JP2017197397A - ＧａＮウエハの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】製造されるＧａＮウエハの品質および歩留りの少なくとも一方が改善される、ＧａＮウエハの新規な製造方法を提供すること。【解決手段】ＧａＮウエハの製造方法は、（Ｓ１）互いに結晶方位が揃うように並置されたＮ単位（ただし、Ｎは２以上の整数）のＧａＮシードを含む複合体であって、該Ｎ単位のＧａＮシードの表面が組み合わさって成る複合体表面を備えるシード複合体を形成するステップと、（Ｓ２）該シード複合体の該複合体表面上にＧａＮを成長させて、該Ｎ単位のＧａＮシードの各々と接するひとつの連続したＧａＮバルク結晶を形成するステップと、（Ｓ３）該ＧａＮバルク結晶を加工して、該Ｎ単位のＧａＮシードにそれぞれ対応する該ＧａＮバルク結晶中のＮ個の結晶領域の各々から、１枚以上のＧａＮウエハを得るステップと、を有する。【選択図】図１４

Description

本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）ウエハの製造方法に関する。

ＧａＮ結晶のみから構成されるウエハであるＧａＮウエハが、III-V族窒化物系化合物半導体デバイス用の基板として注目されている。
ＧａＮウエハは、１個または２個以上のＧａＮ単結晶で構成されたシード上にＧａＮバルク結晶を成長させ、そのＧａＮバルク結晶にスライシング、研削、研磨等の加工を施すことにより製造されている（特許文献１）。
非極性または半極性ＧａＮ基板をシードに用いてＧａＮバルク結晶を成長させる場合に、シードの主表面の面積を大きくすることにより、シードの側面上に成長する多結晶の影響が小さくなり、成長するＧａＮバルク結晶の格子歪が小さくなる傾向が見いだされている（特許文献２）。

特開２００８−１４３７７２号公報 国際公開ＷＯ２０１５／０２０１６１号公報

本発明は、製造されるＧａＮウエハの品質および歩留りの少なくとも一方が改善される、ＧａＮウエハの新規な製造方法を提供することである。

本発明の実施形態には、次に記すＧａＮウエハ製造方法が含まれる。
（１）（Ｓ１）互いに結晶方位が揃うように並置されたＮ単位（ただし、Ｎは２以上の整数）のＧａＮシードを含む複合体であって、該Ｎ単位のＧａＮシードの表面が組み合わさって成る複合体表面を備えるシード複合体を形成するステップと、（Ｓ２）該シード複合体の該複合体表面上にＧａＮを成長させて、該Ｎ単位のＧａＮシードの各々と接するひとつの連続したＧａＮバルク結晶を形成するステップと、（Ｓ３）該ＧａＮバルク結晶を加工して、該Ｎ単位のＧａＮシードにそれぞれ対応する該ＧａＮバルク結晶中のＮ個の結晶領域の各々から、１枚以上のＧａＮウエハを得るステップと、を有するＧａＮウエハ製造方法。
（２）前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、１枚のＧａＮ単結晶基板である、前記（１）に記載の製造方法。
（３）前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である、前記（１）または（２）に記載の製造方法。
（４）前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、密に並置された、複数の、互いに接合されていないＧａＮ単結晶片からなる、前記（１）〜（３）のいずれかに記載の製造方法。
（５）前記シード複合体が、互いの境界に接触界面が形成されるように配置された２単位の前記ＧａＮシードを含む、前記（１）〜（４）のいずれかに記載の製造方法。
（６）前記シード複合体が、互いの境界に接合界面を有する２単位の前記ＧａＮシードを含み、該２単位のＧａＮシードの各々は１枚のＧａＮ単結晶基板または１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である、前記（１）〜（５）のいずれかに記載の製造方法。
（７）前記複合体表面が非極性または半極性表面である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の製造方法。
（８）前記シード複合体において、前記複合体表面の法線の方向が［０００１］方向と４５°以上１３５°以下の角度を成す、前記（７）に記載の製造方法。
（９）前記シード複合体において、前記複合体表面とＣ面との交線の方向がａ軸方向±１５°である、前記（７）または（８）に記載の製造方法。
（１０）前記シード複合体において、前記複合体表面の法線と平行または最も平行に近い低指数方位が＜１０−１−１＞、＜３０−３−２＞、＜２０−２−１＞、＜３０−３−１＞、＜３０−３１＞、＜２０−２１＞、＜３０−３２＞または＜１０−１１＞である、前記（１）〜（６）のいずれかに記載の製造方法。
（１１）前記シード複合体が、前記複合体表面におけるｃ軸の正射影の方向に並んだ少なくとも２単位の前記ＧａＮシードを含む、前記（７）〜（１０）のいずれかに記載の製造方法。
（１２）前記シード複合体がＧａＮ犠牲結晶を含み、該ＧａＮ犠牲結晶は前記ＧａＮシードと結晶方位が揃うように配置され、かつ、その表面は前記ＧａＮシードの表面と共に前記複合体表面を構成する、前記（１）〜（１１）のいずれかに記載の製造方法。
（１３）前記ＧａＮバルク結晶を形成するステップでは、前記シード複合体の前記複合体表面上に気相からＧａＮを成長させる、前記（１）〜（１２）のいずれかに記載の製造方法。

