JP4518746B2

JP4518746B2 - ＧａＮ基板

Info

Publication number: JP4518746B2
Application number: JP2003128059A
Authority: JP
Inventors: 雅博中山; 成二中畑; 康二上松; 好司玉村; 昌夫池田
Original assignee: Sony Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sony Corp; Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2003-05-06
Filing date: 2003-05-06
Publication date: 2010-08-04
Anticipated expiration: 2023-05-06
Also published as: JP2004335645A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、結晶方位を正確に示す事ができるようにした単結晶ＧａＮ自立基板（ウエハ）に関する。単結晶ウエハはその上に様々の同等なデバイスチップを作製し劈開によってチップに切断し個々のチップにするので、その結晶方位は正確に与えられなければならない。特に自然劈開面を共振器として利用するレーザ素子の基板とするような場合は結晶方位を正確に指示できる手段がなければならない。
【０００２】
【従来の技術】
ウエハの結晶方位を示すために一般に行われるのは円形ウエハのある弓形部分を折り取り自然劈開に沿った面を露出させるオリエンテーションフラット法である。劈開面に平行な線分がウエハの周辺に出現するので結晶方位がわかる。方位を示す短い線分をオリエンテーションフラット（ＯＦ）と呼ぶ。ウエハプロセスにおいてＯＦを基準にウエハの向きを定めて様々の工程を行うようになっている。
【０００３】
ダイヤモンド構造をとるＳｉウエハの場合は表裏の区別がなくて劈開面が表面裏面に直交するので、その劈開面の一つに沿ってウエハを折り取りオリエンテーションフラットとする。つまりＳｉウエハの場合はオリエンテーションフラットが一つでよい。ＯＦは劈開面を示す。
【０００４】
閃亜鉛鉱構造をとるＧａＡｓウエハの場合は表裏で結晶メサ形状が異なるので劈開面を示すＯＦと、それに直角に面の向きを示すためのＩＦを付ける。ＯＦの方がＩＦよりも長くて時計廻りに見てＯＦ、ＩＦというように並んでいると、それは表面を見ているのである。Ｓｉ、ＧａＡｓウエハの場合、ウエハの直径に応じ、それに付すべき、ＯＦ、ＩＦの長さはＳＥＭＩの基準で決まっている。
【０００５】
円形ウエハであれば、そのように一つ或いは二つの線分を周辺に付すことによって結晶方位あるいはそれと面の向きを示すようになっている。
本発明はＧａＮ基板の場合に方位を示す手段を新たに与えようとするものである。ＧａＮは高融点材料で２０００℃近くでも融液にならない。だから融液に種結晶を漬けてから単結晶を引き上げるとか、融液を一方から固化して単結晶にするというようなことは設備上困難である。それでサファイヤ（α−Ａｌ_２Ｏ_３）の単結晶基板の上にＧａＮ単結晶薄膜をヘテロエピタキシャル成長させたものが、ＧａＮ素子用（青色ＩｎＧａＮ−ＬＥＤ、青色ＩｎＧａＮ−ＬＤ）基板として現在でも用いられている。
【０００６】
サファイヤの上にＧａＮを載せたものは夥しい転位密度があるが、それにも拘らず実績があり長寿命・高輝度の青色ＬＥＤを製造できる。しかしサファイヤ基板にＧａＮバッファ層を載せ、さらに、その上にＩｎＧａＮ活性層を成長させたものは劈開がないのでチップ分離が難しく共振器作製に手数がかかり歩留まりが低いという欠点がある。
【０００７】
そこでＩｎＧａＮ素子の基板としてはサファイヤでなく、ＧａＮ自身を用いたいという要求が常に存在した。ＧａＮは自然劈開が存在する。劈開面は｛１−１００｝面である。だからチップ分離は自然劈開を利用できる。レーザとする場合の共振器面も劈開面にすることができ好都合である。
【０００８】
