JP5181885B2 - ＧａＮ基板の製造方法、エピウエハの製造方法、半導体素子の製造方法およびエピウエハ - Google Patents

Description

本発明は、ＧａＮ基板の製造方法、エピウエハの製造方法、半導体素子の製造方法およびエピウエハに関し、特にｃ面を有し、かつｃ面上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層とＧａＮ層との少なくとも２層を順に積層することでエピウエハを製造するためのＧａＮ基板の製造方法、エピウエハの製造方法、半導体素子の製造方法およびエピウエハに関する。

従来より、発光ダイオード（Light Emitting Diode：ＬＥＤ）またはレーザダイオード（Laser Diode：ＬＤ）などの半導体素子の基板として、ＧａＮ（窒化ガリウム）基板が用いられている。ＧａＮは３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有しているので、基板として用いると、その裏面に電極を設けることができ、半導体素子の駆動（動作）電圧を低減することができる。

このようなＧａＮ基板は、たとえば非特許文献１に記載のように製造される。この非特許文献１には、以下の工程を実施することによりＧａＮ基板が製造されることが開示されている。すなわち、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法により、ＧａＡｓ（ガリウム砒素）基板上にＧａＮよりなる厚みが６０μｍのバッファ層が形成される。その後、ＨＶＰＥ法により、バッファ層上に５００μｍの厚みのＧａＮ層が形成される。その後、ＧａＡｓ基板を除去し、研磨によって厚みが４９５±１０μｍのＧａＮ基板が得られる。
K.Motoki et al., "Preparation of large GaN substrates", Materials Science and Engineering B93(2002), pp.123-125

上記非特許文献１では、１枚のＧａＮバルク単結晶から厚み方向において複数枚のＧａＮ基板を切り出していないので、１枚のＧａＮ基板を得るためにコストを要しているという問題があった。

１枚当たりのＧａＮ基板のコストを低減するために、厚みを増加させたＧａＮよりなるインゴットを製造し、このインゴットから厚み方向において複数枚のＧａＮ基板を切り出すことによって、ＧａＮ基板を製造する技術が考えられる。切り出すＧａＮ基板の厚みが上記非特許文献１に記載の４９５±１０μｍの場合には、このＧａＮ基板を用いて作製される半導体素子に要求される反りの性能によっては、必要以上の厚みである場合がある。この場合には、コストの低減が充分でない。

コストをさらに低減するためには、インゴットから薄い厚みでＧａＮ基板を切り出すことが望ましいが、薄い厚みで切り出されたＧａＮ基板は研磨等の加工によって割れが発生する場合がある。割れが発生しない場合であっても、そのＧａＮ基板上にエピタキシャル層を形成すると、ＧａＮ基板とエピタキシャル層とを備えたエピウエハの反りが大きくなる場合がある。この場合には、このエピウエハに電極を形成する際にフォトリソグラフィなどを行なうことができず、このエピウエハを半導体素子として使用することができない。

したがって、本発明は、エピウエハを形成した場合に要求される反り以下になり、かつコストを低減できるＧａＮ基板の製造方法、エピウエハの製造方法、半導体素子の製造方法およびエピウエハを提供することである。

本発明のＧａＮ基板の製造方法は、ｃ面を有し、かつｃ面上に、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層とＧａＮ層との少なくとも２層を順に積層することでエピウエハを製造するためのＧａＮ基板の製造方法であって、以下の工程が実施される。まず、ＧａＮ基板の厚みをｔ１（ｍ）、ＧａＮ基板の半径をｒ（ｍ）、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みをｔ２、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層におけるＡｌの組成をｘ、エピウエハの反りをｈ（ｍ）、ＧａＮの格子定数をａ１、ＡｌＮの格子定数をａ２としたときに、
（１．５×１０¹¹×ｔ１³＋１．２×１０¹¹×ｔ２³）×｛１／（１．５×１０¹¹×ｔ１）＋１／（１．２×１０¹¹×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ²＋ｈ²）／２ｈ＝０・・・（式１）
により求められるｔ１の値がＧａＮ基板の最小厚みに決定される。そして、ＧａＮよりなるインゴットから、この最小厚み以上４００μｍ未満の厚みのＧａＮ基板が切り出される。

本発明者は、上記構造のエピウエハに用いるＧａＮ基板の厚みの決定方法を鋭意研究した結果、上記式１を見出した。すなわち、設定したエピウエハの反りｈを満たすための最小厚みを上記式１によって決定できるので、その最小厚み以上４００μｍ未満の厚みで１つのインゴットからＧａＮ基板を切り出すことによって、厚み方向において得られるＧａＮ基板の枚数を増加できる。したがって、エピウエハを形成した場合に要求される反り以下にでき、かつコストの低減を図るＧａＮ基板を製造することができる。

