JP2009152511A - ＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発光効率や寿命などの特性を向上させた発光素子などの半導体装置を工業的に安価に得ることが可能な２インチ以上の大口径ＧａＮ基板、当該ＧａＮ基板の主表面上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル層付き基板、半導体装置およびＧａＮ基板の製造方法を提供する。
【解決手段】主表面を有するＧａＮ基板１であって、低欠陥結晶領域５２と、当該低欠陥結晶領域５２に隣接する欠陥集合領域５１とを備える。低欠陥結晶領域５２と欠陥集合領域５１とは主表面から当該主表面と反対側に位置する裏面にまで延在する。主表面の法線ベクトルに対し、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している。
【選択図】図２

Description

この発明は、ＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法に関し、より特定的には、半極性面を利用可能なＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置、およびＧａＮ基板の製造方法に関する。

従来、ＧａＮを用いたレーザダイオード（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）が知られている。このようなＧａＮを用いたＬＤやＬＥＤは、これまでサファイア基板やＳｉＣ基板、あるいはＧａＮ基板の（０００１）面上にエピタキシャル層を積層することにより形成されていた。ここで、上述したＧａＮ基板などの（０００１）面は極性面であることから、発光波長が５００ｎｍより長波長の領域について、ＬＥＤの発光効率が低下するという問題があった。

このような問題に対して、ＧａＮの結晶において従来の（０００１）面ではなく（１１−２２）面という半極性の結晶面上に量子井戸構造を形成することで、上述した長波長の領域についての発光効率を向上させることが報告されている（非特許文献１参照）。また、このような半極性の結晶面が主表面に露出したＧａＮ基板の製造方法も提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

また、ＧａＮを用いたＬＥＤなどの発光素子の寿命や性能などを改善するため、ＧａＮの結晶において転位などの欠陥を集中させた欠陥集合領域を形成することにより、当該欠陥集合領域の周囲の領域の欠陥密度を低減することも提案されている（たとえば、特許文献２参照）。
特開２００５−２９８３１９号公報 特開２００３−１８３１００号公報 "ニュースリリース：半極性面バルクＧａＮ基板上へのＬＥＤ開発に成功"、［online］、平成１８年６月３０日、京都大学、［平成１９年６月１日検索］、インターネット（http://www.kyoto-u.ac.jp/notice/05_news/documents/060630_1.htm）

上記非特許文献１に開示されたＬＥＤは、マイクロファセットとして自然形成された半極性の結晶面を利用しており、その結晶面は（１１−２２）面と固定され、サイズも小さいものであった。しかし、ＬＥＤやＬＤなどの効率的な製造を考えれば、半極性の結晶面が主表面に露出した（つまり、主表面の法線ベクトルに対し、所定の面方位（たとえば、［０００１］方向）が所定の方向に所定角度だけ傾斜している、いわゆるオフ角を有する）２インチ以上の大口径ＧａＮ基板を用いてＬＥＤなどを製造することが好ましい。また、主表面の法線ベクトルに対する面方位の傾斜角度の値を調整することで（つまり基板の主表面に露出する結晶面を変更することで）、ＬＥＤやＬＤの特性を改善できる可能性も考えられる。そして、上述した欠陥集合領域を形成することによりその他の領域の欠陥密度を低減したＧａＮ基板において、上述のように主表面の法線ベクトルに対する面方位の傾斜角度の値を調整することで、ＬＥＤやＬＤの特性をより改善できる可能性も考えられる。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、発光効率や寿命などの特性を向上させた発光素子などの半導体装置を工業的に安価に得ることが可能な２インチ以上の大口径ＧａＮ基板、当該ＧａＮ基板の主表面上にエピタキシャル層を形成したエピタキシャル層付き基板、半導体装置およびＧａＮ基板の製造方法を提供することである。

発明者は、上述した特許文献１および特許文献２に示したＧａＮ基板の製造方法を利用して、欠陥集合領域を形成することによりその他の領域の欠陥密度を低減するとともにさまざまなオフ角を有するＧａＮ基板を作成し、当該ＧａＮ基板の主表面上にエピタキシャル層を形成してＬＥＤを試作し、その特性を調査した。その結果、主表面の法線ベクトルに対して、面方位［０００１］が１つの面方位（１つのオフ角方向）に傾斜することでＧａＮ基板の表面に露出する結晶面を半極性面にすることができた。また、当該面方位［０００１］を他の面方位（他のオフ角方向）にさらに傾斜させることで、ＧａＮ基板の主表面内の波長分布のばらつきを制御できる（小さくすることが可能である）ことを発見した。すなわち、この発明に従ったＧａＮ基板は、主表面を有するＧａＮ基板であって、低欠陥結晶領域と、当該低欠陥結晶領域に隣接する欠陥集合領域とを備える。低欠陥結晶領域と欠陥集合領域とは主表面から当該主表面と反対側に位置する裏面にまで延在する。主表面の法線ベクトルに対し、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している。

このようにすれば、面方位［０００１］を１つめのオフ角方向に傾斜させることで、低欠陥結晶領域を有するＧａＮ基板の主表面を半極性面とした状態で、当該主表面上にエピタキシャル層を形成できる。このため、ＧａＮ基板の（０００１）面などの極性面上にエピタキシャル層を形成してＬＥＤなどの発光素子を製造する場合より、寿命などの特性を改善するとともに、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれる発光素子において発光効率を向上させたり、印加する電流量の変化による波長シフト量を小さくすることができる。この結果、当該ＧａＮ基板を用いることで優れた特性を有する発光素子などの半導体装置を安定して製造することができる。

この発明に従ったエピタキシャル層付き基板は、上記ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板の主表面上に形成されたエピタキシャル成長層とを備える。このようにすれば、当該エピタキシャル成長層はＧａＮ基板の半極性面上に形成されるので、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれるとともに、寿命などの特性が改善すると同時に発光効率の向上した発光素子などの半導体装置を安定して製造可能なエピタキシャル層付き基板を提供することができる。

この発明に従った半導体装置は、上記エピタキシャル層付き基板を用いている。この場合、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれるとともに、寿命などの特性が改善すると同時に発光効率が向上したり、印加する電流量による波長シフト量が小さい発光素子などの半導体装置を得ることができる。

この発明に従ったＧａＮ基板の製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、主表面の法線ベクトルに対し、基準面方位が下地基板側傾斜方向に傾斜している下地基板を準備する工程を実施する。下地基板の主表面上にパターンを有するマスク層を形成する工程を実施する。下地基板のマスク層が形成された主表面上にＧａＮ結晶層を成長させる工程を実施する。ＧａＮ結晶層から下地基板を除去することにより、ＧａＮ結晶層からなるＧａＮ基板を得る工程を実施する。ＧａＮ基板は、主表面を有し、主表面の法線ベクトルに対して、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している。下地基板における基準面方位の下地基板側傾斜方向での傾斜角度を変更することにより、ＧａＮ基板における面方位［０００１］のオフ角方向での傾斜角度が調整される。このようにすれば、マスク層上に欠陥集合領域を形成するとともに、欠陥集合領域の間には欠陥密度の低い低欠陥結晶領域が形成された、本発明に従ったＧａＮ基板を容易に得ることができる。また、下地基板の基準面方位の下地基板側傾斜方向での傾斜角度を変更することにより、ＧａＮ基板のオフ角方向での傾斜角度を任意に変更したＧａＮ基板を容易に製造することができる。

本発明によれば、寿命などの特性を改善するとともに、発光波長が５００ｎｍより長波長側の波長領域において発光効率を向上させた発光素子などの半導体装置を安定して製造可能なＧａＮ基板、エピタキシャル層付き基板、半導体装置およびＧａＮ基板の製造方法を得ることができる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

図１は、本発明によるＧａＮ基板を示す斜視模式図である。図２は、図１に示したＧａＮ基板の構造を説明するための拡大模式図である。図３は、図１に示したＧａＮ基板の構造の他の例を説明するための拡大模式図である。図４は、図１に示したＧａＮ基板の結晶構造を説明するための模式図である。図５は、図４に示したＧａＮ基板の結晶構造における面方位および結晶面を説明するための模式図である。図６は、図１に示した本発明によるＧａＮ基板のオフ角方向における傾斜角度を説明するための模式図である。図１〜図６を参照して、本発明によるＧａＮ基板を説明する。

図１〜図６を参照して、本発明によるＧａＮ基板１は、その主表面の法線ベクトル２（図１参照）に対して、特定の面方位（ここでは面方位［０００１］）が互いに異なる２つの方向（オフ角方向）に傾斜している。すなわち、ＧａＮ基板１は、面方位［０００１］が１つの面方位あるいは互いに異なる２方向に傾斜しているオフ角度を有する基板である。また、本発明によるＧａＮ基板１は、図２に示すように欠陥集合領域５１と低欠陥結晶領域５２とからなる。ＧａＮ基板１では、直線状に延びる複数の欠陥集合領域５１が互いに間隔を隔てて平行に形成されている。複数の低欠陥結晶領域５２は、欠陥集合領域５１の間において、欠陥集合領域５１の延在方向と同じ方向に延びるように形成されている。ＧａＮ基板１の主表面に対して、ＧａＮ基板１を厚み方向で貫通するように形成された欠陥集合領域５１の交差角度θ３は９０°より小さくなっている。これは、欠陥集合領域５１の成長方向（ＧａＮ基板１の厚み方向における欠陥集合領域５１の延びる方向）が、ＧａＮ基板１の面方位[０００１]と所定の関係を維持するようにＧａＮ基板１が形成されているためである。

ここで、交差角度θ３は、欠陥集合領域５１の延在方向（図２の矢印５３で示される方向）と直交する直線と、ＧａＮ基板１の厚み方向における欠陥集合領域５１の延びる方向とのなす角度である。

なお、ＧａＮ基板１における欠陥集合領域５１および低欠陥結晶領域５２の形状は、図２に示したものに限られず、たとえば図３に示すような形状であってもよい。図３に示したＧａＮ基板１では、主表面において複数の欠陥集合領域５１が島状に分散配置され、当該欠陥集合領域５１の間に低欠陥結晶領域５２が形成された状態になっている。異なる観点から言えば、低欠陥結晶領域５２中に島状の欠陥集合領域５１が分散配置されている。そして、欠陥集合領域５１はＧａＮ基板１の主表面から裏面にまで延在する（ＧａＮ基板１を厚み方向において貫通する）ように形成されている。図３に示したＧａＮ基板１においても、ＧａＮ基板１の主表面に対して、欠陥集合領域５１の延在方向の交差角度θ４は９０°より小さくなっている。ここで、交差角度θ４は、ＧａＮ基板１の厚み方向における欠陥集合領域５１の延びる方向と平行な直線とＧａＮ基板１の主表面との成す角度のうち最小のものである。

