CN110592675A - 氮化物晶体基板及其制造方法 - Google Patents

氮化物晶体基板及其制造方法 Download PDF

Info

Publication number
CN110592675A
CN110592675A CN201910502514.XA CN201910502514A CN110592675A CN 110592675 A CN110592675 A CN 110592675A CN 201910502514 A CN201910502514 A CN 201910502514A CN 110592675 A CN110592675 A CN 110592675A
Authority
CN
China
Prior art keywords
substrate
absorption coefficient
nitride crystal
crystal substrate
peak
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201910502514.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN110592675B (zh
Inventor
堀切文正
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sumitomo Chemical Co Ltd
Original Assignee
Sai Auk Faith Co Ltd
Sumitomo Chemical Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Sai Auk Faith Co Ltd, Sumitomo Chemical Co Ltd filed Critical Sai Auk Faith Co Ltd
Publication of CN110592675A publication Critical patent/CN110592675A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110592675B publication Critical patent/CN110592675B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B21/00—Nitrogen; Compounds thereof
    • C01B21/06—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron
    • C01B21/0632—Binary compounds of nitrogen with metals, with silicon, or with boron, or with carbon, i.e. nitrides; Compounds of nitrogen with more than one metal, silicon or boron with gallium, indium or thallium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B25/00—Single-crystal growth by chemical reaction of reactive gases, e.g. chemical vapour-deposition growth
    • C30B25/02—Epitaxial-layer growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/40—AIIIBV compounds wherein A is B, Al, Ga, In or Tl and B is N, P, As, Sb or Bi
    • C30B29/403—AIII-nitrides
    • C30B29/406—Gallium nitride
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N21/88—Investigating the presence of flaws or contamination
    • G01N21/95—Investigating the presence of flaws or contamination characterised by the material or shape of the object to be examined
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02367—Substrates
    • H01L21/0237—Materials
    • H01L21/02387—Group 13/15 materials
    • H01L21/02389—Nitrides
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L22/00—Testing or measuring during manufacture or treatment; Reliability measurements, i.e. testing of parts without further processing to modify the parts as such; Structural arrangements therefor
    • H01L22/10—Measuring as part of the manufacturing process
    • H01L22/12—Measuring as part of the manufacturing process for structural parameters, e.g. thickness, line width, refractive index, temperature, warp, bond strength, defects, optical inspection, electrical measurement of structural dimensions, metallurgic measurement of diffusions
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2002/00—Crystal-structural characteristics
    • C01P2002/80—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70
    • C01P2002/82—Crystal-structural characteristics defined by measured data other than those specified in group C01P2002/70 by IR- or Raman-data
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01P—INDEXING SCHEME RELATING TO STRUCTURAL AND PHYSICAL ASPECTS OF SOLID INORGANIC COMPOUNDS
    • C01P2006/00—Physical properties of inorganic compounds
    • C01P2006/40—Electric properties
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/84—Systems specially adapted for particular applications
    • G01N2021/8477—Investigating crystals, e.g. liquid crystals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
  • Ceramic Products (AREA)

Abstract

本申请提供氮化物晶体基板及其制造方法。所述氮化物晶体基板由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，将波长设为λ(μm)、将27℃下的吸收系数设为α(cm‑1)、将载流子浓度设为Ne(cm‑3)、将K和a分别设为常数时，利用α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10‑19≤K≤6.0×10‑19、a＝3)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的吸收系数α进行近似，在波长2μm下，实测的吸收系数相对于由式(1)求出的吸收系数α的误差为±0.1α以内，利用红外光照射而测定的反射光谱在1200cm‑1以上且1500cm‑1以下的波数范围内不含具有峰顶的峰。