ＧａＮウエハの新規な製造方法が提供される。

図１は、実施形態に係るＧａＮウエハ製造方法のフローチャートである。 図２は、４単位のＧａＮシードを２×２配置で並置して成るシード複合体を示す斜視図である。 図３は、ＧａＮシードを示す斜視図である。 図４は、密に並置された３枚の互いに接合されていないＧａＮ単結晶片からなるＧａＮシードを示す斜視図である。 図５は、シード複合体を、複合体表面とＣ面との交線に平行な方向から見たところを示す図面である。 図６は、図２に示すシード複合体の複合体表面上にＧａＮバルク結晶が成長したところを示す斜視図である。 図７は、図６に示すＧａＮバルク結晶を成長方向側から見たところを示す図面である。 図８（ａ）は、４単位のＧａＮシードがシード複合体を構成することなく、互いに離間した状態でベース板Ｂ上に配置されたところを示す斜視図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す４単位のＧａＮシード上にそれぞれＧａＮバルク結晶が成長したところを示す斜視図である。 図９は、４単位のＧａＮシードにＧａＮ犠牲結晶を加えて形成したシード複合体を示す斜視図である。 図１０（ａ）は加工前のＧａＮバルク結晶を示しており、図１０（ｂ）は該ＧａＮバルク結晶の切断により得られた４個のＧａＮ結晶塊を示しており、図１０（ｃ）は該４個のＧａＮ結晶塊の各々から円筒形インゴットをくり抜く工程を示しており、図１０（ｄ）は該４個の円筒形インゴットの各々からＧａＮウエハをスライスする工程を示している。 図１１は、Ｍ面ＧａＮ基板を示す斜視図である。 図１２は、サセプター（図示せず）上に８枚のＭ面ＧａＮ基板を並置して成るシード複合体の斜視図である。 図１３（ａ）は、８枚のＭ面ＧａＮ基板からなるシード複合体の複合体表面上に成長したＧａＮバルク結晶を示す側面図であり、図１３（ｂ）は、該ＧａＮバルク結晶をシード複合体もろとも切断して得られる２個のＧａＮ結晶塊を示す側面図であり、図１３（ｃ）は該２個のＧａＮ結晶塊から（２０−２１）面ウエハをスライスする際のスライス位置を示す側面図である。 図１４（ａ）は、シード複合体の側面図であり、図１４（ｂ）は、該シード複合体の複合体表面上に成長したＧａＮバルク結晶を示す側面図であり、図１４（ｃ）は、該ＧａＮバルク結晶をシード複合体もろとも切断して得られる２個のＧａＮ結晶塊を示す側面図である。 図１５は、（２０−２１）ＧａＮ基板上に成長したＧａＮバルク結晶を示す側面図である。 図１６（ａ）は、シード複合体の側面図であり、図１６（ｂ）は、該シード複合体の複合体表面上に成長したＧａＮバルク結晶を示す側面図であり、図１６（ｃ）は、該ＧａＮバルク結晶をシード複合体もろとも切断して得られる３個のＧａＮ結晶塊を示す側面図である。

ＧａＮは、六方晶系に属するウルツ鉱型の結晶構造を取る。ＧａＮでは、［０００１］および［０００−１］に平行な結晶軸がｃ軸、＜１０−１０＞に平行な結晶軸がｍ軸、＜１１−２０＞に平行な結晶軸がａ軸と呼ばれる。ｃ軸に直交する結晶面はＣ面（C-plane）、ｍ軸に直交する結晶面はＭ面（M-plane）、ａ軸に直交する結晶面はＡ面（A-plane）と呼ばれる。
ｃ軸に直交するＧａＮ表面には、（０００１）表面（ガリウム極性表面）と（０００−１）表面（窒素極性表面）とがある。これらの表面は極性表面とも呼ばれる。
ｃ軸に平行なＧａＮ表面、すなわち｛１０−１０｝表面や｛１１−２０｝表面のようにミラー指数｛ｈｋｍｌ｝のｌが０（ゼロ）であるＧａＮ表面は、非極性表面と呼ばれる。
極性表面でも非極性表面でもないＧａＮ結晶表面は、半極性表面と呼ばれる。
本明細書において、結晶軸、結晶表面、結晶方位等に言及する場合には、特に断らない限り、ＧａＮの結晶軸、結晶表面、結晶方位等を意味するものとする。

