窒化ガリウム結晶基板、半導体デバイス、半導体デバイスの製造方法および窒化ガリウム結晶基板の識別方法
【課題】半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法を提供する。
【解決手段】面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法である。
【解決手段】面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶基板、半導体デバイス、半導体デバイスの製造方法およびＧａＮ結晶基板の識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体結晶基板の中でも特にＧａＮ結晶基板は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板として注目されている。現在、ＧａＮ結晶基板を製造する方法としては、サファイア基板上に、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などにより、ＧａＮ結晶を気相成長させる方法が一般的に用いられている。
【０００３】
また、ＧａＮ結晶基板を用いた半導体デバイスは、ＧａＮ結晶基板上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などにより１層以上の窒化物半導体結晶層を気相成長させた後に電極を形成し、その後、チップ状に分割することにより製造されている。
【非特許文献１】播磨 弘，「ＧａＮおよび関連窒化物のラマン散乱分光」，材料，日本材料学会，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．９，２００２年９月，ｐｐ．９８３−９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスの製造コストを低減するためには、なるべく大きな表面を有するＧａＮ結晶基板上に窒化物半導体結晶層を気相成長させ、１枚のＧａＮ結晶基板からなるべく多くの半導体デバイスを得ることが有効である。
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ結晶基板の表面が大きくなればなるほど、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックや割れが発生する可能性が高くなる。半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックや割れが発生した場合には、不良品が多発したり、半導体デバイスの製造装置にＧａＮ結晶基板の破片などが飛散して連続生産が妨げられたりして、半導体デバイスの製造コストを低減することができないだけでなく、半導体デバイスの特性も悪化する可能性がある。したがって、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【０００８】
また、本発明は、面積が１８ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【０００９】
また、本発明は、面積が４０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１０】
また、本発明は、面積が７０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１１】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．１ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１２】
また、本発明のＧａＮ結晶基板においては、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のＧａＮ結晶基板においては、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記のいずれかのＧａＮ結晶基板を用いて作製された、半導体デバイスである。
【００１５】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下のＧａＮ結晶基板を識別する工程を含む、半導体デバイスの製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下のＧａＮ結晶基板を識別するＧａＮ結晶基板の識別方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１９】
図１に、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の好ましい一例の模式的な平面図を示す。ここで、本発明のＧａＮ結晶基板は、その表面１の面積が１０ｃｍ2以上であり、表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２（図１の実線と破線の間の領域）を除いた領域３（図１の破線で囲まれた領域）内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴としている。
【００２０】
これは、本発明者らが鋭意検討した結果、図１に示すように、１０ｃｍ2以上の面積を有する表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２を除いた領域３内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製した場合にはＧａＮ結晶基板の残留歪み（応力）が小さくなることに起因して、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減できることを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００２１】
なお、図１に示されている破線は説明の便宜のために記載された仮想線であって、本発明のＧａＮ結晶基板の表面に必ずしも形成されているわけではない。
【００２２】
ここで、Ｅ２Hフォノンモードについて、ウルツ鉱型のＧａＮ結晶を例にして説明すると、Ｅ２Hフォノンモードは、図２（ａ）に示すＧａ原子（白丸）およびＮ原子（黒丸）からなる結晶構造を有するＧａＮ結晶において、図２（ｂ）に示すようにＮ原子がｃ面内で変位するモードである。