Description

氮化物晶体基板及其制造方法
技术领域
本发明涉及氮化物晶体基板及其制造方法。
背景技术
III族氮化物(以下也称为氮化物)作为构成发光器件、电子器件等半导体装置的材料而得到广泛利用。作用用于使构成半导体装置的氮化物半导体层生长的基板，优选使用氮化物晶体基板。例如，在氮化物晶体基板上使氮化物半导体生长时，进行加热该基板的工序(例如参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2015-185576号公报
发明内容
发明要解决的问题
详情如后所述，氮化物晶体基板的红外区域的吸收系数是重要的物性值，其例如会对该基板的加热特性造成影响，或者，例如会对利用反射型傅立叶变换红外分光(FTIR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy)法测定的该基板的反射光谱形状造成影响。然而，以往的技术中，例如由于位错散射等而难以良好地控制氮化物晶体基板的红外区域的吸收系数。
本发明的一个目的在于，提供一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，通过良好地控制红外区域的吸收系数，从而基于通过对该基板照射红外光而测定的反射光谱，能够适当地检查构成该基板的晶体的品质。
用于解决问题的方案
根据本发明的一个方式，提供一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内不含具有峰顶的峰。
根据本发明的另一方式，提供一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内包含具有峰顶的峰，该峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度为35％以下。
根据本发明的再一方式，提供一种氮化物晶体基板的制造方法，其包含如下工序：
准备氮化物晶体基板的准备工序，所述氮化物晶体基板由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内；以及，
检查工序，通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定反射光谱，并调查该反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内是否包含具有峰顶的峰。
发明的效果
提供一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，通过良好地控制红外区域的吸收系数，从而基于通过对该基板照射红外光而测定的反射光谱，能够适当地检查构成该基板的晶体的品质。
附图说明
图1的(a)为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的概略俯视图，(b)为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的概略截面图。
图2为示出维恩位移定律的图。
图3为示出利用本发明的一个实施方式的制造方法制造的GaN晶体在室温(27℃)下测定的吸收系数的、自由电子浓度依赖性的图。
图4为示出相对于GaN晶体的温度的本征载流子浓度的图。
图5的(a)为示出利用本发明的一个实施方式的制造方法制造的GaN晶体的、波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图，(b)为比较波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图。
图6为示出针对基于Lorentz-Drude模型的折射率n和消光系数k的演算结果的具体例的说明图，(a)为示出载流子浓度为7×1015cm-3时的演算结果的图，(b)为示出载流子浓度为2×1018cm-3时的演算结果的图。
图7为示出单层的光学模型的一例的示意图。
图8示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的主面的、利用反射型FTIR法测定的反射率光谱和利用Lorentz-Drude模型进行了拟合的反射率光谱，是例示出未观察到起因于点缺陷等的峰的情况的图。
图9示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的主面的、利用反射型FTIR法测定的反射率光谱和利用Lorentz-Drude模型进行了拟合的反射率光谱，是例示出观察到起因于点缺陷等的峰的情况的图。
图10为本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法的概略顺序的流程图。
图11为HVPE装置200的概略构成图。
图12的(a)为示出使GaN晶体膜6在晶种基板5上较厚地生长的状况的图，(b)为通过将较厚地生长的GaN晶体膜6切片而获得多个氮化物晶体基板10的状况的图。
附图标记说明
10…基板、5…晶种基板、6…GaN晶体
具体实施方式
<本发明的一个实施方式>
以下，一边参照附图一边对本发明的一个实施方式进行说明。
(1)氮化物晶体基板
图1的(a)和图1的(b)对本实施方式的氮化物晶体基板10(以下也称为基板10)进行说明。图1的(a)为示出基板10的概略俯视图，图1的(b)为示出基板10的概略截面图。
以下，基板等的主面主要是指基板等的上侧主面，有时也称为基板等的表面。另外，基板等的背面是指基板等的下侧主面。
基板10构成为在制造半导体层叠物或半导体装置等时使用的圆板状的基板。基板10由III族氮化物的单晶形成，本实施方式中，例如由氮化镓(GaN)的单晶形成。
基板10的主面的面方位例如为(0001)面(+c面、Ga极性面)。但例如也可以是000-1面(-c面、N极性面)。
需要说明的是，构成基板10的GaN晶体可以相对于基板10的主面具有规定的偏离角。偏离角是指基板10的主面的法线方向与构成基板10的GaN晶体的主轴(c轴)所成的角度。具体而言，基板10的偏离角例如为0°以上且1.2°以下。另外，认为也可以比此更大而设为2°以上且4°以下。进而，例如也可以是在a方向和m方向分别具有偏离角的、所谓的双偏离。
另外，基板10的主面中的位错密度例如为5×106个/cm2以下。基板10的主面中的位错密度大于5×106个/cm2时，在基板10上形成的半导体层中，可能会使局部的耐压降低。与此相对，如本实施方式这样，通过使基板10的主面中的位错密度为5×106个/cm2以下，能够在基板10上形成的半导体层中抑制局部的耐压降低。
需要说明的是，基板10的主面为开盒即用(Epi-Ready)面，基板10的主面的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)例如为10nm以下、优选为5nm以下。
另外，基板10的直径D没有特别限定，例如为25mm以上。基板10的直径D低于25mm时，使用该基板10制造半导体装置时的生产率容易降低。因此，基板10的直径D优选为25mm以上。另外，基板10的厚度T例如为150μm以上且2mm以下。基板10的厚度T低于150μm时，基板10的机械强度可能降低而难以维持自支撑状态。因此，基板10的厚度T优选设为150μm以上。此处，例如将基板10的直径D设为2英寸、将基板10的厚度T设为400μm。
另外，基板10例如包含n型杂质(施主)。作为基板10中包含的n型杂质，例如可列举出硅(Si)和锗(Ge)。另外，作为n型杂质，除了Si和Ge之外，可列举出例如、氧(O)、O和Si、O和Ge、O以及Si和Ge等。通过在基板10中掺杂n型杂质，可在基板10中生成规定浓度的自由电子。
如以下详细说明的那样，基板10具有满足规定要件的红外区域的吸收系数。由此，能够良好地进行使半导体层在基板10上生长时等所进行的基板10的加热。并且由此，能够以与由理论式求出的反射光谱基本一致的形状获得对基板10利用反射型傅立叶变换红外分光(FTIR：Fourier Transform Infrared Spectroscopy)法测定的反射光谱，因此能够使用FTIR法适合地检查构成基板10的GaN晶体的品质。
(关于吸收系数等)
本实施方式中，基板10的关于红外区域的吸收系数满足规定的要件。以下详细进行说明。
制造氮化物半导体层叠物时、使用该氮化物半导体层叠物制造半导体装置时等，例如，如使半导体层在基板10上外延生长的工序、使该半导体层中的杂质活化的工序等那样，有时进行加热该基板10的工序。例如，在对基板10照射红外线而加热基板10的情况下，基于基板10的吸收系数来设定加热条件是重要的。
此处，图2为示出维恩位移定律的图。图2中，横轴表示黑体温度(℃)，纵轴表示黑体辐射的峰波长(μm)。根据图2所示的维恩位移定律，黑体辐射的峰波长相对于黑体温度成反比。将峰波长设为λ(μm)、温度设为T(℃)时，有λ＝2896/(T+273)的关系。假设加热基板10的工序中的、来自规定的加热源的辐射为黑体辐射时，从加热源对基板10照射具有与加热温度对应的峰波长的红外线。例如，温度为约1200℃时，红外线的峰波长λ为2μm，温度为约600℃时，红外线的峰波长λ为3.3μm。
对基板10照射具有这样的波长的红外线时，在基板10中，产生基于自由电子的吸收(自由载流子吸收)，由此，基板10被加热。
因此，本实施方式中，基于基板10的自由载流子吸收，基板10的红外区域的吸收系数满足以下的规定的要件。
图3为示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体在室温(27℃)下测定的吸收系数的、自由电子浓度依赖性的图。需要说明的是，图3示出由利用后述制造方法掺杂Si而制造的GaN晶体形成的基板的测定结果。图3中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示GaN晶体的吸收系数α(cm-1)。另外，将GaN晶体中的自由电子浓度设为Ne，针对每个规定的自由电子浓度Ne，对GaN晶体的吸收系数α进行作图。如图3所示，利用后述制造方法制造的GaN晶体中，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围中，由于自由载流子吸收，随着向长波长的推进，显示出GaN晶体的吸收系数α增大(单调增加)的倾向。另外，随着GaN晶体中的自由电子浓度Ne增高，显示出GaN晶体中的自由载流子吸收增大的倾向。
本实施方式的基板10由利用后述制造方法制造的GaN晶体形成，因此晶体应变小，另外，成为几乎不包含氧(O)、n型杂质以外的杂质(例如对n型杂质进行补偿的杂质等)的状态。由此，显示出如图3那样的、吸收系数的自由电子浓度依赖性。其结果，本实施方式的基板10如下所述，能够以自由载流子浓度和波长的函数的形式对红外区域的吸收系数进行近似。
具体而言，将波长设为λ(μm)、将27℃下的基板10的吸收系数设为α(cm-1)、将基板10中的自由电子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，本实施方式的基板10中，在至少1μm以上且3.3μm以下(优选为1μm以上且2.5μm以下)的波长范围内的吸收系数α可利用式(1)进行近似。
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
需要说明的是，“吸收系数α可利用式(1)进行近似”是指，吸收系数α可通过最小二乘法利用式(1)进行近似。即，上述规定不仅包含吸收系数与式(1)完全一致(满足式(1))的情况，还包含在规定的误差范围内满足式(1)的情况。需要说明的是，规定的误差例如在波长2μm下为±0.1α以内、优选为±0.01α以内。
需要说明的是，也可认为上述波长范围内的吸收系数α满足式(1’)
1.5×10-19Neλ3≤α≤6.0×10-19Neλ3···(1’)
另外，满足上述规定的基板10中，尤其是晶体应变极小、纯度非常高(即低杂质浓度)的基板中，上述波长范围内的吸收系数α可利用式(1”)进行近似(满足式(1”))。
α＝2.2×10-19Neλ3···(1”)
需要说明的是，“吸收系数α可利用式(1’)进行近似”的规定与上述规定同样地，不仅包含吸收系数与式(1’)完全一致(满足式(1’))的情况，还包含在规定的误差范围内满足式(1’)的情况。需要说明的是，规定的误差例如在波长2μm下为±0.1α以内、优选为±0.01α以内。