ＧａＮ単結晶は気相から固相への反応によって作られる。それは転位密度が高くて良質で大口径のものは作りにくい。工夫を重ねて、現在では２インチ程度の直径のＧａＮ単結晶ウエハを製造できるようになっている。
【０００９】
次に関係のある従来技術を説明する。
特許文献１はＯＦやＩＦをウエハの周辺に付けると熱ストレスの集中、スリップの発生など問題があるのでＳｉウエハにレーザビームで１ｍｍφの溶融穴を設けＯＦの代わりとしたＳｉウエハを提案している。
【００１０】
特許文献２はＯＦ、ＩＦをウエハの周辺に形成すると荷重偏心によってスピンコートのときにウエハが外れることがあるので、ウエハの周辺に小さいノッチをつけＯＦ、ＩＦを省いたＳｉウエハを提案している。特許文献１、２は、ＳｉウエハについてＯＦを用いない方位指示法を述べている。
【００１１】
特許文献３は本出願人になるものでＧａＡｓ基板の上にＥＬＯマスクを付けてＧａＮをＥＬＯ成長させる手法を提案している。
特許文献４は本出願人になるもので、ＧａＮ結晶のファセット成長法を初めて提案している。鏡面成長するのではなくファセットを維持したまま成長させファセットに転位を集中させ、残り部分を良質の単結晶とするものである。それによって初めて厚いＧａＮ膜を作ることができるようになった。
【００１２】
特許文献５は本出願人が創案したもので、ドットマスクを下地に形成しマスクによってファセット成長する部分を決定し、それ以外は良質の単結晶とし厚い自立膜を形成できるようにした。
【００１３】
【特許文献１】
特開昭６０−１６７４２６号（特願昭５９−２３４４８号）
【００１４】
【特許文献２】
特開２０００−３３１８９８（特願平１１−１４１０６２号）
【００１５】
【特許文献３】
国際特許公開ＷＯ９９／２３６９３
【００１６】
【特許文献４】
特開２００１−１０２３０７（特願平１１−２７３８８２号）
【００１７】
【特許文献５】
特願２００２−２３０９２５（２００２年８月８日出願）
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ＧａＮウエハの場合も円形の周辺部の一部を劈開に沿って切り取ってオリエンテーションフラットＯＦを形成すれば結晶方位を示すことができる。それはそうなのであるが、ＧａＮはいまだに大きい直径のウエハが作りにくいので、これまでのＳｉ、ＧａＡｓのように簡単ではない。
【００１９】
オリエンテーションフラットＯＦを付す場合、結晶方位を測定して研削あるいは切削によってウエハのある方向に直線部分を機械的に形成するようにできる。あるいはピンセットでウエハの端を挟んでオリエンテーションフラットを折り取るということもある。それは自然劈開面が出れば正確にＯＦを縁に表すことができ正確であり好ましい。例えば５０ｍｍφのウエハとするために６０ｍｍφの円板を作り１０ｍｍの折り代を確保できるのであれば、失敗することなくピンセットで縁を折り自然劈開面を出すことができる。しかし成長の難しい結晶の場合そのような余裕がない。
【００２０】
折り代を充分に取れないので、うまく折り取れない場合も多い。うまく折り取れない場合は再度ピンセットで挟み、力を掛けて折り取るということする。何度か試みると正確な劈開面を出すことができる。しかしＧａＮの場合大口径の単結晶を製造するのが難しいので折り取り代をあまり広く取ることができない。せいぜい１ｍｍ〜２ｍｍ程度の余裕しかない。そうするとウエハの側周をピンセットで挟んで折り取るという作業を何度も繰り返す事ができない。そのため誤差も大きくなる。
【００２１】
研削による手法の場合はなかなか充分な精度が出ない。０．５度を越える誤差が出ることもある。しかしデバイスを作るのであるからウエハの方位の誤差は０．５度以下であって欲しいものである。
【００２２】
ところがＧａＮ円形ウエハの場合、オリエンテーションフラットの精度は低く、今なお誤差を要求される値（０．５度以下）に必ずしも全て抑制できるとは限らない。
ＧａＮ基板は青色のＬＥＤ、ＬＤの基板として製造されたものであるからオリエンテーションフラットの精度はその目的に合うものでなければならない。
【００２３】
