JP2013082628A - Ｉｉｉ族窒化物結晶、ｉｉｉ族窒化物結晶基板および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】｛０００１｝面を除いて任意に特定される｛ｈｋｉｌ｝面に対して面方位のばらつきが小さな主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供する。
【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、｛０００１｝面を除いて任意に特定される｛ｈｋｉｌ｝面に対して結晶片１０の主面１０ｍ内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下である複数の結晶片１０を調製し、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａ内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下になるようにかつ結晶片１０の主面１０ｍの少なくとも一部が露出するように複数の結晶片１０を配置して、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させるものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面（ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌは整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。以下同じ。）に対して面方位のばらつきが小さな主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法に関する。また、本発明は、上記ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法に関する。

発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶は、通常、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法、フラックス法などの液相法により、（０００１）面の主面を有するサファイア基板または（１１１）Ａ面の主面を有するＧａＡｓ基板などの主面上に結晶成長させることにより製造される。このため、通常得られるＩＩＩ族窒化物結晶は、面方位が｛０００１｝の主面を有する。

面方位が｛０００１｝の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を基板としてその主面上にＭＱＷ（多重量子井戸）構造の発光層を形成させた発光デバイスは、ＩＩＩ族窒化物結晶が有する＜０００１＞方向の極性により、発光層内において自発分極が生じるため、発光効率が低下する。このため、｛０００１｝以外の面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造が求められている。

基板の主面の面方位に左右されずに、任意の面方位の表面を有する窒化ガリウム結晶の作成方法として以下のいくつかの方法が提案されている。

たとえば、特開２００５−１６２５２６号公報（特許文献１）は、気相法により成長させたＧａＮ結晶から、複数個の直方体の結晶塊を切り出し、一方、別途準備したサファイア基板の表面にシリコン酸化膜を被覆し、次いで基板に達する複数個の凹部を形成し、上記複数個の結晶塊をその上部表面が所望の任意の同一面方位となるようにして上記凹部に埋め込み、この結晶塊を種として気相法により、任意の面方位の表面を有するＧａＮ結晶を成長させる方法を開示する。

また、特開２００６−３１５９４７号公報（特許文献２）は、複数の窒化物半導体バーを隣り合う窒化物半導体バーのＣ面同士が対向し、各窒化物半導体バーのＭ面が上面となるように配列し、配列された窒化物半導体バーの上面に窒化物半導体層を形成する方法を開示する。

特開２００５−１６２５２６号公報 特開２００６−３１５９４７号公報

しかし、上記の特許文献１の方法は、サファイア基板中に埋め込まれたＧａＮの結晶の結晶塊を種としてＧａＮ結晶の成長を行なうため、サファイアとＧａＮとの熱膨張係数の相違により、結晶成長後の冷却の際にＧａＮ結晶に亀裂や歪みが生じ、結晶性の高いＧａＮ結晶が得られなかった。

また、上記の特許文献１の方法によりＡｌを含むＩＩＩ族窒化物結晶、たとえば、Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶（ｘ＞０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を成長させると、Ａｌ原料はシリコン酸化膜に対して選択性がないため、シリコン酸化膜上にもＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶が成長するため、結晶性の高いＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶が得られなかった。

また、上記の特許文献２の方法は、窒化物半導体バーのＣ面同士を対向させているため、Ｃ面に対して垂直な面（たとえばＭ面など）以外の任意に特定される面方位を有する窒化物半導体層が得られない。

さらに、上記の特許文献２の方法において用いられる窒化物半導体バーは、窒化物半導体とは異種の化学組成を有するサファイア、ＳｉＣ、シリコン、ＧａＡｓなどの異種ウエハ上に成長させた窒化物半導体ウエハを短冊状にスライスしたものである。ここで、異種ウエハ上に成長した窒化物半導体ウエハは大きな結晶歪みと反りを有しているため、かかる窒化物半導体ウエハからスライスされた窒化物半導体バーはＭ面に対する主面内の面方位のばらつきが大きい。このため、複数の窒化物半導体バーのＭ面上に成長させた窒化物半導体層も、Ｍ面に対する主面内の面方位のばらつきが大きくなる。このため、かかる窒化物半導体層を含む半導体デバイスの特性が低下して歩留まりが低下する。