上述的图3中，用细线表示利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值。具体而言，将自由电子浓度Ne为1.0×1017cm-3时的吸收系数α的实测值用细实线表示，将自由电子浓度Ne为1.2×1018cm-3时的吸收系数α的实测值用细虚线表示，将自由电子浓度Ne为2.0×1018cm-3时的吸收系数α的实测值用细点划线表示。另一方面，上述的图3中，用粗线表示上述式(1)的函数。具体而言，将自由电子浓度Ne为1.0×1017cm-3时的式(1)的函数用粗实线表示，将自由电子浓度Ne为1.2×1018cm-3时的式(1)的函数用粗虚线表示，将自由电子浓度Ne为2.0×1018cm-3时的式(1)的函数用粗点划线表示。如图3所示，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值能够利用式(1)的函数精度良好地进行拟合。需要说明的是，图3的情况(掺杂Si的情况)下，设为K＝2.2×10-19时，吸收系数α可精度良好地近似为式(1)。
如此，通过利用式(1)对使基板10的吸收系数进行近似，能够基于基板10中的自由电子的浓度Ne而精度良好地设计吸收系数α。即，能够抑制基板10的吸收系数α相对于基板10中的自由电子浓度Ne的偏差。抑制吸收系数α的偏差意味着抑制后述消光系数k的偏差(α＝4πk/λ)。因此，通过使用本实施方式的基板10，能够使利用反射型FTIR法对基板10的主面测定的反射光谱与由包含消光系数k而构成的理论式求出的反射光谱良好地一致。
另外，本实施方式中，例如在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内，基板10的吸收系数α满足式(2)。
0.15λ3≤α≤6λ3···(2)
α<0.15λ3时，对于基板10，无法充分吸收红外线，基板10的加热可能不稳定。与此相对，通过设为0.15λ3≤α，对于基板10，能够充分吸收红外线，能够将基板10稳定地加热。另一方面，6λ3<α时，如后述那样，相当于基板10中的n型杂质的浓度超过规定值(超过1×1019at·cm-3)，基板10的结晶性可能降低。与此相对，通过设为α≤6λ3，相当于基板10中的n型杂质的浓度为规定值以下，能够确保基板10的良好的结晶性。
需要说明的是，基板10的吸收系数α优选满足式(2’)或式(2”)。
0.15λ3≤α≤3λ3···(2’)
0.15λ3≤α≤1.2λ3···(2”)
由此，能够将基板10稳定地加热，并且能够确保基板10的更良好的结晶性。
另外，本实施方式中，例如在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内，将基板10的主面内的吸收系数α的最大值与最小值之差(最大值减去最小值得到的差。以下也称为“基板10的面内吸收系数差”)设为Δα时，Δα(cm-1)满足式(3)。
Δα≤1.0···(3)
Δα>1.0时，基于红外线照射的加热效率可能在基板10的主面内不均匀。与此相对，通过设为Δα≤1.0，能够使基于红外线照射的加热效率在基板10的主面内均匀。
需要说明的是，Δα优选满足式(3’)。
Δα≤0.5···(3’)
通过设为Δα≤0.5，能够使基于红外线照射的加热效率在基板10的主面内稳定地均匀。
上述与吸收系数α和Δα相关的式(2)和式(3)的规定可替换为例如波长2μm下的规定。
即，本实施方式中，例如，基板10的波长2μm下的吸收系数为1.2cm-1以上且48cm-1以下。需要说明的是，基板10的波长2μm下的吸收系数优选为1.2cm-1以上且24cm-1以下，更优选为1.2cm-1以上9.6cm-1以下。
另外，本实施方式中，例如基板10的主面内的、波长2μm下的吸收系数的最大值与最小值之差为1.0cm-1以内、优选为0.5cm-1以内。
需要说明的是，对基板10的面内吸收系数差的上限值进行了记载，但基板10的面内吸收系数差的下限值越小越好，优选为零。需要说明的是，即使基板10的面内吸收系数差为0.01cm-1，也能够充分得到本实施方式的效果。
此处，在与温度为约1200℃时的红外线的峰波长相当的波长2μm下，规定了基板10的吸收系数的要件。然而，基板10的吸收系数满足上述要件而带来的效果并不限定于温度为约1200℃时。这是因为，从加热源照射的红外线的光谱按照Stefan-Boltzmann定律而具有规定的波长宽度，即使温度为1200℃以外，也具有波长2μm的成分。因此，只要在与温度为1200℃相当的波长2μm下基板10的吸收系数满足上述要件，则在与温度为1200℃以外相当的波长下，基板10的吸收系数、基板10的主面内的吸收系数的最大值与最小值之差也在规定的范围内。由此，即使温度为1200℃以外，也能够将基板10稳定地加热，并且能够使对基板10的加热效率在主面内均匀。
另外，上述的图3为在室温(27℃)下测定GaN晶体的吸收系数而得到的结果。因此，考虑加热基板10的工序中的规定温度条件下的基板10的吸收系数时，需要考虑规定温度条件下的GaN晶体的自由载流子吸收相对于室温的温度条件下的GaN晶体的自由载流子吸收有怎样的变化。
图4为示出本征载流子浓度相对于GaN晶体的温度的图。如图4所示，构成基板10的GaN晶体中，随着温度增高，在带间(价电子带与传导带之间)被热激发的本征载流子浓度Ni的浓度增高。然而，即使GaN晶体的温度变为1300℃附近，在GaN晶体的带间被热激发的本征载流子浓度Ni的浓度也低于7×1015cm-3，与通过n型杂质的掺杂而在GaN晶体中生成的自由载流子的浓度(例如1×1017cm-3)相比充分低。即，对于GaN晶体的自由载流子浓度，可以说在GaN晶体的温度低于1300℃的温度条件下，成为自由载流子浓度因n型杂质的掺杂而确定的、所谓的外因性区域内。
半导体层叠物或半导体装置的制造工序中的温度条件例如为室温(27℃)以上且1250℃以下，在基板10的带间被热激发的本征载流子的浓度在室温的温度条件下比通过n型杂质的掺杂而在基板10中产生的自由电子的浓度低(例如1/10倍以下)。由此，可认为加热基板10的工序中的规定温度条件下的基板10的自由载流子浓度与室温的温度条件下的基板10的自由载流子浓度大致相等，可认为规定温度条件下的自由载流子吸收与室温下的自由载流子吸收大致相等。即，如上所述，在室温下基板10的红外区域的吸收系数满足上述规定的要件时，可认为在规定的温度条件下，基板10的红外区域的吸收系数也大致维持上述规定的要件。
另外，本实施方式的基板10中，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的吸收系数α可利用式(1)进行近似，因此在规定的波长λ下，基板10的吸收系数α相对于自由电子浓度Ne具有大致成比例的关系。
图5的(a)为示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的、波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图。图5的(a)中，下侧的实线(α＝1.2×10-18n)为将K＝1.5×10-19和λ＝2.0代入式(1)得到的函数，上侧的实线(α＝4.8×10-18n)为将K＝6.0×10-19和λ＝2.0代入式(1)得到的函数。另外，图5的(a)中不仅示出掺杂有Si的GaN晶体，还示出掺杂有Ge的GaN晶体。另外，示出利用透射测定对吸收系数进行测定的结果和利用椭圆偏振光谱法对吸收系数进行测定的结果。如图5的(a)所示，将波长λ设为2.0μm时，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α相对于自由电子浓度Ne具有大致成比例的关系。另外，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值在1.5×10-19≤K≤6.0×10-19的范围内能够利用式(1)的函数精度良好地进行拟合。需要说明的是，利用后述制造方法制造的GaN晶体为高纯度(即低杂质浓度)，且热物性和电特性良好，因此吸收系数α的实测值大多能够利用K＝2.2×10-19时的式(1)的函数、即α＝1.8×10-18n来精度良好地进行拟合。
本实施方式中，基于上述基板10的吸收系数α相对于自由电子浓度Ne成比例的情况，基板10中的自由电子浓度Ne满足以下的规定要件。
本实施方式中，例如，基板10中的自由电子浓度Ne为1.0×1018cm-3以上且1.0×1019cm-3以下。由此，根据式(1)，能够使基板10在波长2μm下的吸收系数为1.2cm-1以上且48cm-1以下。需要说明的是，基板10中的自由电子浓度Ne优选为1.0×1018cm-3以上且5.0×1018cm-3以下，更优选为1.0×1018cm-3以上且2.0×1018cm-3以下。由此，能够使基板10在波长2μm下的吸收系数为优选1.2cm-1以上且24cm-1以下、更优选为1.2cm-1以上且9.6cm-1以下。
另外，如上所述地将基板10的主面内的吸收系数α的最大值与最小值之差设为Δα、将基板10的主面内的自由电子浓度Ne的最大值与最小值之差设为ΔNe、将波长λ设为2.0μm时，通过对式(1)进行微分，可求得式(4)。
Δα＝8KΔNe···(4)
本实施方式中，例如，基板10的主面内的自由电子浓度Ne的最大值与最小值之差ΔNe为8.3×1017cm-3以内、优选为4.2×1017cm-3以内。由此，根据式(4)，能够使波长2μm下的吸收系数的最大值与最小值之差Δα为1.0cm-1以内、优选为0.5cm-1以内。
需要说明的是，对ΔNe的上限值进行了记载，但ΔNe的下限值越小越好，优选为零。需要说明的是，即使ΔNe为8.3×1015cm-3，也能够充分得到本实施方式的效果。
本实施方式中，基板10中的自由电子浓度Ne与基板10中的n型杂质的浓度相等，基板10中的n型杂质的浓度满足以下的规定要件。
本实施方式中，例如，基板10中的n型杂质的浓度为1.0×1018at·cm-3以上且1.0×1019at·cm-3以下。由此，能够使基板10中的自由电子浓度Ne为1.0×1018cm-3以上且1.0×1019cm-3以下。需要说明的是，基板10中的n型杂质的浓度优选为1.0×1018at·cm-3以上且5.0×1018at·cm-3以下、更优选为1.0×1018at·cm-3以上且2.0×1018at·cm-3以下。由此，能够使基板10中的自由电子浓度Ne为优选1.0×1018cm-3以上且5.0×1018cm-3以下、更优选为1.0×1018cm-3以上且2.0×1018cm-3以下。
另外，本实施方式中，例如，基板10的主面内的n型杂质的浓度的最大值与最小值之差(以下也称为n型杂质的面内浓度差)为8.3×1017at·cm-3以内、优选为4.2×1017at·cm-3以内。由此，能够使基板10的主面内的自由电子浓度Ne的最大值与最小值之差ΔNe与n型杂质的面内浓度差相等，为8.3×1017cm-3以内、优选为4.2×1017cm-3以内。
需要说明的是，对n型杂质的面内浓度差的上限值进行了记载，但n型杂质的面内浓度差的下限值越小越好，优选为零。需要说明的是，即使n型杂质的面内浓度差为8.3×1015at·cm-3，也能够充分得到本实施方式的效果。
进而，本实施方式中，基板10中的各元素的浓度满足以下的规定要件。
本实施方式中，被用作n型杂质的Si、Ge以及O中的、比较难控制添加量的O的浓度低至极限，基板10中的n型杂质的浓度通过比较容易控制添加量的Si和Ge的合计浓度来确定。
即，基板10中的O的浓度相对于基板10中的Si和Ge的合计浓度低至可以无视的程度，例如1/10以下。具体而言，例如，基板10中的O的浓度低于1×1017at·cm-3，另一方面，基板10中的Si和Ge的合计浓度为1×1018at·cm-3以上且1.0×1019at·cm-3以下。由此，能够通过比较容易控制添加量的Si和Ge的合计浓度来控制基板10中的n型杂质的浓度。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度Ne以使其与基板10中的Si和Ge的合计浓度相等，并且能够精度良好地控制基板10的主面内的自由电子的浓度的最大值与最小值之差ΔNe以使其满足规定的要件。
