CN116075608A - Iii族元素氮化物半导体基板 - Google Patents

Iii族元素氮化物半导体基板 Download PDF

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平尾崇行
今井克宏
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NGK Insulators Ltd
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Abstract

本发明提供一种III族元素氮化物半导体基板，其是具备第一面和第二面的大口径的III族元素氮化物半导体基板，尽管是大口径，第一面内的品质的偏差也得以抑制。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，直径为100mm以上，基于该第一面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、该第一面的整个区域的88％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下。

Description

III族元素氮化物半导体基板
技术领域
本发明涉及III族元素氮化物半导体基板。更详细而言，涉及具备处于表背关系的主面和背面的大口径的III族元素氮化物半导体基板，其中，主面内的品质偏差得以抑制。
背景技术
作为各种半导体器件的基板，采用氮化镓(GaN)晶片、氮化铝(AlN)晶片、氮化铟(InN)晶片等III族元素氮化物半导体基板(例如专利文献1等)。
半导体基板具备第一面和第二面。将第一面设为主面，将第二面设为背面时，主面代表性的为III族元素极性面，背面代表性的为氮极性面。在主面上能够生长外延结晶，另外，能够制作各种器件。
III族元素氮化物半导体基板用作LED、LD等发光器件的基底基板，近年来，在高频/高功率的电子器件中的应用也备受关注。特别是，大功率器件中，由于元件尺寸变大，所以，对于III族元素氮化物半导体基板，要求进行从目前主流的2英寸(直径50.8mm)到4英寸(约100mm)、6英寸(约150mm)等的大口径化。
作为大口径的III族元素氮化物半导体基板的技术，报道了：将种基板平铺而制作的直径100mm以上的基板(专利文献2)、在4英寸内包含10个～300个结晶的极性反转区域(core)的基板(非专利文献1)、直径100mm以上的基板且是在2mm的正方形区域内的显微光致发光映射中具有深发光强度不同的2个区域的基板(专利文献3)。
如上所述的现有技术中，在大口径的III族元素氮化物半导体基板上培养结晶时，除了c面以外，以宏观尺寸产生小面生长面等结晶面取向不同的区域。例如，平铺的接合界面附近的区域、极性反转区域(core)、显微光致发光映射中深发光强度不同的2个区域属于上述区域。小面生长面中，与c面相比较，杂质的引入较多，因此，具有如上所述的区域的大口径的III族元素氮化物半导体基板中，在主面内，杂质浓度产生不均，导致在主面内产生品质偏差。并且，大口径的III族元素氮化物半导体基板中，如果在主面内存在如上所述的品质偏差，则在主面上形成的器件的特性产生偏差。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－263609号公报
专利文献2：日本特许第6203460号公报
专利文献3：日本特许第6269368号公报
非专利文献
非专利文献1：COMPOUND SEMICONDUCTOR MANTECH(2017 InternationalConference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology(2017年5月22日－25日))、Session 16.4、“Development of Non－Core 4－inch GaN Substrate”、原稿集
发明内容
本发明的课题在于提供一种具备第一面和第二面的大口径的III族元素氮化物半导体基板，其尽管是大口径，第一面内的品质的偏差也得以抑制。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板，其中，
直径为100mm以上，
基于该第一面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、该第一面的整个区域的88％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下。
一个实施方式中，上述变异系数为0.2以下。
