CN115087767A - 砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有主面的砷化镓单晶衬底，其中，在通过X射线光电子能谱法测定主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。主面的算术平均粗糙度(Ra)为0.3nm以下。

Description

砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法
技术领域
本公开内容涉及砷化镓单晶衬底和砷化镓单晶衬底的制造方法。本申请要求基于在2020年3月2日提交的国际申请PCT/JP2020/008590的优先权。在该申请中记载的所有记载内容通过参考而被本说明书援引。
背景技术
WO2014/124980号(专利文献1)公开了砷化镓衬底的制造方法。即，所述制造方法包括以下的a)到d)的工序。
a)准备砷化镓衬底的工序；
b)使用紫外线照射和/或臭氧气体，在干燥状态下对砷化镓衬底的至少一个表面进行氧化处理的工序；
c-1)使碱性水溶液与砷化镓衬底的所述至少一个表面接触的工序；
c-2)然后，使水与砷化镓衬底的所述至少一个表面接触的工序；
c-3)然后，使酸性水溶液与砷化镓衬底的所述至少一个表面接触的工序；
c-4)然后，进一步使水与砷化镓衬底的所述至少一个表面接触的工序；
d)对砷化镓衬底进行马兰戈尼干燥的工序。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：WO2014/124980号
专利文献2：日本特开平10-36199号公报
专利文献3：日本特开平10-12577号公报
非专利文献
非专利文献1：“利用Tpp-2M式的电子的非弹性平均自由程的推算法”，表面分析杂志(Journal of Surface Analysis))，第1卷，第2期，1995年
非专利文献2：广田幸弘等，“利用超声波-超纯水清洗法的低缺陷、清洁GaAs表面的形成”，表面科学，1991年，第12卷，第6期，第380页-第392页
非专利文献3：角田光雄、“电子材料的清洗”，油化学，1986年，第35卷，第10期，第867页-第872页
发明内容
本公开内容所涉及的砷化镓单晶衬底为具有主面的砷化镓单晶衬底，其中，在通过X射线光电子能谱法测定所述主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度(take-off angle(TOA))设定为5°。主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下。
本公开内容所涉及的砷化镓单晶衬底的制造方法具有：在100℃以上且200℃以下的加热条件下加热砷化镓单晶衬底前体，同时使用臭氧气体和紫外线中的至少一者在所述砷化镓单晶衬底前体的主面形成氧化膜的工序；和使所述主面与酸性水溶液接触而对所述氧化膜进行腐蚀的工序。
附图说明
[图1]图1为示意性地表示使用X射线光电子能谱法的分析系统的构成的图。
[图2]图2为表示基线修正后的As3d光谱的一例的图。
[图3]图3为表示本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的制造方法的流程图。
[图4]图4为表示按照单片方式的清洗装置的图。
[图5]图5为表示设定在直径150mm的GaAs单晶衬底上的9个测定点的图。
[图6]图6为表示设定在直径200mm的GaAs单晶衬底上的9个测定点的图。
具体实施方式
[本公开内容所要解决的问题]
作为外延膜表面的缺陷之一，已知存在LPD(光点缺陷(Light Point Defect))，其数量增大与器件特性降低相关。LPD为通过对外延膜的表面照射光来评价表面的平滑性(有无高度差)时使用的术语，LPD的个数越多，则表示在外延膜的表面存在越多的高度差。该高度差例如由在砷化镓单晶衬底上生长出外延膜时产生的层叠缺陷(堆垛层错)引起。由于该层叠缺陷取决于砷化镓单晶衬底的表面的平滑性，因此要求通过实现表面平滑性高的砷化镓单晶衬底来减少LPD的个数。对于在专利文献1中公开的砷化镓单晶衬底，有时也要求进一步减少LPD的个数。
鉴于以上问题，本公开内容的目的在于提供一种能够形成其中LPD的个数减少的外延膜的砷化镓单晶衬底、以及砷化镓单晶衬底的制造方法。
[本公开内容的实施方式的说明]
首先，列出并说明本公开内容的实施方式。
[1]本公开内容的一个方式所涉及的砷化镓单晶衬底为具有主面的砷化镓单晶衬底，其中，在通过X射线光电子能谱法测定所述主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下。虽然详细的机理尚不明确，但具有这样特征的砷化镓单晶衬底的主面的平滑性提高。此外，三氧化二砷比五氧化二砷更容易通过加热处理分解。因此，在形成外延膜时的加热处理中，存在于砷化镓单晶衬底的主面处的As氧化物被均匀地除去，使砷化镓单晶衬底的主面更加平滑化。其结果，在所述主面形成有外延膜的情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[2]在通过所述X射线光电子能谱法测定主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比优选为5以上。由此，能够进一步提高砷化镓单晶衬底的主面的平滑性，因此在所述主面形成有外延膜的情况下，能够更进一步减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[3]所述主面优选为相对于(100)面具有0.01°以上且15°以下的偏角的面。由此，所述主面成为电气特性和光学特性优异的面。因此，在本公开内容中，能够在砷化镓单晶衬底的电气特性和光学特性优异的面形成外延膜，在此情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[4]所述砷化镓单晶衬底优选为具有75mm以上且300mm以下直径的圆盘状。如后所述，在本公开内容中，作为砷化镓单晶衬底的形状，可以应用具有75mm以上直径的大型衬底。由此，对于具有75mm以上直径的大型砷化镓单晶衬底而言，能够在其主面的表面上形成外延膜，在此情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[5]在所述砷化镓单晶衬底中，通过X射线光电子能谱法测定主面上的9个测定点时的、以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的标准偏差优选为1以下。在将直径设为Dmm、并且将通过主面的中心且在主面上彼此正交的2个轴设为X轴和Y轴时，9个测定点的X轴和Y轴的坐标(X,Y)为(0,0)、(D/4,0)、(0,D/4)、(-D/4,0)、(0,-D/4)、((D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)和((D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)。由此，即使在具有75mm以上直径的大型砷化镓单晶衬底中，也能够均匀地减少在其主面的表面上形成的外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[6]所述砷化镓单晶衬底的直径优选为150mm以上且200mm以下。如在后述的实施例(试样1到试样3和试样8)中所示，即使在直径为150mm以上且200mm以下的大型GaAs单晶衬底的主面也能够形成外延膜，在此情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[7]本公开内容的一个方式所涉及的砷化镓单晶衬底为具有主面的砷化镓单晶衬底。砷化镓单晶衬底为具有75mm以上且300mm以下直径的圆盘状。通过X射线光电子能谱法测定主面上的9个测定点时的、以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的平均值为2以上，所述比的标准偏差为1以下，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。在将直径设为Dmm、并且将通过所述主面的中心且在主面上彼此正交的2个轴设为X轴和Y轴时，9个测定点的X轴和Y轴的坐标(X,Y)为(0,0)、(D/4,0)、(0,D/4)、(-D/4,0)、(0,-D/4)、((D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)和((D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)。9个测定点的算术平均粗糙度Ra的平均值为0.3nm以下。通过该构成，在主面形成有外延膜的情况下，也能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。此外，即使对于具有75mm以上直径的大型砷化镓单晶衬底而言，也能够均匀地减少在其主面的表面上形成的外延膜的膜表面处的LPD的个数。
[8]本公开内容的一个方式所涉及的砷化镓单晶衬底的制造方法具有：在100℃以上且200℃以下的加热条件下加热砷化镓单晶衬底前体，同时使用臭氧气体和紫外线中的至少一者在所述砷化镓单晶衬底前体的主面形成氧化膜的工序；和使所述主面与酸性水溶液接触而对所述氧化膜进行腐蚀的工序。具有这样特征的砷化镓单晶衬底的制造方法在主面形成有外延膜的情况下，能够得到外延膜的膜表面处的LPD的个数减少的砷化镓单晶衬底。
