JP2015044707A

JP2015044707A - 窒化ガリウム基板および半導体デバイス

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Publication number: JP2015044707A
Application number: JP2013176648A
Authority: JP
Inventors: 龍弘田; Tatsu Hirota; 佃　至弘; Yoshihiro Tsukuda; 至弘佃
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-03-12

Abstract

【課題】半導体デバイスの歩留まりを高くする。
【解決手段】ＧａＮ基板の１８ｃｍ²以上の面積を有する表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値とＧａＮ基板の裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とし、第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、窒化ガリウム基板および半導体デバイスに関する。

窒化物半導体基板の中でも窒化ガリウム（以下、「ＧａＮ」という。）基板は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイスの製造用の基板として注目されている。たとえば特許文献１には、半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板が記載されている。

特開２００７−１６９１３２号公報

播磨弘，「ＧａＮおよび関連窒化物のラマン散乱分光」，材料，日本材料学会，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．９，２００２年９月，ｐｐ．９８３−９８８

特許文献１に記載のＧａＮ結晶基板は、基板表面内の応力の分布をより均一にすることができるとされている。

しかしながら、現在の産業界においては、半導体デバイスの歩留まりをより高くすることができるＧａＮ基板の開発が要望されている。

そこで、本発明は、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができるＧａＮ基板および当該ＧａＮ基板を用いた半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することにある。

本発明の第１の態様によれば、１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と前記表面の裏側の裏面とを含むＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板を提供することができる。

本発明の第２の態様によれば、ＧａＮ基板と前記ＧａＮ基板上の半導体膜とを含み、前記ＧａＮ基板は１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と前記表面の裏側の裏面とを含み、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である半導体デバイスを提供することができる。

本発明によれば、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができるＧａＮ基板および当該ＧａＮ基板を用いた半導体デバイスおよび半導体デバイスの製造方法を提供することができる。

ウルツ鉱型のＧａＮ結晶の結晶構造を示す図である。Ｅ₂ ^Hフォノンモードを説明する図である。実施の形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図である。実施の形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図である。実施の形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図である。実施の形態１のＧａＮ基板の表面の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態１のＧａＮ基板の裏面の第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態１において、下地基板の表面上にＧａＮ結晶を成長させる工程の一例を図解する模式的な断面図である。実施の形態１において、ＧａＮ結晶の表面の第１の領域内および裏面の第２の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する工程の一例を図解する模式的な断面図である。実施の形態１において、ＧａＮ結晶の表面の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態１において、ＧａＮ結晶の裏面の第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態１において、ＧａＮ結晶の箇所を取り出す工程を図解する模式的な断面図である。実施の形態１において、ＧａＮ結晶またはＧａＮ結晶の箇所をスライスする工程の一例を図解する模式的な断面図である。実施の形態１において、スライスする工程を行なった後のＧａＮ基板の一例の模式的な断面図である。実施の形態１の成膜済み基板の模式的な断面図である。実施の形態２において、ＧａＮ基板の表面上に第２のＧａＮ結晶を成長させる工程を図解する模式的な断面図である。実施の形態２において、第２のＧａＮ結晶の表面の第１の領域内および裏面の第２の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する工程の一例を図解する模式的な断面図である。実施の形態２において、第２のＧａＮ結晶の表面の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態２において、第２のＧａＮ結晶の裏面の第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する方法の一例を図解する模式的な斜視図である。実施の形態２において、第２のＧａＮ結晶の箇所を取り出す工程を図解する模式的な断面図である。実施の形態２において、第２のＧａＮ結晶または第２のＧａＮ結晶の箇所をスライスする工程の一例を図解する模式的な断面図である。実施の形態２において、スライスする工程を行なった後のＧａＮ基板の一例の模式的な断面図である。実施の形態２の半導体膜を形成した状態の模式的な断面図である。実験例においてＧａＮ結晶の成長に用いられた成長炉の概略を示す図である。サンプルＮｏ．１〜２１のＧａＮ基板をそれぞれ用いて作製した青色発光ダイオード素子の模式的な断面図ある。

［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。本発明の実施形態は、以下の（１）〜（８）を含んでいる。

（１）本発明の第１の態様は、１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と前記表面の裏側の裏面とを含むＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板である。

第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である場合には、ＧａＮ基板の表面が１８ｃｍ²以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板の表面側と裏面側との間の応力差を小さくすることができる。そのため、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのを抑えることができることから、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができる。

ここで、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトとは、ウルツ鉱型のＧａＮ結晶を例にして説明すると、Ｅ₂ ^Hフォノンモードは、図１に示すＧａ原子（白丸）およびＮ原子（黒丸）からなる結晶構造を有するＧａＮ結晶において、図２に示すようにＮ原子がｃ面内で変位するモードである。

第１の領域内および第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、第１の領域内および第２の領域内をラマン分光分析して得られるスペクトルにおいて、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの波数である。