本発明は、上記問題点を解決し、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して面方位のばらつきが小さな主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶、ＩＩＩ族窒化物結晶基板およびＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、ある局面に従えば、第１のＩＩＩ族窒化物結晶から複数の結晶片を切り出して、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片の主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下である複数の結晶片を調製する工程と、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片の主面の全面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下になるようにかつ各結晶片の主面の少なくとも一部が露出するように複数の結晶片を配置する工程と、複数の結晶片の主面の露出部分上に、各結晶片の主面の露出部分上に成長する第１の結晶領域および第１の結晶領域が互いに接合する領域である第２の結晶領域を含んで一体化するように第２のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、複数の結晶片を調製する工程において、｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片の主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれを０．２°以下とし、複数の結晶片を配置する工程において、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片の主面の全面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれを０．２°以下とすることができる。また、第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、０．００２Ωｃｍの導電性を少なくとも有することができる。

また、本発明は、別の局面に従えば、上記の製造方法により得られた第２のＩＩＩ族窒化物結晶からのＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法であって、第２のＩＩＩ族窒化物結晶に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方向に垂直な主面を形成する工程を備えるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法である。

また、本発明は、さらに別の局面に従えば、上記の製造方法により得られたＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、第１の結晶領域と第２の結晶領域とを含むＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の第１の結晶領域内に半導体デバイスを形成する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法である。

本発明によれば、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して面方位のばらつきが小さな主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶、ＩＩＩ族窒化物結晶基板およびＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法を提供できる。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は複数の結晶片を調製する工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は複数の結晶片を配置する工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程およびＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の別の例を示す概略断面図である。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに別の例を示す概略断面図である。 本発明にかかる半導体デバイスの一例を示す概略断面図である。

結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）は、［ｈｋｉｌ］方向という。また、｛ｈｋｉｌ｝は（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味し、＜ｈｋｉｌ＞は、［ｈｋｉｋ］およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。

（実施形態１）
図１を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の一実施形態は、第１のＩＩＩ族窒化物結晶１から複数の結晶片１０を切り出して、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．５°以下である複数の結晶片１０を調製する工程を備える（図１（ａ）参照）と、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａの任意の点における面方位のずれが０．５°以下になるようにかつ各結晶片１０の主面１０ｍの少なくとも一部が露出するように複数の結晶片１０を配置する工程（図１（ｂ）参照）と、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に、各結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に成長する第１の結晶領域２０ｓおよび第１の結晶領域２０ｓが互いに接合する領域である第２の結晶領域２０ｔを含んで一体化するように第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程（図１（ｃ））と、を備える。

（結晶片の調製工程）
図１（ａ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、第１のＩＩＩ族窒化物結晶１から複数の結晶片１０を切り出して、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．５°以下になるように複数の結晶片１０を調製する工程（結晶片の調製工程）を備える。

｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．５°以下の複数の結晶片１０を調製することにより、各結晶片１０の主面１０ｍ上に面方位のばらつきが小さな主面を有する結晶を成長させることが可能となる。ここで、各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれは、各結晶片の主面の任意の点におけるＸ線回折法により測定することができる。

また、成長させる結晶の主面における面方位のばらつきをより小さくする観点から、複数の結晶片１０は、｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．２°以下であることが好ましい。

結晶片の調製工程は、特に制限はないが、たとえば以下のようにして行なわれる。複数の結晶片１０が切り出される第１のＩＩＩ族窒化物結晶１は、特に制限はないが、一般的には、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、昇華法などの気相法またはフラックス法などの液相法を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶とは化学組成が異なるサファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＡｓ基板などの異種基板を用いて成長されたもの（たとえば、これらの異種基板上に成長されたもの、または、これらの異種基板上に成長されたＩＩＩ族窒化物結晶から切り出された基板上に成長されたもの）である場合が多く、主面は通常｛０００１｝面であり、結晶歪みにより主面内における面方位のばらつきが大きい。

