ＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法
【課題】発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスの製造に好適なＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、結晶基板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基板の主表面１ｓからのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定により得られる結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、結晶基板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基板の主表面１ｓからのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定により得られる結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法に関し、特に半導体デバイスを作製する際の半導体層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るＩＩＩ族窒化物半導体基板に関する。
【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の主表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表面は、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】
米国特許第６５９６０７９号明細書（特許文献１、以下同じ）では、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ種結晶上に気相エピタキシー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。米国特許第６４８８７６７号明細書（特許文献２、以下同じ）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。
【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処理は処理速度が遅く、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、基板の主表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、基板の主表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】
そこで、特開２００７−００５５２６号公報（特許文献３、以下同じ）では、窒化物結晶基板およびその基板を用いた半導体デバイスに関して、ＧａＮ結晶またはＡｌＮ結晶を機械研磨した後所定の条件でＣＭＰを行って、基板の結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定により評価された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所定の範囲内である窒化物結晶基板が半導体デバイスの製造に好適であることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６５９６０７９号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８８７６７号明細書
【特許文献３】特開２００７−００５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上記の米国特許第６５９６０７９号明細書（特許文献１）、米国特許第６４８８７６７号明細書（特許文献２）および特開２００７−００５５２６号公報（特許文献３）に例示されている基板は、いずれも六方晶系のウルツ鉱型のＩＩＩ族窒化物結晶でありその主表面が（０００１）面である。このため、かかる結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を形成した半導体デバイスである発光デバイスは、半導体層の主表面も（０００１）面であり、かかる（０００１）面はその面の法線方向に極性が変化する極性面であるため、かかる極性によるピエゾ分極によって生じる量子閉じ込めシュタルク効果により、電流注入量増加にともなう発光のブルーシフトが大きくなり、発光強度が低下する。
【００１２】
一方、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスを製造するためには、発光デバイスの製造に用いる基板の主表面の極性を低減すること、すなわち、基板の主表面を（０００１）面以外の面とする必要がある。
【００１３】
しかし、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスの製造に好適な基板に関して、その主表面の面方位、その主表面の面粗さ、その表面層の結晶性などが全く不明である。
【００１４】
そこで、本発明は、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスの製造に好適なＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびそ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】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面からの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｜の値で表される結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００１６】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板について、均一歪みを１．７×１０-3以下とし、面方位ずれを２６０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．４×１０-3以下とし、面方位ずれを１９０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．２×１０-3以下とし、面方位ずれを１２０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．０×１０-3以下とし、面方位ずれを８０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを０．７×１０-3以下とし、面方位ずれを５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１７】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板について、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有することができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面から±４°以内で傾斜することができる。ここで、主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角の絶対値が０．１°未満と実質的に平行とすることができる。また、主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角の絶対値を０．１°以上４°以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面に存在する酸素の濃度を２原子％以上１６原子％以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面における転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径を４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることができる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層を含む。
【００１９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体デバイスは、上記のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む。上記の半導体デバイスについて、上記のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板に含まれる半導体層は、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発する発光層を含むことができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面からの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｜の値で表される結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している結晶基板を準備する工程と、結晶基板の主表面上に少なくとも１層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層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、を含む。
【００２１】
上記の半導体デバイスの製造方法におけるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程において、上記の半導体層は、発光層を含み、発光層がピーク波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発するように形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光のブルーシフトが抑制され、発光強度が増大した発光デバイスの製造に好適なＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面から深さ方向の結晶の状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に用いられるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す概略図である。
【図３】Ｘ線回折法におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板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ＩＩＩ族窒化物結晶基板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値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値幅を示す。
【図５】Ｘ線回折法におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板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値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値幅を示す。
【図６】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の一例を示す概略図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の一例を示す概略図である。
【図８】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の他の例を示す概略図である。
【図９】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の他の例を示す概略図である。
【図１１】本発明にかかるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明にかかる半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［ＩＩＩ族窒化物結晶基板］
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成するＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。本明細書中においては、個別の面方位を（ｈｋｉｌ）で表わし、（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な面方位を含む総称的な面方位を｛ｈｋｉｌ｝で表わす。また、個別の方向を［ｈｋｉｌ］で表わし、［ｈｋｉｌ］およびそれに結晶幾何学的に等価な方向を含む方向を＜ｈｋｉｌ＞で表わす。また、負の指数については、結晶幾何学上は「−」（バー）を指数を表す数字の上に付けて表わすのが一般的であるが、本明細書中では指数を表す数字の前に負の符号（−）を付けて表わす。
【００２５】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶は、＜０００１＞方向にＩＩＩ族元素原子面および窒素原子面が交互に配列するため、＜０００１＞方向に極性を有する。本願においては、ＩＩＩ族元素原子面が（０００１）面となり、窒素原子面が（０００−１）面となるように、結晶軸を設定する。
【００２６】
本発明においては、Ｘ線回折法を用いることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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。
【００２７】
図１に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶体からの切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶基板の主表面１ｓから一定の深さ方向の表面層１ｐ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、表面層１ｐに隣接する表面隣接層１ｑ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、表面隣接層１ｑよりも内側の内層１ｒ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、表面層１ｐ、表面隣接層１ｑの状態、厚さが異なる。
【００２８】
ここで、結晶基板の主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、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。
【００２９】
本発明においてＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の結晶性を評価するためのＸ線回折測定は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からのＸ線侵入深さを変化させるものである。
【００３０】
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。
【００３１】
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）になるときの結晶基板の主表面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、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶基板の主表面１ｓの傾き角χ、結晶基板の主表面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２２（２θ軸）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は結晶基板の主表面１ｓに垂直である。φは結晶基板の主表面１ｓ内の回転角を示す。
【００３２】
【数１】
【００３３】
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。
【００３４】
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と結晶基板の主表面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基板の主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と結晶基板の主表面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。上記のように、特定結晶格子面には、結晶基板の主表面と平行でないこと以外には特に制限はないが、所望の進入深さでのＸ線回折による評価が容易な観点から、（１０−１０）面、（１０−１１）面、（１０−１３）面、（１１−２０）面、（１１−２２）面、（１１−２４）面、（１０−１−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２−２）面、（１１−２−４）面などが好ましく用いられる。
【００３５】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶基板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値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値幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価する。
【００３６】
また、図６を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上であることにより、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスにおいて、半導体層中の発光層のピエゾ分極が抑制され量子閉じ込めシュタルク効果が低減されることにより、ホールと電子の再結合が容易になり発光遷移確率が高くなるため、発光デバイスのブルーシフトが低減されるとともに発光の積分強度が高くなる。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への傾斜角αが８０°以下であることにより、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスにおいて、半導体層中の発光層の転位密度が低くなるため、発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板における（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面の面方位が傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。ここで、（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への主表面の傾斜角αは、Ｘ線回折法などにより測定することができる。
【００３７】
（実施形態１）
図１、図３および図６を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１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基板の主表面１ｓ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基板の表面層１ｐの均一歪みが１．９×１０-3以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００３８】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの均一歪みが１．９×１０-3以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの均一歪みは、１．７×１０-3以下が好ましく、１．４×１０-3以下がより好ましく、１．２×１０-3以下がさらに好ましく、１．０×１０-3以下が特に好ましく、０．７×１０-3以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの均一歪みは、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０．４×１０-3程度までに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００３９】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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、結晶基板の表面加工の影響（たとえば、結晶格子面内方向への引張応力３０など）による表面層１ｐ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。
【００４０】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶基板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、表面層の均一歪みを表わすことができる。
【００４１】
（実施形態２）
図１、図４および図６を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１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基板の主表面１ｓ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基板の表面層１ｐの不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００４２】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの不均一歪みは、１１０ａｒｃｓｅｃ以下が好ましく、９０ａｒｃｓｅｃ以下がより好ましく、７５ａｒｃｓｅｃ以下がさらに好ましく、５５ａｒｃｓｅｃ以下が特に好ましく、３０ａｒｃｓｅｃ以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの不均一歪みは、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０ａｒｃｓｅｃまでに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００４３】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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値幅ｖ2はその窒化物結晶本来の半値幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半値幅ｖ1は、結晶基板の表面加工の影響による表面層１ｐ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値幅ｖ2と異なる値をとる。
