窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法
【課題】半導体デバイス用の基板として好ましく用いられ得るように結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価された結晶表面層を有する窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法を提供する。
【解決手段】窒化物結晶１の機械加工後の化学機械的研磨により、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層１ａの結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶１の表面層１ａの結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である。
【解決手段】窒化物結晶１の機械加工後の化学機械的研磨により、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層１ａの結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶１の表面層１ａの結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法に関し、特に半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得る窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、近年では窒化物半導体結晶を利用した種々の半導体デバイスが作製されており、そのような半導体デバイスの典型例として窒化物半導体発光デバイスが作製されている。
【０００３】
窒化物半導体デバイスの作製においては、一般に、基板上に複数の窒化物半導体層がエピタキシャルに結晶成長させられる。エピタキシャル成長した窒化物半導体層の結晶品質はそのエピタキシャル成長に用いられた基板の表面層の状態に影響され、その窒化物半導体層を含む半導体デバイスの性能に影響を及ぼす。したがって、そのような基板として窒化物半導体結晶を用いる場合、少なくともエピタキシャル成長の下地となる基板主面は歪みを含まずかつ平滑であることが望ましい。
【０００４】
すなわち、エピタキシャル成長に用いられる窒化物半導体基板の主面は、一般に、その平滑化処理がなされるとともに歪み除去処理がなされる。この場合に、化合物半導体のなかでも窒化ガリウム系半導体は比較的硬質であり、表面平滑化処理が容易ではなく、その平滑化処理後の歪み除去処理も容易ではない。
【０００５】
特許文献１の特開２００４−３１１５７５号公報は、窒化ガリウム基板の表面研磨用の研磨組成物として軟質砥粒と硬質砥粒を用いる研磨方法とその組成物を開示している。また、特許文献２の米国特許第６５９６０７９号明細書では、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ種結晶上に気相エピタキシによって育成された（ＡｌＧａＩｎ）Ｎバルク結晶から基板を作製する場合において、機械的研磨された基板表面に対してＣＭＰ（化学機械的研磨）やエッチングなどを施すことによって、表面ダメージが除去されて１ｎｍ以下のＲＭＳ（２乗平均）表面粗さを有する基板面を形成する方法が開示されている。特許文献３の米国特許第６４８８７６７号明細書では、ＣＭＰ処理によって０．１５ｎｍのＲＭＳ表面粗さを有するＡｌxＧａyＩｎzＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）基板が開示されており、そのＣＭＰの処理剤にはＡｌ2Ｏ3砥粒、ＳｉＯ2砥粒、ｐＨ調整剤、および酸化剤が含められる。特許文献４の特開２００１−３２２８９９号公報では、ＧａＮ基板の研磨後にドライエッチで加工変質層を除去して、その基板表面が仕上げられる。
【０００６】
従来では、上述のように、ＧａＮ結晶を機械研磨した後にＣＭＰ処理またはドライエッチングすることによって、機械研磨時の加工変質層を除去して基板面を仕上げたＧａＮ基板を得ている。しかし、ＣＭＰ処理は処理レート遅く、コストや生産性に問題がある。また、ドライエッチングでは、表面粗さの問題が生じる。
【０００７】
すなわち、Ｓｉ基板のＣＭＰによる仕上げ方法やその方法における研磨剤は、硬質の窒化物半導体基板には不向きであって、表面層の除去速度を遅くする。特に、ＧａＮは化学的に安定であり、ウェットエッチングされにくいのでＣＭＰ処理が容易でない。また、ドライエッチングによって窒化物半導体表面を除去することはできるが、その表面を水平方向に平坦化する効果がないので、表面平滑化が得られない。
【０００８】
また、上述のように、基板面上に良好な結晶質の化合物半導体層をエピタキシャル成長させるためには、加工ダメージが少なく歪みの少ない良好な結晶品質の表面層を有する基板面を用いることが必要である。しかし、基板面において必要とされる表面層の結晶品質が明らかでない。
【０００９】
従来は、結晶の表面層の歪みの評価は、非特許文献１のJpn. J. Appl. Phys., Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142および非特許文献２の日本セラミックス協会学術論文誌，99，[7]，(1991)，p.613-619などに示されるように、結晶をへき開してそのへき開面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察することによって行なわれていた。すなわち、従来における結晶の表面層の歪み評価は、結晶を破壊する破壊試験により行なわれていたため、評価結果が悪くても評価後に修正することができず、また製品そのものを評価することができないという問題点があった。また。現状では、仕上げられた基板面における表面層の結晶性を非破壊的に評価する指標がなく、定量的に表面層の結晶品質を規定することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３１１５７５号公報
【特許文献２】米国特許第６５９６０７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６４８８７６７号明細書
【特許文献４】特開２００１−３２２８９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. S. Park, 他２名,“Free-Standing GaN Substrate by Hydride Vapor Phase Epitaxy”, Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142.
【非特許文献２】高橋裕，他３名，「窒化アルミニウム多結晶基板の湿式研磨における表面損傷の電子顕微鏡観察」，日本セラミックス協会学術論文誌，日本セラミックス協会，99，[7]，(1991)，p.613-619．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得るように結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価された結晶表面層を有する窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一つの態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みを２．１×１０-3以下とすることができる。
【００１４】
また、本発明の別の態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みを１５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１５】
また、本発明の別の態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１６】
上記態様の窒化物結晶の製造方法において、上記スラリーは、次亜塩素酸、塩素化イソシアヌル酸、塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸塩、ニクロム酸塩、臭素酸塩、チオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水およびオゾンからなる群から選ばれる１種以上の酸化剤を含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１８】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶格子面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００２０】
上記態様のエピ層付窒化物結晶基板の製造方法において、窒化物結晶基板の格子定数ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係を（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得るように結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価された結晶表面層を有する窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明にかかる窒化物結晶を基板として用いることにより特性のよい半導体デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】結晶表面から深さ方向への結晶の状態を示す断面模式図である。
【図２】本発明にかかるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す模式図である。
【図３】Ｘ線回折法における窒化物結晶の結晶格子の均一歪みと回折プロファイルにおける特定結晶格子面の面間隔との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける特定結晶格子面の面間隔を示す。
【図４】Ｘ線回折法における窒化物結晶の結晶格子の不均一歪みと回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の不均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅を示す。
【図５】Ｘ線回折法における窒化物結晶の特定結晶格子面の面方位ずれとロッキングカーブにおける半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は特定結晶格子面の面方位ずれを示し、（ｂ）はロッキングカーブにおける半価幅を示す。
【図６】本発明にかかる半導体デバイスの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明においては、Ｘ線回折法を用いることにより、窒化物結晶の表面層における結晶性を、結晶を破壊することなく直接評価することができる。ここで、結晶性の評価とは、結晶の歪みがどの程度あるかを評価することをいい、具体的には、結晶格子の歪み、結晶格子面の面方位ずれがどの程度あるかを評価することをいう。また、結晶格子の歪みには、結晶格子が均一に歪んでいる均一歪みと、結晶格子が不均一に歪んでいる不均一歪みとがある。結晶格子面の面方位ずれとは、結晶格子全体の格子面の面方位の平均方位から各々の結晶格子の格子面の面方位がずれているばらつきの大きさをいう。
【００２４】