一个实施方式中，基于上述第一面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、该第一面的整个区域的92％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下。
一个实施方式中，上述变异系数为0.2以下。
一个实施方式中，上述光致发光测定中的测定间隔Y为1mm以下。
一个实施方式中，上述III族元素氮化物半导体基板的翘曲为100μm以下。
发明效果
根据本发明，提供一种具备第一面和第二面的大口径的III族元素氮化物半导体基板，其尽管是大口径，第一面内的品质的偏差也得以抑制。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的代表性的概要截面图。
图2是从第一面侧观察本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的代表性的概要俯视图。
图3是表示本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的制造方法的概要说明图。
具体实施方式
本说明书中使用“重量”这一表达的情况下，可以改称为作为表示分量的SI系单位惯用的“质量”。
代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为由III族元素氮化物结晶形成的自立基板。本发明的说明中，“自立基板”是指：操作时不会因自重而变形或破损且能够以固形物的形式操作的基板。自立基板可以用作发光元件、电力控制元件等各种半导体器件的基板。
代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为晶片状(大致正圆状)。不过，可以根据需要加工成除此以外的形状、例如矩形等形状。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板为所谓的大口径的III族元素氮化物半导体基板，其直径为100mm以上。如果是这样的大口径，则本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板在高频/高功率的电子器件中的应用变得容易，特别是，在元件尺寸变大这样的大功率器件中的应用变得容易。
作为大口径的III族元素氮化物半导体基板，具体而言，例如可以举出：4英寸晶片、6英寸晶片、8英寸晶片、12英寸晶片等。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的厚度(厚度非恒定的情况下，最大厚度部位的厚度)优选为300μm～1000μm。
作为III族元素氮化物，代表性地可以举出：氮化镓(GaN)、氮化铝(AlN)、氮化铟(InN)或它们的混晶。该III族元素氮化物可以仅为1种，也可以为2种以上。
具体而言，III族元素氮化物为GaN、AlN、InN、GaxAl1－xN(1＞x＞0)、GaxIn1－xN(1＞x＞0)、AlxIn1－xN(1＞x＞0)、GaxAlyInzN(1＞x＞0、1＞y＞0、x+y+z＝1)。该III族元素氮化物可以掺杂有各种n型掺杂物或p型掺杂物。
作为p型掺杂物，代表性地可以举出：铍(Be)、镁(Mg)、锶(Sr)及镉(Cd)。该p型掺杂物可以仅为1种，也可以为2种以上。
作为n型掺杂物，代表性地可以举出：硅(Si)、锗(Ge)、锡(Sn)及氧(O)。该n型掺杂物可以仅为1种，也可以为2种以上。
III族元素氮化物半导体基板的面取向可以为c面、m面、a面、及相对于c面、a面、m面分别倾斜的特定的结晶面，特别是，设为c面时，更表现出本发明的效果。作为相对于c面、a面、m面分别倾斜的特定的结晶面，可例示：{11－22}面、{20－21}面这样的所谓的半极性面。另外，作为面取向，不仅容许与c面、a面、m面或者相对于这些面倾斜的特定的结晶面垂直的所谓的正平面，还容许包括±5°的范围内的偏角。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板是具备第一面和第二面的III族元素氮化物半导体基板。将第一面设为主面，将第二面设为背面时，如果III族元素氮化物半导体基板的面取向为c面，则主面代表性的为III族元素极性面，背面代表性的为氮极性面。不过，也可以将主面设为氮极性面，将背面设为III族元素极性面。在主面上能够使外延结晶生长，另外，能够制作各种器件。背面通过基座等而被保持，能够转移本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的说明中，将第一面设为主面，将第二面设为背面进行说明。因此，本说明书中，“主面”可以改称为“第一面”，“第一面”也可以改称为“主面”；“背面”可以改称为“第二面”，“第二面”也可以改称为“背面”。