【００４４】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶基板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値幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半値幅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、表面層１ｐの不均一歪みを表わすことができる。
【００４５】
（実施形態３）
図１、図５および図６を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面１ｓ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｜の値で表される結晶基板の表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００４６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれは、２６０ａｒｃｓｅｃ以下が好ましく、１９０ａｒｃｓｅｃ以下がより好ましく、１２０ａｒｃｓｅｃ以下がさらに好ましく、８０ａｒｃｓｅｃ以下が特に好ましく、５０ａｒｃｓｅｃ以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの特定結晶は、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０ａｒｃｓｅｃまでに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００４７】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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における半値幅ｗ2はその結晶本来の半値幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半値幅ｗ1は、結晶基板の表面加工の影響による表面層１ｐ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における半値幅ｗ2と異なる値をとる。
【００４８】
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における半値幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半値幅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。
【００４９】
上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓ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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される最大高さＲｙを意味し、具体的には、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。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲｙを３０ｎｍ以下とすることにより、このＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上に転位密度が低く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、発光の積分強度の高い発光デバイスなど特性のよい半導体デバイスが得られる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲｙは、１０ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さＲｙは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、光干渉式粗さ計などにより測定することができる。
【００５０】
また、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓ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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される算術平均粗さＲａを意味し、具体的には、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（すなわち、距離）を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲａを３ｎｍ以下とすることにより、このＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上に転位密度が低く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、発光の積分強度が高い発光デバイスなど特性のよい半導体デバイスが得られる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さＲａは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、光干渉式粗さ計などにより測定することができる。
【００５１】
また、図７〜図１０を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓの面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βが±４°以内で傾斜していることが好ましい。
【００５２】
ここで、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角βの絶対値が０．１°未満と実質的に平行であると、主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させる少なくとも１層の半導体層に含まれる発光層中の井戸層におけるＩｎ（インジウム）の取り込み濃度を高くすることができるため、成長温度を低下させることなく所望の組成の成長ができ、井戸層の結晶性を向上することができる。半導体デバイスである発光デバイスにおいて、井戸層の結晶性の向上により発光スペクトルに現れる発光ピークの半値幅を低減することにより、良好な発光特性が得られる。上記の面方位のうち、特に｛２０−２１｝面で良好な特性が得られる。
【００５３】
また、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βの絶対値が０．１°以上４°以下であると、主表面１ｓの面方位が｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角βの絶対値が０．１°未満と実質的に平行である場合とほぼ同様の良好な発光特性を有する半導体デバイスが得られる。また、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βの絶対値が０．１°以上４°以下である場合は、成長させる半導体層（発光層が含まれる）のモフォロジーがよくなるため、得られる発光デバイス（半導体デバイス）は良好な発光特性を有する。上記の面方位のうち、特に｛２０−２１｝面で良好な特性が得られる。
【００５４】
また、図１を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓに存在する酸素の濃度が２原子％以上１６原子％以下であることが好ましい。ここで、主表面１ｓに存在する酸素とは、主表面１ｓが酸化することにより取り込まれている酸素および主表面１ｓに付着している酸素などを意味する。ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓに存在する酸素の濃度が２原子％よりも低いと、形成された半導体デバイスにおける結晶基板とその結晶基板上にエピタキシャル成長により形成された半導体層との間の界面の抵抗が大きくなり、発光の積分強度が低下する。結晶基板の主表面１ｓに存在する酸素の濃度が１６原子％より高いと、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させる半導体層の結晶性が低下するため、発光の積分強度が低下する。かかる観点から、主表面１ｓに存在する酸素の濃度は３原子％以上１０原子％以下がより好ましい。ここで、主表面に存在する酸素の濃度は、ＡＥＳ（オージェ原子分光法）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）などにより測定される。
【００５５】
すなわち、上記のＡＥＳおよびＸＰＳによって測定ができる観点から、本願発明における主表面１ｓに存在する酸素とは、主表面１ｓに付着している酸素および結晶基板の酸化などにより主表面１ｓに取り込まれている酸素、主表面から通常５ｎｍ程度まででたかだか１０ｎｍ程度までの深さまでの領域に取り込まれている酸素をいう。
【００５６】
また、図１を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１について、主表面１ｓにおける転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であることが好ましい。結晶基板の主表面における転位密度が１×１０7ｃｍ-2より高くなると、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させる半導体層の結晶性が低下するため、発光の積分強度が低下する。かかる観点から、主表面１ｓにおける転位密度が１×１０6ｃｍ-2以下がより好ましく、１×１０5ｃｍ-2以下がさらに好ましい。生産コストおよび生産性の観点から、主表面１ｓにおける転位密度は、１×１０2ｃｍ-2以上が好ましい。
【００５７】
半導体デバイスの生産におけるコストおよび効率を高める観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径は、４０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。基板の直径が大きい場合には、１枚の基板から作製できるデバイスの個数が増加する。大口径の基板を作製するためには、下地基板の直径を大きくし、厚みの厚い結晶を成長し、所望の角度で切り出して加工することができる。また、直径の小さいＩＩＩ族窒化物結晶の複数枚の基板をそれらの側面が互いに隣接するように配置して、それらの複数枚の基板の主表面上に、それぞれＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる際にそれらのＩＩＩ族窒化物結晶を互いに接合させて単一の結晶として成長させ、得られた単一のＩＩＩ族窒化物結晶を大口径のＩＩＩ族窒化物結晶基板に加工することができる。
【００５８】
また、反りおよび厚み分布を小さくするなどの形状精度を向上させる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径は、１５０ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。
【００５９】
なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の形状は、デバイスを作製することができる大きさを有するものであれば、円形に限定されず、四角形などの多角形であってもよい。主表面の形状が多角形である場合は、半導体デバイスの生産におけるコストおよび効率を高める観点から、最短辺の長さは、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。また、反りおよび厚み分布を小さくするなどの形状精度を向上させる観点から、最長辺の長さは、１５０ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。主表面が長方形または正方形などのすべての角が直角である四角形のＩＩＩ族窒化物結晶基板としては、主表面がたとえば、５ｍｍ×１５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ、１０ｍｍ×２０ｍｍ、１８ｍｍ×１８ｍｍ、２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍなどが挙げられる。
【００６０】
なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板に添加される不純物（ドーパント）は、特に制限はないが、導電性基板、絶縁性基板を作製する観点から、以下のものが好ましく用いられる。比抵抗が５×１０-5Ω・ｃｍ以上０．５Ω・ｃｍ以下（好ましくは５×１０-4Ω・ｃｍ以上０．０５Ω・ｃｍ以下）でキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下（好ましくは１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下）の範囲内のｎ型導電性基板では、結晶性を維持してかかる範囲内で所望の導電性が得られる観点から、基板に添加される不純物はＯ、Ｓｉが好ましい。比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上１×１０11Ω・ｃｍ以下（好ましくは１×１０6Ω・ｃｍ以上１×１０10Ω・ｃｍ以下）の範囲内の絶縁性基板では、結晶性を維持してかかる範囲内で所望の絶縁性が得られる観点から、基板に添加される不純物はＣ、Ｆｅが好ましい。ここで、基板の比抵抗は、四探針法、二探針法などにより測定することができる。また、基板のキャリア濃度は、ホール測定法、Ｃ−Ｖ測定法などにより測定することができる。
【００６１】
［ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法］
上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、特に制限はないが、たとえば、ＩＩＩ族窒化物結晶体を成長させる工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶体を、その結晶体の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の面に平行な複数の面で切り出すことにより、０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の主表面を有するＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を加工する工程と、を備えることができる。
【００６２】
（ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造工程）
ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造方法には、特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などが好適に用いられる。たとえば、ＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、フラックス、アモノサーマル法などが好適に用いられ、ＡｌＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、昇華法などが好適に用いられ、ＩｎＮ結晶体、ＡｌＧａＮ結晶体およびＩｎＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法などが好適に用いられる。
【００６３】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶体の製造において、下地基板には、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶体との結晶格子の不整合が小さく結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶体を成長させる観点から、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板などが好適に用いられる。
【００６４】
（ＩＩＩ族窒化物結晶基板の形成工程）
上記のようにして製造されたＩＩＩ族窒化物結晶体を、その結晶体の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の面に平行な複数の面で切り出す方法には、特に制限はなく、ワイヤソー、内周刃、外周刃、レーザ加工、放電加工、ウォータージェットなどの各種切断方法を用いることができる。
【００６５】
（ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面加工工程）
上記のようにして形成されたＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を平坦化し加工変質層を低減するための主表面加工方法は、特に制限はないが、表面粗さおよび加工変質層の両方を低減する観点から、研削および機械的研磨のいずれかの機械的加工の後、ＣＭＰ（化学機械的研磨）を行うことが好ましい。なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の加工変質層は完全に除去する必要はなく、半導体層をエピタキシャル成長させる前にアニール処理により主表面の改質を行うこともできる。半導体層成長前のアニールにより結晶基板の表面層における結晶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。
【００６６】
主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向へ１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さおよび加工変質層の両方を効率的に低減するために好適なＣＭＰについて以下に説明する。
【００６７】
ＣＭＰに用いられるスラリーは、ｐＨの値Ｘと酸化還元電位の値Ｙ（ｍＶ）との関係が、以下の式（２）および（３）
Ｙ≧−５０Ｘ＋１３００ （２）
Ｙ≦−５０Ｘ＋１９００ （３）
を満たしていることが好ましい。Ｙ＜−５０Ｘ＋１３００であると、研磨速度が低くなり、ＣＭＰ時の機械的な負荷が増加するために、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面品質が低下する。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。
【００６８】
また、研磨速度をさらに向上させ、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面品質を向上させる観点から、さらに以下の式（４）
Ｙ≧−５０Ｘ＋１４００ （４）
の関係をも満たすことが好ましい。
【００６９】
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）あるいは上記式（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。
【００７０】
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、硫酸、塩酸、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、シュウ酸、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。
【００７３】
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、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の硬度以下に硬度の低い低硬度砥粒を用いることができる。低硬度砥粒を用いることにより結晶基板の主表面の表面粗さおよび加工変質層を低減することができる。
【００７４】
ここで、低硬度砥粒は、被研磨物であるＩＩＩ族窒化物結晶の硬度以下に硬度の低い砥粒であれば特に制限はないが、ＳｉＯ2、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＧｅＯ2、ＣａＯ、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3からなる群から選ばれる少なくとも１つの材質を含む砥粒であることが好ましい。
【００７５】
なお、砥粒は、単一の金属元素を含む酸化物に限定されず、２種類以上の金属元素を含む酸化物（たとえば、フェライト、ペロブスカイト、スピネルまたはイルメナイトなどの構造を有するもの）であってもよい。また、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮなどの窒化物、ＣａＣＯ3、ＢａＣＯ3などの炭酸化物、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉなどの金属、炭素（具体的には、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、Ｃ６０など）を用いることもできる。
【００７６】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面をスクラッチを発生させずに短時間で表面粗さＲａ，Ｒｙを低減する観点から、砥粒は、１次粒子が結合した２次粒子とすることが好ましい。１次粒子の平均粒径Ｄ1に対する２次粒子の平均粒径Ｄ2の比（Ｄ2／Ｄ1比）が１．６以上であることが好ましく、２次粒子の平均粒径Ｄ2が２００ｎｍ以上であることが好ましく、２次粒子の形状が繭形、塊状形および鎖形の少なくともいずれかの形状であることが好ましく、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカであって１次粒子が化学的に結合した２次粒子となっているＳｉＯ2砥粒であることが好ましい。１次粒子径はガス吸着法による吸着比表面積から評価することができ、２次粒子は動的光散乱法で評価することができる。