図１（ａ）を参照して、上記の第１のＩＩＩ族窒化物結晶１から複数の結晶片１０を切り出す。ここで、複数の結晶片１０の主面１０ｍが第１のＩＩＩ族窒化物結晶１の主面１ｍから傾斜角θ（０°＜θ≦９０°）を有するように切り出すことにより、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面｛ｈｋｉｌ｝面に近い面方位を有する主面１０ｍを有する複数の結晶片１０が得られる。

結晶片１０の主面１０ｍと第１のＩＩＩ族窒化物結晶１の｛０００１｝面である主面１ｍとの傾斜角θは、特に制限はないが、結晶片１０の主面１０ｍの極性を低減する観点から、５°より大きいことが好ましく、４０°より大きいことがより好ましい。

こうして得られる各結晶片１０においても、結晶歪みにより主面１０ｍ内における面方位のばらつきが大きい。このため、切り出される各結晶片１０は、各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．５°以下となるように調製ができるように十分小さな大きさ（図１に示すように、結晶片が四角形平板の場合は、幅Ｗ₁×幅Ｗ₂×厚さＴ）とする。すなわち、結晶片の大きさは各結晶片が有する結晶歪みの大きさにより異なり、結晶片の結晶歪みが小さいほど結晶片を大きくすることができる。

切り出された各結晶片１０を、各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．５°以下となるように調製する方法には、特に制限はないが、結晶片の主面の中央部における面方位をＸ線回折法により測定し、かかる面方位が目的に応じて任意に特定される｛ｈｋｉｌ｝面に対して０．０１°未満となるように、結晶片の両側の主面を研削および／または研磨する方法が、調製が容易な観点から、好ましく挙げられる。ここで、結晶片の両側の主面は互いに平行になるように研削および／または研磨することが好ましい。

また、結晶片の主面以外の側面は、特に制限はないが、主面に対して垂直に切り出されるとが好ましい。かかる側面を形成することにより各結晶片の側面が互いに接するように複数の結晶片を配置することが容易になる。また、かかる側面は研削および／または研磨されることがより好ましい。

（結晶片の配置工程）
また、図１（ｂ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａの任意の点における面方位のずれが０．５°以下になるようにかつ各結晶片１０の主面１０ｍの少なくとも一部が露出するように複数の結晶片１０を配置する工程（結晶片の配置工程）を備える。

上記のように複数の結晶片１０を配置することにより、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に面方位のばらつきが小さな主面を有する結晶を成長させることが可能となる。ここで、複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａの任意の点における面方位のずれは、複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａの任意の点におけるＸ線回折法により測定することができる。

また、成長させる結晶の主面における面方位のばらつきをより小さくする観点から、｛ｈｋｉｌ｝面に対して各結晶片１０の主面１０ｍの任意の点における面方位のずれが０．２°以下である複数の結晶片１０を、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片の主面の全面の任意の点における面方位のずれが０．２°以下となるように配置することが好ましい。

｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片１０の主面１０ｍの全面１０ａの任意の点における面方位のずれが０．５°以下になるように複数の結晶片１０を配置する方法には、特に制限はないが、たとえば複数の結晶片１０の主面１０ｍが互いに平行になるように配置する方法が挙げられる。

また、複数の結晶片１０は、それぞれの結晶片１０の［０００１］方向が同じ方向になるように配置することが好ましい。かかる配置がされている複数の結晶片１０の主面１０ｍは、互いに同じ方向の極性を有しているため、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に面方位のばらつきがより小さな主面を有する結晶を成長させることが可能となる。

