JP2008308377A - 窒化ガリウム基板及び窒化ガリウム層の形成方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】比抵抗が高く、クラックの発生率が低い窒化ガリウム基板及び窒化ガリウム層の形成方法を提供する。
【解決手段】鉄を含む窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成する。次に、基板５０上に形成された窒化ガリウム層５１を８００℃以上で５分以上加熱し、降温速度を５０℃／分以下とする熱処理を行なう。また、窒化ガリウム層の表面は、（０００１）面から０．０３°以上傾斜させておく。以上により、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上で、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層を形成できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、窒化ガリウム基板及び窒化ガリウム層の形成方法に関する。
５×１０１６ｃｍ−３以上の鉄濃度と１００μｍ以上の厚さとを有する窒化ガリウム基板が知られている（特許文献１参照）。この窒化ガリウム基板の比抵抗は１×１０７Ω・ｃｍ以上である。
特開２００５−３０６７２３号公報
しかしながら、上記窒化ガリウム基板のように、比抵抗を高くするために鉄濃度を高くすると、窒化ガリウム結晶が脆くなる傾向にある。そのため、窒化ガリウム基板のクラックの発生率が高くなってしまう。窒化ガリウム基板にクラックが発生すると、不良品となる。よって、窒化ガリウム基板の製造歩留まりには未だ向上の余地がある。
本発明は、上記事情に鑑みて為されたものであり、比抵抗が高く、クラックの発生率が低い窒化ガリウム基板及び窒化ガリウム層の形成方法を提供することを目的とする。
上述の課題を解決するため、本発明の窒化ガリウム層の形成方法は、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上の窒化ガリウム層の形成方法であって、鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程と、前記基板上に形成された前記窒化ガリウム層を加熱する工程とを含む。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法では、鉄を含む窒化ガリウム層を加熱することによって、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。鉄（Ｆｅ）は、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）からなる結晶格子間に高い確率で存在することが多く、結晶に歪を与える。窒化ガリウム層を加熱すると、結晶格子間に存在するＦｅはＧａサイトに移動する。その結果、結晶の歪が緩和され窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。また、窒化ガリウム層の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
また、前記窒化ガリウム層を８００℃以上で５分以上加熱することが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、前記窒化ガリウム層を５０℃／分以下の降温速度で加熱することが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、前記窒化ガリウム層の表面が、前記窒化ガリウム層の（０００１）面から０．０３°以上傾斜していることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。窒化ガリウム層の表面には微細な段差が形成される。Ｆｅは、その段差の角から充填されていくので、Ｇａサイトに入りやすくなる。その結果、窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。
また、前記窒化ガリウム層が炭素を含むことが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。
また、前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム層においてＦｅが層全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法は、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程を含み、前記窒化ガリウム層の表面が、前記窒化ガリウム層の（０００１）面から０．０３°以上傾斜している。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。窒化ガリウム層の表面には微細な段差が形成される。Ｆｅは、その段差の角から充填されていくので、Ｇａサイトに入りやすくなる。その結果、窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。また、窒化ガリウム層の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
また、前記窒化ガリウム層が炭素を含むことが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。
また、前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム層においてＦｅが層全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法は、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄及び炭素を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程を含む。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム層のクラックの発生率が低下する。また、窒化ガリウム層の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
また、前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム層においてＦｅが層全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法は、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であり、鉄を含む窒化ガリウム層を、基板上に形成する工程を含む。