【００７７】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを低減する観点から、ＣＭＰにおける接触係数Ｃ（単位：１０-6ｍ）は、１．０×１０-6ｍ以上２．０×１０-6ｍ以下が好ましく、１．２×１０-6ｍ以上１．８×１０-6ｍ以下がより好ましい。ここで、接触係数Ｃは、スラリーの粘度をη（単位：ｍＰａ・ｓ）、ＣＭＰにおける周速度Ｖ（単位：ｍ／ｓ）およびＣＭＰにおける圧力Ｐ（単位：ｋＰａ）を用いて、次式（５）
Ｃ＝η×Ｖ／Ｐ （５）
と表わされる。スラリーの接触係数Ｃが１．０×１０-6ｍより小さい場合は、ＣＭＰにおいてＩＩＩ族窒化物結晶基板への負荷が大きくなるため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが大きくなる。スラリーの接触係数Ｃが２．０×１０-6ｍより大きい場合は、研磨速度が低下するため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さ、表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが大きくなる。なお、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計、オストワルド型粘度計などにより測定できる。
【００７８】
さらに、このようにして得られた、１つ以上の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に、さらにＩＩＩ族窒化物結晶を成長させて、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を結晶基板の主表面１ｓ上に平行な面で切り出してＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造し、かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を上記と同様にして表面加工することにより、さらに実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造することができる。上記のＩＩＩ族窒化物結晶のさらなる成長（繰り返し成長）の下地基板として用いるＩＩＩ族窒化物結晶基板は、必ずしも１枚の結晶基板でなくてよく、小サイズの結晶基板を複数枚用いても良い。繰り返し成長時に接合して単一の結晶とすることができる。更に繰り返し成長で接合したＩＩＩ族窒化物結晶から切り出した結晶基板を下地基板として用い、再度繰り返し成長することもできる。このように、ＩＩＩ族窒化物結晶を繰り返し使用して成長することにより、生産コストを削減することができる。
【００７９】
ここで、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に、さらにＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法には、とくに制限はなく、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などが好適に用いられる。たとえば、ＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、フラックス法、アモノサーマル法などが好適に用いられ、ＡｌＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、昇華法などが好適に用いられ、ＩｎＮ結晶体、ＡｌＧａＮ結晶体およびＩｎＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法などが好適に用いられる。
【００８０】
［エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板］
（実施形態４）
図１１を参照して、本発明にかかるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板の一実施形態は、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層２を含む。
【００８１】
本実施形態のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３において、半導体層２はＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長されていることから、半導体層２の主表面２ｓの面方位はＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓの面方位と同一である。実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓの面方位は（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜しているため、半導体層２の主表面２ｓの面方位は（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している。このようにして、結晶性が高く主表面２ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αを有する半導体層２を含むエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られる。
【００８２】
半導体層２の形成方法には、特に制限はないが、結晶性の高い半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの気相成長法が好ましく用いられる。
【００８３】
［半導体デバイス］
（実施形態５）
図１２を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を含む。
【００８４】
本実施形態の半導体デバイスに含まれる実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、主表面１ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上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２を含む。かかる半導体層２は、結晶性が高く、その主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜しているため、ピエゾ分極が抑制されて量子閉じ込めシュタルク効果も抑制されることにより、本実施形態の半導体デバイスの特性が高くなる。たとえば、上記半導体層２中に発光層２１０が含まれる発光デバイスにおいては、ピエゾ分極が抑制されて量子閉じ込めシュタルク効果が抑制されるため、発光のブルーシフトが抑制され、発光強度が向上する。このため、半導体層２中にピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を高い効率で発する発光層２１０を形成することができる。特に、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色領域の光の発光強度が顕著に向上する。
【００８５】
図１２を参照して、本実施形態の半導体デバイスは、実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を含む。エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、主表面１ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１を含む。また、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の一方の主表面１ｓ上に、少なくとも１層の半導体層２として、順次形成されている厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０＜ｘ１、０＜ｙ１、ｘ１＋ｙ１＜１）クラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（０＜ｘ２＜１）ガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（０＜ｘ３＜１）井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎ（０＜ｘ４＜１）ガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎ（０＜ｘ５＜１）ブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎ（０＜ｘ６、０＜ｙ６、ｘ６＋ｙ６＜１）クラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を含む。ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に部分的に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００が形成され、露出しているｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上にｐ側電極４００が形成されている。ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の他方の主表面上にｎ側電極５００が形成されている。
【００８６】
［半導体デバイスの製造方法］
図１２を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の実施形態としては、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、結晶の主表面１ｓ上に少なくとも１層の半導体層２を成長させることによりエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程とを含む。かかる製造方法により、半導体層のピエゾ分極による量子閉じ込めシュタルク効果が抑制された特性の高い半導体デバイスが得られる。たとえば、上記半導体層２中に発光層２１０を含めることにより、発光層２１０のピエゾ分極による量子閉じ込めシュタルク効果が抑制されることにより発光のブルーシフトが抑制され発効強度の積分強度が高い発光デバイスが得られる。
【００８７】
図１２を参照して、本実施形態の半導体デバイス４の製造方法は、具体的には、まず、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１を準備する。かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板１の準備については、［ＩＩＩ族窒化物結晶基板］および［ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法］に記載したとおりであり、繰り返さない。
【００８８】
次に、準備されたＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に少なくとも１層の半導体層２を成長させてエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を形成する。半導体層２の成長方法には、特に制限はないが、結晶性の高い半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの気相成長法が好ましく用いられる。
【００８９】
たとえば、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の一方の主表面１ｓ上に、少なくとも１層の半導体層２として、たとえばＭＯＣＶＤ法により、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎクラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎクラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を順次成長させる。
【００９０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に、蒸着法により、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法により、幅１０μｍのストライプ窓を形成する。＜１０−１０＞方向軸を半導体層の主表面に投影した方向に平行にレーザストライプを設ける。次いで、このストライプ窓上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上に、蒸着法により、ｐ側電極４００としてＮｉ／Ａｕ電極を形成する。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の他方の主表面上に、蒸着法により、ｎ側電極５００としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。
【実施例】
【００９１】
（実施例Ｉ）
１．ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造
下地基板として直径５０ｍｍのＧａＡｓ結晶基板を用いて、ＨＶＰＥ法により、厚さ５０ｍｍのＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を成長させた。すなわち、大気圧のＨＶＰＥ反応炉内で、金属Ｇａを収容したボートを８００℃に加熱し、このボートにＨＣｌガスとキャリアガス（Ｈ2ガス）との混合ガスを導入することにより、金属ＧａとＨＣｌガスとを反応させて、ＧａＣｌガスを生成させた。これとともに、ＨＶＰＥ反応炉内にＮＨ3ガスとキャリアガス（Ｈ2ガス）との混合ガスを導入することにより、ＧａＣｌガスとＮＨ3ガスとを反応させて、ＨＶＰＥ反応炉内に設置されたＧａＡｓ結晶基板（下地基板）上にＧａＮ結晶体を成長させた。ここで、ＧａＮ結晶体の成長温度は１０５０℃、ＨＶＰＥ反応炉内のＨＣｌガス分圧は２ｋＰａ、ＮＨ3ガス分圧は３０ｋＰａとした。
【００９２】
２．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造
上記で得られたＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を、（０００１）面に対して［１０−１０］方向に０°〜９０°の間の傾斜角αを有する面に平行な面でスライスすることにより、表１に示す面方位の主表面を有するＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を製造した。
【００９３】
３．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面加工
上記で得られたＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）主表面を、ラッピング（機械的研磨）した後、ＣＭＰ（化学機械的研磨）することにより、半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板を得た。ここで、ラッピングは、砥粒径が２μｍ、３μｍおよび９μｍの３種類のダイヤモンド砥粒を準備して、銅定盤または錫定盤を用いて、ダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくさせて行った。ラッピング圧力は１００ｇｆ／ｃｍ2〜５００ｇｆ／ｃｍ2（９．８ｋＰａ〜４９．０ｋＰａ）、ＧａＮ結晶基板および定盤の回転数は３０回転／ｍｉｎ〜６０回転／ｍｉｎとした。また、ＣＭＰは、砥粒として１次粒子が化学的に結合して２次粒子となったコロイダルシリカ（１次粒子径が７０ｎｍ、２次粒子径が１９０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として硝酸、酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表１に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表１に示す値になるように調整して行った。
【００９４】
こうして表面加工されたＧａＮ結晶基板について、（１０−１３）面（本測定における特定結晶格子面）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）面の面間隔および回折強度ピークの半値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値幅を求め、これらの値からＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価した。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。なお、上記Ｘ線侵入深さでのＸ線回折による評価を容易にする観点から、例Ｉ−６、Ｉ−７、Ｉ−１３およびＩ−１４においては特定結晶格子面として（１０−１１）面を用い、例Ｉ−１５およびＩ−１６においては特定結晶格子面として（１０−１−３）面を用いた。
【００９５】
なお、本実施例と同様の製造方法および表面加工方法により得られた別のＧａＮ結晶基板について、その比抵抗は四探針法により測定したところ１×１０-2Ω・ｃｍであり、そのキャリア濃度はホール測定法により測定したところ２×１０18ｃｍ-3であった。
【００９６】
４．半導体デバイスの製造
図１２を参照して、上記で得られた半導体デバイス用のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の一方の主表面１ｓ上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層の半導体層２として、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（ｘ１＝０．０３、ｙ１＝０．１４）クラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．０３）ガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（ｘ３＝０．２〜０．３）井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎ（ｘ４＝０．０３）ガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎ（ｘ５＝０．１１）ブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎ（ｘ６＝０．０３、ｙ６＝０．１４）クラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を順次成長させた。
【００９７】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に、蒸着法により、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００を形成した。次いで、フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法により、幅１０μｍのストライプ窓を形成した。＜０００１＞方向軸を半導体層の主表面に投影した方向に平行にレーザストライプを設けた。次いで、このストライプ窓上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上に、蒸着法により、ｐ側電極４００としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。次いで、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の他方の主表面をラッピング（機械的研磨）により鏡面とした。このとき、接触式膜厚計を用いてまたは光学顕微鏡またはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いた基板を含むウエハ断面の観察により、上記ウエハの各層および全体の厚みを測定した。
【００９８】
レーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、ピーク波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝の形成条件は、レーザ光出力１００ｍＷ、走査速度５ｍｍ／ｓとした。形成されたスクライブ溝は、たとえば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチで基板の絶縁膜開口箇所を通して半導体層の主表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。
【００９９】
次に、レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ2とＴｉＯ2を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で調整して、反射率のピーク波長が５００ｎｍ〜５３０ｎｍの範囲になるように設計した。一方の端面の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、他方の端面の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。
【０１００】
上記のようにして得られた半導体デバイスの通電による評価を、室温（２５℃）にて、以下のようにして行った。電源として、パルス幅５００ｎｓ、デューティ比０．１％のパルス電源を用いて、表面電極に針を落として通電した。電流密度は１００Ａ／ｃｍ2とした。ＬＥＤモード光の観察は、光ファイバをレーザバーの主表面側に配置して、主表面から放出される発光スペクトルを測定することにより行った。ＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度を表１にまとめた。また、ＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの半値幅を表１にまとめた。レーザ光の観測は、光ファイバをレーザバー端面側に配置して、端面から放出される発光スペクトルを測定することにより行った。ＬＥＤモード光の発光ピーク波長は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍであった。レーザ光の発振ピーク波長は５００ｎｍ〜５３０ｎｍであった。
【０１０１】
【表１】