図１に示すように、窒化物結晶１は、切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶表面１ｓから一定の深さ方向の結晶表面層１ａに結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが生じる。また、結晶表面層１ａに隣接する結晶表面隣接層１ｂにも、結晶格子の均一歪み、不均一歪みまたは結晶格子の面方位ずれの少なくともいずれかが生じる場合もある（図１は、結晶格子の面方位ずれが生じている場合を示す）。さらに、結晶表面隣接層１ｂよりも内側の結晶内層１ｃでは、その結晶本来の結晶構造を有するものと考えられる。なお、表面加工における研削または研磨の方法、程度などにより、結晶表面層１ａ、結晶表面隣接層１ｂの状態、厚さが異なる。
【００２５】
ここで、結晶の表面からその深さ方向に、結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを評価することにより、結晶表面層の結晶性を直接かつ確実に評価することができる。
【００２６】
本発明において窒化物結晶の表面層の結晶性を評価するためのＸ線回折測定は、窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるものである。
【００２７】
ここで、任意の特定結晶格子面の回折条件とは、任意に特定されたその結晶格子面によってＸ線が回折される条件をいい、Ｂｒａｇｇ角をθ、Ｘ線の波長をλ、結晶格子面の面間隔をｄとすると、Ｂｒａｇｇの条件式（２ｄｓｉｎθ＝ｎλ、ここでｎは整数）を満たす結晶格子面でＸ線が回折される。
【００２８】
また、Ｘ線侵入深さとは、入射Ｘ線の強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になるときの結晶表面１ｓからの垂直深さ方向への距離をいう。このＸ線侵入深さＴは、図２を参照して、窒化物結晶１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶表面１ｓの傾き角χ、結晶表面１ｓに対するＸ線入射角ω、Ｂｒａｇｇ角θによって、式（１）のように表わされる。なお、χ軸２１は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面内にあり、ω軸（２θ軸）２２は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面に垂直であり、φ軸２３は結晶表面１ｓに垂直である。φは結晶表面１ｓ内の回転角を示す。
【００２９】
【数１】
【００３０】
したがって、上記の特定結晶格子面に対する回折条件を満たすように、χ、ωおよびφの少なくともいずれかを調整することにより、連続的にＸ線侵入深さＴを変えることができる。
【００３１】
なお、特定結晶格子面１ｄにおける回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さＴを変化させるためには、その特定結晶格子面１ｄと結晶表面１ｓとは平行でないことが必要である。特定結晶格子面と結晶表面とが平行であると、特定結晶格子面１ｄと入射Ｘ線１１とのなす角度であるθと結晶表面１ｓと入射Ｘ線１１とのなす角度であるωとが同じになり、特定結晶格子面１ｄにおいてＸ線侵入深さを変えることができなくなる。
【００３２】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶の任意の特定結晶格子面にＸ線を照射し、この特定結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔の変化から結晶格子の均一歪みを、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅の変化から結晶格子の不均一歪みを、ロッキングカーブにおける半価幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価することを、以下の実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下であることを特徴とする。
【００３４】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図３（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2はその窒化物結晶本来の特定結晶格子面の面間隔と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、結晶格子面内方向への引張応力３０など）による結晶表面層の結晶格子の均一歪みを反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2と異なる値をとる。
【００３５】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2とが現れる。したがって、ｄ2に対するｄ1とｄ2の差の割合である｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを表わすことができる。
【００３６】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表わされる表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である。窒化物結晶の表面層の均一歪みを｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2≦２．１×１０-3とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【００３８】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図４（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2はその窒化物結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の不均一歪み（たとえば、各結晶格子面の面間隔が、ｄ3、ｄ4〜ｄ5、ｄ6とそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2と異なる値をとる。
【００３９】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2とが現れる。したがって、ｖ1とｖ2の差である｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを表わすことができる。
【００４０】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｖ1−ｖ2｜の値で表わされる表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である。窒化物結晶の表面層の不均一歪みを｜ｖ1−ｖ2｜≦１５０（ａｒｃｓｅｃ）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【００４２】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図５（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の面方位ずれ（たとえば、各結晶格子の特定結晶格子面５１ｄ，５２ｄ，５３ｄの面方位がそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2と異なる値をとる。
【００４３】
上記の場合、図５（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2とが現れる。したがって、ｗ1とｗ2との差である｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の特定結晶格子面の面方位ずれを表わすことができる。
【００４４】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｗ1−ｗ2｜の値で表わされる表面層の特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である。窒化物結晶の表面層の特定結晶面の面方位ずれを｜ｗ1−ｗ2｜≦４００（ａｒｃｓｅｃ）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００４５】
なお、上記の実施形態１〜３における結晶性評価方法により評価される結晶性については、上記の表面加工に起因するものに限定されるものではなく、結晶成長の際に生じる結晶の歪みなども含めることができる。
【００４６】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面は３０ｎｍ以下の表面粗さＲｙを有することが好ましい。ここで、表面粗さＲｙとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積としてとして１０μｍ角（１０μｍ×１０μｍ＝１００μｍ2、以下同じ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和をいう。窒化物結晶の表面粗さＲｙを３０ｎｍ以下とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４７】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有することが好ましい。ここで、表面粗さＲａとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積として１０μｍ角だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。窒化物結晶の表面粗さＲａを３ｎｍ以下とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４８】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面はウルツ鉱型構造におけるＣ面に平行であることが好ましい。ここで、Ｃ面とは｛０００１｝面、｛０００−１｝面を意味する。族窒化物結晶の表面がウルツ鉱型構造における上記各面に平行または平行に近い状態（たとえば、窒化物結晶の表面と、ウルツ鉱型構造におけるＣ面とのなす角であるオフ角が０．０５°未満）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４９】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面はウルツ鉱型構造におけるＣ面に対して０．０５°以上１５°以下の範囲内のオフ角を有することが好ましい。０．０５°以上のオフ角を設けることにより窒化物結晶上にエピタキシャル成長させる半導体層の欠陥を低減することができる。しかし、オフ角が１５°を超えると上記半導体層に階段状の段差ができやすくなる。かかる観点から、オフ角は、０．１°以上１０°以下であることがより好ましい。
【００５０】
（実施形態４）
本実施形態は、上記実施形態１〜３の窒化物結晶で形成されている窒化物結晶基板である。また、本実施形態の窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させることにより、エピタキシャル層（エピ層ともいう）である１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板が得られる。ここで、窒化物結晶基板の格子定数（結晶成長面に垂直な軸における格子定数をいう、本実施形態において以下同じ）ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５であれば、窒化物結晶基板にその半導体層をエピタキシャル成長させることができ、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ
）≦０．０５であることが好ましい。かかる観点から、半導体層としては、ＩＩＩ族窒化物層が好ましい。
【００５１】
（実施形態５）
本実施形態は、上記実施形態４の窒化物結晶基板または上記エピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含む半導体デバイスである。こうして得られる半導体デバイスは、基板として用いられている窒化物結晶の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび面方位ずれの少なくともいずれかが小さいことから、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に形成される半導体層は結晶性が良好であり、良好なデバイス特性が得られる。
【００５２】
ここで、本実施形態における半導体層ついても、実施形態４における半導体層と同様である。すなわち、本実施形態においても、窒化物結晶基板の格子定数（結晶成長面に垂直な軸における格子定数をいう、本実施形態において以下同じ）ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５であれば、窒化物結晶基板にその半導体層をエピタキシャル成長させることができ、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．０５であることが好ましい。かかる観点から、半導体層としては、ＩＩＩ族窒化物層が好ましい。
【００５３】
本実施形態の半導体デバイスとしては、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（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、放射線センサ、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）などが挙げられる。
【００５４】
（実施形態６）
本実施形態の半導体デバイスは、図６を参照して、基板６１０として上記の窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスであって、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板（基板６１０）の一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている３層以上の複数の半導体層６５０と、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板（基板６１０）の他方の主面側に形成された第１の電極６６１と、複数の半導体層６５０の最外半導体層上に形成された第２の電極６６２とを含む発光素子を備え、さらに発光素子を搭載する導電体６８２を備え、発光素子の基板６１０側が発光面側であり、最外半導体層側が搭載面側であり、複数の半導体層６５０はｐ型半導体層６３０とｎ型半導体層６２０とこれらの導電型半導体層の間に形成されている発光層６４０とを含むことを特徴とする。上記構成を有することにより、窒化物結晶基板側を発光面側とする半導体デバイスを形成することができる。
【００５５】
本実施形態の半導体デバイスは、半導体層側が発光面側である半導体デバイスと比較して、発光層での発熱に対する放熱性に優れる。そのため、高電力で作動させても半導体デバイスの温度上昇が緩和され、高輝度の発光を得ることができる。また、サファイア基板などの絶縁性基板では、半導体層にｎ側電極およびｐ側電極の２種類の電極を形成する片面電極構造をとる必要があるが、本実施形態の半導体デバイスは、半導体層と基板とにそれぞれ電極を形成する両面電極構造をとることができ、半導体デバイスの主面の大部分を発光面とすることができる。さらに、半導体デバイスの実装の際に、ワイヤボンデイングが１回で足りるなど製造工程が簡略化できるなどの利点がある。
【００５６】
（実施形態７）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態１の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００５７】
本実施形態の半導体デバイスの窒化物結晶基板として選択される実施形態１の窒化物結晶は、その表面層の均一歪みが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００５８】
（実施形態８）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態２の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００５９】
本実施形態の半導体デバイスの窒化物結晶基板として選択される実施形態２の窒化物結晶は、その表面層の不均一歪みが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００６０】
（実施形態９）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態３の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００６１】
本実施形態の半導体デバイスの基板として選択される実施形態３の窒化物結晶は、その表面層の特定結晶格子面の面方位のずれが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００６２】
窒化物結晶は、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相成長法、またはフラックス法などの液相成長法により成長させることができる。
【００６３】
上記の成長法により得られた窒化物結晶から半導体デバイスの窒化物結晶基板となる窒化物結晶を切り出し、その表面を平坦化するため研削、研磨などの表面加工を行なう。表面加工のうち研削、機械的研磨などの機械加工では、硬質な砥粒が結晶に切り込んで材料を除去するため、窒化物結晶基板となる窒化物結晶の表面には結晶性が悪化した加工変質層（ダメージ層）が残る。したがって、機械加工で平坦化された基板上に高品質のＩＩＩ族窒化物半導層を作製するためには、加工変質層を低減することが必要となる。加工変質層の低減には、加工変質層および表面粗さの両方を低減できる観点から、ＣＭＰ処理がもっとも適している。
【００６４】
なお、基板表面の加工変質層は完全に除去する必要はなく、エピタキシャル成長前のアニール処理により表面の改質を行うこともできる。成長前のアニールにより結晶表面の再配列が行なわれ、結晶性のよい半導体層のエピタキシャル成長が可能となる。
【００６５】
窒化物結晶の表面層の結晶性を向上させるための表面加工方法の好ましい例として、ＣＭＰ表面処理方法について以下に説明する。ＣＭＰに用いられるスラリー溶液のｐＨの値ｘと酸化還元電位の値ｙ（ｍＶ）は以下の式（２）および（３）
ｙ≧−５０ｘ＋１０００ （２）
ｙ≦−５０ｘ＋１９００ （３）
のいずれもの関係を満たすことが好ましい。ｙ＜−５０ｘ＋１０００であると研磨速度が低くなる。一方、ｙ＞−５０ｘ＋１９００であると研磨パッドおよび研磨装置への腐食作用が大きくなり安定した研磨が困難となる。
【００６６】
また、研磨速度をさらに向上させる観点から、さらに以下の式（４）
ｙ≧−５０ｘ＋１３００ （４）
の関係をも満たすことが好ましい。
【００６７】
ＣＭＰのスラリーには、通常、塩酸、硫酸、硝酸などの酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどのアルカリが添加されているが、これらの酸および／またはアルカリのみでは化学的に安定な窒化ガリウムの表面を酸化する効果が小さい。そこで、さらに、酸化剤の添加により酸化還元電位を増加させて、上記式（２）および式（３）または上記式（３）および式（４）の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００６８】
ＣＭＰのスラリーに添加される酸化剤としては、特に制限はないが、研磨速度を高める観点から、次亜塩素酸、トリクロロイソシアヌル酸などの塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムなどの塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水、オゾンなどが好ましく用いられる。なお、これらの酸化剤は、単独で用いても、２以上を併用してもよい。
【００６９】
ＣＭＰのスラリーのｐＨは、６以下または８以上であることが好ましい。ｐＨが６以下の酸性スラリーまたはｐＨが８以上の塩基性スラリーをＩＩＩ族窒化物結晶に接触させて、ＩＩＩ族窒化物結晶の加工変質層をエッチング除去することにより、研磨速度を高めることができる。かかる観点から、スラリーのｐＨは４以下または１０以上であることがより好ましい。
【００７０】
ここで、スラリーのｐＨの調整に用いられる酸および塩基には特に制限はなく、たとえば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸などの有機酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ4ＯＨ、アミンなどの塩基の他、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩などの塩を用いることができる。また、上記酸化剤の添加により、ｐＨを調整することもできる。
【００７１】
ＣＭＰのスラリーには、砥粒が含まれることが好ましい。この砥粒により研磨速度をより高めることができる。スラリーに含められる砥粒には、特に制限はなく、窒化物結晶よりも硬度の高い高硬度砥粒、窒化物結晶の硬度以下に硬度の低い低硬度砥粒、または高硬度砥粒と低硬度砥粒との混合砥粒を用いることができる。
【実施例】
【００７２】
（比較例１）
窒化物結晶としてＨＶＰＥ法により成長させた厚さ５００μｍのＳｉドープされたｎ型ＧａＮ結晶を用いて、このｎ型ＧａＮ結晶を以下のようにして機械研磨した。すなわち、ダイヤモンド砥粒が分散したスラリーをラップ装置の定盤上に供給しながら、定盤に直径５０ｍｍ×厚さ５００μｍのｎ型ＧａＮ結晶のＧａ側Ｃ面（（０００１）面）を押し当てることにより、ｎ型ＧａＮ結晶を機械研磨した。定盤は銅定盤または錫定盤を用いた。粒径が６μｍ、３μｍ、１μｍの３種類の砥粒を準備し、機械研磨の進行とともに砥粒の粒径を段階的に小さくした。機械研磨における研磨圧力は１００ｇｆ／ｃｍ2〜５００ｇｆ／ｃｍ2、定盤の回転数は３０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍとした。
【００７３】
次に、機械研磨後のｎ型ＧａＮ結晶について、ウルツ鉱型構造の（１０−１３）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定することにより、回折プロファイルにおける（１０−１３）面（本測定における特定結晶格子面）の面間隔および回折強度ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける回折強度ピークの半価幅を求めた。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。また、Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。また、このｎ型ＧａＮ結晶の表面粗さＲｙおよび表面粗さＲａをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）（VEECO社製DIMENSION3100）により測定した。結果を表１にまとめた。
【００７４】