１．ＧａＮウエハ製造方法
実施形態に係るＧａＮウエハ製造方法は、図１にフローチャートを示すように次の３つのステップ（Ｓ１）〜（Ｓ３）を含むが、これらに加えて更に他のステップを含んでもよい。
（Ｓ１）互いに結晶方位が揃うように並置されたＮ単位（ただし、Ｎは２以上の整数）のＧａＮシードを含む複合体であって、該Ｎ単位のＧａＮシードの表面が組み合わさって成る複合体表面を備えるシード複合体を形成するステップ。
（Ｓ２）該シード複合体の該複合体表面上にＧａＮを成長させて、該Ｎ単位のＧａＮシードの各々と接するひとつの連続したＧａＮバルク結晶を形成するステップ。
（Ｓ３）該ＧａＮバルク結晶を加工して、該Ｎ単位のＧａＮシードにそれぞれ対応する該ＧａＮバルク結晶中のＮ個の結晶領域の各々から、１枚以上のＧａＮウエハを得るステップ。

上記ステップ（Ｓ１）〜（Ｓ３）の詳細を以下に説明する。
１．１．シード複合体を形成するステップ（Ｓ１）
このステップでは、Ｎ単位（ただし、Ｎは２以上の整数）のＧａＮシードを結晶方位が揃うように並置して、該Ｎ単位のＧａＮシードの表面が組み合わさって成る複合体表面を備えるシード複合体を形成する。
一例として、４単位のＧａＮシードを並置して成るシード複合体を図２に示す。図２を参照すると、ベース板Ｂが有する平坦な表面の上に、４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４が２×２配置で密に並置されて、シード複合体３００を構成している。
ベース板Ｂは、後のステップでシード複合体３００上にＧａＮバルク結晶を成長させる際に用いる気相成長装置が備えるサセプターであり得るが、限定されるものではなく、無機材料からなる単結晶または多結晶基板、金属基板、セラミック基板等であってもよい。

シード複合体３００を構成する４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４は、ＧａＮ結晶からなる矩形板であり得る。ＧａＮシード２０１を例にして説明すると、図３に示すように、ＧａＮシード２０１は、一方の主表面であるシード表面２１１と、その反対側の主表面である裏面２２１と、側面２３１とを有している。シード表面２１１は、その上にＧａＮ結晶がエピタキシャル成長し得るよう、平坦に仕上げられている。
ＧａＮシード２０１のシード表面２１１の面積は通常１ｃｍ²以上であり、上限は特にないが、例えば、１ｃｍ²以上２ｃｍ²未満、２ｃｍ²以上４ｃｍ²未満、４ｃｍ²以上６ｃｍ²未満、６ｃｍ²以上２０ｃｍ²未満、２０ｃｍ²以上４０ｃｍ²未満、４０ｃｍ²以上８０ｃｍ²未満、８０ｃｍ²以上等であり得る。シード表面２１１のアスペクト比Ｌ₁：Ｌ₂は、通常１：１０〜１０：１の範囲内であり、好ましくは１：４〜４：１の範囲内である。

ＧａＮシード２０１の厚さｔは特に限定されないが、通常２００μｍ以上、好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であり、通常２ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以下、より好ましくは１ｍｍ以下である。
ＧａＮシード２０１は、好ましくは、単一のＧａＮ単結晶基板である。様々な面方位を有するＧａＮ単結晶基板を、ＨＰＶＥ法、フラックス法、昇華法、アモノサーマル法等、様々な方法で成長させたＧａＮバルク結晶から製造することができる。非極性または半極性のＧａＮ単結晶基板の製造方法については、前述の特許文献１および特許文献２を参照することができる。

一例において、ＧａＮシード２０１は、互いに接合された複数片のＧａＮ単結晶からなる継ぎ合わせＧａＮ基板であり得る。継ぎ合わせＧａＮ基板の構造および製造方法については、例えば、特開２０１０−１３２９８号公報を参照することができる。
他の一例において、ＧａＮシード２０１は、互いに接合されていない複数のＧａＮ単結晶片を密に並置して成るものであり得る。図４はその一例を示すもので、ＧａＮシード２０１は、ベース板（図示せず）の平坦な表面上に密に並置された３枚のＧａＮ単結晶片１０１、１０２、１０３から構成されている。
シード複合体３００を構成する他の３単位のＧａＮシード２０２、２０３、２０４が有し得る構成および充たすことが好ましい仕様は、ＧａＮシード２０１と同じである。