図４に示すように、ＧａＮの結晶構造は、いわゆる六方晶の結晶構造を有している。図４では、ＧａＮの六方晶の結晶構造の対称性をよりわかりやすく示すため、複数のセルを含んだ状態でＧａＮの結晶構造が例示されている。図４において、大きい白丸が窒素原子（Ｎ原子）を示し、小さい丸がガリウム原子（Ｇａ原子）を示す。図４の結晶構造の底面においては、中心にＧａ原子が存在し、そのＧａ原子を中心とする正六角形の頂点にもＧａ原子が位置している。底面の中心に位置するＧａ原子から上述した周辺の６個のＧａ原子を結ぶ方向が、それぞれ反時計回りに［２−１−１０］、［１１−２０］、［−１２−１０］、［−２１１０］、［−１−１２０］、［１−２１０］となっている。これらの方向が、ＧａＮにおけるＧａ−Ｇａ結合の方向になる。そして、底面の中心Ｇａ原子から見てＧａ原子の存在しない方向が［１−１００］などになる。なお、図４および図５に示した結晶構造において、正六角柱とみなせる六方晶の上面をｃ面と呼び、正六角柱の側壁面をｍ面と呼ぶ。

図１に示した本発明によるＧａＮ基板１では、面方位［０００１］が、互いに異なる２つのオフ角方向である面方位［１−１００］および面方位［１１−２０］方向に、法線ベクトル２（図１参照）に対して傾斜している。このＧａＮ基板１における主表面の法線ベクトル２に対する面方位［０００１］の傾斜の状態を、図６を参照してより詳しく説明する。

まず、図６において、ベクトルＡＢで示す方向がＧａＮ基板の主表面の法線ベクトル２（図１参照）に対応すると考える。そして、このベクトルＡＢにＧａＮ基板の面方位［０００１］を一致させた状態から、面方位［１−１００］の方向に対応するベクトルＡＥの方向に面方位［０００１］が傾斜角度θ１だけ傾斜するように、ＧａＮの結晶を傾ける。この結果、ＧａＮの面方位［０００１］の方向は、ベクトルＡＣで示す方向になる。そして、このベクトルＡＣで示される方向に傾斜したＧａＮの結晶構造を、さらに面方位［１１−２０］の方向に対応するベクトルＡＦの方向に傾斜角度θ２だけ傾斜させる。この結果、ＧａＮの結晶における面方位［０００１］は、図６のベクトルＡＤに示す方向になる。

このように、本発明によるＧａＮ基板１では、ベクトルＡＢで示される主表面の法線ベクトル２（図１参照）に対して、結晶の面方位［０００１］の方向が図６のベクトルＡＤに示す方向に傾いた状態（主表面の法線ベクトル２に対して、面方位［０００１］が面方位［１−１００］方向および面方位［１１−２０］方向にそれぞれ傾斜角度θ１、θ２だけ傾斜した状態）になっている。

また、本発明によるＧａＮ基板１では、ベクトルＡＢで示される主表面の法線ベクトル２（図１参照）に対して、結晶の面方位[０００１]の方向が図６のベクトルＡＣに示す方向に傾いた状態（主表面の法線ベクトル２に対して、面方位[０００１]が面方位[１−１００]方向のみに傾斜角θ１だけ傾斜した状態）になっていてもよい。

このようにすれば、本発明によるＧａＮ基板１では、その主表面がいわゆる半極性面となる。このようなＧａＮ基板１の主表面上にＧａＮやＩｎＧａＮなどの層をエピタキシャル成長させて、半導体装置としての発光素子を形成した場合には、ＧａＮのｃ面上にエピタキシャル層を形成することで発光素子を製造する場合に比べて、活性層における内部電界の発生を抑制することができる。この結果、内部電界の発生に起因して、活性層に注入した電子と正孔との再結合確率が減少し、結果的に発光効率が低くなったり、印加する電流の変化によって発光波長が変化したりするといった問題の影響を低減できる。したがって、発光効率を高め、一定の発光波長を有した発光素子を得ることができる。

また、本発明によるＧａＮ基板１では、図２の矢印５３で示される欠陥集合領域５１の延在方向と、結晶の面方位[０００１]の傾く方向とは、欠陥集合領域５１の延在方向が［１−１００］方向、結晶の面方位［０００１］の傾く方向が［１１−２０］という関係になっていることが好ましい。このようにすれば、ＬＤを作製する際、（１−１００）面でへき開したときに、相対するへき開面同士が平行になりレーザ共振面を作製する上で好ましい。

図７は、図１に示したＧａＮ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。図８は、図７に示したフローチャートにおける準備工程の内容を説明するためのフローチャートである。図７および図８を参照して、本発明によるＧａＮ基板の製造方法を説明する。

図７および図８を参照して、まず準備工程（Ｓ１０）を実施する。この準備工程（Ｓ１０）においては、ＧａＮ基板となるＧａＮエピタキシャル層を形成する下地となる、下地基板を準備する。具体的には、準備工程（Ｓ１０）（図７参照）では、図８に示すように下地基板作製工程（Ｓ１１）をまず実施する。この下地基板作製工程（Ｓ１１）においては、その表面上にＧａＮをエピタキシャル成長可能な基板であって、ＧａＮをエピタキシャル成長させる主表面の法線ベクトルに対して、特定の面方位がそれぞれ異なる２方向（下地基板側傾斜方向）に傾斜している基板を準備する。なお、特定の面方位が主表面の法線ベクトルに対して傾斜する方向は１つの方向であってもよい。

ここで、下地基板としては、その表面にＧａＮを成膜することができれば、任意の材料を用いることができる。下地基板としては、たとえばガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、サファイア基板、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、炭化ケイ素（ＳｉＣ）基板あるいはＧａＮ基板を用いることができる。そして、後述する成膜工程において、形成されるＧａＮエピタキシャル層の面方位［０００１］が、下地基板のＧａＮエピタキシャル層が形成される主表面の法線ベクトルに対して所定の方向（たとえば２つのオフ角方向あるいは１つのオフ角方向）に傾斜した状態で、ＧａＮエピタキシャル層が成長できるように、下地基板はいわゆるオフ角を有する基板とされている。具体的には、下地基板においては、エピタキシャル層が形成される主表面の法線ベクトルに対して、所定の基準面方位が所定の方向に傾斜した状態となっている。このような基板は、たとえば主表面が特定の結晶面（たとえば六方晶であればｃ面など）になっている基板を準備し、当該基板の主表面に対して所定の方向に傾斜した傾斜角度で当該基板の主表面を研削する、あるいは主表面に対する結晶の面方位が分かっているバルク基板から所定の切出し角度で下地基板を切出すといった方法で下地基板を準備することができる。

次に、図８に示すように、マスクパターン形成工程（Ｓ１２）を実施する。このマスクパターン形成工程（Ｓ１２）においては、下地基板のＧａＮエピタキシャル層を形成する主表面上に欠陥集合領域を形成するために用いられるマスクパターンを形成する。具体的には、図９または図１０に示すようなパターンを有するマスク層１０を形成する。図９および図１０は、下地基板の主表面上に形成されるマスク層のマスクパターンを示す平面模式図である。

まず、図９に示すマスクパターンについて説明する。図９に示すように、下地基板の主表面に形成するマスク層１０として、幅Ｗ１のライン状のパターンをピッチＰで複数平行に延びるように形成してもよい。このとき、ピッチＰをたとえば６００μｍとし、線状パターンの幅Ｗ１を５０μｍ、線状パターンの間の間隔Ｗ２（線状パターンの間に形成された溝状の開口部１１の幅）をたとえば５５０μｍとすることができる。また、線状パターンの厚みをたとえば０．１μｍとすることができる。

また、他のマスクパターンの例としては、図１０に示すように、平面形状がたとえば円形状のマスク層１０が下地基板の主表面上において島状に分散配置されたものを用いてもよい。具体的には、島状のマスク層１０の直径Ｗをたとえば５０μｍとし、隣接する島状のマスク層１０の中心間の距離Ｌをたとえば６００μｍとすることができる。複数の島状のマスク層１０はいわゆる千鳥格子状に配置されており、隣り合うマスク層１０の中心点を結ぶと１辺が距離Ｌの正三角形となるようにマスク層１０は配置されていてもよい。あるいは複数の島状のマスク層１０は、隣り合うマスク層１０の中心点を結ぶと１辺が距離Ｌの四角形となるようにマスク層１０は配置されていてもよい。また、マスク層１０の平面形状は円形状に限らず、任意の形状とすることができる。

このようなマスク層１０が形成された下地基板に対して、図５に示すように成膜工程（Ｓ２０）を実施する。具体的には、下地基板のマスク層が形成された主表面上に、気相成長法を用いてＧａＮ薄膜を形成する。ＧａＮ薄膜の気相成長法としては、ＨＶＰＥ法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）、昇華法、ＭＯＣ法（Metallorganic Chloride）、ＭＯＣＶＤ法（Metal-organic Chemical Vapor Deposition）などを用いることができる。この成膜工程（Ｓ２０）においては、たとえばＨＶＰＥ法を用いることができる。図１１は、成膜工程（Ｓ２０）において用いる成膜装置を示す模式図である。図１１を参照して、ＨＶＰＥ法を用いた成膜装置を説明する。

図１１に示すように、成膜装置２０は、反応管２２と、反応管２２の内部に設置されたＧａボート２３と、反応管２２の内部において下地基板を保持するためのサセプタ２４と、反応管２２の内部を加熱するためのヒータ２６とを備える。Ｇａボート２３の内部には、Ｇａ金属を配置する。そして、このＧａボート２３に向けて、水素、窒素あるいはアルゴンで希釈した塩化水素（ＨＣｌ）ガスを供給するための配管２７が配置されている。また、サセプタ２４の上部に、水素、窒素あるいはアルゴンで希釈したアンモニア（ＮＨ₃）ガスを供給するための配管２８が設置されている。反応管２２の外周に対向する位置に、反応管２２を加熱するためのヒータ２６が設置されている。サセプタ２４上には、下地基板５が設置される。この下地基板５上に、後述するようにＧａＮ結晶層３が形成される。