（２）本発明の第１の態様においては、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのをより抑えることができることから、半導体デバイスの歩留まりをより向上させることができる。

（３）本発明の第１の態様においては、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのをより抑えることができることから、半導体デバイスの歩留まりをより向上させることができる。

（４）本発明の第１の態様においては、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのをより抑えることができることから、半導体デバイスの歩留まりをより向上させることができる。

（５）本発明の第１の態様においては、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのをより抑えることができることから、半導体デバイスの歩留まりをより向上させることができる。

（６）本発明の第１の態様においては、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．８ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板にクラック等の発生をより低減させることができるだけでなく、ＧａＮ基板の結晶性も良好となるため、当該ＧａＮ基板を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好にすることができる。

（７）本発明の第１の態様においては、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．３ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時におけるＧａＮ基板のクラック等の発生をより低減させることができるだけでなく、ＧａＮ基板の結晶性も良好となるため、当該ＧａＮ基板を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好にすることができる。

（８）本発明の第２の態様は、ＧａＮ基板と前記ＧａＮ基板上の半導体膜とを含み、前記ＧａＮ基板は１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と前記表面の裏側の裏面とを含み、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である半導体デバイスである。

ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板を用いて半導体デバイスを作製した場合には、半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板にクラック等が発生するのを抑えることができる。これにより、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができる。

［本発明の実施形態の詳細］
以下、本発明の一例である実施の形態について説明する。なお、本明細書の図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。

［実施の形態１］
＜ＧａＮ基板＞
図３に、実施の形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図を示す。また、図４に、実施の形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図を示し、図５に、実施の形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図を示す。

図３〜図５に示すように、実施の形態１のＧａＮ基板１は、１８ｃｍ²以上の面積を有する表面２と、表面２の裏側の裏面４とを含んでいる。ＧａＮ基板１の表面２は、表面２の周縁から５ｍｍ内側までの領域５（図３および図４の実線と破線との間の領域）と、領域５を除いた第１の領域３（図３および図４の破線で囲まれた領域）とを有している。また、ＧａＮ基板１の裏面４は、裏面４の周縁から５ｍｍ内側までの領域７（図５の実線と破線との間の領域）と、領域７を除いた第２の領域６（図５の破線で囲まれた領域）とを有している。

実施の形態１のＧａＮ基板１においては、第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下となっている。また、実施の形態１のＧａＮ基板１においては、第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下となっている。

これは、本発明者が鋭意検討した結果、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である場合には、ＧａＮ基板１の表面２が１８ｃｍ²以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板１を用いて半導体デバイスを作製する際に、ＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることができ、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができることを見い出したことによるものである。

半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのが抑えられて半導体デバイスの歩留まりが向上する理由は次のように考えられる。ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることにより、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時に約１０００℃またはそれ以上の高温に曝された場合であっても、ＧａＮ基板１の表面２側と裏面４側との間の応力差が小さいため、ＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを避けることができる。また、ＧａＮ基板１の表面２側と裏面４側との間の応力差が小さいため、ＧａＮ基板１が高温に曝された場合であってもＧａＮ基板１に反りが生じにくく、ＧａＮ基板１上に面内で均質な半導体膜を成膜することができるため、半導体デバイスの特性のばらつきを低減することができる。このように、ＧａＮ基板１にクラック等（クラック、割れ、成膜中の反り等）が発生するのを抑制することができるため、半導体デバイスの歩留まりを向上させることができると考えられる。

図６に、ＧａＮ基板１の表面２の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ＧａＮ基板１の表面２の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、たとえば以下のように測定することができる。まず、入射光２１をＧａＮ基板１の表面２に対して垂直にＧａＮ基板１の表面２の第１の領域３内に照射する。次に、当該入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出してラマンシフトのスペクトルを得る。そして、得られたラマンシフトのスペクトルから、ＧａＮ基板１の表面２の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを得ることができる。

図７に、ＧａＮ基板１の裏面４の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ＧａＮ基板１の裏面４の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、たとえば以下のように測定することができる。まず、入射光２１をＧａＮ基板１の裏面４に対して垂直にＧａＮ基板１の裏面４の第２の領域６内に照射する。次に、当該入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出してラマンシフトのスペクトルを得る。そして、得られたラマンシフトのスペクトルから、ＧａＮ基板１の裏面４の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを得ることができる。

なお、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値およびＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値は、ＧａＮ基板１の表面２の第１の領域３内の任意の複数箇所およびＧａＮ基板１の裏面４の第２の領域６内の任意の複数箇所について、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定し、第１の領域３内におけるラマンシフトの最大値および最小値、ならびに第２の領域６内におけるラマンシフトの最大値および最小値を認定することにより算出することができる。

半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることによって半導体デバイスの歩留まりをより向上させる観点からは、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。また、半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることによって半導体デバイスの歩留まりをより向上させる観点からは、ＧａＮ基板１は、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。