再び図２を参照すると、シード複合体３００を構成する４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４は、隣接するＧａＮシード間で側面同士が接触するように配置されている。
各々が１枚のＧａＮ単結晶基板または１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である２単位のＧａＮシードが隣接する場合、該２単位のＧａＮシードを側面同士の間で接合させることができる。
４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４がそれぞれ１枚のＧａＮ単結晶基板または１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である場合、該４単位の全てを互いに接合させることができる。そうした場合、複合シード３００はベース板Ｂなしで形状を保持することが可能となる。
ＧａＮシード同士を接合させる技術については、先に引用した２０１０−１３２９８号公報を参照することができる。
一例では、４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４の一部または全部を、ベース板Ｂに接合させることができる。

複合シード３００は、４単位のＧａＮシードのシード表面２１１、２１１、２１３、２１４が組み合わさって成る平坦な複合体表面３１０を有している。隣接するＧａＮシード間の境界におけるシード表面間の段差は、通常０．３ｍｍ未満、好ましくは０．２ｍｍ未満、より好ましくは０．１ｍｍ未満である。
４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４間におけるシード表面２１１、２１２、２１３、２１４の法線方向のバラツキは、通常±５°未満、好ましくは±３°未満、より好ましくは±１°未満である。
４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４間では、ａ軸、ｃ軸およびｍ軸のいずれについても、方位のバラツキが通常±５°未満、好ましくは±３°未満、より好ましくは±１°未満である。

シード複合体３００の複合体表面３１０は、特定の方位を有するＧａＮ表面である。
図５は、シード複合体３００を、その複合体表面３１０とＣ面との交線に平行な方向から見たところである（従って、図５において、該交線は紙面に垂直である）。図５では、シード複合体を構成するＧａＮシード間の境界の図示を省略している。
シード複合体３００において、複合体表面３１０の法線の方向Ｄ_nと［０００１］方向とが成す角度θは０〜１８０°の範囲内の任意の値であり得る。
角度θが０〜１０°または１７０〜１８０°の範囲内のとき、複合体表面３１０は極性表面であるといってよい。角度θが８５〜９５°の範囲内のとき、複合体表面３１０は非極性表面であるといってよい。角度θがこれらのいずれの角度範囲内にも入らないとき、複合体表面３１０は半極性表面であるといってよい。

一例において、角度θは４５°以上６０°未満、６０°以上７０°未満、７０°以上７８°未満、７８°以上８５°未満、８５°以上９５°以下、９５°超１０２°以下、１０２°超１１０°以下、１１０°超１２０°以下、１２０°超１３５°以下等であり得る。
複合体表面３１０が非極性面または半極性面である場合、複合体表面３１０とＣ面との交線の方向は、限定するものではないが、ａ軸方向±１５°、ａ軸方向±５°、ａ軸方向±３°、ａ軸方向±２°、ａ軸方向±１°等の範囲内であり得る。

一例において、複合体表面３１０の法線の方向と平行または最も平行に近い低指数方位は、＜１０−１１＞、＜３０−３２＞、＜２０−２１＞、＜３０−３１＞、＜１０−１０＞、＜３０−３−１＞、＜２０−２−１＞、＜３０−３−２＞、＜１０−１−１＞等であり得る。
ここでは、ミラー指数＜ｈｋｍｌ＞における整数ｈ、ｋ、ｍおよびｌの絶対値がいずれも３以下である結晶方位を、低指数方位というものとする。
複合体表面３１０の法線の方向Ｄ_nが＜１０−１０＞に平行なとき、該方向Ｄ_nと［０００１］方向とが成す角度は９０°であり、複合体表面３１０とＣ面との交線はａ軸に平行である。

複合体表面３１０の法線の方向Ｄ_nが＜１１−２０＞に平行なとき、該方向Ｄ_nと［０００１］方向とが成す角度は９０°であり、複合体表面３１０とＣ面との交線はｍ軸に平行である。
複合体表面３１０の法線の方向Ｄ_nが＜１０−１１＞に平行なとき、該方向Ｄ_nと［０００１］方向とが成す角度は６２°であり、複合体表面３１０とＣ面との交線はａ軸に平行である。
複合体表面３１０の法線の方向Ｄ_nが＜１０−１−１＞に平行なとき、該方向Ｄ_nと［０００１］方向とが成す角度は１１８°であり、複合体表面３１０とＣ面との交線はａ軸に平行である。

１．２．ＧａＮバルク結晶を形成するステップ（Ｓ２）
このステップでは、シード複合体を形成するステップ（Ｓ１）で形成したシード複合体の複合体表面上に、ＧａＮを成長させて、該シード複合体を構成する複数のＧａＮシードの各々と接するひとつの連続したＧａＮバルク結晶を形成する。