次に、図１１に示した成膜装置２０を用いたＧａＮ結晶層３の製造方法を説明する。まず、図１１に示した成膜装置２０において、反応管２２の内部のサセプタ２４上に下地基板５を配置する。そして、サセプタ２４の上方に、その内部にＧａ金属を入れた容器であるＧａボート２３を配置する。次に、装置全体をヒータ２６によって加熱した状態で、配管２７を介してＧａボート２３に水素、窒素あるいはアルゴンによって希釈されたＨＣｌガスを吹込む。この結果、２Ｇａ＋２ＨＣｌ→２ＧａＣｌ＋Ｈ₂という反応が起きる。この反応により生成された気体状のＧａＣｌを下地基板５に供給する。

同時に、配管２８を介してサセプタ２４近傍に水素、窒素あるいはアルゴンで希釈したＮＨ₃ガスを供給する。すると、下地基板５の近傍において、２ＧａＣｌ＋２ＮＨ₃→２ＧａＮ＋３Ｈ₂という反応が起こる。このような反応によって形成されたＧａＮを、加熱された下地基板５の表面にＧａＮ結晶として積層する。このようにして、下地基板５の表面にＧａＮ結晶層３が形成される。このとき、下地基板の表面には図９または図１０に示すようなマスク層１０上にＧａＮ結晶層３が形成される。この結果、マスク層１０上に位置する部分にはＧａＮ結晶層３の転位が集まることでストライプ状の欠陥集合領域５１（図２参照）が形成される。一方、この欠陥集合領域５１に欠陥が集まったことで、欠陥集合領域５１の間の領域である低欠陥結晶領域５２の欠陥密度（転位密度）は低減される。

また、下地基板５がいわゆるオフ角を有する基板となっているため、形成されるＧａＮ結晶層３も、下地基板５の主表面と対向する表面の法線ベクトルに対して、所定の面方位が傾斜した状態になっている。また、ＧａＮ結晶層３における上記法線ベクトルに対する所定の面方位の傾斜方向および傾斜角度は、下地基板における基準面方位の傾斜方向および傾斜角度に応じて変更可能である。

なお、ＧａＮ結晶層３は、後述するように下地基板５が除去された後にも自立して取扱いが可能なように十分厚く形成する。ＧａＮ結晶層３の厚みはたとえば１０ｍｍ程度とすることができる。

次に、図７に示したように下地基板除去工程（Ｓ３０）を実施する。この下地基板除去工程（Ｓ３０）においては、形成されたＧａＮ結晶層３から下地基板５を除去する。下地基板５の除去方法としては、スライスなどの機械的な方法、エッチングなどの化学的な方法、電解エッチなどの電気化学的な方法など任意の方法を用いることができる。この結果、ＧａＮ結晶層３よりなるＧａＮ基板を得ることができる。また、得られたＧａＮ基板１（図１参照）においては、下地基板において基準面方位が２方向において傾斜していることに応じて、その表面に対して面方位［０００１］が異なる２つのオフ角方向に傾斜した状態となっている。

この後、後処理工程（Ｓ４０）を実施する。後処理工程（Ｓ４０）としては、たとえば基板表面の研磨工程や、ＧａＮ基板１を所定の厚みにスライスするスライス工程などを実施することができる。

このようにして得られたＧａＮ基板１の表面に、図１２に示すようにＧａＮなどのエピタキシャル層４０を形成することにより、エピタキシャル層付き基板（エピ基板４１）を得ることができる。図１２は、図１に示した本発明によるＧａＮ基板を用いたエピタキシャル層付きの基板を示す斜視模式図である。また、このようなエピ基板４１を用いて、図１３に示すように発光素子を形成することができる。図１３は、本発明によるＧａＮ基板を用いた発光素子を示す断面模式図である。図１３を参照して、本発明によるＧａＮ基板を用いた発光素子を説明する。

図１３に示すように、半導体装置としての発光素子３０は、ＧａＮ基板１上にｎ型のＡｌＧａＮ中間層３１が形成されている。ｎ型のＡｌＧａＮ中間層３１上にはｎ型のＧａＮバッファ層３２が形成されている。ｎＧａＮバッファ層３２上に発光層３３が形成されている。この発光層３３は、たとえばＩｎＧａＮ／ＩｎＧａＮ−ＭＱＷ層（多重量子井戸層）である。この発光層３３上にｐ型のＡｌＧａＮ層３４を形成する。ｐ型のＡｌＧａＮ層３４上にｐ型のＧａＮバッファ層３５が形成されている。そして、ＧａＮ基板１の裏面側（ｎ型ＡｌＧａＮ中間層３１が形成された表面側と反対側の表面）にはｎ電極３６が形成されている。そして、ｐ型のＧａＮバッファ層３５上にはｐ電極３７が形成されている。

このように、本発明によるＧａＮ基板１を用いて発光素子を形成した場合に、発光層３３がＧａＮ基板１のいわゆる半極性面上に形成されているため、発光層３３でのピエゾ電界が低減される。このため、従来のＧａＮ基板の極性面上に発光層が形成されていた発光素子よりも、発光層での発光効率を向上させたり、印加する電流量変化による発光波長のシフト量を小さくすることができる。

上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、この発明の実施の形態を羅列的に挙げて説明する。

この発明に従ったＧａＮ基板１（図１参照）は、主表面を有するＧａＮ基板１であって、図２および図３に示すように低欠陥結晶領域５２と、当該低欠陥結晶領域５２に隣接する欠陥集合領域５１とを備える。低欠陥結晶領域５２と欠陥集合領域５１とは主表面から当該主表面と反対側に位置する裏面にまで延在する。主表面の法線ベクトル２に対し、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している。欠陥集合領域５１の形態は、低欠陥結晶領域５２とほぼ同一方向の単結晶からなり、接する低欠陥結晶領域５２との境界に面状欠陥を有する、あるいは、欠陥集合領域５１は多結晶からなり、接する低欠陥結晶領域５２との境界に結晶粒界を有する、あるいは欠陥集合領域５１は多結晶からなり、接する低欠陥結晶領域５２に対しｃ軸が反転している結晶からなる。さらには、欠陥集合領域５１が伸びている方向５３に対して垂直な面で結晶を切り取り、結晶の断面を観察したとき、下地基板のオフ角とほぼ同じ方向に欠陥集合領域５１が成長とともに延びている。

このようにすれば、面方位［０００１］を１つめのオフ角方向に傾斜させることで、低欠陥結晶領域を有するＧａＮ基板１の主表面を半極性面とした状態で、当該主表面上にエピタキシャル層４０を形成できる。このため、ＧａＮ基板の（０００１）面などの極性面上にエピタキシャル層を形成してＬＥＤなどの発光素子を製造する場合より、寿命などの特性を改善するとともに、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれる発光素子において発光効率を向上させたり、印加する電流量の変化による波長シフト量を小さくすることができる。この結果、当該ＧａＮ基板を用いることで優れた特性を有する発光素子などの半導体装置を安定して製造することができる。

上記ＧａＮ基板１において、主表面の法線ベクトル２に対し面方位［０００１］が傾斜するオフ角方向は、［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。この場合、低欠陥結晶領域を有するＧａＮ基板１の主表面を半極性面にすることで、寿命などの特性が改善するとともに長波長領域での発光効率が向上した発光素子（半導体装置）を得ることができる。

上記ＧａＮ基板１において、主表面の法線ベクトル２に対する面方位［０００１］の、［１−１００］方向または［１１−２０］方向における傾斜角度が２°以上４０°以下であってもよい。また、上記傾斜角度は５°以上４０°以下、より好ましくは１８°以上４０°以下、さらに好ましくは２５°以上４０°以下であってもよい。この場合、ＧａＮ基板１の主表面を半極性面にすることで、長波長領域での発光効率が向上した発光素子（半導体装置）を確実に得ることができる。

上記ＧａＮ基板１において、主表面の法線ベクトル２に対し、面方位[０００１]は互いに異なる２つのオフ角方向に傾斜していてもよい。このようにすれば、面方位［０００１］を１つめのオフ角方向（たとえば図６のベクトルＡＥに示す方向）に傾斜させることで、低欠陥結晶領域５２（図２および図３参照）を有するＧａＮ基板１の主表面を半極性面とした状態で、当該主表面上にエピタキシャル層４０を形成できる。このため、ＧａＮ基板１の（０００１）面などの極性面上にエピタキシャル層４０を形成してＬＥＤなどの発光素子を製造する場合より、寿命などの特性を改善するとともに、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれる発光素子において発光効率を向上させたり、印加する電流量変化による発光波長のシフト量を小さくすることができる。さらに、面方位［０００１］を２つ目のオフ角方向（たとえば図６のベクトルＡＦに示す方向）にさらに傾斜させることにより、ＧａＮ基板１の主表面におけるオフ角分布や面内波長分布のばらつきを制御することができる。さらにＧａＮ基板の裏面も表面とほぼ同じオフ角を有する。その結果、表面ならびに裏面に形成した電極のコンタクト性が向上し、動作開始当初からの動作電圧の増加量を小さくすることができる。この結果、当該ＧａＮ基板１を用いることで優れた特性を有する発光素子などの半導体装置を安定して製造することができる。

上記ＧａＮ基板１において、主表面の法線ベクトル２に対し面方位［０００１］が傾斜する２つのオフ角方向は、図６に示すように［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。この場合、ＧａＮ基板１の主表面を半極性面にすることで、長波長領域での発光効率が向上した発光素子（半導体装置）を得るとともに、ＧａＮ基板１の主表面上にエピタキシャル層４０を形成したときにおける面内波長分布のばらつきを確実に制御することができる。

上記ＧａＮ基板１において、主表面の法線ベクトル２に対する面方位［０００１］の、［１−１００］方向における傾斜角度および［１１−２０］方向における傾斜角度θ１、θ２（図６参照）のうちのいずれか一方は１０°以上４０°以下であってもよく、他方は０．０２°以上４０°以下であってもよい。また、上記２つの傾斜角度のうちいずれか一方を１０°以上４０°以下として、他方を０．０２°以上１０°以下としてもよい。この場合、ＧａＮ基板１の主表面を半極性面にすることで、長波長領域での発光効率が向上した発光素子（半導体装置）を得るとともに、ＧａＮ基板の主表面上にエピタキシャル層４０を形成したときにおける面内波長分布のばらつきを確実に小さくすることができる。

上記ＧａＮ基板１では、主表面における欠陥集合領域５１が、図２に示すように直線状であって互いに平行に延びるように形成されていてもよく、低欠陥結晶領域５２は欠陥集合領域５１の間に形成されていてもよい。この場合、欠陥集合領域５１と低欠陥結晶領域５２とが交互に配置されることになるので、低欠陥結晶領域５２の欠陥を確実に欠陥集合領域５１に集めることができる。このため、低欠陥結晶領域５２の欠陥密度を十分低減することができる。