また、半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることによって半導体デバイスの歩留まりをより向上させる観点からは、ＧａＮ基板１の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ基板１の第１の領域３内における最大値と最小値との差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．３ｃｍ^-1以下であることがより好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがさらに好ましい。

また、半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることによって半導体デバイスの歩留まりをより向上させる観点からは、ＧａＮ基板１の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ基板１の第２の領域６内における最大値と最小値との差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．３ｃｍ^-1以下であることがより好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがさらに好ましい。

また、ＧａＮ基板１の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．８ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板１におけるクラック等の発生がより低減する傾向にあるだけでなく、ＧａＮ基板１の結晶性も良好となるため、ＧａＮ基板１を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好となる傾向にある。

また、ＧａＮ基板１の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．３ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板１におけるクラック等の発生の低減の効果が特に顕著に現れる傾向にあるだけでなく、ＧａＮ基板１の結晶性もさらに良好となるため、ＧａＮ基板１を用いて作製された半導体デバイスの特性もさらに良好となる傾向にある。

ここで、ＧａＮ基板１の第１の領域３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅は、ＧａＮ基板１の第１の領域３をラマン分光分析して得られたラマンシフトのスペクトルのＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの半値幅（Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの強度が１／２になるときのピークの波数の幅）を測定することにより算出することができる。

また、ＧａＮ基板１の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．８ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板１におけるクラック等の発生がより低減する傾向にあるだけでなく、ＧａＮ基板１の結晶性も良好となるため、ＧａＮ基板１を用いて作製された半導体デバイスの特性も良好となる傾向にある。

また、ＧａＮ基板１の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．３ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。この場合には、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板１におけるクラック等の発生の低減の効果が特に顕著に現れる傾向にあるだけでなく、ＧａＮ基板１の結晶性もさらに良好となるために、ＧａＮ基板１を用いて作製された半導体デバイスの特性もさらに良好となる傾向にある。

ここで、ＧａＮ基板１の第２の領域６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅は、ＧａＮ基板１の第２の領域６をラマン分光分析して得られたスペクトルのＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの半値幅（Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの強度が１／２になるときのピークの波数の幅）を測定することにより算出することができる。

また、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４が大きいほど、半導体デバイスの作製時にＧａＮ基板１にクラックおよび割れが発生しやすくなる。したがって、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４の面積が好ましくは４０ｃｍ²以上、より好ましくは７０ｃｍ²以上である場合に、ＧａＮ基板１をより有効に用いることができる。

＜ＧａＮ基板の製造方法＞
以下、図８〜図１４を参照して、実施の形態１のＧａＮ基板１の製造方法の一例について説明する。

（ＧａＮ結晶の成長工程）
まず、図８の模式的断面図に示すように、１８ｃｍ²以上の面積を有する異種基板である下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶１１を成長させる工程を行なう。ここで、下地基板１０としては、たとえばサファイア基板や、ＧａＡｓ基板などを用いることができる。また、ＧａＮ結晶１１の成長方法としては、たとえばＨＶＰＥ（ＨｙｄｒｉｄｅＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法などを用いることができる。なお、ＧａＮ結晶１１の成長後においては、ＧａＮ結晶１１は、下地基板１０から切り離される。

（ラマンシフトの測定工程）
次に、図９の模式的断面図に示すように、ＧａＮ結晶１１の１８ｃｍ²以上の面積を有する表面１２の第１の領域内および表面１２の裏側の裏面１４の第２の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する工程を行なう。

図１０に、ＧａＮ結晶１１の表面１２の第１の領域１３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ここで、第１の領域１３は、ＧａＮ結晶１１の表面１２の周縁から５ｍｍ内側までの領域１５（図１０の実線と破線との間の領域）を除いた領域（図１０の破線で囲まれた領域）である。ＧａＮ結晶１１の表面１２の第１の領域１３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、たとえば以下のように測定することができる。まず、入射光２１をＧａＮ結晶１１の表面１２に対して垂直にＧａＮ結晶１１の表面１２の第１の領域１３内に照射する。次に、当該入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出してラマンシフトのスペクトルを得る。そして、得られたラマンシフトのスペクトルから、ＧａＮ結晶１１の表面１２の第１の領域１３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを得ることができる。

図１１に、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の第２の領域１６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示す。ここで、第２の領域１６は、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の周縁から５ｍｍ内側までの領域１７（図１１の実線と破線との間の領域）を除いた領域（図１１の破線で囲まれた領域）である。ＧａＮ結晶１１の裏面１４の第２の領域１６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、たとえば以下のように測定することができる。まず、入射光２１をＧａＮ結晶１１の裏面１４に対して垂直にＧａＮ結晶１１の裏面１４の第２の領域１６内に照射する。次に、当該入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出してラマンシフトのスペクトルを得る。そして、得られたラマンシフトのスペクトルから、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の第２の領域１６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを得ることができる。