ＧａＮ結晶の成長方法としては、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase EpitaxyまたはHalide Vapor Phase Epitaxy）法、昇華法、ＭＯＣＶＤ法等の気相法が好ましく例示されるが、限定されるものではなく、フラックス法やアモノサーマル法を用いることも可能である。
ＧａＮ結晶は、アンドープのとき弱いｎ型導電性を示す。Ｏ（酸素）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｇｅ（ゲルマニウム）等は、ｎ型ドーパントとして作用し、ＧａＮ結晶中にｎ型キャリアを発生させる。Ｍｇ（マグネシウム）、Ｚｎ（亜鉛）等は、ｐ型ドーパントとして作用し、ＧａＮ結晶中にｐ型キャリアを発生させる。
Ｃ（炭素）やＦｅ（鉄）の添加はＧａＮ結晶の導電性を低下させる。特に、ＦｅでドープしたＧａＮ結晶は１０⁷Ω・ｃｍを超える高い抵抗率を有し得る。

図２に示すシード複合体の複合体表面上に、ＧａＮバルク結晶が成長したところを図６に示す。図６を参照すると、ＧａＮバルク結晶４００は、シード複合体３００の複合体表面上に、該複合体表面の法線の方向に成長しており、該複合体表面の全体を覆うひとつの連続した塊を成している。
図６に示すＧａＮ結晶４００は、成長方向側から見ると、図７に示すように４個の結晶領域４０１、４０２、４０３、４０４を有している（図中の一点鎖線は該領域間の境界を示している）。この４個の結晶領域は、シード複合体３００を構成する４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４にそれぞれ対応している。すなわち、結晶領域４０１はＧａＮシード２０１上に形成された領域であり、結晶領域４０２はＧａＮシード２０２上に形成された領域であり、結晶領域４０３はＧａＮシード２０３上に形成された領域であり、結晶領域４０４はＧａＮシード２０４上に形成された領域である。

ＧａＮバルク結晶４００は外側から見るとひとつの連続した塊であるが、４個の結晶領域４０１、４０２、４０３、４０３のうち、どの２つの隣り合う領域間の境界においても、結晶方位が不連続的に変化しているのが普通である。これは、シード複合体３００を形成する際に、ＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４間の結晶方位を完全に一致させることが難しいことによる。
このような結晶領域間の境界においては、転位や積層欠陥のような結晶欠陥の密度が局所的に高くなっており、それによって、方位が異なるＧａＮ結晶同士がつながることにより生じる歪が緩和されている。

ここで、ＧａＮシード上にＧａＮバルク結晶を成長させるにあたり、シード複合体を形成する場合と形成しない場合との違いを説明する。
図８（ａ）は、ＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４がシード複合体を構成することなく、互いに離間した状態でベース板Ｂ上に配置されたところを示す。どのＧａＮシードも、全ての側面を露出させている。
図８（ｂ）では、図８（ａ）に示すＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４の上に、それぞれ、ＧａＮバルク結晶５０１、５０２、５０３、５０４が成長している。

図８に示す、互いに離間したＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４上にそれぞれ成長したＧａＮバルク結晶５０１、５０２、５０３、５０４は、同じ４単位のＧａＮシードでシード複合体３００を形成したうえで成長させた、図６に示すＧａＮバルク結晶４００よりも、結晶格子の歪が大きくなる傾向がある。なぜなら、ＧａＮバルク結晶５０１、５０２、５０３、５０４の成長時に、各ＧａＮシードの全ての側面上で多結晶ＧａＮの成長が起こり得るからである。
ＧａＮシードの側面上で成長する多結晶ＧａＮは、シード表面上におけるＧａＮの成長に干渉し、形成されるＧａＮバルク結晶の格子を歪ませる。シード複合体を形成することの利点のひとつは、ＧａＮシードの側面の露出を減らせるところ、すなわち、多結晶ＧａＮが発生し成長する場所を減らせるところにある。

好適例では、図９に示すように、複合体３００を、ＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４だけでなく、ＧａＮ犠牲結晶２０５を加えて形成することができる。 ＧａＮ犠牲結晶２０５は、ＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４と結晶方位が揃うように配置され、かつ、その表面はＧａＮシードのシード表面と共に複合体表面を構成している。
図９に示すシード複合体３００上にＧａＮバルク結晶を成長させるとき、ＧａＮ犠牲結晶２０５の露出した側面上で多結晶ＧａＮが発生し得るが、ＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４のシード表面から離れた場所であるため、発生した多結晶ＧａＮがシード表面上に成長するＧａＮバルク結晶に及ぼす影響は比較的小さい。
更に、ＧａＮ犠牲結晶を加えることにより、多結晶ＧａＮの発生場所（ＧａＮ犠牲結晶の側面）の面積に対する、ＧａＮバルク結晶の成長場所（シード複合体の複合体表面）の面積の比率が大きくなるという効果もある。同様の効果は、シード複合体を構成するＧａＮシードの単位数を増やしたときにも得られる。
その他、多結晶ＧａＮの発生を抑制することは、原料の利用効率の改善にもつながる。