另外，本实施方式中，基板10中的n型杂质以外的杂质的浓度相对于基板10中的n型杂质的浓度(即Si和Ge的合计浓度)低至可以无视的程度，例如1/10以下。具体而言，例如，基板10中的n型杂质以外的杂质的浓度低于1×1017at·cm-3。由此，能够减少抑制自由电子自n型杂质的生成的要因。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度Ne以使其与基板10中的n型杂质的浓度相等，并且能够精度良好地控制基板10的主面内的自由电子的浓度的最大值与最小值之差ΔNe以使其满足规定的要件。
需要说明的是，本发明人等确认到，通过采用后述制造方法，能够稳定地控制基板10中的各元素的浓度以使其满足上述要件。
根据后述制造方法，可知能够将基板10中的O和碳(C)的各浓度减少至低于5×1015at·cm-3，进而，能够将基板10中的铁(Fe)、铬(Cr)、硼(B)等的各浓度减少至低于1×1015at·cm-3。另外，根据该方法，可知对于除此以外的元素也能够减少至低于基于二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)的测定中的检测下限值的浓度。
进而，对于本实施方式中通过后述制造方法制造的基板10，基于自由载流子吸收的吸收系数比以往的基板的吸收系数小，因此可推定，对于本实施方式的基板10，迁移率(μ)比以往的基板高。由此，即使在本实施方式的基板10中的自由电子浓度与以往的基板中的自由电子浓度相等的情况下，本实施方式的基板10的电阻率(ρ＝1/eNeμ)也比以往的基板的电阻率低。具体而言，基板10中的自由电子浓度Ne为1.0×1018cm-3以上且1.0×1019cm-3以下时，基板10的电阻率例如为2.2mΩ·cm以上且17.4mΩ·cm以下。
(关于基于理论式的反射光谱的导出等)
对由理论式求出利用反射型FTIR法测定的基板10的反射光谱的方法进行说明。另外，对基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率的、基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR的求出方法进行说明。以下，有时将通过对基板10照射红外线而测定的反射光谱称为“测定的反射光谱”，将由理论式求出的反射光谱称为“计算的反射光谱”。为了求出计算的反射光谱，使用表示基板10的结构的光学模型和表示基板10的介电函数的介电函数模型。
作为用于光学模型的解析的介电函数模型，例如已知有Lorentz-Drude模型。Lorentz-Drude模型中，不仅要考虑自由载流子吸收，还要考虑LO声子与等离子体激元的耦合。
具体而言，Lorentz-Drude模型中的介电常数(复数介电常数)ε利用式(5)求出。
其中，ε∞为高频介电常数。ωLO、ωTO、以及ωp分别为LO声子频率、TO声子频率、以及等离子体频率。ΓLO、ΓTO以及γ分别为LO声子衰减常数(damping constant)、TO声子衰减常数以及自由载流子衰减常数。
另外，等离子体频率ωp利用式(6)求出。
其中，Nc、e、m*分别为载流子浓度、元电荷、自由载流子的有效质量。
另外，自由载流子減衰常数γ利用式(7)求出。
其中，μ为迁移率。
此处，式(5)的介电常数ε定义为ε≡ε1+iε2。另外，复折射率N定义为N≡n-ik。其中，n为折射率，k为消光系数。需要说明的是，k>0。
折射率n使用ε1和ε2，利用式(8)求出。
消光系数k使用ε1和ε2，利用式(9)求出。
图6的(a)和图6的(b)为示出针对基于Lorentz-Drude模型的折射率n和消光系数k的演算结果的具体例的说明图，图6的(a)为示出载流子浓度为7×1015cm-3时的演算结果的图，图6的(b)为示出载流子浓度为2×1018cm-3时的演算结果的图。
其中，在GaN晶体中，
ε∞＝5.35、
me ＊＝0.22m0、
ωLO＝735cm-1、
ωTO＝557cm-1、
ΓLO＝12cm-1
ΓTO＝6cm-1、
图6(a)中的γ＝35.4cm-1
图6(b)中的γ＝132.6cm-1。
如图6的(a)和(b)所示，折射率n和消光系数k根据载流子浓度Nc和迁移率μ，在近红外区域(600～2500cm-1)和远红外区域(0～500cm-1)中不同。这些不同反映在反射率中。
接着，设想基板10的主面中的反射，考虑图7的(a)的光学模型。图7为示出单层的光学模型的一例的示意图。图7中，介质N0为大气或真空，介质N1为基板10。另外，rij为从介质Ni向介质Nj入射并从介质Nj向介质Ni反射的光的振幅反射系数。
光的反射依赖于介质的复折射率。另外，光根据入射到介质时的电场的方向而区分为p偏光和s偏光。p偏光和s偏光分别表示不同的反射。将垂直于介质间的界面且包含入射光/反射光的面称为“入射面”，p偏光为电场在入射面内振动的偏光，s偏光为电场垂直于入射面振动的偏光。
p偏光的振幅反射系数rp利用式(10)求出。
另一方面，s偏光的振幅反射系数rs利用式(11)求出。
其中，在式(10)和式(11)中，θi为光从介质Ni的入射角。另外，Nti为从介质i入射到介质t的光的复折射率。
强度反射率利用式(12)求出。
需要说明的是，垂直入射时(θi＝0)，利用式(13)求出。
图7中，在介质N0与介质N1的界面反射的光的强度反射率R通过以下的步骤求出。首先，将作为介质N1的GaN晶体的ε∞、m*、ωLO、ωTO、ΓLO以及ΓTO代入式(5)～式(7)，求出介质N1的介电常数ε。求出介质N1的介电常数ε后，利用式(8)和式(9)求出介质N1的折射率n和消光系数k。需要说明的是，将介质N0假设为真空，设n＝1、k＝0。求出折射率n和消光系数k后，在式(10)和式(11)中分别设i＝0和t＝1，并代入N0和N1，由此求出r01，p和r01，s。求出r01，p和r01，s后，将该r01，p和r01，s代入式(12)。由此，可求出强度反射率R。需要说明的是，介质N1的载流子浓度Nc(自由电子浓度Ne)和迁移率μ成为后述的拟合参数。
此处，使用图8对基板10的反射率光谱的拟合进行说明。图8为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的主面的、利用反射型FTIR法测定的反射率光谱(测定的反射光谱)和利用Lorentz-Drude模型进行了拟合的反射率光谱(计算的反射光谱)的图。需要说明的是，图8的反射率光谱的测定中，θ0＝30°。
如图8所示，利用反射型FTIR法的测定而得到基板10的主面、测定的反射率光谱(图中实线)。得到测定的反射率光谱后，将作为介质N1的基板10的载流子浓度Nc和迁移率μ作为拟合参数，将由上述理论式求出的强度反射率R、即计算的反射光谱(图中虚线)对测定的反射率光谱进行拟合。拟合的结果，求出测定的反射率光谱与计算的反射光谱最良好地一致时的、基板10的载流子浓度Nc和迁移率μ。由此，利用反射型FTIR法求出基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR。
本申请发明人通过还进行电测量来确认了利用反射型FTIR法测定的载流子浓度NIR和迁移率μIR的妥当性。基于电测量的基板10的载流子浓度NElec和迁移率μElec通过以下方法求出。
利用涡流法测定基板10的迁移率μElec。利用触针式的电阻测定器测定基板10的电阻。另外，利用测微仪测定基板10的厚度。求出基板10的电阻(薄层电阻)和基板10的厚度后换算成电阻率ρ。将通过这些测定求出的基板10的迁移率μElec和电阻率ρ代入式(14)，由此求出基板10的载流子浓度NElec。
1/ρ＝eNElecμElec ···(14)
需要说明的是，确认了通过上述方法求出的基板10的载流子浓度NElec和迁移率μElec与通过Van der Pauw法的空穴测定求出的载流子浓度和迁移率是一致的。
如图8所示，通过使用本实施方式的基板10，通过拟合，能够使测定的反射光谱与计算的反射光谱基本一致。由此，如上所述，能够精度良好地求出基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR。另外，由此还可得到以下的利点。在基板10中，存在会引起自计算的反射光谱的偏离的某些要因、例如点缺陷等的情况下，起因于该要因的峰(以下称为“起因于点缺陷等的峰”或简称为“峰”)能够以测定的反射光谱中的、自计算的反射光谱的偏离的形式而明确地检测。
图8例示出没有起因于点缺陷等的峰时的、测定的反射光谱。图9例示出有起因于点缺陷等的峰时的、测定的反射光谱。图9中，也将测定的反射光谱用实线表示、将计算的反射光谱用虚线表示。图9所例示的测定的反射光谱包含：在1400cm-1左右的波数具有峰顶的显著的峰(以下也称波数1400cm-1左右的峰)、在2600cm-1左右的波数具有峰顶的微小的峰(以下也称波数2600cm-1左右的峰)，在观察到这些峰的区域以外的波数范围中，与计算的反射光谱基本一致。
测定的反射光谱的基线、即认为不存在起因于点缺陷等的峰时的反射光谱可以用计算的反射光谱来表示。某个峰的峰高度用该峰的峰顶的强度反射率减去与该峰顶对应的波数的基线的强度反射率得到的差的形式来规定。在图9所示的例子中，对于波数1400cm-1左右的峰，峰顶的强度反射率为33％，与其对应的基线的强度反射率为12％，因此峰高度为21％。另外，对于波数2600cm-1左右的峰，峰顶的强度反射率为16％，与其对应的基线的强度反射率为14％，因此峰高度为2％。
为了作为有无峰的判定基准，可以设定峰高度的下限值。例如，作为测定的反射光谱中的、强度反射率自计算的反射光谱的偏离，存在峰高度为1％以上者时，判定为该测定的反射光谱具有峰，不存在峰高度为1％以上者时，判定为该测定的反射光谱不具有峰。
测定的反射光谱的基线在1000cm-1以上(并且例如3000cm-1以下)的波数范围内，强度反射率的变化平缓。因此，在该波数范围出现的峰容易被检测，容易作为用于检查构成基板10的GaN晶体品质的指标而利用。
本申请发明人对多个基板10测定了反射光谱，结果有如图8所例示的、显示出没有峰的反射光谱的基板10，另外，也有如图9所例示的、显示出具有峰的反射光谱的基板10。在显示出具有峰的反射光谱的基板10中，观察到具有各种峰顶的波数的峰。其中，如图9所例示的、在1400cm-1左右的波数具有峰顶的峰(波数1400cm-1左右的峰)被观察到的频率较高，另外，由于已知峰高度可能大至30％以上，因此受到关注。
虽然详情尚不明确，但作为一个可能性，认为波数1400cm-1左右的峰可能起因于构成基板10的GaN晶体中产生的某些点缺陷，例如起因于混入镓(Ga)位点的碳(C)与氮(N)的单键(C-N)造成的红外吸收。基于C-N的红外吸收出现的波数范围可认为是1220cm-1以上且1416cm-1以下，与在基板10中观察到波数1400cm-1左右的峰的波数范围接近。根据这样的见解，此处，将基板10的波数1400cm-1左右的峰规定为在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内具有峰顶的峰。需要说明的是，理论上显示，通过使某个波数下的红外吸收增加，强度反射率R增加。
基板10中，最优选检测不到波数1400cm-1左右的峰，但即使是检测到该峰的情况下，只要其峰高度不会过大，则也可允许。如上所述，基板10中的C浓度能够减少至低于5×1015at·cm-3。在对这样的C浓度的多个基板10测定的反射光谱中，得到了如下见解：波数1400cm-1左右的峰的峰高度的最大值例如为32％(峰顶的强度反射率44％、基线的强度反射率12％)。根据这样的见解，波数1400cm-1左右的峰的峰高度例如优选为35％以下、更优选为30％以下、进一步优选为25％以下。需要说明的是，对基板10中含有的低于5×1015at·cm-3的浓度的C通过非破坏且非接触方式进行定量检测，因此有可能能够利用该峰。需要说明的是，从使基板10的品质在面内接近均匀的观点出发，基板10的主面内的该峰高度的偏差例如如后所述，优选为1.5倍以下。
推测如果未产生被认为是波数1400cm-1左右的峰的起因的点缺陷，则不会产生该峰，推测点缺陷密度越大则该峰的峰高度越大。因此，认为可以基于该峰的峰高度来推定成为该峰的起因的点缺陷密度。
(2)氮化物晶体基板的制造方法
接着，对本实施方式的基板10的制造方法进行说明。如图10所示，本实施方式的基板10的制造方法包括生长工序S110、切片工序S120、以及检查工序S130。
(2-i)生长工序
生长工序S110中，例如使用氢化物气相外延装置(HVPE装置)200，使构成基板10的GaN晶体进行生长。
(HVPE装置的构成)