ＬＥＤ基板とする場合はオリエンテーションフラット（ＯＦ）の精度は厳しくない。面発光素子であるから発光効率とＯＦの誤差とは関係がない。チップ分離の場合に少し誤差が出る可能性がある。しかし、それはあまり差し支えない。
【００２４】
問題は半導体レーザの基板とする場合である。その場合サファイヤ基板より優れた点は劈開を共振器ミラーとして利用できるということであった。レーザチップのストライプが共振面（劈開面）と垂直であることが理想であるが、レーザのストライプが劈開面からずれていると反射効率が減りレーザ発振の閾値が上がり輝度も悪いということになる。図１にレーザチップ２と長手方向に傾いた活性層３の関係を示す。レーザの活性層３は長手方向に延びる長細い部分でありストライプと呼ばれる。しかし本発明では後に他の概念について「ストライプ」という言葉を使うので、混同を避けるためにレーザの活性層は線状活性層３と呼ぶことにする。
【００２５】
線状活性層３で上下方向に電流注入がなされ、それが光子を生成する。光子が線状活性層を往復運動して増幅され一方の端面からビームとして放出される。線状活性層の両端がミラー４、４である。平行なミラー４、４が対向しているので共振器という。線状活性層３の幅ｄは２〜３μｍ程度でごく細いものである。線状活性層３の長さはチップの長さＬに等しい。線状活性層３の端面が線状活性層３の長手方向と完全に直角なら一端面で反射されたものは他の端面まで行くことができ多重反射を繰り返す。
【００２６】
しかし端面がわずかに傾いている（傾斜角をΥとする）と繰り返し反射ができないということもある。１回の反射で２Υだけビームの傾斜が増えるので、線状活性層３の端を走るビームが端面で反射されて戻り、他端面で活性層内に残るためには、２ΥＬ＜ｄでなければならない。線状活性層３の幅はｄ＝２〜３μｍであり、チップ長さはＬ＝３００μｍ〜６００μｍ程度である。反射光が戻るための条件はΥ≦ｄ／２Ｌとなるから、幅ｄが狭いほど、Ｌが長いほどΥに対する条件は厳しくなる。
【００２７】
現在は最短長が３００μｍ程度であるが、仮に、読取用デバイス用途等で技術的進歩によって将来２００μｍの長さのものができたとしても、ｄ＝３μｍ、Ｌ＝２００μｍとしてΥ≦０．５゜となる。だからΥの許される最大の角度は将来の技術進歩を見込んでも０．５゜程度である。現在はＬが５００μｍ程度だから、ｄ＝３μｍとして、Υ≦０．２゜となる。さらに良いのは、一度だけでなく何度も線状活性層を往復運動できるということである。線状活性層の端を走るビームがｍ回反射されても線状活性層に残っているという条件はΥ≦ｄ／２ｍＬであるが、ｄ＝３μｍ、Ｌ＝５００μｍ、ｍ＝６として、Υ≦０．０３度である。
【００２８】
端面の線状活性層３に対するズレの角度Υの制限は、反射の条件だけでなくチップ劈開歩留まりによっても与えられる。図２はウエハ５から多数のチップ２を切り出した時に劈開に直交する方位とチップ切り出し線が食い違っている有り様を示している。方位の食い違いΥがあると劈開面の鏡面状態が劣化し、劈開歩留まりを低下させる。
【００２９】
図９は２インチＧａＮウエハでストライプコア（欠陥集合領域Ｈ）幅が５０μｍ、ストライプコア間隔４００μｍ、６００μｍ×４００μｍチップサイズの場合の、線状活性層の傾き角と素子チップ取れ数の関係を示すグラフである。図７は同じ条件で線状活性層の傾き角Υと劈開歩留まりの関係を示すグラフである。劈開歩留まりが１００％に近い結果が得られるのはΥが０．０３度以内のときである。ウエハ面内のチップ取れ数に関しては次のようになる。端面のズレの角度が大きいと一枚のＧａＮウエハから取れるチップの割合が減少してくる。一方、ストライプコアと線状活性層との平行度ずれ（θ゜）によるチップ歩留まりを考えると、θ＝０゜の場合を１００％とすると、θが０〜０．２゜の場合で１００％チップを取ることができる。しかしθが０．２度を越えるとチップ取れ数は７６．２％に減る。ストライプコアの間隔は３５０μｍであるが、線状活性層はちょうどその真中にあるのが良い。しかしθが有限なのでチップの端では線状活性層がストライプコアの中心（１７５μｍ）からずれてくる。中心からのずれが９０μｍを越えるとそれは不良品である。２インチウエハ（半径が２５ｍｍ）であるから、中央で線状活性層がストライプコアの中心にあって周辺部では中心から９０μｍそれたとすると、その場合のずれの角度はｔａｎ^−１（０．０９／２５）＝０．２度となる。この角度を越えると左右の周辺部のチップが不良になるので良品の取れる率が７６．２％に低下する。
