JP2011077497A - Ｉｉｉ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイス - Google Patents

Abstract

【課題】半導体デバイスの発光強度を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイスを提供する。
【解決手段】半導体デバイス１００では、表面１０ａが特定の面方位を有した上で、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物、及び、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物が表面層１２に存在することにより、エピタキシャル層２２とＩＩＩ族窒化物半導体基板１０との界面においてＣがパイルアップすることを抑制できる。これにより、エピタキシャル層２２とＩＩＩ族窒化物半導体基板１０との界面における高抵抗層の形成が抑制される。したがって、半導体デバイス１００の発光強度を向上させることができる。
【選択図】図９

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイスに関する。

近年、化合物半導体を始めとする半導体は、その種々の特性を活かして応用範囲が更に広がっている。例えば、化合物半導体は、エピタキシャル層を積層するための下地基板として有用であり、発光ダイオード（ＬＥＤ）、レーザダイオード（ＬＤ）等の半導体デバイスに用いられている。

下地基板として半導体基板を用いる場合、半導体基板の表面をひずみのない鏡面とする必要がある。そのため、半導体の単結晶インゴットに前加工（例えば、切断、ラッピング、エッチング）を施して半導体基板を得た後、半導体基板の表面に対して鏡面研磨が施されている。

半導体基板としては、例えば下記特許文献１〜３に記載されたものが知られている。特許文献１では、気相エピタクシー（ＶＰＥ）によって結晶成長させた結晶性ＩＩＩ−Ｖ族窒化物（例えば（Ａｌ、Ｇａ、Ｉｎ）−Ｎ）を切断した後に前加工を施して得られる半導体基板が開示されている。特許文献１では、前加工として、半導体基板の表面を機械的研磨した後に、機械的研磨により生じた表面損傷を除去するために化学的研磨（ＣＭＰ）を施すことが開示されている。

特許文献２には、Ａｌ_ｘＧａ_ｙＩｎ_ｚＮ（０＜ｙ≦１、ｘ＋ｙ＋ｚ＝１）ウェハの表面をＣＭＰにより研磨してＲＭＳ基準の表面粗さを０．１５ｎｍ未満とすることにより、表面の欠陥や汚染が低減された半導体基板が開示されている。特許文献２では、ＣＭＰを行うに際し、砥粒としてＡｌ_２Ｏ_３又はＳｉＯ_２を用いることや、研磨液に酸化剤を添加してｐＨを調整することが開示されている。

特許文献３には、エピタキシャル層と半導体基板との界面にパイルアップ（蓄積）されたＳｉがデバイスの特性を低下させているとの推測のもとに、エピタキシャル層と半導体基板との界面におけるＳｉ濃度を８×１０^１７ｃｍ^−３以下とした半導体基板が開示されている。

米国特許６５９６０７９号明細書 米国特許６４８８７６７号明細書 特許第３１８３３３５号公報

しかしながら、上記特許文献１〜３に記載された半導体基板の上にエピタキシャル層（井戸層）を配置してなる積層体を用いた半導体デバイスでは、発光強度を向上させるには限界がある。そのため、半導体デバイスの発光強度を向上させることが可能な半導体基板の開発が強く切望されている。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、半導体デバイスの発光強度を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイスを提供することを目的とする。

本発明者らは、鋭意研究の末に、半導体基板の表面にＣ（炭素）等の不純物が存在すると、半導体基板の表面上にエピタキシャル層を形成した際にＣが界面にパイルアップし、エピタキシャル層／半導体基板界面に電気抵抗の高い層（以下、「高抵抗層」という）が形成されてしまうことを見出した。また、高抵抗層が形成されることにより、エピタキシャル層／半導体基板界面の電気抵抗が増加してしまい、発光強度が低下してしまうことを見出した。

更に、本発明者らは、半導体デバイスに用いられるＩＩＩ族窒化物半導体基板において、基板表面が特定の面方位を有した上で、特定量の硫化物及び酸化物が基板表面に存在することにより、エピタキシャル層と半導体基板との界面においてＣがパイルアップすることを抑制可能であることを見出した。このようにＣのパイルアップを抑制することで、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成が抑制される。これにより、エピタキシャル層と半導体基板との界面における電気抵抗を低減することができると共に、エピタキシャル層の結晶品質を向上させることができる。したがって、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

すなわち、本発明は、半導体デバイスに用いられるＩＩＩ族窒化物半導体基板であって、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面に表面層を有し、表面層が、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物、及び、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物を含み、ｃ軸に対する表面の法線軸の傾斜角度は１０°〜８１°である。ここで、表面層は、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物がＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析）によって計測され、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物がＡＥＳ（オージェ電子分光分析）によって計測され得る厚みを有する層である。

また、表面層はＳ換算で４０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物を含むことが好ましい。この場合、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を更に抑制し、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができる。

また、表面層はＯ換算で３ａｔ％〜１６ａｔ％の酸化物を含むことが好ましい。この場合、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を更に抑制し、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができる。

更に、本発明者らは、特定量の塩化物、又は、特定量のシリコン化合物が基板表面に存在することにより、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を更に抑制し、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができることを見出した。

すなわち、表面層はＣｌ換算で１２０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５０００×１０^１０個／ｃｍ^２の塩化物を含むことが好ましい。また、表面層はＳｉ換算で１００×１０^１０個／ｃｍ^２〜１２０００×１０^１０個／ｃｍ^２のシリコン化合物を含むことが好ましい。

更に、本発明者らは、基板表面における炭素化合物の含有量を特定量以下とすることにより、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を更に抑制し、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができることを見出した。

すなわち、表面層における炭素化合物の含有量はＣ換算で２２ａｔ％以下であることが好ましい。

また、本発明者らは、基板表面における銅化合物が高抵抗層の形成に寄与することを見出した。更に、基板表面における銅化合物の含有量を特定量以下とすることにより、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を更に抑制し、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができることを見出した。

すなわち、表面層における銅化合物の含有量はＣｕ換算で１５０×１０^１０個／ｃｍ^２以下であることが好ましい。

また、表面層の表面粗さはＲＭＳ基準で５ｎｍ以下であることが好ましい。この場合、エピタキシャル層の結晶品質を更に向上させることが可能であり、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができる。

また、表面層の転位密度は１×１０^６個／ｃｍ^２以下であることが好ましい。この場合、エピタキシャル層の結晶品質を更に向上させることができるため、半導体デバイスの発光強度を更に向上させることができる。

また、表面の面方位は、｛２０−２１｝面、｛２０−２−１｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１−１｝面、｛１１−２２｝面、｛１１−２−２｝面、｛２２−４３｝面、｛２２−４−３｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−１｝面のいずれかであることが好ましい。この場合、発光の半値幅を低減することができる。