主面可以为镜面，也可以为非镜面。优选为，主面为镜面。
关于主面，从使器件层外延生长而得到制作的器件的特性良好、器件间的器件特性的偏差少的半导体器件的观点出发，优选为加工变质层实质上被除去且微观的区域处的表面粗糙度较小的面。
背面可以为镜面，也可以为非镜面。
镜面为进行了镜面加工的表面，是指：在镜面加工后，表面的粗糙度、起伏降低至光发生反射而能够以肉眼观察确认物体映于进行了镜面加工的表面上的状态的表面。亦即，镜面加工后的表面的粗糙度、起伏的大小降低至相对于可见光的波长而言可充分忽略的程度的状态的表面。在进行了镜面加工的表面上能够充分进行外延结晶生长。
作为镜面加工的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：采用使用了研磨带的研磨装置、使用了金刚石磨粒的精研装置、使用了胶体二氧化硅等浆料和无纺布研磨垫的CMP(Chemical Mechanical Polish)装置等中的1个或组合进行镜面加工的方法等。在加工后的表面残留有加工变质层的情况下，将加工变质层除去。作为将加工变质层除去的方法，例如可以举出：采用RIE(Reactive IonEtching：反应性离子蚀刻)或化学药液将加工变质层除去的方法、对基板进行退火的方法等。
非镜面为未进行镜面加工的表面，代表性地可以举出通过粗面化处理而得到的粗面。
作为粗面化处理的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：使用了磨石的磨削加工、激光纹理加工、使用了各种化学药液及气体的蚀刻处理、物理或者化学涂覆处理、利用机械加工的纹理化等。
图1是本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的代表性的概要截面图。如图1所示，代表性地，本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100具有主面(III族元素极性面)10和背面(氮极性面)20。本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100可以具有侧面30。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形态。对于本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部，例如可以举出：主面侧和背面侧均倒角成平坦面的形状、主面侧和背面侧均倒角成曲面状的形状、仅有端部的主面侧倒角成平坦面的形状、仅有端部的背面侧倒角成平坦面的形状等。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的端部被倒角的情况下，其被倒角的部分可以设置于外周部的整个1周，或者可以仅设置于外周部的一部分。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，基于主面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、主面的整个区域的88％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下，优选为0.25以下，更优选为0.2以下，特别优选为0.17以下。如果将上述变异系数调整为上述范围内，则能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
III族元素氮化物半导体基板的表面的利用光致发光测定得到的光致发光光谱反映出该半导体基板的结晶内的杂质及由该杂质所引起的缺陷(原子空位等)。因此，黄色发光强度成为III族元素氮化物半导体基板的品质的指标。并且，通过进行III族元素氮化物半导体基板的主面的整个区域的范围的光致发光测定，能够把握该III族元素氮化物半导体基板的主面的整个区域中的杂质及由该杂质所引起的缺陷(原子空位等)的偏差。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板中，基于主面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、主面的整个区域的92％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数优选为0.3以下，更优选为0.25以下，进一步优选为0.2以下，特别优选为0.18以下。如果将上述变异系数调整为上述范围内，则能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