なお、ラマンシフトの測定の順序は特に限定されず、たとえば、ＧａＮ結晶１１の表面１２の第１の領域１３内におけるラマンシフトを先に測定してもよく、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の第２の領域１６内におけるラマンシフトを先に測定してもよく、第１の領域１３内におけるラマンシフトと第２の領域１６内におけるラマンシフトとを同時に測定してもよい。

（確認工程）
次に、第１の領域１３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第２の領域１６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下であって、第１の領域１３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域１６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値（以下、「ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下である部分を確認する工程を行なう。

この確認工程により、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値およびＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値がともに０．５ｃｍ^-1以下である部分を予め確認してから、後述するスライス工程を行ない、実施の形態１のＧａＮ基板１を作製することによって、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であってＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である実施の形態１のＧａＮ基板１を効率的に作製することができる。

（取り出し工程）
上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値およびＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値の少なくとも一方が０．５ｃｍ^-1以下ではないことが判明した場合には、たとえば図１２の模式的断面図に示すように、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値およびＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値がともに０．５ｃｍ^-1以下となるＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出す工程を行なうことが好ましい。箇所１１ａを取り出すには、たとえば、研削、研磨またはスライスなどの公知の加工法を用いることができる。

このように、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出してＧａＮ結晶１１の箇所１１ａをスライスすることによって、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である実施の形態１のＧａＮ基板１を効率良く作製することができる。

箇所１１ａの最大の大きさは、たとえば、下地基板１０の種類や大きさ、結晶成長の方法、または結晶成長の条件などによって変化することがある。しかしながら、仮に、このような箇所１１ａを取り出す工程を経た後に、箇所１１ａの大きさが、所望の大きさのＧａＮ基板１を作製するのに必要な大きさに満たない場合には、それ以降は、箇所１１ａの不足した幅や厚さと同じかまたはそれよりも多く、下地基板１０の幅を広くする、またはＧａＮ結晶１１の厚さを厚くするなどの調整をすることによって、所望の大きさの箇所１１ａが得られるＧａＮ結晶１１を得ることが可能である。

なお、上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることが確認された場合には、ＧａＮ結晶１１の上記の箇所１１ａを取り出す工程を行なう必要がないことは言うまでもない。

（断面測定）
ＧａＮ結晶１１の箇所１１ａの特定は、ＧａＮ結晶１１の表面１や裏面４に垂直な面におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定することによっても行なうことができる。この場合には、ＧａＮ結晶１１の表面１や裏面４に垂直な側面や断面において、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になるとともに、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となるＧａＮ結晶１１の厚さ方向の範囲を特定することができる。したがって、この場合には、箇所１１ａの取り出し工程をより正確、効率的にすることができ、実施の形態１のＧａＮ基板１を効率的に作製することができる。

このような確認工程および取り出し工程を経た場合には、同一方法および同一条件により結晶成長させたＧａＮ結晶１１ごとにラマンシフトを測定しなくても取り出す箇所１１ａを特定することができるようになるため、実施の形態１のＧａＮ基板１を効率的に作製することができる。また、この場合に、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下の領域をさらに精度良く取り出すためには、下地基板１０とＧａＮ結晶１１との界面からＧａＮ結晶１１の厚さ方向に１００μｍ以上離れた領域から箇所１１ａを取り出すことが好ましく、３００μｍ以上離れた領域から箇所１１ａを取り出すことがより好ましく、１０００μｍ以上離れた領域から箇所１１ａを取り出すことがさらに好ましい。また、ＧａＮ結晶１１の最表面側からは、ＧａＮ結晶１１内で下地基板１０側に１００μｍ以上離れた領域から箇所１１ａを取り出すことが好ましく、３００μｍ以上離れた領域から箇所１１ａを取り出すことがより好ましい。またＧａＮ結晶１１の主面内では、ＧａＮ結晶１１の最外周部から、１．５ｍｍ以上内側に入り込んだ領域から箇所１１ａを取り出すことが好ましく、３ｍｍ以上内側に入り込んだ領域から箇所１１ａを取り出すことがより好ましい。

その理由は、以下のように考えられる。すなわち、下地基板１０とＧａＮ結晶１１との界面においては、下地基板１０とＧａＮ結晶１１との格子定数差、熱膨張係数差、あるいは下地基板１０の表面加工処理等で除去されていないダメージ、または下地基板１０に結晶成長前に付着した微細な粉塵などを原因とした局所的な歪みが発生することがしばしばある。しかしながら、下地基板１０から厚さ方向にある程度離れた領域ではこれらの影響が緩和されるため、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になるとともに、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になりやすい。

また、ＧａＮ結晶１１の最表面側は、気相成長法、フラックス法またはアモノサーマル法などの製法に関わらず、結晶成長終了時に僅かに成長が進むことがあるため、他の領域よりも低温で結晶が成長することで歪みが発生することがしばしばある。しかしながら、ＧａＮ結晶１１の最表面側から離れた領域ではこの影響が緩和されるため、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になるとともに、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になりやすい。