【００３０】
ズレの角度はレーザをＧａＮウエハの上に作製したときのレーザの特性にも関係する。特性といってもいろいろあるが、ここでは発振する電流閾値Ｉｔｈで述べる。図８は線状活性層と結晶方位のズレの角度Υと発振電流閾値Ｉｔｈとの関係を示す略図であるが、ズレ角Υが増加すると閾値電流が増大しレーザ特性が悪化するということがわかる。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、基板の上に平行マスクを付け、その上にファセット成長させたＧａＮ単結晶にはマスクに沿って結晶方位が周囲とは異なる部分が平行直線状に存在するので結晶方位の異なる直線部分（ストライプ：欠陥集合領域Ｈ）が単結晶の（１−１００）面（［１１−２０］方向）方向とのなす角度αが０．５度以下であるようにし、周囲と結晶方位が異なる直線部分（欠陥集合領域Ｈ）を方位の標識として利用する。より好ましくは結晶方位が異なる直線部分（欠陥集合領域Ｈ）の（１−１００）面方向とのなす角度αが０．２度以下であるようにし結晶方位の異なる直線部分（欠陥集合領域Ｈ）を方位方式として利用する。さらに望ましくは結晶方位相違直線部分（欠陥集合領域Ｈ）と（１−１００）面方向のなす角度αが０．０３度以下であるようにする。
【００３２】
あるいはそれを９０゜回転して、（１１−２０）面（[−１１００]方向）方位にストライプ（欠陥集合領域Ｈ）を取るようにし、それらのなす角度αを、０．５゜以下、０．２゜以下、或いは０．０３゜以下というようにすることもできる。
【００３３】
つまりＯＦに代えて本発明は、透明結晶に現れる結晶方位の異なる部分を（１−１００）面方向、或いは（１１−２０）面の印として用いるということである。それは結晶方位の指示手段としては古今未曾有のものである。単結晶ＧａＮの方位を精度良く指示することができると素子特性が向上するし、１枚のウエハから素子チップの取れる数も増大する。
【００３４】
【発明の実施の形態】
ＧａＮ結晶は大型の種結晶が存在しないので他種類の単結晶基板の上に気相成長法で成長させる。他種類基板の上全面にＧａＮを成長させると強い不整合のため内部応力が強くて良い単結晶膜が得られない。そこで細かい窓を有するマスクを他種類基板に付け孤立した窓からＧａＮ結晶成長が始まるようにしている。それをラテラル成長法（ＥＬＯ；Epitaxial Lateral Overgrowth）と呼ぶ。特許文献３にＧａＮのＥＬＯが述べられている。ＧａＮのＥＬＯは数μｍ程度の薄膜の成長法として開発された手法である。それだけでは転位が多すぎ内部応力も強く剥離して厚い膜を作ることはできない。
【００３５】
本発明者は故意に成長面にファセット（成長面に対して傾斜した低指数面）を作り出しファセットが消えないように成長条件を維持しながら成長させるというファセット成長法を創案した。ファセット成長法は特許文献４に述べられている。ＧａＮは六方晶系で、ｃ面（０００１）方向に成長させると条件によっては正六角錘あるいは正十二角錘のピット（凹部）が発生する。ファセットの面は上方に向かって開いているから成長するに連れ、転位がファセット境界面に集まり角錐軸（ピット軸）に収束して行く。ピット軸に１０^３〜１０^４本もの転位が集結するので、その他の部分は転位が少ない単結晶となる。ピットの部分だけは多数の欠陥が集結した欠陥集合領域Ｈとなるが、それはやむを得ないことである。
【００３６】
それはしかしファセットの発生する場所は予め決まらないので不便である。ファセットが発生する場所を予め規定できる方が良い。それにはどうすれば良いのか本発明者は試行錯誤した。その問題を解決するために、予め下地基板の上にＳｉＯ_２、ＳｉＮなどで円形、角型、線形などのマスク（被覆部）を形成しておいてファセットを維持できる条件でその上にＧａＮをファセット成長させると、マスク（被覆部）の上にファセットが生成し、それ以外の部分にはファセットができないようにすることができる、という事を見出した。それは特許文献５に述べられる。