次に、図６を参照して、ｎ型ＧａＮ結晶の基板６１０の一方の主面側に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型半導体層６２０としての厚さ１μｍのｎ型ＧａＮ層６２１（ドーパント：Ｓｉ）および厚さ１５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層６２２（ドーパント：Ｓｉ）、発光層６４０、ｐ型半導体層６３０としての厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層６３１（ドーパント：Ｍｇ）および厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層６３２（ドーパント：Ｍｇ）を順次形成して、半導体デバイスとしての発光素子を得た。ここで、発光層６４０は、厚さ１０ｎｍのＧａＮ層で形成される障壁層の４層と、厚さ３ｎｍのＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ層で形成される井戸層の３層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。
【００７５】
次に、ｎ型ＧａＮ結晶の基板６１０の他方の主面側に第１の電極６６１として、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ１０００ｎｍのＡｌ層、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ２０００ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径１００μｍのｎ側電極を形成した。一方、ｐ型ＧａＮ層６３２上に第２の電極６６２として、厚さ４ｎｍのＮｉ層、厚さ４ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ側電極を形成した。上記積層体を４００μｍ角にチップ化した後に、上記ｐ側電極をＡｕＳｎで形成されたはんだ層６７０で導電体６８２にボンディングした。さらに、上記ｎ側電極と導電体６８１とをワイヤ６９０でボンディングして、発光デバイスとして構成を有する半導体デバイス６００を得た。得られた半導体デバイスを積分球内に搭載し、半導体デバイスに２０ｍＡの電流を注入して発光させ、積分球によって集められる光の出力を測定した。しかし、本比較例の半導体デバイスには発光が認められなかった。結果を表１にまとめた。
【００７６】
（実施例１〜７）
機械研磨後Ｘ線回折前に、表１に示す条件にてＣＭＰを行なったこと以外は比較例１と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。
【００７７】
【表１】
【００７８】
（比較例２）
窒化物結晶として昇華法により成長させた厚さ４００μｍのＳｉドープされたｎ型ＡｌＮ結晶を用いて、このｎ型ＡｌＮ結晶を比較例１と同様にして機械研磨を行なった。
【００７９】
機械研磨後のｎ型ＡｌＮ結晶について、ウルツ鉱型構造の（１１−２２）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定することにより、回折プロファイルにおける（１１−２２）面（本測定における特定結晶格子面）の面間隔および回折強度ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける回折強度ピークの半価幅を求めた。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。また、Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。また、このｎ型ＡｌＮ結晶の表面粗さＲｙおよび表面粗さＲａをＡＦＭにより測定した。結果を表２にまとめた。
【００８０】
次に、上記ＡｌＮ結晶を基板として用いて、比較例１と同様にして半導体デバイスを作製した。この半導体デバイスの光出力を比較例１と同様に測定したところ、発光が認められなかった。結果を表２にまとめた。
【００８１】
（実施例８〜１０）
機械研磨後Ｘ線回折前に、表２に示す条件にてＣＭＰを行なったこと以外は比較例２と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例２と同様に測定した。結果を表２にまとめた。
【００８２】
【表２】
【００８３】
上記表１および表２から明らかなように、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける特定結晶格子面の面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける特定結晶格子面の面間隔ｄ2とから得られる表面層の均一歪み｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2が２．１×１０-3以下、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる結晶表面層の不均一歪み｜ｖ1−ｖ2｜が１５０ａｒｃｓｅｃ以下、および０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる結晶表面層の特定結晶格子面の面方位ずれ｜ｗ1−ｗ2｜が４００ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかを満たす窒化物結晶を窒化物結晶基板として選択した半導体デバイスであるＬＥＤは、高い光出力を有していた。
【００８４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１ 窒化物結晶、１ａ 結晶表面層、１ｂ 結晶表面隣接層、１ｃ 結晶内層、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 特定結晶格子面、１ｓ 結晶表面、１１ 入射Ｘ線、１２ 出射Ｘ線、２１ χ軸、２２ ω軸（２θ軸）、２３ φ軸、３０ 引張応力、６００ 半導体デバイス、６１０ 基板、６２０ ｎ型半導体層、６２１ ｎ型ＧａＮ層、６２２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層、６３０ ｐ型半導体層、６３１ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、６３２ ｐ型ＧａＮ層、６４０ 発光層、６５０ 半導体層、６６１ 第１の電極、６６２ 第２の電極、６７０ はんだ層、６８１，６８２ 導電体、６９０ ワイヤ。
【技術分野】
【０００１】
本発明は窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法に関し、特に半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得る窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、近年では窒化物半導体結晶を利用した種々の半導体デバイスが作製されており、そのような半導体デバイスの典型例として窒化物半導体発光デバイスが作製されている。
【０００３】
窒化物半導体デバイスの作製においては、一般に、基板上に複数の窒化物半導体層がエピタキシャルに結晶成長させられる。エピタキシャル成長した窒化物半導体層の結晶品質はそのエピタキシャル成長に用いられた基板の表面層の状態に影響され、その窒化物半導体層を含む半導体デバイスの性能に影響を及ぼす。したがって、そのような基板として窒化物半導体結晶を用いる場合、少なくともエピタキシャル成長の下地となる基板主面は歪みを含まずかつ平滑であることが望ましい。
【０００４】
すなわち、エピタキシャル成長に用いられる窒化物半導体基板の主面は、一般に、その平滑化処理がなされるとともに歪み除去処理がなされる。この場合に、化合物半導体のなかでも窒化ガリウム系半導体は比較的硬質であり、表面平滑化処理が容易ではなく、その平滑化処理後の歪み除去処理も容易ではない。
【０００５】
特許文献１の特開２００４−３１１５７５号公報は、窒化ガリウム基板の表面研磨用の研磨組成物として軟質砥粒と硬質砥粒を用いる研磨方法とその組成物を開示している。また、特許文献２の米国特許第６５９６０７９号明細書では、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ種結晶上に気相エピタキシによって育成された（ＡｌＧａＩｎ）Ｎバルク結晶から基板を作製する場合において、機械的研磨された基板表面に対してＣＭＰ（化学機械的研磨）やエッチングなどを施すことによって、表面ダメージが除去されて１ｎｍ以下のＲＭＳ（２乗平均）表面粗さを有する基板面を形成する方法が開示されている。特許文献３の米国特許第６４８８７６７号明細書では、ＣＭＰ処理によって０．１５ｎｍのＲＭＳ表面粗さを有するＡｌxＧａyＩｎzＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）基板が開示されており、そのＣＭＰの処理剤にはＡｌ2Ｏ3砥粒、ＳｉＯ2砥粒、ｐＨ調整剤、および酸化剤が含められる。特許文献４の特開２００１−３２２８９９号公報では、ＧａＮ基板の研磨後にドライエッチで加工変質層を除去して、その基板表面が仕上げられる。
【０００６】
従来では、上述のように、ＧａＮ結晶を機械研磨した後にＣＭＰ処理またはドライエッチングすることによって、機械研磨時の加工変質層を除去して基板面を仕上げたＧａＮ基板を得ている。しかし、ＣＭＰ処理は処理レート遅く、コストや生産性に問題がある。また、ドライエッチングでは、表面粗さの問題が生じる。
【０００７】
すなわち、Ｓｉ基板のＣＭＰによる仕上げ方法やその方法における研磨剤は、硬質の窒化物半導体基板には不向きであって、表面層の除去速度を遅くする。特に、ＧａＮは化学的に安定であり、ウェットエッチングされにくいのでＣＭＰ処理が容易でない。また、ドライエッチングによって窒化物半導体表面を除去することはできるが、その表面を水平方向に平坦化する効果がないので、表面平滑化が得られない。
【０００８】
また、上述のように、基板面上に良好な結晶質の化合物半導体層をエピタキシャル成長させるためには、加工ダメージが少なく歪みの少ない良好な結晶品質の表面層を有する基板面を用いることが必要である。しかし、基板面において必要とされる表面層の結晶品質が明らかでない。
【０００９】
従来は、結晶の表面層の歪みの評価は、非特許文献１のJpn. J. Appl. Phys., Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142および非特許文献２の日本セラミックス協会学術論文誌，99，[7]，(1991)，p.613-619などに示されるように、結晶をへき開してそのへき開面をＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）により観察することによって行なわれていた。すなわち、従来における結晶の表面層の歪み評価は、結晶を破壊する破壊試験により行なわれていたため、評価結果が悪くても評価後に修正することができず、また製品そのものを評価することができないという問題点があった。また。現状では、仕上げられた基板面における表面層の結晶性を非破壊的に評価する指標がなく、定量的に表面層の結晶品質を規定することが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４−３１１５７５号公報
【特許文献２】米国特許第６５９６０７９号明細書
【特許文献３】米国特許第６４８８７６７号明細書
【特許文献４】特開２００１−３２２８９９号公報
【非特許文献】
【００１１】
【非特許文献１】S. S. Park, 他２名,“Free-Standing GaN Substrate by Hydride Vapor Phase Epitaxy”, Jpn. J. Appl. Phys., The Japan Society of Applied Physics, Vol. 39, November 2000, p.L1141-L1142.