本発明の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム層においてＦｅが層全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。また、窒化ガリウム層の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
本発明の窒化ガリウム基板は、当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、鉄を含み、当該窒化ガリウム基板の（０００１）面から０．０３°以上傾斜した表面を有する。
本発明の窒化ガリウム基板の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。また、本発明の窒化ガリウム基板のクラックの発生率は低い。この理由は必ずしも明らかではないが、当該窒化ガリウム基板の（０００１）面から０．０３°以上傾斜していることで、Ｆｅが優先的にＧａサイトに入るため、結晶の歪が小さくなり、クラックの発生率が低くなる。
また、炭素を含むことが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム基板のクラックの発生率が低下する。
また、当該窒化ガリウム基板の炭素濃度が、当該窒化ガリウム基板の鉄濃度の１／２０〜１／５であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム基板においてＦｅが基板全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明の窒化ガリウム基板は、当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、鉄及び炭素を含む。
本発明の窒化ガリウム基板の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。また、本発明の窒化ガリウム基板のクラックの発生率は低い。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム基板のクラックの発生率が低下する。
また、当該窒化ガリウム基板の炭素濃度が、当該窒化ガリウム基板の鉄濃度の１／２０〜１／５であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。
また、当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましい。この場合、クラックの発生率をより低くすることができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム基板においてＦｅが基板全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明の窒化ガリウム基板は、当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、鉄を含み、当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である。
本発明の窒化ガリウム基板の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。また、本発明の窒化ガリウム基板のクラックの発生率は低い。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム基板においてＦｅが基板全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
本発明によれば、比抵抗が高く、クラックの発生率が低い窒化ガリウム基板及び窒化ガリウム層の形成方法が提供される。
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
図１は、鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成するためのハイドライドＶＰＥ装置を模式的に示す図である。図１に示されるハイドライドＶＰＥ装置１０は、窒化ガリウム層５１を成長させるための基板５０を収容する成長炉１２と、基板５０を保持するためのサセプタ１４とを備える。
成長炉１２には、ＮＨ３ガスＧＮを成長炉１２内に供給する窒素供給源３０が接続されている。成長炉１２内には、ガリウム含有ガスＧＧを成長炉１２内に供給するガリウム供給源１６が配置されている。ガリウム供給源１６は、例えば金属ガリウムが収容されたソースボートである。ガリウム供給源１６には、金属ガリウムと反応させるためのＨＣｌガスＧＨ１を供給するＨＣｌ供給源２８が接続されている。ガリウム供給源１６には、金属ガリウムとＨＣｌガスＧＨ１とを加熱するためのヒータ１８が取り付けられている。ヒータ１８により、ガリウム供給源１６は例えば８００℃以上に維持される。金属ガリウムとＨＣｌガスＧＨ１とを高温下で反応させることによって、例えばＧａＣｌ等のガリウム含有ガスＧＧが生成される。化学反応式の一例を以下に示す。
２Ｇａ（ｌ）＋２ＨＣｌ（ｇ） → ２ＧａＣｌ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）
成長炉１２には、例えばフェロセンといった鉄化合物からなる鉄含有ガスＧＦを供給する鉄供給源２４が接続されている。鉄含有ガスＧＦとしては、例えばＣｐ２Ｆｅ（ビスシクロペンタジエニル鉄、化学式：（Ｃ５Ｈ５）２Ｆｅ）、ＭｅＣｐ２Ｆｅ（ビスメチルシクロペンタジエニル鉄、化学式：（ＣＨ３Ｃ５Ｈ４）２Ｆｅ）等が挙げられる。鉄含有ガスＧＦは、キャリアガス（例えば、水素ガス、水素ガスと不活性ガスとの混合ガス）によって輸送される。ＨＣｌ供給源２８から供給されるＨＣｌガスＧＨ２と、鉄含有ガスＧＦとは、成長炉１２内の混合器２０に供給される。混合器２０には、ＨＣｌガスＧＨ２と、鉄含有ガスＧＦとを加熱するためのヒータ２２（温度コントローラを含む）が取り付けられている。ＨＣｌガスＧＨ２と、鉄含有ガスＧＦとを高温下で反応させることによって、例えばＦｅＣｌ２といった鉄含有ガスＧＦＣが生成される。化学反応式の一例を以下に示す。
Ｃｐ２Ｆｅ（ｇ）＋２ＨＣｌ（ｇ） → ２Ｃ５Ｈ６（ｇ）＋ＦｅＣｌ２（ｇ）
なお、粒状の金属鉄とＨＣｌガスとを反応させることによって、例えばＦｅＣｌ３といった鉄含有ガスＧＦＣを生成してもよい。
また、成長炉１２には、必要に応じて、例えばＣＨ４等の炭素含有ガスＧＣを供給する炭素供給源２６が接続されてもよい。炭素含有ガスＧＣは混合器２０に供給される。なお、カーボン板を成長炉１２内に設置し、当該カーボン板から炭素含有ガスＧＣを生成してもよい。
成長炉１２の周囲には、ＮＨ３ガスＧＮとガリウム含有ガスＧＧと鉄含有ガスＧＦＣとを加熱するためのヒータ３２が取り付けられている。ヒータ３２には、基板５０の温度をモニターする制御装置３４が接続されている。制御装置３４は、基板５０の温度を所定の温度に維持するようにヒータ３２を制御する。ＮＨ３ガスＧＮとガリウム含有ガスＧＧと鉄含有ガスＧＦＣとを高温下で反応させることによって、鉄を含む窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成する。化学反応式の一例を以下に示す。