１．３．ＧａＮウエハを得るステップ（Ｓ３）
このステップでは、先のステップ（Ｓ２）で成長させたＧａＮバルク結晶を加工してＧａＮウエハを作製する。このとき、シード複合体が含むＮ単位のＧａＮシードにそれぞれ対応する該ＧａＮバルク結晶中のＮ個の結晶領域の各々から、１枚以上のＧａＮウエハを得る。
具体例として、図６および７に示すＧａＮバルク結晶からＧａＮウエハを作製する場合について、図１０を参照して説明する。
図１０（ａ）は加工前のＧａＮバルク結晶４００（図６および７に示すバルクＧａＮ結晶である）であり、シード複合体３００を構成する４単位のＧａＮシード２０１、２０２、２０３、２０４上にそれぞれ形成された４個の結晶領域４０１、４０２、４０３、４０４を有している。

このバルクＧａＮ結晶４００を、図８（ｂ）に示すように、ワイヤーソー等を用いて切断し、４個のＧａＮ結晶塊４１１、４１２、４１３、４１４に分ける。切断は結晶領域間の境界の位置で行う。従って、結晶領域４０１を構成する結晶がＧａＮ結晶塊４１１となり、結晶領域４０２を構成する結晶がＧａＮ結晶塊４１２となり、結晶領域４０３を構成する結晶がＧａＮ結晶塊４１３となり、結晶領域４０４を構成する結晶がＧａＮ結晶塊４１４となる。

次いで、図１０（ｃ）に示すように、ＧａＮ結晶塊４１１から円筒形インゴット４２１をくり抜く。他のＧａＮ結晶塊４１１、４１２、４１３からも、同様に、円筒形インゴット４２２、４２３、４２４をくり抜く。
最後に、図１０（ｄ）に示すように、マルチワイヤーソー等を用いて円筒形インゴット４２１からＧａＮウエハ４３１をスライスする。他の円筒形インゴット４２２、４２３、４２４からも、同様に、ＧａＮウエハ４３２、４３３、４３４をスライスする。

加工に用いる手段や、加工の順序は、図１０に示すものに限定されない。一例では、円筒形インゴット４２１、４２２、４２３、４２４を、くり抜き加工に代えて、ＧａＮ結晶塊４１１、４１２、４１３、４１４を研削することにより形成することができる。他の一例では、ＧａＮ結晶４００を分断する工程を省略し、ＧａＮ結晶４００から円筒形インゴット４２１、４２２、４２３、４２４を直接くり抜くことができる。更に他の一例では、ＧａＮ結晶塊４１１、４１２、４１３、４１４をスライスした後に、くり抜き加工等を行ってＧａＮウエハ４３１、４３２、４３３、４３４を得ることができる。
いかなる工程を経るにせよ、ＧａＮ結晶４００の４個の結晶領域４０１、４０２、４０３、４０４から、それぞれ、ＧａＮウエハ４３１、４３２、４３３、４３４が作製される。

２．実施例
２．１．実施例１
（１１１）Ａ面を主表面とする直径５０ｍｍで厚さ０．８ｍｍのＧａＡｓ基板を準備し、該主表面上にスパッタ法により厚さ１００ｎｍのＳｉＯ₂層を形成する。次いで、フォトリソグラフィ技法を用いて該ＳｉＯ₂層をパターニングして、直径２μｍの開口が４μｍピッチで六方稠密に配置されたパターンマスク層とする。各開口にはＧａＡｓ基板の表面を露出させる。

次に、前記パターンマスク層を形成したＧａＡｓ基板上に、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮバルク結晶を成長させる。例えば、５００℃で厚さ８０ｎｍの低温層を成長させ、次いで９５０℃で厚さ６０μｍの中間層を成長させた後、１０５０℃で厚さ５ｍｍのバルク層を成長させる。その後、王水を用いたエッチングによりＧａＡｓ基板を除去することにより、直径５０ｍｍで厚さ３ｍｍの円盤形ＧａＮバルク結晶を得ることができる。

上記の円盤形ＧａＮバルク結晶の両主表面である（０００１）表面および（０００−１）表面に研削および研磨を順次施し、その平均粗さＲａを５ｎｍとした後、その円盤形ＧａＮバルク結晶から、図１１に示す、幅３ｍｍで長さ２２ｍｍの矩形の主表面を有する厚さ１ｍｍのＭ面ＧａＮ基板を切り出す。該主表面の幅方向はｃ軸に平行、長さ方向はａ軸に平行である。各Ｍ面基板の両主表面は、研削および研磨により平坦化した後、ＣＭＰ処理を施して表面粗さＲａを１ｎｍ未満とする。