上記ＧａＮ基板１では、主表面における欠陥集合領域５１が、図３に示すように互いに間隔を隔てて複数個の島状に分散配置するように形成されていてもよく、低欠陥結晶領域５２は欠陥集合領域５１の間に形成されていてもよい。この場合、欠陥集合領域５１が低欠陥結晶領域５２に分散配置された状態になるので、低欠陥結晶領域５２の欠陥を確実に欠陥集合領域５１に集めることができる。このため、低欠陥結晶領域５２の欠陥密度を十分低減することができる。

この発明に従ったエピタキシャル層付き基板（エピ基板４１）（図１２参照）は、上記ＧａＮ基板１と、ＧａＮ基板１の主表面上に形成されたエピタキシャル成長層としてのエピタキシャル層４０とを備える。このようにすれば、当該エピタキシャル層４０はＧａＮ基板１の半極性面上に形成されるので、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれるとともに、寿命などの特性が改善すると同時に発光効率の向上した発光素子などの半導体装置を安定して製造可能なエピ基板４１を提供することができる。

この発明に従った半導体装置（発光素子）は、上記エピ基板４１を用いて製造される。この場合、発光波長が５００ｎｍ以上の長波長領域に含まれるとともに、寿命などの特性が改善すると同時に発光効率が向上し、印加する電流量による波長シフト量が小さい発光素子などの半導体装置を得ることができる。

この発明に従ったＧａＮ基板の製造方法は、以下の工程を備える。すなわち、主表面の法線ベクトルに対し、基準面方位が下地基板側傾斜方向に傾斜している下地基板を準備する工程（下地基板作成工程（Ｓ１１））を実施する。下地基板５の主表面上にパターンを有するマスク層１０を形成する工程（マスクパターン形成工程（Ｓ１２））を実施する。下地基板５のマスク層１０が形成された主表面上にＧａＮ結晶層３を成長させる工程（成膜工程（Ｓ２０））を実施する。ＧａＮ結晶層３から下地基板５を除去することにより、ＧａＮ結晶層３からなるＧａＮ基板１を得る工程（下地基板除去工程（Ｓ３０））を実施する。ＧａＮ基板１は、主表面を有し、主表面の法線ベクトル２に対して、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している。下地基板５における基準面方位の下地基板側傾斜方向での傾斜角度を変更することにより、ＧａＮ基板１における面方位［０００１］のオフ角方向での傾斜角度が調整される。このようにすれば、マスク層１０上に欠陥集合領域５１を形成するとともに、欠陥集合領域５１の間には欠陥密度の低い低欠陥結晶領域５２が形成された、本発明に従ったＧａＮ基板１を容易に得ることができる。また、下地基板５の基準面方位の下地基板側傾斜方向での傾斜角度を変更することにより、ＧａＮ基板１のオフ角方向での傾斜角度を任意に変更したＧａＮ基板１を容易に製造することができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はＧａＡｓ基板であってもよく、基準面方位は［１１１］であってもよい。下地基板側傾斜方向は＜１−１０＞方向または＜１１−２＞方向であってもよい。ＧａＮ基板１のオフ角方向は［１１−２０］方向または［１−１００］方向であってもよい。この場合、下地基板として比較的入手が容易なＧａＡｓ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板の製造コストの低減を図ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はサファイア基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。下地基板側傾斜方向は［１１−２０］方向または［１−１００］方向であってもよい。ＧａＮ基板１のオフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なサファイア基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はＺｎＯ基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１のオフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なＺｎＯ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はＳｉＣ基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１のオフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なＳｉＣ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はＧａＮからなる基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１のオフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であってもよい。この場合、ＧａＮ基板１となるべきＧａＮ結晶層３を形成する下地基板５として同じ材質からなるＧａＮからなる基板を用いることで、ＧａＮ結晶層３の膜質を向上させることができ、優れた膜質のＧａＮ基板１を得ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法では、下地基板５での下地基板側傾斜方向における傾斜角度が２°以上４０°以下であってもよい。この場合、形成されるＧａＮ基板１のオフ角方向における傾斜角度を２°以上４０°以下に調整することができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５を準備する工程（下地基板作成工程（Ｓ１１））では、主表面の法線ベクトルに対し、基準面方位が互いに異なる２つの下地基板側傾斜方向に傾斜していてもよい。ＧａＮ基板１では、主表面の法線ベクトル２に対して、面方位［０００１］が互いに異なる２つのオフ角方向に傾斜していてもよい。下地基板５における上記２つの下地基板側傾斜方向は互いに直交していてもよい。また、ＧａＮ基板１における上記２つのオフ角方向は互いに直交していてもよい。このようにすれば、主表面の法線ベクトル２に対して、面方位［０００１］が互いに異なる２つのオフ角方向に傾斜した本発明に従ったＧａＮ基板１を容易に得ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はＧａＡｓ基板であってもよく、基準面方位は［１１１］であってもよい。２つの下地基板側傾斜方向は＜１−１０＞方向および＜１１−２＞方向であってもよい。ＧａＮ基板１の２つのオフ角方向は［１１−２０］方向および［１−１００］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なＧａＡｓ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

上記ＧａＮ基板の製造方法において、下地基板５はサファイア基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。２つの下地基板側傾斜方向は［１１−２０］方向および［１−１００］方向であってもよい。ＧａＮ基板１の２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なサファイア基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

前記ＧａＮ基板の製造方法では、下地基板５はＺｎＯ基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１の２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なＺｎＯ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

前記ＧａＮ基板の製造方法では、下地基板５はＳｉＣ基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１の２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。この場合、下地基板５として比較的入手が容易なＳｉＣ基板を用いることで、本発明によるＧａＮ基板１を製造することができるので、ＧａＮ基板１の製造コストの低減を図ることができる。

前記ＧａＮ基板の製造方法であって、下地基板５はＧａＮからなる基板であってもよく、基準面方位は［０００１］であってもよい。２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。ＧａＮ基板１の２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であってもよい。この場合、ＧａＮ基板１となるべきＧａＮ結晶層を形成する下地基板５として同じ材質からなるＧａＮからなる基板を用いることで、ＧａＮ結晶層３の膜質を向上させることができ、優れた膜質のＧａＮ基板１を得ることができる。

前記ＧａＮ基板の製造方法では、下地基板５での２つの下地基板側傾斜方向における傾斜角度の一方が１０°以上４０°以下であり、他方が０．０２°以上４０°以下であってもよい。この場合、形成されるＧａＮ基板１の２つのオフ角方向における傾斜角度を１０°以上４０°以下および０．０２°以上４０°以下に調整することができる。

前記ＧａＮ基板の製造方法では、マスク層１０のパターンは、図９に示すような互いに間隔を隔てて平行に延びる複数の直線状部からなるパターンであってもよい。この場合、マスク層１０の直線状部上にＧａＮ結晶層３の転位などの欠陥が集まることにより欠陥集合領域５１が形成されるので、主表面における欠陥集合領域５１が、直線状であって互いに平行に延びるように（いわゆるストライプ状に）形成された本発明によるＧａＮ基板１を容易に得ることができる。また、マスク層１０のパターンにおける直線状部の延在方向と、下地基板側傾斜方向とは、下地基板上に成長するＧａＮ基板の欠陥集合領域５１の延在方向が［１−１００］方向、ＧａＮ結晶の面方位［０００１］の傾く方向が［１１−２０］となるようにパターンを形成することが好ましい。このようにすれば、ＬＤを作製する際、（１−１００）面でへき開したときに、相対するへき開面同士が平行になりレーザ共振面を作製する上で好ましい。

前記ＧａＮ基板の製造方法では、マスク層１０のパターンは、図１０に示すように互いに間隔を隔てて分散配置された複数個の島状部からなるパターンであってもよい。この場合、マスク層１０の分散配置された島状部上にＧａＮ結晶層３の転位などの欠陥が集まることにより欠陥集合領域５１が形成されるので、主表面における欠陥集合領域５１が低欠陥結晶領域５２に分散配置された本発明によるＧａＮ基板１を容易に得ることができる。

次に、本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。すなわち、本発明に従ったＧａＮ基板を作製し、当該ＧａＮ基板を用いて発光素子を作製した。そして、ＧａＮ基板および当該発光素子について後述するように発光光の波長と供給される電流量との関係などを測定した。また、比較のため、主表面がｃ面となっているＧａＮ基板、および主表面がｍ面となっているＧａＮ基板を準備し、同様にこれらのＧａＮ基板を用いて比較例としての発光素子を形成した。そして、これらの比較例の発光素子についても、同様の特性について測定を行なった。以下、実験の内容を具体的に説明する。

（１） ＧａＮ基板の準備
（１−１） 本発明のＧａＮ基板の準備
下地基板：
ＧａＡｓ基板を下地基板として用いた。ただし、当該下地基板の表面の法線ベクトルに対し、結晶方位［１１１］が＜１−１０＞方向に１８°傾斜し、さらに＜１１−２＞方向に０．０３°傾斜している２インチのＧａＡｓ基板を用いた。そして、この下地基板の表面には、図９に示したストライプ状のパターンを有するマスク層を形成した。このマスク層は酸化シリコン（ＳｉＯ₂）からなる。マスク層１０では、線状パターンの幅Ｗ１を５０μｍ、開口部の幅Ｗ２を５５０μｍとし、線状パターンのストライプピッチＰを６００μｍとした。また、マスク層１０の厚みは０．１μｍとした。また、マスク層１０の延在方向は、＜１−１０＞方向とした。

成膜条件：
上述した下地基板の表面上に、以下のような条件でＧａＮ結晶層を形成した。すなわち、図１１に示した成膜装置２０を用いて、ＨＶＰＥ法により下地基板の表面上にＧａＮ結晶層を形成した。下地基板の表面上のＧａＮ結晶の成長工程では、初め比較的低温で薄いバッファ層を成長させる。その後、バッファ層上に比較的高温で、厚いＧａＮエピタキシャル層を成長させる。バッファ層の成膜条件は、成膜温度を５００℃、ＨＣｌの分圧を１×１０^-3ａｔｍ（１００Ｐａ）、ＮＨ₃の分圧を０．１ａｔｍ（１００００Ｐａ）、成膜時間を６０分、成膜したバッファ層の厚みを６０ｎｍとした。また、バッファ層上に形成したＧａＮエピタキシャル層の成膜条件は、成膜温度を１０３０℃、ＨＣｌの分圧を３×１０^-2ａｔｍ（３０００Ｐａ）、ＮＨ₃の分圧を０．２ａｔｍ（２００００Ｐａ）、ｎ型ドーパントとしてＳｉをドーピングしながら成膜時間を１００時間、成膜したエピタキシャル層の厚みを１０ｍｍとした。

