ＩＩＩ族窒化物半導体自立基板
【課題】基板の反りを低減でき、クラック発生を抑制することができるIII族窒化物半導体自立基板を提供する。
【解決手段】サファイア基板とＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜との間にボイド形成ＧａＮ層を設け、ＧａＮ厚膜の成長終了後にボイド形成ＧａＮ層を境にＧａＮ厚膜を剥離させて作製したｎ型ＧａＮ自立基板において、前記板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度分布とする。これにより、基板外周部側の圧縮歪が基板中心部側の圧縮歪よりも低減し、基板の応力が緩和されので、基板の反りが低減するとともに、クラックの発生が抑制される。
【解決手段】サファイア基板とＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜との間にボイド形成ＧａＮ層を設け、ＧａＮ厚膜の成長終了後にボイド形成ＧａＮ層を境にＧａＮ厚膜を剥離させて作製したｎ型ＧａＮ自立基板において、前記板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度分布とする。これにより、基板外周部側の圧縮歪が基板中心部側の圧縮歪よりも低減し、基板の応力が緩和されので、基板の反りが低減するとともに、クラックの発生が抑制される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ基板等のIII族窒化物半導体自立基板に関し、特に、基板の反りの低
減が図れるIII族窒化物半導体自立基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体材料は禁制帯幅が充分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるた
め、短波長発光素子への適用が盛んに検討されている。また電子の飽和ドリフト速度が大きいこと、ヘテロ接合による２次元キャリアガスの利用が可能なこと等から、電子素子への応用も期待されている。
結晶欠陥が比較的少ないIII族窒化物系半導体自立基板を得る方法としては、サファイ
ア基板などの異種基板を下地基板とし、この下地基板上に結晶成長速度の速いハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いてＧａＮ結晶を厚くエピタキシャル成長させ、成長終了後に、下地基板を何らかの方法で除去し、残ったＧａＮ結晶層をＧａＮ自立基板として用いる方法が採用されている。
【０００３】
例えば、下地基板に開口部を有するマスクを形成し、開口部からＧａＮ層をラテラル成長させることにより転位の少ないＧａＮ層を得る技術、いわゆるＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）技術を用いて、サファイア基板上にＧａＮ層を形成した後、サファイア基板をエッチング等により除去し、ＧａＮ自立基板を得る方法がある。
【０００４】
また、ＤＥＥＰ（Dislocation Elimination by the Epi-growth with Inverted-Pyramidal Pits）法は、ＧａＡｓ基板上にパターニングした窒化珪素等のマスクを用いてＧａＮ層を成長させた後、エッチング等の方法でＧａＡｓ基板を除去する方法である。
さらに、ＶＡＳ（Void-Assisted Separation）法は、サファイア基板とＧａＮ層との間にボイド層を介在させた形でＧａＮ層を成長させ、成長終了後に前記ボイド層を境にＧａＮ層を剥離させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
発光素子の製造に用いられるＧａＮ基板は、通常、導電性の基板が使用されている。これは、ＧａＮ基板の表面上に形成されるエピタキシャル層の上部に電極（上部電極）を設けると共に、基板の裏面に電極（下部電極）を設けた上下電極構造の発光デバイスを製造するためである。ＧａＮ基板の導電型は、ｎ型が用いられることが多い。これは、ｐ型の導電性は、ＧａＮにＭｇをドーピングして結晶成長した後、熱処理や電子線照射による活性化処理を行わないと得られないからである。このため、ＧａＮ基板の導電型はｎ型が用いられ、デバイス構造を設計する際、エピタキシャル層構造の最表面がｐ型層となるように設計される。
【０００６】
ｎ型のＧａＮ結晶を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させる際には、通常モノシランやジシランをドーピングガスに用いて、Ｓｉをドープする方法が採られている。
しかし、高速成長に適したＨＶＰＥ法では、モノシランやジシランをドーピングガスに用いることができない。これは、ＨＶＰＥ法が、高温に加熱されたリアクタ壁に原料ガスが接触する、いわゆるホットウォールタイプの結晶成長方式であるため、モノシランやジシランが基板に到達する前に分解してしまい、実効的に結晶中に取り込まれないためである。
【０００７】
そこで、特許文献２では、ＨＶＰＥ法でｎ型窒化物半導体結晶を成長する際に、ジクロルシランをドーピングガスに用いてＳｉをドープする手法を提案している。また、特許文
献３では、酸素をドーパントに用いてｎ型導電性のＧａＮ基板を作製することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７８９８４号公報
【特許文献２】特開２０００−９１２３４号公報
【特許文献３】特開２０００−４４４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したように、ＧａＮ結晶を異種基板上に成長させることから、異種基板と成長はじめの初期ＧａＮ結晶層との線膨張係数の違い、また、初期ＧａＮ成長の欠陥密度と厚さ方向の欠陥密度の変化により、ＧａＮ結晶に応力が発生し、成長直後のアズグロウン（as grown）のＧａＮ基板は反り、場合によっては、応力に耐え切れずクラックが発生してしまう。また、反ったＧａＮ基板を平坦加工するため、基板面内でオフ角のばらつきが生じる。これらの問題によって、従来、ＧａＮ基板を用いたデバイス作製は難しかった。
【００１０】
本発明は、基板の反りを低減でき、クラック発生を抑制することができるIII族窒化物
半導体自立基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、ｎ型基板の外周部のキャリア濃度が、前記外周部より内側のキャリア濃度よりも低いことを特徴とするIII族窒化物半導体自立基板である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様のIII族窒化物半導体自立基板において、前記基板
の面内における、キャリア濃度の最大値とキャリア濃度の最小値との差をキャリア濃度の前記最大値で除した値Δσが０.０５より大きく、且つ前記基板の面内のいずれの場所に
おいてもキャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様のIII族窒化物半導体自立基板にお
いて、前記基板の主面が、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ｎ型のIII族窒化物半導体自立基板の外周部のキャリア濃度を、それ
より内側のキャリア濃度よりも低くすることにより、III族窒化物半導体自立基板の反り
を低減でき、クラックの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す上面図である。
【図３】キャリアガス流量を変更したときの、静止した基板上の各位置で成長したＧａＮ膜厚を示す図である。
【図４】図３の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例及び比較例における、ＧａＮ基板のキャリア濃度の分布と、基板の反り・クラックの有無との関係を示す図である。
【図６】図５の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例及び比較例における、ＧａＮ基板のキャリア濃度の最大変化量Δσと、基板の反りの変化量との関係を示す図である。
【図８】図７の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るIII−Ｖ族窒化物半導体自立基板の一実施形態を説明する。
【００１７】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体自立基板は、ｎ型のＧａＮ系半導体結晶からなるIII族窒化物半導体基板であって、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低くなっている。
III族窒化物半導体自立基板のキャリア濃度分布は、基板の中心及びその近傍でキャリ
ア濃度が最も高く、基板の中心（及びその近傍）から外周（外縁）に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布（後述の実施例１，２の場合）には限られない。例えば、基板の中心（及びその近傍）から外周（外縁）への中間部でキャリア濃度が最も高くなり、このキャリア濃度が最も高い位置から外周（外縁）へ向かってキャリア濃度が低下するようなキャリア濃度分布（後述の実施例３の場合）なども含まれる。
【００１８】
III族窒化物半導体自立基板、例えば、発光素子の製造に用いられるＧａＮ基板には、
ｎ型導電性の基板が用いられる。ｎ型ドーパントを含むＧａＮ等の窒化物半導体結晶層は圧縮歪となるため、基板面内でドーパント濃度分布、つまりキャリア濃度分布を変化させることにより、圧縮歪による応力の緩和を行うことが可能となる。
そこで、本実施形態では、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度分布とすることで、基板の外周部側の圧縮歪を基板の中心部側の圧縮歪よりも低減して、基板の応力を緩和し、基板の反りの低減を図っている。基板の反りを低減することで、クラックの発生を大幅に抑制できる。
【００１９】
本実施形態では、III族窒化物半導体自立基板のキャリア濃度分布を、基板の面内にお
けるキャリア濃度の最大値Ｃmaxとキャリア濃度の最小値Ｃminとの差Ｃmax−Ｃminをキャリア濃度の最大値Ｃmaxで除した値（Ｃmax−Ｃmin）／Ｃmax＝Δσ（以下、Δσを「キャリア濃度の最大変化量」という）で規定している。
従来、基板の面内におけるキャリア濃度は、なるべく均一化するようにしており、この均一化を図った場合のキャリア濃度の最大変化量Δσは、０.０５以下である。本実施形
態のIII族窒化物半導体自立基板では、キャリア濃度の最大変化量Δσを０.０５より大きくして、基板の反りの低減を図っている。なお、キャリア濃度の最大変化量Δσの上限は、後述の実施例などから、例えば０.１８以下とするのが好ましい。
また、本実施形態のIII族窒化物半導体自立基板には、基板の導電性を高めるために、
シリコン、酸素等のｎ型ドーパントがドープされており、基板面内のいずれの場所においても、キャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えている。
【００２０】
III族窒化物半導体の自立基板は、ハンドリング等が可能な強度を有し、基板の厚さは
２００μｍ以上とするのが好ましく、また、基板の直径は、２インチ（５０.８ｍｍ）以
上が好ましい。
また、III族窒化物半導体自立基板の主面である表面は、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のい
ずれかであることが好ましい。
【００２１】
III族窒化物半導体自立基板の製造は、下地基板上にIII族窒化物半導体自立基板となるIII族窒化物半導体層を形成し、このIII族窒化物半導体層を下地基板から分離することにより、III族窒化物半導体自立基板が得られる。
下地基板からの分離方法には、ＶＡＳ法（Void-Assisted Separation Method:ボイド形
成剥離法）での自然剥離、その他、エッチング、レーザー照射等の方法がある。下地基板には、サファイア基板、シリコン基板などの異種基板、或いはＧａＮ基板等の同種基板が用いられ、また、III族窒化物半導体層の成長には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などが用いられる。
【００２２】
III族窒化物半導体基板の外周部のキャリア濃度を、それより内側のキャリア濃度より
も低くする方法としては、次のような方法が挙げられる。
下地基板は、通常、基板ホルダ（治具）によって保持されるが、この基板ホルダが下地基板の上面外縁部を保持する部分の高さ（厚さ）を大きくする方法、基板ホルダと下地基板上に成長するIII族窒化物半導体層との固着を防止するためのパージガス量（ホルダパ
ージガス量）を増加する方法、或いは原料ガスのキャリアガス量を増加する方法などがある。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
【００２４】
本発明の実施例及び比較例では、ＶＡＳ法（例えば、上記の特許文献１等を参照）を用いて、直径２インチ（５０.８ｍｍ）のＧａＮ基板を作製した。
ＶＡＳ法では、サファイア基板とＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜との間にボイド形成ＧａＮ層を設け、ＧａＮ厚膜の成長終了後にボイド形成ＧａＮ層を境にＧａＮ厚膜を剥離させる方法であり、容易にＧａＮ自立基板を作製できるという特長がある。
【００２５】
実施例及び比較例では、まず、サファイア基板上にボイド形成ＧａＮ層を有するボイド形成基板を作製した。
