族比ｂ＝５が１点ある。温度１０５０℃で５／３族比ｂ＝１０が１点ある。
【０１３１】
本発明のＩ型に関して、温度、５／３族比ｂの点を白丸で示す。温度１１１０℃で、５／３族比ｂ＝２．５が１９点ある。温度１１１０℃で５／３族比ｂ＝３が１点ある。温度１１１０℃で５／３族比ｂ＝１が１点、温度１１００℃で５／３族比ｂ＝２．５が１点ある。
【０１３２】
本発明の温度、５／３族比ｂの範囲を破線で囲んでいる。１０８０℃は中間的な混合型の温度である。
【０１３３】
特許文献２、３はピッチの大きいマスクを使わない。５／３族比ｂが３である８つの実施例がある。５／３族比ｂが４であるような２つの実施例がある。５／３族比ｂが６であるような１０つの実施例がある。しかし基板温度は９７０℃、１０２０℃、１０３０℃であって、本発明の下限である１０４０℃以下である。特許文献２、３はピッチの広いマスクを使わないし、鉄ドープをしていない。本発明と特許文献２、３は３重の相違がある。
【０１３４】
特許文献８はファセット成長法の最初のものであるがピッチの大きいマスクを使わない。成長温度が１０５０℃である。５／３族比ｂ＝４０である。鉄ドープしない。本発明と特許文献８は３つの点で異なる。
【０１３５】
特許文献９、１０はピッチの広いマスクを使う。成長温度が１０３０℃、１０５０℃である時、５／３族比ｂ＝１２、１２．５、１５倍である。５／３族比ｂ＝８である時温度は１０１０℃である。これも鉄ドープしない。本発明のＩＩ型は特許文献９、１０は２つの点で異なる。本発明のＩ型は表面がほぼ平坦だから、特許文献９、１０と３つの点で異なる。
【０１３６】
特許文献１１は鉄ドープする唯一の文献である。ＭＯＣＶＤ法で温度１０００℃、５／３族比ｂ＝５０倍、ＨＶＰＥで温度１０００℃、５／３族比ｂ＝５０倍である。マスクを使わない。本発明と特許文献は、成長温度、５／３族比ｂ、マスク有無の３つの点で異なる。
【発明の効果】
【０１３７】
鉄をドープしたのでこれが内在的なドナーを打ち消して、比抵抗が１０７Ωｃｍ以上の半絶縁性窒化物半導体基板を得ることができる。
【０１３８】
繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Ｈや低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するので、反りが少ない結晶を得ることができる。
【０１３９】
繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Ｈや低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するのでクラックの発生が少ない基板を得ることができる。
【０１４０】
成長温度を１０４０℃〜１１５０℃の高温とし、５／３族比ｂを１〜１０という低い値とするので繰り返しピッチの大きいマスクを形成した下地基板の上でも表面のかなり平坦な結晶を成長でき、それによって酸素の混入をかなり防ぐことができる。
【０１４１】
酸素の混入を防ぐことができるので結晶構造の乱れが少なく、反り、クラックが少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１４２】
特許文献１１は、基板温度を１０００℃にし、５／３族比ｂを５０倍にしてサファイヤ基板の上に鉄ドープＧａＮを成長させる。特許文献１１のように、下地基板に直接に鉄ドープＧａＮを気相成長すると、異質の鉄が入り格子構造を歪める。不純物濃度（鉄濃度）が高いと大きい応力が生じ応力緩和できず、内部歪みが大きくなりクラック、反りが大きくなる。内部応力を緩和しないと、反り、クラックを抑制しつつ高濃度にＦｅドープできない。
【０１４３】
特許文献８、９、１０で提案されたファセット成長法は、下地基板の上に露呈部の広いマスクを設け、マスクの上に結晶欠陥を集中させることにより周辺部（Ｚ、Ｙ）での転位を減らす作用がある。それらは転位の減少を意図していた。
【０１４４】
半絶縁性基板の場合は大電流、高電圧に耐えるため転位密度が低いことが望ましい。
【０１４５】
さらに、特許文献８、９、１０のファセット成長法は、異なる構造の部分Ｈ、Ｚ、Ｙが結晶中に発生するのでそれが応力を緩和する。そのために反りを減らしクラック発生を抑制するという効果もあることが分かってきた。
【０１４６】
それで本発明は、鉄ドープのＧａＮ結晶を作る場合もファセット成長の手法を利用する。ファセット成長法は特許文献８のようにマスクの無いものもあるが、特許文献９、１０のように、マスクを下地基板に付けてＨ、Ｚ、Ｙの部分ができる位置を予め指定できるものもある。
【０１４７】
欠陥の集結した結晶欠陥集合領域Ｈと、欠陥の少ない低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙとが交替する構造は内部応力を緩和できる。不純物ドープにより歪みがあってもその応力を減殺できる。
【０１４８】
従ってマスクを付けファセット成長する手法は、高濃度に不純物を入れる鉄ドープＧａＮ結晶の製造に有用である。
【０１４９】
マスク被覆部で結晶の成長が遅れ露呈部では成長が先行するのでファセットができ、転位密度は減少する。ところがファセットがあると特許文献７にあるようにファセットを通じて酸素が余計に結晶内部にドープされることが分かってきた。
【０１５０】
酸素は特許文献６にあるようにｎ型キャリヤを発生するので鉄ドープの効果を減殺する。酸素が取り込まれるとそれを補償する為に大量の鉄原子をドープしなければならない。そうなると酸素も鉄も高濃度に結晶に含まれることになる。
【０１５１】
酸素も鉄もＧａＮの本来の構成要素でない。大量にドープされると結晶の格子構造を乱す。高濃度の酸素、鉄の添加は結晶の規則性を低下させる。それは転位密度を高めるし内部応力を増やして反りを大きくする。クラックの発生率も上がる。半絶縁性にするため鉄ドープは仕方がない。しかし酸素は不要である。よって酸素濃度をできるだけ低く抑えたい。例えば、原料ガスをできるだけ精製し酸素、水分を除去するということが必要になる。しかしそれでも水分を完全に除去するのは難しい。原料ガスに幾分の酸素、水分が残る。
【０１５２】
酸素は特許文献７のようにＣ面からは入り難くファセットを通して容易に入る。ということは酸素混入を減らすにはファセットを作らずＣ面で成長させる、ということが有望だと思われる。
【０１５３】
特許文献８、９、１０より以前はＣ面成長をしていたわけである。よって特許文献１〜５のそれまでの通常のＣ面成長に戻るということも考えられる。しかしそれは特許文献１１と同じことになる。クラックや反りの点で満足できない。
【０１５４】
特許文献８、９、１０のファセット成長法は転位を減らすだけでなく内部応力を減らし反りを軽減する作用がある。転位減少効果ではなく内部応力減少効果が要求されるのである。それで本発明者は、特許文献９、１０のような被覆部より露呈部が広く被覆部、露呈部のピッチが大きいというようなマスクを使い、温度と５／３族比ｂを適当な範囲に制御し、ファセットを抑制することによって、反りが小さくクラックの発生の少ない結晶成長をするということに思い到った。
【０１５５】
例えば５０μｍ幅の平行マスクを５００μｍ間隔で設けた基板の上にファセットを作らないで成長させる、それにはどうすれば良いのか？そのためには成長温度をより高くし、３族原料（Ｇａなど）をより多く供給すると良いということが分かってきた。
【０１５６】
１０８０℃以上の高い温度で５／３族比ｂが１〜１０のように低いと、ピッチの大きいマスクの上であってもＣ面を保持して成長するようになることが分かってきた。１０９０℃以上で５／３族比ｂを１〜５にするとより確実にＣ面を維持して成長するようである。図２１に示す通りである。１１１０℃の基板温度であると５／３族比ｂが１〜１０でファセットを作らないで結晶成長する。すると酸素があまり入らない。酸素は鉄ドープの作用を打ち消すのであるが、酸素が入らないと鉄ドープの効果が強く現れる。そのため窒化物半導体結晶は半絶縁性になるのである。マスクの上に成長させるから、Ｈ、Ｚ、Ｙのような異質の部分が生成される。それが内部応力を減少させるので反り、クラックを減らす。
【０１５７】
酸素が入ってもそれを打ち消す量の鉄をドープすれば良い。不純物がたくさん入っても内部応力が小さければ良い。既に述べたように、Ｈ、Ｚ、Ｙなどの異質の部分が混在する構造があれば反りやクラックを減らすことができる。それで温度を少し下げても、マスク構造があれば応力を減らすことができる。より低温の１０４０℃程度まで基板温度を下げてマスク構造の上に窒化物半導体結晶を成長させる。すると、Ｃ面成長でなくファセット成長になる。図２０のようになる。ファセットＦを作りながら成長するのであるが、５／３族比ｂが低いとある程度酸素の侵入を防ぐことができるようである。 さらに、成長初期はファセット成長させるように温度、５／３族比ｂを適当な範囲に制御して転位と内部応力を減らし、次にＣ面成長させるように温度、５／３族比を適当な範囲に制御して酸素の取り込み量を減らして少ないＦｅドープ量で高抵抗のＧａＮ基板を作製することもできる。
【０１５８】
区別するため、図２１のように成長後に表面平坦な結晶をＩ型と呼ぶ。図２０のような表面が山谷形のものをＩＩ型と呼ぶことにする。
【０１５９】
５／３族比ｂが１〜１０のように低くて、温度が１０４０℃〜１０７０℃である場合、ＩＩ型の結晶（図２０）ができる。結晶欠陥集合領域Ｈが低く、ファセットが続いて低欠陥単結晶領域Ｚがその下にできる。これはストライプ型マスクを使いＣ面がない極限の場合の断面図を書いている。ストライプマスクの場合でも中間にＣ面があり、Ｃ面成長領域Ｙが存在する場合もある。ドットマスクの場合は必ずＣ面があり、Ｃ面成長領域Ｙが存在する。
【０１６０】
５／３族比ｂが１〜１０のように低く、温度が１０９０℃〜１１５０℃のように高いと、Ｉ型の結晶（図２１）ができる。表面は平坦であり、マスクの直上には結晶欠陥集合領域Ｈがありそれらが表面に露呈している。そのほかの部分は低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙの混合である。
【０１６１】
温度がそれらの中間の場合（１０７０℃〜１０９０℃）は混合型となる。図２４のような台形形状の結晶ができる。マスクの上には結晶欠陥集合領域Ｈができる。露呈部の上には低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙができる。
【０１６２】
マスクの上に生成する結晶欠陥集合領域Ｈは、これまでの研究でかなりのことが分かってきた。結晶欠陥集合領域Ｈはコアと簡単に呼ぶこともある。結晶欠陥集合領域Ｈは転位を集めた部分である。
【０１６３】
結晶欠陥集合領域Ｈには３つの異なる場合がある。
【０１６４】
１つは多結晶である。方位の異なる結晶粒が多数存在する。
【０１６５】
もう１つの場合は方位が他の部分（Ｚ、Ｙ）と異なる単結晶である。他の部分はｃ軸が上向きになる単結晶である。ｃ軸が斜めになる単結晶ということがある。そのような結晶欠陥集合領域Ｈは傾斜層と呼ぶ。
【０１６６】
残りの１つの場合はｃ軸が下を向くような単結晶である。つまり他の部分（Ｚ、Ｙ）と結晶軸の方向が全く反転している単結晶なのである。それを反転層と呼ぶ。反転層が最も転位を閉じ込める力が大きい。次いでｃ軸が傾いた単結晶である傾斜層が転位を閉じ込める力がある。多結晶は転位を捕獲しておく力が最も弱い。
【０１６７】
ドット型ストライプ型の何れの場合も下地基板に設けるマスクはＥＬＯ（１〜２μｍ直径、３〜５μｍピッチ；露呈部狭小）よりずっとピッチが大きくて露呈部が広い。よってＺ、Ｙ、Ｈのような異なる部分からなる構造を持つことができるのである。
【０１６８】
マスクの寸法はストライプマスクの場合、被覆部幅ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。隣接被覆部間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。図２５にそれを示す。
【０１６９】
ドットマスクの場合は被覆部直径ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。図２６にそれを示す。マスク部直径が１０μｍ未満であると結晶欠陥集合領域Ｈの形成維持が巧くいかない。結晶欠陥集合領域Ｈができても途中で消失する。間隔が２０００μｍを越えてもＨＺＹ構造はできるのであるが結晶がかなり厚くないと結晶欠陥集合領域Ｈによる転位の完全な捕獲ができない。
【０１７０】
ＥＬＯ法のようにマスクの寸法が小さい場合は結晶成長と共に表面が平坦（Ｃ面）になりマスクの影響はすぐになくなってしまう。しかしマスクの寸法が大きいと成長が進んでもなかなか表面が平坦にならない。ファセット成長法（特許文献９、１０）は最後までファセットを維持して転位を減らすものである。
【０１７１】
さらに問題は反りやクラックである。特許文献１１のようにマスク無しの下地基板の上に鉄ドープＧａＮをＣ面成長させると自立基板とした時に割れたり強く反ったりする。
【０１７２】
本発明は内部にＺ、Ｈ、Ｙなど異質の構造部を混在させることによって内部応力を減らす。そのためにピッチｐの広い（間隔ｗ、幅ｓ共に広い；ｐ＝ｓ＋ｗ）マスクを使ってＺ、Ｈ、Ｙなどの構造物を作る。しかしファセットが優越すると酸素が入ってしまうので、温度を上げ５／３族比ｂを下げてなるべく平坦表面のＩ型になるようにして結晶を作る。Ｉ型が一層望ましい。
【０１７３】
しかしＩＩ型でも半絶縁性になり、反りやクラックも満足できる範囲にあるのでＩＩ型も利用可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【０１７４】
上に述べたような直径（幅）、間隔の広いマスクを下地基板に形成し、基板温度を１０４０℃以上に高くして、ＨＶＰＥ法で、５／３族比ｂが１〜１０の５族、３族原料と鉄化合物ガス原料を供給しながら、下地基板の上に窒化物半導体結晶を合成し、下地基板を除去する。酸素量が比較的少なく、反りが少なく、クラック発生率が低い自立鉄ドープ窒化物半導体結晶を作るというのが本発明の骨子である。
【実施例１】
【０１７５】
（１１１）Ｇａ面のＧａＡｓを下地基板としドットマスク或いはストライプマスクを形成した。マスクはＳｉＯ２であり厚みは６０ｎｍ〜２００ｎｍである。マスクの寸法（ｓ，ｗ，ｐ）については後に述べる。その上にＧａＮ膜をＨＶＰＥ法によって成長させた。初めにバッファ層を形成し、次いで厚いエピタキシャル成長層を形成した。バッファ層の条件は以下のようである。
【０１７６】
バッファ層の成長の条件
基板温度 ５００℃〜５５０℃
ＧａＣｌ分圧 ＰＧａＣｌ＝８０Ｐａ （０．０００８ａｔｍ）
ＮＨ３分圧 ＰＮＨＥ３＝１６ｋＰａ （０．１６ａｔｍ ）
バッファ層膜厚 ５０ｎｍ
【０１７７】
バッファ層成長時の５／３族比ｂはｂ＝２００である。本発明では成長温度と５／３族比ｂを重視するがそれはエピタキシャル成長（厚膜成長）時の値であり、バッファ層形成時の５／３族比ｂは問題にしていない。
【０１７８】
基板内に、「クラックが発生した」というのは長さが２．０ｍｍ以上の表面線状割れが生じた場合、或いは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの表面線状割れが３本以上生じた場合、或いは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの表面線状割れが２１本以上発生したことを言う。
【０１７９】
基板内に、「クラックが生じない」というのは、２．０ｍｍ以上の表面線状割れが０で、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線状割れが２本以下であり、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの割れが２０本以下であることをいう。
【０１８０】
クラック発生率（％）というのは成長させた基板の内、クラックが発生した基板の枚数を全体の基板の枚数で割って１００を掛けた値である。ドナー密度Ｄというのはｎ型不純物の濃度を言う。ここではＳｉをドープしていないのでドナーは酸素（Ｏ）である。つまりドナー密度Ｄというのはドナー準位を作る酸素濃度ということである。酸素濃度、鉄濃度共にＳＩＭＳによって測定した。
【０１８１】
基板の反りＵは曲率半径Ｒ（ｍ）で表現する。
【０１８２】
たくさんの実験を繰り返し行った。
【０１８３】
ここで４５個の試料について述べる。試料に１〜４５の番号を付ける。１〜３６、４４、４５は本発明の実施例である。試料３７〜４３は比較例である。試料１〜３６、４４、４５の実施例の内、試料１〜２１、４４はＩ型（平坦表面）である。試料２２〜３６、４５はＩＩ型（山形）である。
【０１８４】
比較例はマスクを下地基板に付けておらず平坦下地基板の上に直接に結晶を気相成長させている。比較例３７〜４３はマスクの影響を確かめるために特に実験したもので従来技術ではない。温度、５／３族比ｂは本発明の限定の範囲内としたものもある。
【０１８５】
表１に、試料番号、コア間隔（μｍ）、コア幅（μｍ）、成長温度（℃）、ＰＧａ（ＧａＣｌ分圧；ｋＰａ）、ＰＮ（アンモニア分圧；ｋＰａ）、基板寸法（ｍｍ、インチ（″）、厚み（μｍ）、コアの種類、結晶面タイプ、Ｆｅ密度（ｃｍ−３）、ドナー密度（酸素量；ｃｍ−３）、比抵抗（Ωｃｍ）、クラック発生率（％）、反り（反りの曲率半径；ｍ）を示す。
【０１８６】
【表１】
【０１８７】
［実施例Ａ：半絶縁性基板の実施例］
［試料１（実施例；Ｉ型）］
１８ｍｍ角の正方形ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。１８ｍｍ角の矩形ウエハ−を下地基板に使ったのが試料１の特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１８８】
ＧａＡｓ基板を加工除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは４％であった。クラック発生率は極めて低い。全試料の中で最小である。反りはＵ＝５．６ｍである。反りは十分に小さい。
【０１８９】
［試料２（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９０】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９１】
［試料３（実施例；Ｉ型）］
３インチ（７５ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これは基板の寸法が大きいというところが特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９２】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９３】
［試料４（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．８ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９５】
［試料５（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０１９６】
５／３族比ｂはｂ＝１である。この試料は５／３族比ｂを１にしたのが特徴である。ＧａＮの成長でこのように５／３族比ｂが低いということは嘗てなかった。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９７】
［試料６（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝３．３ｋＰａ（０．０３３ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝３である。この試料は５／３族比ｂを３にしたのが特徴である。
【０１９８】
コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１５％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．８ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９９】
［試料７（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２００】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。極めて高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素（ドナー）が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２６％であった。クラック発生率はやや低い。反りはＵ＝５．６ｍである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の高いところが特徴である。
【０２０１】
［試料８（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１２Ωｃｍであった。頗る高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素（ドナー）が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２０％であった。クラック発生率はやや低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の特に高いところが特徴である。
【０２０３】
［試料９（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２０４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は多結晶Ｐである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Ｊでなく多結晶Ｐとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Ｊとなっている場合とあまり変わりがない。
【０２０５】
［試料１０（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は傾斜層Ａである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Ｊでなく傾斜層Ａとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Ｊとなっている場合とあまり変わりがない。
【０２０７】