本発明に係るエピタキシャル基板は、上記ＩＩＩ族窒化物半導体基板と、ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面層上に形成されたエピタキシャル層とを有し、エピタキシャル層がＩＩＩ族窒化物半導体を含む。

本発明に係るエピタキシャル基板では、上記ＩＩＩ族窒化物半導体基板を有しているため、エピタキシャル層と半導体基板との界面においてＣがパイルアップすることを抑制可能である。したがって、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を抑制し、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

また、エピタキシャル基板は、エピタキシャル層が量子井戸構造を有する活性層を有し、活性層が波長４３０ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生するように設けられていることが好ましい。

本発明に係る半導体デバイスは、上記エピタキシャル基板を備える。

本発明に係る半導体デバイスでは、上記エピタキシャル基板を備えているため、エピタキシャル層と半導体基板との界面においてＣがパイルアップすることを抑制可能である。したがって、エピタキシャル層と半導体基板との界面における高抵抗層の形成を抑制し、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

本発明によれば、半導体デバイスの発光強度を向上させることが可能なＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイスが提供される。

第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体基板を示す概略断面図である。 ドライエッチングに用いることが可能な装置を示す図である。 ポリシングに用いることが可能な装置を示す図である。 第１実施形態に係るエピタキシャル基板を示す概略断面図である。 第２実施形態に係るエピタキシャル基板を示す概略断面図である。 第３実施形態に係るエピタキシャル基板を示す平面図である。 第３実施形態に係るエピタキシャル基板を作製する手順を示した図である。 第３実施形態に係るエピタキシャル基板の変形例を示す平面図である。 第１実施形態に係る半導体デバイスを示す概略断面図である。 第２実施形態に係る半導体デバイスを示す概略断面図である。 実施例で用いた半導体デバイスを示す概略断面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るＩＩＩ族窒化物半導体基板、エピタキシャル基板及び半導体デバイスの好適な実施形態について詳細に説明する。

（ＩＩＩ族窒化物半導体基板）
図１は、第１実施形態に係るＩＩＩ族窒化物半導体基板１０を示す概略断面図である。ＩＩＩ族窒化物半導体基板１０（以下、「窒化物基板１０」という）は、図１に示すように、互いに対向する表面１０ａ及び裏面１０ｂを有しており、表面１０ａには、表面層１２が形成されている。

窒化物基板１０の構成材料としては、ウルツ鉱型構造を有する結晶が好ましく、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮが挙げられる。ＧａＮからなる窒化物基板１０は、ＨＶＰＥ法、フラックス法等によって作製できる。ＡｌＮからなる窒化物基板１０は、ＨＶＰＥ法、昇華法等によって作製できる。ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮからなる窒化物基板１０は、ＨＶＰＥ法等によって作製できる。

窒化物基板１０は、表面１０ａ上に所望の半導体層（エピタキシャル層）をエピタキシャル成長させることが可能である。表面１０ａの品質は、エピタキシャル層の形成に適していることが好ましい。表面１０ａの品質は、基板内部のバルク部分における結晶品質とは異なり、表面組成や粗さ、加工変質層により影響を受けやすい。

ここで、加工変質層とは、結晶の研削又は研磨によって結晶の表面側領域に形成される結晶格子が乱れた層をいう。加工変質層は、結晶を劈開面で破断した断面をＳＥＭ観察やＴＥＭ観察、ＣＬ（カソードルミネセンスセンス）観察することにより、その存在及びその厚さを確認できる。加工変質層の厚さは、２０ｎｍ以下が好ましく、１０ｎｍ以下がより好ましい。加工変質層の厚さが厚いと、エピタキシャル層のモフォロジー及び結晶性が低下する傾向がある。

ＣＬ観察とは、ＩＩＩ窒化物半導体結晶に励起光として電子線を入射させて、ＩＩＩ窒化物半導体結晶から放出される可視光又は可視波長領域に近い波長の光を観察することをいう。ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のＣＬ観察を行うと、表面状態が良好な結晶領域では光が観察され、結晶が乱れた加工変質層の領域では光が観察されず、黒い直線状の陰影として観察される。

窒化物基板１０を半導体デバイスに用いる場合には、窒化物基板１０とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成されることを抑制することが好ましい。高抵抗層の存在に起因して上記界面の電気抵抗が高くなってしまうと、半導体デバイスの発光効率が低下してしまう。特に、半導体デバイスに大きな電流を注入した場合には、発光効率は著しく低下してしまう。

このような高抵抗層の形成を抑制する観点から、表面層１２は硫化物及び酸化物を含む。

表面層１２は、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物、及び、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物を含む。硫化物の含有量は、Ｓ換算で１２０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５００×１０^１０個／ｃｍ^２が好ましく、１００×１０^１０個／ｃｍ^２〜５００×１０^１０個／ｃｍ^２がより好ましい。酸化物の含有量は、Ｏ換算で３ａｔ％〜１６ａｔ％が好ましく、４ａｔ％〜１２ａｔ％がより好ましい。硫化物の含有量が３０×１０^１０個／ｃｍ^２未満、又は、酸化物の含有量が２ａｔ％未満であると、半導体基板とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成し、界面の高抵抗化により半導体デバイスの発光強度が低下する。硫化物の含有量が２０００×１０^１０個／ｃｍ^２を超える、又は、酸化物の含有量が２０ａｔ％を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し、半導体デバイスの発光強度が低下する。

表面層１２は、Ｃｌ換算で１２０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５０００×１０^１０個／ｃｍ^２の塩化物を含むことが好ましい。塩化物の含有量は、Ｃｌ換算で３５０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１００００×１０^１０個／ｃｍ^２がより好ましく、１０００×１０^１０個／ｃｍ^２〜５０００×１０^１０個／ｃｍ^２が更に好ましい。塩化物の含有量が１２０×１０^１０個／ｃｍ^２未満であると、半導体基板とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成され易く、界面の高抵抗化により半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。塩化物の含有量が１５０００×１０^１０個／ｃｍ^２を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し易く、半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。

表面層１２は、Ｓｉ換算で２００×１０^１０個／ｃｍ^２〜１２０００×１０^１０個／ｃｍ^２のシリコン化合物を含むことが好ましい。シリコン化合物の含有量は、Ｓｉ換算で５００×１０^１０個／ｃｍ^２〜８０００×１０^１０個／ｃｍ^２がより好ましく、１０００×１０^１０個／ｃｍ^２〜５０００×１０^１０個／ｃｍ^２が更に好ましい。シリコン化合物の含有量が２００×１０^１０個／ｃｍ^２未満であると、半導体基板とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成され易く、界面の高抵抗化により半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。シリコン化合物の含有量が１２０００×１０^１０個／ｃｍ^２を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し易く、半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。