具体的には、サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法によってアンドープＧａＮ層を成長し、このアンドープＧａＮ層上に真空蒸着によってＴｉ薄膜を蒸着した。このＴｉ薄膜を蒸着した基板を電気炉に入れ、アンモニアガスと水素ガスの混合ガスの雰囲気中で熱処理を施した。この熱処理により、アンドープＧａＮ層が高密度のボイドを有するボイド形成ＧａＮ層とされると共に、Ｔｉ薄膜が窒化され且つサブミクロンの微細な孔が高密度に形成された孔形成ＴｉＮ層とされた、ボイド形成基板が得られた。
このボイド形成基板を、下記の実施例及び比較例では、ＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜の成長用の出発基板（下地基板）として用いた。
【００２６】
図１は、本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す側面図であり、図２はその概略的構成の上面図である。
図１、図２に示すように、成長炉（ＨＶＰＥ炉）内の均熱板１上に、出発基板となるボイド形成基板２が水平状態で載置される。ＨＶＰＥ法により、ボイド形成基板２上にＧａＮ層（ＧａＮ厚膜）４を成長させる。ボイド形成基板２の外周部及び上面外縁部は、基板ホルダ（治具）３によって保持されている。ボイド形成基板２の上面外縁部を保持する基板ホルダ３の部分３ａは、ボイド形成基板２の上面から高さ（厚さ）ｄの寸法を有する。ボイド形成基板２は、図示省略の回転駆動機構により、ボイド形成基板２の中心軸の回りに所定の回転数で回転駆動される。ボイド形成基板２の上部側方には、ボイド形成基板２上に原料ガス及びキャリアガスの混合ガス２０を供給する原料噴出し口部５が設けられている。原料ガス及びキャリアガスの混合ガス２０は、原料噴出し口部５から吹き出され、図１、図２中の左側（上流側）から右側（下流側）に水平に流れる。
【００２７】
この実施例及び比較例においては、原料ガスには、Ｇａ原料ガスとしてＧａＣｌ（塩化ガリウム）、窒素原料ガスとしてＮＨ３（アンモニアガス）、ＳｉドーパントガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロルシラン）を用い、キャリアガスには、Ｎ２（窒素ガス）とＨ２（水素ガス）を用いた。
また、均熱板１及びボイド形成基板２の外周と基板ホルダ３の内周との間の隙間には、パージガス（ホルダパージガス）１０が流される。パージガス１０は、基板ホルダ３とボイド形成基板２上に成長するＧａＮ層４との固着を防止するためのガスであるが、このパージガス１０を、実施例２では更にＧａＮ層４のキャリア濃度分布を変更するためのガスとしても機能させている。
【００２８】
ボイド形成基板２上にＧａＮ層４を成長させる際には、ボイド形成基板２をその中心軸の回りに所定回転数で回転しつつ、均熱板１の下方から図示省略のヒータによってボイド形成基板２を所定温度に加熱すると共に、ボイド形成基板２上に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガス２０を流して、ボイド形成基板２上にＧａＮ層４を成長させた。また、ＧａＮ層４の成長時には、基板ホルダ３の内周部には所定流量のパージガス１０を流した。
【００２９】
（比較例１）
比較例１でのＧａＮ層４を成長する成長条件は、次に述べる比較例２及び実施例１〜３における成長条件のベースとなるものである。比較例１では、アンドープのＧａＮ層４を成長させた。従って、比較例１では、ＳｉＨ２Ｃｌ２は流していない。
【００３０】
比較例１の成長条件は次の通りである。
ＧａＮ層４の成長温度は１０５０℃とし、供給した原料ガス量はＧａＣｌが１００ｃｃ、ＮＨ３が１０００ｃｃであり、キャリアガスの流量はＮ２を６.９ｓｌｍ（standard liter/min）、Ｈ２を２ｓｌｍとし、基板回転は２０ｒｐｍとし、ＧａＮ層４成長部の外周
に流したパージガス１０のガス流量は１ｓｌｍと設定し、アンドープのＧａＮ層４を８００μｍの厚さ成長した。また、ボイド形成基板２の上面外縁部を保持する基板ホルダ３の部分３ａの高さ（厚さ）ｄは、１ｍｍとした。
【００３１】
作製したＧａＮ層４（ＧａＮ厚膜）をボイド形成基板２から剥離し、得られたＧａＮ層４からなるアズグロウンのＧａＮ自立基板の反りをレーザー変位計にて測定した。ＧａＮ自立基板は、その裏面が凸形状に反っていた（下記の比較例２及び実施例１〜３でも、同様にＧａＮ自立基板の裏面が凸形状に反っていた）。ここで、ＧａＮ基板の反りは、ＧａＮ基板の裏面を下にして平面上に置いたときに、前記平面に接するＧａＮ基板裏面の中心位置から半径方向に２５ｍｍ離れたＧａＮ基板の外縁部の位置における、前記平面からの垂直距離（高さ）で定義した。レーザー変位計による測定結果では、比較例１のＧａＮ自立基板の反りは、９３μｍであった。
【００３２】
また、ＧａＮ自立基板の面内のキャリア濃度を、非接触抵抗装置と移動度測定装置とを用いて測定した。ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の測定は、基板の中心点（ｒ＝０ｍｍ）と、中心点から半径方向に５ｍｍ間隔で離れた５点（ｒ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ）で行った。
測定された比較例１のＧａＮ自立基板のキャリア濃度は、中心点（ｒ＝０ｍｍ）では５.２５×１０１７ｃｍ−３、中心点からｒ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２
５ｍｍの各点では、それぞれ５.２５×１０１７ｃｍ−３、５.２０×１０１７ｃｍ−３、５.１９×１０１７ｃｍ−３、５.０９×１０１７ｃｍ−３、５.００×１０１７ｃｍ−３
であった。
また、比較例１のＧａＮ自立基板には、クラックの発生が認められた。
図５に、比較例１のＧａＮ自立基板の反り、各点のキャリア濃度、及びクラックの発生の有無を示す（図５には、比較例２及び実施例１〜３のＧａＮ自立基板の反り、各点のキャリア濃度、及びクラックの発生の有無も示している）。また、図６には、図５の測定結果のキャリア濃度分布をグラフ化して示している。
【００３３】
上記アズグロウンのＧａＮ自立基板の両面を研磨することで平坦化し、さらに円形に加
工して、直径２インチ（５０.８ｍｍ）の厚さ４００μｍのＧａＮ自立基板を得た。
【００３４】
（比較例２）
比較例２では、上記比較例１の成長条件に加えて、ｎ型ドーパント原料ガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２を２０ｃｃ供給し、高キャリア濃度のＧａＮ層４を成長した。比較例２でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
比較例２のＧａＮ自立基板の反りは、比較例１のＧａＮ自立基板と同じ９３μｍであり、キャリア濃度分布は、基板面内でほぼ均一であった。また、比較例２のＧａＮ自立基板には、クラックがあった。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、上記比較例２の成長条件において、基板ホルダ３の高さｄ＝１ｍｍより２ｍｍ高くし、ｄ＝３ｍｍに変更した。基板ホルダ３の高さｄを高くしたことにより、ＧａＮ層４の成長領域の外周部でガスが供給されにくい状態となるため、ＧａＮ層４の中心部側と外周部側のキャリア濃度が変化することが確認された。