ＧａＣｌ（ｇ）＋ＮＨ３（ｇ） → ＧａＮ（ｓ）＋ＨＣｌ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）
図２（Ａ）〜図２（Ｄ）は、実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法、その窒化ガリウム層を用いた窒化ガリウム基板の製造方法、及び、その窒化ガリウム基板を用いたエピタキシャル基板の製造方法を模式的に示す工程図である。
まず、図１に示されるハイドライドＶＰＥ装置１０のサセプタ１４上に基板５０を載置する。次に、図２（Ａ）に示されるように、ハイドライドＶＰＥ装置１０を用いて、鉄を含む半絶縁性の窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成する。次に、図２（Ｂ）に示されるように、基板５０を除去することによって、自立可能な窒化ガリウム層５２を得る。次に、図２（Ｃ）に示されるように、窒化ガリウム層５２を例えば内周刃を用いてスライスすることによって、自立可能な複数の窒化ガリウム基板５４を製造する。窒化ガリウム層５２をスライスした後、窒化ガリウム基板５４を研削、研磨することが好ましい。窒化ガリウム基板５４の厚さは、１００μｍ以上であることが好ましい。
次に、図２（Ｄ）に示されるように、窒化ガリウム基板５４上に、窒化物半導体層５６，５８，６０をこの順に形成することによって、エピタキシャル基板６２を製造する。窒化物半導体層５６，５８，６０は、例えばＡｌｘＩｎＹＧａ１−Ｘ−ＹＮ層（０≦Ｘ≦１、０≦Ｙ≦１）である。エピタキシャル基板６２は、例えば電子デバイス等に用いられる。電子デバイスとしては、例えば電界効果トランジスタ等が挙げられる。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法は以下のように実施される。
まず、図１に示されるハイドライドＶＰＥ装置１０を用いて、鉄を含む窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成する。窒化ガリウム層５１の成長を終了するには、例えばＨＣｌガスの供給を停止する。窒化ガリウム層５１を形成する際の基板５０の温度（成長温度）は、９２０〜１２５０℃であることが好ましい。この場合、結晶欠陥の少ない良質の窒化ガリウム層５１が得られる。成長時間は例えば１時間である。ＮＨ３ガスＧＮの分圧は例えば１５２００Ｐａである。ＨＣｌガスＧＨ１の分圧は例えば３０４Ｐａである。
基板５０としては、例えば、サファイア基板、窒化ガリウム基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板等が挙げられる。サファイア基板、ＳｉＣ基板の成長面は、（０００１）面であることが好ましい。ＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板の成長面は、（１１１）Ａ面（III族面）であることが好ましい。基板５０として窒化ガリウム基板以外の基板を用いる場合、基板５０上に開口パターンを有するマスク層を形成することが好ましい。このマスク層は、例えばシリコン酸化物といった絶縁物からなる。マスク層の厚さは例えば１００ｎｍである。
次に、基板５０上に形成された窒化ガリウム層５１を加熱（アニール）する。これにより、図２（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成することができる。次に、図２（Ｂ）に示されるように、基板５０を除去することによって、自立可能な窒化ガリウム層５２を得る。窒化ガリウム層５２は六方晶系のＧａＮ単結晶からなる。窒化ガリウム層５２の厚さは例えば７ｍｍであり、窒化ガリウム層５２の直径は例えば５０ｍｍである。窒化ガリウム層５１を加熱する際の基板５０の温度（加熱温度）は、８００〜１２００℃であることが好ましい。加熱時間は、５〜３００分であることが好ましい。加熱時間中、加熱温度を同じ温度に維持してもよいし、徐々に降温してもよい。
窒化ガリウム層５２の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、１×１０７Ω・ｃｍ以上であることが好ましく、１×１０１１Ω・ｃｍ以下であることがより好ましい。窒化ガリウム層５２の比抵抗は、例えば窒化ガリウム層５２の鉄濃度を高くすることによって高くなる。窒化ガリウム層５２の比抵抗は、窒化ガリウム層５２の表面に一対の電極を載置して電流を流すことによって測定される。窒化ガリウム層５２の厚さは、ハンドリングの観点から１００μｍ以上であることが好ましく、４００μｍ以上であることがより好ましい。
窒化ガリウム層５２の鉄濃度は、５×１０１６ｃｍ−３以上５×１０１９ｃｍ−３以下であることが好ましい。鉄濃度がこの範囲内であると、多量の鉄添加による比抵抗の低下、結晶性の劣化を抑制できる。窒化ガリウム層５２の鉄濃度は、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry）により測定される。
なお、窒化ガリウム層５１を形成する前に、窒化ガリウムからなるバッファ層を基板５０上に形成してもよい。バッファ層の厚さは例えば６０ｎｍである。バッファ層を形成する際の基板５０の温度は、例えば５００℃である。バッファ層を形成すると、窒化ガリウム層５１の結晶性が向上する。
本実施形態の窒化ガリウム層の形成方法では、窒化ガリウム層５１を加熱することによって、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層５２を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。鉄（Ｆｅ）は、ガリウム（Ｇａ）及び窒素（Ｎ）からなる結晶格子間に高い確率で存在すると考えられる。窒化ガリウム層５１を加熱すると、結晶格子間に存在するＦｅはＧａサイトに移動する。その結果、窒化ガリウム層５２のクラックの発生率が低下する。このため、窒化ガリウム層５２の製造歩留まりを高くできる。クラックの発生は、窒化ガリウム層５２の表面を顕微鏡で観察することによって確認される。また、窒化ガリウム層５２の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
また、窒化ガリウム層５１を８００℃以上で５分以上加熱すると、クラックの発生率をより低くすることができる。好ましくは、８００〜１２００℃で５〜３００分窒化ガリウム層５１を加熱する。さらに、窒化ガリウム層５１を５０℃／分以下の降温速度で加熱すると、クラックの発生率をより低くすることができる。好ましくは０℃／分超５０℃／分以下の降温速度で窒化ガリウム層５１を加熱する。