その後、機械研削機を用いて成膜したＧａＮ膜からＧａＡｓ基板を除去した。このようにして、１０ｍｍの厚みの自立ＧａＮ基板を得た。そして、このＧａＮ基板を、ワイヤーソウを用いて厚み４００μｍにスライスし、さらに表面を研磨することにより１０枚の２インチＧａＮ基板を得た。

（１−２） 比較例のＧａＮ基板の準備
主表面がｃ面となっているＧａＮ基板：
基本的に、上述した本発明によるＧａＮ基板と同様の製造方法により製造したが、用いた下地基板としてのＧａＡｓ基板が、その主表面の法線ベクトルに対して結晶方位［１１１］が平行になっている点が異なる。このような下地基板を用いることにより、得られた自立ＧａＮ基板では主表面の法線ベクトルと結晶方位［０００１］とが平行になっており、当該主表面は（０００１）面（ｃ面）と平行になっている。

主表面がｍ面となっているＧａＮ基板：
上記した主表面がｃ面となっているＧａＮ基板から、その主表面に対して垂直方向に厚さ４００μｍの基板を切出すことにより、主表面がｍ面となっているＧａＮ基板を準備した。

（２） 発光素子の形成
得られた本発明の実施例および比較例のＧａＮ基板の表面上に、エピタキシャル層を堆積し、さらに電極を形成、素子ごとに分割することによって、図１３に示すような発光素子を形成した。なお、発光素子のｎ型ＡｌＧａＮ中間層３１の厚みは５０ｎｍ、ｎ型ＧａＮバッファ層３２の厚みは２μｍ、発光層３３の厚みは５０ｎｍ、ｐ型ＡｌＧａＮ層３４の厚みは２０ｎｍ、ｐ型ＧａＮコンタクト層３５の厚みは５０ｎｍ、とした。また、ｎ電極３６としてはＡｌ／Ｔｉを用い、その厚みはそれぞれＡｌ：５００ｎｍ、Ｔｉ：５０ｎｍとした。また、ｐ電極３７については、材料をＰｔ／Ｔｉとし、厚みをＰｔ：５００ｎｍ、Ｔｉ：５０ｎｍとした。ｎ電極としては他に、Ａｕ／Ｇｅ／Ｎｉ（各厚み５００ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍ）、Ｐｔ／Ｔｉ（各厚み５００ｎｍ／５０ｎｍ）、Ａｕ／Ｔｉ（各厚み５００ｎｍ／５０ｎｍ）、ｐ電極としては他にＰｔ（厚み５００ｎｍ）、Ｎｉ（厚み５００ｎｍ）としてもよい。このような発光素子は、発光層３３としてＩｎＧａＮを含んでいるため、青色領域よりも波長の長い緑色領域の光を出射する。

（３） 測定内容
上述のようにして得られたＧａＮ基板について、当該基板のオフ角（ＧａＮ基板の表面の法線ベクトルに対する、面方位［０００１］の傾斜方向および傾斜角度）を測定した。また、当該オフ角の値の面内分布も測定した。また、ＧａＮ基板について転位密度も測定した。さらに、形成した発光素子について、発光波長と電流量との関係を測定した。

（３−１） 測定方法
ＧａＮ基板のオフ角およびオフ角の値の分布の測定：
ＧａＮ基板のオフ角は、２結晶ＸＲＤ（X-ray diffraction）装置を用いて、スリットサイズ縦横ともに２００μｍで測定した。また、ＧａＮ基板内のオフ角の値の分布は、ＧａＮ基板の主表面について、基板の中心と、当該中心から＜１−１００＞方向ならびに＜１１−２０＞方向に各２０ｍｍ離れた４点の合計５点において上記ＸＲＤ装置を用いてオフ角の測定を行なった。中心から２０ｍｍ離れた４点の値と中心の値の差の絶対値の最大値をオフ角の分布の値とした。また、ＸＲＤでの測定精度は±０．０１°である。

ＧａＮ基板の転位密度の測定：
ＧａＮ基板について、ＳＥＭを用いたＣＬ（カソードルミネッセンス）を用いて、上記ＸＲＤと同じ５点について□１００μｍ内部の暗い点を数えて測定を行なった。

発光素子の発光光の波長と供給される電流量との測定：
作成した発光素子について、供給する電流の値を変更しながら、同時に発光素子から出射される光の波長を測定した。具体的には、室温で発光素子にパルス電流を印加して発光スペクトルを測定した。

（４） 測定結果
ＧａＮ基板のオフ角：
ＧａＮ基板のオフ角は、表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］が、［１１−２０］方向にほぼ１８°傾斜したオフ角を示した。また、［１−１００］方向にほぼ０．０５°傾斜したオフ角を示した。また、この［１１−２０］方向におけるオフ角の面内分布は、当該基板の面内においてオフ角の分布が±０．５°（−１７．５〜１８．５°）の範囲に入っていた。また、［１−１００］方向におけるオフ角の面内分布は、当該基板の面内においてオフ角の分布が±０．３°の範囲に入っていた。

また、ＧａＮ基板の主表面における欠陥集合領域の幅は４５μｍであり、低欠陥結晶領域の幅は４５５μｍであった。また、欠陥集合領域の延在方向は、[１−１００]方向であった。なお、上記欠陥集合領域などの延在方向や幅については、蛍光顕微鏡やＸＲＤを用いて測定を行なった。

ＧａＮ基板の転位密度：
ＧａＮ基板の転位密度を測定したところ、当該転位密度はどの試料についても１×１０⁷（／ｃｍ²）以下であった。

発光素子の発光光の波長と供給される電流量との関係：
本発明の実施例の発光素子の波長と電流量との関係は、発光素子に供給される電流量が大きくなるに従って出射される光の波長が短波長側にシフトしているものの、そのシフト量はほぼ７ｎｍ程度であった。これは、従来のＧａＮ基板、すなわち基板表面とＧａＮのｃ面とがほぼ平行になっているｃ面基板を用いて製造した比較例の発光素子における波長のシフト量が２０ｎｍ程度であるのに比べて小さくなっている。なお、ｍ面基板を用いて製造した比較例の発光素子の場合は、ほとんど波長のシフトが起きなかった。これはｍ面が無極性面であるため、発光層において内部電界の発生が無いと考えられるためである。

本発明の効果を確認するため、以下のような実験を行なった。すなわち、後述する実施例の試料ＩＤ１〜６６および比較例の試料ＩＤ１〜５のＧａＮ基板を作成し、これらのＧａＮ基板の試料についてオフ角方向およびオフ角、さらにオフ角の面内分布、転位密度を測定した。さらに、各ＧａＮ基板を用いて発光素子を形成し、当該発光素子について投入電流値を変更することによる発光波長の変化量（ブルーシフト（Ｂｌｕｅ ｓｈｉｆｔ）：Δλ）、１０００時間経過時点での動作電圧の増加量（ΔＶ_ｏｐ）、ＧａＮ基板の面内における発光波長分布（σ）を測定した。以下、実験の内容を具体的に説明する。

（１） ＧａＮ基板の準備
全試料（実施例の試料ＩＤ１〜６６および比較例の試料ＩＤ１〜５）について、上述した実施例１におけるＧａＮ基板の製造方法と基本的に同様の製造方法を用いてＧａＮ基板を得た。

下地基板：
実施例の試料ＩＤ１〜６０および比較例の試料ＩＤ１〜５については、ＧａＮ基板を形成するための下地基板としてＧａＡｓ基板を用いた一方、実施例の試料ＩＤ６１〜６６については、下地基板としてＧａＡｓとは異なる材料の基板を用いた。具体的には、実施例の試料ＩＤ６１、６２および６６について、下地基板としてサファイア基板を用い、実施例の試料ＩＤ６３〜６５のそれぞれについて、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板およびＧａＮ基板を用いた。各下地基板については、形成されるＧａＮ基板のオフ角方向が１方向または２方向になるように、ＧａＮ結晶膜が形成される主表面の法線方向に対して、面方位［０００１］が１方向または２方向に傾斜する傾斜角（オフ角）が適宜設定されている。

具体的には、ＧａＡｓ基板については、形成されるＧａＮ結晶膜の表面に対してＧａＮの面方位［０００１］が［１１−２０］方向および［１−１００］方向にそれぞれ傾斜するように、ＧａＡｓ基板の主表面の法線ベクトルに対して面方位［１１１］が＜１−１０＞方向および＜１１−２＞方向に傾斜している。各方向（オフ角方向）での傾斜角度（＜１−１０＞方向のオフ角θ１および＜１１−２＞方向のオフ角θ２）は、それぞれ各試料ごとに変更されている。

また、サファイア基板については、形成されるＧａＮ結晶膜の表面に対してＧａＮの面方位［０００１］が［１−１００］方向および［１１−２０］方向にそれぞれ傾斜するように、サファイア基板の主表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］が［１１−２０］方向および［１−１００］方向に傾斜している。各方向（オフ角方向）での傾斜角度（［１１−２０］方向でのオフ角θ１および［１−１００］方向でのオフ角θ２）は、試料ＩＤ６１についてはθ１＝θ２＝２６°、試料ＩＤ６２についてはθ１＝θ２＝４０°に設定した。

また、ＺｎＯ基板については、ＺｎＯ基板の主表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］が［１−１００］方向および［１１−２０］方向に傾斜している。各方向（オフ角方向）での傾斜角度（［１−１００］方向でのオフ角θ１および［１１−２０］方向でのオフ角θ２）は、θ１＝θ２＝２６°に設定した。

また、ＳｉＣ基板については、ＳｉＣ基板の主表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］が［１−１００］方向および［１１−２０］方向に傾斜している。各方向（オフ角方向）での傾斜角度（［１−１００］方向でのオフ角θ１および［１１−２０］方向でのオフ角θ２）は、θ１＝θ２＝２６°に設定した。

また、実施例の試料ＩＤ６５の下地基板であるＧａＮ基板については、ＧａＮ基板の主表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］が［１−１００］方向および［１１−２０］方向に傾斜している。各方向（オフ角方向）での傾斜角度（［１−１００］方向でのオフ角θ１および［１１−２０］方向でのオフ角θ２）は、θ１＝θ２＝２６°に設定した。なお、このＧａＮ基板は試料ＩＤ５７において得られたＧａＮ基板を用いた。