本说明书中，基于主面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、主面的整个区域的X％的范围内的黄色发光强度的变异系数是：根据在主面的整个区域的范围内以规定的测定间隔Y进行光致发光测定取得的光致发光光谱，求出主面的整个区域的X％的范围内的黄色发光强度的平均值和标准偏差，通过(标准偏差/黄色发光强度的平均值)计算出的值。
光致发光测定中的测定间隔Y优选为1mm以下。通过将光致发光测定中的测定间隔Y设为1mm以下，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
上述“X％”是指：上述的主面的整个区域中除了任意区域以外的区域的比例，作为该任意区域，代表性的为没有进行器件的形成的外周部的区域。如图2所示，这样的器件非形成区域即外周部为在整周从外周端部12趋向主面10的内侧方向至宽度D1的距离为止的区域。主面倒角部的宽度D1是以外周端部12为起点的距离，且是趋向主面10的内侧方向、针对该外周端部12处的切线的法线方向上的距离。宽度D1优选恒定。
宽度D1可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当大小。就更能够表现出本发明的效果这一点而言，宽度D1优选为5mm以下，更优选为4mm以下，进一步优选为3mm以下，特别优选为2mm以下，最优选为1mm以下。就更能够表现出本发明的效果这一点而言，宽度D1的下限值优选为0.3mm以上。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板尽管是大口径，主面内的品质的偏差也得以抑制，因此，该III族元素氮化物半导体基板的翘曲较小，优选为100μm以下，更优选为80μm以下，进一步优选为50μm以下，特别优选为30μm以下。
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板可以在无损本发明的效果的范围内利用任意的适当方法制造。以下，就更表现出本发明的效果这一点而言，对本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板的优选制造方法进行说明。
对于本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板，代表性地，如图3(a)所示，在基底基板1的主面1a上形成晶种膜2，在晶种膜2的III族元素极性面2a上形成III族元素氮化物层3。接下来，将成为自立基板的III族元素氮化物层(晶种膜2+III族元素氮化物层3)自基底基板1分离，得到具有主面10’和背面20’的自立基板100’。
作为基底基板的材质，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当材质。作为该材质，例如可以举出：蓝宝石、结晶取向性氧化铝、氧化镓、AlxGa1－xN(0≤x≤1)、GaAs、SiC等。
作为晶种膜的材质，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当材质。作为该材质，例如可以举出：AlxGa1－xN(0≤x≤1)、InxGa1－xN(0≤x≤1)，优选为氮化镓。作为晶种膜的材质，更优选为通过荧光显微镜观察可确认到黄色发光效果的氮化镓。黄色发光是指：除了从带到带的激子跃迁(UV)以外、在2.2～2.5eV的范围内出现的峰(黄色发光(YL)或黄色带(YB))。
作为晶种膜的形成方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形成方法。作为该形成方法，例如可以举出气相生长法，优选举出：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal－Organic Chemical Vapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激发堆积(PXD)法、MBE法、升华法。作为晶种膜的形成方法，其中，更优选有机金属化学气相生长法(MOCVD：Metal－Organic Chemical Vapor Deposition)。
例如，优选于450℃～550℃使低温生长缓冲层堆积20nm～50nm后，于1000℃～1200℃使厚度2μm～4μm的膜层叠，由此利用MOCVD法形成晶种膜。
作为III族元素氮化物结晶层的培养方向，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当培养方向。作为该培养方向，例如可以举出：纤锌矿结构的c面的法线方向、a面、m面各自的法线方向、相对于c面、a面、m面分别倾斜的面的法线方向。