また、各結晶片１０の主面１０ｍの少なくとも一部が露出するように複数の結晶片１０を配置する方法には、複数の結晶片１０の主面の露出部分上に一体化した結晶を成長させることができる限り、特に制限はなく、図１（ｂ）および（ｃ）に示すように、複数の結晶片１０の側面１０ｔが互いに接するように配置することができ、図２に示すように複数の結晶片１０の側面１０ｔが互いに離れるように配置することができ、図３に示すように複数の結晶片１０が主面１０ｍの一部分で互いに重なるように配置することができる。なお、図２において、複数の結晶片１０の主面の露出部分上に一体化した結晶を成長させるために、複数の結晶片１０の側面１０ｔ間の距離は小さいことが好ましく、たとえば成長させる結晶がＧａＮ結晶の場合は２００μｍ以下であることが好ましい。

（第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程）
また、図１（ｃ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に、各結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に成長する第１の結晶領域２０ｓおよび第１の結晶領域２０ｓが互いに接合する領域である第２の結晶領域２０ｔを含んで一体化するように第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程（第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程）を備える。

上記のように第２のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、大きな主面を有し、その主面内における面方位のばらつきが小さいＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。

図１（ｃ）、図２および図３を参照して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長工程においては、各結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に結晶（第１の結晶領域２０ｓ）が成長して、複数の結晶片１０の側面１０ｔの上方で複数の第１の結晶領域２０ｓが接合し一体化するように第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる。第１の結晶領域２０ｓが互いに接合する領域を第２の結晶領域２０ｔと呼ぶ。かかる第２の結晶領域２０ｔは、第１の結晶領域２０ｓが接合している領域であるため、第１の結晶領域２０ｓに比べて、結晶性が低く転位密度が高くなる。このため、カソードルミネッセンス法で転位の発生状態を観察することにより、第１の結晶領域２０ｓと第２の結晶領域と２０ｔとを容易に判別することができる。

第２のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法は、複数の第１の結晶領域が１以上の第２の結晶領域で接合して一体化するように結晶成長できるものであれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相法、フラックス法などの液相法などが挙げられる。

複数の結晶片１０の主面１０ｍの面方位は、｛ｈｋｉｌ｝面からのずれが０．５°（好ましくは０．２°）以下であることから、第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、ほぼ＜ｈｋｉｌ＞方向に成長する。

（実施形態２）
図１（ｃ）を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法の一実施形態は、実施形態１により得られた第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０からのＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの製造方法であって、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長方向に垂直な主面２０ｍ，２０ｎを形成する工程（主面形成工程）を備える。かかる製造方法により、大きな主面２０ｍ，２０ｎを有し、その主面２０ｍ，２０ｎ内における面方位のばらつきが小さいＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐが得られる。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法の主面形成工程において、具体的には、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０をその結晶成長方向である＜ｈｋｉｌ＞方向に垂直な面で切り出すこと、または第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶成長後の主面２０ｇを研削および／または研磨して＜ｈｋｉｌ＞方向に垂直な面を形成することにより、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０にその結晶の成長方向に垂直な主面２０ｍ，２０ｎを形成する。これにより、結晶の成長方向に垂直な主面２０ｍ，２０ｎを有するＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐが得られる。

なお、第２のＩＩＩ族窒化物結晶をその結晶成長方向である＜ｈｋｉｌ＞方向に垂直でない所定の面で切り出すこと、または第２のＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長後の主面を研削および／または研磨して＜ｈｋｉｌ＞方向に垂直でない所定の面を形成することにより、結晶の成長方向に垂直でない所定の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られる。かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面における面方位のばらつきは小さい。

（実施形態３）
図４を参照して、本発明にかかる半導体デバイスの製造方法の一実施形態は、実施形態２により得られたＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐを含む半導体デバイスの製造方法であって、第１の結晶領域２０ｓと第２の結晶領域２０ｔとを含むＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐを準備する工程（ＩＩＩ族窒化物結晶基板の準備工程）と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの第１の結晶領域２０ｓ内に半導体デバイスを形成する工程（半導体デバイス形成工程）と、を備える。かかる製造方法により、歩留まりよく特性の高い半導体デバイスが得られる。

かかる半導体デバイスとしては、特に制限はないが、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave；表面弾性波）デバイス、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、電圧アクチュエータなどが挙げられる。