[9]所述加热条件优选为150℃以上且200℃以下。由此，在主面形成有外延膜的情况下，能够得到外延膜的膜表面处的LPD的个数进一步减少的砷化镓单晶衬底。
[10]所述酸性水溶液优选为包含氢氟酸的溶液。由此，能够容易地除去在砷化镓单晶衬底前体的所述主面形成的所述氧化膜。
[11]所述砷化镓单晶衬底的制造方法在所述进行腐蚀的工序之后，优选还具有通过X射线光电子能谱法测定所述主面、并对以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比进行分析的工序，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。由此，能够精确地分析所述主面的极表面，因此能够容易地得到在主面形成有外延膜的情况下、外延膜的膜表面处的LPD的个数减少的砷化镓单晶衬底。
[本公开内容的实施方式的详细内容]
以下，在参照附图的同时，对本公开内容的实施方式(以下也记为“本实施方式”)详细地进行说明。在本说明书中，“A到B”的形式的表述表示范围的上限下限(即A以上且B以下)，在A中没有单位的记载而仅在B中记载了单位的情况下，A的单位和B的单位相同。此外，在本说明书中，在用化学式表示化合物等的情况下，在对原子比没有特别限制时，包括以往公知的所有原子比，不一定仅限于化学计量的范围。例如在记载为“AlGaAs”的情况下，构成AlGaAs的原子比不限于Al：Ga：As＝0.5：0.5：1，而包括以往公知的所有原子比。这对于“AlGaAs”以外的化合物的记载也是同样的。
[砷化镓单晶衬底]
本实施方式所涉及的砷化镓单晶衬底(以下也记为“GaAs单晶衬底”)为具有主面的GaAs单晶衬底。在此，主面是指形成有外延膜的面。在通过X射线光电子能谱法测定所述主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下。具有这样特征的GaAs单晶衬底的主面的平滑性提高。而且，三氧化二砷比五氧化二砷更容易通过加热处理分解。因此，在形成外延膜时的加热处理中，存在于砷化镓单晶衬底的主面的As氧化物被均匀地除去，使砷化镓单晶衬底的主面更加平滑化。其结果，在所述主面形成有外延膜的情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
本发明人等在开发能够形成其中LPD的个数减少的外延膜的GaAs单晶衬底的过程中，关注了与以往相比能够更精确地分析GaAs单晶衬底的主面状态的、使用辐射光的X射线光电子能谱法(X-ray Photoelectron Spectroscopy(XPS))。具体而言，通过执行X射线光电子能谱法，确定了使GaAs单晶衬底的主面的平滑性变差的原因，并且尝试了通过消除所述原因来制成能够形成其中LPD的个数减少的外延膜的GaAs单晶衬底。在此，X射线光电子能谱法是指通过对试样照射X射线、并测定从所述试样释放的光电子的动能的分布，由此得到关于在所述试样的表面存在的元素的种类、存在量、化学结合状态等的见解的分析方法。
以往，在通过X射线光电子能谱法测定GaAs单晶衬底的主面的情况下，所述X射线光电子能谱法使用能量被固定在1.5keV附近的X射线(硬X射线)来执行。例如，在“广田幸弘等，‘利用超声波-超纯水清洗法的低缺陷、清洁GaAs表面的形成’，表面科学，1991年，第12卷，第6期，第380页-第392页”(非专利文献2)和“角田光雄，‘电子材料的清洗’，油化学，1986年，第35卷，第10期，第867页-第872页”(非专利文献3)中公开了使用1253.6eV的X射线源的X射线光电子能谱法。在使用固定在1.5keV附近的X射线的情况下，关于GaAs单晶衬底的主面状态的见解以将从GaAs单晶衬底的主面到深度5nm的区域平均化所得状态的形式得到。如果换算成原子层，则所述区域相当于约20个原子层。因此，以往的X射线光电子能谱法难以精确地分析GaAs单晶衬底的主面状态。
与此相对，在本公开内容中，通过如下特定条件的X射线光电子能谱法测定GaAs单晶衬底的主面，所述特定条件使用能量为150eV的X射线(软X射线)、并且将光电子的出射角度设定为5°(以下也记为“特定条件”)。通过使用低能量的软X射线并且对出射角度低的光电子进行检测，能够分析GaAs单晶衬底的主面的极表面。具体而言，利用所述特定条件能够分析GaAs单晶衬底的主面的深度0.15nm的区域。如果换算成原子层，则所述区域相当于约1个原子层，因此与以往相比，能够更精确地分析GaAs单晶衬底的主面状态。
如在后述的实施例(试样1到试样3)中所示，在通过所述特定条件的X射线光电子能谱法测定本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上。主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下。如后所述，以三氧化二砷形式存在的As原子数和以五氧化二砷形式存在的As原子数由通过使用X射线光电子能谱法的测定得到的As3d光谱算出。在这样的GaAs单晶衬底的主面生长出外延膜的情况下，对于所述外延膜的每1cm2膜表面，转换为等面积圆形时直径18μm以上的LPD的个数小于4。在本说明书中，外延膜的“膜表面”是指外延膜的与砷化镓单晶衬底侧相对侧的表面。
与此相对，如后述的比较例(试样4到试样7)所示，通过所述特定条件的X射线光电子能谱法测定以往的GaAs单晶衬底的主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比小于2。在这样的GaAs单晶衬底的主面生长出外延膜的情况下，对于所述外延膜的每1cm2膜表面，转换为等面积圆形时直径18μm以上的LPD的个数大于4。
像这样，本发明人等首次发现，在GaAs单晶衬底的主面上形成的外延膜的膜表面的LPD的个数取决于该主面的极表面处的以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比。以下，将以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比也记为“比As(3+)/As(5+)”。
在砷化镓单晶体中，砷可能在晶粒边界析出。析出的砷的尺寸通常为亚微米级。在砷化镓单晶体中，在砷析出的部位氧化容易进展，并且被更深地氧化。在这样的部位，五氧化二砷的量增多。在由含有析出的砷的砷化镓单晶体制作GaAs单晶衬底的情况下，即使对GaAs单晶衬底的主面进行除去氧化膜的腐蚀处理，也会残留一部分氧化膜。因此，推测在主面的极表面处以五氧化二砷形式存在的As原子数多的GaAs单晶衬底中，在主面的极表面处残留的氧化膜多，主面的平滑性低。
另一方面，在本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的主面的极表面处，比As(3+)/As(5+)为2以上。由此，在本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底中，由在晶粒间析出的砷产生的氧化膜的残留少，主面的平滑性得到改善，因此在所述主面形成有外延膜的情况下，能够减少外延膜的膜表面处LPD的个数。
此外，三氧化二砷比五氧化二砷更容易通过加热处理分解。因此，在主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上的GaAs单晶衬底中，在形成外延膜时的加热处理中，存在于主面的氧化砷被均匀地除去，使砷化镓单晶衬底的主面更加平滑化。其结果，在所述主面形成有外延膜的情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
需要说明的是，比As(3+)/As(5+)不需要在GaAs单晶衬底的主面的所有点上为2以上。GaAs单晶衬底的主面的多个点处的比As(3+)/As(5+)的平均值为2以上即可。
通过所述特定条件的X射线光电子能谱法测定GaAs单晶衬底的主面时的比As(3+)/As(5+)的上限不应特别限制，理想地可以为无限大。
本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底例如可以通过执行后述的GaAs单晶衬底的制造方法而得到。
通过所述特定条件的X射线光电子能谱法测定本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的主面时，比As(3+)/As(5+)优选为5以上。由此，GaAs单晶衬底能够更进一步减少外延膜的膜表面处的LPD的个数。
＜对于GaAs单晶衬底的主面使用X射线光电子能谱法的分析＞
(分析系统)
图1为示意性地表示使用X射线光电子能谱法的分析系统的构成的图。如图1所示，分析系统100包含X射线产生设备10、真空容器20和电子能谱仪30。X射线产生设备10、真空容器20和电子能谱仪30依次连接。X射线产生设备10、真空容器20和电子能谱仪30的内部空间被保持在超高真空下。X射线产生设备10、真空容器20和电子能谱仪30的内部空间的压力例如为4×10-7Pa。
X射线产生设备10产生被称为辐射光的X射线。作为X射线产生设备10，例如可以使用佐贺县立九州同步加速器光研究中心内的光束线“BL17”。