【００２３】
また、図１に示す領域３内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、領域３をラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数により特定される。なお、非特許文献１の９８５頁のＴａｂｌｅＩＩにおいて、３００Ｋの温度におけるウルツ鉱型のＧａＮ結晶のＥ２Hフォノンモードのフォノン周波数として５６７．６ｃｍ-1が挙げられており、非特許文献１のＦｉｇ．３のラマンスペクトル図にはＥ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数が５６７．６ｃｍ-1の近傍に現れている。
【００２４】
また、ＧａＮ結晶基板の表面が大きいほど、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックおよび割れが発生しやすくなる。したがって、本発明は、ＧａＮ結晶基板の表面の面積が好ましくは１８ｃｍ2以上、より好ましくは４０ｃｍ2以上、さらに好ましくは７０ｃｍ2以上である場合に有効となる。
【００２５】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の１０ｃｍ2以上の面積を有する表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差は０．１ｃｍ-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減できる効果が特に顕著に現れる傾向にある。
【００２６】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生がより低減する傾向にあるだけでなく、結晶性が良好であるため、本発明のＧａＮ結晶基板を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好となる傾向にある。ここで、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅は、たとえば、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域をラマン分光分析して得られたラマンシフトのスペクトルのＥ２Hフォノンモードに対応するピークの半値幅（Ｅ２Hフォノンモードに対応するピークの強度の１／２のときのピークの波数の幅）を測定することにより算出することができる。
【００２７】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生の低減の効果が特に顕著に現れる傾向にあるだけでなく、結晶性がさらに良好となるために、本発明のＧａＮ結晶基板を用いて作製された半導体デバイスの特性もさらに良好となる傾向にある。
【００２８】
さらに、本発明においては、面積が１０ｃｍ2以上、好ましくは１８ｃｍ2以上、より好ましくは４０ｃｍ2以上、さらに好ましくは７０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下、好ましくは０．１ｃｍ-1以下となる本発明のＧａＮ結晶基板を識別し、そのように識別された本発明のＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製することができる。
【００２９】
このようにして半導体デバイスを作製した場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減することができるために、大きな面積の表面を有するＧａＮ結晶基板を用いることができ、半導体デバイスの製造コストを低減することができる傾向にある。ここで、半導体デバイスは、上記のように識別された本発明のＧａＮ結晶基板上に窒化物半導体層などを従来から公知の方法により積層することなどによって作製することができる。また、上記の半導体デバイスの作製においても、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値は２ｃｍ-1以下であることが好ましく、１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましいことは言うまでもない。
【００３０】
このような半導体デバイスとしては、たとえば、発光ダイオード若しくはレーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ若しくはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射センサ若しくは可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品または圧電アクチュエータなどの半導体デバイスが挙げられる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図３にその概略を示す成長炉３００を使用して、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy；ハイドライド気相成長）法によりＧａＮ結晶の成長を行なった。
【００３２】
ここで、成長炉３００は、反応室３０１と、反応室３０１内に種結晶基板１０を保持するための基板ホルダ３０２と、Ｇａ原料ガス（ＧａＣｌ）３３を合成するための合成室３０３と、合成室３０３内にＨＣｌガス３１を導入するためのガス導入管３０５と、反応室３０１内にＮ原料ガス（ＮＨ3）３６を導入するためのガス導入管３０６と、反応後のガスを反応室３０１から排気するための排気管３０７と、を含んでいる。また、合成室３０３内にはＧａ３２が収容されているＧａボート３０４が設置されており、反応室３０１、合成室３０３、ガス導入管３０５およびガス導入管３０６の周囲には、ヒータ３０８、ヒータ３０９およびヒータ３１０が設置されている。
【００３３】
まず、反応室３０１内の基板ホルダ３０２上に種結晶基板１０を設置した。ここで、種結晶基板１０としては、直径が２インチで厚みが３５０μｍのＧａＮ結晶からなるものを用いた。また、種結晶基板１０の表面は、（０００１）の面方位を有するＧａ面から＜１−１００＞方向に５°傾斜させるとともに鏡面研磨が施された表面であり、種結晶基板１０の表面の転位密度は５×１０6ｃｍ-2〜５×１０7ｃｍ-2程度であった。また、種結晶基板１０は、種結晶基板１０の表面内における原料ガスの供給量の均一性を向上させるために１０°傾けて設置された。