【０１０２】
表１から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合には、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。さらに、主表面の面方位が｛１０−１１｝、｛２０−２１｝、｛１０−１−１｝および｛２０−２−１｝のいずれかである場合は、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの半値幅が低減した。
【０１０３】
例Ｉ−２およびＩ−１０について、それぞれ電流密度１Ａ／ｃｍ2および１００Ａ／ｃｍ2におけるＬＥＤモード光の発光波長の測定から、ブルーシフトを評価した。例Ｉ−２におけるブルーシフトは４０ｎｍであり、例Ｉ−１０におけるブルーシフトは１０ｎｍであった。ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合には、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのブルーシフトは極めて小さかった。
【０１０４】
（実施例ＩＩ）
ＣＭＰを、砥粒として１次粒子が化学的に結合して２次粒子となったコロイダルシリカ（１次粒子径が１５ｎｍ、２次粒子径が４０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤としてクエン酸、酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表２に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表２に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表２にまとめた。
【０１０５】
【表２】
【０１０６】
表２から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、表面層の均一歪み、不均一歪みおよび特定結晶格子面の面方位ずれが小さくなるほど、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１０７】
（実施例ＩＩＩ）
ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の主表面の面方位を（２０−２１）（（０００１）面からの傾斜角αは７５°）とし、ＣＭＰを、砥粒として球状のコロイダルシリカ（表３に示す砥粒径）を含み、ｐＨ調節剤として炭酸ナトリウム、酸化剤としてジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表３に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表３に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表３にまとめた。
【０１０８】
【表３】
【０１０９】
表３から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、主表面の面粗さＲａ，Ｒｙが小さくなるほど、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１１０】
（実施例ＩＶ）
ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の主表面の面方位を（１０−１１）（（０００１）面からの傾斜角αは６２°）とし、ＣＭＰを、砥粒として球状のコロイダルシリカ（砥粒径が４０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として硫酸、酸化剤として過酸化水素水およびトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表４に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表４に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表４にまとめた。
【０１１１】
【表４】
【０１１２】
表４から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、主表面に存在する酸素の濃度について、ＡＥＳ（オージェ原子分光法）により測定したところ、２原子％以上１６原子％以下のとき、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１１３】
（実施例Ｖ）
１．ＩＩＩ族窒化物結晶体およびＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造
例Ｖ−１およびＶ−２については、下地基板として実施例Ｉの例Ｉ−１０で製造した主表面の面方位が（２０−２１）のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を用いて、フラックス法によりＧａＮ結晶体を成長させた。すなわち、ＧａＮ結晶基板（下地基板）と、Ｇａ原料としての金属Ｇａと、フラックスとしての金属Ｎａとを、モル比でＧａ：Ｎａが１：１となるように坩堝に収容した。ついで、坩堝を加熱することにより、ＧａＮ結晶基板の（２０−２１）主表面に接触する８００℃のＧａ−Ｎａ融液を得た。このＧａ−Ｎａ融液に、Ｎ原料として５ＭＰａのＮ2ガスを溶解させて、ＧａＮ結晶基板の（２０−２１）主表面上に、厚さ２ｍｍのＧａＮ結晶を成長させた。結晶成長が進行するに従って、転位密度が減少した。ＧａＮ結晶からのＧａＮ結晶基板の取り位置の違いにより、ＧａＮ結晶基板の主表面の転位密度を調整した（表５を参照）。
【０１１４】
例Ｖ−３〜Ｖ−６については、ＨＶＰＥ法での成長は、下地基板として実施例Ｉの例Ｉ−１０で製造した主表面の面方位が（２０−２１）のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を用いて、ＨＶＰＥ法により厚さ５ｍｍのＧａＮ結晶体を成長させた。ＨＶＰＥ法によるＧａＮ結晶の成長条件は、実施例Ｉと同様とした。結晶成長が進行するに従って、転位密度が減少した。ＧａＮ結晶からのＧａＮ結晶基板の取り位置の違いにより、ＧａＮ結晶基板の主表面の転位密度を調整した（表５を参照）。
【０１１５】
２．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面加工
ＣＭＰを、砥粒として１次粒子が鎖状に化学結合して２次粒子となったヒュームドシリカ（１次粒子径が２０ｎｍ、２次粒子径が２００ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤としてリンゴ酸、酸化剤として過マンガン酸カリウムを含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表２に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を表面加工して、半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板を得た。こうして得られた半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板（表面加工されたＧａＮ結晶基板）の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを、実施例Ｉと同様にして、評価した。
【０１１６】
３．半導体デバイスの製造
上記で得られた半導体デバイス用のＧａＮ結晶基板を用いて、実施例Ｉと同様にして半導体デバイスを製造して、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表５にまとめた。
【０１１７】
【表５】
【０１１８】
表５から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の転位密度が小さくなるほど、たとえば、転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下、１×１０6ｃｍ-2以下、さらに１×１０5ｃｍ-2以下と小さくなるにしたがって、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。なお、下地基板に複数のＧａＮ結晶基板を用い、フラックス法、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶体を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。
【０１１９】
（実施例ＶＩ）
ＣＭＰを、砥粒として粒子が集合していない球状のコロイダルシリカ（砥粒径が２０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として塩酸、酸化剤として過酸化水素水およびトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）および粘度を表６に示す値に調製したスラリーを用いて、ＣＭＰ周速度、ＣＭＰ圧力および接触係数Ｃを表６に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を表面加工した。こうして表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを、実施例Ｉと同様にして、評価した。結果を表６にまとめた。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
表６から明らかなように、ｐＨの値Ｘと酸化還元電位の値Ｙ（ｍＶ）とが、
−５０Ｘ＋１３００≦Ｙ≦−５０Ｘ＋１９００
の関係を有するスラリーを用いて、接触係数Ｃが１．０×１０-6ｍ以上２．０×１０-6ｍ以下となるようにＣＭＰを行うことにより、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板においても、その表面層の均一歪みを１．９×１０-3以下、その表面層の不均一歪みを１３０ａｒｃｓｅｃ以下、および／またはその表面層の特定結晶格子面（（１０−１３）面）の面方位ずれを３５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができた。
【０１２２】
（実施例ＶＩＩ）
例ＩＩ−３で作製した主表面の面方位が(２０−２１)のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を切断し、５ｍｍ×２０ｍｍ〜５ｍｍ×４５ｍｍのサイズの複数の小片基板を得た。かかる複数の小片基板を、それらの主表面（かかる主表面は、いずれも、面方位が（２０−２１）であり、（０００１）面に対して７５°の傾斜角を有する）が互いに平行になるように、かつ、それらの［０００１］方向が同一になるように、かつ、それらの側面が互いに隣接するように並べて所望のサイズの下地基板とし、それらの小片基板の主表面のそれぞれにＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させて、それらのＩＩＩ族窒化物結晶を互いに接合し、外周部を加工することにより、所望のサイズのＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を得た。
【０１２３】
得られたＧａＮ結晶を下地基板の主表面に平行に切り出し、例ＩＩ−３と同様にして、主表面の大きさがそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍ、直径４０ｍｍ、直径１００ｍｍおよび直径１５０ｍｍのＧａＮ結晶基板ならびに半導体デバイスを製造した。かかるＧａＮ結晶基板および半導体デバイスは、いずれも例ＩＩ−３の場合と同等の基板特性およびデバイス特性が得られた。
【０１２４】
さらに、これらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を下地基板とし、ＨＶＰＥ法により繰り返し結晶成長して、主表面がそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍ、直径４０ｍｍ、直径１００ｍｍおよび直径１５０ｍｍのＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を得た。かかるＧａＮ結晶を上記と同様に加工することにより、例ＩＩ−３と同等の特性を有するＧａＮ結晶基板および半導体デバイスが得られた。
【０１２５】
（実施例ＶＩＩＩ）
下地基板として直径１５０ｍｍのＧａＡｓ結晶基板を用いて、ＨＶＰＥ法により、厚さ１２０ｍｍのＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を成長させた。ここで、ＨＶＰＥ法によるＧａＮ結晶体の成長は実施例１と同様にして行ない、かかる結晶成長を繰り返すことにより、厚さ１２０ｍｍのＧａＮ結晶体を得た。こうして得られたＧａＮ結晶体を、（０００１）面に対して［１０−１０］方向に７５°の傾斜角を有する面でスライスし、外周部を加工することにより、主表面の面方位が(２０−２１)であり、直径が１００ｍｍのＧａＮ結晶を得た。かかるＧａＮ結晶に例ＩＩ−３と同様の加工を施すことにより、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を得た。かかるＧａＮ結晶基板を用いて例ＩＩ−３と同様にして半導体デバイスを製造した。かかるＧａＮ結晶基板および半導体デバイスは、いずれも例ＩＩ−３の場合と同等の基板特性およびデバイス特性が得られた。
【０１２６】
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】
【０１２７】
１ ＩＩＩ族窒化物結晶基板、１ｃ （０００１）面または（０００−１）面、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 特定結晶格子面、１ｐ 表面層、１ｑ 表面隣接層、１ｒ 内層、１ｓ，２ｓ 主表面、２ 半導体層、３ エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、４ 半導体デバイス、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、２０２ ｎ型ＧａＮ層、２０４ ｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎクラッド層、２０６ ｎ型ＧａＮガイド層、２０８ Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎガイド層、２１０ 発光層、２２２ Ｉｎx4Ｇａ1-x4Ｎガイド層、２２４ ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎブロック層、２２６ ｐ型ＧａＮ層、２２８ ｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎクラッド層、２３０ ｐ型ＧａＮコンタクト層、３００ ＳｉＯ2絶縁層、４００ ｐ側電極、５００ ｎ側電極。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法に関し、特に半導体デバイスを作製する際の半導体層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るＩＩＩ族窒化物半導体基板に関する。
【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の主表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表面は、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】
米国特許第６５９６０７９号明細書（特許文献１、以下同じ）では、（ＡｌＧａＩｎ）Ｎ種結晶上に気相エピタキシー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。米国特許第６４８８７６７号明細書（特許文献２、以下同じ）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。
【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処理は処理速度が遅く、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、基板の主表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、基板の主表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】
そこで、特開２００７−００５５２６号公報（特許文献３、以下同じ）では、窒化物結晶基板およびその基板を用いた半導体デバイスに関して、ＧａＮ結晶またはＡｌＮ結晶を機械研磨した後所定の条件でＣＭＰを行って、基板の結晶の表面からのＸ線侵入深さを変化させるＸ線回折測定により評価された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所定の範囲内である窒化物結晶基板が半導体デバイスの製造に好適であることが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６５９６０７９号明細書
【特許文献２】米国特許第６４８８７６７号明細書
【特許文献３】特開２００７−００５５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
ここで、上記の米国特許第６５９６０７９号明細書（特許文献１）、米国特許第６４８８７６７号明細書（特許文献２）および特開２００７−００５５２６号公報（特許文献３）に例示されている基板は、いずれも六方晶系のウルツ鉱型のＩＩＩ族窒化物結晶でありその主表面が（０００１）面である。このため、かかる結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を形成した半導体デバイスである発光デバイスは、半導体層の主表面も（０００１）面であり、かかる（０００１）面はその面の法線方向に極性が変化する極性面であるため、かかる極性によるピエゾ分極によって生じる量子閉じ込めシュタルク効果により、電流注入量増加にともなう発光のブルーシフトが大きくなり、発光強度が低下する。
【００１２】
一方、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスを製造するためには、発光デバイスの製造に用いる基板の主表面の極性を低減すること、すなわち、基板の主表面を（０００１）面以外の面とする必要がある。
【００１３】
しかし、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスの製造に好適な基板に関して、その主表面の面方位、その主表面の面粗さ、その表面層の結晶性などが全く不明である。
【００１４】
そこで、本発明は、発光のブルーシフトが抑制された発光デバイスの製造に好適なＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびそ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】
【００１５】
本発明の一実施形態によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面からの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｜の値で表される結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００１６】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板について、均一歪みを１．７×１０-3以下とし、面方位ずれを２６０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．４×１０-3以下とし、面方位ずれを１９０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．２×１０-3以下とし、面方位ずれを１２０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを１．０×１０-3以下とし、面方位ずれを８０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。また、均一歪みを０．７×１０-3以下とし、面方位ずれを５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。
【００１７】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板について、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有することができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面から±４°以内で傾斜することができる。ここで、主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角の絶対値が０．１°未満と実質的に平行とすることができる。また、主表面の面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角の絶対値を０．１°以上４°以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面に存在する酸素の濃度を２原子％以上１６原子％以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面における転位密度を１×１０7ｃｍ-2以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径を４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とすることができる。
【００１８】
本発明の他の実施形態によれば、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、上記のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層を含む。
【００１９】
本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体デバイスは、上記のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む。上記の半導体デバイスについて、上記のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板に含まれる半導体層は、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発する発光層を含むことができる。