X射线产生设备10产生能量为150eV的X射线，对设置在真空容器20内的GaAs单晶衬底1照射X射线。图1所示的X射线产生设备10具有X射线源11、狭缝12、狭缝14和光栅13。狭缝12、狭缝14分别配置在光栅(分光器)13的上游侧和下游侧。狭缝12、狭缝14例如为4象限狭缝。
X射线源11在圆形加速器内利用由弯转磁体产生的磁场使高能电子的行进方向弯曲，从而输出向沿着行进方向的切线的方向辐射的辐射光(X射线)。
从X射线源11发出的X射线具有高亮度。具体而言，从X射线源11发出的1秒钟内发出的X射线的光子数为109光子/秒。但是，从X射线源11发出的X射线的亮度(强度)随着时间而衰减。例如，从启动X射线源11起经过11小时后发出的X射线的亮度为刚启动后发出的X射线的亮度的1/3。
从X射线源11发出的X射线被未图示的平行镜等平行化。狭缝12使平行化的X射线的一部分通过。通过狭缝12的X射线由光栅13单色化。狭缝14限制单色化的X射线的扩散。
从X射线产生设备10照射的X射线的能量由狭缝12、狭缝14的狭缝宽度和光栅13的刻线密度决定。例如，将狭缝12、狭缝14的狭缝宽度设定为30μm，使用中心刻线密度为400l/mm的光栅13，并调节光栅的出射角，由此从X射线产生设备10照射150±0.05eV的X射线。
当来自X射线产生设备10的X射线照射到设置在真空容器20内的GaAs单晶衬底1时，从GaAs单晶衬底1释放光电子。
电子能谱仪30测定从GaAs单晶衬底1释放的光电子的动能分布。电子能谱仪30具有半球型分析仪和检测器。半球型分析仪对光电子进行分光。检测器对各能量的光电子数进行计数。
从X射线产生设备10入射到GaAs单晶衬底1的X射线的行进方向与GaAs单晶衬底1的主面1m所成的角度θ1是可变的。另外，从GaAs单晶衬底1释放的光电子之中被电子能谱仪30捕捉的光电子的行进方向与GaAs单晶衬底1的主面1m所成的角度(以下记为“出射角度θ2”)也是可变的。在本实施方式中，将出射角度θ2设定为5°。对角度θ1没有特别限制，例如设定为85°。
作为电子能谱仪30，例如可以使用Scienta Omicron公司制造的高分辨率XPS分析装置“R3000”。
(成为分析对象的极表面的深度)
通过X射线的照射而于GaAs单晶衬底1产生的光电子因非弹性散射而容易丧失能量。因此，在GaAs单晶衬底1中产生的光电子之中的仅一部分在保持产生时的能量的状态下脱出至真空中，到达电子能谱仪30。从表面脱出的光电子产生于相当于光电子的非弹性平均自由程(Inelastic Mean Free Path(IMFP))的约3倍的深度处。因此，成为分析对象的表面深度d(nm)由以下的[式1]表示。在[式1]中，λ(nm)为IMFP值，θ2为出射角度。
[式1]
d＝3λsinθ2
如“利用Tpp-2M式的电子的非弹性平均自由程的推算法”，表面分析杂志，第1卷，第2期，1995年”(非专利文献1)所示，
Figure BDA0003794978080000135
由以下的[式2]表示。
[式2]
Figure BDA0003794978080000131
Figure BDA0003794978080000132
Figure BDA0003794978080000133
γ＝0.191ρ-0.50
C＝1.97-0.94U
D＝53.4-20.8U
Figure BDA0003794978080000134
在[式2]中，AW表示原子量或分子量，Nv表示每1个原子或1个分子的价电子数，Ep表示自由电子的等离子激元能量(eV)，ρ表示密度(g/cm3)，Eg表示带隙能量(eV)。另外，E表示光电子的动能(eV)，由所照射的X射线的能量(eV)和电子与原子核的结合能(eV)算出。
使用所述的[式1]和[式2]计算表面深度d(nm)。需要说明的是，将使用[式2]计算的
Figure BDA0003794978080000136
换算成单位nm，然后代入[式1]。使用上述的[式1]和[式2]、与五氧化二砷和三氧化二砷中的As原子的3d电子有关的各种参数值、以及X射线的能量150eV计算出的表面深度d为约0.15nm。即，在通过所述特定条件的X射线光电子能谱法测定GaAs单晶衬底1的主面1m时，对存在于该主面的深度0.15nm的区域的原子的状态进行分析。
(以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的计算方法)
以下，基于图2对使用将辐射光作为X射线源的X射线光电子能谱法算出GaAs单晶衬底的极表面处以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的方法进行说明。
使用能量为150eV的X射线对GaAs单晶衬底的主面的表面进行按照上述X射线光电子能谱法的分析。通过进行该分析，能够得到从GaAs单晶衬底释放的光电子的动能分布。
从GaAs单晶衬底释放的光电子的动能E使用所照射的X射线的能量hν(eV)、GaAs单晶衬底内的电子的结合能EB(eV)和功函数φ(eV)由下式表示。
E＝hν-EB-φ
使用上式，由从GaAs单晶衬底释放的光电子的动能分布，生成表示电子的结合能分布的光谱。在本实施方式中，生成了As3d光谱，该As3d光谱表示从GaAs单晶衬底的主面的极表面中存在的As原子的3d轨道释放的电子的结合能分布。在此，在本说明书中，“As3d光谱”是指表示从As原子(在As氧化物和GaAs中含的As原子)的3d轨道释放的光电子的信号强度的光谱。
此外，在按照所述X射线光电子能谱法的分析中，从精确地测定的观点考虑，优选通过对预定的结合能的范围进行窄扫描来得到As3d光谱。具体而言，通过对结合能为37eV以上且52eV以下的范围进行窄扫描，能够在将所述范围作为横轴、将纵轴设为信号强度的图中表示As3d光谱。
窄扫描按照能量间隔为0.02eV、各能量值下的累积时间为100毫秒、累积次数为50次的条件来执行。另外，能量分辨率E/ΔE为3480。
在GaAs单晶衬底的主面的极表面处可能存在以GaAs形式存在的As原子(即，与Ga结合的As原子)、以三氧化二砷形式存在的As原子和以五氧化二砷形式存在的As原子。这些As原子的3d轨道电子的结合能彼此不同。此外，在以GaAs形式存在的As原子的3d轨道中存在具有与向上自旋对应的结合能的电子和具有与向下自旋对应的结合能的电子。
以五氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道电子的结合能为约45.8eV。以三氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道电子的结合能为约44.5eV。以GaAs形式存在的As原子中的自旋方向彼此不同的2个3d轨道电子的结合能为约41.8eV和41.0eV。像这样，在GaAs单晶衬底的主面的极表面处存在的As原子中可能存在具有彼此不同的4个结合能的3d轨道电子。
因此，对于As3d光谱，使用微软公司的表格计算软件“Excel”(注册商标)版本2016，执行以下的分析。
首先，对于As3d光谱之中除去41eV以上且47eV以下的范围的区域，通过最小二乘法求出近似直线，将该近似直线确定为基线。然后，将As3d光谱和基线的差确定为基线修正后的As3d光谱。
图2为表示基线修正后的As3d光谱的一例的图。在图2中示出了与基线修正后的As3d光谱对应的实线L。
如上所述，在GaAs单晶衬底的主面的极表面处存在的As原子中可能存在具有彼此不同的4个结合能的3d轨道电子。因此，准备以下4个高斯函数Y1、Y2、Y3和Y4。
Y1＝a1*exp{(-(X-b1)2)/c12}
Y2＝a2*exp{(-(X-b2)2)/c22}
Y3＝a3*exp{(-(X-b3)2)/c32}
Y4＝a4*exp{(-(X-b4)2)/c42}
高斯函数Y1、Y2表示与以GaAs形式存在的As原子中的自旋方向彼此不同的2个3d轨道电子对应的峰成分。高斯函数Y3表示与以三氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道电子对应的峰成分。高斯函数Y4表示与以五氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道电子对应的峰成分。
使用解算器使变量a1、a2、a3、a4、b1、b2、b3、b4、c1、c2、c3、c4这12个参数最优化，以使得结合能37eV以上且52eV以下的校正后的As3d光谱与将高斯函数Y1、Y2、Y3和Y4合计而得到的拟合函数Y的差最小。
需要说明的是，可以在以下的制约条件下执行12个参数的最优化。
■变量a1、a2、a3、a4为1以上。
■40.5≤b1≤41.5
■41.5≤b2≤42.2
■44.3≤b3≤44.7
■45.7≤b4≤45.9
■0.2≤c1≤0.95
■0.2≤c2≤0.95
■0.2≤c3≤0.95
■0.2≤c4≤1.2
在图2中，单点划线L1、双点划线L2、虚线L3、虚线L4分别对应于最优化的高斯函数Y1、Y2、Y3、Y4。点线L5对应于拟合函数Y。
最优化的高斯函数Y3与横轴(X轴)之间的面积s3对应于从以三氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道释放的光电子的个数。同样地，最优化的高斯函数Y4与横轴(X轴)之间的面积s4对应于从以五氧化二砷形式存在的As原子的3d轨道释放的光电子的个数。因此，将s3/s4计算为以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比(比As(3+)/As(5+))。