表面層１２は、炭素化合物を含んでいてもよい。表面層１２における炭素化合物の含有量は、Ｃ換算で２２ａｔ％以下が好ましく、１８ａｔ％以下がより好ましく、１５ａｔ％以下が更に好ましい。炭素化合物の含有量が２２ａｔ％を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し易く、半導体デバイスの発光強度が低下する傾向があると共に、半導体基板とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成され易く、界面の高抵抗化により半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。

表面層１２は、銅化合物を含んでいてもよい。表面層１２における銅化合物の含有量は、Ｃｕ換算で１５０×１０^１０個／ｃｍ^２以下が好ましく、１００×１０^１０個／ｃｍ^２以下がより好ましく、５０×１０^１０個／ｃｍ^２以下が更に好ましい。銅化合物の含有量が１５０×１０^１０個／ｃｍ^２を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し易く、半導体デバイスの発光強度が低下する傾向があると共に、半導体基板とエピタキシャル層との界面に高抵抗層が形成され易く、界面の高抵抗化により半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。

表面層１２の組成は、Ｓ、Ｓｉ、Ｃｌ及びＣｕについては、ＴＸＲＦ（全反射蛍光Ｘ線分析）で定量することができる。ＴＸＲＦは、Ｘ線の進入深さから、表面から５ｎｍ程度までの組成を評価する。Ｏ及びＣについては、ＡＥＳ（オージェ電子分光分析）で定量することができる。ＡＥＳは、０．１％の分解能がある。ＡＥＳは、オージェ電子の脱出深さから表面から５ｎｍ程度の組成を評価する。なお、表面層１２は、含有成分をＴＸＲＦやＡＥＳによって計測され得る厚みを有する層であり、例えば５ｎｍ程度の厚さを有する。

表面層１２と窒化物基板１０内部のバルク部分との組成の違いは、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）により深さ方向の分析を行うことで評価することができる。また、窒化物基板１０内部、窒化物基板１０とエピタキシャル層との界面、及び、エピタキシャル層内部の組成の違いについてもＳＩＭＳで評価することができる。

窒化物基板１０における表面層１２の表面粗さは、エピタキシャル層の結晶品質を更に向上させ、素子発光の積分強度を更に向上させることができる観点から、ＲＭＳ基準で５ｎｍ以下が好ましく、３ｎｍ以下がより好ましく、１ｎｍ以下が更に好ましい。また、優れた生産性とエピタキシャル層の結晶品質とを両立させる観点からは、表面粗さは１ｎｍ〜３ｎｍが好ましい。ここで、ＲＭＳ基準の表面粗さ（二乗平均粗さ）は、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）を用いて、表面１０ａの１０μｍ角の領域を基準面積として測定することができる。

表面層１２の転位密度は、１×１０^６個／ｃｍ^２以下が好ましく、１×１０^５個／ｃｍ^２以下がより好ましく、１×１０^４個／ｃｍ^２以下が更に好ましい。転位密度が１×１０^６個／ｃｍ^２を超えると、エピタキシャル層の結晶品質が低下し易く、半導体デバイスの発光強度が低下する傾向がある。一方、結晶作製時の優れたコスト・生産性の観点から、転位密度は１×１０^２個／ｃｍ^２以上が好ましい。転位密度は、ＣＬ観察を行い、表面層１２の１０μｍ角領域内の非発光となる点の数をカウントして算出することができる。

窒化物基板１０の表面１０ａは半極性面であり、表面１０ａの面方位は、ウルツ鉱型構造の｛２０−２１｝面、｛２０−２−１｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１−１｝面、｛１１−２２｝面、｛１１−２−２｝面、｛２２−４３｝面、｛２２−４−３｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−１｝面のいずれかであることが好ましい。この場合、エピタキシャル層のインジウム（Ｉｎ）の取り込み効率を向上させることもできるため、良好な発光特性が得られる。表面１０ａの面方位は、例えばＸ線回折装置を用いて測定することができる。

ｃ軸に対する表面１０ａの法線軸の傾斜角度（オフ角）は１０°〜８１°であり、１７°〜８０°が好ましく、６３°〜７９°がより好ましい。傾斜角度が１０°以上であることにより、ウルツ鉱型構造の自発分極によるピエゾ電界が抑制されるため、発光デバイスのＰＬ強度を向上させることができる。傾斜角度が８１°以下であることにより、エピタキシャル層（井戸層）の転位密度を低減し、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

次に、窒化物基板１０の製造方法について説明する。

まず、ＨＶＰＥ法等によりＩＩＩ族窒化物半導体結晶をｃ軸方向やｍ軸方向に成長させた後に、その結晶に外周加工を施して成形し、ＩＩＩ族窒化物半導体のインゴットを得る。次に、得られたインゴットを所望の角度でワイヤーソーやブレードソーを用いて切断して、表面１０ａが所望のオフ角を有する窒化物基板１０を得る。なお、下地基板として半極性基板を用い、半極性基板の上にＩＩＩ族窒化物半導体の結晶を成長させて、表面が所望のオフ角を有するインゴットを用いてもよい。

次に、基板表面を平坦化するため、グラインディング加工（研削）やラッピング加工等の機械加工を行う。研削には、硬質砥粒としてダイヤモンド、ＳｉＣ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等を含む砥石を用いることができる。ラッピング加工には、硬質砥粒としてダイヤモンド、ＳｉＣ、ＢＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、Ｃｒ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等を含む一般的な研磨剤を用いることができる。

砥粒は、機械的な作用や特性を考慮して適宜選定される。例えば、研磨レートを上げる観点から、高硬度で粒径の大きな砥粒が使用される。表面を平滑にする観点や、加工変質層の形成を抑制する観点から、低硬度で粒径の小さな砥粒が使用される。また、研磨時間を短縮し、かつ、平滑な表面を得る観点から、研磨処理の進行に伴い粒度の大きな砥粒から小さな砥粒へ変化させる多段階の研磨が好適である。

窒化物基板１０に研削やラッピング加工を施した後、窒化物基板１０の表面１０ａの表面粗さの低減や加工変質層の除去のため、表面１０ａに対してドライエッチングやＣＭＰ等の表面仕上げを行う。なお、ドライエッチングは、研削やラッピング加工の前に行ってもよい。

ドライエッチングとしては、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）、誘導結合プラズマＲＩＥ（ＩＣＰ−ＲＩＥ）、ＥＣＲ（電子サイクロトロン共鳴）−ＲＩＥ、ＣＡＩＢＥ（化学アシストイオンビームエッチング）、ＲＩＢＥ（反応性イオンビームエッチング）等が挙げられ、中でも反応性イオンエッチングが好ましい。反応性イオンエッチングには、例えば、図２に示すドライエッチング装置１６を用いることができる。