作为III族元素氮化物结晶层的形成方法，只要是结晶取向大致仿照晶种膜的结晶取向的形成方法即可，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当形成方法。作为该形成方法，例如可以举出：有机金属化学气相生长(MOCVD：Metal Organic ChemicalVapor Deposition)法、氢化物气相生长(HVPE)法、脉冲激发堆积(PXD)法、MBE法、升华法等气相生长法；Na助熔剂法、氨热法、水热法、溶胶凝胶法等液相生长法；利用了粉末的固相生长的粉末生长法；这些方法的组合等。
作为III族元素氮化物结晶层的形成方法采用Na助熔剂法的情况下，优选按照日本特许第5244628号公报中记载的制造方法以更能够表现出本发明的效果的方式适当调整条件等进行Na助熔剂法。
优选如下利用Na助熔剂法形成III族元素氮化物结晶层，代表性地，在氮气氛中，将晶种基板(基底基板+晶种膜)配置于作为培养容器的坩埚中，进而，在该坩埚之中填充包含III族元素、金属Na及根据需要而添加的掺杂物(例如锗(Ge)、硅(Si)、氧(O)等n型掺杂物；铍(Be)、镁(Mg)、钙(Ca)、锶(Sr)、锌(Zn)、镉(Cd)等p型掺杂物；等)的熔液组合物，对该坩埚盖上盖子，将该附带有盖子的坩埚放入外部容器中，进而，将该外部容器放入耐压容器中，在氮气氛中，升温加压至优选700℃～1000℃(更优选800℃～900℃)、优选1MPa～7MPa(更优选2MPa～6MPa)后，保持温度及压力且进行旋转。
作为上述坩埚，可以在无损本发明的效果的范围内采用可用于Na助熔剂法的任意的适当坩埚。就更能够表现出本发明的效果这一点而言，作为上述坩埚，优选采用涂敷有氮化铝(AlN)的氧化铝坩埚。以往采用的氮化铝(AlN)坩埚存在难以大型化且成本高的问题。另一方面，涂敷有氮化铝(AlN)的氧化铝坩埚容易大型化，因此，适合制造大口径的III族元素氮化物半导体基板。另外，通过采用涂敷有氮化铝(AlN)的氧化铝坩埚，能够有效地降低氧等杂质的混入，因此，最终能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
作为上述坩埚的盖子，可以在无损本发明的效果的范围内采用可用于Na助熔剂法的任意的适当坩埚的盖子。就更能够表现出本发明的效果这一点而言，作为上述坩埚的盖子，优选采用涂敷有氮化铝(AlN)的氧化铝盖子。通过采用涂敷有氮化铝(AlN)的氧化铝盖子，能够有效地降低氧等杂质的混入，因此，最终能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
关于上述旋转，代表性地，载放于旋转台之上，使其绕着中心轴以一定周期旋转。
关于上述旋转，使其按晶种基板上的III族元素氮化物结晶层的结晶生长速度优选为5μm/h～25μm/h、更优选为10μm/h～25μm/h的方式进行旋转。如果晶种基板上的III族元素氮化物结晶层的结晶生长速度小于5μm/h，则有可能结晶培养时间过长，实际上很难制造出来。如果结晶生长速度超过25μm/h，则有可能夹杂物的含有率增加。
上述旋转优选为：(i)不使其反转而是使其沿一个方向旋转、(ii)反复进行使其沿一个方向旋转1分钟以上后、使其沿相反方向旋转1分钟以上的反转操作、(iii)反复进行使其沿一个方向旋转5秒钟以上后停止0.1秒以上、之后使其沿相同方向旋转5秒钟以上的间歇操作。上述(ii)、(iii)的情况下，如果以比上述情形短的周期反复进行反转操作、间歇操作，则有可能结晶生长速度过快，夹杂物的含有率增加。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，优选以一定周期的顺时针和逆时针进行上述旋转。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，上述旋转为一定周期的顺时针和逆时针的旋转，且最大旋转速度优选为10rpm以上，更优选为20rpm以上，进一步优选为30rpm以上，特别优选为40rpm以上。最大旋转速度的上限代表性的为100rpm以下。如果将最大旋转速度调整为上述范围内，则结晶中的杂质引入在面内变得均匀，最终，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
上述最大旋转速度下的保持时间可以根据目标III族元素氮化物结晶层的厚度而设定任意的适当时间。上述最大旋转速度下的保持时间优选为10秒～100小时，更优选为50秒～10小时，进一步优选为100秒～1小时，特别优选为300秒～30分钟。