［試料１１（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝１０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを１０μｍ（０．０１ｍｍ）まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるがｓ＝１０μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝１０μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２０９】
［試料１２（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝２５μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを２５μｍ（０．０２５ｍｍ）まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。
【０２１０】
コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。甚だ低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、ｓ＝２５μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝２５μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２１１】
［試料１３（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝１００μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを１００μｍ（０．１ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。
【０２１２】
ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．１ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが大きいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、ｓ＝１００μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝１００μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２１３】
［試料１４（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝２５０μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを２５０μｍ（０．２５ｍｍ）まで狭めたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２１４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが狭いと反りがより小さくクラックがより減少する可能性があるがｗ＝５００μｍでもｗ＝２５０μｍでも反りやクラックはあまり変わらない。
【０２１５】
［試料１５（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝７５０μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを７５０μｍ（０．７５ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。
【０２１６】
ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが広いと反りが大きくなる可能性があるが、ｗ＝７５０μｍであってもまだ反りは大きくならないということである。
【０２１７】
［試料１６（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝１０００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを１０００μｍ（１ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２１８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが大きいと反りが大きくなる可能性があるがｗ＝１０００μｍであってもまだ反りは大きくならないということである。
【０２１９】
［試料１７（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝１５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを１５００μｍ（１．５ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．９ｍである。反りはやや大きい。反りＵの大きいのはコア間隔ｗが広い（ｗ＝１５００μｍ）からであろう。許容最大反りＵｃが２ｍ〜３．５ｍである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りＵｃが４ｍ〜５ｍの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ｕｃの値は目的によって異なる。
【０２２１】
［試料１８（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝２０００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを２０００μｍ（２ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。
【０２２２】
結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．３ｍである。反りはやや大きい。反りＵの大きいのはコア間隔ｗが広い（ｗ＝２０００μｍ）からであろう。許容最大反りＵｃが２ｍ〜３ｍである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りＵｃが３．５ｍ〜５ｍの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ｕｃの値は目的によって異なる。
【０２２３】
［試料１９（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２４％であった。クラック発生はやや多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りは小さい。
【０２２５】
［試料２０（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは小さい。
【０２２７】
［試料２１（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はまずＴｇ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長した後、Ｔｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが１０００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して１１００℃で成長した部分からＧａＮ基板を切出して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０８Ωｃｍであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２７％であった。クラック発生がかなり多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．３ｍである。反りは小さい。
【０２２９】
［試料２２（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りは小さい。
【０２３１】
［試料２３（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性はやや低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１３％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りは小さい。
【０２３３】
［試料２４（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは小さい。
【０２３５】
［試料２５（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０８Ωｃｍであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２９％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．３ｍである。反りは小さい。
【０２３７】
［試料２６（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２９％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは小さい。
【０２３９】
［試料２７（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２８％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．１ｍである。反りは小さい。
【０２４１】
［試料２８（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。やや鉄の取り込みが少ない。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２３％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは小さい。
【０２４３】
［試料２９（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２７％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．４ｍである。反りは小さい。
【０２４５】
［試料３０（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは１８％であった。これはかなり低い値である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りが小さい。
【０２４７】
［試料３１（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。非常に高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Ｋは２７％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝６．０ｍである。反りが小さい。
【０２４９】
［試料３２（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは２９％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．６ｍである。反りが小さいということである。
【０２５１】
［試料３３（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は３×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは２７％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りが小さいということである。
【０２５３】
［試料３４（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は５×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは２８％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５５】
［試料３５（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝２ｋＰａ（０．０２ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２５６】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Ｋは２９％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５７】
［試料３６（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝１ｋＰａ（０．０１ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２５８】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝１０である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは２８％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５９】
［試料３７（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは７７％であった。きわめて高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくＧａＮを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６１】
［試料３８（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は非常に少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性はやや低い。クラック発生率Ｋは７５％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．６ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくＧａＮを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６３】
［試料３９（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０３０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。鉄がかなり高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。絶縁性は高い。クラック発生率Ｋは８８％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．９ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６５】
［試料４０（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０３０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０１２
ｃｍであった。絶縁性は高い。クラック発生率Ｋは９７％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．８ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６７】
［試料４１（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄がかなり取り込まれている。比抵抗は１×１０５
ｃｍであった。絶縁性は非常に低い。クラック発生率Ｋは６８％であった。高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６９】
［試料４２（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０７ｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは９０％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２７１】
［試料４３（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０８ｃｍであった。絶縁性はやや高い。クラック発生率Ｋは９５％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．６ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを形成しなかったからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２７３】
［試料４４（実施例；Ｉ型 ドットタイプ）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ドットコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク径がｓ＝５０μｍのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１００℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２７４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２０％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．２ｍである。
【０２７５】
［試料４５（実施例；ＩＩ型 ドットタイプ）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ドットコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク径がｓ＝５０μｍのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝４．０ｍである。反りは小さい。
【０２７７】
［実施例Ｂ：半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例］
［ストライプ型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製］
［デバイス試料４６（実施例；Ｉ型）］
試料３で作製した結晶タイプＩ型の３インチ半絶縁基板（ストライプコア
間隔５００μｍ、マスク幅５０μｍ）比抵抗１×１０７Ωｃｍの基板上に有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）により、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）構造のエピタキシャルウエハーを作製した（図２８）。ＯＭＶＰＥ装置のリアクタにＧａＮ基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、ＧａＮ基板の温度を１１００℃において２０分間熱処理を行なった。次に、ＧａＮ基板の温度を１１３０℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）をリアクタに供給して、厚さ１．５μｍのＧａＮエピ層をＧａＮ基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ３０ｎｍ、Ａｌ組成２０％のＡｌＧａＮ膜を前記ＧａＮエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板（図２８）を作製した。
【０２７８】
次に、以下の工程により、ＨＥＭＴデバイス（図２９）を作製した。エピタキシャル基板（図２８）の表面にフォトリソグラフィ、ＥＢ蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０／１００／２０／３００ｎｍ）を用いた。リフトオフ後６００℃、１分間の合金化熱処理を行なった。
【０２７９】
次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲートはストライプコア（欠陥集合領域）に平行な方向に配置し、ストライプコア上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ｎｉ／Ａｕ（５０／５００ｎｍ）を用いた。ゲート長は２μｍであった。（これをデバイス試料４６とする。）
【０２８０】
［デバイス試料４７（比較例）］
比較試料４７として、Ｆｅドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行い、ＨＥＭＴを作製した。ランダムコアというのは結晶欠陥集合領域Ｈがランダムに分布している結晶ということである。下地基板の上にマスクを付けないでファセット成長させるとファセットピットがランダムに発生しそれが結晶欠陥集合領域Ｈとなるので、結晶欠陥集合領域Ｈ（コア）がランダムに分布するのである。
【０２８１】
［デバイス試料４８（比較例）］
また、比較試料４８としてサファイヤ基板上に、同様にして、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を１１７０℃、１０分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、ＧａＮ基板の場合と同様にＧａＮエピ層、ＡｌＧａＮエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした（図３０）。次に同様の工程でＨＥＭＴ作製を行なった（図３１）。