【００３４】
次に、種結晶基板１０を加熱して種結晶基板１０の表面温度を１２５０℃に保持するとともに種結晶基板１０を６０ｒｐｍの速度で回転させた状態で、Ｇａ原料ガス３３およびＮ原料ガス３６を含む原料ガスを反応室３０１内に導入することにより、種結晶基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させた。ここで、Ｇａ原料ガス３３の分圧は０．０５ａｔｍであり、Ｎ原料ガス３６の分圧は０．１ａｔｍであって、キャリアガスとしてＨ2ガスが用いられた。
【００３５】
なお、Ｇａ原料ガス３３は、合成室３０３内に設置されているＧａボート３０４を８００℃に加熱し、ガス導入管３０５により合成室３０３内にＨＣｌガス３１を導入して、Ｇａボート３０４中のＧａ３２とＨＣｌガス３１とを反応させることにより生成された。また、ＨＣｌガス３１は、キャリアガスであるＨ2ガスととも合成室３０３内に導入された。
【００３６】
そして、種結晶基板１０の表面上にＧａＮ結晶を１００時間成長させた。成長したＧａＮ結晶の表面は種結晶基板１０の表面に対して５°傾斜しており、平坦で傾斜のない（０００１）面となっていた。また、成長したＧａＮ結晶の厚みは、この（０００１）面の形成に伴って、ＧａＮ結晶の表面内で異なっており、最も厚い部分で約１０ｍｍ、最も薄い部分で約６ｍｍとなっていた。
【００３７】
上記のようにして成長させたＧａＮ結晶の表面に近い部分から、ＧａＮ結晶の表面の（０００１）面から＜１−１００＞方向に５°傾斜させて厚み３５０μｍのＧａＮ結晶基板を切り取った。そして、ＧａＮ結晶基板の表面（Ｇａ面）である上記の（０００１）面を鏡面研磨した後に、その表面の転位密度を測定したところ、２×１０4ｃｍ-2〜１×１０5ｃｍ-2という極めて低転位密度で高品質なＧａＮ結晶基板が得られた。
【００３８】
このようにして直径２インチのＧａＮ結晶基板を６０枚作製し、それぞれのＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトとそのラマンシフトのピークの半値幅とをそれぞれ縦横２ｍｍピッチで計５００点測定した。こうして測定した６０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表１に示す。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークは測定条件によって変化したが、５６６．０ｃｍ-1〜５６８．６ｃｍ-1の範囲内にあった。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００４１】
なお、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、以下のようにして測定した。まず、光源としてＡｒレーザ装置を用い、Ａｒレーザ装置から出射された波長５１４．５ｎｍのＡｒレーザ光を分光器スリット（１００μｍ）に通した。ここで、レーザ光のスポット径は５０倍の対物レンズを使用したため約２μｍとなり、露光は積算３０秒で１回とした。また、レーザ光の強度は、発振出力０．１Ｗ（ＧａＮ結晶基板の表面では約１０ｍＷ）であった。そして、図４の模式的斜視図に示すように、ＧａＮ結晶基板の表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２を除いた領域３に上記Ａｒレーザ光４を表面１に垂直に照射し、ｃ軸方向の後方散乱配置で反射光５をＧａＮ結晶基板の表面の温度が２０℃の状態で検出することにより行なった。なお、波数校正にはＮｅランプの４本の輝線スペクトルを二次関数で近似する方法を用い、測定した数値データはローレンツ関数で近似し、得られたラマンシフトのスペクトルにおいて、Ｅ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数とそのピークの半値幅とを求めた。
【００４２】
（実施例２）
直径を３インチとしたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でＧａＮ結晶基板を３０枚作製した。このようにして作製された直径３インチのＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内についてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトをこの領域内において均一に計３００点測定した。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、実施例１と同一の方法および同一の条件で測定した。
【００４３】
こうして測定した３０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００４６】
（実施例３）
直径を４インチとしたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でＧａＮ結晶基板を２０枚作製した。このようにして作製された直径４インチのＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内についてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトをこの領域内において均一に計３００点測定した。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、実施例１と同一の方法および同一の条件で測定した。
【００４７】
このようにして測定した２０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００５０】
（実施例４）
実施例１において半導体デバイスの作製時にクラックおよび割れが発生しなかった３９枚のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ１５μｍでキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ薄膜を成膜した。そして、それぞれｎ型ＧａＮ薄膜の表面上にＡｕからなる直径２００μｍのショットキー電極を２ｍｍピッチで形成し、それぞれのＧａＮ結晶基板の裏面の全面にはＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極を形成して、それぞれのＧａＮ結晶基板から半導体デバイスとして１００個のショットキーダイオードを作製した。