また、実施例の試料ＩＤ１〜６５および比較例の試料ＩＤ１〜５について、下地基板の主表面上には実施例１の場合と同様に図９に示したストライプ状のパターンを有するマスク層を形成した。マスク層の厚みや線状パターンのサイズなどは、実施例１におけるマスク層と同様である。また、実施例の試料ＩＤ６６については、下地基板の主表面上には図１０に示したドット状のパターンを有するマスク層を形成した。当該マスク層について、島状のマスク層（ドット状のマスク層）の平面形状は円形状であり、その直径は５０μｍとし、ドット状のマスク層の間の距離（ドット状のマスク層の中心間の距離）は６００μｍとした。

成膜条件：
上述した下地基板の表面上に、後述する表１〜表１６に示すような条件でＧａＮ結晶層を形成した。すなわち、図１１に示した成膜装置２０を用いて、ＨＶＰＥ法により下地基板の表面上にＧａＮ結晶層を形成した。下地基板の表面上のＧａＮ結晶の成長工程では、初め比較的低温で薄いバッファ層を成長させる。その後、バッファ層上に比較的高温で、厚いＧａＮエピタキシャル層を成長させる。バッファ層の成膜条件は、後述する表１〜表１６に示すとおりとした。なお、下地基板としてＧａＮからなる基板を用いた試料ＩＤ６５については、バッファ層の成長は行なわず、下地基板上に直接ＧａＮエピタキシャル層を成長させた。

その後、研削により成膜したＧａＮ膜からＧａＡｓ基板などの下地基板を除去した。このようにして、１０ｍｍの厚みの自立ＧａＮ基板を得た。そして、このＧａＮ基板を、ワイヤーソウを用いて厚み４００μｍにスライスし、さらに表面を研磨することにより１０枚の２インチＧａＮ基板を得た。

（２） 発光素子の形成
得られた実施例の試料ＩＤ１〜６６および比較例の試料ＩＤ１〜５のＧａＮ基板の表面上に、エピタキシャル層を堆積し、さらに電極を形成し、素子ごとに分割することによって、図１３に示すような発光素子を形成した。なお、発光素子の各層の組成や厚みなどは、実施例１における発光素子と同様とした。

（３） 測定
上述のようにして得られたＧａＮ基板について、当該基板のオフ角（ＧａＮ基板の表面の法線ベクトルに対する、面方位［０００１］の［１−１００］方向での傾斜角度（オフ角度θａ）および［１１−２０］方向での傾斜角度（オフ角度θｂ））を測定した。また、当該オフ角の値の面内分布も測定した。また、ＧａＮ基板について転位密度も測定した。さらに、形成した発光素子について、発光波長と電流量との関係を測定した。各データの測定方法は以下のとおりである。

ＧａＮ基板のオフ角およびオフ角の値の分布の測定：
ＧａＮ基板のオフ角は、ＸＲＤ（X-ray diffraction）装置を用いて、実施例１におけるオフ角の測定方法と同様の方法により測定した。また、ＧａＮ基板の面内でのオフ角の分布についても、実施例１における測定方法と同様の測定方法を用いて測定した。

ＧａＮ基板の転位密度の測定：
ＧａＮ基板について、ＳＥＭに取り付けたＣＬを用いて、実施例１における測定方法と同様の測定方法を用いて転位密度を測定した。

発光素子の発光波長の変化量（ブルーシフト：Δλ）の測定：
作成した発光素子について、供給する電流の値を変更しながら、同時に発光素子から出射される光の波長を測定した。具体的な測定方法は実施例１における測定方法と同様である。そして、発光素子に供給する電流の値が十分大きな値（具体的には２００ｍＡ）になったときの発光波長と、電流が１０ｍＡのときの発光波長との差異をブルーシフト（Ｂｌｕｅ ｓｈｉｆｔ：Δλ（単位：ｎｍ））とした。

発光素子の１０００時間経過時点での動作電圧の増加量（ΔＶ_ｏｐ）の測定：
作成した発光素子について、温度８０℃で、発光素子に１００ｍＡの電流を通電させるために必要な電圧を、動作開始当初での動作電圧と、１０００時間動作させた後の動作電圧として測定し、その増加分をΔＶ_ｏｐ（単位：Ｖ）とした。

ＧａＮ基板の面内における発光波長分布（σ）の測定：
発光素子を形成するため、表面にエピタキシャル層を形成したＧａＮ基板について、面内の波長分布を測定した。具体的な測定方法としては、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極を形成し、エピタキシャル層上にｐ電極を形成した後、基板の中心と、当該中心から＜１−１００＞方向および＜１１−２０＞方向に各２０ｍｍ離れた４点の合計５点から、□５００μｍの発光素子を各点につき１０個づつ取出した。この結果得られた合計５０個の発光素子について、室温でパルス電流を印加して発光スペクトルを測定し、各点ごとに発光波長の平均値を算出した。そして、中心と他の４点とのそれぞれについての上記発光波長の平均値（５つのデータ）において、データの差の絶対値のうちもっとも大きい値を波長分布とした（単位はｎｍ）。

（４） 測定結果
以下、測定結果を示す。

試料ＩＤ１〜１９は、それぞれ下地基板について、主表面の法線ベクトルに対して基準面方位［１１１］を１つの方向（＜１−１０＞方向または＜１１−２＞方向）のみに傾斜させている。このため、形成されるＧａＮ基板においても、基本的に主表面の法線ベクトルに対して面方位［０００１］は［１１−２０］方向または［１−１００］方向に大きく傾斜している。

表１および表２から分かるように、下地基板のオフ角θ１またはθ２を２°以上４０°以下にした場合（つまりＧａＮ基板のオフ角θａまたはθｂを２°以上４０°以下にした場合）、より好ましくは下地基板のオフ角θ１またはθ２を５°以上４０°以下にした場合（つまりＧａＮ基板のオフ角θａまたはθｂを５°以上４０°以下にした場合）ブルーシフトの値が小さくなっていることが分かる。

表３および表４は、下地基板のオフ角θ１およびθ２の一方を１０°に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を１０°前後に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合）の測定結果を示している。表３および表４に示した実施例の試料では、表１および表２に示した比較例や実施例の試料に比べて、ＧａＮ基板のオフ角面内分布Δθａ、Δθｂや、動作電圧の増加量（ΔＶ_ｏｐ）、さらに面内波長分布（σ）が小さくなっていることがわかる。この原因は明確ではないが、２つの方向についてオフ角を有する下地基板（ＧａＡｓ基板）を用いてＧａＮ結晶層を成長させると、下地基板からの構成成分の一部の外部への放出（たとえばＧａＡｓ基板の場合であればＡｓの放出）が抑制され、結果的に形成されるＧａＮ結晶層の結晶に歪が入ることが抑制されるためであるとも思われる。この結果、得られたＧａＮ基板のオフ角面内分布Δθａ、Δθｂや、面内波長分布（σ）が小さくなっていると思われる。

表５および表６は、下地基板のオフ角θ１およびθ２の一方を１８°に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を１８°前後に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合）の測定結果を示している。

表７および表８は、下地基板のオフ角θ１およびθ２の一方を２５°に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を２５°前後に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合）の測定結果を示している。

表９および表１０は、下地基板のオフ角θ１およびθ２の一方を２８°に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を２８°前後に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合）の測定結果を示している。

表１１および表１２は、下地基板のオフ角θ１およびθ２の一方を４０°に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を４０°前後に固定し、他方を０．０２°以上１０°以下にした場合）の測定結果を示している。

表１３および表１４では、下地基板のオフ角θ１およびθ２を２６°以上４５°以下（具体的には２６°、４０°、４５°）の範囲で変更した場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂを２６°以上４５°以下の範囲で変更した場合）を示している。表１４から分かるように、下地基板のオフ角θ１およびθ２のいずれか一方を４０°以上（具体的には４５°）にした場合、ＧａＮ結晶層を形成することができなかった。一方、下地基板のオフ角θ１およびθ２を４０°以下とした場合（つまり、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂを４０°以下とした場合）、いずれも表１および表２に示した比較例や参考例に比べて、ＧａＮ基板のオフ角面内分布Δθａ、Δθｂや、動作電圧の増加量（ΔＶｏｐ）、さらに面内波長分布（σ）が小さくなっている。

上記の表３〜表１４に示した実施例の試料（具体的には、ＧａＮ基板のオフ角θａおよびθｂの一方を１０°以上４０°以下、他方を０．０２°以上４０°以下とした試料）は、表１および表２に示した比較例や実施例の試料に比べて、ＧａＮ基板のオフ角面内分布Δθａ、Δθｂや、動作電圧の増加量（ΔＶｏｐ）、さらに面内波長分布（σ）が小さくなっている。

表１５および表１６は、下地基板としてＧａＡｓ以外の材料からなる基板を用いた場合の試料について、ＧａＮの成膜条件や測定結果を示している。これらの試料ＩＤ６１〜６６の測定結果から分かるように、これらのＧａＡｓ基板以外の基板（サファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板およびＧａＮ基板）を下地基板として用いても、ＧａＡｓ基板を下地基板として用いた場合と同様に２つのオフ角方向に面方位［０００１］が傾斜したＧａＮ基板を製造することができる。そして、得られたＧａＮ基板および当該ＧａＮ基板を用いて製造された発光素子は、ＧａＡｓ基板を下地基板として用いて製造されたＧａＮ基板および当該ＧａＮ基板を用いて製造された発光素子と同様の特性を示している。なお、表には記載していない、ＧａＡｓと同様のオフ角を有するサファイア基板、ＺｎＯ基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板を用いて作製したＧａＮ基板および当該ＧａＮ基板を用いて製造された発光素子も、表１から表１４に示した特性と同様の特性を示した。

また、実施例の試料ＩＤ６６では、下地基板の主表面に形成されたマスク層がドット状であったため、形成されたＧａＮ基板では当該ドット状のマスク層上に図３に示すような欠陥集中領域が形成され、その欠陥集中領域の周囲に低欠陥結晶領域が形成されていた。上述した各試料では、低欠陥結晶領域を利用して発光素子を形成した。

本発明によるＧａＮ基板について、以下のような測定を行なった。
（１） ＧａＮ基板の準備
実施例の試料ＩＤ２５、ＩＤ４１のＧａＮ基板を準備した。当該ＧａＮ基板の製造方法は、実施例２で示した方法と同様である。なお、試料ＩＤ２５のＧａＮ基板は、下地基板（ＧａＡｓ基板）の[１１−２０]方向におけるオフ角θ１が１８°である（表５参照）。また、試料ＩＤ４１のＧａＮ基板は、下地基板（ＧａＡｓ基板）の[１１−２０]方向におけるオフ角θ１が２８°である（表９参照）。