なお、複数のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を備えているエピウエハに用いるＧａＮ基板を製造する場合には、複数のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の合計の厚みをｔ２とする。また、複数のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層において、合計の厚みｔ２を最も多く占めるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層のＡｌの組成比を組成ｘとする。また、Ａｌの組成ｘは、モル比である。

上記ＧａＮ基板の製造方法において好ましくは、上記切り出す工程では、最小厚み以上であって、かつ１００μｍ以上２５０μｍ未満の厚みのＧａＮ基板を形成する。

最小厚みが１００μｍ未満の場合に、ＧａＮ基板の厚みを１００μｍ以上にすることによって、ハンドリングが容易であり、かつ１つのインゴットから製造できる厚み方向のＧａＮ基板の枚数を増加できる。最小厚みが１００μｍ未満の場合に、ＧａＮ基板の厚みを２５０μｍ未満の厚みとすることによって、ハンドリングがより容易なＧａＮ基板を製造できる。

本発明の一の局面におけるエピウエハの製造方法は、以下の工程が実施される。まず、上記ＧａＮ基板の製造方法により、上記ＧａＮ基板が製造される。このＧａＮ基板のｃ面上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層が形成される。このＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層上にＧａＮ層が形成される。

本発明の一の局面におけるエピウエハの製造方法によれば、ＧａＮ基板上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層およびＧａＮ層を形成しても、エピウエハの反りがｈ以下で、厚みの薄いＧａＮ基板を備えたエピウエハを製造することができる。したがって、製造されたエピウエハを半導体素子に用いることができ、かつＧａＮ基板の製造コストの低減によりコストが低減されたエピウエハを製造することができる。

本発明の他の局面におけるエピウエハの製造方法は、以下の工程が実施される。まず、上記ＧａＮ基板の製造方法により、上記ＧａＮ基板が製造される。このＧａＮ基板のｃ面上にＧａＮ層が形成される。このＧａＮ層上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層が形成される。このＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層上にＧａＮ層が形成される。

本発明の他の局面におけるエピウエハの製造方法によれば、ＧａＮ基板上にＧａＮ層、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層およびＧａＮ層をこの順で形成しても、エピウエハの反りがｈ以下で、厚みの薄いＧａＮ基板を備えたエピウエハを製造することができる。したがって、製造されたエピウエハを半導体素子に用いることができ、かつＧａＮ基板の製造コストの低減によりコストが低減されたエピウエハを製造することができる。

本発明の半導体素子の製造方法は、以下の工程が実施される。まず、上記エピウエハの製造方法によりエピウエハが製造される。そして、エピウエハに電極が形成される。

本発明の半導体素子の製造方法によれば、電極が形成されても、エピウエハの反りがｈ以下で、厚みの薄いＧａＮ基板を備えたエピウエハを製造することができる。したがって、ＧａＮ基板の製造コストの低減によりコストが低減された半導体素子を製造することができる。

本発明のエピウエハは、ＧａＮ基板と、ＧａＮ基板のｃ面上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層と、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層上に形成されたＧａＮ層とを備えたエピウエハである。ＧａＮ基板の厚みが２５０μｍ未満である。エピウエハの反りが１００μｍ以下である。ＧａＮ基板の厚みをｔ１（ｍ）、ＧａＮ基板の半径をｒ（ｍ）、Ａｌ _ｘ Ｇａ _{（１−ｘ）} Ｎ層の厚みをｔ２（ｍ）、Ａｌ _ｘ Ｇａ _{（１−ｘ）} Ｎ層におけるＡｌの組成をｘ、エピウエハの反りをｈ（ｍ）、ＧａＮの格子定数をａ１、ＡｌＮの格子定数をａ２としたときに、（１．５×１０ ^１１ ×ｔ１ ^３ ＋１．２×１０ ^１１ ×ｔ２ ^３ ）×｛１／（１．５×１０ ^１１ ×ｔ１）＋１／（１．２×１０ ^１１ ×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ ^２ ＋ｈ ^２ ）／２ｈ＝０・・・（式１）の関係が成立する。

本発明のエピウエハによれば、上記式１により、従来達成できなかったＧａＮ基板の厚みを２５０μｍ未満にすることができ、かつ反りが１００μｍ以下のエピウエハが実現できる。