【００５１】
そして、上記のようにして作製したそれぞれのショットキーダイオードのショットキー電極とオーミック電極との間に逆電圧を印加して耐圧を測定することによりショットキーダイオードの評価を行なった。図５に、上記の３９枚のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値と、それぞれのＧａＮ結晶基板から作製されたショットキーダイオードの耐圧の平均値との関係を示す。なお、図５においては、縦軸がショットキーダイオードの耐圧の平均値を示し、横軸が上記の半値幅の平均値を示しており、縦軸の耐圧の平均値が高いほど良好な特性のショットキーダイオードが得られたことを示している。
【００５２】
図５に示すように、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下である場合にはショットキーダイオードの耐圧の平均値が高くなり、上記の半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下である場合には上記の耐圧の平均値が特に高くなっていることがわかった。
【００５３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のＧａＮ結晶基板の表面の好ましい一例の模式的な平面図である。
【図２】（ａ）はウルツ鉱型のＧａＮ結晶の結晶構造を示す図であり、（ｂ）はＥ２Hフォノンモードを説明する図である。
【図３】本発明の実施例においてＧａＮ結晶の成長に用いられた成長炉の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施例においてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの最大ピーク時の波数とそのピークの半値幅の測定方法を図解するための模式的な斜視図である。
【図５】本発明の実施例におけるＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値と、それぞれのＧａＮ結晶基板から作製されたショットキーダイオードの耐圧の平均値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 表面、２，３ 領域、４ Ａｒレーザ光、５ 反射光、１０ 種結晶基板、３１ ＨＣｌガス、３２ Ｇａ、３３ Ｇａ原料ガス、３６ Ｎ原料ガス、３００ 成長炉、３０１ 反応室、３０２ 基板ホルダ、３０３ 合成室、３０４ Ｇａボート、３０５，３０６ ガス導入管、３０７ 排気管、３０８，３０９，３１０ ヒータ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶基板、半導体デバイス、半導体デバイスの製造方法およびＧａＮ結晶基板の識別方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体結晶基板の中でも特にＧａＮ結晶基板は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板として注目されている。現在、ＧａＮ結晶基板を製造する方法としては、サファイア基板上に、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）などにより、ＧａＮ結晶を気相成長させる方法が一般的に用いられている。
【０００３】
また、ＧａＮ結晶基板を用いた半導体デバイスは、ＧａＮ結晶基板上に、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ；Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法などにより１層以上の窒化物半導体結晶層を気相成長させた後に電極を形成し、その後、チップ状に分割することにより製造されている。
【非特許文献１】播磨 弘，「ＧａＮおよび関連窒化物のラマン散乱分光」，材料，日本材料学会，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．９，２００２年９月，ｐｐ．９８３−９８８
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体デバイスの製造コストを低減するためには、なるべく大きな表面を有するＧａＮ結晶基板上に窒化物半導体結晶層を気相成長させ、１枚のＧａＮ結晶基板からなるべく多くの半導体デバイスを得ることが有効である。
【０００５】
しかしながら、ＧａＮ結晶基板の表面が大きくなればなるほど、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックや割れが発生する可能性が高くなる。半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックや割れが発生した場合には、不良品が多発したり、半導体デバイスの製造装置にＧａＮ結晶基板の破片などが飛散して連続生産が妨げられたりして、半導体デバイスの製造コストを低減することができないだけでなく、半導体デバイスの特性も悪化する可能性がある。したがって、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板の開発が望まれていた。
【０００６】
本発明の目的は、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【０００８】
また、本発明は、面積が１８ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【０００９】
また、本発明は、面積が４０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１０】
また、本発明は、面積が７０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１１】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板であって、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．１ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板である。