（２） 測定
上記試料ＩＤ２５、４１のＧａＮ基板について、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法を用いて転位密度を測定した。測定方法としては、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡：Scanning Electron Microscope）に装着したＣＬを用いて、ＧａＮ基板の表面において暗点として観察される欠陥の数を測定した。測定位置は、図１４に示すように、ＧａＮ基板の表面における欠陥集合領域５１から隣の欠陥集合領域５１まで、ＧａＮオフ方向側の領域６２（隣接する欠陥集合領域５１の間の領域において、ＧａＮの面方位[０００１]が傾斜する方向側（下流側）の領域）と、ＧａＮオフ方向反対側の領域６１(隣接する欠陥集合領域５１の間の領域において、ＧａＮの面方位[０００１]が傾斜する方向側と反対側（上流側）の領域）とのそれぞれにおいて、５０μｍ×５０μｍの領域での暗点として観察される欠陥の数を測定した。ここで、図１４は、上述した測定対象のＧａＮ基板を示す模式図であり、図１４（ａ）はＧａＮ基板の平面模式図を、また、図１４（ｂ）は対応する断面模式図を示している。図１４に示すように、ＧａＮ基板の表面には複数の線状にのびる欠陥集合領域５１が配置されている。これらの欠陥集合領域は互いに平行に延びている。また、ＧａＮ基板の厚み方向においては、図１４（ｂ）に示すようにＧａＮ基板の主表面に対して傾斜するように欠陥集合領域５１は延在している。

また、隣接する欠陥集合領域５１の間には、Ｃ面成長部６０が配置されている。Ｃ面成長部６０は、Ｃ面を保持しながら成長した領域であって、蛍光顕微鏡で観察した場合に明部として検出することができる。Ｃ面成長部６０は、欠陥集合領域５１に沿って延在するように形成されている。

（３） 測定結果
測定の結果、ＧａＮオフ方向側の領域６２とＧａＮオフ方向反対側の領域６１とで欠陥密度を比較すると、ＧａＮオフ方向側の領域６２における欠陥密度の方が、ＧａＮオフ方向反対側の領域６１における欠陥密度より小さいことがわかった。具体的には、試料ＩＤ２５のＧａＮ基板について、オフ方向側の領域６２における測定データ（欠陥集合領域５１から１００μｍ離れた領域での欠陥密度データ）で欠陥密度は１．６×１０^５／ｃｍ^２であったのに対し、オフ方向反対側の領域６１における測定データ（欠陥集合領域５１から１００μｍ離れた領域での欠陥密度データ）で欠陥密度は４．２×１０^５／ｃｍ^２であった。

また、試料ＩＤ４１のＧａＮ基板について、オフ方向側の領域６２における測定データ（欠陥集合領域５１から１００μｍ離れた領域での欠陥密度データ）で欠陥密度は１．１×１０^５／ｃｍ^２であったのに対し、オフ方向反対側の領域６１における測定データ（欠陥集合領域５１から１００μｍ離れた領域での欠陥密度データ）で欠陥密度は６．２×１０^５／ｃｍ^２であった。

上記実施例３において測定対象とした試料ＩＤ２５、試料ＩＤ４１のＧａＮ基板を用いて、以下のようにレーザダイオード（ＬＤ）を作成し、当該ＬＤについて寿命試験を行なった。

（１） 試料
上記試料ＩＤ２５、試料ＩＤ４１のＧａＮ基板を用いて、図１５に示すようなＬＤを作成した。作成方法は以下のとおりである。なお、図１５は、実施例４において形成したレーザダイオード（ＬＤ）の構成を示す断面模式図である。

厚さ４００μｍのＧａＮ基板１（図１５参照）（試料ＩＤ２５、試料ＩＤ４１のＧａＮ基板）の表面にＭＯＣＶＤ法により、ＩＩＩ族窒化物半導体層をエピタキシャル成長させた。ＩＩＩ族窒化物半導体層としては、具体的には、Ｓｉをドープした、厚さが０．０５μｍのｎ型ＧａＮバッファ層７１（図１５参照）をまずＧａＮ基板の表面上に形成した。当該ｎ型ＧａＮバッファ層上に、Ｓｉをドープした、厚さが１．０μｍのｎ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎクラッド層７２（図１５参照）を形成した。当該ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層７２上に、Ｓｉをドープした、厚さが０．１μｍのｎ型ＧａＮ光導波層７３（図１５参照）を形成した。ｎ型ＧａＮ光導波層７３上に、アンドープの厚さ３ｎｍのＩｎ_０．１５Ｇａ_０．８５Ｎ層と、厚さが６ｎｍのＩｎ_０．０３Ｇａ_０．９７Ｎ層とを５回繰り返した多重量子井戸構造の活性層７４（図１５参照）を形成した。当該活性層７４上に、アンドープの、厚さが０．０１μｍのＡｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎ劣化防止層７５（図１５参照）を形成した。このＡｌＧａＮ劣化防止層７５上に、マグネシウム（Ｍｇ）をドープした、厚さが１０ｎｍのｐ型Ａｌ_０．２Ｇａ_０．８Ｎキャップ層７６（図１５参照）を形成した。このｐ型ＡｌＧａＮキャップ層７６上に、Ｍｇをドープした、厚さが０．１μｍのｐ型ＧａＮ光導波層７７（図１５参照）を形成した。このｐ型ＧａＮ光導波層７７上に、Ｍｇをドープした、厚さが０．３μｍのｐ型Ａｌ_０．０８Ｇａ_０．９２Ｎクラッド層７８を形成した。当該ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７８上に、Ｍｇをドープした、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９を形成した。

このようにＩＩＩ族窒化物半導体層を順次エピタキシャル成長させた後、当該ＧａＮ基板をＭＯＣＶＤ装置から取り出した。続いて、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９の上部表面全面に、絶縁膜として厚さが０．１μｍのＳｉＯ_２膜をＣＶＤ法で形成した。この後、ＳｉＯ_２膜上にリソグラフィによりリッジ部の形状に対応したパターンを形成した。

リッジ部は、図１４に示すように蛍光顕微鏡で観察して明部（Ｃ面成長部６０）に対して、ＧａＮオフ方向側の領域６２とＧａＮオフ方向反対側の領域６１にそれぞれ形成できるようにパターニングを行った。
次に、このＳｉＯ_２膜をマスクとしてＲＩＥ法によりｐ型ＡｌＧａＮクラッド層７８の厚さ方向の所定の深さまでエッチングを行うことにより、＜１−１００＞方向に延在するリッジを形成した。このリッジの幅は２μｍである。このＲＩＥのエッチングガスとしては塩素系ガスを用いた。

次に、リッジを形成するためのエッチングマスクとして用いたＳｉＯ_２膜をエッチングにより除去した後、基板全面にＣＶＤ法を用いて、絶縁膜として厚さが０．３μｍのＳｉＯ_２膜８０（図１５参照）を成膜した。続いて、リソグラフィによりｐ電極形成領域を除いた領域のＳｉＯ_２膜８０の表面を覆うレジストパターンを形成した。このレジストパターンをマスクとしてＳｉＯ_２膜８０をエッチングすることにより、ＳｉＯ_２膜８０においてｐ電極が形成されるべき領域であるｐ電極用開口部を形成した。

次に、レジストパターンを残したままの状態で、基板全面に真空蒸着法によりｐ電極となるべき金属膜を形成したのち、レジストパターン上に形成した当該金属膜をレジストパターンとともに除去した（リフトオフ）。この結果、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９上のみにｐ電極３７（図１５参照）が形成された。

さらに、レーザダイオードをチップに分離しやすくするため、ｐ型ＧａＮコンタクト層７９側の基板面を研磨用のホルダにはり付けた後、平均粒径３０μｍのＳｉＣ砥粒を含むスラリーを使用してＧａＮ基板の裏面（ＩＩＩ族窒化物半導体層が形成された主表面と反対側の面）を研磨した。この研磨工程では、ＧａＮ基板は厚さが４００μｍから１００μｍになるまで研磨を行なった。

次に、ＧａＮ基板の裏面にｎ電極３６（図１５参照）を形成した。その後、素子領域の輪郭線に沿って、上述のようにしてレーザ構造が形成されたＧａＮ基板のスクライビングを劈開により行なってバー状に加工した。この結果、バー状に加工されたチップの集合体（チップアレイ）では、一対の共振器端面が形成された。次に、これらの共振器端面に端面コーティングを施した後、再びこのチップアレイ（レーザバー）のスクライビングを劈開などにより行なって個々のチップにレーザダイオードを分離した（チップ化した）。このようにして、図１５に示したレーザダイオードが得られた。

なお、得られたレーザダイオードは、リッジ部がＣ面成長部６０に対してＧａＮオフ方向側の領域６２に形成されたレーザダイオード（試料グループＡ）と、リッジ部がＣ面成長部６０に対してＧａＮオフ方向反対側の領域６１に形成されたレーザダイオード（試料グループＢ）とに分けられる。

（２） 測定
得られたレーザダイオードについて、寿命試験を行なった。具体的には、雰囲気温度９０℃、光出力１０ｍＷ（低出力ＬＤ用試験）ならびに光出力１００ｍＷ（高出力ＬＤ用試験）という条件でレーザ発振を行ない、定光出力駆動時の電流値が１．２倍になるまでの時間を測定した。そして、当該時間が３千時間以上であれば合格と判定した。

（３） 測定結果
光出力１０ｍＷの条件でレーザ発振を行なった（低出力ＬＤ用試験の）結果は、ＧａＮオフ方向側の領域６２（図１４参照）にリッジを作成したレーザダイオード（ＬＤ）チップ（試料グループＡ）、ならびにＧａＮオフ方向反対側の領域６１（図１４参照）にリッジを作成したＬＤチップ（試料グループＢ）の合格率はともに８５％以上であった。

次に、光出力１００ｍＷの条件でレーザ発振を行なった（高出力ＬＤ用試験の）結果は、ＧａＮオフ方向側の領域６２（図１４参照）にリッジを作成したＬＤチップ（試料グループＡ）の合格率は８２％となり、ＧａＮオフ方向反対側の領域６１（図１４参照）にリッジを作成したＬＤチップ（試料グループＢ）の合格率は６１％であった。

また、発明者は他の実施例の試料であるＧａＮ基板についても、オフ方向側の領域、およびオフ方向反対側の領域にＬＤを作製したが、いずれもオフ方向側に作製したＬＤチップの方の合格率が高かった。したがって、欠陥集合領域５１の間に複数のＬＤチップを作成する場合には、オフ方向側の領域６２に高出力ＬＤを、オフ方向反対側の領域６１に低出力ＬＤを作製すればよい。あるいは欠陥集合領域５１の間に１つのＬＤチップを作成する場合には、オフ方向側の領域６２にＬＤのリッジを設ければ、優れた特性のＬＤを得ることができる。