本発明のＧａＮ基板の製造方法、エピウエハの製造方法、半導体素子の製造方法およびエピウエハによれば、エピウエハを形成した場合に要求される反り以下になり、かつコストを低減できるＧａＮ基板を製造できる。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるエピウエハを示す概略断面図である。図１に示すように、エピウエハ２０は、ＧａＮ基板１０と、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１と、ＧａＮ層２２とを備えている。ＧａＮ基板１０は、ｃ面を有している。Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１は、ＧａＮ基板１０のｃ面上に形成されている。ＧａＮ層２２は、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上に形成されている。

ＧａＮ基板１０の厚みｔ１は２５０μｍ未満であり、エピウエハ２０の反りは１００μｍ以下である。ＧａＮ基板１０の厚みｔ１が１００μｍ以上２５０μｍ未満であり、エピウエハ２０の反りが２μｍ以上８５μｍ以下であることがより好ましい。特に、ＧａＮ基板１０の厚みｔ１が１２０μｍ以上２４０μｍ以下であり、エピウエハ２０の反りが２μｍ以上５０μｍ以下であることがより一層好ましい。この範囲であると、ＬＥＤに必要な反りの性能を満たし、かつＧａＮ基板の厚みｔ１が小さい。なお、エピウエハ２０の反りが１２μｍの時の上記式１より算出される最も厚いＧａＮ基板１０の厚みｔ１は２５０μｍである。同様に、エピウエハ２０の反りが５０μｍの時の上記式１より算出される最も厚いＧａＮ基板１０の厚みｔ１は１２０μｍである。すなわち、本実施の形態におけるエピウエハ２０において、ＧａＮ基板１０の厚みｔ１およびエピウエハ２０の反りｈは、上記式１で設定されたエピウエハ２０の反りｈ以下の関係が成立する。

ＧａＮ基板１０の厚みｔ１は、ＧａＮ基板１０が反っている状態の場合には、ＧａＮ基板１０の任意の半径の両端を含む側面に沿った線を延長する仮想線におけるＧａＮ基板１０の厚みである。

Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１のＡｌの組成ｘは、０を超えて０．３０以下であれば特に限定されないが、０．０５以上０．３０以下であることが好ましく、０．１８以上０．３０以下であることがより好ましい。この場合、半導体素子に好適に用いられるエピウエハ２０が得られる。

Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みｔ２は、０を超えて３０ｎｍであれば特に限定されないが、１０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることが好ましく、２０ｎｍ以上３０ｎｍ以下であることがより好ましい。この場合、半導体素子に好適に用いられるエピウエハ２０が得られる。

Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みｔ２は、エピウエハ２０が反っている状態の場合には、エピウエハ２０の任意の半径の両端を含む側面に沿った線を延長する仮想線におけるエピウエハ２０の厚みである。

Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１は複数の層であってもよく、複数のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の間にＧａＮ層が設けられていてもよい。Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が複数の層からなる場合には、その合計の厚みをＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みｔ２とする。また、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が複数の層からなる場合には、厚みｔ２を最も多く占めるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を構成するＡｌの組成を組成ｘとする。

ＧａＮ層２２の厚みｔ３は、ＧａＮ基板１０の厚みｔ１よりも小さい。ＧａＮ層２２は、複数の層であってもよく、複数のＧａＮ層の間にさらにＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層が設けられていてもよい。

ＧａＮ基板１０の半径ｒ（図７参照）は、２５ｍｍ以上であることが好ましい。２５ｍｍ以上であると、量産プロセスを見合ったコストで実施することができる。

続いて、図１および図２を参照して、本実施の形態におけるエピウエハの製造方法について説明する。図２は、本実施の形態におけるエピウエハの製造方法を示すフローチャートである。

図２に示すように、まず、ＧａＮ基板１０の厚みをｔ１（ｍ）、ＧａＮ基板１０の半径をｒ（ｍ）、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みをｔ２（ｍ）、エピウエハ２０の反りをｈ（ｍ）、ＧａＮの格子定数をａ１（ｍ）、ＡｌＮの格子定数をａ２（ｍ）としたときに、
１．５×１０¹¹×ｔ１³＋１．２×１０¹¹×ｔ２³）×｛１／（１．５×１０¹¹×ｔ１）＋１／（１．２×１０¹¹×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ²＋ｈ²）／２ｈ＝０・・・（式１）
により求められるｔ１の値をＧａＮ基板の最小厚みに決定する（ステップＳ１）。