【００１２】
また、本発明のＧａＮ結晶基板においては、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることが好ましい。
【００１３】
また、本発明のＧａＮ結晶基板においては、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましい。
【００１４】
また、本発明は、上記のいずれかのＧａＮ結晶基板を用いて作製された、半導体デバイスである。
【００１５】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下のＧａＮ結晶基板を識別する工程を含む、半導体デバイスの製造方法である。
【００１６】
また、本発明は、面積が１０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下のＧａＮ結晶基板を識別するＧａＮ結晶基板の識別方法である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板、それを含む半導体デバイス、その半導体デバイスの製造方法ならびにそのＧａＮ結晶基板の識別方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、本発明の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。
【００１９】
図１に、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の好ましい一例の模式的な平面図を示す。ここで、本発明のＧａＮ結晶基板は、その表面１の面積が１０ｃｍ2以上であり、表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２（図１の実線と破線の間の領域）を除いた領域３（図１の破線で囲まれた領域）内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴としている。
【００２０】
これは、本発明者らが鋭意検討した結果、図１に示すように、１０ｃｍ2以上の面積を有する表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２を除いた領域３内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であるＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製した場合にはＧａＮ結晶基板の残留歪み（応力）が小さくなることに起因して、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減できることを見い出し、本発明を完成するに至ったものである。
【００２１】
なお、図１に示されている破線は説明の便宜のために記載された仮想線であって、本発明のＧａＮ結晶基板の表面に必ずしも形成されているわけではない。
【００２２】
ここで、Ｅ２Hフォノンモードについて、ウルツ鉱型のＧａＮ結晶を例にして説明すると、Ｅ２Hフォノンモードは、図２（ａ）に示すＧａ原子（白丸）およびＮ原子（黒丸）からなる結晶構造を有するＧａＮ結晶において、図２（ｂ）に示すようにＮ原子がｃ面内で変位するモードである。
【００２３】
また、図１に示す領域３内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、領域３をラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数により特定される。なお、非特許文献１の９８５頁のＴａｂｌｅＩＩにおいて、３００Ｋの温度におけるウルツ鉱型のＧａＮ結晶のＥ２Hフォノンモードのフォノン周波数として５６７．６ｃｍ-1が挙げられており、非特許文献１のＦｉｇ．３のラマンスペクトル図にはＥ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数が５６７．６ｃｍ-1の近傍に現れている。
【００２４】
また、ＧａＮ結晶基板の表面が大きいほど、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板にクラックおよび割れが発生しやすくなる。したがって、本発明は、ＧａＮ結晶基板の表面の面積が好ましくは１８ｃｍ2以上、より好ましくは４０ｃｍ2以上、さらに好ましくは７０ｃｍ2以上である場合に有効となる。
【００２５】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の１０ｃｍ2以上の面積を有する表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差は０．１ｃｍ-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減できる効果が特に顕著に現れる傾向にある。
【００２６】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生がより低減する傾向にあるだけでなく、結晶性が良好であるため、本発明のＧａＮ結晶基板を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好となる傾向にある。ここで、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅は、たとえば、表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域をラマン分光分析して得られたラマンシフトのスペクトルのＥ２Hフォノンモードに対応するピークの半値幅（Ｅ２Hフォノンモードに対応するピークの強度の１／２のときのピークの波数の幅）を測定することにより算出することができる。
【００２７】
また、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生の低減の効果が特に顕著に現れる傾向にあるだけでなく、結晶性がさらに良好となるために、本発明のＧａＮ結晶基板を用いて作製された半導体デバイスの特性もさらに良好となる傾向にある。