【０２８２】
デバイス試料４６、４７、４８のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧５Ｖにおいて、試料４６ではゲート電流密度１×１０６Ａ／ｃｍ２と小さい値が得られたが、試料４７では１×１０３Ａ／ｃｍ２、試料４８では１×１０２Ａ／ｃｍ２と試料４６に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。
【０２８３】
デバイス試料４７でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。
【０２８４】
デバイス試料４８でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり（〜１×１０９／ｃｍ２）、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なＨＥＭＴ及びＨＥＭＴエピタキシャル基板を実現できる。
【０２８５】
［実施例Ｃ：ドットタイプ半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例］
［ドット型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製］
［デバイス試料４９（実施例；Ｉ型 ドットタイプ）］
試料４４で作製した結晶タイプＩ型の２インチ半絶縁基板（ドットコア間隔５００μｍ、マスク径５０μｍ）比抵抗１×１０７Ωｃｍの基板上に有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）により、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）構造のエピタキシャルウエハーを作製した（図２８）。ＯＭＶＰＥ装置のリアクタにＧａＮ基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、ＧａＮ基板の温度を１１００℃において２０分間熱処理を行なった。次に、ＧａＮ基板の温度を１１３０℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）をリアクタに供給して、厚さ１．５μｍのＧａＮエピ層をＧａＮ基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ３０ｎｍ、Ａｌ組成２０％のＡｌＧａＮ膜を前記ＧａＮエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板（図２８）を作製した。
【０２８６】
次に、以下の工程により、ＨＥＭＴデバイス（図２９）を作製した。エピタキシャル基板（図２８）の表面にフォトリソグラフィ、ＥＢ蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０／１００／２０／３００ｎｍ）を用いた。リフトオフ後６００℃、１分間の合金化熱処理を行なった。
【０２８７】
次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲート電極はドットコア領域（欠陥集合領域）上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ｎｉ／Ａｕ（５０／５００ｎｍ）を用いた。ゲート長は２μｍであった。（これをデバイス試料４９とする。）
【０２８８】
［デバイス試料５０（比較例）］
比較試料５０として、Ｆｅドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行い、ＨＥＭＴを作製した。
【０２８９】
［デバイス試料５１（比較例）］
また、比較試料５１としてサファイヤ基板上に、同様にして、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を１１７０℃、１０分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、ＧａＮ基板の場合と同様にＧａＮエピ層、ＡｌＧａＮエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした（図３０）。次に同様の工程でＨＥＭＴ作製を行なった（図３１）。
【０２９０】
デバイス試料４９、５０、５１のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧５Ｖにおいて、試料４９ではゲート電流密度１×１０６Ａ／ｃｍ２と小さい値が得られたが、試料５０では１×１０３Ａ／ｃｍ２、試料５１では１×１０２Ａ／ｃｍ２と試料４９に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。
【０２９１】
デバイス試料５０でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。
【０２９２】
デバイス試料５１でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり（〜１×１０９／ｃｍ２）、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なＨＥＭＴ及びＨＥＭＴエピタキシャル基板を実現できる。
【０２９３】
以上の試料１〜３６、４４、４５の実施例について、図２２に温度、５／３族比ｂの値を白丸（ＩＩ型）と白三角（Ｉ型）で示している。何れも、破線で囲まれた範囲（１０４０℃〜１１５０℃、５／３族比ｂ＝１〜１０）にある。比較例３７〜４３は、温度と５／３族比ｂに関し、破線枠の内部に含まれるものも含まれないものもある。破線枠内部にあってもこれら比較例はクラックや反りの点で不適である。それはマスクを付けていないからである。比較例はマスクの効果を調べるためのものである。
【０２９４】
図２３は試料１〜４５について、反りの曲率半径（ｍ）を横軸に、クラック発生率（％）を縦軸にして、点によって反り、クラック発生率を示したものである。添え数字は試料の番号を表す。白丸はＩ型の試料１〜２１、４４を示す。白三角はＩＩ型の試料２２〜３６、４５を表す。白四角は比較例の試料３７〜４３に対応する。
【０２９５】
比較例の試料３７〜４３は強い反り（曲率半径が１ｍ〜２ｍ）を持ち、クラック発生率が６８〜９７％であり半導体デバイス作製の基板として不適当である。これは下地基板にマスクがないからである。
【０２９６】
Ｉ型とＩＩ型を比較すると反り（曲率半径）は５ｍ〜６ｍの間にあってあまり変わらない。反りの曲率半径はＩ、ＩＩ型の何れも３ｍ以上である。３ｍ〜７ｍの間に分布している。クラック発生率はいずれも３０％以下である。クラック発生率がＩ型は４％〜２７％の間にあり、大部分は１０％〜２０％の間に分布する。ＩＩ型はクラック発生率が１３％〜２９％の間にあり、大部分は２５％〜２９％の間にある。クラックの点からＩ型の方がＩＩ型より優れている。Ｉ型、ＩＩ型共に半絶縁性基板として利用できる。
【０２９７】
図２７に試料１〜４５のドナー密度（ｃｍ−３）と鉄（Ｆｅ）密度（ｃｍ−３）の分布をグラフにして示す。横軸がドナー（酸素）の密度、縦軸が鉄密度である。白丸がＩ型、白三角がＩＩ型、白四角が比較例を示す。添え字は試料の番号を表す。ＩＩ型（白三角）がドナー密度が高いということが分かる。Ｉ型でドナー密度の高いものもあるが（試料１９、２０、２１）大多数のＩ型はドナー密度が低い。
【０２９８】
ＩＩ型では鉄ドープ量とドナー量が大体比例して増大するが、Ｉ型ではドナーが少なくても鉄量が多いというようにできる。この点でもＩ型がより優れている。
【０２９９】
さらに、Ｉ、ＩＩ型の１〜３６の試料と比較例３７〜４３の試料の転位密度をリン酸、硫酸のエッチング溶液２００℃でエッチングすることで測定した。測定は微分干渉式光学顕微鏡の対物１００倍を用いて、１００×１００μｍの領域でエッチピットの数を数えることで行った。その結果、比較例３７〜４３の試料の転位密度（エッチピット密度）は何れも２×１０７〜１０８／ｃｍ２であるのに対して、１〜３６の試料は何れも５×１０６／ｃｍ２以下であり、特に結晶の反りの曲率半径が４ｍを超えるものは２×１０６/ｃｍ２以下、５ｍを越えるものは１０５／ｃｍ２台以下、結晶面のタイプがＩＩであるものはＩに比べて約半分であった。しかしながら、試料２１は結晶面タイプがＩであるにも拘らず、成長初期でファセット面成長しているため、曲率半径がほぼ同等の試料２、１１、１２、２０と比較して約半分、タイプＩＩで曲率半径が同等の試料２５と転位密度は同じであった。
また、試料１〜３６の作製に用いたＧａＡｓ基板の替わりに、サファイヤ基板、ＳｉＣ基板を用いても試料１〜３６と同等の結晶面、Ｆｅ密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
また、試料１〜３６のＧａＮ基板を下地基板にして試料１〜３６と同様の条件で成長させた結果、試料１〜３６と同等の結晶面、Ｆｅ密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０３００】
【図１】下地基板の上に形成され広い被覆部の中に多数の小さい窓（露呈部）が狭い繰り返しピッチで存在するマスクの平面図。
【０３０１】
【図２】下地基板の上にマスクを付けその上に窒化ガリウムを気相成長させる工程を説明するための工程図。
【０３０２】
【図３】結晶表面に、寸法の異なる多数のファセットピットがランダムに発生するランダムファセット成長法による結晶の一部斜視図。
【０３０３】
【図４】ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット斜視図。
【０３０４】
【図５】ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット平面図。
【０３０５】
【図６】ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、多数の点状の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦横に存在するドット型マスクの一部の平面図。
【０３０６】
【図７】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の表面の斜視図。
【０３０７】
【図８】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３０８】
【図９】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出しファセットピットが大きくなり、マスク上にも結晶欠陥集合領域Ｈが発生するまでの過程を示すファセット成長の工程毎の縦断面図。
【０３０９】
【図１０】ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、平行線状の複数の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦に存在するストライプ型マスクの一部の平面図。
【０３１０】
【図１１】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３１１】
【図１２】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の斜視図。
【０３１２】
【図１３】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３１３】
【図１４】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の斜視図。
【０３１４】
【図１５】下地基板の上にストライプ型マスクを形成し、その上にＧａＮを気相成長させると、先に露呈部で成長が進行するので露呈部にＣ面とファセットを持つ結晶が成長しマスクの上には低い結晶欠陥集合領域Ｈができ、マスク直上は谷、マスク中間は山となる平行山谷構造となる過程を示す工程断面図。
【０３１５】
【図１６】ストライプ型マスクファセット法において、図１５より後でさらに結晶成長が進んでいき山が高く谷が大きくなっていく過程を示す工程断面図。
【０３１６】
【図１７】特許文献７（特許第３８２６８２５号）が提案したもので、酸素はＣ面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、ファセットを作ってｃ軸方向に結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたＧａＮ結晶の断面図。
【０３１７】
【図１８】特許文献７（特許第３８２６８２５号）が提案したもので、酸素はＣ面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、Ｃ面以外の表面を持つ結晶を作ってその上にＧａＮを結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたＧａＮ結晶の断面図。
【０３１８】
【図１９】本発明の鉄ドープ窒化物半導体結晶を作り出すためのＨＶＰＥ炉の断面図。
【０３１９】
【図２０】本発明の手法で作製した山谷構造を持つＩＩ型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２０】
【図２１】本発明の手法で作製した平坦表面を持つＩ型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２１】
【図２２】従来技術を述べる特許文献１〜１１の気相成長法と、本発明の気相成長法とにおいて、実施例毎に、成長温度と、５／３族比ｂを座標として示すグラフ。横軸は成長温度（℃）である。縦軸は５／３族比ｂを対数で表示するものである。
【０３２２】
【図２３】本発明の実施例及び比較例である試料１〜４３の反りの曲率半径（ｍ）とクラック発生率（％）を、反りとクラックを横縦座標とする空間に点で示したグラフ。横に振った数字は試料番号である。白丸はＩ型、白三角はＩＩ型、白四角は比較例である。比較例は公知ではない。
【０３２３】
【図２４】本発明の手法で作製した平坦面一部にファセット面を持つＩとＩＩの混合型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２４】
【図２５】複数平行被覆部よりなるストライプマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてストライプマスクの幅ｓ、間隔ｗの寸法を示す平面図。
【０３２５】
【図２６】縦横並列複数点状被覆部よりなるドットマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてドットマスクの直径ｓ、間隔ｗの寸法を示す平面図。
【０３２６】
【図２７】ドナー密度（ｃｍ−３）の対数と鉄密度（ｃｍ−３）の対数を横縦の座標とするグラフにおいて、本発明の明細書に記載したＧａＮの気相成長の試料１〜４３を点で表したもの。数字は試料の番号である。白丸はＩ型、白三角はＩＩ型、白四角は比較例である。比較例は公知でない。
【０３２７】
【図２８】ＳＩ−ＧａＮ（半絶縁性ＧａＮ）基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。
【０３２８】
【図２９】ＳＩ−ＧａＮ（半絶縁性ＧａＮ）基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したＨＥＭＴの縦断面図。
【０３２９】
【図３０】サファイヤ基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。
【０３３０】
【図３１】サファイヤ基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したＨＥＭＴの縦断面図。
【符号の説明】
【０３３１】
Ｕ 下地基板
Ｍ マスク被覆部
Ｅ マスクによって覆われない露呈部
Ｗ マスクの窓
Ｔ 転位
Ｇ 結晶
Ｆ ファセット
Ｃ Ｃ面
Ｐ ファセットピット
Ｖ 成長方向
Ｈ 結晶欠陥集合領域 （閉鎖欠陥集合領域）
Ｚ 低欠陥単結晶領域 （単結晶低転位随伴領域）
Ｙ Ｃ面成長領域 （単結晶低転位余領域）
Ｋ 結晶粒界
ｓ マスク被覆部の直径または幅
ｗ マスク被覆部の間隔
ｐ マスク被覆部の繰り返しピッチ
２ 反応炉
３ ヒータ
４ Ｇａ溜め
５ サセプタ
６ 下地基板
７ 第１原料ガス供給管
８ 第２原料ガス供給管
９ ガス排出管
１０第３原料ガス供給管
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半絶縁性の窒化物半導体基板とその製造方法並びに窒化物半導体エピタキシャル基板及び電界効果トランジスタに関する。窒化物半導体というのは窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）と混晶のＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどを指す。下地基板の上に付着した薄膜ではなく、自立した結晶基板を対象にする。ここでは主にＧａＮについて述べる。窒化ガリウム（ＧａＮ）はバンドギャップが広いので青色発光素子の材料として利用される。
【０００２】
青色の発光ダイオード、半導体レーザなどの発光素子は従来、サファイヤ単結晶基板（α−Ａｌ２Ｏ３）の上にＩｎＧａＮ、ＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮなどの窒化物半導体薄膜結晶をエピタキシャル成長させることによって製造されてきた。サファイヤは窒化ガリウムと同じ六方晶系（ｈｅｘａｇｏｎａｌ ｓｙｓｔｅｍ）である。サファイヤＣ面結晶の上にＧａＮのＣ面薄膜を成長させる。
【０００３】
しかしサファイヤ基板は絶縁性でありｎ電極を底面から取ることができないし、ＧａＮの劈開面と、サファイヤ基板の劈開面が異なるので、切断用機械で分離しなければならず、手間と時間が掛かりチップ分離の歩留まりが悪いという難点がある。
【０００４】
また窒化ガリウム（ＧａＮ）とサファイヤでは格子定数がかなり違う。サファイヤ基板上に成長させたＧａＮは多大の転位密度がある。また反りも大きい。そこで窒化ガリウム自体を基板とするため、窒化ガリウムで基板結晶を作製するという試みがなされた。窒化ガリウムはバンドギャップが広く青色発光素子の好適の材料として考えられてきた。発光素子の場合、底面にｎ電極、頂点にｐ電極を取るのが好都合なので導電性の高い基板が望まれる。
【０００５】
窒化物半導体基板の製造もこれまでは自由電子密度の高いｎ型の窒化物半導体結晶の成長が目指されてきた。現在２インチ径のｎ型のＧａＮの自立基板を製造することが可能になっている。本発明はｎ型でなく半絶縁性の窒化物半導体の成長に関する。
【０００６】
ＧａＮはバンドギャップが広いということの他に電子デバイスとして用いた場合、優れた特質がある。例えば、電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）の材料としては現在のところ殆どＳｉが使われている。しかし電子移動度や耐電圧特性などに関してはＳｉ半導体よりもＧａＮ半導体の方が優れていると思われている。ＧａＮの電子移動度はＳｉより高いし、ブレークダウン電圧はＳｉより高い。もしもＧａＮによってＦＥＴを作ることができれば、Ｓｉよりも高速で大電流大電圧のＦＥＴとなる可能性がある。ＡｌＧａＮ／ＧａＮのような接合を作れば、ＡｌＧａＮ／ＧａＮの境界でやはり二次元電子ガスが生成されるだろうと言われている。二次元電子ガスは高速走行することであろう。
【０００７】
本発明は従来のように光素子の材料としてではなく、ＦＥＴの材料としての窒化物半導体結晶の製造を目指すものである。
【０００８】
もしもＧａＮ／ＡｌＧａＮ薄膜を利用したＦＥＴを作るとすれば、初めはサファイヤ基板の上に作るということになるであろう。ＦＥＴはドレイン、ゲート、ソースの電極が半導体層の上に近接して形成され電流は水平に流れる。上面に並べてソース、ゲート、ドレイン電極を設ければ良い。基板内を縦方向に流れる発光素子の場合とはその点で異なる。
【０００９】
ＦＥＴの場合は裏面ｎ電極の問題がないので絶縁性サファイヤ基板でも良いのであるが、やはり格子不整合という問題は残る。さらにコストの問題もありＧａＮ系のＦＥＴはまだまだ実用化には遠い。
【００１０】
しかしもしもＧａＮーＦＥＴを作る場合、格子整合の点から、サファイヤ基板よりもＧａＮ結晶基板を使ってその上にＧａＮ、ＡｌＧａＮなどのエピタキシャル薄膜を形成してＦＥＴとする方が良いであろう。
【００１１】
ＦＥＴの基板であるから高伝導性のｎ型でなく、高抵抗の絶縁性のものが望まれる。これまでの発光素子用のＧａＮ結晶基板に要求されてきた性質とは大きく異なる。本発明はＦＥＴの基板として用いることのできる絶縁性のＧａＮ基板結晶の製造方法に関する。
【００１２】
まずドーパントについて述べる。従来、青色発光素子のためにＧａＮやＩｎＧａＮの薄膜が用いられてきた。ｐ型にするにはＭｇやＺｎをドープする。ｎ型にするにはＳｉをドープする。本発明者等はｎ型ＧａＮ基板とするために酸素をドープすれば良いことを最初に見出した。よってｎ型のドーパントはＳｉ、Ｏである。それではＧａＮ結晶を絶縁性にするためのドーパントに何を使うか、またどのような条件で作製するのか？という問題がある。
【背景技術】
【００１３】
発光素子を製造するため、サファイヤ基板の上に窒化物半導体薄膜（ＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ薄膜）を形成する場合、ＭＯＣＶＤ法が用いられることが多い。気相合成法であるから原料は気体の形で与えられる。窒素はアンモニア（ＮＨ３）の形で与えられる。ＭＯＣＶＤ法は３族元素を有機金属の形で与える。ガリウム、インジウムなど３族元素の有機金属（トリメチルガリウム、トリエチルインジウムなど）とＮＨ３を原料として加熱したサファイヤ基板の上に供給する。
【００１４】
ＧａＮ系の半導体薄膜を気相合成法で作るにはＨＶＰＥ法もよく使われる。これはＧａ金属融液を入れたＧａボートをサセプタの上に設け、ＨＣｌを吹き込んでＧａＣｌを合成しこれをＧａ原料とするものである。従って原料ガスはＧａＣｌとアンモニアである。
【００１５】