作为上述旋转的时间，除了上述最大旋转速度下的保持时间以外，还包括到达至最大旋转速度所需的加速时间、自最大旋转速度减速而停止以进入反方向所需的减速时间、停止至开始反方向加速所需的停止时间。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，上述的加速时间优选为保持时间的100分之一以上，更优选为保持时间的60分之一以上，进一步优选为保持时间的40分之一以上，特别优选为保持时间的30分之一以上，最优选为保持时间的20分之一以上。上述的加速时间的最大值代表性的为与保持时间相同的时间以下。如果将上述的加速时间调整为上述范围内，则结晶中的杂质引入在面内变得均匀，最终，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，上述的加速时间具体地优选为6秒以上，更优选为10秒以上，进一步优选为15秒以上，进一步优选为20秒以上，特别优选为30秒以上，最优选为40秒以上。上述的加速时间的最大值代表性的为600秒以下。如果将上述的加速时间调整为上述范围内，则结晶中的杂质引入在面内变得均匀，最终，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，上述的减速时间优选为保持时间的100分之一以上，更优选为保持时间的60分之一以上，进一步优选为保持时间的40分之一以上，特别优选为保持时间的30分之一以上，最优选为保持时间的20分之一以上。上述的减速时间的最大值代表性的为与保持时间相同的时间以下。如果将上述的减速时间调整为上述范围内，则结晶中的杂质引入在面内变得均匀，最终，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
就更能够表现出本发明的效果这一点而言，上述的减速时间具体地优选为6秒以上，更优选为10秒以上，进一步优选为15秒以上，进一步优选为20秒以上，特别优选为30秒以上，最优选为40秒以上。上述的减速时间的最大值代表性的为600秒以下。如果将上述的减速时间调整为上述范围内，则结晶中的杂质引入在面内变得均匀，最终，能够提供尽管是大口径、主面内的品质的偏差也更得以抑制的III族元素氮化物半导体基板。
上述的停止时间代表性的为0.1秒～5秒。
接下来，通过将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离，能够得到包括III族元素氮化物结晶层的自立基板。
作为将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离的方法，可以在无损本发明的效果的范围内采用任意的适当方法。作为该方法，例如可以举出：在培养出III族元素氮化物结晶层后的降温工序中使用热收缩差使III族元素氮化物结晶层自基底基板自发分离的方法、通过化学蚀刻将III族元素氮化物结晶层自基底基板分离的方法、如图2(a)所示自基底基板1的背面1b侧像箭头A那样照射激光而通过激光剥离法将III族元素氮化物结晶层自基底基板剥离的方法、通过磨削将III族元素氮化物结晶层自基底基板剥离的方法等。另外，可以利用线锯等对III族元素氮化物结晶层进行切片，得到包括III族元素氮化物结晶层的自立基板。
这样利用Na助熔剂法得到的III族元素氮化物结晶层优选利用磨石等进行磨削而使板面平坦后，利用使用了金刚石磨粒的精研加工等使板面平滑化。
接下来，对自立基板的外周部进行磨削加工，由此调整为所期望的直径的圆形。
作为自立基板的尺寸，本发明中，由于是所谓的大口径的III族元素氮化物半导体基板，所以，其直径为100mm以上。如果是这样的大口径，则本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板在高频/高功率的电子器件中的应用变得容易，特别是，在元件尺寸变大这样的大功率器件中的应用变得容易。
作为大口径的III族元素氮化物半导体基板，具体而言，例如可以举出：4英寸晶片、6英寸晶片、8英寸晶片、12英寸晶片等。
接下来，通过磨削、精研、研磨加工等，对主面和/或背面进行除去加工，由此以所期望的厚度进行薄板化及平坦化，得到自立基板。
自立基板的厚度(厚度非恒定的情况下，最大厚度部位的厚度)优选为300μm～1000μm。
根据需要，通过磨削加工，进行自立基板外周缘的倒角，最终，得到本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板100。
得到的III族元素氮化物半导体基板100能够使结晶在其主面(III族元素极性面)10上外延生长，如图3(c)所示，将功能层4成膜，得到功能元件5。20是背面(氮极性面)。