また、ＧａＮ結晶１１の最外周部においては、気相成長法の場合はガス流れの不均一が起こり、またフラックス法やアモノサーマル法など溶液成長法においては溶液中の原料濃度の不均一が起こるため、成長速度が他の領域よりも速くなるなどの異なる成長条件で成長することによる歪みが発生することがしばしばある。しかしながら、ＧａＮ結晶１１の最外周部から離れた領域ではこの影響が緩和されるため、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になるとともに、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下になりやすい。

しかしながら、上述した下地基板１０とＧａＮ結晶１１との界面や、ＧａＮ結晶１１の最表面や、ＧａＮ結晶１１の最外周部に歪みが発生する懸念が無い場合には、ＧａＮ結晶１１のラマンシフトを測定した結果に応じて、同一方法および同一条件により結晶成長させたＧａＮ結晶１１の取り出し箇所１１ａを精度良く取り出すことができる。

（スライス工程）
次に、ＧａＮ結晶１１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ結晶１１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ結晶１１またはＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを表面１２および裏面１４と平行な方向にスライスする工程を行なう。これにより、図１３の模式的断面図に示すように、複数のＧａＮ基板１を得ることができる。

（研磨工程）
次に、上記のスライスする工程を行なった後の図１４の模式的断面図に示すＧａＮ基板１を研磨する工程を行なう。このようにして得られた実施の形態１のＧａＮ基板１は、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となる。

＜半導体デバイス＞
図１５に、実施の形態１の成膜済み基板の模式的な断面図を示す。実施の形態１の成膜済み基板４１は、実施の形態１のＧａＮ基板１と、ＧａＮ基板１上に形成された半導体膜３１とを備えている。ここで、半導体膜３１は、ＧａＮ基板１の表面２上および裏面４上の少なくとも一方に形成されていればよい。また、半導体膜３１の形成方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の有機金属気相成長法を用いることができる。また、半導体膜３１の構成は特に限定されず、実施の形態１の成膜済み基板４１を用いて作製される実施の形態１の半導体デバイスが目的とする機能を達成できるものであればよい。さらに、半導体膜３１の成膜後に、電極等の他の部材が形成されていてもよいことは言うまでもない。

実施の形態１の半導体デバイスとしては、たとえば、発光ダイオード若しくはレーザダイオードなどの発光素子、ショットキーバリアダイオードなどの整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ若しくはＨＥＭＴ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射センサ若しくは可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅＤｅｖｉｃｅ）、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）部品または圧電アクチュエータなどの半導体デバイスが挙げられる。

＜作用効果＞
実施の形態１のＧａＮ基板１は、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となっている。そのため、ＧａＮ基板１の表面２が１８ｃｍ²以上という大面積を有しているときであってもＧａＮ基板１の表面２側と裏面４側との間の応力差を小さくすることができ、半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることができるため、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができる。

実施の形態１の半導体デバイスは、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である実施の形態１のＧａＮ基板１上に半導体膜を形成して作製される。これにより、半導体デバイスを作製する際にＧａＮ基板１にクラック等が発生するのを抑えることができるため、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができる。

［実施の形態２］
以下、図１６〜図２１を参照して、実施の形態２について説明する。実施の形態２においては、実施の形態１で作製されたＧａＮ基板１を下地基板として、当該ＧａＮ基板１上に第２のＧａＮ結晶を成長させることを特徴としている。

すなわち、まず、実施の形態１のようにしてＧａＮ基板１を作製し、図１６の模式的断面図に示すように、１８ｃｍ²以上の面積を有するＧａＮ基板１の表面２上に第２のＧａＮ結晶５１を成長させる。

次に、図１７の模式的断面図に示すように、第２のＧａＮ結晶５１の１８ｃｍ²以上の面積を有する表面５２の第３の領域内および表面５２の裏側の裏面５４の第４の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトを測定する。図１８に、第２のＧａＮ結晶５１の表面５２の第３の領域５３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示し、図１９に、第２のＧａＮ結晶５１の裏面５４の第４の領域５６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの測定方法の一例を図解する模式的な斜視図を示す。

次に、第３の領域５３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第４の領域５６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値（以下、「第２のＧａＮ結晶５１の最大値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下であって、第３の領域５３内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第４の領域５６内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値（以下、「第２のＧａＮ結晶５１の最小値の差の絶対値」という。）が０．５ｃｍ^-1以下である箇所を確認し、たとえば図２０の模式的断面図に示すように、当該箇所５１ａを取り出す。