此处，一边参照图11一边对用于基板10的制造的HVPE装置200的构成详细进行说明。
HVPE装置200具备在内部构成有成膜室201的气密容器203。成膜室201内设置有内盖204，并且在该内盖204所包围的位置设置有作为用于配置晶种基板(以下也称为“种基板”)5的基台的基座208。基座208连接于旋转机构216所具有的旋转轴215，以能够与该旋转机构216的驱动相应地旋转的方式构成。
在气密容器203的一端连接有用于向气体生成器233a内供给氯化氢(HCl)气体的气体供给管232a、用于向内盖204内供给氨(NH3)气体的气体供给管232b、用于向内盖204内供给后述掺杂气体的气体供给管232c、用于向内盖204内供给作为吹扫气体的氮(N2)气体和氢(H2)气体的混合气体(N2/H2气体)的气体供给管232d、以及用于向成膜室201内供给作为吹扫气体的N2气体的气体供给管232e。气体供给管232a～232e从上游侧起依次分别设置有流量控制器241a～241e、阀243a～243e。气体供给管232a的下游设置有用于容纳作为原料的Ga熔液的气体生成器233a。气体生成器233a连接有喷嘴249a，其用于向配置在基座208上的种基板5等供给通过HCl气体与Ga熔液的反应而生成的氯化镓(GaCl)气体。气体供给管232b、232c的下游侧分别连接有用于向配置在基座208上的种基板5等供给从这些气体供给管供给的各种气体的喷嘴249b、249c。喷嘴249a～249c以使气体沿着相对于基座208的表面交叉的方向流动的方式配置。从喷嘴249c供给的掺杂气体为掺杂原料气体与N2/H2气体等载气的混合气体。对于掺杂气体，也可以出于抑制掺杂原料的卤化物气体的热分解的目的而将HCl气体一同流通。作为构成掺杂气体的掺杂原料气体，例如，认为在Si掺杂的情况下使用二氯硅烷(SiH2Cl2)气体或硅烷(SiH4)气体，在Ge掺杂的情况下使用二氯锗烷(GeCl4)气体或锗烷(GeH4)气体，但并不一定限定于它们。
气密容器203的另一端设置有用于对成膜室201内进行排气的排气管230。排气管230设置有泵(或鼓风机)231。气密容器203的外周设置有用于将气体生成器233a内、基座208上的种基板5等按照区域分别加热到期望的温度的区域加热器207a、207b。另外，气密容器203内设置有用于测定成膜室201内的温度的温度传感器(但未图示)。
对于上述HVPE装置200的构成构件、尤其是用于形成各种气体的气流的各构件，为了能够进行如后所述的低杂质浓度的晶体生长，例如以以下说明的方式构成。
具体而言，在图11中，以能够通过阴影种类来识别的方式所示，气密容器203中，作为构成高温区域的构件，优选使用由不含石英以及不含硼的材料形成的构件，所述高温区域为受到区域加热器207a、207b的辐射而被加热到晶体生长温度(例如1000℃以上)的区域，且与供给到种基板5的气体接触。具体而言，作为构成高温区域的构件，优选使用例如由碳化硅(SiC)涂层石墨形成的构件。另一方面，在比较低温的区域中，优选使用高纯度石英构成构件。即，在成为比较高温且与HCl气体等接触的高温区域中，不使用高纯度石英，而是使用SiC涂层石墨来构成各构件。详细而言，用SiC涂层石墨构成内盖204、基座208、旋转轴215、气体生成器233a、各喷嘴249a～249c等。需要说明的是，构成气密容器203的炉心管只能采用石英，因此成膜室201内设置有包围基座208、气体生成器233a等的内盖204。对于气密容器203的两端的壁部、排气管230等，使用不锈钢等金属材料构成即可。
例如，根据“Polyakov et al.J.Appl.Phys.115,183706(2014)”，公开了通过在950℃下进行生长，能够实现低杂质浓度的GaN晶体的生长。然而，这样的低温生长中，会导致得到的晶体品质的降低，无法得到在热物性、电特性等方面良好的产物。
与此相对，根据本实施方式的上述HVPE装置200，在成为比较高温且与HCl气体等接触的高温区域中，使用SiC涂层石墨构成各构件。由此，即使在例如1050℃以上这样的适于GaN晶体的生长的温度区域中，也能够隔断起因于石英、不锈钢等的Si、O、C、Fe、Cr、Ni等杂质被供给到晶体生长部。其结果，能够实现使高纯度且在热物性和电特性方面也显示良好特性的GaN晶体进行生长。
需要说明的是，HVPE装置200所具备的各构件连接于以计算机的形式构成的控制器280，以通过在控制器280上执行的程序来控制后述的处理步骤、处理条件的方式构成。
生长工序S110具有搬入步骤、晶体生长步骤、以及搬出步骤。以下详细进行说明。
(搬入步骤)
本步骤中，首先，开放反应容器203的炉口，在基座208上载置种基板5。载置在基座208上的种基板5成为用于制造基板10的基底(种)，是由作为氮化物半导体的一例的GaN的单晶形成的板状物。
种基板5在基座208上载置时，使载置在基座208上的状态的种基板5的表面、即与喷嘴249a～249c相对一侧的主面(晶体生长面、基底面)为GaN晶体的(0001)面、即+C面(Ga极性面)。
(晶体生长步骤)
本步骤中，在种基板5向反应室201内的搬入完成后，关闭炉口，一边实施反应室201内的加热和排气，一边开始向反应室201内供给H2气体、或H2气体与N2气体。然后，在反应室201内达到期望的处理温度、处理压力且反应室201内的气氛成为期望的气氛的状态下，开始从气体供给管232a、232b供给HCl气体、NH3气体，并对种基板5的表面分别供给GaCl气体和NH3气体。
由此，如图12的(a)所示的截面图，在种基板5的表面上沿c轴方向外延生长GaN晶体，形成GaN晶体6。此时，通过供给SiH2Cl2气体，能够在GaN晶体6中添加作为n型杂质的Si。
需要说明的是，本步骤中，为了防止构成种基板5的GaN晶体的热分解，优选在种基板5的温度到达500℃的时刻、或者从该时刻以前开始向反应室201内供给NH3气体。另外，为了提高GaN晶体6的面内膜厚均匀性等，本步骤优选在使基座208旋转的状态下实施。
本步骤中，区域加热器207a、207b的温度优选的是，对包含气体生成器233a的反应室201内的上游侧的部分进行加热的加热器207a例如设定为700～900℃的温度，对包含基座208的反应室201内的下游侧的部分进行加热的加热器207b例如设定为1000～1200℃的温度。由此，基座208被调整为1000～1200℃的规定的温度。本步骤中，内部加热器(但未图示)也可以以关闭的状态使用，但只要基座208的温度为上述1000～1200℃的范围，则也可以使用内部加热器实施温度控制。
作为本步骤的其他处理条件，以下进行例示。
处理压力：0.5～2气压
GaCl气体的分压：0.1～20kPa
NH3气体的分压/GaCl气体的分压：1～100
H2气体的分压/GaCl气体的分压：0～100
SiH2Cl2气体的分压：2.5×10-5～1.3×10-3kPa
另外，对种基板5的表面供给GaCl气体和NH3气体时，也可以分别从气体供给管232a～232b添加作为载气的N2气体。通过添加N2气体而调整从喷嘴249a～249b供给的气体的吹出流速，从而能够适当地控制种基板5的表面的原料气体的供给量等的分布，在面内整个区域实现均匀的生长速度分布。需要说明的是，也可以添加Ar气体、He气体等稀有气体来代替N2气体。
(搬出步骤)
在种基板5上生长期望厚度的GaN晶体6后，在向反应室201内供给NH3气体、N2气体并且同时对反应室201内进行排气的状态下，分别停止对气体生成器233a供给HCl气体、对反应室201内供给H2气体、基于区域加热器207a、207b的加热。然后，在反应室201内的温度降温至500℃以下后停止供给NH3气体，将反应室201内的气氛置换成N2气体而使其恢复至大气压。然后，使反应室201内降温至例如200℃以下的温度、即能够从反应容器203内搬出GaN的晶锭(在主面上形成有GaN晶体6的种基板5)的温度。然后，从反应室201内向外部搬出晶锭。
(2-ii)切片工序
生长工序S110之后进行切片工序S120。切片工序S120中，将搬出的晶锭例如沿着与GaN晶体6的生长面平行的方向进行切片。由此，如图12的(b)所示，可以得到1张以上的基板10。基板10的各种组成、各种物性等如上所述，因此省略说明。该切片加工例如可以使用线锯、放电加工机等来进行。基板10的厚度设为250μm以上、例如400μm左右的厚度。然后，对基板10的表面(+c面)实施规定的研磨加工，从而使该面为开盒即用(Epi-Ready)的镜面。需要说明的是，基板10的背面(-c面)为研磨面或者镜面。
通过生长工序S110和切片工序S120，可制作载流子浓度与红外区域的吸收系数之间具有式(1)等所示的上述关系性的基板10。需要说明的是，在以下说明的检查工序S130中，可以追加用于检查基板10是否具有该关系性的步骤。需要说明的是，也可以将生长工序S110和切片工序S120综合而作为准备在检查工序S130检查的基板10的准备工序。
(2-iii)检查工序
检查工序S130中，使用反射型FTIR法，对构成基板10的GaN晶体的品质进行检查。检查工序S130具有测定步骤和判定步骤。以下详细进行说明。
(测定步骤)
通过对制作的多个基板10分别照射红外光，从而利用反射型FTIR法测定反射光谱。反射光谱对各基板10的主面内的至少1个位置进行测定。针对所测定的反射光谱进行如上所述的拟合，由此求出基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR。进而，调查所测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内是否包含具有峰顶的峰(波数1400cm-1左右的峰)。检测到该峰时，测定其峰高度。可以基于峰高度求出基板10的点缺陷密度。需要说明的是，根据需要，也可以针对波数1400cm-1左右的峰以外的峰进行有无峰的检查、峰高度的测定等。
对各基板10的品质的主面中的面内分布进行检查时，对各基板10的主面内的多个位置分别测定反射光谱，基于在该多个位置分别测定的反射光谱，进行表示基板10的品质的各物性的测定(载流子浓度NIR和迁移率μIR的测定、有无峰的检查、峰高度的测定等)。
(判定步骤)
接着，判定各基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR是否在规定的允许范围内，筛选具有该允许范围内的载流子浓度NIR和迁移率μIR的基板10。另外，判定各基板10所测定的反射光谱是否具有波数1400cm-1左右的峰，筛选没有该峰的基板10、以及虽然有该峰但其峰高度为规定的允许范围内的基板10。需要说明的是，可以将没有该峰的基板10作为最良品进行筛选。
检查面内分布时，判定各基板10的主面内的、所关注的物性的偏差大小，筛选该偏差不过大的基板10。主面内的物性的偏差例如如下所述地进行评价。该偏差例如以主面内的最大的物性值相对于最小的物性值的比率进行规定，该比率为例如1.5倍以下时判定为偏差不过大。例如，对波数1400cm-1左右的峰的峰高度的偏差进行评价时，将在各基板10的主面内的多个位置分别求出的峰高度彼此进行比较，判定峰高度最大者相对于最小者的比率是否为1.5倍以下。
需要说明的是，可以将由检查工序S130得到的检查结果用于判断制造基板10时的各种处理条件是否合适、判断用于基板10的制造的HVPE装置200等装置是否无异常等。
如此可制造本实施方式的基板10。然后，通过在作为良品而筛选的基板10上生长半导体层，可制造半导体层叠物。进而，通过实施在半导体层叠物上形成电极的工序等，可制造半导体装置。使用基板10制造半导体装置时，例如在半导体层生长、活化退火、保护膜形成、欧姆合金工序等中，进行基于红外线照射的基板10的加热。所制造的半导体装置没有特别限定，例如可以为肖特基势垒二极管(SBD)、发光二极管、激光二极管、结势垒肖特二极管(JBS)、双极晶体管等。半导体层叠物的机构可以根据所制造的半导体装置而适当选择。另外，用于形成半导体层叠物的、半导体层的生长手法也可适当选择。
(3)根据本实施方式得到的效果
根据本实施方式，可得到以下所示的1种或多种效果。
(a)利用本实施方式的制造方法制造的基板10的晶体应变小，另外，成为几乎不含O、n型杂质以外的杂质(例如对n型杂质进行补偿的杂质等)的状态。由此，对于本实施方式的基板10，可以使用规定的常数K和常数a，利用式(1)(α＝NeKλa)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的吸收系数α进行近似。