ドライエッチング装置１６は、チャンバ１６ａを備えている。チャンバ１６ａ内には、平行平板型の上部電極１６ｂ及び下部電極１６ｃと、上部電極１６ｂと対向するように下部電極１６ｃ上に配置された基板支持台１６ｄとが設けられている。チャンバ１６ａ内には、ガス源に接続されたガス供給口１６ｅと、真空ポンプに接続されたガス排気口１６ｆとが設けられている。チャンバ１６ａの外部には、下部電極１６ｃに接続された高周波電源１６ｇが配置されている。

ドライエッチング装置１６では、ガス供給口１６ｅからガスをチャンバ１６ａ内に供給し、高周波電源１６ｇから高周波電力を下部電極１６ｃに供給することにより、チャンバ１６ａ内にプラズマを発生させることができる。基板支持台１６ｄ上に窒化物基板１０を配置することで、窒化物基板１０の表面１０ａをドライエッチングすることができる。

ガス供給口１６ｅから供給されるエッチングガスとして硫黄系ガスを用いることにより、高いエッチングレートが得られると共に、表面層１２の硫化物の含有量を調整することができる。硫黄系ガスとして、例えば、Ｈ_２Ｓ、ＳＯ_２、ＳＦ_４、ＳＦ_６等を用いることができる。同様に、エッチングガスとして塩素系ガスを用いることにより、高いエッチングレートが得られると共に、表面層１２の塩化物の含有量を調整することができる。塩素系ガスとしては、例えば、Ｃｌ_２、ＨＣｌ、ＣＣｌ_４、ＢＣｌ_３、ＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３を用いることができる。表面層１２のシリコン化合物、炭素化合物の含有量は、エッチングガスとして、例えばＳｉＣｌ_４、ＳｉＨＣｌ_３、ＣＨ_４、Ｃ_２Ｈ_２を用いることで調整することができる。なお、ガスの種類、ガス流量、チャンバ内の圧力、エッチングのパワーを調整することで、表面層１２の含有成分の含有量を制御することもできる。

反応性イオンエッチングでは、チャンバ内の圧力をＰ（Ｐａ）、ガス流量をＱ（ｓｃｃｍ）、チャンバ容積をＶ（Ｌ）としたときに、下記式（１）を満たすことが好ましい。
０．０５≦ＰＶ／Ｑ≦３．０ …（１）
ＰＶ／Ｑが０．０５よりも小さい場合には、表面粗さが増加する傾向がある。ＰＶ／Ｑが３．０よりも大きい場合には、表面改質の効果が小さくなる傾向がある。

ＣＭＰには、例えば、図３に示すポリシング装置１８を用いることができる。ポリシング装置１８は、定盤１８ａ、ポリシングパッド１８ｂ、結晶ホルダ１８ｃ、重り１８ｄ、及び、スラリー液供給口１８ｅを備えている。

ポリシングパッド１８ｂは、定盤１８ａ上に載置されている。定盤１８ａ及びポリシングパッド１８ｂは、定盤１８ａの中心軸線Ｘ１を中心に回転可能である。結晶ホルダ１８ｃは、窒化物基板１０をその下面に支持するための部品である。窒化物基板１０には、結晶ホルダ１８ｃの上面に載置された重り１８ｄによって荷重が加えられる。結晶ホルダ１８ｃは、軸線Ｘ１と略平行であり、且つ、軸線Ｘ１から変位した位置に中心軸線Ｘ２を有しており、この中心軸線Ｘ２を中心に回転可能である。スラリー液供給口１８ｅは、ポリシングパッド１８ｂ上にＣＭＰ溶液のスラリーＳを供給する。

このポリシング装置１８によれば、定盤１８ａ及びポリシングパッド１８ｂと、結晶ホルダ１８ｃとを回転させ、スラリーＳをポリシングパッド１８ｂ上に供給し、窒化物基板１０の表面１０ａをポリシングパッド１８ｂに接触させることによって、表面１０ａのＣＭＰを行うことができる。

表面層１２の含有成分の含有量は、ＣＭＰ溶液の添加物、ｐＨ、酸化還元電位により調整することができる。ＣＭＰ溶液には砥粒を添加することができる。砥粒の材質としては、ＺｒＯ_２、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＭｎＯ_２、Ｆｅ_２Ｏ_３、Ｆｅ_３Ｏ_４、ＮｉＯ、ＺｎＯ、ＣｏＯ、Ｃｏ_３Ｏ_４、ＧｅＯ_２、ＣｕＯ、Ｇａ_２Ｏ_３、Ｉｎ_２Ｏ_３からなる群より選ばれる少なくとも一種の金属酸化物を用いることができる。Ｓｉ、Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＡｌＯＮ、等の化合物を用いることもできる。砥粒の材質は、洗浄性を高める観点から、イオン化傾向の高い材質が好ましく、Ｈよりもイオン化傾向が高い材質であると、洗浄による除去効率を特に向上させることができる。なお、砥粒を含まないＣＭＰ溶液を用いてもよい。砥粒として、Ｓｉ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＡｌＯＮ、等を用いることにより、表面層１２のシリコン化合物の含有量を調整することができる。Ｃｕ、Ｃｕ−Ｚｎ合金、Ｃｕ−Ｓｎ合金、等を用いることにより、表面層１２の銅化合物の含有量を調整することができる。

ＣＭＰ後に表面１０ａに砥粒が残存することを十分に抑制する観点から、ＣＭＰ溶液には界面活性剤を添加することができる。界面活性剤としては、例えば、カルボン酸型、スルホン酸型、硫酸エステル型、第４級アンモニウム塩型、アルキルアミン塩型、エステル型、エーテル型が挙げられる。

ＣＭＰ溶液の溶媒としては、非極性溶媒が好ましい。非極性溶媒としては、炭化水素、四塩化炭素、ジエチルエーテル等が挙げられる。非極性溶媒を用いることにより、金属酸化物である砥粒と基板との固体接触を促進させることができるため、効率よく基板表面の金属組成を制御することができる。

ＣＭＰ溶液の半導体基板に対する化学的な作用（メカノケミカル効果）は、ＣＭＰ溶液のｐＨや酸化還元電位により調整することができる。ＣＭＰ溶液のｐＨは、１〜６又は８．５〜１４が好ましく、１．５〜４又は１０〜１３がより好ましい。ｐＨ調整剤としては、塩酸、硝酸、硫酸、リン酸等の無機酸、蟻酸、酢酸、クエン酸、リンゴ酸、酒石酸、コハク酸、フタル酸、マレイン酸、フマル酸等の有機酸、ＫＯＨ、ＮａＯＨ、ＮＨ_４ＯＨ、有機アルカリ、アミン等のアルカリの他に硫酸塩、炭酸塩、燐酸塩等の塩を用いることができる。ｐＨ調整剤として有機酸を使用することにより、無機酸、無機塩と比較して、同じｐＨでも不純物の除去効果を向上させることができる。有機酸としてはジカルボン酸（２価カルボン酸）が好ましい。