ドーパントの問題であるが、ＧａＮを絶縁性にするには鉄（Ｆｅ）をドープする。鉄（Ｆｅ）はＧａＮのバンドギャップの中に深い準位を形成しｎ型キャリヤ（自由電子）を捕獲するのでキャリヤが減少する。そのためにＧａＮ結晶は半絶縁性となる。完全な絶縁性でないから半絶縁性（Ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ；ＳＩ−ＧａＮ）と言うが、ＦＥＴの基板とするには差し支えない程の高い抵抗率を持っている。気相成長の窒化物半導体の内部へ添加するのだから気体の鉄化合物を使う必要がある。例えばビスシクロペンタジエニル鉄（（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅ）、ビスメチルシクロペンタジエニル鉄（（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２Ｆｅ）などを使う。
【００１６】
特許文献１はＧａＡｓ基板の上に窓直径が１〜５μｍで、窓ピッチが４μｍ〜１０μｍの）マスクを付けＧａＮバッファ層を形成し、その上にＧａＮを８２０℃又は９７０℃でＭＯＣＶＤ法により、又は９７０℃、１０００℃、１０１０℃、１０２０℃、１０３０℃でＨＶＰＥ法によりＣ面成長させて厚いＧａＮ結晶を得るような手法を述べている。
【００１７】
特許文献１は微細窓を持つマスクを使うものである。図１にマスクの一例の平面図を示す。広い被覆部Ｍの中に、多数の小さい窓Ｗが規則正しく並んでいるようなマスクである。窓Ｗから下地基板Ｕが露呈している。被覆部Ｍの方が開口部（窓Ｗ）より面積が広い。
【００１８】
マスク法による転位低減の原理を図２によって説明する。図２（１）〜（７）はマスク法の結晶成長の様子の断面図を示す。図２（１）に示すように、マスクＭはマスク材を下地基板Ｕの上に形成し小さい窓Ｗを規則正しく設けたものである。窒化ガリウムを気相成長させると窓Ｗの中だけに窒化ガリウム結晶Ｇができる。結晶Ｇと下地基板Ｕの境に多数の上向きの転位Ｔが発生する（図２（２））。
【００１９】
成長が進むと窓Ｗ上の結晶の一部がマスクＭの上に乗り上がりマスクの上を横方向に伸びていく（図２（３））。横方向に成長するので転位Ｔも横に伸びる。横面は低面指数のファセットＦになる。図２（４）のように結晶Ｇは上方向にも横方向にも伸び円錐台形状になる。台の上面はＣ面（Ｃ）である。図２（５）のように隣接窓から伸びてきた結晶が接触する。転位Ｔは横向きに伸び転位Ｔが衝突する。それによって転位が打ち消し合う。
【００２０】
図２（６）のようにファセットＦの溝が埋められ小さくなっていく。やがてファセットの成す凹部が埋められて平坦な表面Ｃとなる。平坦表面はＣ面である。以後平坦なＣ面を表面として成長を続ける。転位Ｔは窓Ｗの上で多く、マスクＭの上で少ない。
【００２１】
特許文献１は成長温度や原料分圧などが具体的に示されているので重要な従来技術である。成長温度について引用文献１は次のように述べている。ＨＶＰＥ法の場合、成長温度は９７０℃、１０００℃、１０１０℃、１０２０℃、１０３０℃である。ＭＯＣＶＤ法の場合、成長温度は８２０℃、９７０℃である。
【００２２】
ＨＶＰＥ法では原料はＨＣｌ、Ｇａ融液、ＮＨ３である。３族原料はＧａ融液とＨＣｌガスを反応させＧａＣｌとする。供給される３族原料と５族原料の量ははＧａＣｌの分圧ＰＧａＣｌとＮＨ３の分圧ＰＮＨ３によって表現される。３族と５族原料の比率ｂはＮＨ３分圧ＰＮＨ３とＧａＣｌの分圧ＰＧａＣｌの比率によって表すことができる。つまりｂ＝ＰＮＨ３／ＰＧａＣｌというように定義される。
【００２３】
マスク法によってできたＧａＮ結晶の比抵抗ｒはｒ＝０．００５Ωｃｍ〜０．０８Ωｃｍの範囲にあるとしている。
【００２４】
特許文献１の実施例で述べられたＭＯＣＶＤ法による成長条件は次のようである。
【００２５】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＴＭＧ分圧ＰＴＭＧ、５／３族比ｂの順に示す。
９７０℃ ２０ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
８２０℃ ２０ｋＰａ ０．３ｋＰａ ６７倍
９７０℃ ２０ｋＰａ ０．２ｋＰａ １００倍
１０００℃ ２０ｋＰａ ０．４ｋＰａ ５０倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．５ｋＰａ ５０倍
【００２６】
特許文献１の実施例で述べられたＨＶＰＥ法による成長条件は次のようである。
【００２７】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
９７０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
９７０℃ ２５ｋＰａ ０．５ｋＰａ ５０倍
１０００℃ ２０ｋＰａ ２ｋＰａ １０倍
９５０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０２０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０００℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０１０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
【００２８】
特許文献２はＧａＡｓ基板の上に細かい窓を千鳥状に有するマスクを形成しその上にＨＶＰＥ法でＣ面を維持しながらＧａＮを厚く成長させＧａＡｓ基板を除去して、２０ｍｍ以上の直径を持ち７０μｍ以上の厚みを持ち撓み（反り）が５０ｍｍ直径に換算して０．５５ｍｍ以下の自立ＧａＮ基板を提供している。５０ｍｍ直径のウエハ−で中心の撓み（反り）が０．５５ｍｍということは曲率半径Ｒに直すと、約６００ｍｍ＝０．６ｍということである。
【００２９】
特許文献２はＨＶＰＥ法で成長温度を９７０℃、１０２０℃、１０３０℃とし、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌを１ｋＰａ又は２ｋＰａ（０．０１〜０．０２ａｔｍ）とし、ＮＨ３分圧を４ｋＰａ又は６ｋＰａとしている。ＧａＣｌ分圧をＰＧａＣｌ＝１ｋＰａとすると表面は平坦であるが反りが大きく内部応力が巨大で割れ易く使用不可能な結晶ができ、７０μｍ以上の膜厚にできないと述べている。
【００３０】
反対にＧａＣｌ分圧をＰＧａＣｌ＝２ｋＰａとすると表面は荒れているが反りが小さく内部応力の小さい結晶ができると述べている。ＮＨ３分圧は６ｋＰａ、１２ｋＰａ、２４ｋＰａである。５／３族比ｂはｂ＝３、６、１２である。曲率半径は１ｍ程度である。比抵抗は０．００３５〜０．００８３Ωｃｍである。ｎ型結晶である。
【００３１】
特許文献２の実施例で述べられた成長条件は次のようである。
【００３２】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０３０℃ ４ｋＰａ １ｋＰａ ４倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ １２ｋＰａ ２ｋＰａ ６倍
９７０℃ ２４ｋＰａ ２ｋＰａ １２倍
【００３３】
特許文献３はＧａＡｓ基板の上に［１１−２］方向に一定間隔をおいて並び［−１１０］方向に半ピッチずれた点状の窓を有するマスク、或いは［１１−２］方向に伸びるストライプ状窓を有するマスク或いは［−１１０］方向に伸びるストライプ状の窓を有するマスクを形成し、バッファ層を設け、ＨＶＰＥ法によりＧａＮをＣ面を保持しながらエピタキシャル成長させ基板とマスクを除去してＧａＮの自立単結晶基板を製造する方法を提案する。
【００３４】
特許文献３も図１のような、小さい多数の窓を狭いピッチで縦横に並べたマスクを下地基板Ｕの上に形成し、ＧａＮを気相成長させ、転位を減少させる手法である。ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌは１ｋＰａ（０．０１ａｔｍ）と２ｋＰａ（０．０２ａｔｍ）の２つの場合がある。１ｋＰａの場合、表面平坦であるが内部応力が大きく反りも大きく割れ易いＧａＮ結晶ができると述べている。２ｋＰａの場合、表面は粗面であり内部応力が小さく反りが小さく割れ難いＧａＮ結晶ができると述べている。
【００３５】
成長温度が１０２０℃、１０３０℃の場合は表面平坦で内部応力大きく割れ易いといっている。
【００３６】
９７０℃の成長温度でＧａＣｌ分圧が２ｋＰａの場合で厚い結晶の場合に粗面で内部応力が小さく反りも小さいＧａＮ結晶ができると言っている。ＮＨ３分圧ＰＮＨ３は６ｋＰａ〜１２ｋＰａである。
【００３７】
まとめると、特許文献３では、反り、内部応力が小さく割れ難い粗面ＧａＮ結晶の製造のための温度は９７０℃、ＧａＣｌ分圧は２ｋＰａ、ＮＨ３分圧は６〜１２ｋＰａ、５／３族比ｂは３〜６程度である。比抵抗は０．０１Ωｃｍ〜０．０１７Ωｃｍでｎ型である。
【００３８】
特許文献３の実施例で述べられたＨＶＰＥ成長条件は次のようである。
【００３９】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０３０℃ ４ｋＰａ １ｋＰａ ４倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０２０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
１０３０℃ ６ｋＰａ １ｋＰａ ６倍
９７０℃ ６ｋＰａ ２ｋＰａ ３倍
９７０℃ １２ｋＰａ ２ｋＰａ ６倍
９７０℃ ２４ｋＰａ ２ｋＰａ １２倍
【００４０】
特許文献４は２重、３重のＥＬＯマスク（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）を交互に重畳するように設けて転位を減らし、Ｓｉドープｎ型のＧａＮ結晶をＭＯＣＶＤ法、ＨＶＰＥ法によってＣ面を維持しながら成長させる。ＥＬＯマスクは窓で転位密度が大、マスク上で転位密度が小となるので窓が食い違うように２重、３重にＥＬＯマスクを付けると転位密度を減らせるという。ＭＯＣＶＤ法の場合、５／３族比ｂは、３０倍〜２０００倍が良い条件であると述べている。
【００４１】
実施例では５／３族比ｂ＝１２００倍、２２２２倍、１８００倍、１５００倍、８００倍、３０倍という比率の原料ガスを用いている。ＨＶＰＥについては述べていない。ｎ型ドーパントはＳｉである。シランガス（ＳｉＨ４）をドーピングに用いる。初めにＭＯＣＶＤ法でＥＬＯマスクの窓の上まで台形結晶を作りＥＬＯマスク上で合体する直前にＨＶＰＥ法に切り替える。好ましい成長温度は９５０℃〜１０５０℃と述べている。
【００４２】
特許文献５は特許文献４とほぼ同じであり、２重、３重のＥＬＯマスクによって転位を減らす工夫を提案している。
特許文献６は酸素をｎ型ドーパントとしてＧａＮにドーピングすることによってｎ型ＧａＮ基板を製造する方法を初めて提案している。
【００４３】
特許文献４、５はシランガス（ＳｉＨ４）を用いＳｉをｎ型ドーパントとして結晶にドーピングしていた。シランガスは爆発の可能性がありｎ型基板成長のため大量に使うのは危険である。特許文献６は酸素がＧａＮ中で浅いドナー準位を作ることを見出した。原料ガスのＮＨ３、ＨＣｌなどに水を添加し、ＧａＡｓ基板の上にＥＬＯマスクを設けてＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長させるとＣ面成長するが、原料から酸素が取り込まれてドナー準位を作りｎ型キャリヤを発生し結晶をｎ型とする。しかも広い濃度範囲で活性化率が１００％であるという。酸素が基板のような厚い結晶に対し好都合なｎ型ドーパントであることを初めて明らかにしている。
【００４４】
酸素をＧａＮにドープする場合著しい異方性があることを特許文献７は明らかにしている。Ｃ面（（０００１）面）を通して酸素が入り難く、Ｃ面以外の面を通して酸素が入りやすい、という選択性である。特許文献７は、図１７に示すように、平均してｃ軸方向の成長であるが非Ｃ面のファセットＦを大量に表面に作り出し非Ｃ面であるファセットＦを通じて酸素を結晶に取り込むか、或いは図１８に示すように非Ｃ面（ｈｋｍｎ）（≠（０００１）面）を持つＧａＮ下地基板を使って非Ｃ面表面から酸素をドープする手法を提案している。特許文献７は酸素ドープの顕著な異方性を初めて明らかにしたものである。
【００４５】
特許文献７の実施例で述べられたＨＶＰＥ成長条件は次のようである。
【００４６】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０２０℃ ２０ｋＰａ １ｋＰａ ２０倍
【００４７】
特許文献８はＥＬＯ法とは全く違う転位密度減少法を新規に提案する。特許文献８は成長条件を適当に制御することによって、図３のようにファセットＦ、ファセットからなる大小のピットＰを積極的に多数作り出しファセットＦ、ピットＰを埋め込まず成長の終了まで維持する。埋め込まず最後までファセットを維持するのでファセット成長と呼ぶ。ピットＰは六角錐か１２角錐であるがここでは簡単のため六角錐のピットを示す。
【００４８】
図４のピットＰの斜視図、図５のピットＰの平面図に示すように、ファセットＦの凹部（ピットＰ）を維持しながら成長するとピットＰ内部ではファセットＦの法線方向Ｖに結晶が成長する。
【００４９】
転位Ｔは成長方向Ｖに沿って伸びるので、転位Ｔがファセット法線方向に伸びる。ファセット成長によって転位Ｔを境界線Ｂへ引き込む。境界線Ｂの下に転位Ｔの集合ができる（面状欠陥ＰＤ）。
【００５０】
ファセット成長が進むと、さらにピットＰの底へと転位を集める。ピットＰの底に大量の転位Ｔの集結部（線状の欠陥集合：Ｈ）ができる。転位の総量があまり変わらないとしても、面状欠陥ＰＤ、線状欠陥Ｈに転位が集まるので他の部分の転位密度が減少する。これはＥＬＯ法と違って、成長中期から終期まで効果がある。全く新規の転位密度減少法である。ファセット成長法と呼ぶ。
【００５１】
特許文献８の手法はどこにピットＰ（凹部）ができるのか分からないのでランダムファセットと呼んでその後の改良形と区別する。できた結晶は表面に甚だしい凹凸がある。
【００５２】
特許文献８の実施例で述べられた成長条件は次のようである。
【００５３】
成長温度Ｔ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ２０ｋＰａ ０．５ｋＰａ ４０倍
１０００℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０５０℃ ２０ｋＰａ ０．５ｋＰａ ４０倍
１０２０℃ ２０ｋＰａ １ｋＰａ ２０倍
１０００℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０００℃ ４０ｋＰａ ３ｋＰａ １３倍
９８０℃ ４０ｋＰａ ４ｋＰａ １０倍
【００５４】
特許文献８はファセットピットのできる位置が偶然に支配されるのでランダムファセット法と呼ぶことができよう。それに局所的な特異性がないので一旦集結した転位が成長とともに再離散することもあった。その上にデバイスを作る基板なのであるから、ファセットピットのできる位置を予め指定することができればより好都合である。転位を閉じ込め再離散を無くすことができればより低転位化を徹底できる。
【００５５】
特許文献９は図６に示すように、下地基板Ｕの上に孤立した点状の被覆部Ｍを規則正しく配列するようなマスクを形成する。下地基板Ｕが露呈した部分（露呈部Ｅ）の方が被覆部（マスク部）Ｍよりずっと広い。マスクした下地基板Ｕの上にＧａＮを気相成長させる。被覆部Ｍの上では成長が遅れるので被覆部Ｍを底とする凹部（ファセットピットＰ）ができる。
【００５６】
図９によってドット型マスクによるファセット成長を説明する。図９（１）のように孤立点状の被覆部Ｍを下地基板Ｕの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図９（２）のように下地基板の露呈部Ｅの上だけに結晶Ｇが成長する。被覆部Ｍの上には成長しない。図９（３）のように露呈部Ｅの上に結晶が積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットＦである。図９（４）のように被覆部Ｍを底とし傾斜面をファセットＦとするような六角錐、或いは１２角錐のファセットピットＰができる。図９（５）のように被覆部Ｍの上にも結晶が載ってくる。これは転位の高密度に集合した閉鎖欠陥集合領域Ｈである。ファセットの下は単結晶低転位随伴領域Ｚとなる。平坦面はＣ面（Ｃ）である。Ｃ面の下は単結晶低転位余領域Ｙとなる。
【００５７】
図７の結晶の斜視図、図８の平面図に示すように、結晶表面には、逆円錐形の花弁のようなファセットＦよりなるファセットピットＰが縦横に並ぶ。茎に当たる部分は転位が集結した閉鎖欠陥集合領域Ｈである。根に当たる部分は被覆部Ｍである。平坦面はＣ面である。Ｃ面の下にできる部分（Ｙ）は低転位部分である。ファセットＦの下（Ｚ）も低転位部分である。これを他と区別するためドット型ということもある。その方法をドットファセット成長法と仮に呼ぶ。
【００５８】
ファセットピットＰには先述のようにファセットＦ上にある転位Ｔを境界線Ｂに集めさらにピット底へ集める作用がある。ピット底（被覆部Ｍの上）は転位の集結した閉鎖欠陥集合領域Ｈとなる。一旦集結した転位は再離散しない。よって「閉鎖」と呼ぶ。その他の部分は転位の少ない単結晶低転位随伴領域Ｚ（ファセットの下にできる）、単結晶低転位余領域Ｙ（Ｃ面の下にできる）となる。Ｚ、Ｙが低転位となるのである。
【００５９】
特許文献９によって、閉鎖欠陥集合領域Ｈ、単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙという概念が初めて生じた。マスクと言ってもＥＬＯマスクのように小さい窓が細かいピッチで存在するのではない。広い露呈部の中にかなりの大きさの点状（丸、四角など）の被覆部Ｍ（図６）を作る。
【００６０】
ＥＬＯマスクは露呈部Ｅ（窓Ｗ）が被覆部Ｍより狭く、露呈部Ｅは小さく（直径１〜２μｍ）ピッチも小さい（２μｍ〜６μｍ）。
【００６１】
反対に特許文献９のファセットピットの基になるマスクは、露呈部Ｅが被覆部Ｍより広い。被覆部直径はかなり大きい（直径２０μｍ〜１００μｍ）。被覆部の上がファセットピット底になる。ファセットピットは転位を底部に集合させ捕獲して転位を再び放つことがない。マスクの位置に閉鎖欠陥集合領域Ｈができ、その周りに低転位部分Ｚ、Ｙができるという特徴がある。マスクのない露呈部Ｅの上に低転位のＺ、Ｙができる。Ｚがファセットの直下に、ＹがＣ面成長部分の直下にできる。Ｚ、Ｙいずれも単結晶で低転位である。点状マスクを中心としてＨＺＹの同心構造ができる。ＥＬＯはマスク露呈部Ｅ（窓Ｗ）の上が高密度転位（Ｈ）、被覆部の上が低転位（Ｚ、Ｙ）となる。その関係はまったく反対である。
【００６２】
特許文献９の実施例での成長条件は次のようである。
【００６３】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０３０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０１０℃ ２０ｋＰａ ２．５ｋＰａ ８倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
【００６４】
特許文献９はマスクを規則正しく分布する孤立点（ドット）状としたので、ドットの上には閉鎖欠陥集合領域Ｈができ、その周辺に単結晶低転位随伴領域Ｚ、単結晶低転位余領域Ｙができる。半導体レーザや発光ダイオードなどのデバイスをその上に作るので閉鎖欠陥集合領域Ｈが分散していると不都合ということがある。
【００６５】
そこで特許文献１０は、図１０に示すように、下地基板Ｕの上に等間隔平行縞状の被覆部Ｍを有するマスクを形成し、その上にＧａＮをファセット成長させた。マスクの被覆部Ｍの幅ｓと露呈部Ｅの幅ｗの合計がピッチｐである（ｐ＝ｓ＋ｗ）。ｓはｗよりずっと小さい。気相成長によって下地基板Ｕの上にＧａＮを成長させる。
【００６６】
図１１に平面図、図１２に斜視図を示すように、平坦頂面を持つ平行な多数の山谷型結晶となる。被覆部Ｍ上に平行な結晶欠陥集合領域Ｈ、露呈部上に平行の低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙを作る。平行マスクの上にできる転位の集合は結晶欠陥集合領域Ｈと呼んでいる。それに隣接するファセットの下に連続して成長するのは低欠陥単結晶領域Ｚと呼ぶ。隣接低欠陥単結晶領域Ｚの間にＣ面成長領域Ｙができることもありできないこともある。
【００６７】
特許文献９は孤立点状のマスクの上に欠陥領域Ｈができたので「閉鎖」という言葉をつけてそれを強調しているが、ストライプマスクの場合、Ｈは閉じていないから結晶欠陥集合領域Ｈと呼ぶ。Ｚが広がって必ずしもＨに随伴していないから低欠陥単結晶領域Ｚと名付けた。Ｙはできることもできないこともある。Ｃ面に伴って発生するからＣ面成長領域Ｙと呼ぶ。
【００６８】
成長の手法によってはＣ面成長領域Ｙが消失することもある。図１３に平面図を図１４に斜視図を示すように、尖鋭稜線を持つ山谷型の結晶となる。被覆部Ｍ上に平行な結晶欠陥集合領域Ｈができる。これが谷となる。それの隣の露呈部に平行の低欠陥単結晶領域Ｚができる。山形のファセットＦ、Ｆは尖っており、Ｃ面の部分がない。Ｃ面成長領域Ｙが消失している。…ＺＨＺＨ…構造である。
【００６９】
図１５によってストライプ型ファセット成長法を説明する。
【００７０】
図１５（１）のように平行線状複数のストライプ被覆部Ｍを下地基板Ｕの上に形成する。窒化ガリウムを気相成長させると図１５（２）のように下地基板の露呈部Ｅの上だけに結晶Ｇが成長する。被覆部Ｍの上には成長しない。図１５（３）のように露呈部Ｅの上に結晶Ｇが積み上がる。傾斜面は低面指数のファセットＦである。結晶Ｇは被覆部で区切られた平行島状となる。図１５（４）のように被覆部Ｍを底とし反対向きに傾斜する平行な傾斜面からなるＶ溝が平行に生ずる。対向する傾斜面は傾き方向が反対で同じ角度を成すファセットＦ、Ｆである。隣接マスクの間の平坦面はＣ面（Ｃ）である。
【００７１】
やがて図１５（５）のように被覆部Ｍの上にも結晶が乗ってくる。これは転位の高密度に集合した結晶欠陥集合領域Ｈである。さらに図１５（６）のように結晶成長が進む。マスクＭの上の結晶欠陥集合領域Ｈは大体そのままの寸法で上に伸びる。平行なファセットＦ、Ｆはより広くなる。ファセットＦ、Ｆの直下は低欠陥単結晶領域Ｚとなる。結晶欠陥集合領域Ｈと低欠陥単結晶領域Ｚとの境界は結晶粒界Ｋ、Ｋである。結晶粒界Ｋ、Ｋが転位を結晶欠陥集合領域Ｈに閉じ込める。
【００７２】
マスク中間の平坦面はＣ面（Ｃ）である。Ｃ面の下はＣ面成長領域Ｙとなる。Ｃ面（Ｃ）は段々狭くなっていく。ストライプ構造をなす結晶のピッチはマスクピッチｐに等しい。マスクピッチｐはマスク幅ｓと露呈部幅ｗの和である（ｐ＝ｓ＋ｗ）。さらに結晶成長が進行すると図１６（１）のように結晶欠陥集合領域Ｈを麓とし、Ｃ面を尾根とする山脈のような平行の結晶が成長していく。山頂に当たるＣ面部分（Ｃ）は狭くなる。ファセットＦの直下は低欠陥単結晶領域Ｚに、Ｃ面の直下はＣ面成長領域Ｙとなる。