その後、図２１の模式的断面図に示すように、上記の箇所５１ａをスライスすることによって、複数のＧａＮ基板１を得ることができる。そして、スライス後の図２２の模式的断面図に示すＧａＮ基板１を研磨する。このようにして得られた実施の形態２のＧａＮ基板１も、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となる部分を含むとともに、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となる部分を含んでいる。そして、図２３の模式的断面図に示すように、実施の形態２のＧａＮ基板１上に半導体膜３１を形成した実施の形態２の成膜済み基板４１を経て、実施の形態２の半導体デバイスを形成することができる。

実施の形態２においては、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である実施の形態１のＧａＮ基板１上に第２のＧａＮ結晶５１を成長させている。そのため、第２のＧａＮ結晶５１の最大値の差の絶対値および第２のＧａＮ結晶５１の最小値の差の絶対値がともに０．５ｃｍ^-1以下となりやすくなる。これにより、実施の形態２においては、実施の形態１のように下地基板１０に異種基板を用いた場合と比べて、ＧａＮ基板１上に成長する第２のＧａＮ結晶５１のより多くの部分から良好に動作する半導体デバイスを製造できるため、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができる。

実施の形態２における上記以外の説明については、実施の形態１と同様であるため、その説明については繰り返さない。

［実験例］
＜サンプルの作製＞
図２４にその概略を示す成長炉３００を使用して、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ結晶の成長を行なう。

ここで、成長炉３００は、反応室３０１と、反応室３０１内に下地基板１０を保持するための基板ホルダ３０２と、Ｇａ原料ガス（ＧａＣｌ）１３３を合成するための合成室３０３と、合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入するためのガス導入管３０５と、反応室３０１内にＮ原料ガス（ＮＨ₃）１３６を導入するためのガス導入管３０６と、反応後のガスを反応室３０１から排気するための排気管３０７と、を含んでいる。また、合成室３０３内にはＧａ１３２が収容されているＧａボート３０４が設置されており、反応室３０１、合成室３０３、ガス導入管３０５およびガス導入管３０６の周囲には、ヒータ３０８、ヒータ３０９およびヒータ３１０が設置されている。

まず、反応室３０１内の基板ホルダ３０２上に下地基板１０を設置する。ここで、下地基板１０としては、直径が２インチの円形のサファイア基板の全面に有機金属気相成長法でＧａＮ膜を２μｍの厚さで成長させたサファイアテンプレート基板上に、直線状の４μｍ幅のＳｉＯ₂マスクを８μｍ間隔で全面に形成したものを用いている。下地基板１０は、下地基板１０の表面内における原料ガスの供給量の均一性を向上させるために１０°傾けて設置されている。

次に、下地基板１０を加熱して下地基板１０の表面温度を１１００℃に保持するとともに下地基板１０を１０ｒｐｍの速度で回転させた状態で、Ｇａ原料ガス１３３およびＮ原料ガス１３６を含む原料ガスを反応室３０１内に導入することにより、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させる。ここで、Ｇａ原料ガス１３３の分圧は２×１０³Ｐａであり、Ｎ原料ガス１３６の分圧は１×１０⁴Ｐａであって、キャリアガスとしてＨ₂ガスを用いている。

なお、Ｇａ原料ガス１３３は、合成室３０３内に設置されているＧａボート３０４を８５０℃に加熱し、ガス導入管３０５により合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入して、Ｇａボート３０４中のＧａ１３２とＨＣｌガス１３１とを反応させることにより生成される。また、ＨＣｌガス１３１は、キャリアガスであるＨ₂ガスととも合成室３０３内に導入される。

そして、下地基板１０の表面上に平坦で傾斜のない（０００１）面からなり、１８ｃｍ²以上の面積の表面および裏面を有する厚さ６ｍｍのＧａＮ結晶を成長させる。そして、下地基板１０からＧａＮ結晶を切り離す。

次に、ＧａＮ結晶をスライスすることによって厚さ３５０μｍの複数のＧａＮ基板を得る。そして、ＧａＮ基板の表面および裏面の加工歪を研磨によって除去した後に、ＧａＮ基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトと、ＧａＮ基板の裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトをそれぞれの領域内で均一に計１００点ずつ測定する。なお、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークは、測定領域や測定条件によって変化するが、５６４．０ｃｍ^-1〜５６９．０ｃｍ^-1の範囲内に存在する。また、ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅および第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅についても同様に測定する。

そして、上記の測定値から以下の（ａ）〜（ｆ）の値を算出し、算出された値に応じて、ＧａＮ基板を表１のサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．１３に分類する。なお、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３およびＮｏ．７〜Ｎｏ．１３は実施例であり、サンプルＮｏ．４〜Ｎｏ．６は比較例である。

（ａ）ＧａＮ基板の最大値の差の絶対値（ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値）。

（ｂ）ＧａＮ基板の最小値の差の絶対値（ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値）。

（ｃ）ＧａＮ基板の第１の領域内における最大値と最小値との差の絶対値（ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値）。

（ｄ）ＧａＮ基板の第２の領域内における最大値と最小値との差の絶対値（ＧａＮ基板の第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値）。