ｐＨ調整剤及び酸化剤として、硫酸等の硫黄原子を含む酸、硫酸ナトリウム等の硫酸塩、チオ硫酸ナトリウム等のチオ硫酸塩を用いることにより、表面層１２の硫化物の含有量を調整することができる。塩酸等の塩素原子を含む酸、塩化カリウム等の塩、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム等の次亜塩素酸塩、トリクロロイソシアヌル酸等の塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等の塩素化イソシアヌル酸塩、を用いることにより、表面層１２の塩化物の含有量を調整することができる。炭酸、炭酸塩、クエン酸、シュウ酸、フマル酸、フタル酸、リンゴ酸等の有機酸、有機酸塩等を用いることにより、表面層１２の炭素化合物の含有量を調整することができる。

ＣＭＰ溶液の酸化還元電位は、酸化剤を用いて調整することができる。ＣＭＰ溶液に酸化剤を添加して酸化還元電位を増加させることにより、砥粒の除去効果を高く維持しつつ研磨レートを向上させると共に、表面層１２の酸化物の含有量を調整することができる。酸化剤としては、特に制限はないが、酸化還元電位を十分に高める観点から、次亜塩素酸、次亜塩素酸ナトリウム、次亜塩素酸カルシウム等の次亜塩素酸塩、トリクロロイソシアヌル酸等の塩素化イソシアヌル酸、ジクロロイソシアヌル酸ナトリウム等の塩素化イソシアヌル酸塩等の塩素系酸化剤、硫酸、チオ硫酸ナトリウム等のチオ硫酸塩等の硫黄系酸化剤、過マンガン酸カリウム等の過マンガン酸塩、ニクロム酸カリウム等のニクロム酸塩、臭素酸カリウム等の臭素酸塩、チオ硫酸ナトリウム等のチオ硫酸塩、過硫酸アンモニウム、過硫酸カリウム等の過硫酸塩、硝酸、過酸化水素水、オゾン等が好ましく用いられる。これらの中でも、硫黄系酸化剤や塩素系酸化剤を用いることにより、研磨レートを向上させることや、研磨後の表面層１２の硫化物や塩化物の含有量を上記好適な含有量に調整することができる。

ここで、ＣＭＰ溶液のｐＨの値をｘとし、酸化還元電位の値をｙ（ｍＶ）としたときに、ｘ及びｙの関係は、下記式（２）を満たすことが好ましい。
−５０ｘ＋１４００≦ｙ≦−５０ｘ＋１９００ …（２）
ｙが式（２）の上限値を超えると、ポリシングパッドや研磨設備への腐食作用が強くなり、安定した状態で研磨することが困難となる傾向があると共に、基板表面の酸化が過度に進行する傾向がある。ｙが式（２）の下限値未満であると、基板表面の酸化作用が弱くなり易く、研磨レートが低下する傾向がある。

ＣＭＰ溶液の粘度を制御することにより、表面層１２の含有成分の含有量を調整することができる。ＣＭＰ溶液の粘度は、２ｍＰａ・ｓ〜３０ｍＰａ・ｓが好ましく、５ｍＰａ・ｓ〜１０ｍＰａ・ｓがより好ましい。ＣＭＰ溶液の粘度が２ｍＰａ・ｓより低いと、表面層１２の含有成分の含有量が上述した所望の値よりも高くなる傾向があり、３０ｍＰａ・ｓを超えると、表面層１２の含有成分の含有量が上述した所望の値よりも低くなる傾向がある。なお、ＣＭＰ溶液の粘度は、エチレングリコール等の高粘度の有機化合物やベーマイト等の無機化合物を添加することで調整できる。

ＣＭＰ溶液の硫酸イオンの濃度や接触係数Ｃにより、表面層１２の硫化物の含有量を調整することができる。接触係数Ｃとは、ＣＭＰ溶液の粘度η（ｍＰａ・ｓ）、研磨時の周速度Ｖ（ｍ／ｓ）、研磨時の圧力Ｐ（ｋＰａ）を用いて、「Ｃ＝η×Ｖ／Ｐ」で定義される。接触係数Ｃは、１．０×１０^−６ｍ〜２．０×１０^−６ｍが好ましい。接触係数Ｃが１．０×１０^−６ｍ未満であると、ＣＭＰにおける半導体基板への負荷が強くなり易く、表面層１２の硫化物の含有量が過剰量となる傾向があり、２．０×１０^−６ｍを超えると、研磨レートが低下する傾向があると共に、表面層１２の硫化物の含有量が小さくなる傾向がある。

研磨時の圧力は、３ｋＰａ〜８０ｋＰａが好ましく、１０ｋＰａ〜６０ｋＰａがより好ましい。圧力が３ｋＰａ未満であると、研磨レートが実用上不十分となる傾向があり、８０ｋＰａを超えると、基板の表面品質が低下する傾向がある。

窒化物基板１０によれば、表面１０ａが上記特定の面方位を有した上で、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物、及び、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物が表面層１２に存在することにより、エピタキシャル層と窒化物基板１０との界面においてＣがパイルアップすることを抑制することができる。このようにＣのパイルアップを抑制することで、エピタキシャル層と窒化物基板１０との界面における高抵抗層の形成が抑制される。これにより、エピタキシャル層と窒化物基板１０との界面における電気抵抗を低減することができると共に、エピタキシャル層の結晶品質を向上させることができる。したがって、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

（エピタキシャル基板）
図４は、第１実施形態に係るエピタキシャル基板２０を示す概略断面図である。エピタキシャル基板２０は、図４に示すように、ベース基板としての上記窒化物基板１０と、窒化物基板１０の表面１０ａ上に積層されたエピタキシャル層２２とを有している。

エピタキシャル層２２は、例えばＩＩＩ族窒化物半導体を含む。ＩＩＩ族窒化物半導体としては、ウルツ鉱型構造を有する結晶が好ましく、例えば、ＧａＮ、ＡｌＮ、ＩｎＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＧａＮが挙げられる。エピタキシャル層２２は、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＶＯＣ法、ＭＢＥ法、昇華法等の気相成長法により形成することができる。窒化物基板１０上にエピタキシャル層２２を設けることにより、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

図５は、第２実施形態に係るエピタキシャル基板３０を示す概略断面図である。エピタキシャル基板３０は、図５に示すように、窒化物基板１０の表面１０ａ上に、複数層により構成されたエピタキシャル層３２が形成されている。窒化物基板１０上にエピタキシャル層３２を設けることにより、半導体デバイスの発光強度を向上させることができる。