【００７３】
この形状を保持したまま上向きに結晶が成長する場合もある。或いはさらに鋭い峰を持つ平行山脈のようになる場合もある。図１６（２）はそのような場合を示す。この場合Ｃ面は無くなる。Ｃ面成長領域Ｙも無くなってしまう。
【００７４】
特許文献１０によって平行に…ＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…構造或いは、…ＺＨＺＨＺＨ…構造ができる。結晶欠陥集合領域Ｈに転位が集中して、低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙは単結晶で低転位となる。
【００７５】
特許文献１０の手法は平行にマスクを作り平行に結晶欠陥集合領域Ｈを作るので、ストライプ型ファセット成長法と呼ぶことができる。これは低欠陥単結晶領域Ｚが直線上に並ぶから半導体レーザ、発光ダイオードなどのデバイスを作り易い。
【００７６】
ファセット成長法とＥＬＯ法は全く違う方法である。マスクの形状、寸法、作用なども異なる。千鳥状に窓が分布するＥＬＯマスクとストライプマスクは形状も大きさも違い判然と区別できる。ストライプマスクは、幅ｓが２０μｍ〜３００μｍ程度でピッチｐは１００μｍ〜２０００μｍ程度である。例えばストライプマスクの幅ｓは５０μｍで、ｐ＝５００μｍピッチというようにする。
【００７７】
ドット型、ストライプ型ファセット成長法では転位がマスク上の結晶欠陥集合領域Ｈに集中しそれが結晶粒界Ｋ、Ｋによって囲まれるので転位は再離散しない。Ｈに隣接するＺやＹが低転位で単結晶となる。その部分をデバイスの電流が通る部分とすれば良い。
【００７８】
ＧａＮ結晶は｛１−１００｝方向が劈開面であるから、自然劈開によってレーザの共振器ミラーを形成できる。酸素をドーピングしｎ型とするから電流が通り底面にｎ電極を形成できる。その点でサファイヤ基板より優れている。
【００７９】
ＥＬＯは露呈部が小さくその上は高転位密度となり、被覆部が広くその上は低転位となるが、ストライプ型ファセット法では露呈部が広くその上は低転位に、被覆部が狭くその上は高密度転位となる。
【００８０】
特許文献１０の実施例での成長条件は次のようである。
【００８１】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＨＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０３０℃ ３０ｋＰａ ２．５ｋＰａ １２倍
１０５０℃ ３０ｋＰａ ２ｋＰａ １５倍
１０１０℃ ２０ｋＰａ ２．５ｋＰａ ８倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２ｋＰａ １２．５倍
１０３０℃ ２５ｋＰａ ２．５ｋＰａ １０倍
【００８２】
特許文献１１は、サファイヤ（０００１）基板の上に、Ｈ２、ＴＭＧ、アンモニアを原料ガスとし（Ｃ５Ｈ５）２ＦｅをドーパントとしたＭＯＣＶＤ法、或いはＨ２、ＨＣｌ、Ｇａ融液、アンモニアを原料とし（Ｃ５Ｈ５）２ＦｅをドーパントとしたＨＶＰＥ法によって鉄ドープＧａＮ結晶を成長させ鉄ドープＧａＮ基板を得るという方法を提案している。
【００８３】
特許文献１１の実施例（ＭＯＣＶＤ法）での成長条件は次のようである。
【００８４】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＴＭＧ分圧ＰＴＭＧ、５／３族比ｂの順に示す。
１０００℃ １５ｋＰａ ０．３ｋＰａ ５０倍
【００８５】
特許文献１１の実施例（ＨＶＰＥ法）での成長条件は次のようである。
【００８６】
成長温度Ｔｑ、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３、ＨＣｌ分圧ＰＧａＣｌ、５／３族比ｂの順に示す。
１０００℃ １５ｋＰａ ０．３ｋＰａ ５０倍
【００８７】
【特許文献１】国際公開ＷＯ９９／２３６９３（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９８／０４９０８）
【００８８】
【特許文献２】特許第３７８８０３７号（特願平１０−１７１２７６、特開２０００−０１２９００）
【００８９】
【特許文献３】特許第３７８８０４１号（特願平１０−１８３４４６、特開２０００−０２２２１２）
【００９０】
【特許文献４】国際公開ＷＯ９８／４７１７０（国際出願ＰＣＴ／ＪＰ９８／０１６４０）
【００９１】
【特許文献５】ＥＰＣ公開 ＥＰ０９４２４５９ Ａ１ （ＥＰＣ出願番号９８９１２７４．８）
【００９２】
【特許文献６】特許第３７８８１０４号（特開２０００−０４４４００、特願平１１−１４４１５１／優先権主張 特願平１０−１４７７１６）
【００９３】
【特許文献７】特許第３８２６８２５号（特開２００２−３７３８６４、特願２００２−１０３７２３／優先権主張 特願２００１−１１３８７２）
【００９４】
【特許文献８】特開２００１−１０２３０７（特願平１１−２７３８８２）
【００９５】
【特許文献９】特許第３８６４８７０号（特開２００３−１６５７９９、特願２００２−２３０９２５／特願２００１−２８４３２３）
【００９６】
【特許文献１０】特許第３８０１１２５号（特開２００３−１８３１００、特願２００２−２６９３８７／優先権主張 特願２００１−３１１０１８）
【００９７】
【特許文献１１】特開２００５−３０６７２３（特願２００５−０７５７３４／優先権主張 特願２００４−０８５３７２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００９８】
これまでに述べたものは、青色発光ダイオード、半導体レーザの基板として用いられるｎ型のＧａＮ基板である。ＡｌやＩｎを少し含むＡｌＩｎＧａＮ基板も作製が試みられているが発光素子の基板としての用途のためのものである。それはｎ型で導電率が高く高密度電流を流すことができる。ドーパントはシリコン（Ｓｉ）のことも酸素（Ｏ）のこともある。
【００９９】
ところが本発明が目的とするのはｎ型ではなく半絶縁性（ｓｅｍｉ−ｉｎｓｕｌａｔｉｎｇ：ＳＩ）のＧａＮ基板結晶である。発光素子用ｎ−基板ではなくＦＥＴなどの用途のためのＳＩ基板である。
【０１００】
発光素子の場合は基板に高密度の電流を流すので転位から劣化が進行する恐れがあった。
【０１０１】
横型電子デバイス用の半絶縁性基板（ＳＩ−ＧａＮ基板）の場合は高電圧、大電流に耐えるだけの耐電圧性、高抵抗である必要がある。基板が高い転位密度を有すると、リーク電流の原因となり好ましくない。基板の上に規則正しい格子構造を持ったＧａＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＧａＮ薄膜を何層にも形成するから転位は少ない方が良い。半絶縁性基板の場合、絶縁性が高く反りが少なく転位密度が低くクラック発生の少ない基板であることが強く望まれる。
【０１０２】
従来技術（特許文献１〜１０）で挙げたＧａＮ基板は何れも低抵抗率である。
【０１０３】
特許文献１は０．００５〜０．０８Ωｃｍ、特許文献２は０．００３５〜０．００８３Ωｃｍだと言っている。特許文献３のＧａＮ基板は０．０１〜０．０１７Ωｃｍだと述べている。
【０１０４】
これらはｎ型のドーパントを入れたとは記載されていないので５族の空孔がドナーレベルを作ったか原料ガス中に含まれるｎ型ドーパント元素が入ったかと考えられる。
【０１０５】
特許文献４は抵抗率を具体的に書いていない。これはＳｉをドーパントとして意図して低抵抗ｎ型ＧａＮ基板を作ろうとしている。従って抵抗率は特許文献１〜３よりさらに低いだろうと推測される。これらの記述から従来のＧａＮ結晶の比抵抗の上限は０．０８Ωｃｍ程度であろうと思われる。
【０１０６】
横型電子デバイス用の基板としての絶縁性基板とするには、このような低抵抗のものでは役に立たない。絶縁性３−５族窒化物基板としては、比抵抗が１０５Ωｃｍ以上であることが望まれる。目的によっては１０６Ωｃｍ以上或いは１０７Ωｃｍ以上が要求されることもある。
【０１０７】
従来のＧａＮ結晶製造技術ではそのような高抵抗の結晶を作ることができない。どうすればよいのか？５族空孔がドナーとなるのでそれを防ぐためには５族の供給を高めれば良い。既に述べたようにＭＯＣＶＤ法では５／３族比ｂが１０００倍〜２０００倍ということを言っており、それ以上に５族比率を高めると原料の無駄も多くなる。ＨＶＰＥの場合の５／３族比ｂは１２倍〜５０倍程度のものが多い。５族原料比率をさらに上げることはできるがそれは原料の損失になり好ましいとは言えない。
【０１０８】
高純度の原料を使って不純物が入らないようにすればより高抵抗の窒化ガリウム結晶を作ることができるであろう。しかしそれにしても自然にはｎ型になり横型電子デバイス用に使える絶縁性は得られない。
【０１０９】
その他の選択肢として、他の元素を添加することによってｎ型キャリヤの動きを抑えるということが考えられる。特許文献１１は鉄ドープＧａＮ結晶が半絶縁性であるということを述べている。気相成長法であるから気体の状態で鉄化合物を与える必要がある。特許文献１１はサファイヤ基板の上に、ビスシクロペンタジエニル鉄をドーパントとし、窒化ガリウムをＭＯＣＶＤ法で作製している。特許文献１１はマスクを用いないでサファイヤ基板の上に鉄ドープＧａＮ結晶を成長させる。
【０１１０】
鉄によってＧａＮ結晶の抵抗率を高めることができるというのは新規な知見である。半絶縁性ＧａＮを作るには鉄ドープが有力な手段であることが特許文献１１から分かった。その他に、ＦＥＴなどの電気素子の基板とするには、反りが少なくクラック発生率が低いということも重要である。特許文献１１ではクラックの発生や割れについては全く述べられてはいない。
【課題を解決するための手段】
【０１１１】
本発明の鉄ドープ窒化物半導体基板製造方法は、下地基板にドットマスク或いはストライプマスクを付け、基板温度を１０４０℃〜１１５０℃とし、その上にＨＶＰＥ法によって、５族と３族ガス原料の比率ｂが１〜１０であるようアンモニアガスと３族ガスと鉄化合物ガスとを供給しながら、マスク付き下地基板の上に窒化物半導体結晶を厚く成長させ、下地基板を除去して、１００μｍ以上の厚みを持ち比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上の自立した鉄ドープ半絶縁性窒化物半導体結晶基板を得る。
【０１１２】
下地基板は、（１１１）面ＧａＡｓウエハ−、サファイヤウエハ−、ＳｉＣウエハ−、ＧａＮウエハ−などを用いることができる。
【０１１３】
図１９はＨＶＰＥ炉の概略縦断面図を示す。縦長の反応炉２の外側にはヒータ３が設けられる。ヒータ３は縦方向に伸び幾つかに分割されており上下方向に任意の温度分布を作り出すことができる。反応炉２はホットウオールを持つ。反応炉２の中上部にはＧａ融液を溜めたＧａ溜め４が設けられる。反応炉２の下方には、回転昇降自在の回転軸に支持されたサセプタ５がある。サセプタ５の上には下地基板６が戴置される。第１原料ガス供給管７は水素（Ｈ２）と塩化水素（ＨＣｌ）のガスをＧａ溜め４に供給する。ＨＣｌとＧａとが反応してＧａＣｌガスができる。これが下方へ移動する。第２原料ガス供給管８は水素（Ｈ２）とアンモニア（ＮＨ３）ガスを下地基板６の上方へ流す。ＧａＣｌとＮＨ３が反応してＧａＮができる。第３原料ガス供給管１０は鉄（Ｆｅ）の気体化合物とキャリヤガス（Ｈ２）の混合ガスを反応炉内に供給する。合成されたＧａＮの内部に鉄がドープされる。反応後、排ガス、未反応ガスはガス排出管９から排出される。
【０１１４】
鉄はビスシクロペンタジエニル（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅ或いはビスメチルシクロペンタジエニル（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２Ｆｅを原料として用いる。これらはガス状であるから反応炉に上方のガス流路から気体として吹き込まれる。これらが熱分解して結晶の中へ取り込まれる。或いはＨＣｌと反応してＦｅＣｌやＦｅＣｌ２、ＦｅＣｌ３となってから結晶の中へ吹き込まれる。
【０１１５】
そのようにして作製された窒化物半導体基板の中の鉄の濃度Ｆｅは、１×１０２０ｃｍ−３≧Ｆｅ≧１×１０１６ｃｍ−３とする。窒化物半導体基板の抵抗率は１×１０５Ωｃｍ以上である。
【０１１６】
マスクはＳｉＯ２、ＳｉＯＮ、ＳｉＮ、ＡｌＮ、Ａｌ２Ｏ３などである。マスクの寸法はストライプマスクの場合被覆部幅ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。ピッチｐはｐ＝ｓ＋ｗである。ピッチはｐ＝２６０μｍ〜２１００μｍである。
【０１１７】
ドットマスクの場合は被覆部直径ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔はｗ＝２５０μｍ〜２０００μｍとする。ピッチｐは２６０μｍ〜２１００μｍである。
【０１１８】
基板温度が１０４０℃〜１０８０℃ではマスクの位置で低く、露呈部で高くなるファセット面を持つ山形の結晶（ＩＩ型）が成長する（図２０）。マスク上は結晶欠陥集合領域Ｈとなり、露呈部のマスク近くのファセットＦの直下は低欠陥単結晶領域Ｚとなる。
【０１１９】
図２０は図２１との対比を強調するために山形だけでなる理想形を書いている。これはストライプマスクで特別の場合だけ実現する。ドットマスクの場合は幾何学的な制約からこのようにならない。ドットマスクでもストライプマスクでも、実際にはマスクの中間位置にＣ面ができ（破線で示す）その下に、Ｃ面成長領域Ｙができることが多い。ＨとＺ或いはＨとＺとＹというように異なるものが混在する構造となるから緊張を緩和できる。
【０１２０】
図２０のＩＩ型は上面にファセットＦを持ち、ファセットＦを通じて酸素を多く吸い込みやすいという傾向がある。それでｎ型不純物である酸素によって、鉄ドーピングの効果が打ち消されることがある。すると鉄の濃度を上げる必要があり全体としての不純物の量が増えることもある。
【０１２１】
基板温度がより高い１０８０℃〜１１５０℃では表面が一様高さの結晶（Ｉ型）が成長する（図２１）。表面はほぼ平坦なＣ面である。これも図２０との対比を強調するための理想形を書いている。実際にはマスクＭの上の部分が僅かに窪みとなることも多い。マスク上は結晶欠陥集合領域Ｈとなるからである。露呈部上は低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙが混在したようになる。異なる組織が交替する構造なので応力緩和できる。
【０１２２】
Ｉ型はファセットＦを殆ど持たずに成長するので酸素を取り込まない。だから鉄ドープの効果が顕著になる。全体としての不純物濃度を減らすことができる。不純物が少ないので内部応力が小さく、クラックがより入り難いという利点がある。つまりＩ型は鉄ドープ窒化物半導体として最適の構造である。Ｉ型を作るにはより高温で５／３族比ｂが低い方が良い。１０８０℃〜１１５０℃の高温で、５／３族比ｂを１〜１０とする。さらに温度を１０９０℃〜１１５０℃、５／３族比ｂを１〜５程度にするとより確実にＩ型にすることができる。
【０１２３】
５／３族比ｂ＝１〜１０で、基板温度１０８０℃近く（１０７０℃〜１０９０℃）ではＩ型とＩＩ型が混合した台形頂点を持つような結晶ができる（図２４）。
３つの断面図（図２０、２１、２４）を示したが、ある温度で断面形状が突然変化するというような相転移が起こるのではなくて、温度や５／３族比ｂによって連続的に断面形状が変化していく。温度が１１４０〜１１５０℃で５／３族比ｂ１〜３で図２１のような理想的な平坦型ができる。温度が下がるにつれ、５／３族比ｂが上がるにつれて図２１の平坦型から図２０の山形へ変化していく。
【０１２４】
基板温度が１０５０℃〜１１５０℃というのは窒化物半導体の気相成長法の成長温度としては高い方である。温度を高くすれば、大型マスクであっても、表面を平坦にして成長させることが可能だというのがＩ型成長の意味するところである。
【０１２５】
５／３族比ｂが１〜１０というのは、窒化物半導体の気相成長法では極めて小さい極限と言って良い。低５／３族比ｂと、高成長温度によって鉄ドープの窒化物半導体を成長させるというのが本発明の思想である。
【０１２６】
これまでの従来例において、基板温度と５／３族比ｂがどのような値であったのか？特許文献を引用し説明した時に、成長温度（基板温度）や５／３族比ｂを挙げておいた。
【０１２７】
成長温度、５／３族比ｂの関係を分かり易くするため図２２に示した。横軸は成長温度（基板温度）である。縦軸は５／３族比ｂを対数表示したものである。黒丸の点は従来例におけるＨＶＰＥ法による基板温度と５／３族比ｂを示す。黒丸を白丸で囲んだものは従来例におけるＭＯＣＶＤ法によるものである。添え数字は引用した特許文献の番号を示す。実施例１つに１つの点が対応する。
【０１２８】
例えば９７０℃、１００倍のところに３つの白黒丸があり、１、１、１の数字がある。それは特許文献１のＭＯＣＶＤ法の実施例３つが９７０℃、１００倍だったということである。特許文献１は温度は９５０℃〜１０２０℃の間にＨＶＰＥについての実施例を示す９つの黒丸がある。
【０１２９】
特許文献４は明確な実施例がなくＭＯＣＶＤ法で温度については９６０℃〜１０５０℃の幅を持ち、５／３族比ｂ＝１０００倍、８００倍…などであるから連続直線で表現している。
【０１３０】
本発明のＩＩ型に関して、温度、５／３族比ｂの点を白三角で示す。温度１０５０℃で、５／３族比ｂ＝２．５が１４点ある。温度１０５０℃で５／３族比ｂ＝５が１点ある。温度１０５０℃で５／３族比ｂ＝１０が１点ある。
【０１３１】
本発明のＩ型に関して、温度、５／３族比ｂの点を白丸で示す。温度１１１０℃で、５／３族比ｂ＝２．５が１９点ある。温度１１１０℃で５／３族比ｂ＝３が１点ある。温度１１１０℃で５／３族比ｂ＝１が１点、温度１１００℃で５／３族比ｂ＝２．５が１点ある。
【０１３２】
本発明の温度、５／３族比ｂの範囲を破線で囲んでいる。１０８０℃は中間的な混合型の温度である。
【０１３３】
特許文献２、３はピッチの大きいマスクを使わない。５／３族比ｂが３である８つの実施例がある。５／３族比ｂが４であるような２つの実施例がある。５／３族比ｂが６であるような１０つの実施例がある。しかし基板温度は９７０℃、１０２０℃、１０３０℃であって、本発明の下限である１０４０℃以下である。特許文献２、３はピッチの広いマスクを使わないし、鉄ドープをしていない。本発明と特許文献２、３は３重の相違がある。
【０１３４】
特許文献８はファセット成長法の最初のものであるがピッチの大きいマスクを使わない。成長温度が１０５０℃である。５／３族比ｂ＝４０である。鉄ドープしない。本発明と特許文献８は３つの点で異なる。
【０１３５】
特許文献９、１０はピッチの広いマスクを使う。成長温度が１０３０℃、１０５０℃である時、５／３族比ｂ＝１２、１２．５、１５倍である。５／３族比ｂ＝８である時温度は１０１０℃である。これも鉄ドープしない。本発明のＩＩ型は特許文献９、１０は２つの点で異なる。本発明のＩ型は表面がほぼ平坦だから、特許文献９、１０と３つの点で異なる。
【０１３６】
特許文献１１は鉄ドープする唯一の文献である。ＭＯＣＶＤ法で温度１０００℃、５／３族比ｂ＝５０倍、ＨＶＰＥで温度１０００℃、５／３族比ｂ＝５０倍である。マスクを使わない。本発明と特許文献は、成長温度、５／３族比ｂ、マスク有無の３つの点で異なる。
【発明の効果】
【０１３７】
鉄をドープしたのでこれが内在的なドナーを打ち消して、比抵抗が１０７Ωｃｍ以上の半絶縁性窒化物半導体基板を得ることができる。
【０１３８】
繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Ｈや低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するので、反りが少ない結晶を得ることができる。
【０１３９】
繰り返しピッチの大きいマスクを下地基板に形成してその上に結晶成長するので、内部に結晶欠陥集合領域Ｈや低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙなど異なる組織の構造ができる。それが内部応力を緩和するのでクラックの発生が少ない基板を得ることができる。
【０１４０】
成長温度を１０４０℃〜１１５０℃の高温とし、５／３族比ｂを１〜１０という低い値とするので繰り返しピッチの大きいマスクを形成した下地基板の上でも表面のかなり平坦な結晶を成長でき、それによって酸素の混入をかなり防ぐことができる。
【０１４１】
酸素の混入を防ぐことができるので結晶構造の乱れが少なく、反り、クラックが少なくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１４２】
特許文献１１は、基板温度を１０００℃にし、５／３族比ｂを５０倍にしてサファイヤ基板の上に鉄ドープＧａＮを成長させる。特許文献１１のように、下地基板に直接に鉄ドープＧａＮを気相成長すると、異質の鉄が入り格子構造を歪める。不純物濃度（鉄濃度）が高いと大きい応力が生じ応力緩和できず、内部歪みが大きくなりクラック、反りが大きくなる。内部応力を緩和しないと、反り、クラックを抑制しつつ高濃度にＦｅドープできない。
【０１４３】
特許文献８、９、１０で提案されたファセット成長法は、下地基板の上に露呈部の広いマスクを設け、マスクの上に結晶欠陥を集中させることにより周辺部（Ｚ、Ｙ）での転位を減らす作用がある。それらは転位の減少を意図していた。
【０１４４】
半絶縁性基板の場合は大電流、高電圧に耐えるため転位密度が低いことが望ましい。
【０１４５】
さらに、特許文献８、９、１０のファセット成長法は、異なる構造の部分Ｈ、Ｚ、Ｙが結晶中に発生するのでそれが応力を緩和する。そのために反りを減らしクラック発生を抑制するという効果もあることが分かってきた。
【０１４６】
それで本発明は、鉄ドープのＧａＮ結晶を作る場合もファセット成長の手法を利用する。ファセット成長法は特許文献８のようにマスクの無いものもあるが、特許文献９、１０のように、マスクを下地基板に付けてＨ、Ｚ、Ｙの部分ができる位置を予め指定できるものもある。
【０１４７】
欠陥の集結した結晶欠陥集合領域Ｈと、欠陥の少ない低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙとが交替する構造は内部応力を緩和できる。不純物ドープにより歪みがあってもその応力を減殺できる。
【０１４８】
従ってマスクを付けファセット成長する手法は、高濃度に不純物を入れる鉄ドープＧａＮ結晶の製造に有用である。
【０１４９】
マスク被覆部で結晶の成長が遅れ露呈部では成長が先行するのでファセットができ、転位密度は減少する。ところがファセットがあると特許文献７にあるようにファセットを通じて酸素が余計に結晶内部にドープされることが分かってきた。