【非特許文献２】高橋裕，他３名，「窒化アルミニウム多結晶基板の湿式研磨における表面損傷の電子顕微鏡観察」，日本セラミックス協会学術論文誌，日本セラミックス協会，99，[7]，(1991)，p.613-619．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得るように結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価された結晶表面層を有する窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の一つの態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みを２．１×１０-3以下とすることができる。
【００１４】
また、本発明の別の態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みを１５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１５】
また、本発明の別の態様によれば、窒化物結晶の製造方法は、気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、機械加工により悪化した窒化物結晶の表面層の結晶性を化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、化学機械的研磨においてｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１６】
上記態様の窒化物結晶の製造方法において、上記スラリーは、次亜塩素酸、塩素化イソシアヌル酸、塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸塩、ニクロム酸塩、臭素酸塩、チオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水およびオゾンからなる群から選ばれる１種以上の酸化剤を含むことができる。
【００１７】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１８】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００１９】
本発明のさらに別の態様によれば、エピ層付窒化物結晶基板の製造方法は、窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶格子面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、上記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む。
【００２０】
上記態様のエピ層付窒化物結晶基板の製造方法において、窒化物結晶基板の格子定数ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係を（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５とすることができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、半導体デバイスを作製する際のエピタキシャル結晶成長用の基板として好ましく用いられ得るように結晶を破壊することなく直接かつ確実に評価された結晶表面層を有する窒化物結晶およびエピ層付窒化物結晶基板の製造方法を提供することができる。すなわち、本発明にかかる窒化物結晶を基板として用いることにより特性のよい半導体デバイスが得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】結晶表面から深さ方向への結晶の状態を示す断面模式図である。
【図２】本発明にかかるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す模式図である。
【図３】Ｘ線回折法における窒化物結晶の結晶格子の均一歪みと回折プロファイルにおける特定結晶格子面の面間隔との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける特定結晶格子面の面間隔を示す。
【図４】Ｘ線回折法における窒化物結晶の結晶格子の不均一歪みと回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は結晶格子の不均一歪みを示し、（ｂ）は回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅を示す。
【図５】Ｘ線回折法における窒化物結晶の特定結晶格子面の面方位ずれとロッキングカーブにおける半価幅との関係を示す模式図である。ここで、（ａ）は特定結晶格子面の面方位ずれを示し、（ｂ）はロッキングカーブにおける半価幅を示す。
【図６】本発明にかかる半導体デバイスの一例を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明においては、Ｘ線回折法を用いることにより、窒化物結晶の表面層における結晶性を、結晶を破壊することなく直接評価することができる。ここで、結晶性の評価とは、結晶の歪みがどの程度あるかを評価することをいい、具体的には、結晶格子の歪み、結晶格子面の面方位ずれがどの程度あるかを評価することをいう。また、結晶格子の歪みには、結晶格子が均一に歪んでいる均一歪みと、結晶格子が不均一に歪んでいる不均一歪みとがある。結晶格子面の面方位ずれとは、結晶格子全体の格子面の面方位の平均方位から各々の結晶格子の格子面の面方位がずれているばらつきの大きさをいう。
【００２４】
図１に示すように、窒化物結晶１は、切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶表面１ｓから一定の深さ方向の結晶表面層１ａに結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが生じる。また、結晶表面層１ａに隣接する結晶表面隣接層１ｂにも、結晶格子の均一歪み、不均一歪みまたは結晶格子の面方位ずれの少なくともいずれかが生じる場合もある（図１は、結晶格子の面方位ずれが生じている場合を示す）。さらに、結晶表面隣接層１ｂよりも内側の結晶内層１ｃでは、その結晶本来の結晶構造を有するものと考えられる。なお、表面加工における研削または研磨の方法、程度などにより、結晶表面層１ａ、結晶表面隣接層１ｂの状態、厚さが異なる。
【００２５】
ここで、結晶の表面からその深さ方向に、結晶格子の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを評価することにより、結晶表面層の結晶性を直接かつ確実に評価することができる。
【００２６】
本発明において窒化物結晶の表面層の結晶性を評価するためのＸ線回折測定は、窒化物結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるものである。
【００２７】
ここで、任意の特定結晶格子面の回折条件とは、任意に特定されたその結晶格子面によってＸ線が回折される条件をいい、Ｂｒａｇｇ角をθ、Ｘ線の波長をλ、結晶格子面の面間隔をｄとすると、Ｂｒａｇｇの条件式（２ｄｓｉｎθ＝ｎλ、ここでｎは整数）を満たす結晶格子面でＸ線が回折される。
【００２８】
また、Ｘ線侵入深さとは、入射Ｘ線の強度が１／ｅ（ｅは自然対数の底）になるときの結晶表面１ｓからの垂直深さ方向への距離をいう。このＸ線侵入深さＴは、図２を参照して、窒化物結晶１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶表面１ｓの傾き角χ、結晶表面１ｓに対するＸ線入射角ω、Ｂｒａｇｇ角θによって、式（１）のように表わされる。なお、χ軸２１は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面内にあり、ω軸（２θ軸）２２は入射Ｘ線１１と出射Ｘ線１２とにより作られる面に垂直であり、φ軸２３は結晶表面１ｓに垂直である。φは結晶表面１ｓ内の回転角を示す。
【００２９】
【数１】
【００３０】
したがって、上記の特定結晶格子面に対する回折条件を満たすように、χ、ωおよびφの少なくともいずれかを調整することにより、連続的にＸ線侵入深さＴを変えることができる。
【００３１】
なお、特定結晶格子面１ｄにおける回折条件を満たすように、連続的にＸ線侵入深さＴを変化させるためには、その特定結晶格子面１ｄと結晶表面１ｓとは平行でないことが必要である。特定結晶格子面と結晶表面とが平行であると、特定結晶格子面１ｄと入射Ｘ線１１とのなす角度であるθと結晶表面１ｓと入射Ｘ線１１とのなす角度であるωとが同じになり、特定結晶格子面１ｄにおいてＸ線侵入深さを変えることができなくなる。
【００３２】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶の任意の特定結晶格子面にＸ線を照射し、この特定結晶格子面についての回折プロファイルにおける面間隔の変化から結晶格子の均一歪みを、回折プロファイルにおける回折ピークの半価幅の変化から結晶格子の不均一歪みを、ロッキングカーブにおける半価幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価することを、以下の実施形態に基づいて具体的に説明する。
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下であることを特徴とする。
【００３４】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図３（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2はその窒化物結晶本来の特定結晶格子面の面間隔と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1は、結晶の表面加工の影響（たとえば、結晶格子面内方向への引張応力３０など）による結晶表面層の結晶格子の均一歪みを反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2と異なる値をとる。
【００３５】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける面間隔ｄ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける面間隔ｄ2とが現れる。したがって、ｄ2に対するｄ1とｄ2の差の割合である｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値によって、結晶表面層の均一歪みを表わすことができる。
【００３６】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表わされる表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である。窒化物結晶の表面層の均一歪みを｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2≦２．１×１０-3とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００３７】