なお、上記「ＧａＮの格子定数ａ１」および「ＡｌＮの格子定数ａ２」は、ｃ軸に垂直な方向の格子定数を意味する。ＧａＮおよびＡｌＮは六方晶である。六方晶の格子定数には、ｃ軸に垂直な方向の格子定数ａ１、ａ２と、ｃ軸方向の格子定数ｃ１、ｃ２とが存在する。ＧａＮについては、ｃ軸に垂直な方向の格子定数ａ１＝３．１９×１０^-10ｍ（３．１９Å）であり、ｃ軸方向の格子定数ｃ１＝５．１９×１０^-10ｍ（５．１９Å）である。ＡｌＮについては、ｃ軸に垂直な方向の格子定数ａ２＝３．１１×１０^-10ｍ（３．１１Å）であり、ｃ軸方向の格子定数ｃ２＝４．９８×１０^-10ｍ（４．９８Å）である。

具体的には、まず、ＧａＮ基板１０の半径ｒを求める。この半径ｒは、ＧａＮよりなるインゴットを準備し、このインゴットにおいてＧａＮ基板１０の半径ｒとなるべき長さを測定してもよい。またこの半径ｒは、インゴットが下地基板と、この下地基板上に形成されたＧａＮよりなる層とを備えている場合には、たとえば下地基板の半径としてもよい。

また、製造するエピウエハ２０の厚みｔ２、エピウエハ２０の反りｈ（図７参照）、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１を構成するＡｌの組成ｘを設定する。エピウエハ２０の反りｈは、たとえば、ステッパやアライナーを用いたフォトリソグラフィを行なうことができるような値を設定する。ＧａＮの格子定数であるａ１、およびＡｌＮの格子定数であるａ２は、上述したように既知の値である。そして、ｒ、ｔ２、ｈ、ｘ、ａ１、ａ２を式１に代入することによって、ＧａＮ基板１０の厚みｔ１を求める。この厚みｔ１を最小厚みとする。

ここで、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が複数の層からなる場合には、その合計の厚みをＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みｔ２と設定する。また、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が複数の層からなる場合には、厚みｔ２を最も多く占めるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を構成するＡｌの組成を組成ｘと設定する。

次に、ＧａＮよりなるインゴットから、最小厚み以上４００μｍ未満の厚みのＧａＮ基板を切り出す（ステップＳ２）。

具体的には、準備したインゴットから切り出すＧａＮ基板の厚みを決定する。その後、各々のＧａＮ基板がこの厚みを有するように、インゴットからスライスなどによりＧａＮ基板を切り出す。ＧａＮ基板を切り出す方法は、特に限定されず、一般公知の方法を採用できる。

インゴットから切り出すＧａＮ基板の厚みは、上記式１で決定された最小厚み以上４００μｍ未満の厚みであり、最小厚み以上であって、かつ１００μｍ以上２５０μｍ未満の厚みであることが好ましい。上記式１で決定された最小厚みでインゴットから切り出すと、設定した反りｈのエピウエハに用いることができるＧａＮ基板が得られる。この最小厚みのＧａＮ基板ではハンドリングが難しい場合には、最小厚みを超えた厚みで、かつハンドリングが可能な厚みで切り出すことが好ましい。特に、切り出すＧａＮ基板の厚みが１００μｍ以上であると、ハンドリングが容易になる。切り出すＧａＮ基板の厚みが４００μｍ未満であれば、ハンドリングが非常に容易である。切り出すＧａＮ基板の厚みが２５０μｍ未満であると、切り出す枚数を増加でき、かつハンドリングが容易になる。

以上の工程を実施することにより、ＧａＮ基板１０を製造することができる。このＧａＮ基板の製造方法により製造されたＧａＮ基板１０について研磨等をさらに施してもよい。図１に示すエピウエハ２０を製造する場合には、さらに以下の工程が実施される。

次に、ＧａＮ基板１０のｃ面上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が形成され、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上にＧａＮ層２２が形成される（ステップＳ３）。このステップＳ３では、エピタキシャル成長法によりＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１およびＧａＮ層２２が形成される。この成長方法は特に限定されず、たとえば昇華法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などの気相法、液相法などが挙げられる。

このステップＳ３では、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が形成される。この範囲であると、この範囲のエピウエハ２０において最も反りｈが大きくなる場合を想定して上記式１を求めているので、設定したエピウエハ２０の反りｈを満たすとともに、エピウエハ２０の反りｈを満たすためのＧａＮ基板１０の厚みが大きくなりすぎない。したがって、上記範囲の構造のエピウエハ２０に上記式１を適用できる。

Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が複数の層からなる場合には、その合計の厚みをＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の厚みｔ２が０を超えて３０ｎｍ以下になるように、かつ厚みｔ２を最も多く占めるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の組成ｘが０を超えて０．３以下になるように、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が形成される。

以上の工程を実施することによって、図１に示すエピウエハ２０が製造される。このエピウエハ２０製造後に、ＧａＮ基板１０においてＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１が形成された面と反対側の面を研磨等をさらに施してもよい。このように製造されたエピウエハ２０は、製造前に設定した反りｈを満たし、かつ基板１０の厚みがハンドリング可能な範囲で最も薄い。したがって、製造コストが低減された基板１０を用いているので、エピウエハ２０の製造コストについても低減できる。

（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２におけるエピウエハを示す概略断面図である。図３に示すように、本実施の形態におけるエピウエハ３０は、ＧａＮ基板３１と、バッファ層３２と、活性層３３と、電子ブロック層３４と、コンタクト層３５とを備えている。

図４は、本発明の実施の形態２における半導体素子を示す概略断面図である。本実施の形態２における半導体素子としてのＬＥＤ４０は、図３に示すエピウエハ３０と、電極４１、４２とを備えている。

エピウエハ３０およびＬＥＤ４０において、ＧａＮ基板３１の厚みはｔ３１である。このＧａＮ基板３１のｃ面上にバッファ層３２が形成されている。このバッファ層３２は、たとえばｎ型ＧａＮからなり、ｔ３２の厚みを有している。このバッファ層３２上に活性層３３が形成されている。活性層３３の厚みはｔ３３である。活性層３３は、たとえばＩｎＧａＮおよびＧａＮよりなる多重量子井戸構造により構成されている。なお、活性層３３は、単一の半導体材料よりなっていてもよい。活性層３３上に電子ブロック層３４が形成されている。電子ブロック層３４は、たとえばｐ型Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎからなり、ｔ３４の厚みを有している。電子ブロック層３４上にコンタクト層３５が形成されている。コンタクト層３５は、たとえばｐ型ＧａＮからなり、ｔ３５の厚みを有している。

ＬＥＤ４０には、ＧａＮ基板３１においてバッファ層３２が形成された面と反対側の面に電極４１が形成されている。電極４１は、たとえばチタンおよびアルミニウムからなっている。また、コンタクト層３５上に電極４２が形成されている。電極４２は、たとえばニッケルおよび金などからなっている。

続いて、図３〜図５を参照して、本実施の形態におけるＧａＮ基板３１、エピウエハ３０およびＬＥＤ４０の製造方法について説明する。図５は、本実施の形態における半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。

まず、上記式１を用いてＧａＮ基板３１の最小厚みを決定する（ステップＳ１）。最小厚みを決定するために、式１におけるＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層の厚みｔ２、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層のＡｌ組成ｘ、およびエピウエハの反りｈを設定する。

本実施の形態では、図３のエピウエハ３０に用いるＧａＮ基板３１を製造するので、式１におけるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みｔ２はｔ３４である。ここで、活性層３３がＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を含んでいる場合には、活性層３３に含まれるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層は非常に薄いため、活性層３３に含まれるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みと電子ブロック層３４の厚みｔ３４との和と、電子ブロック層３４の厚みｔ３４とはほぼ同じ値になる。

また、式１においてＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の組成ｘは、電子ブロック層３４の組成ｘである。ここで、活性層３３がＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を含んでいる場合であっても、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を構成する全体の厚みｔ２のうち、最も多くを占める層は電子ブロック層３４であるので、式１におけるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層のＡｌ組成ｘは、電子ブロック層３４のＡｌの組成ｘである。

また、製造されるエピウエハ３０に要求される反りｈを設定する。エピウエハ３０は、ＬＥＤ構造のエピウエハであるので、たとえば１００μｍ以下である。

また、ＧａＮ基板３１の半径ｒを求める。この半径ｒは、たとえば上述したように、インゴットに用いた下地基板の半径を測定することによって求めることができる。

設定したＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みｔ２、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層のＡｌ組成ｘ、エピウエハの反りｈ、および半径ｒを式１に代入して、ＧａＮ基板３１の最小厚みｔ１を求める。

次に、ＧａＮよりなるインゴットから、最小厚み以上４００μｍ未満の厚みのＧａＮ基板３１を切り出す（ステップＳ２）。式１で求められた最小厚みｔ１のＧａＮ基板のハンドリングが難しい場合には、４００μｍ以下の厚みでハンドリングが可能な厚みにＧａＮ基板の厚みを変更する。ＬＥＤ構造のエピウエハ３０に用いられる場合には、ＧａＮ基板の厚みは、最小厚み以上２５０μｍ未満に決定することが好ましい。決定された厚みでインゴットから切り出すことにより、ＧａＮ基板３１が製造される。