次いで、８枚の上記Ｍ面ＧａＮ基板を、図１２に示すように、ＨＶＰＥ装置のサセプター（図示せず）上に密に並べて、シード複合体を形成する。並べる方向はｃ軸方向とし、全てのＭ面ＧａＮ基板間で［０００１］方向を一致させる。この８枚のＭ面ＧａＮ基板は、４枚で１単位のＧａＮシードを構成する。従って、シード複合体は２単位のＧａＮシードを含む。
次いで、図１３（ａ）に示すように、形成したシード複合体の複合体表面上にＧａＮバルク結晶を、ＨＶＰＥ法により５ｍｍの厚さに成長させる。図１３（ａ）において、一点鎖線は、２単位のＧａＮシードに対応する該ＧａＮバルク結晶中の２個の結晶領域間の境界を示している。
次いで、図１３（ｂ）に示すように、成長させたＧａＮバルク結晶を、シード複合体もろとも、上記結晶領域間の境界の位置で切断する。

次いで、切断により得られる２つのＧａＮ結晶塊の各々を、図１３（ｃ）に破線で示す位置でスライスし、一方の主表面が（２０−２１）表面、他方の主表面が（２０−２−１）表面である複数のウエハブランクを得る。このウエハブランクの外形を整えるとともに、表面エッチングによる加工ダメージの除去、（２０−２１）表面の研磨による平坦化を行って、幅１２ｍｍで長さ２２ｍｍの矩形の主表面を有する厚さ１ｍｍの（２０−２１）基板（ウエハ）を得る。該主表面の幅方向はａ軸に垂直、長さ方向はａ軸に平行である。

２．２．実施例２
実施例１で作製される（２０−２１）ＧａＮ基板の２枚を、図１４（ａ）に示すように、ＨＶＰＥ装置のサセプター（図示せず）上に密に並べて、シード複合体を形成する。並べる方向は、複合体表面におけるｃ軸の正射影の方向とし、２枚とも（２０−２１）表面が上を向くように、かつ、２枚の［０００１］方向が一致するようにする。

次いで、図１４（ｂ）に示すように、形成したシード複合体の複合体表面上に、ＧａＮバルク結晶をＨＶＰＥ法により成長させる。図１４（ｂ）において、一点鎖線は、２枚の（２０−２１）ＧａＮ基板に対応する該ＧａＮバルク結晶中の２個の結晶領域間の境界を示している。
（２０−２１）面上でＧａＮが成長するとき、その成長フロント表面の［０００−１］側に、安定面であるＭ面に平行なファセットが出現する。そのため、図１４（ｂ）に示すように、シード複合体を構成する２枚の（２０−２１）ＧａＮ基板のうち、［０００−１］側の基板上におけるＧａＮバルク結晶の厚さは、［０００１］側の基板上よりも小さくなる。

次いで、図１４（ｃ）に示すように、成長させたＧａＮバルク結晶を、シード複合体もろとも、上記２個の結晶領域間の境界の位置で切断する。
次いで、切断により得た２つのＧａＮ結晶塊をそれぞれ（２０−２１）面に平行にスライスして、該２つのＧａＮ結晶塊の各々から、一方の主表面が（２０−２１）表面、他方の主表面が（２０−２−１）表面であるウエハブランクを１枚以上得る。このウエハブランクの外形を整えるとともに、表面エッチングによる加工ダメージの除去、（２０−２１）表面の研磨による平坦化を行って、幅１０ｍｍで長さ２０ｍｍの矩形の主表面を有する厚さ０．３ｍｍの（２０−２１）ＧａＮウエハを得る。該主表面の幅方向はａ軸に垂直、長さ方向はａ軸に平行である。

（比較例）
実施例１で作製される（２０−２１）ＧａＮ基板を、単独でシード基板として用い、その（２０−２１）表面上にＨＶＰＥ法でＧａＮを成長させる。すると、図１５に示すように、成長するＧａＮバルク結晶の成長フロント表面にはＭ面に平行なファセットが出現する。このＧａＮバルク結晶を実施例１と同様にして加工し、（２０−２１）面ウエハを作製するとき、使用するシード基板１枚あたりから得られるＧａＮウエハの枚数は実施例２よりも少ない。

（実施例３）
実施例１で作製される（２０−２１）ＧａＮ基板の２枚に加え、犠牲基板を用いて、図１６（ａ）に示すように、ＨＶＰＥ装置のサセプター（図示せず）上にシード複合体を形成する。犠牲基板も（２０−２１）ＧａＮ基板であり、その仕様は、主表面の幅（ａ軸に垂直な方向の寸法）が半分であることを除き、シード基板として用いる（２０−２１）ＧａＮ基板と同じである。
２枚のシード基板と１枚の犠牲基板は、複合体表面におけるｃ軸の正射影の方向に、３枚とも（２０−２１）表面が上を向くように、かつ、３枚の［０００１］方向が一致するように並べる。犠牲基板は、［０００−１］側の端に配置する。