【００２０】
本発明のさらに他の実施形態によれば、半導体デバイスの製造方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面からの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｜の値で表される結晶基板の表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面の面方位が結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している結晶基板を準備する工程と、結晶基板の主表面上に少なくとも１層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層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、を含む。
【００２１】
上記の半導体デバイスの製造方法におけるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程において、上記の半導体層は、発光層を含み、発光層がピーク波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発するように形成することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、光のブルーシフトが抑制され、発光強度が増大した発光デバイスの製造に好適なＩＩＩ族窒化物結晶基板、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、ならびに半導体デバイスおよびその製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面から深さ方向の結晶の状態を示す概略断面図である。
【図２】本発明に用いられるＸ線回折法における測定軸、測定角を示す概略図である。
【図３】Ｘ線回折法におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板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ＩＩＩ族窒化物結晶基板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値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値幅を示す。
【図５】Ｘ線回折法におけるＩＩＩ族窒化物結晶基板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値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値幅を示す。
【図６】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の一例を示す概略図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の一例を示す概略図である。
【図８】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の他の例を示す概略図である。
【図９】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の一例を示す概略図である。
【図１０】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板における主表面の面方位の（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜の他の例を示す概略図である。
【図１１】本発明にかかるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板の一例を示す概略断面図である。
【図１２】本発明にかかる半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
［ＩＩＩ族窒化物結晶基板］
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成するＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。本明細書中においては、個別の面方位を（ｈｋｉｌ）で表わし、（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な面方位を含む総称的な面方位を｛ｈｋｉｌ｝で表わす。また、個別の方向を［ｈｋｉｌ］で表わし、［ｈｋｉｌ］およびそれに結晶幾何学的に等価な方向を含む方向を＜ｈｋｉｌ＞で表わす。また、負の指数については、結晶幾何学上は「−」（バー）を指数を表す数字の上に付けて表わすのが一般的であるが、本明細書中では指数を表す数字の前に負の符号（−）を付けて表わす。
【００２５】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶は、＜０００１＞方向にＩＩＩ族元素原子面および窒素原子面が交互に配列するため、＜０００１＞方向に極性を有する。本願においては、ＩＩＩ族元素原子面が（０００１）面となり、窒素原子面が（０００−１）面となるように、結晶軸を設定する。
【００２６】
本発明においては、Ｘ線回折法を用いることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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。
【００２７】
図１に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶体からの切り出し、研削または研磨などによる加工によって、結晶基板の主表面１ｓから一定の深さ方向の表面層１ｐ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、表面層１ｐに隣接する表面隣接層１ｑ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、表面隣接層１ｑよりも内側の内層１ｒ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、表面層１ｐ、表面隣接層１ｑの状態、厚さが異なる。
【００２８】
ここで、結晶基板の主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、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。
【００２９】
本発明においてＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の結晶性を評価するためのＸ線回折測定は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からのＸ線侵入深さを変化させるものである。
【００３０】
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。
【００３１】
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）になるときの結晶基板の主表面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、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１におけるＸ線の線吸収係数μ、結晶基板の主表面１ｓの傾き角χ、結晶基板の主表面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２２（２θ軸）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は結晶基板の主表面１ｓに垂直である。φは結晶基板の主表面１ｓ内の回転角を示す。
【００３２】
【数１】
【００３３】
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。
【００３４】
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と結晶基板の主表面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基板の主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と結晶基板の主表面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。上記のように、特定結晶格子面には、結晶基板の主表面と平行でないこと以外には特に制限はないが、所望の進入深さでのＸ線回折による評価が容易な観点から、（１０−１０）面、（１０−１１）面、（１０−１３）面、（１１−２０）面、（１１−２２）面、（１１−２４）面、（１０−１−１）面、（１０−１−３）面、（１１−２−２）面、（１１−２−４）面などが好ましく用いられる。
【００３５】
ここで、Ｘ線侵入深さを変えて結晶基板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値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値幅の変化から結晶格子の面方位ずれを評価する。
【００３６】
また、図６を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上であることにより、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスにおいて、半導体層中の発光層のピエゾ分極が抑制され量子閉じ込めシュタルク効果が低減されることにより、ホールと電子の再結合が容易になり発光遷移確率が高くなるため、発光デバイスのブルーシフトが低減されるとともに発光の積分強度が高くなる。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への傾斜角αが８０°以下であることにより、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスにおいて、半導体層中の発光層の転位密度が低くなるため、発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板における（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面の面方位が傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。ここで、（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への主表面の傾斜角αは、Ｘ線回折法などにより測定することができる。
【００３７】
（実施形態１）
図１、図３および図６を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１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基板の主表面１ｓ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基板の表面層１ｐの均一歪みが１．９×１０-3以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００３８】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの均一歪みが１．９×１０-3以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの均一歪みは、１．７×１０-3以下が好ましく、１．４×１０-3以下がより好ましく、１．２×１０-3以下がさらに好ましく、１．０×１０-3以下が特に好ましく、０．７×１０-3以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの均一歪みは、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０．４×１０-3程度までに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００３９】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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、結晶基板の表面加工の影響（たとえば、結晶格子面内方向への引張応力３０など）による表面層１ｐ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。
【００４０】
上記の場合、図３（ｂ）を参照して、結晶基板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、表面層の均一歪みを表わすことができる。
【００４１】
（実施形態２）
図１、図４および図６を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１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基板の主表面１ｓ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基板の表面層１ｐの不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００４２】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの不均一歪みは、１１０ａｒｃｓｅｃ以下が好ましく、９０ａｒｃｓｅｃ以下がより好ましく、７５ａｒｃｓｅｃ以下がさらに好ましく、５５ａｒｃｓｅｃ以下が特に好ましく、３０ａｒｃｓｅｃ以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの不均一歪みは、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０ａｒｃｓｅｃまでに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００４３】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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値幅ｖ2はその窒化物結晶本来の半値幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける回折ピークの半値幅ｖ1は、結晶基板の表面加工の影響による表面層１ｐ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値幅ｖ2と異なる値をとる。
【００４４】
上記の場合、図４（ｂ）を参照して、結晶基板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値幅ｖ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける回折ピークの半値幅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、表面層１ｐの不均一歪みを表わすことができる。
【００４５】
（実施形態３）
図１、図５および図６を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して結晶基板の主表面１ｓ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｜の値で表される結晶基板の表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、主表面１ｓの面方位が、結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している。
【００４６】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、その表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、かつ、その（０００１）面または（０００−１）面１ｃから＜１０−１０＞方向への主表面１ｓの面方位の傾斜角αが１０°以上８０°以下であることにより、その結晶基板の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させた少なくとも１層の半導体層を含む半導体デバイスである発光デバイスのブルーシフトを低減するとともに発光の積分強度を高くすることができる。かかる観点から、表面層１ｐの特定結晶格子面の面方位ずれは、２６０ａｒｃｓｅｃ以下が好ましく、１９０ａｒｃｓｅｃ以下がより好ましく、１２０ａｒｃｓｅｃ以下がさらに好ましく、８０ａｒｃｓｅｃ以下が特に好ましく、５０ａｒｃｓｅｃ以下が最も好ましい。ここで、表面層１ｐの特定結晶は、小さいほど好ましく、本願においても、後述するように、結晶基板の主表面の加工条件を調整することにより、０ａｒｃｓｅｃまでに低減されている。また、主表面１ｓの面方位の傾斜角αは、１６°以上８０°以下が好ましく、４５°以上７９°以下がより好ましく、６３°以上７９°以下がさらに好ましい。
【００４７】
ここで、図１を参照して、Ｘ線侵入深さ０．３μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから表面層１ｐ内までの距離に相当し、Ｘ線侵入深さ５μｍはＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓから内層１ｒ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における半値幅ｗ2はその結晶本来の半値幅と考えられるが、Ｘ線侵入深さ０．３μｍにおける半値幅ｗ1は、結晶基板の表面加工の影響による表面層１ｐ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における半値幅ｗ2と異なる値をとる。
【００４８】
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における半値幅ｗ1とＸ線侵入深さ５μｍにおける半値幅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。
【００４９】
上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓ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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される最大高さＲｙを意味し、具体的には、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。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲｙを３０ｎｍ以下とすることにより、このＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上に転位密度が低く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、発光の積分強度の高い発光デバイスなど特性のよい半導体デバイスが得られる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲｙは、１０ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さＲｙは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、光干渉式粗さ計などにより測定することができる。
【００５０】
また、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓ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、ＪＩＳ Ｂ ０６０１−１９９４に規定される算術平均粗さＲａを意味し、具体的には、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（すなわち、距離）を合計してそれを基準面積で平均した値をいう。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲａを３ｎｍ以下とすることにより、このＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面上に転位密度が低く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、発光の積分強度が高い発光デバイスなど特性のよい半導体デバイスが得られる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さＲａは、１ｎｍ以下がより好ましい。表面粗さＲａは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）、光干渉式粗さ計などにより測定することができる。
【００５１】
また、図７〜図１０を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓの面方位は、結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βが±４°以内で傾斜していることが好ましい。
【００５２】
ここで、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角βの絶対値が０．１°未満と実質的に平行であると、主表面１ｓ上にエピタキシャル成長させる少なくとも１層の半導体層に含まれる発光層中の井戸層におけるＩｎ（インジウム）の取り込み濃度を高くすることができるため、成長温度を低下させることなく所望の組成の成長ができ、井戸層の結晶性を向上することができる。半導体デバイスである発光デバイスにおいて、井戸層の結晶性の向上により発光スペクトルに現れる発光ピークの半値幅を低減することにより、良好な発光特性が得られる。上記の面方位のうち、特に｛２０−２１｝面で良好な特性が得られる。
【００５３】