【００２８】
さらに、本発明においては、面積が１０ｃｍ2以上、好ましくは１８ｃｍ2以上、より好ましくは４０ｃｍ2以上、さらに好ましくは７０ｃｍ2以上の表面を有するＧａＮ結晶基板について、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下、好ましくは０．１ｃｍ-1以下となる本発明のＧａＮ結晶基板を識別し、そのように識別された本発明のＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製することができる。
【００２９】
このようにして半導体デバイスを作製した場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減することができるために、大きな面積の表面を有するＧａＮ結晶基板を用いることができ、半導体デバイスの製造コストを低減することができる傾向にある。ここで、半導体デバイスは、上記のように識別された本発明のＧａＮ結晶基板上に窒化物半導体層などを従来から公知の方法により積層することなどによって作製することができる。また、上記の半導体デバイスの作製においても、本発明のＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値は２ｃｍ-1以下であることが好ましく、１．５ｃｍ-1以下であることがより好ましいことは言うまでもない。
【００３０】
このような半導体デバイスとしては、たとえば、発光ダイオード若しくはレーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ若しくはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射センサ若しくは可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品または圧電アクチュエータなどの半導体デバイスが挙げられる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図３にその概略を示す成長炉３００を使用して、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy；ハイドライド気相成長）法によりＧａＮ結晶の成長を行なった。
【００３２】
ここで、成長炉３００は、反応室３０１と、反応室３０１内に種結晶基板１０を保持するための基板ホルダ３０２と、Ｇａ原料ガス（ＧａＣｌ）３３を合成するための合成室３０３と、合成室３０３内にＨＣｌガス３１を導入するためのガス導入管３０５と、反応室３０１内にＮ原料ガス（ＮＨ3）３６を導入するためのガス導入管３０６と、反応後のガスを反応室３０１から排気するための排気管３０７と、を含んでいる。また、合成室３０３内にはＧａ３２が収容されているＧａボート３０４が設置されており、反応室３０１、合成室３０３、ガス導入管３０５およびガス導入管３０６の周囲には、ヒータ３０８、ヒータ３０９およびヒータ３１０が設置されている。
【００３３】
まず、反応室３０１内の基板ホルダ３０２上に種結晶基板１０を設置した。ここで、種結晶基板１０としては、直径が２インチで厚みが３５０μｍのＧａＮ結晶からなるものを用いた。また、種結晶基板１０の表面は、（０００１）の面方位を有するＧａ面から＜１−１００＞方向に５°傾斜させるとともに鏡面研磨が施された表面であり、種結晶基板１０の表面の転位密度は５×１０6ｃｍ-2〜５×１０7ｃｍ-2程度であった。また、種結晶基板１０は、種結晶基板１０の表面内における原料ガスの供給量の均一性を向上させるために１０°傾けて設置された。
【００３４】
次に、種結晶基板１０を加熱して種結晶基板１０の表面温度を１２５０℃に保持するとともに種結晶基板１０を６０ｒｐｍの速度で回転させた状態で、Ｇａ原料ガス３３およびＮ原料ガス３６を含む原料ガスを反応室３０１内に導入することにより、種結晶基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させた。ここで、Ｇａ原料ガス３３の分圧は０．０５ａｔｍであり、Ｎ原料ガス３６の分圧は０．１ａｔｍであって、キャリアガスとしてＨ2ガスが用いられた。
【００３５】
なお、Ｇａ原料ガス３３は、合成室３０３内に設置されているＧａボート３０４を８００℃に加熱し、ガス導入管３０５により合成室３０３内にＨＣｌガス３１を導入して、Ｇａボート３０４中のＧａ３２とＨＣｌガス３１とを反応させることにより生成された。また、ＨＣｌガス３１は、キャリアガスであるＨ2ガスととも合成室３０３内に導入された。
【００３６】
そして、種結晶基板１０の表面上にＧａＮ結晶を１００時間成長させた。成長したＧａＮ結晶の表面は種結晶基板１０の表面に対して５°傾斜しており、平坦で傾斜のない（０００１）面となっていた。また、成長したＧａＮ結晶の厚みは、この（０００１）面の形成に伴って、ＧａＮ結晶の表面内で異なっており、最も厚い部分で約１０ｍｍ、最も薄い部分で約６ｍｍとなっていた。
【００３７】
上記のようにして成長させたＧａＮ結晶の表面に近い部分から、ＧａＮ結晶の表面の（０００１）面から＜１−１００＞方向に５°傾斜させて厚み３５０μｍのＧａＮ結晶基板を切り取った。そして、ＧａＮ結晶基板の表面（Ｇａ面）である上記の（０００１）面を鏡面研磨した後に、その表面の転位密度を測定したところ、２×１０4ｃｍ-2〜１×１０5ｃｍ-2という極めて低転位密度で高品質なＧａＮ結晶基板が得られた。
【００３８】
このようにして直径２インチのＧａＮ結晶基板を６０枚作製し、それぞれのＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトとそのラマンシフトのピークの半値幅とをそれぞれ縦横２ｍｍピッチで計５００点測定した。こうして測定した６０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表１に示す。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークは測定条件によって変化したが、５６６．０ｃｍ-1〜５６８．６ｃｍ-1の範囲内にあった。
【００３９】
【表１】
【００４０】
表１に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００４１】