＜GaAs单晶衬底的偏角＞
本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的主面优选为相对于(100)面具有0.01°以上且15°以下的偏角的面。在所述主面为相对于(100)面具有0.01°以上且15°以下的偏角的面的情况下，在GaAs单晶衬底上在具有电特性和光学特性优异的取向的面上能够形成其中LPD的个数减少的外延膜。因此，能够将减少LPD的个数的效果有效地用于提高GaAs单晶衬底的器件特性。GaAs单晶衬底的主面更优选为相对于(100)面具有0.2°以上且6°以下的偏角的面。GaAs单晶衬底的所述主面最优选为相对于(100)面具有2°±0.2°(1.8°以上且2.2°以下)的偏角的面。
关于GaAs单晶衬底的主面相对于(100)面的偏角，可以通过使用以往公知的单晶取向测定装置(例如商品名：“X‘Pert PRO MRD”、Malvern Panalytical公司制造)测定。
＜GaAs单晶衬底的形状＞
本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底优选为具有75mm以上且300mm以下直径的圆盘状的形状。即，本公开内容能够提供具有75mm以上且300mm以下直径的大型GaAs单晶衬底。GaAs单晶衬底更优选为具有100mm以上且300mm以下直径的圆盘状的形状。此外，GaAs单晶衬底更进一步优选为具有150mm以上且300mm以下直径的圆盘状的形状。此外，GaAs单晶衬底更进一步优选为具有150mm以上且200mm以下直径的圆盘状的形状。由此，对于具有75mm以上直径的大型GaAs单晶衬底，在其主面的表面上形成外延膜的情况下，能够减少外延膜的膜表面处的LPD个数。
在此，在本说明书中，“75mm直径”的GaAs单晶衬底包括3英寸的GaAs单晶衬底。“100mm直径”的GaAs单晶衬底包括4英寸的GaAs单晶衬底。同样地，“150mm直径”的GaAs单晶衬底包括6英寸的GaAs单晶衬底。“200mm直径”的GaAs单晶衬底包括8英寸的GaAs单晶衬底。“300mm直径”的GaAs单晶衬底包括12英寸的GaAs单晶衬底。
＜GaAs单晶衬底的表面粗糙度＞
此外，GaAs单晶衬底优选由算术平均粗糙度Ra表示的衬底的主面的表面粗糙度为0.3nm以下。由此，能够进一步提高GaAs单晶衬底的主面的表面的平滑性，因此能够形成LPD的个数更进一步减少的外延膜。GaAs单晶衬底的主面的算术平均粗糙度Ra更优选为0.2nm以下，更进一步优选为0.1nm以下。
需要说明的是，算术平均粗糙度Ra无需在GaAs单晶衬底的主面的所有点上都为0.3nm以下。GaAs单晶衬底的主面的多个点处的算术平均粗糙度Ra的平均值为0.3nm以下即可。
关于GaAs单晶衬底的算术平均粗糙度(Ra)，可以通过使用以往公知的表面粗糙度测定装置(例如商品名：“Dimension Edge”，Bruker公司制造)来测定。
＜GaAs单晶衬底的主面的缺陷密度＞
在GaAs单晶衬底为半绝缘性的情况下，GaAs单晶衬底的主面的缺陷密度优选为6000/cm2以下。半绝缘性GaAs单晶衬底的电阻率(也称为比电阻)为8×107Ωcm以上。
在GaAs单晶衬底为导电性的情况下，GaAs单晶衬底的主面的缺陷密度优选为1000/cm2以下。导电性GaAs单晶衬底的电阻率(也称为比电阻)为15×10-3Ωcm以下。
缺陷密度为位错缺陷的密度，例如通过在生成腐蚀坑之后使用光学显微镜观察其表面来测定。腐蚀坑为利用化学品对晶体表面进行处理时出现的表面的腐蚀孔。腐蚀孔对应于线状的晶体的晶格缺陷即位错与晶体表面交叉的点。因此，通过计算腐蚀坑的个数，能够测定缺陷密度。
对在GaAs单晶衬底的主面形成的腐蚀坑的个数的计算方法进行说明。首先，将GaAs单晶衬底的表面在500℃的熔融氢氧化钾中浸渍10分钟。对于浸渍的方法可以使用以往公知的方法。接着，从所述熔融氢氧化钾中取出GaAs单晶衬底，使用公知的光学显微镜(例如商品名：“ECLIPSE(注册商标)LV150N”，尼康株式会社制造)以100倍的倍率(1个视场为1mm见方(方形)的尺寸，即1mm×1mm的尺寸)观察其主面(例如{100}just面)上的圆区域，从而对1个视场内的腐蚀坑的个数进行计数。在此情况下，腐蚀坑的个数通过使GaAs单晶衬底移动等而不重复并且无遗漏地设定视场，以整个圆区域为对象而算出。在此，在一个视场内出现圆区域的边界(内外)的情况下，在该视野内、即使是在圆区域之外只要存在腐蚀坑，也将其进行计数。
＜GaAs单晶衬底的主面的均匀性＞
在本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的主面，比As(3+)/As(5+)优选是均匀的。例如，在利用X射线光电子能谱法测定主面上的9个测定点时的比As(3+)/As(5+)的标准偏差优选为1以下。
对GaAs单晶衬底的主面的算术平均粗糙度Ra的平均值的计算方法进行说明。在算术平均粗糙度Ra的测定中使用原子力显微镜(AFM(Atomic Force Microscope))。进行一个测定的区域的形状为正方形。该正方形的一边的尺寸为1μm。在主面处的测定点的位置为该正方形的中心、即重心。对主面上的9个测定点分别测定算术平均粗糙度Ra。通过将所测定的9个算术平均粗糙度Ra的值之和除以9，算出算术平均粗糙度Ra的平均值。算术平均粗糙度Ra的平均值优选为0.3nm以下。
9个测定点预先设定成彼此的距离尽可能大。例如，在直径为75mm以上且300mm以下的GaAs单晶衬底的情况下，9个测定点以如下的方式设定。
为了评价通过提高GaAs单晶衬底的主面处的比As(3+)/As(5+)的均一性来抑制外延膜的LPD的产生的效果，优选测量在9个测定点各自的附近区域生长出的外延膜上产生的LPD。在GaAs单晶衬底的主面生长出的外延膜的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数优选对直径为30mm以上的区域进行测量。因此，在GaAs单晶衬底的主面设定直径为30mm的圆形的9个测定区域的位置，以使得彼此的距离尽可能大。然后，将各测定区域的中心设定为测定点。
在将GaAs单晶衬底的直径设为Dmm(75≤D≤300)、并且将通过主面的中心且在主面上彼此正交的2个轴设为X轴和Y轴时，将9个测定点之中的第一测定点的X轴和Y轴的坐标(X,Y)设为(0,0)。需要说明的是，X轴和Y轴被设定成：在GaAs单晶衬底上形成的凹口位于XY坐标平面的第三象限，相对于从原点向X轴的正方向延伸的半直线，通过凹口的半直线的一般角(一般角)为225°。
此外，9个测定点之中的第二测定点、第三测定点、第四测定点和第五测定点等间隔地配置在半径D/4的圆周上。
即，将第n测定点(n为2、3、4、5中的任一者)的坐标(X,Y)设定为{(D/4)×cos(90×(n-2),(D/4)×sin(90×(n-2)}。具体而言，将第二测定点的坐标(X,Y)设定为(D/4,0)。将第三测定点的坐标(X,Y)设定为(0,D/4)。将第四测定点的坐标(X,Y)设定为(-D/4,0)。将第五测定点的坐标(X,Y)设定为(0,-D/4)。
通常，在圆盘状的GaAs单晶衬底的外周附近产生边缘塌边。边缘塌边是在制造时的研磨工序中产生的平坦性的劣化。考虑到边缘塌边，以与从GaAs单晶衬底的外周起5mm内侧的圆周内接的方式，设定分别以剩余的第六测定点、第七测定点、第八测定点和第九测定点为中心的4个测定区域。由于各测定区域的直径为30mm，因此第六测定点、第七测定点、第八测定点和第九测定点在半径(D-10-30)/2的圆周上等间隔地配置。但是，通过第六测定点、第七测定点、第八测定点和第九测定点并且以原点为端点的半直线各自相对于通过第二测定点、第三测定点、第四测定点和第五测定点并且以原点为端点的半直线偏移45°。
即，将第n测定点(n为6、7、8、9中的任一者)的坐标(X,Y)设定为[{(D-40)/2}×cos{45+90×(n-6)},{(D-40)/2}×sin{45+90×(n-6)}}。具体而言，将第六测定点的坐标(X,Y)设定为{(D-40)/81/2,(D-40)/81/2}。将第七测定点的坐标(X,Y)设定为{-(D-40)/81/2,(D-40)/81/2}。将第八测定点的坐标(X,Y)设定为{-(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2}。将第九测定点的坐标(X,Y)设定为{(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2}。
图5为表示设定在直径150mm的GaAs单晶衬底上的9个测定点的图。图6为表示设定在直径200mm的GaAs单晶衬底上的9个测定点的图。
如图5和图6所示，设定X轴和Y轴，以使得通过凹口50的半直线相对于从原点向X轴的正方向延伸的半直线的一般角成为225°。然后，在作为GaAs单晶衬底的中心的原点(0,0)设定第一测定点P1。测定区域R1为以第一测定点P1为中心并且直径为30mm的圆内的区域。
接着，在半径D/4的圆周51上设定第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4和第五测定点P5。测定区域R1、R2、R3、R4为分别以第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4和第五测定点P5为中心并且直径为30mm的圆内的区域。