作为在得到的III族元素氮化物半导体基板上生长的外延结晶，可例示：氮化镓、氮化铝、氮化铟或它们的混晶。作为该外延结晶，具体而言，例如可以举出：GaN、AlN、InN、GaxAl1－xN(1＞x＞0)、GaxIn1－xN(1＞x＞0)、AlxIn1－xN(1＞x＞0)、GaxAlyInzN(1＞x＞0、1＞y＞0、x+y+z＝1)。另外，作为在得到的III族元素氮化物半导体基板上设置的功能层，除了发光层以外，可以举出：整流元件层、开关元件、功率半导体层等。另外，在得到的III族元素氮化物半导体基板的III族元素极性面上设置功能层后，对氮极性面进行加工，例如进行磨削、研磨加工，由此也能够使自立基板的厚度、厚度分布变小。
实施例
以下，通过实施例，对本发明具体地进行说明，不过，本发明并不受这些实施例的任何限定。应予说明，实施例等中的试验及评价方法如下。应予说明，记载为“份”的情况下，只要没有特别记载事项，则是指“重量份”；记载为“％”的情况下，只要没有特别记载事项，则是指“重量％”。
＜光致发光测定＞
(测定方法)
采用光致发光映射装置(Photondesign制、DUV－PL)，于室温(25℃)，使用激发波长325nm的He－Cd激光，以激发强度10W/cm2、曝光时间10msec、测定波长范围330nm～680nm、波长分辨率0.5nm的条件，取得光致发光光谱。按测定点的间隔为1mm以下的方式对III族元素氮化物半导体基板的主面整个区域进行测定。
(黄色发光强度的变异系数的计算)
根据取得的光致发光光谱，将波长480nm～580nm的范围内的峰强度(单位：a.u)定义为黄色发光强度。在主面的整个区域的X％的范围内求出黄色发光强度的平均值和标准偏差，通过(标准偏差/黄色发光强度的平均值)计算出变异系数。
＜翘曲的测定＞
对主面的翘曲进行测定，根据翘曲，计算出曲率半径。可以利用激光位移计来测定翘曲。激光位移计是指：通过将激光照射到各面来测定各面的位移的装置。将激光的波长设为655nm，测定方式可以根据表面粗糙度来使用共焦方式、三角测距方式、光干涉方式。
将自基板端起算宽度3mm的范围除外，得到波形。接下来，通过使用了二次函数的最小二乘法，得到针对该波形的近似曲线，在基板表面上以正交的2轴分别测量该近似曲线的最高值与最低值之差，将2个值的平均值设为翘曲S。
〔实施例1〕
在直径4英寸的蓝宝石基板上，通过MOCVD法形成厚度2μm的包含氮化镓的晶种膜，得到晶种基板。
将得到的晶种基板在氮气氛的手套箱内配置于涂敷有AlN的氧化铝坩埚之中。
接下来，按Ga/Ga+Na(mol％)＝15mol％的方式将金属镓和金属钠填充于上述坩埚内，利用涂敷有AlN的氧化铝盖子盖上。
将上述盖有盖子的坩埚放入不锈钢制内容器中，进而放入能够收纳其的不锈钢制外容器中，以附带有氮导入管的容器盖封闭。将该外容器配置于在预先真空烘焙的结晶制造装置内的加热部所设置的旋转台之上，对耐压容器盖上盖子，进行密闭。
接下来，将耐压容器内以真空泵抽真空至0.1Pa以下。接下来，调节上部加热器、中部加热器及下部加热器，将加热空间的温度加热到870℃，同时从氮气瓶导入氮气至4.0MPa，使外容器绕着中心轴以40rpm按一定周期的顺时针和逆时针进行旋转。旋转条件：加速时间＝60秒、保持时间＝600秒、减速时间＝60秒、停止时间＝0.5秒。以该状态保持40小时后，自然冷却至室温，减压至大气压后，打开耐压容器的盖子，从中取出坩埚。将坩埚之中的已固化的金属钠除去，将没有裂纹的氮化镓自立结晶自晶种基板剥离并回收。
对氮化镓自立结晶的表面及背面进行研磨加工，制作作为氮化镓自立基板的晶片(1)。
晶片(1)的翘曲为40μm。
对晶片(1)的主面进行光致发光测定。在主面内以1mm间隔对8000点进行光致发光测定。
利用光致发光测定得到的各测定点的光谱数据中，看到在波长365nm附近具有峰的带端发光(BEL)和在波长500nm～600nm的范围具有峰的黄色发光(深发光)。
为了排除位于晶片(1)的最外周部的非器件形成区域的影响，将主面的自外周端部起算为宽度3mm的区域除外，求出主面的整个区域的88％的范围内的黄色发光强度的平均值和标准偏差，结果得到黄色发光强度的平均值＝176(单位：a.u)、标准偏差＝27(单位：a.u)，由(标准偏差/黄色发光强度的平均值)表示的变异系数为0.15。
此外，假设将晶片(1)用于LED、激光二极管等芯片尺寸较小的器件的情形，将主面的自外周端部起算为宽度2mm的区域除外，求出主面的整个区域的92％的范围内的黄色发光强度的平均值和标准偏差，结果得到黄色发光强度的平均值＝178(单位：a.u)、标准偏差＝29(单位：a.u)，由(标准偏差/黄色发光强度的平均值)表示的变异系数为0.16。
〔实施例2〕
采用直径6英寸的蓝宝石基板代替直径4英寸的蓝宝石基板，除此以外，与实施例1同样地进行，制作晶片(2)。
晶片(2)的翘曲为80μm。
对晶片(2)的主面进行光致发光测定。在主面内以1mm间隔对17189点进行光致发光测定。