次に、ＧａＮ基板３１のｃ面上にバッファ層３２が形成される。次に、バッファ層３２上に活性層３３が形成される。次に、活性層３３上に電子ブロック層３４が形成される。次に、電子ブロック層３４上にコンタクト層３５が形成される。これらのエピタキシャル層を形成する方法は特に限定されず、たとえばＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などにより形成される。

以上の工程を実施することによって、図３に示すエピウエハが製造される。ＬＥＤ４０を製造する場合には、さらに以下の工程（ステップＳ４）が実施される。

次に、ＧａＮ基板３１においてバッファ層３２が形成された面と反対側の面上に電極４１を形成する。また、コンタクト層３５上に電極４２を形成する。電極４１、４２を形成する方法は特に限定されない。たとえばフォトリソグラフィによりエピウエハ３０の表面および裏面にマスクが形成され、たとえば蒸着法により電極となるべき金属層が形成され、たとえばリフトオフにより電極４１、４２が形成される。

以上の工程を実施することによって、図４に示すＬＥＤ４０が製造される。
なお、その他の構成については上述した実施の形態１と同様であるので、その説明は繰り返さない。

［実施例］
以下、本発明の実施例について説明する。本実施例では、図１に示すように、ＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０のｃ面上に形成されたＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１と、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上に形成されたＧａＮ層２２とを備えた３層以上のエピウエハ２０に用いられるＧａＮ基板の最小厚みを決定するための式１を見出すために、ＧａＮ基板の厚みｔ１とエピウエハの反りｈとの関係を調べた。

図６は、ＧａＮ基板とＧａＮ基板上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層とからなるエピウエハを示す概略断面図である。図６に示すように、ＧａＮ基板１０と、ＧａＮ基板１０のｃ面上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１とからなる２層構造のエピウエハ１００において、ＧａＮの格子定数とＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎとの格子定数とは異なることから、この２層構造のエピウエハ１００には歪みが生じることが知られている。詳細には、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎの格子定数はＧａＮの格子定数よりも小さいため、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１側には引張応力が加わり、ＧａＮ基板１０側には圧縮応力が加わる。その結果、エピウエハ１００には、図６に示すように、下向きに凸形状となるような反りが生じる。図６を参照して、この２層構造のエピウエハ１００についてのＧａＮ基板１０の厚みとエピウエハ１００の反りとの関係について説明する。なお、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１は格子緩和しない厚みでＧａＮ基板１０上にコヒーレントに成長しているとする。

２層のエピウエハ１００については、ＧａＮ基板１０およびＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１にかかる応力をＰ、ＧａＮ基板１０およびＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１の奥行きをｂ、ＧａＮ基板１０の厚みをｔ１、ＧａＮ基板１０の曲げモーメントをＭ１、ＧａＮ基板１０のヤング率をＥ１、ＧａＮ基板１０の半径をｒ、ＧａＮ基板１０の断面２次モーメントをＩ１（＝ｂ×ｔ１^３／１２）、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１の厚みをｔ２、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１の曲げモーメントをＭ２、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１のヤング率をＥ２、Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層２１の曲げモーメントをＩ２（＝ｂ×ｔ２^３／１２）、エピウエハの曲げモーメントをＭ、エピウエハ１００の反りをｈとすると、これらの関係は、以下の式２〜４で表わされる。

Ｍ＝Ｍ１＋Ｍ２＝Ｐ×（ｔ１＋ｔ２）／２・・・・・（式２）
Ｍ１＝ｔ１×Ｉ１／ρ＝Ｅ１×ｂ×ｔ１³／（１２×ρ）・・・（式３）
Ｍ２＝ｔ２×Ｉ２／ρ＝Ｅ２×ｂ×ｔ２³／（１２×ρ）・・・（式４）