【００３７】
この場合ファセット成長位置を決めるマスクというのは先述のＥＬＯのマスクよりもずっと大きい周期をもつマスクである。そのマスクはＥＬＯと併用することができる。ＥＬＯは被覆部が広く窓が狭く窓が点在しており周期は十数μｍ程度で細かいマスクを使う。
【００３８】
本発明者が創案したファセット成長のマスクは２０μｍ〜２００μｍ（好ましくは５０μｍ）程度の大きさ（直径、幅）をもち露出部が広く被覆部が狭い。
混同を避け、２種類のマスクを区別するためＥＬＯのマスクをＥＬＯマスクと呼び、ファセット成長のファセットを指定するためのマスクをファセットマスクと仮に呼ぶことにする。
【００３９】
ファセットマスクは被覆部を孤立した点の集合として与える（ドット型）こともできるし、被覆部を平行の直線として与える（ストライプ型）こともできる。何れの場合も被覆部の上にファセットが成長し、基板露呈部（非被覆部）の上に単結晶が成長する。それによってファセットの生成する位置を予め指定することができる。
【００４０】
図３にファセットマスク法の工程を示し、それによって簡単にファセットマスク成長方法を説明する。図３（１）は下地基板である。ＧａＮ基板ではない。下地基板はここではＧａＡｓ基板６である。ＧａＡｓ基板６の上にＥＬＯ（十数μｍ程度）よりも寸法の大きいマスク７を形成する（図３（２））。マスク７はＳｉＯ_２、ＳｉＮ、ＡｌＮなどの誘電体膜である。マスク７の寸法は２０μｍ〜１００μｍ程度で孤立したドット状でもよいし、平行直線帯状であってもよい。
【００４１】
その上にＨＶＰＥ法、ＭＯＣ法、ＭＯＣＶＤ法、昇華法のいずれかによってＧａＮを気相成長させる。ＧａＮの結晶核は下地露呈部分８には選択的に成長し、マスクの上には発生しない。それで結晶９が成長してゆくと下地露呈部８から盛り上がりマスクの上へとはい出して行く。しかしマスクの上では成長しにくく成長が遅れる（図３（３））。それでマスクの上では斜めの面が出る。それがファセット面Ｆである。それは比較的面指数の低い｛−１−１２２｝、｛１−１０１｝などである。
【００４２】
さらにＧａＮの成長を続けると図３（４）のように結晶層がどんどん積まれて行くが、露呈部８の上には比較的速く結晶が堆積しマスクの上では遅く成長する。ファセット面が内向きに形成されるので転位がファセット面によって内側へ引き込まれる。そのために転位がマスクの上の成長する部分に集中する。転位が集合したマスク上の部分を欠陥集合領域Ｈという。それは本出願人が初めて見出したものであり特許文献４、５に記載がある。
【００４３】
マスクが小さすぎると欠陥集合領域Ｈが途中で立ち消えてしまう。２０μｍ〜２００μｍ程度の大きいマスク７とすると途中で消える事はなく欠陥集合領域Ｈはマスクと同一位置に少し小さくなって連続して生成される。好ましいマスク幅は５０μｍである。
【００４４】
欠陥集合領域Ｈは転位が高密度に存在するが残りの部分は転位が少なくなり低転位の単結晶となる。単結晶となるが２種類の部分が区別される。ファセットの直下の部分は電気伝導性が高く転位が少ない単結晶Ｚ（単結晶低転位随伴領域）であり、ファセットとファセットの継ぎ目の平坦面（Ｃ面である）の直下の部分は電気伝導性が低くて転位が少ない単結晶Ｙ（単結晶低転位余領域）である。だから図３（４）のように…ＨＺＹＺＨＺＹＺＨＺＹＺＨ…というように並ぶ。
【００４５】
充分の厚みになるまでＧａＮを成長させると、成長装置から取り外して、ファセット面の部分を研削して平坦に加工する。図３（５）のようになる。さらにＧａＡｓの下地基板６を除去する。同時にマスク７も取れてしまう。さらに裏面も平坦に磨く。
【００４６】
残ったものは図３（６）に示すような平坦平滑のＧａＮ結晶となる。ＹとＺは低転位単結晶であるが、Ｈは転位の多い欠陥集合領域である。それは多結晶、方位のずれた単結晶、方位が逆転した単結晶というように様々であるが、最も多いのは方位が逆転した単結晶である。