なお、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、以下のようにして測定した。まず、光源としてＡｒレーザ装置を用い、Ａｒレーザ装置から出射された波長５１４．５ｎｍのＡｒレーザ光を分光器スリット（１００μｍ）に通した。ここで、レーザ光のスポット径は５０倍の対物レンズを使用したため約２μｍとなり、露光は積算３０秒で１回とした。また、レーザ光の強度は、発振出力０．１Ｗ（ＧａＮ結晶基板の表面では約１０ｍＷ）であった。そして、図４の模式的斜視図に示すように、ＧａＮ結晶基板の表面１の周縁から５ｍｍ内側までの領域２を除いた領域３に上記Ａｒレーザ光４を表面１に垂直に照射し、ｃ軸方向の後方散乱配置で反射光５をＧａＮ結晶基板の表面の温度が２０℃の状態で検出することにより行なった。なお、波数校正にはＮｅランプの４本の輝線スペクトルを二次関数で近似する方法を用い、測定した数値データはローレンツ関数で近似し、得られたラマンシフトのスペクトルにおいて、Ｅ２Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数とそのピークの半値幅とを求めた。
【００４２】
（実施例２）
直径を３インチとしたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でＧａＮ結晶基板を３０枚作製した。このようにして作製された直径３インチのＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内についてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトをこの領域内において均一に計３００点測定した。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、実施例１と同一の方法および同一の条件で測定した。
【００４３】
こうして測定した３０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表２に示す。
【００４４】
【表２】
【００４５】
表２に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００４６】
（実施例３）
直径を４インチとしたこと以外は実施例１と同一の方法および同一の条件でＧａＮ結晶基板を２０枚作製した。このようにして作製された直径４インチのＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内についてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトをこの領域内において均一に計３００点測定した。なお、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、実施例１と同一の方法および同一の条件で測定した。
【００４７】
このようにして測定した２０枚のＧａＮ結晶基板を、Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差により６段階に分類し、これらのＧａＮ結晶基板を用いて半導体デバイスを作製したときにクラックまたは割れが生じたＧａＮ結晶基板の枚数を調査した。その結果を表３に示す。
【００４８】
【表３】
【００４９】
表３に示すように、上記のＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができ、特に０．１ｃｍ-1以下である場合には半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を顕著に低減することができることがわかった。
【００５０】
（実施例４）
実施例１において半導体デバイスの作製時にクラックおよび割れが発生しなかった３９枚のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面上に、ＭＯＣＶＤ法により、厚さ１５μｍでキャリア濃度が１×１０17ｃｍ-3のｎ型ＧａＮ薄膜を成膜した。そして、それぞれｎ型ＧａＮ薄膜の表面上にＡｕからなる直径２００μｍのショットキー電極を２ｍｍピッチで形成し、それぞれのＧａＮ結晶基板の裏面の全面にはＴｉ／Ａｌからなるオーミック電極を形成して、それぞれのＧａＮ結晶基板から半導体デバイスとして１００個のショットキーダイオードを作製した。
【００５１】
そして、上記のようにして作製したそれぞれのショットキーダイオードのショットキー電極とオーミック電極との間に逆電圧を印加して耐圧を測定することによりショットキーダイオードの評価を行なった。図５に、上記の３９枚のＧａＮ結晶基板のそれぞれの表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値と、それぞれのＧａＮ結晶基板から作製されたショットキーダイオードの耐圧の平均値との関係を示す。なお、図５においては、縦軸がショットキーダイオードの耐圧の平均値を示し、横軸が上記の半値幅の平均値を示しており、縦軸の耐圧の平均値が高いほど良好な特性のショットキーダイオードが得られたことを示している。
【００５２】
図５に示すように、ＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下である場合にはショットキーダイオードの耐圧の平均値が高くなり、上記の半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下である場合には上記の耐圧の平均値が特に高くなっていることがわかった。
【００５３】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】本発明のＧａＮ結晶基板の表面の好ましい一例の模式的な平面図である。
【図２】（ａ）はウルツ鉱型のＧａＮ結晶の結晶構造を示す図であり、（ｂ）はＥ２Hフォノンモードを説明する図である。
【図３】本発明の実施例においてＧａＮ結晶の成長に用いられた成長炉の概略を示す図である。
【図４】本発明の実施例においてＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの最大ピーク時の波数とそのピークの半値幅の測定方法を図解するための模式的な斜視図である。