在图5所示的例子中，将第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4和第五测定点P5的坐标(X,Y)(X、Y的单位均为mm，下同)分别设定为(37.5,0)、(0,37.5)、(-37.5,0)和(0,-37.5)。在图6所示的例子中，将第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4和第五测定点P5的坐标(X,Y)分别设定为(50,0)、(0,50)、(-50,0)和(0,-50)。
接着，将与从外周起5mm内侧的圆周52内接的四个测定区域R6、R7、R8、R9的中心分别设定为第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9。测定区域R6、R7、R8、R9的直径为30mm。因此，将第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9设定在半径(D-10-30)/2的圆周53上。
在图5所示的例子中，将第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9的坐标(X,Y)分别设定为(38,38)、(-38,38)、(-38，-38)和(38,-38)。在图6所示的例子中，将第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9的坐标(X,Y)分别设定为(56,56)、(-56,56)、(-56,-56)和(56,-56)。
[外延衬底]
外延衬底通过在所述砷化镓单晶衬底(GaAs单晶衬底)的主面形成外延膜来制作。更优选外延膜为由Al1-y-zGayInzAs构成的化合物膜，所述y为0以上且1以下，所述z为0以上且1以下，所述y和所述z之和为0以上且1以下。即，本公开内容可以应用由Al1-y-zGayInzAs(0≤y≤1，0≤z≤1，0≤y+z≤1)构成的化合物膜作为在GaAs单晶衬底的主面形成的外延膜。
外延膜形成为例如具有0.5μm以上且10μm以下的厚度。在外延膜的厚度在上述范围内的情况下，外延衬底可以应用于宽范围的用途。外延膜更优选具有1μm以上且5μm以下的厚度。
[砷化镓单晶衬底的制造方法]
本实施方式涉及的砷化镓单晶衬底(GaAs单晶衬底)的制造方法具有：在100℃以上且200℃以下的加热条件下加热砷化镓单晶衬底前体，同时使用臭氧气体和紫外线中的至少一者在砷化镓单晶衬底前体的主面形成氧化膜的工序(以下，记为“氧化工序”)；和使所述主面与酸性水溶液接触而对氧化膜进行腐蚀的工序(以下，记为“腐蚀工序”)。
GaAs单晶衬底的制造方法通过包含所述氧化工序和腐蚀工序，能够得到在GaAs单晶衬底的主面形成有外延膜的情况下、外延膜的膜表面处的LPD的个数减少的GaAs单晶衬底。
所述加热条件优选为150℃以上且200℃以下。由此，能够容易地得到在GaAs单晶衬底的主面形成有外延膜的情况下、外延膜的膜表面处的LPD的个数减少的GaAs单晶衬底。在此，在本说明书中，“砷化镓单晶衬底前体(以下，也记为‘GaAs单晶衬底前体’)”是指利用GaAs单晶生长装置制造的GaAs单晶衬底，特别是指成为执行所述氧化工序和腐蚀工序的对象物的GaAs单晶衬底。
本发明人等基于使用所述特定条件的X射线光电子能谱法的分析，深入研究了能够得到主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上的GaAs单晶衬底的制造方法。其中，在由GaAs单晶衬底前体制造GaAs单晶衬底的以往的工序中，发现在GaAs单晶衬底前体中砷析出的部位的氧化容易进展，不能充分地除去该部位的As氧化物。
基于该见解，本发明人等注意到，通过在加热GaAs单晶衬底前体的同时将GaAs单晶衬底前体的主面氧化，不仅使砷析出的部位、而且使相对难以氧化的部位也一样被氧化。通过加热，将镓强制氧化。镓在元素周期表中位于铝之下，具有与铝相似的特性。铝使大气中的水分、氧吸附于表面，其表面成为钝化膜。通过形成钝化膜，抑制了内部的氧化。在室温下使GaAs单晶衬底前体的主面氧化的情况下，无法充分地形成这样的钝化膜，砷析出的部位的氧化更为进展。其结果，以五氧化二砷形式存在的As原子数容易增多。与此相对，通过在100℃以上且200℃以下加热、同时使GaAs单晶衬底前体的主面氧化，使镓被强制氧化，均匀地形成钝化膜。由此，认为GaAs单晶衬底前体的主面被均匀氧化，以五氧化二砷形式存在的As原子数变少。需要说明的是，认为，当加热温度大于200℃时，则氧化能力过强，GaAs单晶衬底前体的主面不能被均匀地氧化。
使如上所述主面均匀地被氧化的GaAs单晶衬底前体与酸性水溶液接触而将氧化膜腐蚀，由此能够得到主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上的GaAs单晶衬底。
以下，基于图3对在本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的制造方法中包含的各工序具体地进行说明。图3为表示本实施方式所涉及的GaAs单晶衬底的制造方法的流程图。
＜GaAs单晶衬底前体的准备工序S1＞
GaAs单晶衬底的制造方法优选首先包括GaAs单晶衬底前体的准备工序S1。GaAs单晶衬底前体的准备工序S1包括以下记载的加工工序、研磨工序、粗清洗工序和精密清洗工序。但是，这些工序也可以根据GaAs单晶衬底前体的状态适当省略。
(加工工序)
加工工序为将GaAs单晶衬底前体加工成所希望的尺寸(例如直径为6英寸、厚度为750μm的圆盘状)的工序。作为加工方法，可以使用切片加工、倒角加工等以往公知的方法。
(研磨工序)
研磨工序为对GaAs单晶衬底前体的表面进行研磨的工序。通过研磨工序，使GaAs单晶衬底前体的表面镜面化，调节了主面相对于(100)面的偏角。作为研磨方法，可以使用以往公知的方法，可以使用各种机械研磨、化学研磨等研磨方法。
(粗清洗工序)
粗清洗工序为除去附着于所研磨的GaAs单晶衬底前体上的研磨剂、研磨液等的工序。粗清洗工序包括利用晶片清洗液的清洗和利用超纯水冲洗的清洗。在此，用于超纯水冲洗的超纯水是指电阻率(比电阻)为18MΩ·cm以上、TOC(总有机碳)小于10μg/L(升)并且微粒数小于100个/L(升)的水。另外，也可以重复多次利用晶片清洗液的清洗和利用超纯水冲洗的清洗。在此，对晶片清洗液没有特别限制，但从清洁效果大的观点考虑，优选四甲基氢氧化铵水溶液等。
(精密清洗工序)
精密清洗工序为包括酸洗、利用超纯水冲洗的清洗和干燥的工序。对用于酸洗的清洗液没有特别限制，但从清洁效果大的观点考虑，优选硝酸水溶液等。另外，在超纯水冲洗中使用的超纯水与在粗清洗工序中的超纯水冲洗中使用的超纯水相同，因此不重复说明。另外，对干燥方法没有特别限制，但从抑制粒子附着于主面的观点考虑，优选旋转干燥法、IPA(异丙醇)蒸气干燥法、暖风干燥法等。
参照图4，精密清洗工序中的清洗方式优选为单片方式。图4为表示按照单片方式的清洗装置的图。特别是，更优选将成为清洗对象面的主面1m朝下以单片方式进行清洗的“面朝下-单片方式”。具体而言，使用包含用于保持衬底的支架41、位于比支架41更靠下侧的清洗液罐43和腔室45的清洗装置40，将GaAs单晶衬底前体2以成为清洗对象的主面2m朝下的方式固定于支架41，在利用支架41使GaAs单晶衬底前体2旋转的同时并在使清洗液罐43移动的同时，从主面2m的下侧向主面2m供给清洗液C并进行清洗。利用该清洗方式，由于主面2m朝下，因此能够防止从上方降落的粒子的附着，并且附着于主面2m上的粒子由于重力而落下且不会再次附着，因此能够显著降低主面2m上的粒子。通过该清洗方式，能够使GaAs单晶衬底前体2的主面2m上的粒径为0.079μm以上的粒子为1.0/cm2以下，优选为0.6/cm2以下。
＜氧化工序S2＞
在氧化工序S2中，在100℃以上且200℃以下的加热条件下加热GaAs单晶衬底前体，同时使用臭氧气体和紫外线中的至少一者在GaAs单晶衬底前体的主面形成氧化膜。在使用臭氧气体进行氧化的情况下，使用SAMCO株式会社制造的“Ozone cleaner UV-1”，将载物台温度设定在100℃以上且200℃。另外，在使用紫外线进行氧化的情况下，对GaAs单晶衬底前体的主面照射波长为220nm以上且480nm以下、输出功率为20mW/cm2以上且40mW/cm2以下的紫外线。
在日本特开平10-12577号公报(专利文献3)中公开了使用UV臭氧对GaAs镜面晶片的表面进行强制氧化。另外，已知对硅晶片和玻璃衬底也进行UV臭氧处理。
当对硅晶片进行UV臭氧处理时，表面氧化而形成二氧化硅。二氧化硅不扩散到晶片内部。利用该特性制作电子器件。另外，即使对作为氧化物的玻璃衬底进行UV臭氧处理、使表面氧化，也没有变化。因此，在对硅晶片和玻璃衬底进行UV臭氧处理的情况下，即使加热，也不需要考虑向内部的扩散。
另一方面，在GaAs单晶衬底中，表面的氧化膜可能向内部扩散。因此，如在专利文献3中公开的对GaAs镜面晶片的表面的UV臭氧处理在常温(不加热)下进行。
与此相对，本发明人等首次发现，通过在加热的同时对GaAs单晶衬底进行UV臭氧处理，会提高氧化膜的均一性。此外，本发明人等发现，作为加热温度范围，适合为100℃以上且200℃以下，更优选为150℃以上且200℃以下。