【００４７】
いずれでもよいのであるが、透明ＧａＮ基板を見ると、Ｙ＋Ｚの部分とＨの部分は明確に見分けることができる。Ｈはマスクの上に成長するのでマスクの形状、寸法を転写したような関係にある。マスクの形状、寸法、配置によって自在に任意の欠陥集合領域Ｈを設けることができる。
【００４８】
ファセット成長のためのマスク７は、下地基板６の上にどのようにでも形成することができる。それ自体に成長すべきＧａＮ結晶の方位を決める力はない。ＧａＮ結晶の方位を定めるのは下地基板の方位である。このような性質は自明のことではないが本発明者が繰り返しＧａＡｓ異種基板の上にＥＬＯとファセットマスク成長法によってＧａＮを成長させたときに見出したものである。
【００４９】
下地基板の上にマスクを付けＧａＮを成長させると、下地基板は取り除く。だからＧａＮだけからなる膜になる。充分な厚さがあると自立膜となる。それは透明の膜である。透明なのであるが、よく見ると、ファセットマスクのあった部分とその他の部分を目視によって区別することができる。
【００５０】
その他の部分は（０００１）結晶方位をもつ単結晶であるが、マスクの上に成長した部分は方位が反転していることが多いということが分かった。つまりマスクの上に成長した部分は（０００−１）となることが多い。その他にマスクの上の部分は多結晶になったり単結晶であるが方位が斜めになっていたりすることもある。いずれにしても、マスクの上の部分は欠陥が多いし、方位も違うので目視によってその他の部分と区別できるということがわかってきた。
【００５１】
本発明はそのような光学的な差異を用いて結晶の方位を決めようとするものである。下地基板の方位によってその上に成長するＧａＮ単結晶の方位が決まる。そこでＧａＮが成長したときに＜１−１００＞方向になるような方向にファセットマスクを配置することとする。
【００５２】
ＧａＡｓを下地基板とする場合は、ＧａＡｓは立方晶系であるから（１１１）面を持った単結晶ウエハを切り出してそれを基板とする。それは３回対称性をもつので、ＧａＮの（０００１）面の３回対称性と合致する。それに格子定数の近似性ということもあり、（１１１）ＧａＡｓを基板にする。ＧａＡｓを下地基板とする場合（１１１）Ｇａ面と（１１１）Ａｓ面が区別される。どちらの面を下地としてもＧａＮをファセット成長させることができる。
【００５３】
その場合に、ＧａＡｓ［１１−２］方向と、［−１１０］方向というものが（１１１）面の上に互いに直交する方向として存在する。ここで［１１−２］という角括弧をもつものは個別の方位の表現で、鍵括弧をもつ＜１１−２＞というのが方位を示す包括表現である。ＧａＡｓの個別面（１１１）に含まれ互いに直交するのは、［１１−２］、［−１１０］方向である。
【００５４】
それはＧａＡｓの方位であるが、その上にＧａＮを成長させると、ＧａＮは（０００１）面の単結晶が成長するのであるが、下地基板によって水平方向の方位が決まる。ＧａＮは六方晶系だから面指数が４つ存在する（ｈｋｍｎ）。前３者の合計は常に０である（ｈ＋ｋ＋ｍ＝０）。
【００５５】
図４に示すように、ＧａＡｓの［１１−２］方向、［−１１０］方向が（１１１）面の上に存在する。その上にＧａＮを成長させると（０００１）面をもつ結晶が成長する。ＧａＡｓの［１１−２］方向にＧａＮの［−１１００］方向が、ＧａＡｓの［−１１０］方向に、ＧａＮの［１１−２０］方向が成長する。前の３つの面指数だけを見ると９０゜回転したような関係にある。
【００５６】
その関係は高精度であって、狂いは少ない。本発明はその性質を利用する。
ＧａＮの劈開面は（−１１００）面であり、それは［１１−２０］方向と平行である。ＧａＮの［１１−２０］方向は、ＧａＡｓ下地の［−１１０］方向に平行に生成されることが分かっている。
【００５７】
だから本発明は、（１１１）ＧａＡｓ下地の上に、［−１１０］方向に平行になるようにファセットマスク７を設ける。そのようなＧａＡｓの上にファセット成長法によってＧａＮを成長させると図３のようにマスクを転写する形で平行線状の欠陥集合領域Ｈが上にのびる。平行線なのでここではストライプと呼ぶ。