上記式２〜式４より、
ｂ×（Ｅ１×ｔ１³＋Ｅ２×ｔ２³）／（１２×ρ）＝Ｐ×（ｔ１＋ｔ２）／２・・・（式５）
が得られる。

この式５より、
Ｐ＝ｂ×（Ｅ１×ｔ１³＋Ｅ２×ｔ２³）／｛６×ρ×（ｔ１＋ｔ２）｝・・・・（式６）
が得られる。

次に、ＧａＮ基板１０およびＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の格子不整合歪みは、格子不整合度を△、比例定数をｋとすると、それぞれ、ｋ×△、−ｋ×△である。ＧａＮ基板１０およびＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の軸力による歪みは、それぞれＰ／（Ｅ２×ｂ×ｔ２）、−Ｐ／（Ｅ１×ｂ×ｔ１）である。またＧａＮ基板１０およびＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１の曲げによる歪みは、それぞれｔ２／（２×ρ）、−ｔ１／（２×ρ）である。格子不整合度（△＝−△）は、ＧａＮの格子定数をａ１、ＡｌＮの格子定数をａ２とすると、ｘ×（ａ２／ａ１−１）である。

ＧａＮ基板１０とＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１との界面での歪みは一致する必要があるので、上述の関係および上記式６から、
ｋ×△＋Ｐ／（Ｅ２×ｂ×ｔ２）＋ｔ２／（２×ρ）＝−ｋ×△−Ｐ／（Ｅ１×ｂ×ｔ１）−ｔ１／（２×ρ）・・・（式７）
が得られる。

この式７より、
ρ＝−（Ｅ１×ｔ１³＋Ｅ２×ｔ２³）×｛１／（Ｅ１×ｔ１）＋１／（Ｅ２×ｔ２）｝／｛１２ｋ×△×（ｔ１＋ｔ２）｝−（ｔ１＋ｔ２）／（４ｋ×△）・・・・（式８）
が得られる。

また、図６に示すように、エピウエハ１００のｃ面においてある径の端を含むそれぞれの側面に沿った線を延長した仮想線が交差する角度の１／２をθ、この仮想線の長さをρ、エピウエハの反りをｈとすると、以下の関係が成立する。

ｈ＝ρ−ρ×ｃｏｓθ・・・（式９）
ｒ＝ρ×ｓｉｎθ・・・（式１０）
式９、式１０をｓｉｎ²θ＋ｃｏｓ²θ＝１に代入して、
（ｒ／ρ）²＋（１−ｈ／ρ）²＝１・・・（式１１）
が成立する。

以上より、２層のエピウエハ１００について、ＧａＮ基板１０の厚みｔ１とエピウエハ１００の反りｈとの関係を示す式は、式８および式１１である。

次に、本発明者は、図１および図７に示すように、ｃ面を有するＧａＮ基板１０と、ｃ面上に形成され、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１と、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上に形成されたＧａＮ層２２とを備えた３層以上のエピウエハ２０に用いられるＧａＮ基板１０の厚みとエピウエハ２０との関係を、以下のように検討した。なお、図７は、３層のエピウエハの反りが発生した状態の概略断面図である。すなわち、図７は図１のエピウエハ２０に反りが発生した状態を示す。

第１に、本発明者は、３層以上のエピウエハ２０について、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上に形成された層（図１および図７ではＧａＮ層２２）は、ＧａＮ基板１０と比べて厚みが非常に小さいことから、２層のエピウエハに適用される式８を補正して、３層以上のエピウエハ２０に適用することを考えた。

第２に、３層以上のエピウエハ２０においては、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上にＧａＮ層２２が形成されていることから、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１には、ＧａＮ基板１０による歪みとＧａＮ層２２による歪みとがそれぞれ発生する。一方、２層のエピウエハでは、一方の面にのみ歪みが発生する。そのため、本発明者は、２層のエピウエハに適用される式８におけるＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１のヤング率Ｅ２は、３層以上のエピウエハ２０に適用できないと考えた。そこで、式８におけるヤング率Ｅ２を別の定数Ｅに置換することを考えた。

第３に、式８における比例定数ｋはＧａＮ基板１０とＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１との界面において、ＧａＮとＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎとの格子定数の差に比例する値である。そのため、３層以上のエピウエハ２０においてＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１上にＧａＮ層２２が形成されていると、ＧａＮ基板１０との格子定数の差のみを考慮した比例定数ｋは、３層以上のエピウエハ２０に適用できないと考えた。そこで、式８における比例定数ｋを別の定数Ｋに置換することを考えた。

上述したように、上記式８においてＥ２＝Ｅ、ｋ＝Ｋに置換して、以下の式１２を仮定した。

ρ＝−（Ｅ１×ｔ１³＋Ｅ×ｔ２³）×｛１／（Ｅ１×ｔ１）＋１／（Ｅ×ｔ２）｝／｛１２Ｋ×△×（ｔ１＋ｔ２）｝−（ｔ１＋ｔ２）／（４Ｋ×△）・・・・（式１２）
ここで、本実施例では、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層は、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下としている。２層のエピウエハ１００においては、Ｅ２、ｋはＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層のＡｌの組成ｘにより定まる定数である。また、エピウエハのＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層において、Ａｌの組成ｘが０を超えて１以下であるとともに厚みに制限がない場合、ＥとＫとの変動幅が大きくなる。ＥとＫとの変動幅を実質的に同じとみなすため、本実施例では、エピウエハ２０のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層において、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下とした。