其结果，能够容易地设定对基板10照射至少红外线并将基板10加热的工序中的加热条件，能够精度良好且再现性良好地加热该基板10。
(b)另外，其结果，能够使对基板10利用FTIR法测定的反射率光谱与由理论式计算的反射光谱精度良好地进行拟合。由此，能够精度良好地测定基板10的载流子浓度NIR和迁移率μIR。另外，由此，能够将上述起因于点缺陷等的峰以测定的反射光谱的、自计算的反射光谱的偏离的形式明确地检测到。如此，通过使用本实施方式的基板10，基于测定的反射光谱，能够适当地检查构成基板10的GaN晶体的品质。
测定的反射光谱中可能出现的起因于点缺陷等的峰中，作为显著的峰，例如可列举出在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内具有峰顶的峰(波数1400cm-1左右的峰)。最优选检测不到波数1400cm-1左右的峰，但即使检测到该峰，只要其峰高度不过大(例如只要为35％以下)即可允许。
需要说明的是，仅供参考，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(1)来精度良好地对吸收系数α进行近似。
此处，图5的(b)为示出对波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系进行比较的图。图5的(b)中，不仅示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数，还示出论文(A)～(D)记载的GaN晶体的吸收系数。
论文(A)：A.S.Barker Physical Review B 7(1973)p743Fig.8
论文(B)：P.Perlin，Physicsl Review Letter 75(1995)p296Fig.1由0.3GPa的曲线推定。
论文(C)：G.Bentoumi，Materical Science Engineering B50(1997)p142-147Fig.1
论文(D)：S.Porowski，J.Crystal Growth 189-190(1998)p.153-158Fig.3其中，T＝12K
如图5的(b)所示，论文(A)～(D)记载的以往的GaN晶体的吸收系数α大于利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α。另外，以往的GaN晶体的吸收系数α的斜率与利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的斜率不同。需要说明的是，在论文(A)和(C)中，还发现吸收系数α的斜率随着自由电子浓度Ne增大而发生变化。因此，对于论文(A)～(D)记载的以往的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(1)来精度良好地对吸收系数α进行近似。具体而言，例如，可能常数K比上述规定的范围高、或者常数a变为3以外的值。
认为这是由于以下的理由。以往的GaN晶体中，认为由于其制造方法而产生较大的晶体应变。在GaN晶体中产生晶体应变时，GaN晶体中的位错增多。因此，对于以往的GaN晶体，认为产生位错散射，并由于位错散射而吸收系数α增大、或出现偏差。或，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，认为无意地混入的O的浓度高。若O以高浓度混入GaN晶体中，则GaN晶体的晶格常数a和c增大(参考：Chris G.Van de Walle，Physical Review B vol.68，165209(2003))。因此，认为在以往的GaN晶体中，被O污染的部分与纯度比较高的部分之间产生局部的晶格不匹配，在GaN晶体中产生晶体应变。其结果，对于以往的GaN晶体，认为吸收系数α增大、或出现偏差。或者，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，认为对n型杂质进行补偿的p型的补偿杂质无意地混入，补偿杂质的浓度变高。若补偿杂质的浓度高，则为了得到规定的自由电子浓度，需要高浓度的n型杂质。因此，在以往的GaN晶体中，认为包含补偿杂质和n型杂质在内的合计杂质浓度变高，晶体应变增大。其结果，对于以往的GaN晶体，认为吸收系数α增大、或出现偏差。需要说明的是，实际上对于含有O并且晶格变形的GaN自支撑基板，与具有相同的自由电子浓度的本实施方式的基板10相比，确认到(迁移率低且)吸收系数α高。
由于这样的理由，对于以往的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(1)来精度良好地对吸收系数α进行近似。即，对于以往的GaN晶体，难以基于自由电子的浓度Ne来精度良好地设计吸收系数。因此，对于由以往的GaN晶体形成的基板，在对基板照射至少红外线而将基板加热的工序中，加热效率容易因基板而出现偏差，难以控制基板的温度。其结果，有可能整个基板的温度的再现性降低。另外，如此地吸收系数α过度增大、或出现偏差时，消光系数k过度增大、或出现偏差。因此，对于以往的GaN晶体，由于消光系数k的偏差，无法以与由理论式计算的反射光谱基本一致的形状获取利用FTIR法测定的反射光谱。
与此相对，利用本实施方式的制造方法制造的基板10的晶体应变小，另外，成为几乎不含O、n型杂质以外的杂质的状态。对于本实施方式的基板10的吸收系数，源自晶体应变的散射(位错散射)造成的影响小，主要依赖于离子化杂质散射。由此，能够减小基板10的吸收系数α的偏差，能够使用规定的常数K和常数a通过上述式(1)对基板10的吸收系数α进行近似。
通过使基板10的吸收系数α能够利用式(1)进行近似，从而能够基于通过n型杂质向基板10中的掺杂而产生的自由电子的浓度Ne来精度良好地设计基板10的吸收系数。通过基于自由电子的浓度Ne来精度良好地设计基板10的吸收系数，在对基板10照射至少红外线而将基板10加热的工序中，能够容易地设定加热条件，能够精度良好地控制基板10的温度。其结果，能够使整个基板10的温度的再现性提高。如此，在本实施方式中，能够精度良好且再现性良好地对基板10进行加热。
另外，通过利用式(1)来精度良好地对基板10的吸收系数进行近似，从而能够抑制基板10的吸收系数α相对于基板10中的自由电子浓度Ne的偏差。抑制基板10的吸收系数α的偏差意味着抑制消光系数k的偏差(α＝4πk/λ)。因此，通过使用本实施方式的基板10，能够以与由理论式计算的反射光谱基本一致的形状适当地获取利用FTIR法测定的反射光谱。并且，基于适当地获取的反射光谱，能够适当地检查构成基板10的GaN晶体的品质。
(c)本实施方式的基板10的面内吸收系数差Δα优选满足Δα≤1.0。由此，在对基板10进行加热的工序中，能够使基于红外线照射的加热效率在基板10的主面内均匀，能够使利用基板10制造的半导体层叠物的品质在基板10的主面内均匀。其结果，能够提高使用半导体层叠物制造的半导体装置的品质和成品率。
并且，通过使吸收系数α的主面内的均匀性高，能够抑制基板10的主面内的、测定的反射光谱的形状的偏差，即该反射光谱的基线的形状的偏差。另外，由此，容易对在主面内的多个位置检测的起因于点缺陷等的峰彼此进行比较。
<其他实施方式>
以上对本发明的实施方式具体进行了说明。然而，本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。
上述实施方式中，例示了为了对基板10测定红外区域的反射光谱而使用反射型FTIR法的情况，但作为反射型FTIR法以外的方法，通过使用椭圆偏振光谱法，也可以进行同等的测定。
上述实施方式中，针对基板10由GaN形成的情况进行了说明，但基板10不限于GaN，例如也可以由AlN、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)等III族氮化物、即AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的组成式所示的III族氮化物形成。
上述实施方式中，对使用由GaN单晶形成的种基板5制作基板10情况进行了说明，但也可以通过以下方法制作基板10。例如，可以将设置于蓝宝石基板等异种基板上的GaN层用作基底层，将隔着纳米掩模使GaN层较厚地生长而成的晶锭从异种基板剥离，并从该晶锭切出多个基板10。
<本发明的优选实施方式>
以下对本发明的优选实施方式进行附记。
(附记1)
一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内不含具有峰顶的峰。
(附记2)
一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内包含具有峰顶的峰，该峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度为35％以下、更优选为30％以下、进一步优选为25％以下。
(附记3)
根据附记2所述的氮化物晶体基板，其中，在前述氮化物晶体基板的主面内，前述峰高度的最大者相对于最小者的比率为1.5倍以下。
(附记4)
根据附记1～3中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，将前述氮化物晶体基板的主面内的前述吸收系数α的最大值与最小值之差设为Δα时，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内，前述Δα满足式(3)。
Δα≤1.0···(3)
(附记5)
根据附记1～4中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，前述测定的反射光谱的基线能够以使用表示前述氮化物晶体基板的结构的光学模型、以及表示该氮化物晶体基板的介电函数的介电函数模型而计算的反射光谱来表示，
该计算的反射光谱是为了使该计算的反射光谱对该测定的反射光谱进行拟合而在该光学模型和该介电函数模型中设定该氮化物晶体基板的载流子浓度和迁移率，从而求出的反射光谱。
(附记6)
根据附记5所述的氮化物晶体基板，其中，前述介电函数模型为Lorentz-Drude模型。
(附记7)
根据附记1～6中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，前述III族氮化物为GaN。
(附记8)
一种氮化物晶体基板的制造方法，其包含如下工序：
准备氮化物晶体基板的工序，所述氮化物晶体基板由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的前述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)(其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3)
在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(1)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内；以及，
检查工序，通过对前述氮化物晶体基板照射红外光而测定反射光谱，并调查该反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内是否包含具有峰顶的峰。
(附记9)
根据附记8所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，
在前述检查工序中，对前述氮化物晶体基板的主面内的多个位置分别测定前述反射光谱，求出被检测的前述峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度，将对该多个位置分别求出的该峰高度彼此进行比较。
(附记10)
根据附记8或9所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，
在前述检查工序中，基于被检测的前述峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度，推定前述氮化物晶体基板的点缺陷密度。
(附记11)
根据附记8～10中任一项所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，前述III族氮化物为GaN。