【００５８】
だからマスク７と同じ位置で同じ方向にのびるストライプ（欠陥集合領域）Ｈが形成される。図４において、マスク７とストライプ（欠陥集合領域）Ｈは重なっている。基板を除去するとマスクは消失するが、ストライプ（欠陥集合領域）Ｈは残り、肉眼でもストライプ（欠陥集合領域）Ｈと単結晶領域Ｙ＋Ｚとを区別できる。
【００５９】
であるから初めにＧａＡｓの［−１１０］方向に厳密に平行なマスク７を付けておけば、ＧａＮ自立結晶としたときに、劈開面（−１１００）の延長方向Ｑ（［１１−２０］）とストライプ（欠陥集合領域）Ｈのなす角度αは０゜のはずである。図５にその関係を示す。Ｑが劈開面延長方向［１１−２０］であり、平行に設けられたストライプ（欠陥集合領域）Ｈとαの角度をなす。ＧａＡｓ下地基板の方位はＸ線回折で精度良く決めることができる。
【００６０】
だからマスク延長方向と劈開面延長方向の角度αはＧａＡｓ基板へのマスクの生成の精度によって、容易に０．５゜以下にすることができる。また０．２゜以下にもできる。さらに０．０３゜以下とすることができる。
【００６１】
通常のＯＦは結晶の縁を折り取るから劈開面に平行と決まったものであるが、本発明の場合は結晶の縁を折り取らないので、方位を指示するのが劈開面と決める必要はない。上の説明は劈開面（−１１００）の延長方向［１１−２０］に平行のストライプを設けているが、それに限らない。９０゜回転して、劈開面（−１１００）に直角の方向［−１１００］に平行のストライプを設けてもよい。その場合は、下地のＧａＡｓ（１１１）の［１１−２］に平行になるようにマスクを形成しておけば良いのである。劈開を使わないから表示すべき方位は劈開方向でも、それに直角の方向でもよい。
【００６２】
【実施例】
従来のＯＦ法によってＧａＮウエハの方位を示したものを１４枚作製し、本発明のストライプファセット成長法の欠陥集合領域Ｈによって方位を示すウエハ１４枚を作製して、[１１−２０]方向とのなす角度αを測定し、そのばらつきを調べた。
【００６３】
ＯＦ法によるものは、自然劈開でなくＸ線で方位を定め研削加工によって短い弓形部分を削除しＯＦを形成した。それによるとαのばらつきは０．２゜〜１゜程度までばらついており平均値は０．５゜で標準偏差σはσ＝０．４゜と大きかった。
【００６４】
本発明によるものはαの最低値が０．００゜、最大値が０．１゜、平均値が０．０３゜であり、そのうち４つは０．０３゜以下であった。標準偏差はσ＝０．０４゜であった。本発明のウエハの方が方位をより精密に指定しているということがわかる。
【００６５】
【発明の効果】
ＧａＮ単結晶はいまだ大きいものが得られず折り代を充分に取れないので機械研削や人手による劈開によるＯＦはどうしても[１１−２０]方向から１゜〜０．５゜ずれてしまうことが多かった。
【００６６】
本発明は、ＧａＮ円形基板の縁を自然劈開したＯＦを方位の尺度とするのではなく透明ウエハの中に目視によっても区別できるファセットマスクの上に成長した欠陥集合領域Ｈの方向によってウエハの[１１−２０]方向を指示するようにしている。
【００６７】
ウエハの縁を加工せずウエハの内部にファセットマスク法で成長したことによって発生する明度の僅かに違うストライプ（欠陥集合領域Ｈ）によって方位を示す。ストライプ（欠陥集合領域Ｈ）はファセットマスクに平行に生じ、ファセットマスクを下地基板の特定の方位を向くように精度良く付けることは可能であり、下地基板に対してＧａＮ単結晶の成長する方位は決まっているので、ファセットマスク線は[１１−２０]方向を正確に指示するように形成することができる。
【００６８】
それによってファセットマスク線と[１１−２０]方向の食い違いを０．５゜以下にすることができる。さらに進んで０．２゜以下にもすることができる。先述のように基準方向の狂いが０．２゜以下であればウエハからデバイスチップの取れ数が７６．２％以上とすることができる。歩留まりを高めることができる。さらに０．０３゜以下の誤差で方位を指示することができる。そうするとウエハのチップの取れ数はほぼ１００％に近くなる。
【００６９】