（実施形態２）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【００３８】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図４（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2はその窒化物結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の不均一歪み（たとえば、各結晶格子面の面間隔が、ｄ3、ｄ4〜ｄ5、ｄ6とそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2と異なる値をとる。
【００３９】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についての回折プロファイルにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半価幅ｖ2とが現れる。したがって、ｖ1とｖ2の差である｜ｖ1−ｖ2｜の値によって、結晶表面層の不均一歪みを表わすことができる。
【００４０】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｖ1−ｖ2｜の値で表わされる表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である。窒化物結晶の表面層の不均一歪みを｜ｖ1−ｖ2｜≦１５０（ａｒｃｓｅｃ）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態の窒化物結晶は、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下であることを特徴とする。
【００４２】
図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍは窒化物結晶の表面から結晶表面層１ａ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍは窒化物結晶の表面から結晶内層１ｃ内までの距離に相当する。このとき、図５（ａ）を参照して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2はその結晶本来の半価幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1は、結晶の表面加工の影響による結晶表面層の結晶格子の面方位ずれ（たとえば、各結晶格子の特定結晶格子面５１ｄ，５２ｄ，５３ｄの面方位がそれぞれ異なる）を反映して、Ｘ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2と異なる値をとる。
【００４３】
上記の場合、図５（ｂ）を参照して、結晶の任意の特定結晶格子面についてのロッキングカーブにおいて、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半価幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半価幅ｗ2とが現れる。したがって、ｗ1とｗ2との差である｜ｗ1−ｗ2｜の値によって、結晶表面層の特定結晶格子面の面方位ずれを表わすことができる。
【００４４】
本実施形態の窒化物結晶は、この｜ｗ1−ｗ2｜の値で表わされる表面層の特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である。窒化物結晶の表面層の特定結晶面の面方位ずれを｜ｗ1−ｗ2｜≦４００（ａｒｃｓｅｃ）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを作製することができる。
【００４５】
なお、上記の実施形態１〜３における結晶性評価方法により評価される結晶性については、上記の表面加工に起因するものに限定されるものではなく、結晶成長の際に生じる結晶の歪みなども含めることができる。
【００４６】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面は３０ｎｍ以下の表面粗さＲｙを有することが好ましい。ここで、表面粗さＲｙとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積としてとして１０μｍ角（１０μｍ×１０μｍ＝１００μｍ2、以下同じ）だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から最も高い山頂までの高さと最も低い谷底までの深さとの和をいう。窒化物結晶の表面粗さＲｙを３０ｎｍ以下とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４７】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有することが好ましい。ここで、表面粗さＲａとは、粗さ曲面から、その平均面の方向に基準面積として１０μｍ角だけ抜き取り、この抜き取り部分の平均面から測定曲面までの偏差の絶対値を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。窒化物結晶の表面粗さＲａを３ｎｍ以下とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４８】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面はウルツ鉱型構造におけるＣ面に平行であることが好ましい。ここで、Ｃ面とは｛０００１｝面、｛０００−１｝面を意味する。族窒化物結晶の表面がウルツ鉱型構造における上記各面に平行または平行に近い状態（たとえば、窒化物結晶の表面と、ウルツ鉱型構造におけるＣ面とのなす角であるオフ角が０．０５°未満）とすることにより、この窒化物結晶上に結晶性の良好な半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスが得られる。
【００４９】
また、上記の実施形態１〜３の窒化物結晶において、結晶の表面はウルツ鉱型構造におけるＣ面に対して０．０５°以上１５°以下の範囲内のオフ角を有することが好ましい。０．０５°以上のオフ角を設けることにより窒化物結晶上にエピタキシャル成長させる半導体層の欠陥を低減することができる。しかし、オフ角が１５°を超えると上記半導体層に階段状の段差ができやすくなる。かかる観点から、オフ角は、０．１°以上１０°以下であることがより好ましい。
【００５０】
（実施形態４）
本実施形態は、上記実施形態１〜３の窒化物結晶で形成されている窒化物結晶基板である。また、本実施形態の窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させることにより、エピタキシャル層（エピ層ともいう）である１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板が得られる。ここで、窒化物結晶基板の格子定数（結晶成長面に垂直な軸における格子定数をいう、本実施形態において以下同じ）ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５であれば、窒化物結晶基板にその半導体層をエピタキシャル成長させることができ、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ
）≦０．０５であることが好ましい。かかる観点から、半導体層としては、ＩＩＩ族窒化物層が好ましい。
【００５１】
（実施形態５）
本実施形態は、上記実施形態４の窒化物結晶基板または上記エピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含む半導体デバイスである。こうして得られる半導体デバイスは、基板として用いられている窒化物結晶の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび面方位ずれの少なくともいずれかが小さいことから、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に形成される半導体層は結晶性が良好であり、良好なデバイス特性が得られる。
【００５２】
ここで、本実施形態における半導体層ついても、実施形態４における半導体層と同様である。すなわち、本実施形態においても、窒化物結晶基板の格子定数（結晶成長面に垂直な軸における格子定数をいう、本実施形態において以下同じ）ｋ0と半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５であれば、窒化物結晶基板にその半導体層をエピタキシャル成長させることができ、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．０５であることが好ましい。かかる観点から、半導体層としては、ＩＩＩ族窒化物層が好ましい。
【００５３】
本実施形態の半導体デバイスとしては、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（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、放射線センサ、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）などが挙げられる。
【００５４】
（実施形態６）
本実施形態の半導体デバイスは、図６を参照して、基板６１０として上記の窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスであって、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板（基板６１０）の一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている３層以上の複数の半導体層６５０と、窒化物結晶基板またはエピ層付窒化物結晶基板（基板６１０）の他方の主面側に形成された第１の電極６６１と、複数の半導体層６５０の最外半導体層上に形成された第２の電極６６２とを含む発光素子を備え、さらに発光素子を搭載する導電体６８２を備え、発光素子の基板６１０側が発光面側であり、最外半導体層側が搭載面側であり、複数の半導体層６５０はｐ型半導体層６３０とｎ型半導体層６２０とこれらの導電型半導体層の間に形成されている発光層６４０とを含むことを特徴とする。上記構成を有することにより、窒化物結晶基板側を発光面側とする半導体デバイスを形成することができる。
【００５５】