図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、基板５０の温度の時間変化の具体例を示すグラフである。図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示されるように、時刻０から時刻ｔ０までは基板５０の温度を成長温度Ｔ０（例えばＴ０＝１１００℃）に維持しながら、窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成する。時刻０は窒化ガリウム層５１の成長開始時であり、時刻ｔ０は窒化ガリウム層５１の成長停止時である。次に、図３（Ａ）に示されるように、時刻ｔ０から時刻ｔ１まで５０℃／分以下の降温速度で温度を低下させながら窒化ガリウム層５１を加熱する。これにより、基板５０上に窒化ガリウム層５２が形成される。時刻ｔ１において、基板５０の温度はアニール終了温度Ｔ１（例えばＴ１＝５００℃）まで低下している。窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成した後、図３（Ｂ）に示されるように、時刻ｔ０から時刻ｔ２まで窒化ガリウム層５１を成長温度Ｔ０で加熱してもよい。続いて、時刻ｔ２から時刻ｔ３まで任意の降温速度で温度を低下させながら窒化ガリウム層５１を加熱してもよい。これにより、基板５０上に窒化ガリウム層５２が形成される。時刻ｔ３において、基板５０の温度はアニール終了温度Ｔ１まで低下している。
窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成した後、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示される各工程を経ることによって、窒化ガリウム基板５４を製造する。窒化ガリウム基板５４の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上である。また、クラックの発生率も低い。クラックの発生は、窒化ガリウム基板５４の表面を微分干渉顕微鏡で観察することによって確認される。その後、図２（Ｄ）に示される工程を経ることによって、エピタキシャル基板６２を製造する。
（第２実施形態）
第２実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法は以下のように実施される。図４に示されるように、ハイドライドＶＰＥ装置１０を用いて、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄を含む窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成する。図４は、窒化ガリウム層の形成工程を示す図である。ここで、窒化ガリウム層５２の表面５２ａは、窒化ガリウム層５２の（０００１）面（「Ｃ面」ともいう。）から０．０３°以上傾斜している。すなわち、窒化ガリウム層５２の表面５２ａと窒化ガリウム層５２の（０００１）面とのなす角θ（「オフ角」ともいう。）は、０．０３°以上である。角θは、０．２°〜６０°であることが好ましい。角θは、Ｘ線回折により測定される。
窒化ガリウム層５２の表面５２ａは、（０００１）面の法線を＜１１−２０＞方向に角θだけ傾斜させて得られる面であってもよいし、（０００１）面の法線を＜１−１００＞方向に角θだけ傾斜させて得られる面であってもよい。
基板５０は、（０００１）面から０．０３°以上傾斜した表面を有する窒化ガリウム基板でもよいし、（１１１）Ａ面からなる表面を有するＧａＡｓ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板等でもよい。（１１１）Ａ面からなる表面を有するＧａＡｓ基板等上に形成される窒化ガリウム層５２の表面５２ａの傾斜角は以下のように制御することができる。ＧａＡｓ(１１１)面を＜１−１０＞方向に０．０３°だけ傾斜させれば、得られるＧａＮ結晶の（０００１）面は、＜１１−２０＞方向に０．０３°だけ傾斜したものとなる。一方、ＧａＡｓ（１１１)面を＜１１−２＞方向に０．０３°だけ傾斜させれば、得られるＧａＮ結晶の（０００１）面は、＜１−１００＞方向に０．０３°だけ傾斜ものとなる。さらに、ＧａＡｓ（１１１)面を＜１−１０＞方向に０．０３°だけ＜１１−２＞方向に０．０３°だけ傾斜させれば、得られるＧａＮ結晶の（０００１）面は、＜１１−２０＞方向に０．０３°、＜１−１００＞方向に０．０３°だけ傾斜ものとなる。
本実施形態の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層５２を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。窒化ガリウム層５２の表面５２ａには微細な段差が形成される。Ｆｅは、その段差の角から充填されていくので、Ｇａサイトに入りやすくなる。その結果、窒化ガリウム層５２のクラックの発生率が低下する。このため、窒化ガリウム層５２の製造歩留まりを高くできる。また、窒化ガリウム層５２の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
窒化ガリウム層５２を形成した後、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示される各工程を経ることによって、窒化ガリウム基板５４を製造する。
本実施形態に係る窒化ガリウム基板５４の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。窒化ガリウム基板５４は鉄を含む。また、クラックの発生率も低い。図５に示されるように、窒化ガリウム基板５４は、窒化ガリウム基板５４の（０００１）面から０．０３°以上傾斜した表面５４ａを有する。すなわち、窒化ガリウム基板５４の表面５４ａと窒化ガリウム基板５４の（０００１）面とのなす角θは、０．０３°以上である。図５は、窒化ガリウム基板の製造工程を示す図である。
その後、図２（Ｄ）に示される工程を経ることによって、エピタキシャル基板６２を製造する。
本実施形態に係る窒化ガリウム基板５４は、以下のように製造されてもよい。まず、任意の結晶面（例えば（０００１）面）を表面とする窒化ガリウム層５１を基板５０上に形成する。次に、基板５０を除去した後、窒化ガリウム層５１の（０００１）面から０．０３°以上傾斜した面に沿って、窒化ガリウム層５１をスライス又は研磨する。この場合であっても、窒化ガリウム基板５４の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高く、窒化ガリウム基板５４のクラックの発生率は低い。
（第３実施形態）
第３実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法は以下のように実施される。図２（Ａ）に示されるように、ハイドライドＶＰＥ装置１０を用いて、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄及び炭素を含む窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成する。窒化ガリウム層５２は、例えば炭素含有ガスＧＣを基板５０上に供給することによって形成される。なお、窒化ガリウム層５２の比抵抗は、窒化ガリウム層５２の炭素濃度にほとんど影響されない。