【０１５０】
酸素は特許文献６にあるようにｎ型キャリヤを発生するので鉄ドープの効果を減殺する。酸素が取り込まれるとそれを補償する為に大量の鉄原子をドープしなければならない。そうなると酸素も鉄も高濃度に結晶に含まれることになる。
【０１５１】
酸素も鉄もＧａＮの本来の構成要素でない。大量にドープされると結晶の格子構造を乱す。高濃度の酸素、鉄の添加は結晶の規則性を低下させる。それは転位密度を高めるし内部応力を増やして反りを大きくする。クラックの発生率も上がる。半絶縁性にするため鉄ドープは仕方がない。しかし酸素は不要である。よって酸素濃度をできるだけ低く抑えたい。例えば、原料ガスをできるだけ精製し酸素、水分を除去するということが必要になる。しかしそれでも水分を完全に除去するのは難しい。原料ガスに幾分の酸素、水分が残る。
【０１５２】
酸素は特許文献７のようにＣ面からは入り難くファセットを通して容易に入る。ということは酸素混入を減らすにはファセットを作らずＣ面で成長させる、ということが有望だと思われる。
【０１５３】
特許文献８、９、１０より以前はＣ面成長をしていたわけである。よって特許文献１〜５のそれまでの通常のＣ面成長に戻るということも考えられる。しかしそれは特許文献１１と同じことになる。クラックや反りの点で満足できない。
【０１５４】
特許文献８、９、１０のファセット成長法は転位を減らすだけでなく内部応力を減らし反りを軽減する作用がある。転位減少効果ではなく内部応力減少効果が要求されるのである。それで本発明者は、特許文献９、１０のような被覆部より露呈部が広く被覆部、露呈部のピッチが大きいというようなマスクを使い、温度と５／３族比ｂを適当な範囲に制御し、ファセットを抑制することによって、反りが小さくクラックの発生の少ない結晶成長をするということに思い到った。
【０１５５】
例えば５０μｍ幅の平行マスクを５００μｍ間隔で設けた基板の上にファセットを作らないで成長させる、それにはどうすれば良いのか？そのためには成長温度をより高くし、３族原料（Ｇａなど）をより多く供給すると良いということが分かってきた。
【０１５６】
１０８０℃以上の高い温度で５／３族比ｂが１〜１０のように低いと、ピッチの大きいマスクの上であってもＣ面を保持して成長するようになることが分かってきた。１０９０℃以上で５／３族比ｂを１〜５にするとより確実にＣ面を維持して成長するようである。図２１に示す通りである。１１１０℃の基板温度であると５／３族比ｂが１〜１０でファセットを作らないで結晶成長する。すると酸素があまり入らない。酸素は鉄ドープの作用を打ち消すのであるが、酸素が入らないと鉄ドープの効果が強く現れる。そのため窒化物半導体結晶は半絶縁性になるのである。マスクの上に成長させるから、Ｈ、Ｚ、Ｙのような異質の部分が生成される。それが内部応力を減少させるので反り、クラックを減らす。
【０１５７】
酸素が入ってもそれを打ち消す量の鉄をドープすれば良い。不純物がたくさん入っても内部応力が小さければ良い。既に述べたように、Ｈ、Ｚ、Ｙなどの異質の部分が混在する構造があれば反りやクラックを減らすことができる。それで温度を少し下げても、マスク構造があれば応力を減らすことができる。より低温の１０４０℃程度まで基板温度を下げてマスク構造の上に窒化物半導体結晶を成長させる。すると、Ｃ面成長でなくファセット成長になる。図２０のようになる。ファセットＦを作りながら成長するのであるが、５／３族比ｂが低いとある程度酸素の侵入を防ぐことができるようである。 さらに、成長初期はファセット成長させるように温度、５／３族比ｂを適当な範囲に制御して転位と内部応力を減らし、次にＣ面成長させるように温度、５／３族比を適当な範囲に制御して酸素の取り込み量を減らして少ないＦｅドープ量で高抵抗のＧａＮ基板を作製することもできる。
【０１５８】
区別するため、図２１のように成長後に表面平坦な結晶をＩ型と呼ぶ。図２０のような表面が山谷形のものをＩＩ型と呼ぶことにする。
【０１５９】
５／３族比ｂが１〜１０のように低くて、温度が１０４０℃〜１０７０℃である場合、ＩＩ型の結晶（図２０）ができる。結晶欠陥集合領域Ｈが低く、ファセットが続いて低欠陥単結晶領域Ｚがその下にできる。これはストライプ型マスクを使いＣ面がない極限の場合の断面図を書いている。ストライプマスクの場合でも中間にＣ面があり、Ｃ面成長領域Ｙが存在する場合もある。ドットマスクの場合は必ずＣ面があり、Ｃ面成長領域Ｙが存在する。
【０１６０】
５／３族比ｂが１〜１０のように低く、温度が１０９０℃〜１１５０℃のように高いと、Ｉ型の結晶（図２１）ができる。表面は平坦であり、マスクの直上には結晶欠陥集合領域Ｈがありそれらが表面に露呈している。そのほかの部分は低欠陥単結晶領域ＺとＣ面成長領域Ｙの混合である。
【０１６１】
温度がそれらの中間の場合（１０７０℃〜１０９０℃）は混合型となる。図２４のような台形形状の結晶ができる。マスクの上には結晶欠陥集合領域Ｈができる。露呈部の上には低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｃ面成長領域Ｙができる。
【０１６２】
マスクの上に生成する結晶欠陥集合領域Ｈは、これまでの研究でかなりのことが分かってきた。結晶欠陥集合領域Ｈはコアと簡単に呼ぶこともある。結晶欠陥集合領域Ｈは転位を集めた部分である。
【０１６３】
結晶欠陥集合領域Ｈには３つの異なる場合がある。
【０１６４】
１つは多結晶である。方位の異なる結晶粒が多数存在する。
【０１６５】
もう１つの場合は方位が他の部分（Ｚ、Ｙ）と異なる単結晶である。他の部分はｃ軸が上向きになる単結晶である。ｃ軸が斜めになる単結晶ということがある。そのような結晶欠陥集合領域Ｈは傾斜層と呼ぶ。
【０１６６】
残りの１つの場合はｃ軸が下を向くような単結晶である。つまり他の部分（Ｚ、Ｙ）と結晶軸の方向が全く反転している単結晶なのである。それを反転層と呼ぶ。反転層が最も転位を閉じ込める力が大きい。次いでｃ軸が傾いた単結晶である傾斜層が転位を閉じ込める力がある。多結晶は転位を捕獲しておく力が最も弱い。
【０１６７】
ドット型ストライプ型の何れの場合も下地基板に設けるマスクはＥＬＯ（１〜２μｍ直径、３〜５μｍピッチ；露呈部狭小）よりずっとピッチが大きくて露呈部が広い。よってＺ、Ｙ、Ｈのような異なる部分からなる構造を持つことができるのである。
【０１６８】
マスクの寸法はストライプマスクの場合、被覆部幅ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。隣接被覆部間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。図２５にそれを示す。
【０１６９】
ドットマスクの場合は被覆部直径ｓが１０μｍ〜１００μｍとする。被覆部の間隔ｗは２５０μｍ〜２０００μｍとする。図２６にそれを示す。マスク部直径が１０μｍ未満であると結晶欠陥集合領域Ｈの形成維持が巧くいかない。結晶欠陥集合領域Ｈができても途中で消失する。間隔が２０００μｍを越えてもＨＺＹ構造はできるのであるが結晶がかなり厚くないと結晶欠陥集合領域Ｈによる転位の完全な捕獲ができない。
【０１７０】
ＥＬＯ法のようにマスクの寸法が小さい場合は結晶成長と共に表面が平坦（Ｃ面）になりマスクの影響はすぐになくなってしまう。しかしマスクの寸法が大きいと成長が進んでもなかなか表面が平坦にならない。ファセット成長法（特許文献９、１０）は最後までファセットを維持して転位を減らすものである。
【０１７１】
さらに問題は反りやクラックである。特許文献１１のようにマスク無しの下地基板の上に鉄ドープＧａＮをＣ面成長させると自立基板とした時に割れたり強く反ったりする。
【０１７２】
本発明は内部にＺ、Ｈ、Ｙなど異質の構造部を混在させることによって内部応力を減らす。そのためにピッチｐの広い（間隔ｗ、幅ｓ共に広い；ｐ＝ｓ＋ｗ）マスクを使ってＺ、Ｈ、Ｙなどの構造物を作る。しかしファセットが優越すると酸素が入ってしまうので、温度を上げ５／３族比ｂを下げてなるべく平坦表面のＩ型になるようにして結晶を作る。Ｉ型が一層望ましい。
【０１７３】
しかしＩＩ型でも半絶縁性になり、反りやクラックも満足できる範囲にあるのでＩＩ型も利用可能であり、本発明の範囲に含まれる。
【０１７４】
上に述べたような直径（幅）、間隔の広いマスクを下地基板に形成し、基板温度を１０４０℃以上に高くして、ＨＶＰＥ法で、５／３族比ｂが１〜１０の５族、３族原料と鉄化合物ガス原料を供給しながら、下地基板の上に窒化物半導体結晶を合成し、下地基板を除去する。酸素量が比較的少なく、反りが少なく、クラック発生率が低い自立鉄ドープ窒化物半導体結晶を作るというのが本発明の骨子である。
【実施例１】
【０１７５】
（１１１）Ｇａ面のＧａＡｓを下地基板としドットマスク或いはストライプマスクを形成した。マスクはＳｉＯ２であり厚みは６０ｎｍ〜２００ｎｍである。マスクの寸法（ｓ，ｗ，ｐ）については後に述べる。その上にＧａＮ膜をＨＶＰＥ法によって成長させた。初めにバッファ層を形成し、次いで厚いエピタキシャル成長層を形成した。バッファ層の条件は以下のようである。
【０１７６】
バッファ層の成長の条件
基板温度 ５００℃〜５５０℃
ＧａＣｌ分圧 ＰＧａＣｌ＝８０Ｐａ （０．０００８ａｔｍ）
ＮＨ３分圧 ＰＮＨＥ３＝１６ｋＰａ （０．１６ａｔｍ ）
バッファ層膜厚 ５０ｎｍ
【０１７７】
バッファ層成長時の５／３族比ｂはｂ＝２００である。本発明では成長温度と５／３族比ｂを重視するがそれはエピタキシャル成長（厚膜成長）時の値であり、バッファ層形成時の５／３族比ｂは問題にしていない。
【０１７８】
基板内に、「クラックが発生した」というのは長さが２．０ｍｍ以上の表面線状割れが生じた場合、或いは０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの表面線状割れが３本以上生じた場合、或いは０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの表面線状割れが２１本以上発生したことを言う。
【０１７９】
基板内に、「クラックが生じない」というのは、２．０ｍｍ以上の表面線状割れが０で、０．５ｍｍ〜２．０ｍｍの線状割れが２本以下であり、０．３ｍｍ〜０．５ｍｍの割れが２０本以下であることをいう。
【０１８０】
クラック発生率（％）というのは成長させた基板の内、クラックが発生した基板の枚数を全体の基板の枚数で割って１００を掛けた値である。ドナー密度Ｄというのはｎ型不純物の濃度を言う。ここではＳｉをドープしていないのでドナーは酸素（Ｏ）である。つまりドナー密度Ｄというのはドナー準位を作る酸素濃度ということである。酸素濃度、鉄濃度共にＳＩＭＳによって測定した。
【０１８１】
基板の反りＵは曲率半径Ｒ（ｍ）で表現する。
【０１８２】
たくさんの実験を繰り返し行った。
【０１８３】
ここで４５個の試料について述べる。試料に１〜４５の番号を付ける。１〜３６、４４、４５は本発明の実施例である。試料３７〜４３は比較例である。試料１〜３６、４４、４５の実施例の内、試料１〜２１、４４はＩ型（平坦表面）である。試料２２〜３６、４５はＩＩ型（山形）である。
【０１８４】
比較例はマスクを下地基板に付けておらず平坦下地基板の上に直接に結晶を気相成長させている。比較例３７〜４３はマスクの影響を確かめるために特に実験したもので従来技術ではない。温度、５／３族比ｂは本発明の限定の範囲内としたものもある。
【０１８５】
表１に、試料番号、コア間隔（μｍ）、コア幅（μｍ）、成長温度（℃）、ＰＧａ（ＧａＣｌ分圧；ｋＰａ）、ＰＮ（アンモニア分圧；ｋＰａ）、基板寸法（ｍｍ、インチ（″）、厚み（μｍ）、コアの種類、結晶面タイプ、Ｆｅ密度（ｃｍ−３）、ドナー密度（酸素量；ｃｍ−３）、比抵抗（Ωｃｍ）、クラック発生率（％）、反り（反りの曲率半径；ｍ）を示す。
【０１８６】
【表１】
【０１８７】
［実施例Ａ：半絶縁性基板の実施例］
［試料１（実施例；Ｉ型）］
１８ｍｍ角の正方形ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。１８ｍｍ角の矩形ウエハ−を下地基板に使ったのが試料１の特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１８８】
ＧａＡｓ基板を加工除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは４％であった。クラック発生率は極めて低い。全試料の中で最小である。反りはＵ＝５．６ｍである。反りは十分に小さい。
【０１８９】
［試料２（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９０】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９１】
［試料３（実施例；Ｉ型）］
３インチ（７５ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これは基板の寸法が大きいというところが特徴である。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９２】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９３】
［試料４（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０１９４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．８ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９５】
［試料５（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０１９６】
５／３族比ｂはｂ＝１である。この試料は５／３族比ｂを１にしたのが特徴である。ＧａＮの成長でこのように５／３族比ｂが低いということは嘗てなかった。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１２％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９７】
［試料６（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝３．３ｋＰａ（０．０３３ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝３である。この試料は５／３族比ｂを３にしたのが特徴である。
【０１９８】
コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量が少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１５％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．８ｍである。反りは十分に小さい。
【０１９９】
［試料７（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２００】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。極めて高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素（ドナー）が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２６％であった。クラック発生率はやや低い。反りはＵ＝５．６ｍである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の高いところが特徴である。
【０２０１】
［試料８（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１２Ωｃｍであった。頗る高い絶縁性である。絶縁性が高いのは酸素（ドナー）が少なく鉄濃度が高いからである。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２０％であった。クラック発生率はやや低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。これは絶縁性の特に高いところが特徴である。
【０２０３】
［試料９（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２０４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は多結晶Ｐである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Ｊでなく多結晶Ｐとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Ｊとなっている場合とあまり変わりがない。
【０２０５】
［試料１０（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は傾斜層Ａである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。マスク上の結晶が反転層Ｊでなく傾斜層Ａとなっているところがこの特徴である。クラックや反り、比抵抗などはマスク上の結晶が反転層Ｊとなっている場合とあまり変わりがない。
【０２０７】
［試料１１（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝１０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを１０μｍ（０．０１ｍｍ）まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２０８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるがｓ＝１０μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝１０μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２０９】
［試料１２（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝２５μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを２５μｍ（０．０２５ｍｍ）まで狭くしたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。
【０２１０】
コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。甚だ低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが小さいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、ｓ＝２５μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝２５μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２１１】
［試料１３（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝１００μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプマスク幅ｓを１００μｍ（０．１ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。
【０２１２】
ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．１ｍである。反りは十分に小さい。マスク幅ｓが大きいと反りがより大きく或いは小さくなる可能性があるが、ｓ＝１００μｍとしても反りはあまり大きくならない。ｓ＝１００μｍでもｓ＝５０μｍでも反りは似たようなものである。
【０２１３】
［試料１４（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝２５０μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを２５０μｍ（０．２５ｍｍ）まで狭めたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２１４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが狭いと反りがより小さくクラックがより減少する可能性があるがｗ＝５００μｍでもｗ＝２５０μｍでも反りやクラックはあまり変わらない。
【０２１５】
［試料１５（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝７５０μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを７５０μｍ（０．７５ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。
【０２１６】
ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．９ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが広いと反りが大きくなる可能性があるが、ｗ＝７５０μｍであってもまだ反りは大きくならないということである。
【０２１７】
［試料１６（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝１０００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを１０００μｍ（１ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２１８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは十分に小さい。コア間隔ｗが大きいと反りが大きくなる可能性があるがｗ＝１０００μｍであってもまだ反りは大きくならないということである。
【０２１９】