実施例１でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例１のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、ＧａＮ自立基板の中心部で最も高く、基板の中心部から外周（外縁）部に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布であった。実施例１のＧａＮ自立基板の反りは７２μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２１μｍも低減した。また、クラックの発生はなかった。
【００３６】
（実施例２）
実施例２では、上記比較例２の成長条件において、パージガス１０の流量を１ｓｌｍから５ｓｌｍに変更（パージガス１０の流量を増加）した。
パージガス（ホルダパージガス）１０は、元々成長したＧａＮ層４と基板ホルダ３とが成長段階で固着しないような役割を果たしているが、パージガス１０を流すことでボイド形成基板２側に原料が届きにくい状態にすることも可能である。ＧａＮ層４の成長外周部のパージガス１０の流量を、比較例２の１ｓｌｍから５ｓｌｍに増加させることで、成長外周部のパージガス１０の流速が速くなり、成長しにくい状態となる。このため、ＧａＮ層４の外周部が中心部よりも低キャリア濃度の成長となった。
実施例２でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例２のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、ＧａＮ自立基板の中心部で最も高く、基板の中心部から外周（外縁）部に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布であった。実施例２のＧａＮ自立基板の反りは６５μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２８μｍも低減し、また、クラックの発生も認められなかった。
【００３７】
（実施例３）
実施例３では、上記比較例２の成長条件において、キャリアガスの流量を変更した。即ち、Ｎ２を６.９ｓｌｍ、Ｈ２を２ｓｌｍとするキャリアガスの流量条件（以下、流量条
件１という）から、Ｎ２を９.９ｓｌｍ、Ｈ２を２ｓｌｍとするキャリアガスの流量条件
（以下、流量条件２という）に変更し、キャリアガスの流量を増加した。原料ガス中のキャリアガスの流量を変更することで、原料ガスであるＮＨ３，ＧａＣｌ，及びＳｉＨ２Ｃｌ２の反応点を変化させることができる。
【００３８】
図１，図２において、基板を回転させず（基板回転０ｒｐｍ）、静止実験を行い、成長厚さの分布を調べた。基板を回転させないことを除いては、成長条件は、比較例２と同一であり（キャリアガス流量は流量条件１）、１時間の成長を実施した。静止実験であるの
で、どの部分で原料が反応しているか確認することが出来る。また、キャリアガス流量を流量条件２とし、同様に静止実験を行い、成長厚さの分布を調べた。
図３に、キャリアガス流量が流量条件１、流量条件２のときの、静止した基板上の各位置で成長したＧａＮ層の厚さを、また、図４に図３の結果をグラフ化したものを示す。
図３、図４に結果から、キャリアガスの流量条件１では、原料供給側の基板ホルダ３の端部よりなだらかに厚さが小さくなる。つまり、もっとも原料が反応している点は、基板ホルダ３の端部、もしくは基板ホルダ３より外周の原料供給側であることが推測できる。
また、キャリアガスの流量を増加させた流量条件２では、基板の中心（ｒ＝０ｍｍ）より＋１５ｍｍ（基板中心よりも混合ガス２０の下流側の方向）の位置がもっとも厚く、反応が激しい点となった。
【００３９】
実施例３では、上記比較例２の成長条件において、キャリアガス流量を流量条件２に変更した。
実施例３でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例３のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、基板の中心からｒ＝１５ｍｍ近傍までキャリア濃度が緩やかに増加し、その外周側でキャリア濃度が低下したキャリア濃度分布であった。実施例３のＧａＮ自立基板の反りは６７μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２６μｍも低減し、また、クラックの発生も認められなかった。
【００４０】
上記図５，図６に示す比較例及び実施例の結果より、ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の最大変化量Δσと基板の反りの変化量（減少量）との関係を図７に、また、図８に図７の結果をグラフ化して示す。
図７、図８に示すように、比較例１，２では、キャリア濃度の最大変化量Δσは、０.
０５と均一なキャリア濃度分布であり、Ｓｉドープした比較例２のＧａＮ自立基板でも、アンドープの比較例１のＧａＮ自立基板と同じ反りであり、クラックの発生があった。
一方、実施例１〜３のＧａＮ自立基板では、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低く、キャリア濃度の最大変化量Δσが０.１３〜０.１８であり、実施例１〜３のＧａＮ自立基板の反りは、比較例１，２の反り（９３μｍ）よりも大きく減少した。また、図７、図８に示す結果から、ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の最大変化量Δσが０.０５より大きければ、クラックの発生を防止することが可能であること
が分かる。また、キャリア濃度の最大変化量Δσが０.１８の場合（実施例２の場合）に
は、基板の反りが２８μｍも低減された。また、基板の外周部より内側にキャリア濃度が高い点がある場合（実施例３の場合）、つまり基板の中心部よりキャリア濃度が高い点がずれていても、基板の反りは大きく低減されることが分かった。
【００４１】
上記実施例では、異種基板であるサファイア基板を用いたＧａＮ成長であったが、ＧａＮ単結晶から行うＧａＮ厚膜成長においても、面内のキャリア濃度を成長温度、ガスの供給量、ガスの流量等の成長条件により変化させ、成長基板の応力を変化させることで、クラック発生の防止、基板の反りの低減を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 均熱板
２ ボイド形成基板
３ 基板ホルダ
４ ＧａＮ層（ＧａＮ自立基板）
５ 原料噴出し口部
１０ パージガス
２０ 原料ガス及びキャリアガスの混合ガス
ｄ 基板ホルダのボイド形成基板上面からの高さ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ基板等のIII族窒化物半導体自立基板に関し、特に、基板の反りの低