エピタキシャル層３２は、第１の半導体領域３２ａと、第２の半導体領域３２ｂと、第１の半導体領域３２ａ及び第２の半導体領域３２ｂの間に設けられた活性層３２ｃとを備える。第１の半導体領域３２ａは、一又は複数のｎ型半導体層を有し、例えば、厚さ１μｍのｎ型ＧａＮ層３２ｄ、及び、厚さ１５０ｎｍのｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層３２ｅを有する。第２の半導体領域３２ｂは、一又は複数のｐ型半導体層を有し、例えば、厚さ２０ｎｍのｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層３２ｆ、及び、厚さ１５０ｎｍのｐ型ＧａＮ層３２ｇを有する。エピタキシャル層３２では、ｎ型ＧａＮ層３２ｄ、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層３２ｅ、活性層３２ｃ、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層３２ｆ、及び、ｐ型ＧａＮ層３２ｇが窒化物基板１０上にこの順序で積層されている。

活性層３２ｃは、例えば、波長４３０ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生するように設けられている。活性層３２ｃは、例えば、４層の障壁層と３層の井戸層とを有し、障壁層及び井戸層が交互に積層された多重量子井戸構造（ＭＱＷ）を有する。障壁層は、例えば、厚さ１０ｎｍのＧａＮ層である。井戸層は、例えば、厚さ３ｎｍのＧａ_0.85Ｉｎ_0.15Ｎ層である。

エピタキシャル層３２は、例えば、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法により、ｎ型ＧａＮ層３２ｄ、ｎ型Ａｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎ層３２ｅ、活性層３２ｃ、ｐ型Ａｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層３２ｆ及びｐ型ＧａＮ層３２ｇを窒化物基板１０上に順次エピタキシャル成長させて形成することができる。

図６は、第３実施形態に係るエピタキシャル基板４０を示す平面図である。エピタキシャル基板４０は、図６に示すように、窒化物基板１０の表面１０ａ上に配置されたエピタキシャル層４２を有する。

エピタキシャル層４２は、所定の転位密度より小さい転位密度を有する複数の低転位密度領域４４Ａと、該所定の転位密度より大きい転位密度を有する複数の高転位密度領域４４Ｂとを有する。この所定の転位密度は、例えば８×１０^７ｃｍ^−２である。

低転位密度領域４４Ａ及び高転位密度領域４４Ｂの各々は、窒化物基板１０の表面１０ａの平面方向（図６中のＹ方向）に互いに略平行にストライプ状に伸びており、エピタキシャル層４２の裏面から表面にかけて形成されている。エピタキシャル層４２は、低転位密度領域４４Ａ及び高転位密度領域４４Ｂが交互に並ぶストライプ構造を有している。エピタキシャル層４２は、例えばＧａＮにより構成されており、上記ストライプ構造により結晶内の転位密度が低減されている。低転位密度領域４４Ａ及び高転位密度領域４４Ｂは、走査型電子顕微鏡（例えば、日立製作所製Ｓ−４３００）を用いてＣＬ観察することにより確認することができる。

次に、図７を用いてエピタキシャル基板４０の製造方法について説明する。まず、図７（ａ）に示すように、下地基板となる窒化物基板１０の表面１０ａ上に、例えば図７（ａ）のＹ方向に伸びるようにストライプ状のマスク層４６をパターニング形成する。マスク層４６は、例えばＳｉＯ₂により形成されている。

次に、図７（ｂ）に示すように、上記マスク層４６が形成された表面１０ａ上に、気相成長法によりエピタキシャル層４２をファセット成長させる。気相成長法としては、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＶＯＣ法、ＭＢＥ法、昇華法等を用いることができる。エピタキシャル層４２をファセット成長によって厚膜成長させていくと、マスク層４６がエピタキシャル層４２によって覆われ、マスク層４６上に位置する部分に高転位密度領域４４Ｂが形成される。

高転位密度領域４４Ｂは、上記ストライプ構造だけでなく、図８（ａ）に示すように、ストライプ状の高転位密度領域４４Ｂが互いに直交したスクエア構造や、図８（ｂ）に示すように、ドット状の高転位密度領域４４Ｂが互いに所定間隔をおいて規則的に配列されたドット構造であってもよい。このようなスクエア構造やドット構造の高転位密度領域４４Ｂは、ストライプ構造同様、マスク層４６を用いたエピタキシャル層４２のパターニング形成により得ることができる。

（半導体デバイス）
図９は、第１実施形態に係る半導体デバイス１００を示す概略断面図である。半導体デバイス１００は、図９に示すように、エピタキシャル基板２０と、エピタキシャル層２２の表面２３全体を覆って形成された電極９０Ａと、窒化物基板１０の裏面１０ｂ全体を覆って形成された電極９０Ｂとを有する。電極９０Ａ，９０Ｂは、例えば金属蒸着により形成される。電極９０Ａ，９０Ｂの形成位置は、必要に応じて適宜変更可能であり、電極９０Ｂが窒化物基板１０に電気的に接続されており、電極９０Ａがエピタキシャル層２２に電気的に接続されていればよい。

図１０は、第２実施形態に係る半導体デバイス２００を示す概略断面図である。半導体デバイス２００は、図１０に示すように、エピタキシャル基板３０と、エピタキシャル層３２の表面３３の全体を覆って形成された第１の電極（ｐ側電極）９２Ａと、窒化物基板１０の裏面１０ｂの一部を覆って形成された第２の電極（ｎ側電極）９２Ｂとを有する。半導体デバイス２００のサイズは、例えば４００μｍ角や２ｍｍ角である。導電体９１Ａは、はんだ層９３を介して電極９２Ａに電気的に接続されている。導電体９１Ｂは、ワイヤ９４を介して電極９２Ｂに電気的に接続されている。

半導体デバイス２００は、以下の手順により製造することができる。まず、上述した方法により窒化物基板１０を得る。次に、窒化物基板１０の表面１０ａ上にエピタキシャル層３２を積層する。更に、エピタキシャル層３２の表面３３上に電極９２Ａを形成すると共に窒化物基板１０の裏面１０ｂ上に電極９２Ｂを形成する。続いて、電極９２Ａをはんだ層９３により導電体９１Ａに電気的に接続すると共に電極９２Ｂをワイヤ９４により導電体９１Ｂに電気的に接続する。

なお、本発明は上記実施形態に限られるものではない。上記の説明に記載された｛２０−２１｝面、Ｍ面、Ａ面等の面方位は、その記載自体により特定されるものだけでなく、結晶学的に等価な面及び方位を含む。例えば、｛２０−２１｝面とは、｛２０−２１｝面のみならず、（０２−２１）面、（０−２２１）面、（２−２０１）面、（−２０２１）面、（−２２０１）面を含む。