【図５】本発明の実施例におけるＧａＮ結晶基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値と、それぞれのＧａＮ結晶基板から作製されたショットキーダイオードの耐圧の平均値との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５５】
１ 表面、２，３ 領域、４ Ａｒレーザ光、５ 反射光、１０ 種結晶基板、３１ ＨＣｌガス、３２ Ｇａ、３３ Ｇａ原料ガス、３６ Ｎ原料ガス、３００ 成長炉、３０１ 反応室、３０２ 基板ホルダ、３０３ 合成室、３０４ Ｇａボート、３０５，３０６ ガス導入管、３０７ 排気管、３０８，３０９，３１０ ヒータ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項２】
面積が１８ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項３】
面積が４０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項４】
面積が７０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項５】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．１ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項６】
前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内における前記Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板。
【請求項７】
前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内における前記Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板を用いて作製された、半導体デバイス。
【請求項９】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板について、前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下の窒化ガリウム結晶基板を識別する工程を含む、半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板について、前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下の窒化ガリウム結晶基板を識別することを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板の識別方法。
【請求項１】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項２】
面積が１８ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項３】
面積が４０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項４】
面積が７０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項５】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板であって、前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．１ｃｍ-1以下であることを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板。
【請求項６】
前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内における前記Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２ｃｍ-1以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板。
【請求項７】
前記窒化ガリウム結晶基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内における前記Ｅ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が１．５ｃｍ-1以下であることを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の窒化ガリウム結晶基板を用いて作製された、半導体デバイス。
【請求項９】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板について、前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下の窒化ガリウム結晶基板を識別する工程を含む、半導体デバイスの製造方法。
【請求項１０】
面積が１０ｃｍ2以上の表面を有する窒化ガリウム結晶基板について、前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ-1以下の窒化ガリウム結晶基板を識別することを特徴とする、窒化ガリウム結晶基板の識別方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１６９１３２（Ｐ２００７−１６９１３２Ａ）
【公開日】平成１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３７２５４７（Ｐ２００５−３７２５４７）
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【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１９年７月５日（２００７．７．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月２６日（２００５．１２．２６）
【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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