［試料１７（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝１５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを１５００μｍ（１．５ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１９％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．９ｍである。反りはやや大きい。反りＵの大きいのはコア間隔ｗが広い（ｗ＝１５００μｍ）からであろう。許容最大反りＵｃが２ｍ〜３．５ｍである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りＵｃが４ｍ〜５ｍの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ｕｃの値は目的によって異なる。
【０２２１】
［試料１８（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝２０００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。これはストライプ間隔ｗを２０００μｍ（２ｍｍ）まで広げたところに特徴がある。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。
【０２２２】
結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．３ｍである。反りはやや大きい。反りＵの大きいのはコア間隔ｗが広い（ｗ＝２０００μｍ）からであろう。許容最大反りＵｃが２ｍ〜３ｍである場合この試料の基板も使用可能である。許容最大反りＵｃが３．５ｍ〜５ｍの場合この試料は不合格となる。許される反りの最大値Ｕｃの値は目的によって異なる。
【０２２３】
［試料１９（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２４％であった。クラック発生はやや多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りは小さい。
【０２２５】
［試料２０（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．２ｍである。反りは小さい。
【０２２７】
［試料２１（実施例；Ｉ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はまずＴｇ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長した後、Ｔｑ＝１１１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが１０００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して１１００℃で成長した部分からＧａＮ基板を切出して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２２８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０８Ωｃｍであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２７％であった。クラック発生がかなり多いが使用可能な半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．３ｍである。反りは小さい。
【０２２９】
［試料２２（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１７％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りは小さい。
【０２３１】
［試料２３（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性はやや低い。それでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１３％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りは小さい。
【０２３３】
［試料２４（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１６％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは小さい。
【０２３５】
［試料２５（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０８Ωｃｍであった。絶縁性はやや高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２９％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．３ｍである。反りは小さい。
【０２３７】
［試料２６（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２３８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２９％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝６．０ｍである。反りは小さい。
【０２３９】
［試料２７（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２８％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．１ｍである。反りは小さい。
【０２４１】
［試料２８（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなり高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。やや鉄の取り込みが少ない。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。しかし半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２３％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りは小さい。
【０２４３】
［試料２９（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２７％であった。かなり大きい値であるが有用な基板である。反りはＵ＝５．４ｍである。反りは小さい。
【０２４５】
［試料３０（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは１８％であった。これはかなり低い値である。反りはＵ＝５．７ｍである。反りが小さい。
【０２４７】
［試料３１（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２４８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。非常に高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Ｋは２７％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝６．０ｍである。反りが小さい。
【０２４９】
［試料３２（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは２９％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．６ｍである。反りが小さいということである。
【０２５１】
［試料３３（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低いドナー密度である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は３×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは２７％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．５ｍである。反りが小さいということである。
【０２５３】
［試料３４（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２５４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。低い値である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は５×１０１２Ωｃｍであった。絶縁性は極めて高い。クラック発生率Ｋは２８％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５５】
［試料３５（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝２ｋＰａ（０．０２ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２５６】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝７×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０５Ωｃｍであった。絶縁性は極めて低い。クラック発生率Ｋは２９％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５７】
［試料３６（実施例；ＩＩ型）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ストライプコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク幅がｓ＝５０μｍの平行ストライプマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝１ｋＰａ（０．０１ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２５８】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝１０である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１９ｃｍ−３である。極めて高い値である。ＩＩ型であるから酸素が大量にドープされる。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝８×１０１９ｃｍ−３である。極めて多くの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは２８％であった。これはかなり高い値であるがそれでも有用な基板である。反りはＵ＝５．０ｍである。反りが小さいということである。
【０２５９】
［試料３７（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。かなりの鉄が取り込まれている。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは７７％であった。きわめて高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくＧａＮを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６１】
［試料３８（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１６ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は非常に少ない。比抵抗は１×１０６Ωｃｍであった。絶縁性はやや低い。クラック発生率Ｋは７５％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．６ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを下地基板に作ることなくＧａＮを成長させたからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６３】
［試料３９（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０３０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６４】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。鉄がかなり高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０１１Ωｃｍであった。絶縁性は高い。クラック発生率Ｋは８８％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．９ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６５】
［試料４０（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０３０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。Ｃ面成長なので酸素（ドナー）が結晶内部へ入り難くドナー密度が極めて低い。酸素が殆どドープされない。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０１２
ｃｍであった。絶縁性は高い。クラック発生率Ｋは９７％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．８ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６７】
［試料４１（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２６８】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄がかなり取り込まれている。比抵抗は１×１０５
ｃｍであった。絶縁性は非常に低い。クラック発生率Ｋは６８％であった。高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２６９】
［試料４２（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０１０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７０】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０７ｃｍであった。絶縁性は高くない。クラック発生率Ｋは９０％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．４ｍである。甚だ反りが大きいということである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２７１】
［試料４３（比較例；マスク無し）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、マスクを形成しない。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。マスクがないのでコアが存在しない。基板の上に一様に平坦なＣ面の結晶が成長する。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７２】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。表面に露呈した結晶面はＣ面である。Ｃ面が平坦面となっている。マスクがないのでＣ面成長となっている。ドナー密度はＤ＝１×１０１７ｃｍ−３である。Ｃ面成長ではあるが、かなり高いドナー密度を有する。鉄量（Ｆｅ）はＦ＝５×１０１９ｃｍ−３である。鉄が高濃度に取り込まれている。比抵抗は１×１０８ｃｍであった。絶縁性はやや高い。クラック発生率Ｋは９５％であった。極めて高い値である。反りはＵ＝１．６ｍである。甚だ反りが大きいということである。マスクを形成しなかったからである。デバイスをその上に形成する基板としては不適である。
【０２７３】
［試料４４（実施例；Ｉ型 ドットタイプ）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ドットコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク径がｓ＝５０μｍのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１１００℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。
【０２７４】
ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩ型である。成長温度Ｔｑが高いのでＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性がやや低いのは鉄密度が低いからである。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは２０％であった。クラック発生率は極めて低い。反りはＵ＝３．２ｍである。
【０２７５】
［試料４５（実施例；ＩＩ型 ドットタイプ）］
２インチ（５０ｍｍ直径）ＧａＡｓ基板の上に、ドットコア間隔ｗがｗ＝５００μｍ、マスク径がｓ＝５０μｍのドットマスクを形成した。バッファ層を形成した後エピタキシャル成長させた。エピタキシャル成長温度はＴｑ＝１０５０℃、ＮＨ３分圧ＰＮＨ３＝１０ｋＰａ（０．１ａｔｍ）、ＧａＣｌ分圧ＰＧａＣｌ＝４ｋＰａ（０．０４ａｔｍ）で厚みが４００μｍ以上になるまでエピタキシャル成長させた。ＧａＡｓ基板を除去して４００μｍ厚みのＧａＮの単独自立基板とした。
【０２７６】
５／３族比ｂはｂ＝２．５である。コアの結晶種類は反転層Ｊである。結晶面タイプはＩＩ型である。成長温度Ｔｑがやや低いのでＩＩ型になったのである。ドナー密度はＤ＝１×１０１５ｃｍ−３である。極めて低いドナー密度の値である。鉄密度（Ｆｅ）はＦ＝１×１０１７ｃｍ−３である。鉄の取り込み量は多くない。比抵抗は１×１０７Ωｃｍであった。絶縁性はあまり高くない。しかしそれでも半絶縁性基板として使用可能である。クラック発生率Ｋは１８％であった。クラック発生の少ない良い半絶縁性基板である。反りはＵ＝４．０ｍである。反りは小さい。
【０２７７】
［実施例Ｂ：半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例］
［ストライプ型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製］
［デバイス試料４６（実施例；Ｉ型）］
試料３で作製した結晶タイプＩ型の３インチ半絶縁基板（ストライプコア
間隔５００μｍ、マスク幅５０μｍ）比抵抗１×１０７Ωｃｍの基板上に有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）により、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）構造のエピタキシャルウエハーを作製した（図２８）。ＯＭＶＰＥ装置のリアクタにＧａＮ基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、ＧａＮ基板の温度を１１００℃において２０分間熱処理を行なった。次に、ＧａＮ基板の温度を１１３０℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）をリアクタに供給して、厚さ１．５μｍのＧａＮエピ層をＧａＮ基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ３０ｎｍ、Ａｌ組成２０％のＡｌＧａＮ膜を前記ＧａＮエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板（図２８）を作製した。
【０２７８】
次に、以下の工程により、ＨＥＭＴデバイス（図２９）を作製した。エピタキシャル基板（図２８）の表面にフォトリソグラフィ、ＥＢ蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０／１００／２０／３００ｎｍ）を用いた。リフトオフ後６００℃、１分間の合金化熱処理を行なった。
【０２７９】
次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲートはストライプコア（欠陥集合領域）に平行な方向に配置し、ストライプコア上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ｎｉ／Ａｕ（５０／５００ｎｍ）を用いた。ゲート長は２μｍであった。（これをデバイス試料４６とする。）
【０２８０】
［デバイス試料４７（比較例）］
比較試料４７として、Ｆｅドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行い、ＨＥＭＴを作製した。ランダムコアというのは結晶欠陥集合領域Ｈがランダムに分布している結晶ということである。下地基板の上にマスクを付けないでファセット成長させるとファセットピットがランダムに発生しそれが結晶欠陥集合領域Ｈとなるので、結晶欠陥集合領域Ｈ（コア）がランダムに分布するのである。
【０２８１】
［デバイス試料４８（比較例）］
また、比較試料４８としてサファイヤ基板上に、同様にして、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を１１７０℃、１０分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、ＧａＮ基板の場合と同様にＧａＮエピ層、ＡｌＧａＮエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした（図３０）。次に同様の工程でＨＥＭＴ作製を行なった（図３１）。
【０２８２】