本実施形態の半導体デバイスの製造方法のＩＩＩ族窒化物結晶基板の準備工程おいて、実施形態３のＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐが準備される。かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐは、複数の結晶片１０の主面１０ｍの露出部分上に成長した第１の結晶領域２０ｓと複数の第１の結晶領域が接合している領域である第２の結晶領域２０ｔとを含む。

また、本実施形態の半導体デバイスの製造方法の半導体デバイス形成工程において、たとえば、以下の半導体デバイスが形成される。図４を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの一方の主面２０ｍ上に半導体層４１を形成し、半導体層４１上にショットキー電極４２を所定のピッチで形成し、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの他方の主面２０ｎ上にオーミック電極４３を形成して、半導体デバイス４０を形成する。ここで、ショットキー電極４２は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの第２の結晶領域２０ｔの直上領域を避けて第１の結晶領域２０ｓの直上領域内に形成されている。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの第１の結晶領域２０ｓ内に半導体デバイスが形成されている。

１．第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）の準備
ＨＶＰＥ法により直径２インチ（５０．８ｍｍ）のサファイア基板上に成長させたＧａＮ結晶から切り出して得られた、主面が（０００１）面で直径が２インチ（５０．８ｍｍ）で曲率半径が２ｍｍのＧａＮ下地基板（ＧａＮ下地基板Ａ）と、主面が（０００１）面で直径が２インチ（５０．８ｍｍ）で曲率半径が５ｍｍのＧａＮ下地基板（ＧａＮ下地基板Ｂ）と、を準備した。

かかるＧａＮ下地基板ＡおよびＧａＮ下地基板のそれぞれの主面上に、ＨＶＰＥ法により、厚さ１２ｍｍの第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶１）を成長させた（図１（ａ）参照）。ここで、ＧａＮ下地基板Ａ上に成長させた第１のＧａＮ結晶をＧａＮ結晶１Ａと呼び、ＧａＮ下地基板Ｂ上に成長させた第１のＧａＮ結晶をＧａＮ結晶１Ｂと呼ぶ。

２．結晶片の調製
図１（ａ）を参照して、ＧａＮ結晶１Ａ（第１のＩＩＩ族窒化物結晶１）をその（０００１）主面１ｍに対して６２°の傾斜角θを有する複数の平面で切り出して、ほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１ｍｍの複数のＧａＮ結晶片Ａ0を作製した。同様に、ＧａＮ結晶１Ｂをその（０００１）主面に対して６２°の傾斜角θを有する複数の平面で切り出して、ほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１ｍｍの複数のＧａＮ結晶片Ｂ₀を作製した。

ＧａＮ結晶Ａのほぼ中央部から切り出したＧａＮ結晶片Ａ₀の主面（幅Ｗ₁：１４ｍｍ×幅Ｗ₂：５０ｍｍ）内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、Ｘ線回折法で測定したところ、＜１１−２０＞方向のずれが１．２°、＜０００１＞方向のずれが０．２５°であった。また、ＧａＮ結晶Ｂのほぼ中央部から切り出したＧａＮ結晶片Ｂ₀の主面（１０ｍｍ×５０ｍｍ）内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．４７°、＜０００１＞方向のずれが０．１０°であった。

さらに、ＧａＮ結晶片Ａ₀を１１ｍｍ角にダイシングして、複数のＧａ結晶片Ｃ₀を形成した。ＧａＮ結晶片Ｃ₀の主面の中央点における面方位の（１−１０１）面に対するずれをＸ線回折法で測定し、このずれが０．０１°未満になるようにＧａＮ結晶片Ｃの両側の主面を研削および研磨して、さらにＧａＮ結晶片Ｃ₀の側面を主面に垂直に切り出して、幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：１０ｍｍ×厚さＴ：０．５ｍｍのＧａＮ結晶片Ｃ（結晶片１０）を得た。同様にして、ＧａＮ結晶片Ｂ₀から、幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：１０ｍｍ×厚さＴ：０．５ｍｍのＧａＮ結晶片Ｄ（結晶片１０）を得た。ここで、ＧａＮ結晶片Ｃの主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、Ｘ線回折法で測定したところ、＜１１−２０＞方向のずれが０．２５°、＜０００１＞方向のずれが０．２４°であった。また、ＧａＮ結晶片Ｄの主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．０８°、＜０００１＞方向のずれが０．０７°であった。