また、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βの絶対値が０．１°以上４°以下であると、主表面１ｓの面方位が｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角βの絶対値が０．１°未満と実質的に平行である場合とほぼ同様の良好な発光特性を有する半導体デバイスが得られる。また、主表面１ｓの面方位が結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角βの絶対値が０．１°以上４°以下である場合は、成長させる半導体層（発光層が含まれる）のモフォロジーがよくなるため、得られる発光デバイス（半導体デバイス）は良好な発光特性を有する。上記の面方位のうち、特に｛２０−２１｝面で良好な特性が得られる。
【００５４】
また、図１を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１において、主表面１ｓに存在する酸素の濃度が２原子％以上１６原子％以下であることが好ましい。ここで、主表面１ｓに存在する酸素とは、主表面１ｓが酸化することにより取り込まれている酸素および主表面１ｓに付着している酸素などを意味する。ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓに存在する酸素の濃度が２原子％よりも低いと、形成された半導体デバイスにおける結晶基板とその結晶基板上にエピタキシャル成長により形成された半導体層との間の界面の抵抗が大きくなり、発光の積分強度が低下する。結晶基板の主表面１ｓに存在する酸素の濃度が１６原子％より高いと、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させる半導体層の結晶性が低下するため、発光の積分強度が低下する。かかる観点から、主表面１ｓに存在する酸素の濃度は３原子％以上１０原子％以下がより好ましい。ここで、主表面に存在する酸素の濃度は、ＡＥＳ（オージェ原子分光法）、ＸＰＳ（Ｘ線光電子分光法）などにより測定される。
【００５５】
すなわち、上記のＡＥＳおよびＸＰＳによって測定ができる観点から、本願発明における主表面１ｓに存在する酸素とは、主表面１ｓに付着している酸素および結晶基板の酸化などにより主表面１ｓに取り込まれている酸素、主表面から通常５ｎｍ程度まででたかだか１０ｎｍ程度までの深さまでの領域に取り込まれている酸素をいう。
【００５６】
また、図１を参照して、上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１について、主表面１ｓにおける転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下であることが好ましい。結晶基板の主表面における転位密度が１×１０7ｃｍ-2より高くなると、結晶基板の主表面上にエピタキシャル成長させる半導体層の結晶性が低下するため、発光の積分強度が低下する。かかる観点から、主表面１ｓにおける転位密度が１×１０6ｃｍ-2以下がより好ましく、１×１０5ｃｍ-2以下がさらに好ましい。生産コストおよび生産性の観点から、主表面１ｓにおける転位密度は、１×１０2ｃｍ-2以上が好ましい。
【００５７】
半導体デバイスの生産におけるコストおよび効率を高める観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径は、４０ｍｍ以上が好ましく、５０ｍｍ以上がより好ましい。基板の直径が大きい場合には、１枚の基板から作製できるデバイスの個数が増加する。大口径の基板を作製するためには、下地基板の直径を大きくし、厚みの厚い結晶を成長し、所望の角度で切り出して加工することができる。また、直径の小さいＩＩＩ族窒化物結晶の複数枚の基板をそれらの側面が互いに隣接するように配置して、それらの複数枚の基板の主表面上に、それぞれＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる際にそれらのＩＩＩ族窒化物結晶を互いに接合させて単一の結晶として成長させ、得られた単一のＩＩＩ族窒化物結晶を大口径のＩＩＩ族窒化物結晶基板に加工することができる。
【００５８】
また、反りおよび厚み分布を小さくするなどの形状精度を向上させる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の直径は、１５０ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。
【００５９】
なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の形状は、デバイスを作製することができる大きさを有するものであれば、円形に限定されず、四角形などの多角形であってもよい。主表面の形状が多角形である場合は、半導体デバイスの生産におけるコストおよび効率を高める観点から、最短辺の長さは、５ｍｍ以上が好ましく、１０ｍｍ以上がより好ましい。また、反りおよび厚み分布を小さくするなどの形状精度を向上させる観点から、最長辺の長さは、１５０ｍｍ以下が好ましく、１００ｍｍ以下がより好ましい。主表面が長方形または正方形などのすべての角が直角である四角形のＩＩＩ族窒化物結晶基板としては、主表面がたとえば、５ｍｍ×１５ｍｍ、１０ｍｍ×１０ｍｍ、１０ｍｍ×２０ｍｍ、１８ｍｍ×１８ｍｍ、２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍなどが挙げられる。
【００６０】
なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板に添加される不純物（ドーパント）は、特に制限はないが、導電性基板、絶縁性基板を作製する観点から、以下のものが好ましく用いられる。比抵抗が５×１０-5Ω・ｃｍ以上０．５Ω・ｃｍ以下（好ましくは５×１０-4Ω・ｃｍ以上０．０５Ω・ｃｍ以下）でキャリア濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０20ｃｍ-3以下（好ましくは１×１０17ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下）の範囲内のｎ型導電性基板では、結晶性を維持してかかる範囲内で所望の導電性が得られる観点から、基板に添加される不純物はＯ、Ｓｉが好ましい。比抵抗が１×１０4Ω・ｃｍ以上１×１０11Ω・ｃｍ以下（好ましくは１×１０6Ω・ｃｍ以上１×１０10Ω・ｃｍ以下）の範囲内の絶縁性基板では、結晶性を維持してかかる範囲内で所望の絶縁性が得られる観点から、基板に添加される不純物はＣ、Ｆｅが好ましい。ここで、基板の比抵抗は、四探針法、二探針法などにより測定することができる。また、基板のキャリア濃度は、ホール測定法、Ｃ−Ｖ測定法などにより測定することができる。
【００６１】
［ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法］
上記の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法は、特に制限はないが、たとえば、ＩＩＩ族窒化物結晶体を成長させる工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶体を、その結晶体の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の面に平行な複数の面で切り出すことにより、０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の主表面を有するＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を加工する工程と、を備えることができる。
【００６２】
（ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造工程）
ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造方法には、特に制限はなく、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、昇華法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などが好適に用いられる。たとえば、ＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、フラックス、アモノサーマル法などが好適に用いられ、ＡｌＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、昇華法などが好適に用いられ、ＩｎＮ結晶体、ＡｌＧａＮ結晶体およびＩｎＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法などが好適に用いられる。
【００６３】
上記のＩＩＩ族窒化物結晶体の製造において、下地基板には、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶体との結晶格子の不整合が小さく結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶体を成長させる観点から、ＧａＡｓ基板、サファイア基板、ＳｉＣ基板などが好適に用いられる。
【００６４】
（ＩＩＩ族窒化物結晶基板の形成工程）
上記のようにして製造されたＩＩＩ族窒化物結晶体を、その結晶体の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向への傾斜角αが１０°以上８０°以下の面に平行な複数の面で切り出す方法には、特に制限はなく、ワイヤソー、内周刃、外周刃、レーザ加工、放電加工、ウォータージェットなどの各種切断方法を用いることができる。
【００６５】
（ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面加工工程）
上記のようにして形成されたＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を平坦化し加工変質層を低減するための主表面加工方法は、特に制限はないが、表面粗さおよび加工変質層の両方を低減する観点から、研削および機械的研磨のいずれかの機械的加工の後、ＣＭＰ（化学機械的研磨）を行うことが好ましい。なお、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の加工変質層は完全に除去する必要はなく、半導体層をエピタキシャル成長させる前にアニール処理により主表面の改質を行うこともできる。半導体層成長前のアニールにより結晶基板の表面層における結晶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。
【００６６】
主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向へ１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さおよび加工変質層の両方を効率的に低減するために好適なＣＭＰについて以下に説明する。
【００６７】
ＣＭＰに用いられるスラリーは、ｐＨの値Ｘと酸化還元電位の値Ｙ（ｍＶ）との関係が、以下の式（２）および（３）
Ｙ≧−５０Ｘ＋１３００ （２）
Ｙ≦−５０Ｘ＋１９００ （３）
を満たしていることが好ましい。Ｙ＜−５０Ｘ＋１３００であると、研磨速度が低くなり、ＣＭＰ時の機械的な負荷が増加するために、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面品質が低下する。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。
【００６８】
また、研磨速度をさらに向上させ、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面品質を向上させる観点から、さらに以下の式（４）
Ｙ≧−５０Ｘ＋１４００ （４）
の関係をも満たすことが好ましい。
【００６９】
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）あるいは上記式（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。
【００７０】
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、硫酸、塩酸、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。
【００７１】
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。
【００７２】
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、シュウ酸、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。
【００７３】
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、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の硬度以下に硬度の低い低硬度砥粒を用いることができる。低硬度砥粒を用いることにより結晶基板の主表面の表面粗さおよび加工変質層を低減することができる。
【００７４】
ここで、低硬度砥粒は、被研磨物であるＩＩＩ族窒化物結晶の硬度以下に硬度の低い砥粒であれば特に制限はないが、ＳｉＯ2、ＣｅＯ2、ＴｉＯ2、ＭｇＯ、ＭｎＯ2、Ｆｅ2Ｏ3、Ｆｅ3Ｏ4、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ3Ｏ4、ＣｕＯ、Ｃｕ2Ｏ、ＧｅＯ2、ＣａＯ、Ｇａ2Ｏ3、Ｉｎ2Ｏ3からなる群から選ばれる少なくとも１つの材質を含む砥粒であることが好ましい。
【００７５】
なお、砥粒は、単一の金属元素を含む酸化物に限定されず、２種類以上の金属元素を含む酸化物（たとえば、フェライト、ペロブスカイト、スピネルまたはイルメナイトなどの構造を有するもの）であってもよい。また、ＡｌＮ、ＧａＮ、ＩｎＮなどの窒化物、ＣａＣＯ3、ＢａＣＯ3などの炭酸化物、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｔｉ、Ｎｉなどの金属、炭素（具体的には、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、Ｃ６０など）を用いることもできる。
【００７６】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面をスクラッチを発生させずに短時間で表面粗さＲａ，Ｒｙを低減する観点から、砥粒は、１次粒子が結合した２次粒子とすることが好ましい。１次粒子の平均粒径Ｄ1に対する２次粒子の平均粒径Ｄ2の比（Ｄ2／Ｄ1比）が１．６以上であることが好ましく、２次粒子の平均粒径Ｄ2が２００ｎｍ以上であることが好ましく、２次粒子の形状が繭形、塊状形および鎖形の少なくともいずれかの形状であることが好ましく、ヒュームドシリカ、コロイダルシリカであって１次粒子が化学的に結合した２次粒子となっているＳｉＯ2砥粒であることが好ましい。１次粒子径はガス吸着法による吸着比表面積から評価することができ、２次粒子は動的光散乱法で評価することができる。
【００７７】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれを低減する観点から、ＣＭＰにおける接触係数Ｃ（単位：１０-6ｍ）は、１．０×１０-6ｍ以上２．０×１０-6ｍ以下が好ましく、１．２×１０-6ｍ以上１．８×１０-6ｍ以下がより好ましい。ここで、接触係数Ｃは、スラリーの粘度をη（単位：ｍＰａ・ｓ）、ＣＭＰにおける周速度Ｖ（単位：ｍ／ｓ）およびＣＭＰにおける圧力Ｐ（単位：ｋＰａ）を用いて、次式（５）
Ｃ＝η×Ｖ／Ｐ （５）
と表わされる。スラリーの接触係数Ｃが１．０×１０-6ｍより小さい場合は、ＣＭＰにおいてＩＩＩ族窒化物結晶基板への負荷が大きくなるため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが大きくなる。スラリーの接触係数Ｃが２．０×１０-6ｍより大きい場合は、研磨速度が低下するため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の表面粗さ、表面層の均一歪み、不均一歪みおよび／または面方位ずれが大きくなる。なお、スラリーの粘度は、Ｂ型粘度計、オストワルド型粘度計などにより測定できる。
【００７８】
さらに、このようにして得られた、１つ以上の実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に、さらにＩＩＩ族窒化物結晶を成長させて、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を結晶基板の主表面１ｓ上に平行な面で切り出してＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造し、かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面を上記と同様にして表面加工することにより、さらに実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板を製造することができる。上記のＩＩＩ族窒化物結晶のさらなる成長（繰り返し成長）の下地基板として用いるＩＩＩ族窒化物結晶基板は、必ずしも１枚の結晶基板でなくてよく、小サイズの結晶基板を複数枚用いても良い。繰り返し成長時に接合して単一の結晶とすることができる。更に繰り返し成長で接合したＩＩＩ族窒化物結晶から切り出した結晶基板を下地基板として用い、再度繰り返し成長することもできる。このように、ＩＩＩ族窒化物結晶を繰り返し使用して成長することにより、生産コストを削減することができる。
【００７９】
ここで、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に、さらにＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法には、とくに制限はなく、ＨＶＰＥ法、昇華法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などが好適に用いられる。たとえば、ＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、フラックス法、アモノサーマル法などが好適に用いられ、ＡｌＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法、昇華法などが好適に用いられ、ＩｎＮ結晶体、ＡｌＧａＮ結晶体およびＩｎＧａＮ結晶体の製造には、ＨＶＰＥ法などが好適に用いられる。
【００８０】
［エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板］
（実施形態４）
図１１を参照して、本発明にかかるエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板の一実施形態は、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層２を含む。
【００８１】
本実施形態のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３において、半導体層２はＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上にエピタキシャル成長されていることから、半導体層２の主表面２ｓの面方位はＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓの面方位と同一である。実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓの面方位は（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜しているため、半導体層２の主表面２ｓの面方位は（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している。このようにして、結晶性が高く主表面２ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αを有する半導体層２を含むエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られる。
【００８２】
半導体層２の形成方法には、特に制限はないが、結晶性の高い半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの気相成長法が好ましく用いられる。
【００８３】
［半導体デバイス］
（実施形態５）
図１２を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの一実施形態は、実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を含む。
【００８４】
本実施形態の半導体デバイスに含まれる実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、主表面１ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上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２を含む。かかる半導体層２は、結晶性が高く、その主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜しているため、ピエゾ分極が抑制されて量子閉じ込めシュタルク効果も抑制されることにより、本実施形態の半導体デバイスの特性が高くなる。たとえば、上記半導体層２中に発光層２１０が含まれる発光デバイスにおいては、ピエゾ分極が抑制されて量子閉じ込めシュタルク効果が抑制されるため、発光のブルーシフトが抑制され、発光強度が向上する。このため、半導体層２中にピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を高い効率で発する発光層２１０を形成することができる。特に、波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの緑色領域の光の発光強度が顕著に向上する。
【００８５】