＜腐蚀工序S3＞
在腐蚀工序S3中，使GaAs单晶衬底前体的主面与酸性水溶液接触而将氧化膜腐蚀。作为酸性水溶液，可以使用氢氟酸、盐酸。腐蚀工序S3可以包括对氧化膜被腐蚀后的GaAs单晶衬底前体进行利用超纯水冲洗的清洗和干燥的工序。由于在超纯水冲洗中使用的超纯水与在粗清洗工序中的超纯水冲洗中使用的超纯水相同，因此不重复说明。另外，对干燥方法没有特别限制，但优选旋转干燥法。
＜分析工序S4＞
GaAs单晶衬底的制造方法优选包括分析工序S4。分析工序S4是在腐蚀工序S3之后、通过X射线光电子能谱法测定GaAs单晶衬底前体的主面并分析以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的工序，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。分析工序S4可以进行抽样检查来实施。通过执行分析工序S4，能够更可靠地制造主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上的GaAs单晶衬底。
通过所述GaAs单晶衬底的制造方法得到的GaAs单晶衬底能够使主面成为所具有的取向相对于(100)面具有0.01°以上且15°以下的偏角的面，并且能够具有直径为75mm以上且300mm以下的圆盘状的形状。由GaAs单晶衬底的主面的算术平均粗糙度(Ra)表示的表面粗糙度也可以与所述GaAs单晶衬底相同(0.3nm以下)。
在日本特开平10-36199号公报(专利文献2)中公开了将GaAs衬底加热至580℃，使作为自然氧化膜的三氧化二砷升华。通过加热至580℃，五氧化二砷也能够升华。由此，在加热至580℃的GaAs衬底的主面处，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比能够增大。
但是，如非专利文献2所述，当将GaAs衬底加热至300℃以上时，产生由V族元素的离解引起的表面的热劣化。因此，在专利文献2记载的技术中，不能得到具有算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下的主面的GaAs单晶衬底。在算术平均粗糙度Ra大于0.3nm的主面形成有外延膜的情况下，由于主面的平滑性差，因此不能抑制外延膜的膜表面处的LPD的个数。此外，在专利文献2记载的技术中，由于热劣化，主面的缺陷密度可能增大。
在非专利文献3中公开了使用7：1：1的H2SO4：H2O2：H2O进行腐蚀之后在约150℃下进行加热处理而制造的GaAs衬底。通过使用7：1：1的H2SO4：H2O2：H2O进行腐蚀，能够除去表面的氧化膜。但是，在腐蚀时，在表面形成微小的凹凸。此外，在腐蚀后暴露在大气中从而表面氧化时，由于表面凹凸而无法形成均匀的氧化膜。因此，在非专利文献3记载的技术中，不能得到具有算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下并且极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上的主面的GaAs单晶衬底。
＜作用＞
如上所述，利用GaAs单晶衬底的制造方法，GaAs单晶衬底的主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上。在这样的GaAs单晶衬底的主面生长有外延膜的情况下，所述外延膜能够使长径为18μm以上的LPD的个数在每1cm2膜表面中小于4。因此，能够得到能够形成其中LPD的个数减少的外延膜的GaAs单晶衬底。
实施例
以下，列举实施例对本发明更详细地进行说明，但本发明并不限定于此。
[试样1到试样7的制造]
[试样1]
＜GaAs单晶衬底的制造＞
(GaAs单晶衬底前体的准备：加工工序)
对利用垂直布里奇曼(VB)法生长出的添加了碳(C)原子的半绝缘性GaAs单晶体进行切片加工和倒角加工，制作出多张直径为6英寸(150mm)、厚度为750μm的GaAs单晶衬底前体。所制作的GaAs单晶衬底前体的比电阻为2×108Ω·cm。比电阻使用霍尔测定法进行测定。
(GaAs单晶衬底前体的准备：研磨工序)
对所述加工的GaAs单晶衬底前体的主面进行机械研磨和化学机械研磨。由此，制作出具有在JIS B0601：2001中规定的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下并且相对于(100)面偏角为2°的主面的GaAs单晶衬底前体。
(GaAs单晶衬底前体的准备：粗清洗工序)
将所述研磨的GaAs单晶衬底前体以垂直-分批方式在室温(25℃)下在0.5体积％的四甲基氢氧化铵水溶液中浸渍5分钟。然后，利用超纯水(电阻率(比电阻)为18MΩ·cm以上，TOC(总有机碳)小于10μg/升且微粒数小于100个/升，下同)将GaAs单晶衬底前体冲洗3分钟。此外，将GaAs单晶衬底前体在室温(25℃)下在0.5体积％的四甲基氢氧化铵水溶液中浸渍5分钟，在室温(25℃)下浸渍在超纯水中。
(GaAs单晶衬底前体的准备：精密清洗工序)
以使用图4所示清洗装置的面朝下-单片方式，通过酸洗、2次超纯水冲洗和旋转干燥对所述粗清洗后的GaAs单晶衬底前体进行精密清洗。在酸洗中，在室温(25℃)下在1分钟期间向GaAs单晶衬底前体的主面供给1升pH 5的硝酸水溶液。在超纯水冲洗中，在室温(25℃)下在1分钟期间向GaAs单晶衬底前体的主面供给1升超纯水。
(氧化工序)
使用SAMCO株式会社的“Ozone cleaner UV-1”使精密清洗后的GaAs单晶衬底前体的主面氧化，形成了氧化膜。需要说明的是，在载物台温度为150℃、氧气流量为每分钟1升、同时照射紫外线的氧化条件下，使其氧化60分钟。
(腐蚀工序)
在利用水将大金工业公司制造的氢氟酸“BHF-110U”稀释100倍而得到的溶液中对在主面形成有氧化膜的GaAs单晶衬底前体腐蚀60秒，然后将利用室温(25℃)的超纯水1分钟供给1升的流水清洗实施5分钟，然后使其旋转干燥。由此，制作多张试样1的GaAs单晶衬底。
＜外延衬底的制造＞
对于所制作的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样1的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样2]
除了将“Ozone cleaner UV-1”的载物台温度改变为200℃这一点以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样2的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样2的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样2的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样3]
除了将“Ozone cleaner UV-1”的载物台温度改变为100℃这一点以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样3的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样3的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样3的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样4]
除了将“Ozone cleaner UV-1”的载物台温度改变为50℃这一点以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样4的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样4的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样4的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样5]
除了将“Ozone cleaner UV-1”的载物台温度改变为室温(25℃)这一点以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样5的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样5的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样5的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样6]
除了不实施所述(氧化工序)以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样6的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样6的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样6的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样7]