また、ＧａＮ結晶片Ａ₀の側面を主面に垂直に切り出して、幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：５０ｍｍ×厚さＴ：１．０ｍｍのＧａＮ結晶片Ａ（結晶片１０）を得た。同様にして、ＧａＮ結晶片Ｂ₀から、幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：５０ｍｍ×厚さＴ：１．０ｍｍのＧａＮ結晶片Ｂ（結晶片１０）を得た。ここで、ＧａＮ結晶片Ａの主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが１．１°、＜０００１＞方向のずれが０．２０°であった。また、ＧａＮ結晶片Ｂの主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．４５°、＜０００１＞方向のずれが０．０７°であった。

３．結晶片の配置
図１（ｂ）を参照して、２５枚のＧａＮ結晶片Ｃ（結晶片１０）を、それらの主面が平行になるようかつそれらの側面が互いに隣接するように、縦方向および横方向にそれぞれ５枚ずつ配置した。このとき、２５枚のＧａＮ結晶片Ｃの主面１０ｍの全面１０ａ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．２５°、＜０００１＞方向のずれが０．２４°となる。また、同様にして、２５枚のＧａＮ結晶片Ｄを縦方向および横方向にそれぞれ５枚ずつ配置した。このとき、２５枚のＧａＮ結晶片Ｄの主面１０ｍの全面１０ａ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．０８°、＜０００１＞方向のずれが０．０７°となる。

なお、５枚のＧａＮ結晶片Ａ（幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：５０ｍｍ×厚さＴ：１ｍｍ）をそれらの主面が平行になるようかつそれらの側面が互いに隣接するように、幅Ｗ₁方向に５枚配置した。このとき、５枚のＧａＮ結晶片Ａの主面１０ｍの全面１０ａ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが１．１°、＜０００１＞方向のずれが０．２０°となる。また、５枚のＧａＮ結晶片Ｂ（幅Ｗ₁：１０ｍｍ×幅Ｗ₂：５０ｍｍ×厚さＴ：１ｍｍ）を配置した。このとき、５枚のＧａＮ結晶片Ｂの主面１０ｍの全面１０ａ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．４５°、＜０００１＞方向のずれが０．０７°となる。

４．第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶）の成長およびＧａＮ結晶基板の作製
図１（ｃ）を参照して、２５枚のＧａＮ結晶片Ｃ（結晶片１０）の主面１０ｍ上に、ＨＶＰＥ法により、第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０）であるＧａＮ結晶２Ｃを成長させた。このＧａＮ結晶２Ｃを（１−１０１）面に平行な平面で切り出して、ほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１２ｍｍのＧａＮ結晶基板Ｃ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。また、同様にして、２５枚のＧａＮ結晶片Ｃ（結晶片１０）の主面１０ｍ上に、ＧａＮ結晶２Ｄを成長させて、このＧａＮ結晶２Ｄからほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１２ｍｍのＧａＮ結晶基板Ｄ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。

ＧａＮ結晶基板Ｃ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐ）の主面２０ｍ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．２５°、＜０００１＞方向のずれが０．２６°であった。また、ＧａＮ結晶基板Ｄの主面２０ｍ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．０８°、＜０００１＞方向のずれが０．０８°であった。

なお、５枚のＧａＮ結晶片Ａの主面上に、上記と同様に、ＨＶＰＥ法により、第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０）であるＧａＮ結晶２Ａを成長させて、このＧａＮ結晶２Ａを（１−１０１）面に平行な平面で切り出して、ほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１２ｍｍのＧａＮ結晶基板Ａ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。また、同様にして、５枚のＧａＮ結晶片Ｂの主面上に、第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０）であるＧａＮ結晶２Ｂを成長させて、このＧａＮ結晶２Ｂを（１−１０１）面に平行な平面で切り出して、ほぼ（１−１０１）面の主面を有する厚さ１２ｍｍのＧａＮ結晶基板Ｂ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。