図１２を参照して、本実施形態の半導体デバイスは、実施形態４のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を含む。エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、主表面１ｓの面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下の所定の傾斜角αで傾斜している実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１を含む。また、エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３は、上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の一方の主表面１ｓ上に、少なくとも１層の半導体層２として、順次形成されている厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（０＜ｘ１、０＜ｙ１、ｘ１＋ｙ１＜１）クラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（０＜ｘ２＜１）ガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（０＜ｘ３＜１）井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎ（０＜ｘ４＜１）ガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎ（０＜ｘ５＜１）ブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎ（０＜ｘ６、０＜ｙ６、ｘ６＋ｙ６＜１）クラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を含む。ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に部分的に厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００が形成され、露出しているｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上にｐ側電極４００が形成されている。ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の他方の主表面上にｎ側電極５００が形成されている。
【００８６】
［半導体デバイスの製造方法］
図１２を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の実施形態としては、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、結晶の主表面１ｓ上に少なくとも１層の半導体層２を成長させることによりエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程とを含む。かかる製造方法により、半導体層のピエゾ分極による量子閉じ込めシュタルク効果が抑制された特性の高い半導体デバイスが得られる。たとえば、上記半導体層２中に発光層２１０を含めることにより、発光層２１０のピエゾ分極による量子閉じ込めシュタルク効果が抑制されることにより発光のブルーシフトが抑制され発効強度の積分強度が高い発光デバイスが得られる。
【００８７】
図１２を参照して、本実施形態の半導体デバイス４の製造方法は、具体的には、まず、実施形態１〜実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板１を準備する。かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板１の準備については、［ＩＩＩ族窒化物結晶基板］および［ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法］に記載したとおりであり、繰り返さない。
【００８８】
次に、準備されたＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主表面１ｓ上に少なくとも１層の半導体層２を成長させてエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板３を形成する。半導体層２の成長方法には、特に制限はないが、結晶性の高い半導体層をエピタキシャル成長させる観点から、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシー）法などの気相成長法が好ましく用いられる。
【００８９】
たとえば、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の一方の主表面１ｓ上に、少なくとも１層の半導体層２として、たとえばＭＯＣＶＤ法により、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎクラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎクラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を順次成長させる。
【００９０】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に、蒸着法により、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００を形成する。次いで、フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法により、幅１０μｍのストライプ窓を形成する。＜１０−１０＞方向軸を半導体層の主表面に投影した方向に平行にレーザストライプを設ける。次いで、このストライプ窓上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上に、蒸着法により、ｐ側電極４００としてＮｉ／Ａｕ電極を形成する。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の他方の主表面上に、蒸着法により、ｎ側電極５００としてＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕ電極を形成する。
【実施例】
【００９１】
（実施例Ｉ）
１．ＩＩＩ族窒化物結晶体の製造
下地基板として直径５０ｍｍのＧａＡｓ結晶基板を用いて、ＨＶＰＥ法により、厚さ５０ｍｍのＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を成長させた。すなわち、大気圧のＨＶＰＥ反応炉内で、金属Ｇａを収容したボートを８００℃に加熱し、このボートにＨＣｌガスとキャリアガス（Ｈ2ガス）との混合ガスを導入することにより、金属ＧａとＨＣｌガスとを反応させて、ＧａＣｌガスを生成させた。これとともに、ＨＶＰＥ反応炉内にＮＨ3ガスとキャリアガス（Ｈ2ガス）との混合ガスを導入することにより、ＧａＣｌガスとＮＨ3ガスとを反応させて、ＨＶＰＥ反応炉内に設置されたＧａＡｓ結晶基板（下地基板）上にＧａＮ結晶体を成長させた。ここで、ＧａＮ結晶体の成長温度は１０５０℃、ＨＶＰＥ反応炉内のＨＣｌガス分圧は２ｋＰａ、ＮＨ3ガス分圧は３０ｋＰａとした。
【００９２】
２．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造
上記で得られたＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を、（０００１）面に対して［１０−１０］方向に０°〜９０°の間の傾斜角αを有する面に平行な面でスライスすることにより、表１に示す面方位の主表面を有するＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を製造した。
【００９３】
３．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面加工
上記で得られたＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）主表面を、ラッピング（機械的研磨）した後、ＣＭＰ（化学機械的研磨）することにより、半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板を得た。ここで、ラッピングは、砥粒径が２μｍ、３μｍおよび９μｍの３種類のダイヤモンド砥粒を準備して、銅定盤または錫定盤を用いて、ダイヤモンド砥粒の粒径を段階的に小さくさせて行った。ラッピング圧力は１００ｇｆ／ｃｍ2〜５００ｇｆ／ｃｍ2（９．８ｋＰａ〜４９．０ｋＰａ）、ＧａＮ結晶基板および定盤の回転数は３０回転／ｍｉｎ〜６０回転／ｍｉｎとした。また、ＣＭＰは、砥粒として１次粒子が化学的に結合して２次粒子となったコロイダルシリカ（１次粒子径が７０ｎｍ、２次粒子径が１９０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として硝酸、酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表１に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表１に示す値になるように調整して行った。
【００９４】
こうして表面加工されたＧａＮ結晶基板について、（１０−１３）面（本測定における特定結晶格子面）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）面の面間隔および回折強度ピークの半値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値幅を求め、これらの値からＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価した。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。なお、上記Ｘ線侵入深さでのＸ線回折による評価を容易にする観点から、例Ｉ−６、Ｉ−７、Ｉ−１３およびＩ−１４においては特定結晶格子面として（１０−１１）面を用い、例Ｉ−１５およびＩ−１６においては特定結晶格子面として（１０−１−３）面を用いた。
【００９５】
なお、本実施例と同様の製造方法および表面加工方法により得られた別のＧａＮ結晶基板について、その比抵抗は四探針法により測定したところ１×１０-2Ω・ｃｍであり、そのキャリア濃度はホール測定法により測定したところ２×１０18ｃｍ-3であった。
【００９６】
４．半導体デバイスの製造
図１２を参照して、上記で得られた半導体デバイス用のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の一方の主表面１ｓ上に、ＭＯＣＶＤ法により、少なくとも１層の半導体層２として、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ層２０２、厚さ１２００ｎｍのｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎ（ｘ１＝０．０３、ｙ１＝０．１４）クラッド層２０４、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層２０６、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx2Ｇａ1-x2Ｎ（ｘ２＝０．０３）ガイド層２０８、厚さ１５ｎｍのＧａＮ障壁層および厚さ３ｎｍのＩｎx3Ｇａ1-x3Ｎ（ｘ３＝０．２〜０．３）井戸層から構成される３周期のＭＱＷ（多重量子井戸）構造を有する発光層２１０、厚さ６５ｎｍのアンドープのＩｎx4Ｇａ1-x4Ｎ（ｘ４＝０．０３）ガイド層２２２、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎ（ｘ５＝０．１１）ブロック層２２４、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮ層２２６、厚さ４００ｎｍのｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎ（ｘ６＝０．０３、ｙ６＝０．１４）クラッド層２２８、および厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層２３０を順次成長させた。
【００９７】
次に、ｐ型ＧａＮコンタクト層２３０上に、蒸着法により、厚さ３００ｎｍのＳｉＯ2絶縁層３００を形成した。次いで、フォトリソグラフィー法およびウェットエッチング法により、幅１０μｍのストライプ窓を形成した。＜０００１＞方向軸を半導体層の主表面に投影した方向に平行にレーザストライプを設けた。次いで、このストライプ窓上およびＳｉＯ2絶縁層３００の一部上に、蒸着法により、ｐ側電極４００としてＮｉ／Ａｕ電極を形成した。次いで、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の他方の主表面をラッピング（機械的研磨）により鏡面とした。このとき、接触式膜厚計を用いてまたは光学顕微鏡またはＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）を用いた基板を含むウエハ断面の観察により、上記ウエハの各層および全体の厚みを測定した。
【００９８】
レーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、ピーク波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝の形成条件は、レーザ光出力１００ｍＷ、走査速度５ｍｍ／ｓとした。形成されたスクライブ溝は、たとえば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチで基板の絶縁膜開口箇所を通して半導体層の主表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。
【００９９】
次に、レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ2とＴｉＯ2を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０ｎｍ〜１００ｎｍの範囲で調整して、反射率のピーク波長が５００ｎｍ〜５３０ｎｍの範囲になるように設計した。一方の端面の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、他方の端面の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。
【０１００】
上記のようにして得られた半導体デバイスの通電による評価を、室温（２５℃）にて、以下のようにして行った。電源として、パルス幅５００ｎｓ、デューティ比０．１％のパルス電源を用いて、表面電極に針を落として通電した。電流密度は１００Ａ／ｃｍ2とした。ＬＥＤモード光の観察は、光ファイバをレーザバーの主表面側に配置して、主表面から放出される発光スペクトルを測定することにより行った。ＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度を表１にまとめた。また、ＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの半値幅を表１にまとめた。レーザ光の観測は、光ファイバをレーザバー端面側に配置して、端面から放出される発光スペクトルを測定することにより行った。ＬＥＤモード光の発光ピーク波長は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍであった。レーザ光の発振ピーク波長は５００ｎｍ〜５３０ｎｍであった。
【０１０１】
【表１】
【０１０２】
表１から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合には、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。さらに、主表面の面方位が｛１０−１１｝、｛２０−２１｝、｛１０−１−１｝および｛２０−２−１｝のいずれかである場合は、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの半値幅が低減した。
【０１０３】
例Ｉ−２およびＩ−１０について、それぞれ電流密度１Ａ／ｃｍ2および１００Ａ／ｃｍ2におけるＬＥＤモード光の発光波長の測定から、ブルーシフトを評価した。例Ｉ−２におけるブルーシフトは４０ｎｍであり、例Ｉ−１０におけるブルーシフトは１０ｎｍであった。ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合には、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのブルーシフトは極めて小さかった。
【０１０４】
（実施例ＩＩ）
ＣＭＰを、砥粒として１次粒子が化学的に結合して２次粒子となったコロイダルシリカ（１次粒子径が１５ｎｍ、２次粒子径が４０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤としてクエン酸、酸化剤としてトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表２に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表２に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表２にまとめた。
【０１０５】
【表２】
【０１０６】
表２から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、表面層の均一歪み、不均一歪みおよび特定結晶格子面の面方位ずれが小さくなるほど、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１０７】
（実施例ＩＩＩ）
ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の主表面の面方位を（２０−２１）（（０００１）面からの傾斜角αは７５°）とし、ＣＭＰを、砥粒として球状のコロイダルシリカ（表３に示す砥粒径）を含み、ｐＨ調節剤として炭酸ナトリウム、酸化剤としてジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表３に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表３に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表３にまとめた。
【０１０８】
【表３】
【０１０９】
表３から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、主表面の面粗さＲａ，Ｒｙが小さくなるほど、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１１０】
（実施例ＩＶ）
ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の主表面の面方位を（１０−１１）（（０００１）面からの傾斜角αは６２°）とし、ＣＭＰを、砥粒として球状のコロイダルシリカ（砥粒径が４０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として硫酸、酸化剤として過酸化水素水およびトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表４に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表４に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）および半導体デバイスを製造して、表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを評価するとともに、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表４にまとめた。
【０１１１】
【表４】
【０１１２】
表４から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、主表面に存在する酸素の濃度について、ＡＥＳ（オージェ原子分光法）により測定したところ、２原子％以上１６原子％以下のとき、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光ピークの積分強度が大きくなった。
【０１１３】
（実施例Ｖ）
１．ＩＩＩ族窒化物結晶体およびＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造
例Ｖ−１およびＶ−２については、下地基板として実施例Ｉの例Ｉ−１０で製造した主表面の面方位が（２０−２１）のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を用いて、フラックス法によりＧａＮ結晶体を成長させた。すなわち、ＧａＮ結晶基板（下地基板）と、Ｇａ原料としての金属Ｇａと、フラックスとしての金属Ｎａとを、モル比でＧａ：Ｎａが１：１となるように坩堝に収容した。ついで、坩堝を加熱することにより、ＧａＮ結晶基板の（２０−２１）主表面に接触する８００℃のＧａ−Ｎａ融液を得た。このＧａ−Ｎａ融液に、Ｎ原料として５ＭＰａのＮ2ガスを溶解させて、ＧａＮ結晶基板の（２０−２１）主表面上に、厚さ２ｍｍのＧａＮ結晶を成長させた。結晶成長が進行するに従って、転位密度が減少した。ＧａＮ結晶からのＧａＮ結晶基板の取り位置の違いにより、ＧａＮ結晶基板の主表面の転位密度を調整した（表５を参照）。
【０１１４】
例Ｖ−３〜Ｖ−６については、ＨＶＰＥ法での成長は、下地基板として実施例Ｉの例Ｉ−１０で製造した主表面の面方位が（２０−２１）のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を用いて、ＨＶＰＥ法により厚さ５ｍｍのＧａＮ結晶体を成長させた。ＨＶＰＥ法によるＧａＮ結晶の成長条件は、実施例Ｉと同様とした。結晶成長が進行するに従って、転位密度が減少した。ＧａＮ結晶からのＧａＮ結晶基板の取り位置の違いにより、ＧａＮ結晶基板の主表面の転位密度を調整した（表５を参照）。
【０１１５】
２．ＩＩＩ族窒化物結晶基板の表面加工
ＣＭＰを、砥粒として１次粒子が鎖状に化学結合して２次粒子となったヒュームドシリカ（１次粒子径が２０ｎｍ、２次粒子径が２００ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤としてリンゴ酸、酸化剤として過マンガン酸カリウムを含み、ｐＨおよび酸化還元電位（ＯＲＰ）を表に示す値に調製したスラリーを用いて、接触係数Ｃを表２に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を表面加工して、半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板を得た。こうして得られた半導体デバイス用ＧａＮ結晶基板（表面加工されたＧａＮ結晶基板）の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを、実施例Ｉと同様にして、評価した。
【０１１６】
３．半導体デバイスの製造