除了不实施所述(氧化工序)和(腐蚀工序)以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样7的GaAs单晶衬底。
此外，对于试样7的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样7的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[各种分析]
[GaAs单晶衬底的主面的算术表面粗糙度Ra]
使用Bruker公司制造的“Dimension Edge”测定试样1到试样7的GaAs单晶衬底的主面的算术表面粗糙度Ra。
[GaAs单晶衬底的主面的缺陷密度]
将试样1到试样7的GaAs单晶衬底的表面在500℃的熔融氢氧化钾中浸渍10分钟，由此生成腐蚀坑。然后，使用光学显微镜(商品名：“ECLIPSE(注册商标)LV150N”，尼康株式会社制造)以100倍的倍率(1个视场为1mm见方(方形)的尺寸，即1mm×1mm的尺寸)观察从熔融氢氧化钾中取出的GaAs单晶衬底的主面上的圆区域，由此计数1个视场内的腐蚀坑的个数。从计数的个数算出GaAs单晶衬底的主面的缺陷密度。
[对GaAs单晶衬底使用X射线光电子能谱法的分析]
利用佐贺县立九州同步加速器光研究中心内的作为住友电气工业株式会社专用光束线之一的“BL17”，准备了能量为150eV的X射线。通过对试样1到试样7的GaAs单晶衬底的主面分别照射该X射线，进行使用X射线光电子能谱法的分析。需要说明的是，由于不能将试样1到试样7的GaAs单晶衬底整体设置在试样台上，因此对从试样1到试样7的GaAs单晶衬底切出的试验片进行分析。
分析条件如下。
■入射到GaAs单晶衬底的主面的X射线的行进方向与该主面所成的角度θ1：85°
■光电子的出射角度θ2：5°
■试验片的尺寸：10mm×10mm
■所使用的高分辨率XPS分析装置：Scienta Omicron公司制造的“R3000”
■能量分辨率E/ΔE：3480
■结合能的绘图间隔：0.02eV
■各能量值下的累积时间和累积次数：100毫秒，50次
■试验片周围的压力：4×10-7Pa。
对通过所述分析得到的As3d光谱使用上述计算方法计算出以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比(比As(3+)/As(5+))。
[直径18μm以上的LPD的个数的测量]
通过使用表面检查装置(商品名：“Surf Scan 6220”，KLA-Tencor公司制造)对试样1到试样7的外延衬底上的外延膜的膜表面进行观察，求出外延膜的每1cm2膜表面中的直径18μm以上的LPD的个数。
具体而言，使用所述表面检查装置，利用激光对外延衬底上的外延膜的膜表面进行扫描，由此求出转换为等面积圆形时的直径18μm以上的LPD的总数。接着，通过将所述LPD的总数除以所述外延膜的膜表面的总面积，求出所述外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数。需要说明的是，在除去从外延衬底的外缘到5mm内侧的环状部分而得到的范围内，求出每1cm2膜表面的LPD的个数。
[结果]
表1表示试样1到试样7的GaAs单晶衬底的主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)的分析结果和试样1到试样7的外延衬底的外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数的测量结果。试样1到试样3为实施例，试样4到试样7为比较例。
[表1]
Figure BDA0003794978080000351
[考察]
根据表1，试样1到试样3的GaAs单晶衬底的主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下，主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为2以上。在此情况下，在所述GaAs单晶衬底的主面形成的外延膜的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数小于4。
此外，试样1和试样2的GaAs单晶衬底的主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)为5以上。在此情况下，在所述GaAs单晶衬底的主面形成的外延膜的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数小于2。
另一方面，试样4到试样7的GaAs单晶衬底的主面的算术平均粗糙度Ra大于0.3nm，主面的极表面处的比As(3+)/As(5+)小于2。在此情况下，在所述GaAs单晶衬底的主面形成的外延膜的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数大于4。
在非专利文献2中公开了使用低溶解氧浓度的超纯水进行清洗的技术。试样6的GaAs单晶衬底通过实施上述的加工工序、研磨工序、粗清洗工序、精密清洗工序和腐蚀工序来制造。在粗清洗工序、精密清洗工序和腐蚀工序中使用的超纯水通过使用高纯度氮气进行鼓泡来制作，具有低溶解氧浓度。因此，试样6对应于使用在非专利文献2中公开的技术制作的GaAs单晶衬底。
如表1所示，试样6的GaAs单晶衬底的极表面处的比As(3+)/As(5+)小于2。另外，在试样6的外延衬底中，每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数大于4。因此，在非专利文献2中公开的技术中，确认到不能制造具有比As(3+)/As(5+)为2以上的主面的GaAs单晶衬底。此外，在非专利文献2中公开的技术中，确认到不能将在主面形成的外延膜的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD抑制为4个以下。
[试样1到试样7的追加分析]
对试样1到试样7的GaAs单晶衬底的主面处的比As(3+)/As(5+)的分布进行分析。对于从试样1到试样7的GaAs单晶衬底切出的9个试验片中的各个试验片，按照与上述的[对GaAs单晶衬底使用X射线光电子能谱法的分析]相同的方法分析了比As(3+)/As(5+)。9个试验片分别包含图5所示的第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9。然后，以对第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9分别照射X射线的方式，将9个试验片设置在高分辨率XPS分析装置上。
此外，对试样1到试样7的外延衬底的主面的每1cm2膜表面中的直径18μm以上的LPD的个数的分布进行了分析。对于试样1到试样7的外延衬底的主面的9个测定区域中的各个测定区域，按照与上述的[直径18μm以上的LPD的个数的测量]相同的方法测量每1cm2膜表面中的直径18μm以上的LPD的个数。9个测定区域为图5所示的分别以第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9为中心并且直径为30mm的圆形区域。
[追加分析的结果]
表2到表8分别表示对试样1到试样7的GaAs单晶衬底和外延衬底的追加分析的结果。
[表2]
表2
Figure BDA0003794978080000381
[表3]
表3
Figure BDA0003794978080000382
[表4]
表4
Figure BDA0003794978080000391
[表5]
表5
Figure BDA0003794978080000392
[表6]
表6
Figure BDA0003794978080000401
[表7]
表7
Figure BDA0003794978080000402
[表8]
表8
Figure BDA0003794978080000411
根据表2到表4，在试样1到试样3的各GaAs单晶衬底中，第一测定点P1到第九测定点P9的比As(3+)/As(5+)的平均值为2以上，标准偏差为1以下。在包含第一测定点P1到第九测定点P9的测定区域中形成的外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数的平均值小于4，标准偏差小于2。像这样，通过抑制GaAs单晶衬底的主面处的比As(3+)/As(5+)的偏差，还抑制了每1cm2膜表面的LPD的个数的偏差。
另一方面，根据表5到表8，在试样4到试样7的各GaAs单晶衬底中，第一测定点P1到第九测定点P9的比As(3+)/As(5+)的平均值小于2。因此，在包含第一测定点P1到第九测定点P9的测定区域中形成的外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数的平均值和标准偏差增大。
[试样8到试样10的制作]
[试样8]
除了使用直径为8英寸(200mm)、厚度为750μm的多张GaAs单晶衬底前体这一点以外，通过与试样1相同的方法制作出多张试样8的GaAs单晶衬底。GaAs单晶衬底前体与试样1同样地，通过对利用垂直布里奇曼(VB)法生长出的添加了碳(C)原子的半绝缘性GaAs单晶体进行切片加工和倒角加工来制作。
此外，对于试样8的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样8的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样9]