減が図れるIII族窒化物半導体自立基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体材料は禁制帯幅が充分大きく、バンド間遷移も直接遷移型であるた
め、短波長発光素子への適用が盛んに検討されている。また電子の飽和ドリフト速度が大きいこと、ヘテロ接合による２次元キャリアガスの利用が可能なこと等から、電子素子への応用も期待されている。
結晶欠陥が比較的少ないIII族窒化物系半導体自立基板を得る方法としては、サファイ
ア基板などの異種基板を下地基板とし、この下地基板上に結晶成長速度の速いハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いてＧａＮ結晶を厚くエピタキシャル成長させ、成長終了後に、下地基板を何らかの方法で除去し、残ったＧａＮ結晶層をＧａＮ自立基板として用いる方法が採用されている。
【０００３】
例えば、下地基板に開口部を有するマスクを形成し、開口部からＧａＮ層をラテラル成長させることにより転位の少ないＧａＮ層を得る技術、いわゆるＥＬＯ（Epitaxial Lateral Overgrowth）技術を用いて、サファイア基板上にＧａＮ層を形成した後、サファイア基板をエッチング等により除去し、ＧａＮ自立基板を得る方法がある。
【０００４】
また、ＤＥＥＰ（Dislocation Elimination by the Epi-growth with Inverted-Pyramidal Pits）法は、ＧａＡｓ基板上にパターニングした窒化珪素等のマスクを用いてＧａＮ層を成長させた後、エッチング等の方法でＧａＡｓ基板を除去する方法である。
さらに、ＶＡＳ（Void-Assisted Separation）法は、サファイア基板とＧａＮ層との間にボイド層を介在させた形でＧａＮ層を成長させ、成長終了後に前記ボイド層を境にＧａＮ層を剥離させるものである（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
発光素子の製造に用いられるＧａＮ基板は、通常、導電性の基板が使用されている。これは、ＧａＮ基板の表面上に形成されるエピタキシャル層の上部に電極（上部電極）を設けると共に、基板の裏面に電極（下部電極）を設けた上下電極構造の発光デバイスを製造するためである。ＧａＮ基板の導電型は、ｎ型が用いられることが多い。これは、ｐ型の導電性は、ＧａＮにＭｇをドーピングして結晶成長した後、熱処理や電子線照射による活性化処理を行わないと得られないからである。このため、ＧａＮ基板の導電型はｎ型が用いられ、デバイス構造を設計する際、エピタキシャル層構造の最表面がｐ型層となるように設計される。
【０００６】
ｎ型のＧａＮ結晶を、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で成長させる際には、通常モノシランやジシランをドーピングガスに用いて、Ｓｉをドープする方法が採られている。
しかし、高速成長に適したＨＶＰＥ法では、モノシランやジシランをドーピングガスに用いることができない。これは、ＨＶＰＥ法が、高温に加熱されたリアクタ壁に原料ガスが接触する、いわゆるホットウォールタイプの結晶成長方式であるため、モノシランやジシランが基板に到達する前に分解してしまい、実効的に結晶中に取り込まれないためである。
【０００７】
そこで、特許文献２では、ＨＶＰＥ法でｎ型窒化物半導体結晶を成長する際に、ジクロルシランをドーピングガスに用いてＳｉをドープする手法を提案している。また、特許文
献３では、酸素をドーパントに用いてｎ型導電性のＧａＮ基板を作製することが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００３−１７８９８４号公報
【特許文献２】特開２０００−９１２３４号公報
【特許文献３】特開２０００−４４４００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上述したように、ＧａＮ結晶を異種基板上に成長させることから、異種基板と成長はじめの初期ＧａＮ結晶層との線膨張係数の違い、また、初期ＧａＮ成長の欠陥密度と厚さ方向の欠陥密度の変化により、ＧａＮ結晶に応力が発生し、成長直後のアズグロウン（as grown）のＧａＮ基板は反り、場合によっては、応力に耐え切れずクラックが発生してしまう。また、反ったＧａＮ基板を平坦加工するため、基板面内でオフ角のばらつきが生じる。これらの問題によって、従来、ＧａＮ基板を用いたデバイス作製は難しかった。
【００１０】
本発明は、基板の反りを低減でき、クラック発生を抑制することができるIII族窒化物
半導体自立基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明は次のように構成されている。
本発明の第１の態様は、ｎ型基板の外周部のキャリア濃度が、前記外周部より内側のキャリア濃度よりも低いことを特徴とするIII族窒化物半導体自立基板である。
【００１２】
本発明の第２の態様は、第１の態様のIII族窒化物半導体自立基板において、前記基板
の面内における、キャリア濃度の最大値とキャリア濃度の最小値との差をキャリア濃度の前記最大値で除した値Δσが０.０５より大きく、且つ前記基板の面内のいずれの場所に
おいてもキャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えることを特徴とする。
【００１３】
本発明の第３の態様は、第１の態様又は第２の態様のIII族窒化物半導体自立基板にお
いて、前記基板の主面が、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のいずれかであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、ｎ型のIII族窒化物半導体自立基板の外周部のキャリア濃度を、それ
より内側のキャリア濃度よりも低くすることにより、III族窒化物半導体自立基板の反り
を低減でき、クラックの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す側面図である。
【図２】本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す上面図である。
【図３】キャリアガス流量を変更したときの、静止した基板上の各位置で成長したＧａＮ膜厚を示す図である。
【図４】図３の結果を示すグラフである。
【図５】本発明の実施例及び比較例における、ＧａＮ基板のキャリア濃度の分布と、基板の反り・クラックの有無との関係を示す図である。
【図６】図５の結果を示すグラフである。
【図７】本発明の実施例及び比較例における、ＧａＮ基板のキャリア濃度の最大変化量Δσと、基板の反りの変化量との関係を示す図である。
【図８】図７の結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に、本発明に係るIII−Ｖ族窒化物半導体自立基板の一実施形態を説明する。