本実施形態の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層５２を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム層５２のクラックの発生率が低下する。このため、窒化ガリウム層５２の製造歩留まりを高くできる。また、窒化ガリウム層５２の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。
また、窒化ガリウム層５２の炭素濃度が、窒化ガリウム層５２の鉄濃度の１／２０〜１／５であると、クラックの発生率をより低くすることができる。好ましくは、窒化ガリウム層５２の炭素濃度は、窒化ガリウム層５２の鉄濃度の１／１０〜１／５である。窒化ガリウム層５２の炭素濃度は、ＳＩＭＳにより測定される。窒化ガリウム層５２の炭素濃度と窒化ガリウム層５２の鉄濃度との比率は、例えば炭素含有ガスＧＣと鉄含有ガスＧＦとの流量比によって調整可能である。
窒化ガリウム層５２を形成した後、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示される各工程を経ることによって、窒化ガリウム基板５４を製造する。
本実施形態に係る窒化ガリウム基板５４の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。窒化ガリウム基板５４は鉄及び炭素を含む。また、窒化ガリウム基板５４のクラックの発生率は低い。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。ＦｅはＧａサイトに入り、ＣはＮサイトに入ると考えられるので、Ｆｅ−Ｃ結合が形成される。Ｆｅ−Ｃ結合はＦｅ−Ｎ結合に比べて歪が小さいため、窒化ガリウム基板５４のクラックの発生率が低下する。
窒化ガリウム基板５４の炭素濃度が、窒化ガリウム基板５４の鉄濃度の１／２０〜１／５であると、クラックの発生率をより低くすることができる。
その後、図２（Ｄ）に示される工程を経ることによって、エピタキシャル基板６２を製造する。
（第４実施形態）
第４実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法は以下のように実施される。図２（Ａ）に示されるように、ハイドライドＶＰＥ装置１０を用いて、比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であり、鉄を含む窒化ガリウム層５２を基板５０上に形成する。転位密度は、１×１０７ｃｍ−２以下であることが好ましく、２×１０６ｃｍ−２以下がより好ましい。窒化ガリウム層５２の転位密度は、エッチピット密度（ＥＰＤ：Etch Pits Density）として表される。エッチピット密度は、ＳＥＭを用いて、任意の６箇所の１００μｍ四角内について、エッチピット数をカウントすることにより算出される。基板５０として、例えば転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下の窒化ガリウム基板を用いると、窒化ガリウム層５２の転位密度を１×１０７ｃｍ−２以下とすることができる。また、基板５０として、サファイア基板、ＧａＡｓ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＰ基板、ＩｎＰ基板等を用いる場合、基板５０上に開口パターンを有するマスク層を形成し、当該開口パターンを埋め込むように窒化ガリウム層５２を形成すると、窒化ガリウム層５２の転位密度を１×１０７ｃｍ−２以下とすることができる。
本実施形態の窒化ガリウム層の形成方法では、クラックの発生率が低い窒化ガリウム層５２を形成することができる。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム層５２の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム層５２においてＦｅが層全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下し、窒化ガリウム層５２の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高くなる。このため、窒化ガリウム層５２の製造歩留まりを高くできる。
窒化ガリウム層５２を形成した後、図２（Ｂ）及び図２（Ｃ）に示される各工程を経ることによって、窒化ガリウム基板５４を製造する。本実施形態に係る窒化ガリウム基板５４の比抵抗は１×１０６Ω・ｃｍ以上と高い。窒化ガリウム基板５４の転位密度は、１×１０７ｃｍ−２以下である。また、本実施形態の窒化ガリウム基板５４のクラックの発生率は低い。この理由は必ずしも明らかではないが、以下のように考えられる。通常、Ｆｅは転位近傍の空間に集中し易く、Ｆｅが特定の場所に集中するとクラックの発生率が高くなる。ここで、窒化ガリウム基板５４の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であると、窒化ガリウム基板５４においてＦｅが基板全体に分散する。よって、クラックの発生率が低下する。
その後、図２（Ｄ）に示される工程を経ることによって、エピタキシャル基板６２を製造する。
以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されない。
例えば、ハイドライドＶＰＥ装置に代えて有機金属塩化水素ＶＰＥ装置を用いて窒化ガリウム層５２を形成してもよい。
また、第１実施形態において、第２実施形態のように窒化ガリウム層５２の表面５２ａが、窒化ガリウム層５２の（０００１）面から０．０３°以上傾斜してもよい。また、第１実施形態において、第３実施形態のように窒化ガリウム層５２が炭素を含んでもよく、窒化ガリウム層５２の炭素濃度が、窒化ガリウム層５２の鉄濃度の１／２０〜１／５であってもよい。また、第１実施形態において、第４実施形態のように窒化ガリウム層５２の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であってもよい。さらに、第１実施形態において、第２〜第４実施形態のうち２つ以上を組み合わせて実施してもよい。これらの場合、第１実施形態においても、第２〜第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第２実施形態において、第３実施形態のように窒化ガリウム層５２が炭素を含んでもよく、窒化ガリウム層５２の炭素濃度が、窒化ガリウム層５２の鉄濃度の１／２０〜１／５であってもよい。また、第２実施形態において、第４実施形態のように窒化ガリウム層５２の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であってもよい。