以下、本発明を実施例により詳述するが、本発明の範囲はこれらの実施例に限定されるものではない。

（１）ＧａＮ基板の作製
まず、ｎ型ＧａＮ結晶（ドーパント：Ｏ）をＨＶＰＥ法によりｃ軸方向に成長させた。次に、ＧａＮ結晶をｃ軸に垂直又は平行にスライスし、直径５０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＧａＮ基板をそれぞれ得た。また、ＧａＮ結晶をｃ軸からｍ軸方向に傾斜、又は、ｃ軸からａ軸方向に傾斜させてスライスし、直径５０ｍｍ×厚さ０．５ｍｍのＧａＮ基板をそれぞれ得た。

続いて、ＧａＮ基板の表面、及び、表面と反対側の裏面にドライエッチングを施し加工変質層を除去した。ドライエッチングには、図２と同様の構成を有するＲＩＥ装置を用いた。真空チャンバの容積（Ｖ）は２０Ｌとした。基板支持台の材質はＳｉＣとした。エッチングガスにはＣｌ_２、ＣＨ_４を用い、ガス流量（Ｑ）は３０ｓｃｃｍとした。圧力（Ｐ）４．０Ｐａ、パワー５０Ｗ〜２００Ｗでドライエッチングを行った（ＰＶ／Ｑ＝２．６７)。

（２）ＧａＮ基板表面のラッピング
ＧａＮ基板の裏面をセラミックス製の結晶ホルダにワックスで貼り付けた。ラップ装置に直径３８０ｍｍの定盤を設置し、ダイヤモンドの砥粒が分散されたスラリーをスラリー供給口から定盤に供給しながら、定盤をその回転軸を中心にして回転させた。次に、結晶ホルダ上に重りを載せることによりＧａＮ基板を定盤に押し付けながら、ＧａＮ基板を結晶ホルダの回転軸を中心にして回転させることにより、ｎ型ＧａＮ結晶の表面のラッピングを行った。

ラッピングは以下の条件で行った。定盤としては銅定盤、錫定盤を用いた。砥粒としては砥粒径が９μｍ、３μｍ、２μｍの３種類のダイヤモンドの砥粒を準備し、ラッピングの進行と共に、砥粒径が小さい砥粒を段階的に用いた。研磨圧力は１００ｇ／ｃｍ²〜５００ｇ／ｃｍ²とし、ＧａＮ基板及び定盤の回転数はいずれも３０回／ｍｉｎ〜６０回／ｍｉｎとした。以上のラッピングによりＧａＮ結晶基板の表面は鏡面となったことを確認した。

（３）ＧａＮ基板表面のＣＭＰ
図３と同様の構成を有するポリシング装置を用いて、ＧａＮ基板の表面のＣＭＰを行った。ＣＭＰは以下の条件で行った。ポリシングパッドとしては、ポリウレタンのスウェードパッド（ニッタ・ハース株式会社製、Supreme RN-R）を用いた。定盤としては、直径３８０ｍｍの円形のステンレス鋼定盤を用いた。ＧａＮ基板とポリシングパッドとの接触係数Ｃは、１．０×１０^−６ｍ〜２．０×１０^−６ｍとした。ポリシング圧力は１０ｋＰａ〜８０ｋＰａとし、ＧａＮ基板及びポリシングパッドの回転数はいずれも３０回／ｍｉｎ〜１２０回／ｍｉｎとした。スラリー（ＣＭＰ溶液）には、砥粒として粒径２００ｎｍのシリカ粒子を水に２０質量％分散させた。スラリーにはｐＨ調整剤としてクエン酸、Ｈ_２ＳＯ_４を添加し、酸化剤としてジクロロイソシアヌル酸ナトリウムを添加して、スラリーのｐＨ及び酸化還元電位を下記式（３）の範囲に調整した（ｘ：ｐＨ、ｙ：酸化還元電位（ｍＶ））。
−５０ｘ＋１４００≦ｙ≦−５０ｘ＋１９００ …（３）

ドライエッチング、ＣＭＰの条件を適宜変更することにより、表面組成が異なるＧａＮ基板を作製した。ＧａＮ基板の表面の硫化物の含有量の評価はＴＸＲＦにより行い、酸化物の含有量の評価はＡＥＳにより行った。ＴＸＲＦはＸ線の線源にＷ封入型Ｘ線管球を用い、Ｘ線出力は電圧４０ｋＶ、電流４０ｍＡとし、入射角度０．０５°で測定を行った。ＡＥＳは、加速電圧１０ｋｅＶで測定を行った。ＧａＮ基板の表面の面方位及び表面組成を表１〜４に示す。

（４）ＧａＮ基板を含むレーザダイオードの作製
図１１に示す構成を有するレーザダイオードを以下の手順により作製した。まず、ＧａＮ基板１０をＭＯＣＶＤ炉内のサセプタ上に配置した後、表面１０ａ上にエピタキシャル層５２を形成し、エピタキシャル基板５０を得た。

エピタキシャル層５２は、ＭＯＣＶＤ法により以下の成長手順で作製した。まず、ＧａＮ基板１０上に厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮ５２ａを成長した。次に、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層５２ｂを成長した。引き続き、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層５２ｃ及び厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層５２ｄを成長した後に、ＧａＮ厚さ１５ｎｍ／ＩｎＧａＮ厚さ３ｎｍから構成される３周期ＭＱＷ（活性層）５２ｅを成長した。続いて、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層５２ｆ、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層５２ｇ及び厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層５２ｈを成長した。次に、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層５２ｉを成長した。最後に、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層５２ｊを成長した。なお、エピタキシャル層５２の作製に際しては、原料としてトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ_３）、シラン（ＳｉＨ_４）、シクロペンタジエニルマグネシウム（Ｃｐ_２Ｍｇ）を用いた。

ＳｉＯ_２の絶縁膜９５をコンタクト層５２ｊ上に成膜した後に、フォトリソグラフィを用いて幅１０μｍのストライプ窓をウェットエッチングにより形成した。ｃ軸を基板表面に投影した方向に平行となるようにレーザストライプを設けた。

ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ側電極９６Ａと、Ｔｉ／Ａｌからなるパッド電極とを蒸着した。次いで、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂをダイヤモンドスラリーを用いて研磨し、裏面１０ｂが鏡面（ミラー）状態の基板生産物を作製した。このとき、接触式膜厚計を用いて基板生産物の厚みを測定した。なお、厚みの測定は、試料断面の顕微鏡観察により行っても良い。顕微鏡には、光学顕微鏡や、走査型電子顕微鏡を用いることができる。更に、ＧａＮ基板１０の裏面（研磨面）１０ｂには、Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ側電極９６Ｂを蒸着により形成した。

レーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝は、以下の条件で形成した：レーザ光出力１００ｍＷ；走査速度５ｍｍ／ｓ。スクライブ溝は、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチで基板の絶縁膜の開口箇所を通してエピタキシャル層の表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。

ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。基板裏側に押圧によりブレイクすることによって、レーザバーを作製した。レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ_２とＴｉＯ_２を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０〜１００ｎｍの範囲で調整して、反射率の中心波長が５００〜５３０ｎｍの範囲になるように設計した。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計した。もう片側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。

以上により得られたＬＤについて、通電による評価を室温にて行った。電源には、パルス幅５００ｎｓ、デューティ比０．１％のパルス電源を用い、表面電極に針を落として通電した。電流密度は１００Ａ／ｃｍ^２とした。ＬＥＤモード光を観測する際には、光ファイバをレーザバー表面側に配置することで、表面から放出される発光スペクトルを測定した。ＬＥＤモード光の積分強度、及び、スペクトル測定の発光ピークから算出された半値幅を表１〜５に示す。なお、表１〜３は、ＧａＮ結晶をｃ軸からｍ軸方向に傾斜させてスライスしたＧａＮ基板を用いたＬＤの評価結果である。表４，５は、ＧａＮ結晶をｃ軸からａ軸方向に傾斜させてスライスしたＧａＮ基板を用いたＬＤの評価結果である。レーザ光を観測する際には、光ファイバをレーザバー端面側に配置することで、端面から放出される発光スペクトルを測定した。ＬＥＤモード光の発光波長は、５００ｎｍ〜５５０ｎｍであった。レーザの発振波長は５００ｎｍ〜５３０ｎｍであった。

表１〜５に示されるように、実施例１−１〜１−１４及び実施例２−１〜２−１０は、表面の法線軸がｃ軸に対して特定の傾斜角度を有した上で、硫化物の含有量がＳ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の範囲であると共に、酸化物の含有量がＯ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の範囲であるため、良好な発光強度が得られた。また、表面の面方位が、｛２０−２１｝面、｛２０−２−１｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１−１｝面、｛１１−２２｝面、｛１１−２−２｝面、｛２２−４３｝面、｛２２−４−３｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−１｝面のいずれかである場合には、スペクトル測定の発光ピークから算出された半値幅が小さく、発光波長の広がりが小さいことが確認された。特に、｛２０−２１｝面、｛２０−２−１｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−１｝面では、高い積分強度と小さい半値幅が得られた。

一方、比較例１−１、１−３、１−４、１−６、２−１、２−３、２−４及び２−６では、酸化物の含有量が上記範囲から外れているため、発光強度が減少することが確認された。比較例１−２、１−５、２−２及び２−５では、表面が上記特定の面方位を有していないため、発光強度が減少することが確認された。比較例１−７〜１−１０では、酸化物の含有量、もしくは硫化物の含有量が上記範囲から外れているため、発光強度が減少することが確認された。

更に、実施例１−１５及び実施例１−１６として、実施例１−５と同等の面方位、酸化物、硫化物の含有量で、塩化物、シリコン化合物、炭素化合物及び銅化合物の含有量、並びに、表面粗さ、転位密度の異なる基板を作製し、同様にレーザ特性の評価を行った。実施例１−１５は、Ｃｌ濃度が５０００×１０^１０個／ｃｍ^２、Ｓｉ濃度が２０００×１０^１０個／ｃｍ^２、炭素濃度が１２ａｔ％、銅濃度が５０×１０^１０個／ｃｍ^２ _、表面粗さが１．５ｎｍ、転位密度が１×１０^６個／ｃｍ^２であった。実施例１−１６は、Ｃｌ濃度が１８０００×１０^１０個／ｃｍ^２、Ｓｉ濃度が１５０００×１０^１０個／ｃｍ^２、炭素濃度が２５ａｔ％、銅濃度が２００×１０^１０個／ｃｍ^２ _、表面粗さが６ｎｍ、転位密度が１×１０^７個／ｃｍ^２であった。実施例１−１５は、積分強度が１７．３、半値幅が４７ｎｍであった。実施例１−１６は、積分強度が１４．９、半値幅が５０ｎｍであった。実施例１−１５では、酸化物、硫化物、塩化物、シリコン化合物、炭素化合物及び銅化合物の含有量、並びに、表面粗さ、転位密度が上記特定の範囲であるため、特に良好な特性が得られた。

１０…窒化物基板（ＩＩＩ族窒化物半導体基板）、１０ａ…表面、１２…表面層、２０，３０，４０，５０…エピタキシャル基板、２２，３２，４２，５２…エピタキシャル層、３２ｃ，５２ｅ…活性層、１００，２００…半導体デバイス。

Claims (13)

1. 半導体デバイスに用いられるＩＩＩ族窒化物半導体基板であって、
   前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の表面に表面層を有し、
   前記表面層が、Ｓ換算で３０×１０^１０個／ｃｍ^２〜２０００×１０^１０個／ｃｍ^２の硫化物、及び、Ｏ換算で２ａｔ％〜２０ａｔ％の酸化物を含み、
   ｃ軸に対する前記表面の法線軸の傾斜角度が１０°〜８１°である、ＩＩＩ族窒化物半導体基板。
2. 前記表面層がＳ換算で４０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５００×１０^１０個／ｃｍ^２の前記硫化物を含む、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
3. 前記表面層がＯ換算で３ａｔ％〜１６ａｔ％の前記酸化物を含む、請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
4. 前記表面層がＣｌ換算で１２０×１０^１０個／ｃｍ^２〜１５０００×１０^１０個／ｃｍ^２の塩化物を含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
5. 前記表面層がＳｉ換算で１００×１０^１０個／ｃｍ^２〜１２０００×１０^１０個／ｃｍ^２のシリコン化合物を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
6. 前記表面層における炭素化合物の含有量がＣ換算で２２ａｔ％以下である、請求項１〜５のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
7. 前記表面層における銅化合物の含有量がＣｕ換算で１５０×１０^１０個／ｃｍ^２以下である、請求項１〜６のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
8. 前記表面層の表面粗さがＲＭＳ基準で５ｎｍ以下である、請求項１〜７のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
9. 前記表面層の転位密度が１×１０^６個／ｃｍ^２以下である、請求項１〜８のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
10. 前記表面の面方位が、｛２０−２１｝面、｛２０−２−１｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１−１｝面、｛１１−２２｝面、｛１１−２−２｝面、｛２２−４３｝面、｛２２−４−３｝面、｛１１−２１｝面、｛１１−２−１｝面のいずれかである、請求項１〜９のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板と、前記ＩＩＩ族窒化物半導体基板の前記表面層上に形成されたエピタキシャル層とを有し、前記エピタキシャル層がＩＩＩ族窒化物半導体を含む、エピタキシャル基板。
12. 前記エピタキシャル層が量子井戸構造を有する活性層を有し、
    前記活性層が波長４３０ｎｍ〜５５０ｎｍの光を発生するように設けられている、請求項１１に記載のエピタキシャル基板。
13. 請求項１１又は１２に記載のエピタキシャル基板を備える、半導体デバイス。

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