本実施形態の半導体デバイスは、半導体層側が発光面側である半導体デバイスと比較して、発光層での発熱に対する放熱性に優れる。そのため、高電力で作動させても半導体デバイスの温度上昇が緩和され、高輝度の発光を得ることができる。また、サファイア基板などの絶縁性基板では、半導体層にｎ側電極およびｐ側電極の２種類の電極を形成する片面電極構造をとる必要があるが、本実施形態の半導体デバイスは、半導体層と基板とにそれぞれ電極を形成する両面電極構造をとることができ、半導体デバイスの主面の大部分を発光面とすることができる。さらに、半導体デバイスの実装の際に、ワイヤボンデイングが１回で足りるなど製造工程が簡略化できるなどの利点がある。
【００５６】
（実施形態７）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態１の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００５７】
本実施形態の半導体デバイスの窒化物結晶基板として選択される実施形態１の窒化物結晶は、その表面層の均一歪みが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００５８】
（実施形態８）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態２の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００５９】
本実施形態の半導体デバイスの窒化物結晶基板として選択される実施形態２の窒化物結晶は、その表面層の不均一歪みが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００６０】
（実施形態９）
本実施形態は、基板として窒化物結晶基板または窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側にエピタキシャル成長により形成されている１層以上の半導体層を含むエピ層付窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、窒化物結晶基板として、実施形態３の窒化物結晶を選択し、基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含む半導体デバイスの製造方法である。
【００６１】
本実施形態の半導体デバイスの基板として選択される実施形態３の窒化物結晶は、その表面層の特定結晶格子面の面方位のずれが小さいため、その窒化物結晶上に結晶性のよい半導体層をエピタキシャル成長させることができ、特性のよい半導体デバイスを形成することができる。なお、本実施形態における半導体層についても、実施形態４および実施形態５における半導体層と同様である。
【００６２】
窒化物結晶は、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相成長法、またはフラックス法などの液相成長法により成長させることができる。
【００６３】
上記の成長法により得られた窒化物結晶から半導体デバイスの窒化物結晶基板となる窒化物結晶を切り出し、その表面を平坦化するため研削、研磨などの表面加工を行なう。表面加工のうち研削、機械的研磨などの機械加工では、硬質な砥粒が結晶に切り込んで材料を除去するため、窒化物結晶基板となる窒化物結晶の表面には結晶性が悪化した加工変質層（ダメージ層）が残る。したがって、機械加工で平坦化された基板上に高品質のＩＩＩ族窒化物半導層を作製するためには、加工変質層を低減することが必要となる。加工変質層の低減には、加工変質層および表面粗さの両方を低減できる観点から、ＣＭＰ処理がもっとも適している。
【００６４】
なお、基板表面の加工変質層は完全に除去する必要はなく、エピタキシャル成長前のアニール処理により表面の改質を行うこともできる。成長前のアニールにより結晶表面の再配列が行なわれ、結晶性のよい半導体層のエピタキシャル成長が可能となる。
【００６５】
窒化物結晶の表面層の結晶性を向上させるための表面加工方法の好ましい例として、ＣＭＰ表面処理方法について以下に説明する。ＣＭＰに用いられるスラリー溶液のｐＨの値ｘと酸化還元電位の値ｙ（ｍＶ）は以下の式（２）および（３）
ｙ≧−５０ｘ＋１０００ （２）
ｙ≦−５０ｘ＋１９００ （３）
のいずれもの関係を満たすことが好ましい。ｙ＜−５０ｘ＋１０００であると研磨速度が低くなる。一方、ｙ＞−５０ｘ＋１９００であると研磨パッドおよび研磨装置への腐食作用が大きくなり安定した研磨が困難となる。
【００６６】
また、研磨速度をさらに向上させる観点から、さらに以下の式（４）
ｙ≧−５０ｘ＋１３００ （４）
の関係をも満たすことが好ましい。
【００６７】
ＣＭＰのスラリーには、通常、塩酸、硫酸、硝酸などの酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨなどのアルカリが添加されているが、これらの酸および／またはアルカリのみでは化学的に安定な窒化ガリウムの表面を酸化する効果が小さい。そこで、さらに、酸化剤の添加により酸化還元電位を増加させて、上記式（２）および式（３）または上記式（３）および式（４）の関係を満たすようにすることが好ましい。
【００６８】
ＣＭＰのスラリーに添加される酸化剤としては、特に制限はないが、研磨速度を高める観点から、次亜塩素酸、トリクロロイソシアヌル酸などの塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウムなどの塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸カリウムなどの過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウムなどのニクロム酸塩、臭素酸カリウムなどの臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウムなどのチオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水、オゾンなどが好ましく用いられる。なお、これらの酸化剤は、単独で用いても、２以上を併用してもよい。
【００６９】
ＣＭＰのスラリーのｐＨは、６以下または８以上であることが好ましい。ｐＨが６以下の酸性スラリーまたはｐＨが８以上の塩基性スラリーをＩＩＩ族窒化物結晶に接触させて、ＩＩＩ族窒化物結晶の加工変質層をエッチング除去することにより、研磨速度を高めることができる。かかる観点から、スラリーのｐＨは４以下または１０以上であることがより好ましい。
【００７０】
ここで、スラリーのｐＨの調整に用いられる酸および塩基には特に制限はなく、たとえば、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸などの無機酸、ギ酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、フマル酸などの有機酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ4ＯＨ、アミンなどの塩基の他、硫酸塩、炭酸塩、リン酸塩などの塩を用いることができる。また、上記酸化剤の添加により、ｐＨを調整することもできる。
【００７１】
ＣＭＰのスラリーには、砥粒が含まれることが好ましい。この砥粒により研磨速度をより高めることができる。スラリーに含められる砥粒には、特に制限はなく、窒化物結晶よりも硬度の高い高硬度砥粒、窒化物結晶の硬度以下に硬度の低い低硬度砥粒、または高硬度砥粒と低硬度砥粒との混合砥粒を用いることができる。
【実施例】
【００７２】
（比較例１）
窒化物結晶としてＨＶＰＥ法により成長させた厚さ５００μｍのＳｉドープされたｎ型ＧａＮ結晶を用いて、このｎ型ＧａＮ結晶を以下のようにして機械研磨した。すなわち、ダイヤモンド砥粒が分散したスラリーをラップ装置の定盤上に供給しながら、定盤に直径５０ｍｍ×厚さ５００μｍのｎ型ＧａＮ結晶のＧａ側Ｃ面（（０００１）面）を押し当てることにより、ｎ型ＧａＮ結晶を機械研磨した。定盤は銅定盤または錫定盤を用いた。粒径が６μｍ、３μｍ、１μｍの３種類の砥粒を準備し、機械研磨の進行とともに砥粒の粒径を段階的に小さくした。機械研磨における研磨圧力は１００ｇｆ／ｃｍ2〜５００ｇｆ／ｃｍ2、定盤の回転数は３０ｒｐｍ〜１００ｒｐｍとした。
【００７３】
次に、機械研磨後のｎ型ＧａＮ結晶について、ウルツ鉱型構造の（１０−１３）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定することにより、回折プロファイルにおける（１０−１３）面（本測定における特定結晶格子面）の面間隔および回折強度ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける回折強度ピークの半価幅を求めた。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。また、Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。また、このｎ型ＧａＮ結晶の表面粗さＲｙおよび表面粗さＲａをＡＦＭ（原子間力顕微鏡）（VEECO社製DIMENSION3100）により測定した。結果を表１にまとめた。
【００７４】
次に、図６を参照して、ｎ型ＧａＮ結晶の基板６１０の一方の主面側に、ＭＯＣＶＤ法により、ｎ型半導体層６２０としての厚さ１μｍのｎ型ＧａＮ層６２１（ドーパント：Ｓｉ）および厚さ１５０ｎｍのｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層６２２（ドーパント：Ｓｉ）、発光層６４０、ｐ型半導体層６３０としての厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層６３１（ドーパント：Ｍｇ）および厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層６３２（ドーパント：Ｍｇ）を順次形成して、半導体デバイスとしての発光素子を得た。ここで、発光層６４０は、厚さ１０ｎｍのＧａＮ層で形成される障壁層の４層と、厚さ３ｎｍのＧａ0.85Ｉｎ0.15Ｎ層で形成される井戸層の３層とが交互に積層された多重量子井戸構造とした。
【００７５】
次に、ｎ型ＧａＮ結晶の基板６１０の他方の主面側に第１の電極６６１として、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ１０００ｎｍのＡｌ層、厚さ２００ｎｍのＴｉ層、厚さ２０００ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、窒素雰囲気中で加熱することにより、直径１００μｍのｎ側電極を形成した。一方、ｐ型ＧａＮ層６３２上に第２の電極６６２として、厚さ４ｎｍのＮｉ層、厚さ４ｎｍのＡｕ層から形成される積層構造を形成し、不活性ガス雰囲気中で加熱することにより、ｐ側電極を形成した。上記積層体を４００μｍ角にチップ化した後に、上記ｐ側電極をＡｕＳｎで形成されたはんだ層６７０で導電体６８２にボンディングした。さらに、上記ｎ側電極と導電体６８１とをワイヤ６９０でボンディングして、発光デバイスとして構成を有する半導体デバイス６００を得た。得られた半導体デバイスを積分球内に搭載し、半導体デバイスに２０ｍＡの電流を注入して発光させ、積分球によって集められる光の出力を測定した。しかし、本比較例の半導体デバイスには発光が認められなかった。結果を表１にまとめた。