（ｅ）ＧａＮ基板の第１の領域内におけるラマンシフトのピークの半値幅の平均値（ＧａＮ基板の第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値）。

（ｆ）ＧａＮ基板の第２の領域内におけるラマンシフトのピークの半値幅の平均値（ＧａＮ基板の第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値）。

上記のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトは、以下のようにして測定している。まず、光源としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）第２高調波のレーザ装置を用い、当該レーザ装置から出射された波長５３２ｎｍのレーザ光を幅１００μｍのスリットに通した後、レンズで集光する。ここで、レーザ光のスポット径は５０倍の対物レンズを使用しているため約２μｍとなり、露光は積算３０秒で１回とする。また、レーザ光の強度は、発振出力０．１Ｗ（ＧａＮ結晶の表面では約１０ｍＷ）である。そして、ＧａＮ結晶の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内に上記レーザ光を表面に対して垂直に照射し、ｃ軸方向の後方散乱配置でラマン散乱光をＧａＮ結晶の表面の温度が２０℃の状態で検出する。なお、波数校正にはＮｅランプの４本の輝線スペクトルを二次関数で近似する方法を用い、測定した数値データはローレンツ関数で近似し、得られたラマンシフトのスペクトルにおいて、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数を求めることができる。

次に、Ｎｏ．１のサンプルを下地基板１０に用いたこと以外は上記と同一のプロセスで、厚さ６ｍｍのＧａＮ結晶を成長させ、下地基板１０からＧａＮ結晶を切り離し、ＧａＮ結晶をスライスすることによって、厚さ３５０ｕｍの複数のＧａＮ基板を得る。そして、ＧａＮ基板の表面および裏面の加工歪を研磨によって除去した後に、ＧａＮ基板の表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトと、ＧａＮ基板の裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトをそれぞれの領域内で均一に計１００点ずつ測定し、上記の測定値から（ａ）〜（ｆ）の値を算出し、算出された値に応じて、ＧａＮ基板を表１のサンプルＮｏ．１４〜Ｎｏ．２１に分類する。なお、サンプルＮｏ．１４〜Ｎｏ．２１は実施例である。

上記のようにして分類した結果、サンプルＮｏ．４および５は、下地基板からＧａＮ結晶の厚さ方向に３０μｍ離れた位置から取り出されたＧａＮ基板であり、サンプルＮｏ．１，６〜８，１３，１６および１９は、下地基板からＧａＮ結晶の厚さ方向に１００μｍ離れた位置から取り出されたＧａＮ基板である。また、サンプルＮｏ．２，９，１０，１４，１７，２０は、下地基板からＧａＮ結晶の厚さ方向に３００μｍ離れた位置から取り出されたＧａＮ基板であり、サンプルＮｏ．３，１１，１２、１５，１８，２１は、下地基板からＧａＮ結晶の厚さ方向に１０００μｍ以上離れた位置から取り出されたＧａＮ基板である。

また、サンプルＮｏ．４および６は、ＧａＮ結晶の最外周部から０ｍｍ内側に入り込んだ位置から取り出されたＧａＮ基板であり、サンプルＮｏ．１〜３，５および１３〜１５は、ＧａＮ結晶の最外周部から１．５ｍｍ内側に入り込んだ位置から取り出されたＧａＮ基板である。また、サンプルＮｏ．７，９，１１および１６〜１８は、ＧａＮ結晶の最外周部から３ｍｍ内側に入り込んだ位置から取り出されたＧａＮ基板であり、サンプルＮｏ．８，１０，１２および１９〜２１は、ＧａＮ結晶の最外周部から４ｍｍ内側に入り込んだ位置から取り出されたＧａＮ基板である。

なお、表１において、「０．５＜」は「０．５ｃｍ^-1以上」を、「０．３〜０．５」は「０．３ｃｍ^-1よりも大きく０．５ｃｍ^-1以下」を、「０．１〜０．３」は「０．１ｃｍ^-1よりも大きく０．３ｃｍ^-1以下」を、「０．１以下」は「０．１ｃｍ^-1以下」を、「２．３〜２．８」は「２．３ｃｍ^-1以上２．８ｃｍ^-1以下」を、「２．３以下」は「２．３ｃｍ^-1以下」を意味している。

＜青色発光ダイオード素子の作製＞
図２５に、サンプルＮｏ．１〜２１のＧａＮ基板をそれぞれ用いて作製した青色発光ダイオード素子の模式的な断面図を示す。図２５に示す青色発光ダイオード素子は、以下のようにして作製される。まず、サンプルＮｏ．１〜２１のそれぞれのＧａＮ基板１上に、直接、有機金属気相成長法によって、厚さ２μｍのｎ型ＧａＮからなる半導体膜３１を１１００℃で成長させる。そして、引き続き、半導体膜３１の表面上に厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮ井戸層と厚さ１５ｎｍの障壁層とが交互に６周期積層された多重量子井戸発光層２０３を８００℃で成長させ、多重量子井戸発光層２０３上に、ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層２０４およびｐ型ＧａＮコンタクト層２０５を成長する。そして、ｐ型ＧａＮコンタクト層２０５の表面上に幅４００μｍ×長さ４００μｍのＮｉ層２０６を形成し、Ｎｉ層２０６上にＡｕ層２０７を形成してｐオーミック電極を形成する。また、ＧａＮ基板１の裏面にはＴｉ／Ａｌからなるｎオーミック電極２０８を形成する。以上の工程を経て、図２５に示す青色発光ダイオード素子が完成する。