【００１７】
本実施形態に係るIII族窒化物半導体自立基板は、ｎ型のＧａＮ系半導体結晶からなるIII族窒化物半導体基板であって、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低くなっている。
III族窒化物半導体自立基板のキャリア濃度分布は、基板の中心及びその近傍でキャリ
ア濃度が最も高く、基板の中心（及びその近傍）から外周（外縁）に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布（後述の実施例１，２の場合）には限られない。例えば、基板の中心（及びその近傍）から外周（外縁）への中間部でキャリア濃度が最も高くなり、このキャリア濃度が最も高い位置から外周（外縁）へ向かってキャリア濃度が低下するようなキャリア濃度分布（後述の実施例３の場合）なども含まれる。
【００１８】
III族窒化物半導体自立基板、例えば、発光素子の製造に用いられるＧａＮ基板には、
ｎ型導電性の基板が用いられる。ｎ型ドーパントを含むＧａＮ等の窒化物半導体結晶層は圧縮歪となるため、基板面内でドーパント濃度分布、つまりキャリア濃度分布を変化させることにより、圧縮歪による応力の緩和を行うことが可能となる。
そこで、本実施形態では、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低いキャリア濃度分布とすることで、基板の外周部側の圧縮歪を基板の中心部側の圧縮歪よりも低減して、基板の応力を緩和し、基板の反りの低減を図っている。基板の反りを低減することで、クラックの発生を大幅に抑制できる。
【００１９】
本実施形態では、III族窒化物半導体自立基板のキャリア濃度分布を、基板の面内にお
けるキャリア濃度の最大値Ｃmaxとキャリア濃度の最小値Ｃminとの差Ｃmax−Ｃminをキャリア濃度の最大値Ｃmaxで除した値（Ｃmax−Ｃmin）／Ｃmax＝Δσ（以下、Δσを「キャリア濃度の最大変化量」という）で規定している。
従来、基板の面内におけるキャリア濃度は、なるべく均一化するようにしており、この均一化を図った場合のキャリア濃度の最大変化量Δσは、０.０５以下である。本実施形
態のIII族窒化物半導体自立基板では、キャリア濃度の最大変化量Δσを０.０５より大きくして、基板の反りの低減を図っている。なお、キャリア濃度の最大変化量Δσの上限は、後述の実施例などから、例えば０.１８以下とするのが好ましい。
また、本実施形態のIII族窒化物半導体自立基板には、基板の導電性を高めるために、
シリコン、酸素等のｎ型ドーパントがドープされており、基板面内のいずれの場所においても、キャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えている。
【００２０】
III族窒化物半導体の自立基板は、ハンドリング等が可能な強度を有し、基板の厚さは
２００μｍ以上とするのが好ましく、また、基板の直径は、２インチ（５０.８ｍｍ）以
上が好ましい。
また、III族窒化物半導体自立基板の主面である表面は、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のい
ずれかであることが好ましい。
【００２１】
III族窒化物半導体自立基板の製造は、下地基板上にIII族窒化物半導体自立基板となるIII族窒化物半導体層を形成し、このIII族窒化物半導体層を下地基板から分離することにより、III族窒化物半導体自立基板が得られる。
下地基板からの分離方法には、ＶＡＳ法（Void-Assisted Separation Method:ボイド形
成剥離法）での自然剥離、その他、エッチング、レーザー照射等の方法がある。下地基板には、サファイア基板、シリコン基板などの異種基板、或いはＧａＮ基板等の同種基板が用いられ、また、III族窒化物半導体層の成長には、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ
法）、有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）などが用いられる。
【００２２】
III族窒化物半導体基板の外周部のキャリア濃度を、それより内側のキャリア濃度より
も低くする方法としては、次のような方法が挙げられる。
下地基板は、通常、基板ホルダ（治具）によって保持されるが、この基板ホルダが下地基板の上面外縁部を保持する部分の高さ（厚さ）を大きくする方法、基板ホルダと下地基板上に成長するIII族窒化物半導体層との固着を防止するためのパージガス量（ホルダパ
ージガス量）を増加する方法、或いは原料ガスのキャリアガス量を増加する方法などがある。
【実施例】
【００２３】
次に、本発明の実施例及び比較例を説明する。
【００２４】
本発明の実施例及び比較例では、ＶＡＳ法（例えば、上記の特許文献１等を参照）を用いて、直径２インチ（５０.８ｍｍ）のＧａＮ基板を作製した。
ＶＡＳ法では、サファイア基板とＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜との間にボイド形成ＧａＮ層を設け、ＧａＮ厚膜の成長終了後にボイド形成ＧａＮ層を境にＧａＮ厚膜を剥離させる方法であり、容易にＧａＮ自立基板を作製できるという特長がある。
【００２５】
実施例及び比較例では、まず、サファイア基板上にボイド形成ＧａＮ層を有するボイド形成基板を作製した。
具体的には、サファイア基板上にＭＯＶＰＥ法によってアンドープＧａＮ層を成長し、このアンドープＧａＮ層上に真空蒸着によってＴｉ薄膜を蒸着した。このＴｉ薄膜を蒸着した基板を電気炉に入れ、アンモニアガスと水素ガスの混合ガスの雰囲気中で熱処理を施した。この熱処理により、アンドープＧａＮ層が高密度のボイドを有するボイド形成ＧａＮ層とされると共に、Ｔｉ薄膜が窒化され且つサブミクロンの微細な孔が高密度に形成された孔形成ＴｉＮ層とされた、ボイド形成基板が得られた。
このボイド形成基板を、下記の実施例及び比較例では、ＧａＮ自立基板となるＧａＮ厚膜の成長用の出発基板（下地基板）として用いた。
【００２６】
図１は、本発明の実施例及び比較例におけるＧａＮ層を成長する製造方法の概略的構成を示す側面図であり、図２はその概略的構成の上面図である。
図１、図２に示すように、成長炉（ＨＶＰＥ炉）内の均熱板１上に、出発基板となるボイド形成基板２が水平状態で載置される。ＨＶＰＥ法により、ボイド形成基板２上にＧａＮ層（ＧａＮ厚膜）４を成長させる。ボイド形成基板２の外周部及び上面外縁部は、基板ホルダ（治具）３によって保持されている。ボイド形成基板２の上面外縁部を保持する基板ホルダ３の部分３ａは、ボイド形成基板２の上面から高さ（厚さ）ｄの寸法を有する。ボイド形成基板２は、図示省略の回転駆動機構により、ボイド形成基板２の中心軸の回りに所定の回転数で回転駆動される。ボイド形成基板２の上部側方には、ボイド形成基板２上に原料ガス及びキャリアガスの混合ガス２０を供給する原料噴出し口部５が設けられている。原料ガス及びキャリアガスの混合ガス２０は、原料噴出し口部５から吹き出され、図１、図２中の左側（上流側）から右側（下流側）に水平に流れる。