【００７６】
（実施例１〜７）
機械研磨後Ｘ線回折前に、表１に示す条件にてＣＭＰを行なったこと以外は比較例１と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例１と同様にして測定した。結果を表１にまとめた。
【００７７】
【表１】
【００７８】
（比較例２）
窒化物結晶として昇華法により成長させた厚さ４００μｍのＳｉドープされたｎ型ＡｌＮ結晶を用いて、このｎ型ＡｌＮ結晶を比較例１と同様にして機械研磨を行なった。
【００７９】
機械研磨後のｎ型ＡｌＮ結晶について、ウルツ鉱型構造の（１１−２２）面からの回折Ｘ線を、Ｘ線侵入深さを０．３μｍから５μｍまで変えて測定することにより、回折プロファイルにおける（１１−２２）面（本測定における特定結晶格子面）の面間隔および回折強度ピークの半価幅ならびにロッキングカーブにおける回折強度ピークの半価幅を求めた。Ｘ線回折測定には、平行光学系、ＣｕＫα1のＸ線波長を用いた。また、Ｘ線侵入深さは、結晶表面に対するＸ線入射角ω、結晶表面の傾き角χおよび結晶表面内の回転角φの少なくともいずれかを変えることにより制御した。また、このｎ型ＡｌＮ結晶の表面粗さＲｙおよび表面粗さＲａをＡＦＭにより測定した。結果を表２にまとめた。
【００８０】
次に、上記ＡｌＮ結晶を基板として用いて、比較例１と同様にして半導体デバイスを作製した。この半導体デバイスの光出力を比較例１と同様に測定したところ、発光が認められなかった。結果を表２にまとめた。
【００８１】
（実施例８〜１０）
機械研磨後Ｘ線回折前に、表２に示す条件にてＣＭＰを行なったこと以外は比較例２と同様にして、半導体デバイスを作製した。得られた半導体デバイスの光出力を比較例２と同様に測定した。結果を表２にまとめた。
【００８２】
【表２】
【００８３】
上記表１および表２から明らかなように、結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定において、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける特定結晶格子面の面間隔ｄ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける特定結晶格子面の面間隔ｄ2とから得られる表面層の均一歪み｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2が２．１×１０-3以下、０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる結晶表面層の不均一歪み｜ｖ1−ｖ2｜が１５０ａｒｃｓｅｃ以下、および０．３μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍのＸ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる結晶表面層の特定結晶格子面の面方位ずれ｜ｗ1−ｗ2｜が４００ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかを満たす窒化物結晶を窒化物結晶基板として選択した半導体デバイスであるＬＥＤは、高い光出力を有していた。
【００８４】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００８５】
１ 窒化物結晶、１ａ 結晶表面層、１ｂ 結晶表面隣接層、１ｃ 結晶内層、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 特定結晶格子面、１ｓ 結晶表面、１１ 入射Ｘ線、１２ 出射Ｘ線、２１ χ軸、２２ ω軸（２θ軸）、２３ φ軸、３０ 引張応力、６００ 半導体デバイス、６１０ 基板、６２０ ｎ型半導体層、６２１ ｎ型ＧａＮ層、６２２ ｎ型Ａｌ0.1Ｇａ0.9Ｎ層、６３０ ｐ型半導体層、６３１ ｐ型Ａｌ0.2Ｇａ0.8Ｎ層、６３２ ｐ型ＧａＮ層、６４０ 発光層、６５０ 半導体層、６６１ 第１の電極、６６２ 第２の電極、６７０ はんだ層、６８１，６８２ 導電体、６９０ ワイヤ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項２】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項３】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される前記特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーは、次亜塩素酸、塩素化イソシアヌル酸、塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸塩、ニクロム酸塩、臭素酸塩、チオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水およびオゾンからなる群から選ばれる１種以上の酸化剤を含む請求項１から３のいずれかに記載の窒化物結晶の製造方法。
【請求項５】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項６】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項７】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される前記特定結晶格子面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物結晶基板の格子定数ｋ0と前記半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５である請求項５から７のいずれかに記載のエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項１】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項２】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項３】
気相成長法または液相成長法により成長させた窒化物結晶を機械加工した後化学機械的研磨することにより、前記機械加工により悪化した前記窒化物結晶の表面層の結晶性を前記化学機械的研磨により向上させる窒化物結晶の製造方法であって、
前記化学機械的研磨において、ｐＨが６以下または８以上のスラリーを用いて、
前記窒化物結晶の表面層の結晶性の向上は、前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される前記特定結晶面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である窒化物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記スラリーは、次亜塩素酸、塩素化イソシアヌル酸、塩素化イソシアヌル酸塩、過マンガン酸塩、ニクロム酸塩、臭素酸塩、チオ硫酸塩、硝酸、過酸化水素水およびオゾンからなる群から選ばれる１種以上の酸化剤を含む請求項１から３のいずれかに記載の窒化物結晶の製造方法。
【請求項５】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の面間隔において、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける前記面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶の表面層の均一歪みが２．１×１０-3以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項６】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折条件を満たしながら前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定から得られる前記特定結晶格子面の回折強度プロファイルにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｖ2とから得られる｜ｖ1−ｖ2｜の値で表される前記結晶の表面層の不均一歪みが１５０ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項７】
窒化物結晶基板を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法であって、
前記窒化物結晶基板として、窒化物結晶であって前記結晶の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させて測定されたロッキングカーブにおいて、０．３μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける回折強度ピークの半値幅ｗ2とから得られる｜ｗ1−ｗ2｜の値で表される前記特定結晶格子面の面方位ずれが４００ａｒｃｓｅｃ以下である結晶を選択し、
前記窒化物結晶基板の少なくとも一方の主面側に１層以上の半導体層をエピタキシャル成長させる工程を含むエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物結晶基板の格子定数ｋ0と前記半導体層の格子定数ｋとの関係が、（｜ｋ−ｋ0｜／ｋ）≦０．１５である請求項５から７のいずれかに記載のエピ層付窒化物結晶基板の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−５４５６３（Ｐ２０１２−５４５６３Ａ）
【公開日】平成２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９８０２８（Ｐ２０１１−１９８０２８）
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００８−３３４５０３（Ｐ２００８−３３４５０３）の分割
【原出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【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２４年３月１５日（２０１２．３．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１２日（２０１１．９．１２）
【分割の表示】特願２００８−３３４５０３（Ｐ２００８−３３４５０３）の分割
【原出願日】平成１７年６月２３日（２００５．６．２３）
【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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