レーザチップをウエハの上に作製したときも特性（閾値電流Ｉｔｈなど）のばらつきが少なく安定した品質のレーザ素子をより多く作ることができる。
ＯＦやＩＦがないのでウエハの端から欠けが発生するということもない。スピンコートするときに偏心し飛び出すということもない。
【００７０】
しかし表裏を示すためにＯＦ、ＩＦのようなものを付けるようにしてもよい。図６はそのようなウエハを示す。それは表裏を示すだけで方位はストライプ（欠陥集合領域Ｈ）によって示すのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】レーザチップの線状活性層とその両端のミラー面が角度Υだけ食い違っている場合のミラー面での反射光が線状活性層からずれてゆくことを説明するためのレーザ平面図。
【図２】ウエハ上に多数形成したレーザ素子を個々のチップに切り出すときにおいて方位がΥずれていると取り出し数が減少することを説明するための図。
【図３】下地基板の上にマスクを形成しておき、その上にＧａＮをファセットを維持しながら気相成長させた場合においてマスクに続いて転位の集合した欠陥集合領域Ｈが生成し、その他の部分には方位の定まった良質の単結晶（Ｚ＋Ｙ）が成長してゆくことを説明するための断面図。（１）は下地基板、（２）は基板の上にマスクを設けたもの、（３）はＧａＮを成長させ始めたときの状態を示し、（４）はＧａＮの成長が持続しマスクに続いてストライプ（欠陥集合領域）Ｈができその上にはファセットが存在することを示す。（５）は結晶成長が終り上部のファセットの多い部分を研削して落としたもの、（６）は下地基板もマスクも除去しＧａＮの自立膜としたもの。
【図４】ＧａＡｓ（１１１）下地基板の上にＧａＮを成長させると、ＧａＡｓ［−１１０］に平行にＧａＮ［１１−２０］方向が生成するよう成長するので、ＧａＡｓ［−１１０］に平行になるようマスクを付けておけば、できたＧａＮのストライプ（欠陥集合領域）Ｈと［１１−２０］が平行になるということを説明するための図。
【図５】結晶成長したＧａＮ自立膜においてストライプ（欠陥集合領域）Ｈの方向と、ＧａＮ［１１−２０］の方向のずれαの定義を示す図。
【図６】本発明はストライプ（欠陥集合領域）Ｈを方位の指標に用いるが表裏を示すためにＯＦ、ＩＦを付けてもよいということを示すためのＯＦ、ＩＦをもつウエハの図。
【図７】レーザチップにおいて線状活性層のズレの角度Υと素子劈開歩留まりの関係を示すグラフ。
【図８】レーザチップにおいて線状活性層のズレの角度Υと、素子特性（レーザ発振閾値電流（Ｉｔｈ））の関係を示すグラフ。
【図９】レーザチップにおいて線状活性層の傾き角θと素子チップ取れ数の関係を示すグラフ。
【符号の説明】
２チップ
３線状活性層
４反射ミラー
５ＧａＮウエハ
６下地基板（ＧａＡｓ）
７マスク
８露呈部
９ＧａＮ結晶
Ｈ欠陥集合領域
Ｚ単結晶低転位随伴領域
Ｙ単結晶低転位余領域
Ｆファセット面

Claims

円形であって、同一の結晶方位をもつ単結晶部分と、単結晶部分とは異なる結晶方位をもち平行線状に連続するストライプ部分を有し、単結晶部分の［１１−２０］方向あるいは［−１１００］方向と、ストライプ部分の延長方向とのなす角度αが０．５度以下であり、オリエンテーションフラットに代えてストライプ部の平行線を結晶方位の標識とすることを特徴とするＧａＮ基板。
円形であって、同一の結晶方位をもつ単結晶部分と、単結晶部分とは異なる結晶方位をもち平行線状に連続するストライプ部分を有し、単結晶部分の［１１−２０］方向あるいは［１−１００］方向と、ストライプ部分の延長方向とのなす角度αが０．２度以下であり、オリエンテーションフラットに代えてストライプ部の平行線を結晶方位の標識とすることを特徴とするＧａＮ基板。
円形であって、同一の結晶方位をもつ単結晶部分と、単結晶部分とは異なる結晶方位をもち平行線状に連続するストライプ部分を有し、単結晶部分の［１１−２０］方向あるいは［１−１００］方向と、ストライプ部分の延長方向とのなす角度αが０．０３度以下であり、オリエンテーションフラットに代えてストライプ部の平行線を結晶方位の標識とすることを特徴とするＧａＮ基板。