次いで、図１６（ｂ）に示すように、形成したシード複合体の複合体表面上に、ＧａＮをＨＶＰＥ法により成長させる。図１６（ｂ）において、一点鎖線は、シード複合体に含まれる３枚の（２０−２１）ＧａＮ基板にそれぞれ対応するＧａＮバルク結晶中の３個の結晶領域間の境界を示している。
ＧａＮ結晶の成長フロント表面では、［０００−１］側に、安定面であるＭ面に平行なファセットが出現する。しかし、シード複合体の［０００−１］側の端に犠牲基板を配置しているため、中央の（２０−２１）ＧａＮ基板上におけるＧａＮ結晶の成長厚の減少は抑制されている。

次いで、図１６（ｃ）に示すように、成長させたＧａＮバルク結晶を、シード複合体もろとも、上記３個の結晶領域間の境界の位置で切断する。
次いで、切断により得た３つのＧａＮ結晶塊のうち、犠牲基板上に形成された結晶領域に対応するＧａＮ結晶塊を除く２つを、実施例２と同様に加工して（２０−２１）ＧａＮウエハを得る。
犠牲基板を用いる実施例３では、シード基板上におけるＧａＮ結晶の成長厚の減少が抑制されるので、シード基板１枚あたりから得られる（２０−２１）ＧａＮウエハの枚数は実施例２よりも多い。

２０１、２０２、２０３、２０４ ＧａＮシード
２０５ ＧａＮ犠牲結晶
２１１、２１２、２１３、２１４ シード表面
３００ シード複合体
３１０ 複合体表面
４００ ＧａＮバルク結晶
４１１、４１２、４１３、４１４ ＧａＮ結晶塊
４２１、４２２、４２３、４２４ 円筒形インゴット
４３１、４３２、４３３、４３４ ＧａＮウエハ

Claims (13)

1. （Ｓ１）互いに結晶方位が揃うように並置されたＮ単位（ただし、Ｎは２以上の整数）のＧａＮシードを含む複合体であって、該Ｎ単位のＧａＮシードの表面が組み合わさって成る複合体表面を備えるシード複合体を形成するステップと、
   （Ｓ２）該シード複合体の該複合体表面上にＧａＮを成長させて、該Ｎ単位のＧａＮシードの各々と接するひとつの連続したＧａＮバルク結晶を形成するステップと、
   （Ｓ３）該ＧａＮバルク結晶を加工して、該Ｎ単位のＧａＮシードにそれぞれ対応する該ＧａＮバルク結晶中のＮ個の結晶領域の各々から、１枚以上のＧａＮウエハを得るステップと、
   を有するＧａＮウエハ製造方法。
2. 前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、１枚のＧａＮ単結晶基板である、請求項１に記載の製造方法。
3. 前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である、請求１または２に記載の製造方法。
4. 前記Ｎ単位のＧａＮシードの少なくともひとつが、密に並置された、複数の、互いに接合されていないＧａＮ単結晶片からなる、請求項１〜３のいずれか一項に記載の製造方法。
5. 前記シード複合体が、互いの境界に接触界面が形成されるように配置された２単位の前記ＧａＮシードを含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載の製造方法。
6. 前記シード複合体が、互いの境界に接合界面を有する２単位の前記ＧａＮシードを含み、該２単位のＧａＮシードの各々は１枚のＧａＮ単結晶基板または１枚の継ぎ合わせＧａＮ基板である、請求項１〜５のいずれか一項に記載の製造方法。
7. 前記複合体表面が非極性または半極性表面である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
8. 前記シード複合体において、前記複合体表面の法線の方向が［０００１］方向と４５°以上１３５°以下の角度を成す、請求項７に記載の製造方法。
9. 前記シード複合体において、前記複合体表面とＣ面との交線の方向がａ軸方向±１５°である、請求項７または８に記載の製造方法。
10. 前記シード複合体において、前記複合体表面の法線と平行または最も平行に近い低指数方位が＜１０−１−１＞、＜３０−３−２＞、＜２０−２−１＞、＜３０−３−１＞、＜３０−３１＞、＜２０−２１＞、＜３０−３２＞または＜１０−１１＞である、請求項１〜６のいずれか一項に記載の製造方法。
11. 前記シード複合体が、前記複合体表面におけるｃ軸の正射影の方向に並んだ少なくとも２単位の前記ＧａＮシードを含む、請求項７〜１０のいずれか一項に記載の製造方法。
12. 前記シード複合体がＧａＮ犠牲結晶を含み、該ＧａＮ犠牲結晶は前記ＧａＮシードと結晶方位が揃うように配置され、かつ、その表面は前記ＧａＮシードの表面と共に前記複合体表面を構成する、請求項１〜１１のいずれか一項に記載の製造方法。
13. 前記ＧａＮバルク結晶を形成するステップでは、前記シード複合体の前記複合体表面上に気相からＧａＮを成長させる、請求項１〜１２のいずれか一項に記載の製造方法。

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