Claims (7)

1.一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的所述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将所述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的所述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)
其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3，
在波长2μm下，实测的所述吸收系数相对于由式(1)求出的所述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对所述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内不含具有峰顶的峰。
2.一种氮化物晶体基板，其由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的所述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将所述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围的所述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)
其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3，
在波长2μm下，实测的所述吸收系数相对于由式(1)求出的所述吸收系数α的误差为±0.1α以内，
通过对所述氮化物晶体基板照射红外光而测定的反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内包含具有峰顶的峰，该峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度为35％以下。
3.根据权利要求2所述的氮化物晶体基板，其中，在所述氮化物晶体基板的主面内，所述峰高度的最大者相对于最小者的比率为1.5倍以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，将所述氮化物晶体基板的主面内的所述吸收系数α的最大值与最小值之差设为Δα时，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内，所述Δα满足式(3)，
Δα≤1.0···(3)。
5.一种氮化物晶体基板的制造方法，其包含如下工序：
准备氮化物晶体基板的准备工序，所述氮化物晶体基板由III族氮化物的晶体形成，且包含n型杂质，
将波长设为λ(μm)、将27℃下的所述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm-1)、将所述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为Ne(cm-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(1)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的所述吸收系数α进行近似，
α＝NeKλa···(1)
其中，1.5×10-19≤K≤6.0×10-19、a＝3，
在波长2μm下，实测的所述吸收系数相对于由式(1)求出的所述吸收系数α的误差为±0.1α以内；以及，
检查工序，通过对所述氮化物晶体基板照射红外光而测定反射光谱，并调查该反射光谱在1200cm-1以上且1500cm-1以下的波数范围内是否包含具有峰顶的峰。
6.根据权利要求5所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，
在所述检查工序中，对所述氮化物晶体基板的主面内的多个位置分别测定所述反射光谱，求出被检测的所述峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度，将对该多个位置分别求出的该峰高度彼此进行比较。
7.根据权利要求5或6所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，
在所述检查工序中，基于被检测的所述峰的峰顶的强度反射率与该反射光谱的基线的强度反射率之差即峰高度，推定所述氮化物晶体基板的点缺陷密度。
CN201910502514.XA 2018-06-13 2019-06-11 氮化物晶体基板及其制造方法 Active CN110592675B (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-112844 2018-06-13
JP2018112844A JP7063736B2 (ja) 2018-06-13 2018-06-13 窒化物結晶基板の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110592675A true CN110592675A (zh) 2019-12-20
CN110592675B CN110592675B (zh) 2022-08-23