【００２７】
この実施例及び比較例においては、原料ガスには、Ｇａ原料ガスとしてＧａＣｌ（塩化ガリウム）、窒素原料ガスとしてＮＨ３（アンモニアガス）、ＳｉドーパントガスとしてＳｉＨ２Ｃｌ２（ジクロルシラン）を用い、キャリアガスには、Ｎ２（窒素ガス）とＨ２（水素ガス）を用いた。
また、均熱板１及びボイド形成基板２の外周と基板ホルダ３の内周との間の隙間には、パージガス（ホルダパージガス）１０が流される。パージガス１０は、基板ホルダ３とボイド形成基板２上に成長するＧａＮ層４との固着を防止するためのガスであるが、このパージガス１０を、実施例２では更にＧａＮ層４のキャリア濃度分布を変更するためのガスとしても機能させている。
【００２８】
ボイド形成基板２上にＧａＮ層４を成長させる際には、ボイド形成基板２をその中心軸の回りに所定回転数で回転しつつ、均熱板１の下方から図示省略のヒータによってボイド形成基板２を所定温度に加熱すると共に、ボイド形成基板２上に、原料ガスとキャリアガスとの混合ガス２０を流して、ボイド形成基板２上にＧａＮ層４を成長させた。また、ＧａＮ層４の成長時には、基板ホルダ３の内周部には所定流量のパージガス１０を流した。
【００２９】
（比較例１）
比較例１でのＧａＮ層４を成長する成長条件は、次に述べる比較例２及び実施例１〜３における成長条件のベースとなるものである。比較例１では、アンドープのＧａＮ層４を成長させた。従って、比較例１では、ＳｉＨ２Ｃｌ２は流していない。
【００３０】
比較例１の成長条件は次の通りである。
ＧａＮ層４の成長温度は１０５０℃とし、供給した原料ガス量はＧａＣｌが１００ｃｃ、ＮＨ３が１０００ｃｃであり、キャリアガスの流量はＮ２を６.９ｓｌｍ（standard liter/min）、Ｈ２を２ｓｌｍとし、基板回転は２０ｒｐｍとし、ＧａＮ層４成長部の外周
に流したパージガス１０のガス流量は１ｓｌｍと設定し、アンドープのＧａＮ層４を８００μｍの厚さ成長した。また、ボイド形成基板２の上面外縁部を保持する基板ホルダ３の部分３ａの高さ（厚さ）ｄは、１ｍｍとした。
【００３１】
作製したＧａＮ層４（ＧａＮ厚膜）をボイド形成基板２から剥離し、得られたＧａＮ層４からなるアズグロウンのＧａＮ自立基板の反りをレーザー変位計にて測定した。ＧａＮ自立基板は、その裏面が凸形状に反っていた（下記の比較例２及び実施例１〜３でも、同様にＧａＮ自立基板の裏面が凸形状に反っていた）。ここで、ＧａＮ基板の反りは、ＧａＮ基板の裏面を下にして平面上に置いたときに、前記平面に接するＧａＮ基板裏面の中心位置から半径方向に２５ｍｍ離れたＧａＮ基板の外縁部の位置における、前記平面からの垂直距離（高さ）で定義した。レーザー変位計による測定結果では、比較例１のＧａＮ自立基板の反りは、９３μｍであった。
【００３２】
また、ＧａＮ自立基板の面内のキャリア濃度を、非接触抵抗装置と移動度測定装置とを用いて測定した。ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の測定は、基板の中心点（ｒ＝０ｍｍ）と、中心点から半径方向に５ｍｍ間隔で離れた５点（ｒ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２５ｍｍ）で行った。
測定された比較例１のＧａＮ自立基板のキャリア濃度は、中心点（ｒ＝０ｍｍ）では５.２５×１０１７ｃｍ−３、中心点からｒ＝５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、２０ｍｍ、２
５ｍｍの各点では、それぞれ５.２５×１０１７ｃｍ−３、５.２０×１０１７ｃｍ−３、５.１９×１０１７ｃｍ−３、５.０９×１０１７ｃｍ−３、５.００×１０１７ｃｍ−３
であった。
また、比較例１のＧａＮ自立基板には、クラックの発生が認められた。
図５に、比較例１のＧａＮ自立基板の反り、各点のキャリア濃度、及びクラックの発生の有無を示す（図５には、比較例２及び実施例１〜３のＧａＮ自立基板の反り、各点のキャリア濃度、及びクラックの発生の有無も示している）。また、図６には、図５の測定結果のキャリア濃度分布をグラフ化して示している。
【００３３】
上記アズグロウンのＧａＮ自立基板の両面を研磨することで平坦化し、さらに円形に加
工して、直径２インチ（５０.８ｍｍ）の厚さ４００μｍのＧａＮ自立基板を得た。
【００３４】
（比較例２）
比較例２では、上記比較例１の成長条件に加えて、ｎ型ドーパント原料ガスであるＳｉＨ２Ｃｌ２を２０ｃｃ供給し、高キャリア濃度のＧａＮ層４を成長した。比較例２でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
比較例２のＧａＮ自立基板の反りは、比較例１のＧａＮ自立基板と同じ９３μｍであり、キャリア濃度分布は、基板面内でほぼ均一であった。また、比較例２のＧａＮ自立基板には、クラックがあった。
【００３５】
（実施例１）
実施例１では、上記比較例２の成長条件において、基板ホルダ３の高さｄ＝１ｍｍより２ｍｍ高くし、ｄ＝３ｍｍに変更した。基板ホルダ３の高さｄを高くしたことにより、ＧａＮ層４の成長領域の外周部でガスが供給されにくい状態となるため、ＧａＮ層４の中心部側と外周部側のキャリア濃度が変化することが確認された。
実施例１でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例１のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、ＧａＮ自立基板の中心部で最も高く、基板の中心部から外周（外縁）部に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布であった。実施例１のＧａＮ自立基板の反りは７２μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２１μｍも低減した。また、クラックの発生はなかった。
【００３６】
（実施例２）
実施例２では、上記比較例２の成長条件において、パージガス１０の流量を１ｓｌｍから５ｓｌｍに変更（パージガス１０の流量を増加）した。
パージガス（ホルダパージガス）１０は、元々成長したＧａＮ層４と基板ホルダ３とが成長段階で固着しないような役割を果たしているが、パージガス１０を流すことでボイド形成基板２側に原料が届きにくい状態にすることも可能である。ＧａＮ層４の成長外周部のパージガス１０の流量を、比較例２の１ｓｌｍから５ｓｌｍに増加させることで、成長外周部のパージガス１０の流速が速くなり、成長しにくい状態となる。このため、ＧａＮ層４の外周部が中心部よりも低キャリア濃度の成長となった。
実施例２でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例２のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、ＧａＮ自立基板の中心部で最も高く、基板の中心部から外周（外縁）部に向かって次第にキャリア濃度が低下するキャリア濃度分布であった。実施例２のＧａＮ自立基板の反りは６５μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２８μｍも低減し、また、クラックの発生も認められなかった。