ＧａＮ結晶基板Ａ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐ）の主面２０ｍ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが１．３°、＜０００１＞方向のずれが１．５°であった。また、ＧａＮ結晶基板Ｂの主面２０ｍ内の１ｍｍピッチで配置された各点における面方位の（１−１０１）面に対するずれは、＜１１−２０＞方向のずれが０．５°、＜０００１＞方向のずれが０．６°であった。

このように、｛ｈｋｉｌ｝面に対して結晶片の主面の任意の点における面方位のずれが０．５°以下（好ましくは、０．２°以下）である複数の結晶片を調製し、｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の結晶片の主面の全面の任意の点における面方位のずれが０．５°以下（好ましくは、０．２°以下）になるようにかつ結晶片の主面の少なくとも一部が露出するように複数の結晶片を配置して、複数の結晶片の主面の露出部分上に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、｛ｈｋｉｌ｝面に対して面方位のばらつきが小さな主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られた。

ここで、本実施例では、ＧａＮ結晶片（結晶片１０）の調製において、結晶片の主面のチルト角（＜ｈｋｉｌ＞方向からのずれ角をいう。以下同じ。）を低減する調整を行なったが、結晶片の主面のツイスト角（＜ｈｋｉｌ＞方向の回りずれ角をいう。以下同じ。）を低減する調整は行なっていない。これはチルト角が、その上に形成するＩＩＩ族窒化物半導体層（ＩＩＩ族窒化物結晶層）の特性により多きな影響を与えるためである。もちろん必要に応じてツイスト角を低減する調整を行なえばよい。そのためには、結晶片の側面を切り出す際に、結晶片のツイスト角を低減する調整をすればよい。

なお、得られたＧａＮ結晶基板Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの導電性を測定すると（ナプコン株式会社製ＥＣ−８０を使用）、主面の全面で０．００２Ωｃｍと高い導電性が確認された。これはＨＶＰＥ成長雰囲ガスに含まれる酸素が（１−１０１）面の結晶成長面に高効率で取り込まれたためだと考えている。

５．半導体デバイスの作製
図４を参照して、ＧａＮ結晶基板Ｃ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐ）の一方の主面２０ｍ上に、ＭＯＣＶＤ法により厚さ１５μｍでキャリア密度が１×１０¹⁶ｃｍ^-3のｎ型ＧａＮ層（半導体層４１）を成長させた。このｎ型ＧａＮ層（半導体層４１）上に、真空蒸着法により、Ａｕからなる直径４５０μｍのショットキー電極４２を２ｍｍピッチで形成した。ここで、ショットキー電極４２は、ＧａＮ結晶基板Ｃ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐ）の第２の結晶領域２０ｔの直上領域を避けて第１の結晶領域２０ｓの直上領域内に形成した。また、ＧａＮ結晶基板Ｃ（ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐ）の他方の主面２０ｎ上に、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極４３を形成した。こうして半導体デバイスＣ（半導体デバイス４０）を得た。半導体デバイスＣのショットキー電極４２とオーミック電極４３との間に逆電圧を印可して、半導体デバイスの耐圧性能を評価した。

耐圧１０００Ｖ以上を良品とするとき、４００チップ中２９５チップが良品であったことから、製品の歩留まりは７４％であった。また、耐圧５００Ｖ以上を良品とするとき、４００チップ中３８５チップが良品であったことから、製品の歩留まりは９６％であった。

上記と同様にして、ＧａＮ結晶基板Ｄを用いて半導体デバイスＤを作製し、ＧａＮ結晶基板Ａを用いて半導体デバイスＡを作製し、ＧａＮ結晶基板Ｂを用いて半導体デバイスＢを作製した。

半導体デバイスＤについて、耐圧１０００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中３８５チップが良品であったことから製品の歩留まりは９６％であり、耐圧５００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中３９５チップが良品であったことから製品の歩留まりは９９％であった。