Family

ID=68839646

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910502514.XA Active CN110592675B (zh) 2018-06-13 2019-06-11 氮化物晶体基板及其制造方法

Country Status (3)

Country Link
US (2) US11377756B2 (zh)
JP (1) JP7063736B2 (zh)
CN (1) CN110592675B (zh)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112397571B (zh) * 2021-01-18 2021-04-23 苏州纳维科技有限公司 一种氮化镓衬底及半导体复合衬底

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011256082A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ結晶自立基板およびその製造方法
US20120295428A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-22 Yuriy Melnik Methods for pretreatment of group iii-nitride depositions
CN110691867A (zh) * 2017-05-29 2020-01-14 赛奥科思有限公司 氮化物晶体基板、半导体层叠物、半导体层叠物的制造方法以及半导体装置的制造方法
CN110832630A (zh) * 2017-06-27 2020-02-21 赛奥科思有限公司 膜厚测定方法、氮化物半导体层叠物的制造方法以及氮化物半导体层叠物
CN112105763A (zh) * 2018-05-15 2020-12-18 赛奥科思有限公司 氮化物半导体层叠物的制造方法、氮化物半导体层叠物、膜质检查方法和半导体生长装置的检查方法

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006019098A1 (ja) * 2004-08-20 2006-02-23 Mitsubishi Chemical Corporation 金属窒化物および金属窒化物の製造方法
US10266963B2 (en) * 2013-03-08 2019-04-23 The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy Growth of crystalline materials on two-dimensional inert materials
JP6330407B2 (ja) 2014-03-20 2018-05-30 住友電気工業株式会社 Ｉｉｉ族窒化物半導体素子、ｉｉｉ族窒化物半導体エピタキシャル基板およびｉｉｉ族窒化物半導体素子の製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011256082A (ja) * 2010-06-10 2011-12-22 Sumitomo Electric Ind Ltd ＧａＮ結晶自立基板およびその製造方法
US20120295428A1 (en) * 2011-05-20 2012-11-22 Yuriy Melnik Methods for pretreatment of group iii-nitride depositions
CN110691867A (zh) * 2017-05-29 2020-01-14 赛奥科思有限公司 氮化物晶体基板、半导体层叠物、半导体层叠物的制造方法以及半导体装置的制造方法
CN110832630A (zh) * 2017-06-27 2020-02-21 赛奥科思有限公司 膜厚测定方法、氮化物半导体层叠物的制造方法以及氮化物半导体层叠物
CN112105763A (zh) * 2018-05-15 2020-12-18 赛奥科思有限公司 氮化物半导体层叠物的制造方法、氮化物半导体层叠物、膜质检查方法和半导体生长装置的检查方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11377756B2 (en) 2022-07-05
JP7063736B2 (ja) 2022-05-09
CN110592675B (zh) 2022-08-23
JP2019214496A (ja) 2019-12-19
US20220154367A1 (en) 2022-05-19
US20190382920A1 (en) 2019-12-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6352502B1 (ja) 膜厚測定方法、窒化物半導体積層物の製造方法および窒化物半導体積層物
CN112105763B (zh) 氮化物半导体层叠物及其制造方法、膜质检查方法和半导体生长装置的检查方法
US9011599B2 (en) Method of temperature determination for deposition reactors
US11339500B2 (en) Nitride crystal substrate, semiconductor laminate, method of manufacturing semiconductor laminate and method of manufacturing semiconductor device
CN110731002A (zh) 氮化物半导体层叠物、半导体装置、氮化物半导体层叠物的制造方法、氮化物半导体自支撑基板的制造方法以及半导体装置的制造方法
JP2018070405A (ja) 半絶縁性結晶、ｎ型半導体結晶およびｐ型半導体結晶
CN110592675B (zh) 氮化物晶体基板及其制造方法
CN110499533B (zh) 氮化物晶体基板以及氮化物晶体基板的制造方法
Du et al. Development of SiGeSn technique towards mid-infrared devices in silicon photonics
JP6901995B2 (ja) 膜厚測定方法、窒化物半導体積層物の製造方法および窒化物半導体積層物
Zhang et al. Structure, optical spectra and biaxial stress of (0002) AlN epilayers grown on c‐sapphire by high‐temperature chemical vapor deposition
JP7296509B2 (ja) 半導体積層物
Slomski Thermal Conductivity of Group-III Nitrides and Oxides.
JP6783269B2 (ja) 窒化物結晶基板、半導体積層物、窒化物結晶基板の製造方法、半導体積層物の製造方法および半導体装置の製造方法
JP7101736B2 (ja) ＧａＮ単結晶基板および半導体積層物
JP2020023427A (ja) 窒化物結晶
JP7181321B2 (ja) 窒化物半導体積層物
CN114855269B (zh) 一种在高阻型氧化镓衬底上制备同质外延氧化镓薄膜的方法及分子束外延设备
JP2024523480A (ja) エピタキシーに対するシリコン基板の適合性を判断する方法
JPH11283925A (ja) 化合物半導体の製膜方法
JP2022124009A (ja) 窒化物結晶、半導体積層物、窒化物結晶の製造方法および窒化物結晶製造装置
Naik et al. Infrared and Ultraviolet Raman Spectra of AlN Thin Films Grown on Si (111)

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20221116

Address after: Tokyo, Japan

Patentee after: SUMITOMO CHEMICAL Co.,Ltd.

Address before: Ibaraki

Patentee before: RICOH Co.,Ltd.

Patentee before: SUMITOMO CHEMICAL Co.,Ltd.

TR01 Transfer of patent right