【００３７】
（実施例３）
実施例３では、上記比較例２の成長条件において、キャリアガスの流量を変更した。即ち、Ｎ２を６.９ｓｌｍ、Ｈ２を２ｓｌｍとするキャリアガスの流量条件（以下、流量条
件１という）から、Ｎ２を９.９ｓｌｍ、Ｈ２を２ｓｌｍとするキャリアガスの流量条件
（以下、流量条件２という）に変更し、キャリアガスの流量を増加した。原料ガス中のキャリアガスの流量を変更することで、原料ガスであるＮＨ３，ＧａＣｌ，及びＳｉＨ２Ｃｌ２の反応点を変化させることができる。
【００３８】
図１，図２において、基板を回転させず（基板回転０ｒｐｍ）、静止実験を行い、成長厚さの分布を調べた。基板を回転させないことを除いては、成長条件は、比較例２と同一であり（キャリアガス流量は流量条件１）、１時間の成長を実施した。静止実験であるの
で、どの部分で原料が反応しているか確認することが出来る。また、キャリアガス流量を流量条件２とし、同様に静止実験を行い、成長厚さの分布を調べた。
図３に、キャリアガス流量が流量条件１、流量条件２のときの、静止した基板上の各位置で成長したＧａＮ層の厚さを、また、図４に図３の結果をグラフ化したものを示す。
図３、図４に結果から、キャリアガスの流量条件１では、原料供給側の基板ホルダ３の端部よりなだらかに厚さが小さくなる。つまり、もっとも原料が反応している点は、基板ホルダ３の端部、もしくは基板ホルダ３より外周の原料供給側であることが推測できる。
また、キャリアガスの流量を増加させた流量条件２では、基板の中心（ｒ＝０ｍｍ）より＋１５ｍｍ（基板中心よりも混合ガス２０の下流側の方向）の位置がもっとも厚く、反応が激しい点となった。
【００３９】
実施例３では、上記比較例２の成長条件において、キャリアガス流量を流量条件２に変更した。
実施例３でも、比較例１と同様に、剥離して得られたＧａＮ自立基板の反り、キャリア濃度分布を測定し、また、クラックの有無を調べた。その結果を図５に示す。
実施例３のＧａＮ自立基板のキャリア濃度分布は、基板の中心からｒ＝１５ｍｍ近傍までキャリア濃度が緩やかに増加し、その外周側でキャリア濃度が低下したキャリア濃度分布であった。実施例３のＧａＮ自立基板の反りは６７μｍであり、比較例１，２に比べて反りが２６μｍも低減し、また、クラックの発生も認められなかった。
【００４０】
上記図５，図６に示す比較例及び実施例の結果より、ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の最大変化量Δσと基板の反りの変化量（減少量）との関係を図７に、また、図８に図７の結果をグラフ化して示す。
図７、図８に示すように、比較例１，２では、キャリア濃度の最大変化量Δσは、０.
０５と均一なキャリア濃度分布であり、Ｓｉドープした比較例２のＧａＮ自立基板でも、アンドープの比較例１のＧａＮ自立基板と同じ反りであり、クラックの発生があった。
一方、実施例１〜３のＧａＮ自立基板では、基板の外周部のキャリア濃度が、それより内側のキャリア濃度よりも低く、キャリア濃度の最大変化量Δσが０.１３〜０.１８であり、実施例１〜３のＧａＮ自立基板の反りは、比較例１，２の反り（９３μｍ）よりも大きく減少した。また、図７、図８に示す結果から、ＧａＮ自立基板のキャリア濃度の最大変化量Δσが０.０５より大きければ、クラックの発生を防止することが可能であること
が分かる。また、キャリア濃度の最大変化量Δσが０.１８の場合（実施例２の場合）に
は、基板の反りが２８μｍも低減された。また、基板の外周部より内側にキャリア濃度が高い点がある場合（実施例３の場合）、つまり基板の中心部よりキャリア濃度が高い点がずれていても、基板の反りは大きく低減されることが分かった。
【００４１】
上記実施例では、異種基板であるサファイア基板を用いたＧａＮ成長であったが、ＧａＮ単結晶から行うＧａＮ厚膜成長においても、面内のキャリア濃度を成長温度、ガスの供給量、ガスの流量等の成長条件により変化させ、成長基板の応力を変化させることで、クラック発生の防止、基板の反りの低減を行うことも可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１ 均熱板
２ ボイド形成基板
３ 基板ホルダ
４ ＧａＮ層（ＧａＮ自立基板）
５ 原料噴出し口部
１０ パージガス
２０ 原料ガス及びキャリアガスの混合ガス
ｄ 基板ホルダのボイド形成基板上面からの高さ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ｎ型基板の外周部のキャリア濃度が、前記外周部より内側のキャリア濃度よりも低いことを特徴とするIII族窒化物半導体自立基板。
【請求項２】
前記基板の面内における、キャリア濃度の最大値とキャリア濃度の最小値との差をキャリア濃度の前記最大値で除した値Δσが０.０５より大きく、且つ前記基板の面内のいず
れの場所においてもキャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えることを特徴とする
請求項１記載のIII族窒化物半導体自立基板。
【請求項３】
前記基板の主面が、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のIII族窒化物半導体自立基板。
【請求項１】
ｎ型基板の外周部のキャリア濃度が、前記外周部より内側のキャリア濃度よりも低いことを特徴とするIII族窒化物半導体自立基板。
【請求項２】
前記基板の面内における、キャリア濃度の最大値とキャリア濃度の最小値との差をキャリア濃度の前記最大値で除した値Δσが０.０５より大きく、且つ前記基板の面内のいず
れの場所においてもキャリア濃度が５.０×１０１７ｃｍ−３を超えることを特徴とする
請求項１記載のIII族窒化物半導体自立基板。
【請求項３】
前記基板の主面が、Ｃ面、Ｍ面、またはＡ面のいずれかであることを特徴とする請求項１または２記載のIII族窒化物半導体自立基板。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１０−２４８０２２（Ｐ２０１０−２４８０２２Ａ）
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−９７２５５（Ｐ２００９−９７２５５）
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月４日（２０１０．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年４月１３日（２００９．４．１３）
【出願人】（０００００５１２０）日立電線株式会社 (3,358)
【Ｆターム（参考）】
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