さらに、第２実施形態において、第３〜第４実施形態の両方を組み合わせて実施してもよい。これらの場合、第２実施形態においても、第３〜第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第３実施形態において、第４実施形態のように窒化ガリウム層５２の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であってもよい。この場合、第３実施形態においても、第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第２実施形態において、第３実施形態のように窒化ガリウム基板５４が炭素を含んでもよく、窒化ガリウム基板５４の炭素濃度が、窒化ガリウム基板５４の鉄濃度の１／２０〜１／５であってもよい。また、第２実施形態において、第４実施形態のように窒化ガリウム基板５４の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であってもよい。さらに、第２実施形態において、第３〜第４実施形態の両方を組み合わせて実施してもよい。これらの場合、第２実施形態においても、第３〜第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
また、第３実施形態において、第４実施形態のように窒化ガリウム基板５４の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であってもよい。この場合、第３実施形態においても、第４実施形態と同様の作用効果が得られる。
以下、実施例に基づいて本発明をより具体的に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
図６は、参考例１−１〜参考例１−２、実施例１−１〜実施例２−４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（参考例１−１）
まず、２インチ（直径５０．８ｍｍ）のＧａＮ基板上に、成長温度（Ｔ０）を１１００℃として鉄濃度が５．０×１０１６ｃｍ−３のＧａＮ層を成長させた。ＧａＮ層の成長後、１１００℃から５００℃まで降温速度１００℃／分で温度を低下させながら６分間ＧａＮ層をアニールした。
ＧａＮ層の炭素濃度は検出限界以下とした。ＧａＮ層の表面は、（０００１）面の法線を、＜１１−２０＞方向に０．０１°だけ傾斜させ、且つ、＜１−１００＞方向に０．０１°だけ傾斜させて得られる面とした。ＧａＮ層の転位密度は５．０×１０７ｃｍ−２とした。
ＧａＮ層の比抵抗は５．０×１０５Ω・ｃｍであった。ＧａＮ層にクラックが発生しなかった割合（すなわちＧａＮ層の製造歩留まり）は６８％であった（サンプル数は１２０枚）。また、クラックが発生しなかった結晶の曲率半径を触針式の形状測定装置で測定した結果、平均８５ｃｍであった。なお、この曲率半径は、結晶のオフ角が基板内で分布を持つことを示しており、曲率半径が大きいほど、基板内のオフ角の分布は小さくなる。
（参考例１−２）
鉄濃度を５．０×１０１９ｃｍ−３としたこと以外は参考例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図６に示される通りであった。また、クラックが発生しなかった結晶の曲率半径は、平均８０ｃｍであった。
（実施例１−１〜実施例１−１０）
実施例１−１〜実施例１−１０では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、降温速度を変えて実験を行った。
実施例１−１では、降温速度を５０℃／分、アニール時間を１２分間、ＧａＮ層の炭素濃度を１．７×１０１５ｃｍ−３としたこと以外は参考例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図６に示される通りであった。
実施例１−２〜実施例１−１０では、鉄濃度、降温速度、アニール時間、炭素濃度を必要に応じて変化させたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図６に示される通りであった。実施例１−１〜１−１０で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
（実施例２−１〜実施例２−４）
実施例２−１〜実施例２−４では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、成長温度（Ｔ０）を変えて実験を行った。
実施例２−１では、成長温度（Ｔ０）を１０５０℃、アニール時間を１１分間としたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図６に示される通りであった。
実施例２−２〜実施例２−４では、鉄濃度、成長温度（Ｔ０）、アニール時間、炭素濃度を必要に応じて変化させたこと以外は実施例２−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図６に示される通りであった。実施例２−１〜２−４で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
図７は、実施例３−１〜実施例３−２においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例３−１〜実施例３−２）
実施例３−１〜実施例３−２では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、アニール条件を変えて実験を行った。
実施例３−１では、ＧａＮ層を成長させた後、１１００℃で５分間ＧａＮ層をアニールし、その後、１１００℃から降温速度１００℃／分で温度を低下させながら６分間ＧａＮ層を更にアニールしたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図７に示される通りであった。
実施例３−２では、鉄濃度を５．０×１０１９ｃｍ−３としたこと以外は実施例３−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図７に示される通りであった。実施例３−１〜３−２で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
図８は、実施例４−１〜実施例４−５４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例４−１〜実施例４−５４）
実施例４−１〜実施例４−５４では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、ＧａＮ層の表面のオフ角を変えて実験を行った。
実施例４−１では、降温速度を６０℃／分、アニール時間を１０分間、ＧａＮ層の表面を、ＧａＮ層の（０００１）面の法線を＜１１−２０＞方向に０．０３°だけ傾斜させた面としたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図８に示される通りであった。