利用光致发光测定得到的各测定点的光谱数据中，看到在波长365nm附近具有峰的带端发光(BEL)和在波长500nm～600nm的范围具有峰的黄色发光(深发光)。
为了排除位于晶片(1)的最外周部的非器件形成区域的影响，将主面的自外周端部起算为宽度3mm的区域除外，求出主面的整个区域的94％的范围内的黄色发光强度的平均值和标准偏差，结果得到黄色发光强度的平均值＝210(单位：a.u)、标准偏差＝57(单位：a.u)，由标准偏差/黄色发光强度的平均值表示的变异系数为0.27。
〔比较例1〕
在直径4英寸的蓝宝石基板上，通过MOCVD法形成厚度2μm的包含氮化镓的晶种膜，得到晶种基板。
将得到的晶种基板在氮气氛的手套箱内配置于氧化铝坩埚之中。
接下来，按Ga/Ga+Na(mol％)＝15mol％的方式将金属镓和金属钠填充于上述坩埚内，利用氧化铝板盖上。
将上述盖有盖子的坩埚放入不锈钢制内容器中，进而放入能够收纳其的不锈钢制外容器中，以附带有氮导入管的容器盖封闭。将该外容器配置于在预先真空烘焙的结晶制造装置内的加热部所设置的旋转台之上，对耐压容器盖上盖子，进行密闭。
接下来，将耐压容器内以真空泵抽真空至0.1Pa以下。接下来，调节上部加热器、中部加热器及下部加热器，将加热空间的温度加热到870℃，同时从氮气瓶导入氮气至4.0MPa，使外容器绕着中心轴以20rpm按一定周期的顺时针和逆时针进行旋转。旋转条件：加速时间＝12秒、保持时间＝600秒、减速时间＝12秒、停止时间＝0.5秒。以该状态保持40小时后，自然冷却至室温，减压至大气压后，打开耐压容器的盖子，从中取出坩埚。将坩埚之中的已固化的金属钠除去，将没有裂纹的氮化镓自立结晶自晶种基板剥离并回收。
对氮化镓自立结晶的表面及背面进行研磨加工，制作作为氮化镓自立基板的晶片(1)。
晶片(1)的翘曲为121μm。
对晶片(1)的主面进行光致发光测定。在主面内以1mm间隔对8000点进行光致发光测定。
利用光致发光测定得到的各测定点的光谱数据中，看到在波长365nm附近具有峰的带端发光(BEL)和在波长500nm～600nm的范围具有峰的黄色发光(深发光)。
为了排除位于晶片(1)的最外周部的非器件形成区域的影响，将主面的自外周端部起算为宽度3mm的区域除外，求出主面的整个区域的88％的范围内的黄色发光强度的平均值和标准偏差，结果得到黄色发光强度的平均值＝532(单位：a.u)、标准偏差＝186(单位：a.u)，由标准偏差/黄色发光强度的平均值表示的变异系数为0.35。
产业上的可利用性
本发明的实施方式所涉及的III族元素氮化物半导体基板可以作为各种半导体器件的基板加以利用。
符号说明
100   III族元素氮化物半导体基板
100   自立基板
1     基底基板
1a    基底基板1的主面
1b    基底基板1的背面
2     晶种膜
2a    晶种膜2的III族元素极性面
3     III族元素氮化物层
4     功能层
5     功能元件
10    主面
10’   主面
12    外周端部
20    背面
20’   背面
22    外周端部
30    侧面

Claims (6)

1.一种III族元素氮化物半导体基板，其具备第一面和第二面，
所述III族元素氮化物半导体基板的特征在于，
直径为100mm以上，
基于该第一面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、该第一面的整个区域的88％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下。
2.根据权利要求1所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述变异系数为0.2以下。
3.根据权利要求1或2所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
基于所述第一面的整个区域的范围的利用光致发光测定得到的光致发光光谱得到的、该第一面的整个区域的92％以上的范围内的黄色发光强度的变异系数为0.3以下。
4.根据权利要求3所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述变异系数为0.2以下。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述光致发光测定中的测定间隔Y为1mm以下。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的III族元素氮化物半导体基板，其特征在于，
所述III族元素氮化物半导体基板的翘曲为100μm以下。
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