半導体デバイスＡについて、耐圧１０００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中１２チップが良品であったことから製品の歩留まりは３％であり、耐圧５００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中５２チップが良品であったことから製品の歩留まりは１３％であった。

半導体デバイスＢについて、耐圧１０００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中８４チップが良品であったことから製品の歩留まりは２１％であり、耐圧５００Ｖ以上を良品とするとき４００チップ中３５０チップが良品であったことから製品の歩留まりは８７％であった。

上記のように、半導体デバイス中のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面における面方位のばらつきが大きくなるほど、半導体デバイスの歩留まりが極端に低下する。これは、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面における面方位のばらつきが大きくなると、その主面上に成長する半導体層の成長面にマクロステップが発生して、結晶成長面のモフォロジーの平坦性が損なわれるためと考えている。

上記のように、良品の基準が耐圧５００Ｖ以上であれば、（１−１０１）面を主面とするＩＩＩ族窒化物結晶基板については、（１−１０１）面に対する主面内の面方位のばらつきが０．５°以下であれば、半導体デバイスの歩留まりが高くなる。また、（１１−２２）面または（１−１００）面を主面とするＩＩＩ族窒化物基板についても、（１１−２２）面または（１−１００）面に対する主面内の面方位のばらつきは、０．５°以下であればよい。

また、良品の基準が耐圧１０００Ｖ以上であっても、（１−１０１）面を主面とするＩＩＩ族窒化物結晶基板については、（１−１０１）面に対する主面内の面方位のばらつきが０．２°以下であれば、半導体デバイスの歩留まりが高くなる。また、（１１−２２）面または（１−１００）面を主面とするＩＩＩ族窒化物基板についても、（１１−２２）面または（１−１００）面に対する主面内の面方位のばらつきは、０．２°以下が好ましい。

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説明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。

１ 第１のＩＩＩ族窒化物結晶、１ｍ，１０ｍ，２０ｇ，２０ｍ，２０ｎ 主面、１０ 結晶片、１０ａ 全面、１０ｔ 側面、２０ 第２のＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｐ ＩＩＩ族窒化物結晶基板、２０ｓ 第１の結晶領域、２０ｔ 第２の結晶領域、４０ 半導体デバイス、４１ 半導体層、４２ ショットキー電極、４３ オーミック電極。

Claims (5)

1. 第１のＩＩＩ族窒化物結晶から複数の結晶片を切り出して、｛０００１｝面を除いて任意に特定される結晶幾何学的な面である｛ｈｋｉｌ｝面に対して各前記結晶片の主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下である複数の前記結晶片を調製する工程と、
   前記｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の前記結晶片の主面の全面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．５°以下になるようにかつ各前記結晶片の主面の少なくとも一部が露出するように複数の前記結晶片を配置する工程と、
   複数の前記結晶片の主面の露出部分上に、各前記結晶片の主面の露出部分上に成長する第１の結晶領域および前記第１の結晶領域が互いに接合する領域である第２の結晶領域を含んで一体化するように第２のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
2. 複数の前記結晶片を調製する工程において、前記｛ｈｋｉｌ｝面に対して各前記結晶片の主面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．２°以下であり、
   複数の前記結晶片を配置する工程において、前記｛ｈｋｉｌ｝面に対して複数の前記結晶片の主面の全面内に１ｍｍピッチで配置された各点における面方位のずれが０．２°以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
3. 前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、０．００２Ωｃｍの導電性を少なくとも有する請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれかの製造方法により得られた前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶からのＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法であって、
   前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶に、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方向に垂直な主面を形成する工程を備えるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法。
5. 請求項４の製造方法により得られた前記ＩＩＩ族窒化物結晶基板を含む半導体デバイスの製造方法であって、
   前記第１の結晶領域と前記第２の結晶領域とを含む前記ＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、
   前記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の前記第１の結晶領域内に半導体デバイスを形成する工程と、を備える半導体デバイスの製造方法。

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