デバイス試料４６、４７、４８のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧５Ｖにおいて、試料４６ではゲート電流密度１×１０６Ａ／ｃｍ２と小さい値が得られたが、試料４７では１×１０３Ａ／ｃｍ２、試料４８では１×１０２Ａ／ｃｍ２と試料４６に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。
【０２８３】
デバイス試料４７でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。
【０２８４】
デバイス試料４８でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり（〜１×１０９／ｃｍ２）、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なＨＥＭＴ及びＨＥＭＴエピタキシャル基板を実現できる。
【０２８５】
［実施例Ｃ：ドットタイプ半絶縁性基板を用いたデバイスの実施例］
［ドット型半絶縁性基板を用いたデバイスの作製］
［デバイス試料４９（実施例；Ｉ型 ドットタイプ）］
試料４４で作製した結晶タイプＩ型の２インチ半絶縁基板（ドットコア間隔５００μｍ、マスク径５０μｍ）比抵抗１×１０７Ωｃｍの基板上に有機金属気相成長法（ＯＭＶＰＥ法）により、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）構造のエピタキシャルウエハーを作製した（図２８）。ＯＭＶＰＥ装置のリアクタにＧａＮ基板を置き、水素、窒素、アンモニアを含むガスをリアクタ内に供給して、ＧａＮ基板の温度を１１００℃において２０分間熱処理を行なった。次に、ＧａＮ基板の温度を１１３０℃に昇温させ、アンモニア、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）をリアクタに供給して、厚さ１．５μｍのＧａＮエピ層をＧａＮ基板上に成長させた。トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、ＴＭＧ、アンモニアをリアクタに供給して、厚さ３０ｎｍ、Ａｌ組成２０％のＡｌＧａＮ膜を前記ＧａＮエピ層上に成長させた。これらの工程によりエピタキシャル基板（図２８）を作製した。
【０２８６】
次に、以下の工程により、ＨＥＭＴデバイス（図２９）を作製した。エピタキシャル基板（図２８）の表面にフォトリソグラフィ、ＥＢ蒸着、リフトオフによりソース電極、及びドレイン電極を作製した。電極は、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ（２０／１００／２０／３００ｎｍ）を用いた。リフトオフ後６００℃、１分間の合金化熱処理を行なった。
【０２８７】
次に、同様な工程によりゲート電極を作製した。ゲート電極はドットコア領域（欠陥集合領域）上に形成しないように作製した。ゲート電極として、Ｎｉ／Ａｕ（５０／５００ｎｍ）を用いた。ゲート長は２μｍであった。（これをデバイス試料４９とする。）
【０２８８】
［デバイス試料５０（比較例）］
比較試料５０として、Ｆｅドープ半絶縁性ランダムコア基板上に、同様に、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行い、ＨＥＭＴを作製した。
【０２８９】
［デバイス試料５１（比較例）］
また、比較試料５１としてサファイヤ基板上に、同様にして、ＨＥＭＴ構造エピ成長を行なった。エピ成長工程では、サファイヤ基板を１１７０℃、１０分間熱処理を行い、次に種付け層を成長させ、その後、ＧａＮ基板の場合と同様にＧａＮエピ層、ＡｌＧａＮエピ層を成長させ、エピタキシャル基板とした（図３０）。次に同様の工程でＨＥＭＴ作製を行なった（図３１）。
【０２９０】
デバイス試料４９、５０、５１のゲートリーク電流を比較した。ゲート電圧５Ｖにおいて、試料４９ではゲート電流密度１×１０６Ａ／ｃｍ２と小さい値が得られたが、試料５０では１×１０３Ａ／ｃｍ２、試料５１では１×１０２Ａ／ｃｍ２と試料４９に比べ、ゲートリーク電流が大きく増加した。ゲートリーク電流が小さい方が、トランジスタのピンチオフが良好であるので、高性能なトランジスタが実現できる。
【０２９１】
デバイス試料５０でゲートリーク電流が増加した原因は、ゲート電極下にランダムコアが存在しており、転位起因のリーク電流が増加したためと考えられる。
【０２９２】
デバイス試料５１でゲートリーク電流が増加した原因は、基板がサファイヤであるためにエピ層中の転位密度が大きくなり（〜１×１０９／ｃｍ２）、転位起因のリーク電流が大きくなったためと考えられる。
以上より、本発明により、ゲートリーク電流が小さい高性能なＨＥＭＴ及びＨＥＭＴエピタキシャル基板を実現できる。
【０２９３】
以上の試料１〜３６、４４、４５の実施例について、図２２に温度、５／３族比ｂの値を白丸（ＩＩ型）と白三角（Ｉ型）で示している。何れも、破線で囲まれた範囲（１０４０℃〜１１５０℃、５／３族比ｂ＝１〜１０）にある。比較例３７〜４３は、温度と５／３族比ｂに関し、破線枠の内部に含まれるものも含まれないものもある。破線枠内部にあってもこれら比較例はクラックや反りの点で不適である。それはマスクを付けていないからである。比較例はマスクの効果を調べるためのものである。
【０２９４】
図２３は試料１〜４５について、反りの曲率半径（ｍ）を横軸に、クラック発生率（％）を縦軸にして、点によって反り、クラック発生率を示したものである。添え数字は試料の番号を表す。白丸はＩ型の試料１〜２１、４４を示す。白三角はＩＩ型の試料２２〜３６、４５を表す。白四角は比較例の試料３７〜４３に対応する。
【０２９５】
比較例の試料３７〜４３は強い反り（曲率半径が１ｍ〜２ｍ）を持ち、クラック発生率が６８〜９７％であり半導体デバイス作製の基板として不適当である。これは下地基板にマスクがないからである。
【０２９６】
Ｉ型とＩＩ型を比較すると反り（曲率半径）は５ｍ〜６ｍの間にあってあまり変わらない。反りの曲率半径はＩ、ＩＩ型の何れも３ｍ以上である。３ｍ〜７ｍの間に分布している。クラック発生率はいずれも３０％以下である。クラック発生率がＩ型は４％〜２７％の間にあり、大部分は１０％〜２０％の間に分布する。ＩＩ型はクラック発生率が１３％〜２９％の間にあり、大部分は２５％〜２９％の間にある。クラックの点からＩ型の方がＩＩ型より優れている。Ｉ型、ＩＩ型共に半絶縁性基板として利用できる。
【０２９７】
図２７に試料１〜４５のドナー密度（ｃｍ−３）と鉄（Ｆｅ）密度（ｃｍ−３）の分布をグラフにして示す。横軸がドナー（酸素）の密度、縦軸が鉄密度である。白丸がＩ型、白三角がＩＩ型、白四角が比較例を示す。添え字は試料の番号を表す。ＩＩ型（白三角）がドナー密度が高いということが分かる。Ｉ型でドナー密度の高いものもあるが（試料１９、２０、２１）大多数のＩ型はドナー密度が低い。
【０２９８】
ＩＩ型では鉄ドープ量とドナー量が大体比例して増大するが、Ｉ型ではドナーが少なくても鉄量が多いというようにできる。この点でもＩ型がより優れている。
【０２９９】
さらに、Ｉ、ＩＩ型の１〜３６の試料と比較例３７〜４３の試料の転位密度をリン酸、硫酸のエッチング溶液２００℃でエッチングすることで測定した。測定は微分干渉式光学顕微鏡の対物１００倍を用いて、１００×１００μｍの領域でエッチピットの数を数えることで行った。その結果、比較例３７〜４３の試料の転位密度（エッチピット密度）は何れも２×１０７〜１０８／ｃｍ２であるのに対して、１〜３６の試料は何れも５×１０６／ｃｍ２以下であり、特に結晶の反りの曲率半径が４ｍを超えるものは２×１０６/ｃｍ２以下、５ｍを越えるものは１０５／ｃｍ２台以下、結晶面のタイプがＩＩであるものはＩに比べて約半分であった。しかしながら、試料２１は結晶面タイプがＩであるにも拘らず、成長初期でファセット面成長しているため、曲率半径がほぼ同等の試料２、１１、１２、２０と比較して約半分、タイプＩＩで曲率半径が同等の試料２５と転位密度は同じであった。
また、試料１〜３６の作製に用いたＧａＡｓ基板の替わりに、サファイヤ基板、ＳｉＣ基板を用いても試料１〜３６と同等の結晶面、Ｆｅ密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
また、試料１〜３６のＧａＮ基板を下地基板にして試料１〜３６と同様の条件で成長させた結果、試料１〜３６と同等の結晶面、Ｆｅ密度、ドナー密度、比抵抗、クラック発生率、反りの曲率半径を有する基板が得られた。
【図面の簡単な説明】
【０３００】
【図１】下地基板の上に形成され広い被覆部の中に多数の小さい窓（露呈部）が狭い繰り返しピッチで存在するマスクの平面図。
【０３０１】
【図２】下地基板の上にマスクを付けその上に窒化ガリウムを気相成長させる工程を説明するための工程図。
【０３０２】
【図３】結晶表面に、寸法の異なる多数のファセットピットがランダムに発生するランダムファセット成長法による結晶の一部斜視図。
【０３０３】
【図４】ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット斜視図。
【０３０４】
【図５】ファセットピットを成長の終了まで維持するファセット成長において、成長方向と転位方向が平行なのでファセットピットの内部で転位がファセット法線方向に伸びファセットの境界に到り、境界を伝って下降しピット底部に集結することを説明するためのピット平面図。
【０３０５】
【図６】ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、多数の点状の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦横に存在するドット型マスクの一部の平面図。
【０３０６】
【図７】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の表面の斜視図。
【０３０７】
【図８】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出したドット型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３０８】
【図９】ドット型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ被覆部Ｍの上に底があるファセットピットを作り出しファセットピットが大きくなり、マスク上にも結晶欠陥集合領域Ｈが発生するまでの過程を示すファセット成長の工程毎の縦断面図。
【０３０９】
【図１０】ファセットピットを成長終了まで維持するファセット成長を行うため、下地基板の上に形成され、平行線状の複数の被覆部が広い間隔をおいて規則正しく縦に存在するストライプ型マスクの一部の平面図。
【０３１０】
【図１１】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３１１】
【図１２】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に平坦頂面が、頂面と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の斜視図。
【０３１２】
【図１３】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の平面図。
【０３１３】
【図１４】ストライプ型マスクを設けた下地基板の上にＧａＮ結晶を気相成長させ、被覆部Ｍの上に谷が、被覆部中間に尖鋭稜線が、尖鋭稜線と谷の間に傾斜したファセットが存在する多数の山谷構造を作り出したストライプ型ファセット成長法によるＧａＮ結晶の斜視図。
【０３１４】
【図１５】下地基板の上にストライプ型マスクを形成し、その上にＧａＮを気相成長させると、先に露呈部で成長が進行するので露呈部にＣ面とファセットを持つ結晶が成長しマスクの上には低い結晶欠陥集合領域Ｈができ、マスク直上は谷、マスク中間は山となる平行山谷構造となる過程を示す工程断面図。
【０３１５】
【図１６】ストライプ型マスクファセット法において、図１５より後でさらに結晶成長が進んでいき山が高く谷が大きくなっていく過程を示す工程断面図。
【０３１６】
【図１７】特許文献７（特許第３８２６８２５号）が提案したもので、酸素はＣ面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、ファセットを作ってｃ軸方向に結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたＧａＮ結晶の断面図。
【０３１７】
【図１８】特許文献７（特許第３８２６８２５号）が提案したもので、酸素はＣ面から殆ど入らずファセットを通って結晶に大量に取り込まれるという選択性があるので、Ｃ面以外の表面を持つ結晶を作ってその上にＧａＮを結晶成長させることによって高濃度に酸素をドープできるようにしたＧａＮ結晶の断面図。
【０３１８】
【図１９】本発明の鉄ドープ窒化物半導体結晶を作り出すためのＨＶＰＥ炉の断面図。
【０３１９】
【図２０】本発明の手法で作製した山谷構造を持つＩＩ型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２０】
【図２１】本発明の手法で作製した平坦表面を持つＩ型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２１】
【図２２】従来技術を述べる特許文献１〜１１の気相成長法と、本発明の気相成長法とにおいて、実施例毎に、成長温度と、５／３族比ｂを座標として示すグラフ。横軸は成長温度（℃）である。縦軸は５／３族比ｂを対数で表示するものである。
【０３２２】
【図２３】本発明の実施例及び比較例である試料１〜４３の反りの曲率半径（ｍ）とクラック発生率（％）を、反りとクラックを横縦座標とする空間に点で示したグラフ。横に振った数字は試料番号である。白丸はＩ型、白三角はＩＩ型、白四角は比較例である。比較例は公知ではない。
【０３２３】
【図２４】本発明の手法で作製した平坦面一部にファセット面を持つＩとＩＩの混合型の窒化物半導体結晶の形状を示す断面図。
【０３２４】
【図２５】複数平行被覆部よりなるストライプマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてストライプマスクの幅ｓ、間隔ｗの寸法を示す平面図。
【０３２５】
【図２６】縦横並列複数点状被覆部よりなるドットマスクを下地基板に形成してその上に窒化物半導体を気相成長させる本発明の手法においてドットマスクの直径ｓ、間隔ｗの寸法を示す平面図。
【０３２６】
【図２７】ドナー密度（ｃｍ−３）の対数と鉄密度（ｃｍ−３）の対数を横縦の座標とするグラフにおいて、本発明の明細書に記載したＧａＮの気相成長の試料１〜４３を点で表したもの。数字は試料の番号である。白丸はＩ型、白三角はＩＩ型、白四角は比較例である。比較例は公知でない。
【０３２７】
【図２８】ＳＩ−ＧａＮ（半絶縁性ＧａＮ）基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。
【０３２８】
【図２９】ＳＩ−ＧａＮ（半絶縁性ＧａＮ）基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したＨＥＭＴの縦断面図。
【０３２９】
【図３０】サファイヤ基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の縦断面図。
【０３３０】
【図３１】サファイヤ基板の上にＧａＮ薄膜を成長させたエピタキシャル基板の上に電極を付けて作成したＨＥＭＴの縦断面図。
【符号の説明】
【０３３１】
Ｕ 下地基板
Ｍ マスク被覆部
Ｅ マスクによって覆われない露呈部
Ｗ マスクの窓
Ｔ 転位
Ｇ 結晶
Ｆ ファセット
Ｃ Ｃ面
Ｐ ファセットピット
Ｖ 成長方向
Ｈ 結晶欠陥集合領域 （閉鎖欠陥集合領域）
Ｚ 低欠陥単結晶領域 （単結晶低転位随伴領域）
Ｙ Ｃ面成長領域 （単結晶低転位余領域）
Ｋ 結晶粒界
ｓ マスク被覆部の直径または幅
ｗ マスク被覆部の間隔
ｐ マスク被覆部の繰り返しピッチ
２ 反応炉
３ ヒータ
４ Ｇａ溜め
５ サセプタ
６ 下地基板
７ 第１原料ガス供給管
８ 第２原料ガス供給管
９ ガス排出管
１０第３原料ガス供給管
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板の上に、幅或いは直径ｓが１０μｍ〜１００μｍであるドット被覆部或いはストライプ被覆部を間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍであるように並べたマスクを形成し、ＨＶＰＥ法によって成長温度が１０４０℃〜１１５０℃であって、５／３族比ｂが１〜１０であるような３族、５族原料ガスと、鉄を含むガスとを供給することによって下地基板の上に窒化物半導体結晶を成長させ、下地基板を除去することによって、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上の自立した半絶縁性窒化物半導体基板を得るようにしたことを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
成長温度が１０９０℃〜１１５０℃であり、５／３族比ｂが１〜５であって、被覆部を除いて表面がほぼ平坦な結晶を成長させることを特徴とする請求項１に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
成長温度が１０４０℃〜１０７０℃であり、５／３族比ｂが１〜１０であって、被覆部を底とし隣接被覆部の中間を山とするファセット面を持つ結晶を成長させることを特徴とする請求項１に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上、反りの曲率半径が３ｍ以上であることを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板。
【請求項５】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上の半絶縁性窒化物半導体基板と、この基板上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜を備え、反りの曲率半径が３ｍ以上であることを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板。
【請求項６】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上である半絶縁性窒化物半導体基板と、
前記半絶縁性窒化物半導体基板の上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたゲート電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたソース電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたドレイン電極を備え前記ゲート電極が結晶欠陥集合領域Ｈ以外に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【請求項１】
下地基板の上に、幅或いは直径ｓが１０μｍ〜１００μｍであるドット被覆部或いはストライプ被覆部を間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍであるように並べたマスクを形成し、ＨＶＰＥ法によって成長温度が１０４０℃〜１１５０℃であって、５／３族比ｂが１〜１０であるような３族、５族原料ガスと、鉄を含むガスとを供給することによって下地基板の上に窒化物半導体結晶を成長させ、下地基板を除去することによって、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上の自立した半絶縁性窒化物半導体基板を得るようにしたことを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
成長温度が１０９０℃〜１１５０℃であり、５／３族比ｂが１〜５であって、被覆部を除いて表面がほぼ平坦な結晶を成長させることを特徴とする請求項１に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
成長温度が１０４０℃〜１０７０℃であり、５／３族比ｂが１〜１０であって、被覆部を底とし隣接被覆部の中間を山とするファセット面を持つ結晶を成長させることを特徴とする請求項１に記載の半絶縁性窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上、反りの曲率半径が３ｍ以上であることを特徴とする半絶縁性窒化物半導体基板。
【請求項５】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上、厚みが１００μｍ以上の半絶縁性窒化物半導体基板と、この基板上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜を備え、反りの曲率半径が３ｍ以上であることを特徴とする窒化物半導体エピタキシャル基板。
【請求項６】
直径又は幅ｓが１０μｍ〜１００μｍで間隔ｗが２５０μｍ〜２０００μｍで繰り返す点状或いは平行線状の結晶欠陥集合領域Ｈと、隣接する結晶欠陥集合領域Ｈ、Ｈの間に繰り返し存在する低欠陥単結晶領域Ｚと低欠陥単結晶領域Ｚ、Ｚの間に存在するＣ面成長領域Ｙとを含み、比抵抗が１×１０５Ωｃｍ以上である半絶縁性窒化物半導体基板と、
前記半絶縁性窒化物半導体基板の上に設けられた窒化物半導体エピタキシャル膜と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたゲート電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたソース電極と、
前記窒化物半導体エピタキシャル膜に設けられたドレイン電極を備え前記ゲート電極が結晶欠陥集合領域Ｈ以外に形成されていることを特徴とする電界効果トランジスタ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【公開番号】特開２００９−１２０４６５（Ｐ２００９−１２０４６５Ａ）
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１１３２８７（Ｐ２００８−１１３２８７）
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年６月４日（２００９．６．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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