実施例４−２〜実施例４−５４では、鉄濃度、炭素濃度、オフ角を必要に応じて変化させたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図８に示される通りであった。実施例４−１〜４−５４で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１７０ｃｍ以上であった。
図９は、実施例５−１〜実施例５−４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例５−１〜実施例５−４）
実施例５−１〜実施例５−４では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、ＧａＮ層の炭素濃度を変えて実験を行った。
実施例５−１では、降温速度を６０℃／分、アニール時間を１０分間、炭素濃度を４．０×１０１５ｃｍ−３としたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図９に示される通りであった。
実施例５−２〜実施例５−４では、鉄濃度、炭素濃度を必要に応じて変化させたこと以外は実施例５−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図９に示される通りであった。実施例５−１〜５−４で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
図１０は、実施例６−１〜実施例６−８においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例６−１〜実施例６−８）
実施例６−１〜実施例６−８では、２種類の鉄濃度を有するＧａＮ層のそれぞれについて、ＧａＮ層の転位密度を変えて実験を行った。
実施例６−１では、降温速度を６０℃／分、アニール時間を１０分間、転位密度を１．０×１０７ｃｍ−２としたこと以外は実施例１−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１０に示される通りであった。
実施例６−２〜実施例６−８では、鉄濃度、炭素濃度、転位密度を必要に応じて変化させたこと以外は実施例６−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１０に示される通りであった。実施例６−１〜６−８で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
図１１は、実施例７−１〜実施例７−１０においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例７−１〜実施例７−１０）
実施例７−１〜実施例７−１０では、ＧａＮ基板に代えて種々の材料からなる基板を用いて実験を行った。
実施例７−１では、基板材料をサファイア、降温速度を６０℃／分、アニール時間を１０分間、ＧａＮ層の表面を、ＧａＮ層の（０００１）面の法線を＜１１−２０＞方向に０．２°だけ傾斜させ、且つ、＜１−１００＞方向に０．２°だけ傾斜させて得られる面としたこと以外は実施例１−６と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１１に示される通りであった。
実施例７−２〜実施例７−１０では、基板材料、オフ角を必要に応じて変化させたこと以外は実施例７−１と同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１１に示される通りであった。実施例７−１〜７−１０で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
図１２は、実施例８−１〜実施例１７−２においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
（実施例８−１〜実施例８−２）
実施例８−１及び実施例８−２では、炭素濃度を変えたこと以外は実施例１−２及び実施例１−７とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。実施例８−１〜８−２で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
（実施例９−１〜実施例９−２）
実施例９−１及び実施例９−２では、炭素濃度及びオフ角を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。実施例９−１〜９−２で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
（実施例１０−１〜実施例１０−２）
実施例１０−１及び実施例１０−２では、炭素濃度及び転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１１−１〜実施例１１−２）
実施例１１−１及び実施例１１−２では、降温速度、アニール時間、転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１２−１〜実施例１２−２）
実施例１２−１及び実施例１２−２では、降温速度、アニール時間、炭素濃度、オフ角、転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。実施例１０−１〜１２−２で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も１６０ｃｍ以上であった。
（実施例１３−１〜実施例１３−２）
実施例１３−１及び実施例１３−２では、降温速度、アニール時間、オフ角を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１４−１〜実施例１４−２）
実施例１４−１及び実施例１４−２では、オフ角を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１５−１〜実施例１５−２）
実施例１５−１及び実施例１５−２では、転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１６−１〜実施例１６−２）
実施例１６−１及び実施例１６−２では、降温速度、アニール時間、オフ角、転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。
（実施例１７−１〜実施例１７−２）
実施例１７−１及び実施例１７−２では、オフ角、転位密度を変えたこと以外は実施例８−１及び実施例８−２とそれぞれ同様にして、ＧａＮ層を形成した。比抵抗及び歩留は図１２に示される通りであった。実施例１３−１〜１７−２で得られた結晶の曲率半径は、いずれの結晶も２００ｃｍ以上であった。
鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成するためのハイドライドＶＰＥ装置を模式的に示す図である。 実施形態に係る窒化ガリウム層の形成方法、その窒化ガリウム層を用いた窒化ガリウム基板の製造方法、及び、その窒化ガリウム基板を用いたエピタキシャル基板の製造方法を模式的に示す工程図である。 基板温度の時間変化の具体例を示すグラフである。 窒化ガリウム層の形成工程を示す図である。 窒化ガリウム基板の製造工程を示す図である。 参考例１−１〜参考例１−２、実施例１−１〜実施例２−４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例３−１〜実施例３−２においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例４−１〜実施例４−５４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例５−１〜実施例５−４においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例６−１〜実施例６−８においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例７−１〜実施例７−１０においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。 実施例８−１〜実施例１７−２においてＧａＮ層を形成した際の実験結果を示す図である。
符号の説明
５０…基板、５１，５２…窒化ガリウム層、５２ａ…窒化ガリウム層の表面、５４…窒化ガリウム基板、５４ａ…窒化ガリウム基板の表面。

Claims (23)

  1. 比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上の窒化ガリウム層の形成方法であって、
    鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程と、
    前記基板上に形成された前記窒化ガリウム層を加熱する工程と、
    を含む、窒化ガリウム層の形成方法。
  2. 前記窒化ガリウム層を８００℃以上で５分以上加熱する、請求項１に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  3. 前記窒化ガリウム層を５０℃／分以下の降温速度で加熱する、請求項１又は２に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  4. 前記窒化ガリウム層の表面が、前記窒化ガリウム層の（０００１）面から０．０３°以上傾斜している、請求項１〜３のいずれか一項に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  5. 前記窒化ガリウム層が炭素を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  6. 前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５である、請求項５に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  7. 前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  8. 比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程を含み、
    前記窒化ガリウム層の表面が、前記窒化ガリウム層の（０００１）面から０．０３°以上傾斜している、窒化ガリウム層の形成方法。
  9. 前記窒化ガリウム層が炭素を含む、請求項８に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  10. 前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５である、請求項９に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  11. 前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項８〜１０のいずれか一項に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  12. 比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり鉄及び炭素を含む窒化ガリウム層を基板上に形成する工程を含む、窒化ガリウム層の形成方法。
  13. 前記窒化ガリウム層の炭素濃度が、前記窒化ガリウム層の鉄濃度の１／２０〜１／５である、請求項１２に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  14. 前記窒化ガリウム層の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項１２又は１３に記載の窒化ガリウム層の形成方法。
  15. 比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であり、鉄を含む窒化ガリウム層を、基板上に形成する工程を含む、窒化ガリウム層の形成方法。
  16. 当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、
    鉄を含み、
    当該窒化ガリウム基板の（０００１）面から０．０３°以上傾斜した表面を有する、窒化ガリウム基板。
  17. 炭素を含む、請求項１６に記載の窒化ガリウム基板。
  18. 当該窒化ガリウム基板の炭素濃度が、当該窒化ガリウム基板の鉄濃度の１／２０〜１／５である、請求項１７に記載の窒化ガリウム基板。
  19. 当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項１６〜１８のいずれか一項に記載の窒化ガリウム基板。
  20. 当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、
    鉄及び炭素を含む、窒化ガリウム基板。
  21. 当該窒化ガリウム基板の炭素濃度が、当該窒化ガリウム基板の鉄濃度の１／２０〜１／５である、請求項２０に記載の窒化ガリウム基板。
  22. 当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、請求項２０又は２１に記載の窒化ガリウム基板。
  23. 当該窒化ガリウム基板の比抵抗が１×１０６Ω・ｃｍ以上であり、
    鉄を含み、
    当該窒化ガリウム基板の転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下である、窒化ガリウム基板。
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