上記で得られた半導体デバイス用のＧａＮ結晶基板を用いて、実施例Ｉと同様にして半導体デバイスを製造して、半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度および半値幅を測定した。結果を表５にまとめた。
【０１１７】
【表５】
【０１１８】
表５から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶基板について、表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下、表面層の不均一歪みが１３０ａｒｃｓｅｃ以下および表面層の特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下の少なくともいずれかであって、かつ、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している場合において、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主表面の転位密度が小さくなるほど、たとえば、転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下、１×１０6ｃｍ-2以下、さらに１×１０5ｃｍ-2以下と小さくなるにしたがって、かかる結晶基板を用いた半導体デバイスのＬＥＤモード光の発光スペクトルの波長５００ｎｍ〜５５０ｎｍの範囲における発光ピークの積分強度が大きくなった。なお、下地基板に複数のＧａＮ結晶基板を用い、フラックス法、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶体を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。
【０１１９】
（実施例ＶＩ）
ＣＭＰを、砥粒として粒子が集合していない球状のコロイダルシリカ（砥粒径が２０ｎｍ）を含み、ｐＨ調節剤として塩酸、酸化剤として過酸化水素水およびトリクロロイソシアヌル酸を含み、ｐＨ、酸化還元電位（ＯＲＰ）および粘度を表６に示す値に調製したスラリーを用いて、ＣＭＰ周速度、ＣＭＰ圧力および接触係数Ｃを表６に示す値になるように調整して行ったこと以外は、実施例Ｉと同様にして、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を表面加工した。こうして表面加工されたＧａＮ結晶基板の表面層の均一歪み、不均一歪みおよび結晶格子面の面方位ずれを、実施例Ｉと同様にして、評価した。結果を表６にまとめた。
【０１２０】
【表６】
【０１２１】
表６から明らかなように、ｐＨの値Ｘと酸化還元電位の値Ｙ（ｍＶ）とが、
−５０Ｘ＋１３００≦Ｙ≦−５０Ｘ＋１９００
の関係を有するスラリーを用いて、接触係数Ｃが１．０×１０-6ｍ以上２．０×１０-6ｍ以下となるようにＣＭＰを行うことにより、主表面の面方位が（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板においても、その表面層の均一歪みを１．９×１０-3以下、その表面層の不均一歪みを１３０ａｒｃｓｅｃ以下、および／またはその表面層の特定結晶格子面（（１０−１３）面）の面方位ずれを３５０ａｒｃｓｅｃ以下とすることができた。
【０１２２】
（実施例ＶＩＩ）
例ＩＩ−３で作製した主表面の面方位が(２０−２１)のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を切断し、５ｍｍ×２０ｍｍ〜５ｍｍ×４５ｍｍのサイズの複数の小片基板を得た。かかる複数の小片基板を、それらの主表面（かかる主表面は、いずれも、面方位が（２０−２１）であり、（０００１）面に対して７５°の傾斜角を有する）が互いに平行になるように、かつ、それらの［０００１］方向が同一になるように、かつ、それらの側面が互いに隣接するように並べて所望のサイズの下地基板とし、それらの小片基板の主表面のそれぞれにＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させて、それらのＩＩＩ族窒化物結晶を互いに接合し、外周部を加工することにより、所望のサイズのＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を得た。
【０１２３】
得られたＧａＮ結晶を下地基板の主表面に平行に切り出し、例ＩＩ−３と同様にして、主表面の大きさがそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍ、直径４０ｍｍ、直径１００ｍｍおよび直径１５０ｍｍのＧａＮ結晶基板ならびに半導体デバイスを製造した。かかるＧａＮ結晶基板および半導体デバイスは、いずれも例ＩＩ−３の場合と同等の基板特性およびデバイス特性が得られた。
【０１２４】
さらに、これらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を下地基板とし、ＨＶＰＥ法により繰り返し結晶成長して、主表面がそれぞれ２０ｍｍ×２０ｍｍ、３０ｍｍ×５０ｍｍ、直径４０ｍｍ、直径１００ｍｍおよび直径１５０ｍｍのＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を得た。かかるＧａＮ結晶を上記と同様に加工することにより、例ＩＩ−３と同等の特性を有するＧａＮ結晶基板および半導体デバイスが得られた。
【０１２５】
（実施例ＶＩＩＩ）
下地基板として直径１５０ｍｍのＧａＡｓ結晶基板を用いて、ＨＶＰＥ法により、厚さ１２０ｍｍのＧａＮ結晶体（ＩＩＩ族窒化物結晶体）を成長させた。ここで、ＨＶＰＥ法によるＧａＮ結晶体の成長は実施例１と同様にして行ない、かかる結晶成長を繰り返すことにより、厚さ１２０ｍｍのＧａＮ結晶体を得た。こうして得られたＧａＮ結晶体を、（０００１）面に対して［１０−１０］方向に７５°の傾斜角を有する面でスライスし、外周部を加工することにより、主表面の面方位が(２０−２１)であり、直径が１００ｍｍのＧａＮ結晶を得た。かかるＧａＮ結晶に例ＩＩ−３と同様の加工を施すことにより、ＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を得た。かかるＧａＮ結晶基板を用いて例ＩＩ−３と同様にして半導体デバイスを製造した。かかるＧａＮ結晶基板および半導体デバイスは、いずれも例ＩＩ−３の場合と同等の基板特性およびデバイス特性が得られた。
【０１２６】
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】
【０１２７】
１ ＩＩＩ族窒化物結晶基板、１ｃ （０００１）面または（０００−１）面、１ｄ，５１ｄ，５２ｄ，５３ｄ 特定結晶格子面、１ｐ 表面層、１ｑ 表面隣接層、１ｒ 内層、１ｓ，２ｓ 主表面、２ 半導体層、３ エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板、４ 半導体デバイス、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、２０２ ｎ型ＧａＮ層、２０４ ｎ型Ｉｎx1Ａｌy1Ｇａ1-x1-y1Ｎクラッド層、２０６ ｎ型ＧａＮガイド層、２０８ Ｉｎx2Ｇａ1-x2Ｎガイド層、２１０ 発光層、２２２ Ｉｎx4Ｇａ1-x4Ｎガイド層、２２４ ｐ型Ａｌx5Ｇａ1-x5Ｎブロック層、２２６ ｐ型ＧａＮ層、２２８ ｐ型Ｉｎx6Ａｌy6Ｇａ1-x6-y6Ｎクラッド層、２３０ ｐ型ＧａＮコンタクト層、３００ ＳｉＯ2絶縁層、４００ ｐ側電極、５００ ｎ側電極。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、
前記結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶基板の前記主表面からの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結晶基板の表面層の前記特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、
前記主表面の面方位が、前記結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項２】
前記均一歪みが１．７×１０-3以下であり、前記面方位ずれが２６０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項３】
前記均一歪みが１．４×１０-3以下であり、前記面方位ずれが１９０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項４】
前記均一歪みが１．２×１０-3以下であり、前記面方位ずれが１２０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項５】
前記均一歪みが１．０×１０-3以下であり、前記面方位ずれが８０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項６】
前記均一歪みが０．７×１０-3以下であり、前記面方位ずれが５０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項７】
前記主表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有する請求項１から請求項６のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項８】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面から±４°以内で傾斜している請求項１から請求項７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項９】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角の絶対値が０．１°未満と実質的に平行である請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１０】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角の絶対値が０．１°以上４°以下である請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１１】
前記主表面に存在する酸素の濃度が２原子％以上１６原子％以下である請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１２】
前記主表面における転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下である請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１３】
直径が４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である請求項１から請求項１２のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の前記主表面上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層を含むエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイス。
【請求項１６】
前記エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板に含まれる前記半導体層は、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発する発光層を含む請求項１５に記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、
前記結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶基板の前記主表面からの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結晶基板の表面層の前記特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、
前記主表面の面方位が前記結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している前記結晶基板を準備する工程と、
前記結晶基板の前記主表面上に少なくとも１層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層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、を含む半導体デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程において、前記半導体層は、発光層を含み、前記発光層がピーク波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発するように形成される、請求項１７に記載の半導体デバイスの製造方法。
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、
前記結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶基板の前記主表面からの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結晶基板の表面層の前記特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、
前記主表面の面方位が、前記結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜しているＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項２】
前記均一歪みが１．７×１０-3以下であり、前記面方位ずれが２６０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項３】
前記均一歪みが１．４×１０-3以下であり、前記面方位ずれが１９０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項４】
前記均一歪みが１．２×１０-3以下であり、前記面方位ずれが１２０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項５】
前記均一歪みが１．０×１０-3以下であり、前記面方位ずれが８０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項６】
前記均一歪みが０．７×１０-3以下であり、前記面方位ずれが５０ａｒｃｓｅｃ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項７】
前記主表面は３ｎｍ以下の表面粗さＲａを有する請求項１から請求項６のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項８】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面から±４°以内で傾斜している請求項１から請求項７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項９】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面に対して傾斜角の絶対値が０．１°未満と実質的に平行である請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１０】
前記主表面の面方位は、前記結晶基板の｛２０−２１｝面、｛１０−１１｝面、｛２０−２−１｝面および｛１０−１−１｝面のいずれかの面からの傾斜角の絶対値が０．１°以上４°以下である請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１１】
前記主表面に存在する酸素の濃度が２原子％以上１６原子％以下である請求項１から請求項１０のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１２】
前記主表面における転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下である請求項１から請求項１１のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１３】
直径が４０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下である請求項１から請求項１２のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶基板の前記主表面上にエピタキシャル成長により形成されている少なくとも１層の半導体層を含むエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板。
【請求項１５】
請求項１４に記載のエピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイス。
【請求項１６】
前記エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板に含まれる前記半導体層は、ピーク波長が４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発する発光層を含む請求項１５に記載の半導体デバイス。
【請求項１７】
ＩＩＩ族窒化物結晶基板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基板の主表面からの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面間隔ｄ1と５μｍの前記Ｘ線侵入深さにおける面間隔ｄ2とから得られる｜ｄ1−ｄ2｜／ｄ2の値で表される前記結晶基板の表面層の均一歪みが１．９×１０-3以下であり、
前記結晶基板の任意の特定結晶格子面のＸ線回折に関して前記結晶基板の前記主表面からの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結晶基板の表面層の前記特定結晶格子面の面方位ずれが３５０ａｒｃｓｅｃ以下であり、
前記主表面の面方位が前記結晶基板の（０００１）面または（０００−１）面から＜１０−１０＞方向に１０°以上８０°以下で傾斜している前記結晶基板を準備する工程と、
前記結晶基板の前記主表面上に少なくとも１層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層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程と、を含む半導体デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記エピ層付ＩＩＩ族窒化物結晶基板を形成する工程において、前記半導体層は、発光層を含み、前記発光層がピーク波長４３０ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光を発するように形成される、請求項１７に記載の半導体デバイスの製造方法。
【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２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１１−７３９５８（Ｐ２０１１−７３９５８Ａ）
【公開日】平成２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１７７０２（Ｐ２０１０−１１７７０２）
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【分割の表示】特願２００９−２８７９７０（Ｐ２００９−２８７９７０）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年 ７月１７日 社団法人応用物理学会 「Ａｐｐｌｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ２（２００９）０８２１０１」ｈｔｔｐ：／／ａｐｅｘ．ｉｐａｐ．ｊｐ／ｊｏｕｒｎａｌ／ＡＰＥＸ−２−８．ｈｔｍｌ を通じて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年８月２０日 日刊工業新聞社発行 「日刊工業新聞 平成２１年８月２０日付」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年 ８月２１日 社団法人応用物理学会 「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｐａｐ．ｊｐ／ｊｏｕｒｎａｌ／ＡＰＥＸ−２−９．ｈｔｍｌを通じて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００９年 ８月２４日 日経ＢＰ社発行 「日経エレクトロニクス ８月２４日号」に発表
【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２３年４月１４日（２０１１．４．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月２１日（２０１０．５．２１）
【分割の表示】特願２００９−２８７９７０（Ｐ２００９−２８７９７０）の分割
【原出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年 ７月１７日 社団法人応用物理学会 「Ａｐｐｌｉｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｓ ２（２００９）０８２１０１」ｈｔｔｐ：／／ａｐｅｘ．ｉｐａｐ．ｊｐ／ｊｏｕｒｎａｌ／ＡＰＥＸ−２−８．ｈｔｍｌ を通じて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年８月２０日 日刊工業新聞社発行 「日刊工業新聞 平成２１年８月２０日付」に発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 平成２１年 ８月２１日 社団法人応用物理学会 「Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｅｘｐｒｅｓｐａｐ．ｊｐ／ｊｏｕｒｎａｌ／ＡＰＥＸ−２−９．ｈｔｍｌを通じて発表
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り ２００９年 ８月２４日 日経ＢＰ社発行 「日経エレクトロニクス ８月２４日号」に発表
【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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