除了使用直径为8英寸(200mm)、厚度为750μm的多张GaAs单晶衬底前体这一点以外，通过与试样6相同的方法制作出多张试样9的GaAs单晶衬底。GaAs单晶衬底前体与试样1同样地，通过对利用垂直布里奇曼(VB)法生长出的添加了碳(C)原子的半绝缘性GaAs单晶体进行切片加工和倒角加工来制作。
此外，对于试样9的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样9的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样10]
除了使用直径为8英寸(200mm)、厚度为750μm的多张GaAs单晶衬底前体这一点以外，通过与试样7相同的方法制作出多张试样10的GaAs单晶衬底。GaAs单晶衬底前体与试样1同样地，通过对利用垂直布里奇曼(VB)法生长出的添加了碳(C)原子的半绝缘性GaAs单晶体进行切片加工和倒角加工来制作。
此外，对于试样10的多张GaAs单晶衬底之中的一张，通过有机金属气相外延生长法(MOVPE法)在其主面上生长出厚度为5μm的Al0.5Ga0.5As层作为外延层，由此得到了试样10的外延衬底。在生长外延层时，将GaAs单晶衬底加热至550℃。
[试样8到试样10的分析]
对试样8到试样10的GaAs单晶衬底的主面处的比As(3+)/As(5+)的分布进行分析。对于从试样8到试样10的GaAs单晶衬底切出的9个试验片中的各个试验片，按照与上述的[对GaAs单晶衬底使用X射线光电子能谱法的分析]相同的方法分析了比As(3+)/As(5+)。9个试验片分别包含图6所示的第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9。然后，以对第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9分别照射X射线的方式，将9个试验片设置在高分辨率XPS分析装置上。
对试样8到试样10的GaAs单晶衬底测定第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9的算术平均粗糙度Ra的平均值。使用Bruker公司制造的“Dimension Edge”测定各测定点的算术表面粗糙度Ra。
此外，对试样8到试样10的外延衬底的主面的每1cm2膜表面的直径18μm以上的LPD的个数的分布进行了分析。对于试样1到试样7的外延衬底的主面的9个测定区域中的各个测定区域，按照与上述的[直径18μm以上的LPD的个数的测量]相同的方法测量每1cm2膜表面的LPD的个数。9个测定区域为图6所示的分别以第一测定点P1、第二测定点P2、第三测定点P3、第四测定点P4、第五测定点P5、第六测定点P6、第七测定点P7、第八测定点P8和第九测定点P9为中心并且直径为30mm的圆形区域。
[试样8到试样10的分析的结果]
表9到表11分别表示对试样8到试样10的GaAs单晶衬底和外延衬底进行追加分析的结果。试样8为实施例，试样9和试样10为比较例。
[表9]
表9
Figure BDA0003794978080000441
[表10]
表10
Figure BDA0003794978080000451
[表11]
表11
Figure BDA0003794978080000452
根据表9，在试样8的GaAs单晶衬底中，从第一测定点P1到第九测定点P9的比As(3+)/As(5+)的平均值为5以上，标准偏差为1以下。另外，从第一测定点P1到第九测定点P9的算术平均粗糙度Ra的平均值为0.3nm以下。在包含第一测定点P1到第九测定点P9的测定区域中形成的外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数的平均值小于1，标准偏差小于1。像这样，即使对于直径为8英寸(200mm)的大型GaAs单晶衬底的主面，也可抑制比As(3+)/As(5+)的偏差，并且可抑制每1cm2膜表面的LPD的个数的偏差。
另一方面，根据表10和表11，在试样9和试样10的各GaAs单晶衬底中，从第一测定点P1到第九测定点P9的比As(3+)/As(5+)的平均值小于2。因此，在包含第一测定点P1到第九测定点P9的测定区域中形成的外延膜的每1cm2膜表面的LPD的个数的平均值和标准偏差增大。
如上所述，对本发明的实施方式和实施例进行了说明，但从一开始就计划将所述各实施方式和实施例的构成适当地组合。
本次公开的实施方式和实施例在所有方面均为例示，不应认为是限制性的。本发明的范围不是由所述实施方式和实施例来表示，而是由权利要求书表示，并且包括与权利要求书均等的含义和范围内的所有改变。
符号说明
1 GaAs单晶衬底，1m、2m主面，2 GaAs单晶衬底前体，10 X射线产生设备，11 X射线源，12、14 狭缝，13 光栅，20 真空容器，30 电子能谱仪，40 清洗装置，41 支架，43 清洗液罐，45 腔室，50 凹口，51、52、53 圆周，100 分析系统，C 清洗液，L 实线，L1 单点划线，L2双点划线，L3、L4 虚线，L5 点线。

Claims (11)

1.一种砷化镓单晶衬底，所述砷化镓单晶衬底具有主面，其中，
在通过X射线光电子能谱法测定所述主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为2以上，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°，并且
所述主面的算术平均粗糙度Ra为0.3nm以下。
2.如权利要求1所述的砷化镓单晶衬底，其中，在通过所述X射线光电子能谱法测定所述主面时，以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比为5以上。
3.如权利要求1或权利要求2所述的砷化镓单晶衬底，其中，所述主面为相对于(100)面具有0.01°以上且15°以下的偏角的面。
4.如权利要求1到权利要求3中任一项所述的砷化镓单晶衬底，其中，所述砷化镓单晶衬底为具有75mm以上且300mm以下直径的圆盘状。
5.如权利要求4所述的砷化镓单晶衬底，其中，通过所述X射线光电子能谱法测定所述主面上的9个测定点时的、以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的标准偏差为1以下，
在将所述直径设为Dmm、并且将通过所述主面的中心且在所述主面上彼此正交的2个轴设为X轴和Y轴时，所述9个测定点的X轴和Y轴的坐标(X,Y)为(0,0)、(D/4,0)、(0,D/4)、(-D/4,0)、(0,-D/4)、((D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)和((D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)。
6.如权利要求5所述的砷化镓单晶衬底，其中，所述砷化镓单晶衬底的直径为150mm以上且200mm以下。
7.一种砷化镓单晶衬底，所述砷化镓单晶衬底具有主面，其中，
所述砷化镓单晶衬底为具有75mm以上且300mm以下直径的圆盘状，
通过X射线光电子能谱法测定所述主面上的9个测定点时的、以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比的平均值为2以上，所述比的标准偏差为1以下，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°，
在将所述直径设为Dmm、并且将通过所述主面的中心且在所述主面上彼此正交的2个轴设为X轴和Y轴时，所述9个测定点的X轴和Y轴的坐标(X,Y)为(0,0)、(D/4,0)、(0,D/4)、(-D/4,0)、(0,-D/4)、((D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,(D-40)/81/2)、(-(D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)和((D-40)/81/2,-(D-40)/81/2)，并且
所述9个测定点的算术平均粗糙度Ra的平均值为0.3nm以下。
8.一种砷化镓单晶衬底的制造方法，其中，所述制造方法具有：
在100℃以上且200℃以下的加热条件下加热砷化镓单晶衬底前体，同时使用臭氧气体和紫外线中的至少一者在所述砷化镓单晶衬底前体的主面形成氧化膜的工序；和
使所述主面与酸性水溶液接触而对所述氧化膜进行腐蚀的工序。
9.如权利要求8所述的砷化镓单晶衬底的制造方法，其中，所述加热条件为150℃以上且200℃以下。
10.如权利要求8或权利要求9所述的砷化镓单晶衬底的制造方法，其中，所述酸性水溶液为包含氢氟酸的溶液。
11.如权利要求8到权利要求10中任一项所述的砷化镓单晶衬底的制造方法，其中，所述制造方法在所述进行腐蚀的工序之后，还具有通过X射线光电子能谱法测定所述主面、并对以三氧化二砷形式存在的As原子数相对于以五氧化二砷形式存在的As原子数之比进行分析的工序，所述X射线光电子能谱法使用能量为150eV的X射线、并且将光电子的出射角度设定为5°。
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