＜評価＞
上記のようにして得られたサンプルＮｏ．１〜２１のＧａＮ基板をそれぞれ用いて作製した青色発光ダイオード素子のｐ電極およびｎ電極間に２０ｍＡの電流を１０ｋＨｚの周波数でパルス状に電流注入を行ない、青色発光ダイオード素子のｐ電極側から光を取り出し、光出力の測定を行なう。

上記のようにして作製したサンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．２１のそれぞれのＧａＮ基板１を用いて青色発光ダイオード素子を作製したときに良品の割合、クラックが生じた割合、および波長ずれが生じた割合（％）を調査した。その結果を表２に示す。

なお、評価基準は、以下のとおりである。発光の中心波長が４６０ｎｍの青色光で、４ｍＷの光出力が得られるものを良品とする。一方、光出力が全く得られず、ＧａＮ基板１および半導体膜３１に顕微鏡で確認される微細なクラックが生じた青色発光ダイオード素子、および発光の中心波長が１０ｎｍ以上ずれた青色発光ダイオード素子を良品としない。

表２に示すように、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３およびＮｏ．７〜Ｎｏ．２１のＧａＮ基板は、サンプルＮｏ．４〜Ｎｏ．６のＧａＮ基板と比較して、良品の割合が向上している。これにより、サンプルＮｏ．１〜Ｎｏ．３およびＮｏ．７〜Ｎｏ．２１のＧａＮ基板は、サンプルＮｏ．４〜Ｎｏ．６のＧａＮ基板と比較して、半導体デバイスとしての青色発光ダイオード素子の歩留まりが高くなると考えられる。

なお、微細なクラックがＧａＮ基板１および半導体膜３１に生じる原因は、ＧａＮ基板１の最大値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ＧａＮ基板１の最小値の差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるという条件を満たさない場合には基板に残留していた応力分布が、半導体膜３１成膜中の高温において割れを誘起したためと考えられる。

また、発光波長のずれの原因は、半導体膜３１の成膜中に、ＧａＮ基板１がクラックを生じないまでも高温に加熱されて応力を解放することで反ってしまい、ＧａＮ基板１上の半導体膜３１の品質が面内で一様でなくなるためと考えられる。

以上のように本発明の実施の形態および実験例について説明を行なったが、上述の各実施の形態および各実験例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

今回開示された実施の形態および実験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。

本発明は、ＧａＮ基板および半導体デバイスに利用することができる。

１ＧａＮ基板、２表面、３第１の領域、４裏面、５領域、６第２の領域、７領域、１０下地基板、１１ＧａＮ結晶、１１ａ箇所、１２表面、１３第１の領域、１４裏面、１５領域、１６第２の領域、１７領域、２１入射光、２２ラマン散乱光、３１半導体膜、４１成膜済み基板、５１第２のＧａＮ結晶、５１ａ箇所、５２表面、５３第３の領域、５４裏面、５５領域、５６第４の領域、１３１ＨＣｌガス、１３２Ｇａ、１３３Ｇａ原料ガス、１３６Ｎ原料ガス、２０３多重量子井戸発光層、２０４ｐ型ＡｌＧａＮ電子ブロック層、２０５ｐ型ＧａＮコンタクト層、２０６Ｎｉ層、２０７Ａｕ層、２０８ｎオーミック電極、３００成長炉、３０１反応室、３０２基板ホルダ、３０３合成室、３０４Ｇａボート、３０５，３０６ガス導入管、３０７排気管、３０８，３０９，３１０ヒータ。

Claims

１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と、
前記表面の裏側の裏面と、を含む窒化ガリウム基板であって、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と、前記窒化ガリウム基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である、窒化ガリウム基板。
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下である、請求項１に記載の窒化ガリウム基板。
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下である、請求項１または請求項２に記載の窒化ガリウム基板。
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．８ｃｍ^-1以下である、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークの半値幅の平均値が２．３ｃｍ^-1以下である、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の窒化ガリウム基板。
窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板上の半導体膜と、を含み、
前記窒化ガリウム基板は、１８ｃｍ²以上の面積を有する表面と、前記表面の裏側の裏面と、を含み、
前記窒化ガリウム基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と、前記窒化ガリウム基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、
前記第１の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値と、前記第２の領域内におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最小値との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である、半導体デバイス。