なお、ここでオフ方向側の領域とは、ＧａＮ基板において隣接する欠陥集合領域５１の間の領域における、当該ＧａＮ基板の面方位［０００１］が傾斜しているオフ角方向側の領域を意味し、たとえば隣接する欠陥集合領域５１の間の領域のオフ角方向における中央部よりオフ角方向側（面方位［０００１］の傾斜している側）の領域を言う。また、オフ方向反対側の領域とは、ＧａＮ基板において隣接する欠陥集合領域５１の間の領域における、当該ＧａＮ基板の面方位［０００１］が傾斜しているオフ角方向側と反対側の領域を意味し、たとえば欠陥集合領域５１の間の領域のオフ角方向における中央部よりオフ角方向側と反対側（面方位［０００１］の傾斜している側と反対側）の領域を言う。また、オフ方向反対側の領域は、隣り合う欠陥集合領域５１の間の領域において、上記オフ方向側の領域が位置する側と反対側の領域ということもできる。また、より好ましくは、リッジが形成される領域としては、隣接する欠陥集合領域５１の間の領域において、Ｃ面成長部６０（図１４参照）よりオフ角方向側の領域を用いることが好ましい。なお、低出力ＬＤについては、隣接する欠陥集合領域５１の間の領域において、Ｃ面成長部６０（図１４参照）よりオフ角方向側とは反対側の領域を用いてもよい（※記載の妥当性をご確認下さい）。

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、比較的長波長（５００ｎｍ以上の波長領域）の光を出射する発光素子などに用いられるＧａＮ基板、および当該ＧａＮ基板の表面上にエピタキシャル層が形成されたエピタキシャル層付き基板、さらに当該ＧａＮ基板などを用いた半導体装置に有利に適用される。

本発明によるＧａＮ基板を示す斜視模式図である。 図１に示したＧａＮ基板の構造を説明するための拡大模式図である。 図１に示したＧａＮ基板の構造の他の例を説明するための拡大模式図である。 図１に示したＧａＮ基板の結晶構造を説明するための模式図である。 図４に示したＧａＮ基板の結晶構造における面方位および結晶面を説明するための模式図である。 図１に示した本発明によるＧａＮ基板のオフ角方向における傾斜角度を説明するための模式図である。 図１に示したＧａＮ基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図７に示したフローチャートにおける準備工程の内容を説明するためのフローチャートである。 下地基板の主表面上に形成されるマスク層のマスクパターンを示す平面模式図である。 下地基板の主表面上に形成されるマスク層のマスクパターンを示す平面模式図である。 成膜工程（Ｓ２０）において用いる成膜装置を示す模式図である。 図１に示した本発明によるＧａＮ基板を用いたエピタキシャル層付きの基板を示す斜視模式図である。 本発明によるＧａＮ基板を用いた発光素子を示す断面模式図である。 測定対象のＧａＮ基板を示す模式図である。 実施例４において形成したレーザダイオード（ＬＤ）の構成を示す断面模式図である。

符号の説明

１ ＧａＮ基板、２ 法線ベクトル、３ ＧａＮ結晶層、５ 下地基板、１０ マスク層、１１，１２ 開口部、２０ 成膜装置、２２ 反応管、２３ Ｇａボート、２４ サセプタ、２６ ヒータ、２７，２８ 配管、３０ 発光素子、３１ ｎ型のＡｌＧａＮ中間層、３２ ｎＧａＮバッファ層、３３ 発光層、３４ ｐ型のＡｌＧａＮ層、３５ ｐ型のＧａＮバッファ層、３６ ｎ電極、３７ ｐ電極、４０ エピタキシャル層、４１ エピ基板、５１ 欠陥集合領域、５２ 低欠陥結晶領域、５３ 矢印、６０ Ｃ面成長部、６１ ＧａＮオフ方向反対側の領域、６２ ＧａＮオフ方向側の領域、７１ ｎ型ＧａＮバッファ層、７２ ｎ型ＡｌＧａＮクラッド層、７３ ｎ型ＧａＮ光導波層、７４ 活性層、７５ ＡｌＧａＮ劣化防止層、７６ ｐ型ＡｌＧａＮキャップ層、７７ ｐ型ＧａＮ光導波層、７８ ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層、７９ ｐ型ＧａＮコンタクト層、８０ ＳｉＯ_２膜。

Claims (26)

1. 主表面を有するＧａＮ基板であって、
   低欠陥結晶領域と、
   前記低欠陥結晶領域に隣接する欠陥集合領域とを備え、
   前記低欠陥結晶領域と前記欠陥集合領域とは前記主表面から前記主表面と反対側に位置する裏面にまで延在し、
   前記主表面の法線ベクトルに対し、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜している、ＧａＮ基板。
2. 前記主表面の法線ベクトルに対し前記面方位［０００１］が傾斜する前記オフ角方向は、［１−１００］方向または［１１−２０］方向である、請求項１に記載のＧａＮ基板。
3. 前記主表面の法線ベクトルに対する前記面方位［０００１］の、前記［１−１００］方向または前記［１１−２０］方向における傾斜角度は２°以上４０°以下である、請求項２に記載のＧａＮ基板。
4. 前記主表面の法線ベクトルに対し、前記面方位[０００１]は互いに異なる２つのオフ角方向に傾斜している、請求項１に記載のＧａＮ基板。
5. 前記主表面の法線ベクトルに対し前記面方位［０００１］が傾斜する２つの前記オフ角方向は、［１−１００］方向および［１１−２０］方向である、請求項４に記載のＧａＮ基板。
6. 前記主表面の法線ベクトルに対する前記面方位［０００１］の、前記［１−１００］方向における傾斜角度および前記［１１−２０］方向における傾斜角度のうちのいずれか一方は１０°以上４０°以下であり、他方は０．０２°以上４０°以下である、請求項５に記載のＧａＮ基板。
7. 前記主表面における前記欠陥集合領域は、直線状であって互いに平行に延びるように形成されており、
   前記低欠陥結晶領域は前記欠陥集合領域の間に形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＧａＮ基板。
8. 前記主表面における前記欠陥集合領域は、互いに間隔を隔てて複数個の島状に分散配置するように形成されており、
   前記低欠陥結晶領域は前記欠陥集合領域の間に形成されている、請求項１〜６のいずれか１項に記載のＧａＮ基板。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のＧａＮ基板と、
   前記ＧａＮ基板の前記主表面上に形成されたエピタキシャル成長層とを備える、エピタキシャル層付き基板。
10. 請求項４に記載のエピタキシャル層付き基板を用いた半導体装置。
11. 主表面の法線ベクトルに対し、基準面方位が下地基板側傾斜方向に傾斜している下地基板を準備する工程と、
    前記下地基板の前記主表面上にパターンを有するマスク層を形成する工程と、
    前記下地基板の前記マスク層が形成された前記主表面上にＧａＮ結晶層を成長させる工程と、
    前記ＧａＮ結晶層から前記下地基板を除去することにより、ＧａＮ結晶層からなるＧａＮ基板を得る工程とを備え、
    前記ＧａＮ基板は、主表面を有し、前記主表面の法線ベクトルに対して、面方位［０００１］がオフ角方向に傾斜し、
    前記下地基板における前記基準面方位の前記下地基板側傾斜方向での傾斜角度を変更することにより、前記ＧａＮ基板における前記面方位［０００１］の前記オフ角方向での傾斜角度が調整される、ＧａＮ基板の製造方法。
12. 前記下地基板はＧａＡｓ基板であり、
    前記基準面方位は［１１１］であり、
    前記下地基板側傾斜方向は＜１−１０＞方向または＜１１−２＞方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記オフ角方向は［１１−２０］方向または［１−１００］方向である、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
13. 前記下地基板はサファイア基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記下地基板側傾斜方向は［１１−２０］方向または［１−１００］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記オフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向である、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
14. 前記下地基板はＺｎＯ基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記オフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向である、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
15. 前記下地基板はＳｉＣ基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記オフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向である、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
16. 前記下地基板はＧａＮからなる基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記オフ角方向は［１−１００］方向または［１１−２０］方向である、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
17. 前記下地基板での前記下地基板側傾斜方向における傾斜角度が２°以上４０°以下である、請求項１１〜１６のいずれか１項に記載のＧａＮ基板の製造方法。
18. 前記下地基板を準備する工程では、前記主表面の法線ベクトルに対し、前記基準面方位が互いに異なる２つの前記下地基板側傾斜方向に傾斜し、
    前記ＧａＮ基板では、前記主表面の法線ベクトルに対して、前記面方位［０００１］が互いに異なる２つの前記オフ角方向に傾斜している、請求項１１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
19. 記下地基板はＧａＡｓ基板であり、
    前記基準面方位は［１１１］であり、
    前記２つの下地基板側傾斜方向は＜１−１０＞方向および＜１１−２＞方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記２つのオフ角方向は［１１−２０］方向および［１−１００］方向である、請求項１８に記載のＧａＮ基板の製造方法。
20. 前記下地基板はサファイア基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記２つの下地基板側傾斜方向は［１１−２０］方向および［１−１００］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向である、請求項１８に記載のＧａＮ基板の製造方法。
21. 前記下地基板はＺｎＯ基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向である、請求項１８に記載のＧａＮ基板の製造方法。
22. 前記下地基板はＳｉＣ基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向である、請求項１８に記載のＧａＮ基板の製造方法。
23. 前記下地基板はＧａＮからなる基板であり、
    前記基準面方位は［０００１］であり、
    前記２つの下地基板側傾斜方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向であり、
    前記ＧａＮ基板の前記２つのオフ角方向は［１−１００］方向および［１１−２０］方向である、請求項１８に記載のＧａＮ基板の製造方法。
24. 前記下地基板での前記２つの下地基板側傾斜方向における傾斜角度の一方が１０°以上４０°以下であり、他方が０．０２°以上４０°以下である、請求項１８〜２３のいずれか１項に記載のＧａＮ基板の製造方法。
25. 前記マスク層の前記パターンは、互いに間隔を隔てて平行に延びる複数の直線状部からなるパターンである、請求項１１〜２４のいずれか１項に記載のＧａＮ基板の製造方法。
26. 前記マスク層の前記パターンは、互いに間隔を隔てて分散配置された複数個の島状部からなるパターンである、請求項１１〜２４のいずれか１項に記載のＧａＮ基板の製造方法。

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