次に、本発明者は、式１２中のＥ、Ｋの値を決定するために、図４に示すＬＥＤ４０の構造のエピウエハ３０を７枚（試料１〜７）製造し、ＧａＮ基板１０の厚みとエピウエハ３０の反りとの関係をそれぞれ測定した。

具体的には、図３に示す試料１におけるＬＥＤ構造のエピウエハ３０については、まず、厚みｔ３１が３５０μｍで、半径ｒが２５ｍｍのＧａＮ基板３１を準備した。その後、ＧａＮ基板３１上にＭＯＣＶＤ法により、厚みｔ３２が２．０μｍでｎ型ＧａＮよりなるバッファ層３２を形成した。次いで、バッファ層３２上にＭＯＣＶＤ法により、厚みｔ３３が０．０５μｍでＩｎＧａＮ／ＧａＮの３ＱＷ（quantum well）よりなる活性層３３を形成した。次いで、活性層３３上にＭＯＣＶＤ法により、厚みｔ３４が０．０２μｍでＡｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎよりなる電子ブロック層３４を形成した。次いで、電子ブロック層３４上にＭＯＣＶＤ法により、厚みｔ３５が０．２μｍでｐ型ＧａＮよりなるコンタクト層３５を形成した。これにより、試料１におけるエピウエハを製造した。

試料２におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、ＧａＮ基板の厚みを２５０μｍとした点においてのみ異なる。

試料３におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、ＧａＮ基板の厚みを２００μｍとした点においてのみ異なる。

試料４におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層におけるＡｌの組成ｘが０．３０である点およびＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みが０．０３μｍである点においてのみ異なる。

試料５におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層におけるＡｌの組成が０．３０である点、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みが０．０３μｍである点、およびＧａＮ基板の厚みが２５０μｍである点においてのみ異なる。

試料６におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層におけるＡｌの組成が０．３０である点、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みが０．０３μｍである点、およびＧａＮ基板の厚みが２００μｍである点においてのみ異なる。

試料７におけるエピウエハは、試料１におけるエピウエハと基本的には同様の構成を備えているが、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層におけるＡｌの組成が０．３０である点、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層の厚みが０．０３μｍである点、およびＧａＮ基板の厚みが１５０μｍである点においてのみ異なる。

試料８および試料９のエピウエハは、図８に示す本発明の対象でないエピウエハとした。図８は、試料８および試料９のエピウエハを示す概略断面図である。具体的には、厚みｔ５１が４００μｍで、半径が２５ｍｍのＧａＮ基板５１を準備した。その後、ＧａＮ基板５１上にＭＯＣＶＤ法により、厚みｔ５２が２μｍのｎ型Ａｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層５２、厚みｔ５３が０．２μｍのＧａＮ層５３、厚みｔ５４が０．０５μｍのＩｎＧａＮ／ＧａＮの３ＱＷ層５４、厚みｔ５５が０．０２μｍのｐ型Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎ層５５、厚みｔ５６が０．２μｍのＧａＮ層５６、厚みｔ５７が０．４μｍのＡｌ_0.05Ｇａ_0.95Ｎ層５７、および厚みｔ５８が０．２μｍのＧａＮ層５８を順次形成した。

そして、得られた試料１〜９のエピウエハについて、５つの径について反りを測定し、５つの反りの平均値を試料１〜９のエピウエハの反りとした。その結果を表１に示す。

試料１〜７について、エピウエハの反りｈが満たされるようにＧａＮ基板１０の厚みｔ１が求められ、かつ、この７点の試料について最小二乗近似法により、ＥおよびＫを求めた。その結果、Ｅ＝１．２×１０¹¹、Ｋ＝１．３３であることを見出した。

なお、式８および式１２においてＥ１は、ＧａＮのヤング率、すなわちＥ１＝１．５×１０¹¹（ＧＰａ）とした。

したがって、上記式１２にＥおよびＫを代入することによって、以下の式１３が得られる。

ρ＝−（１．５×１０¹¹×ｔ１³＋１．２×１０¹¹×ｔ２³）×｛１／（１．５×１０¹¹×ｔ１）＋１／（１．２×１０¹¹×ｔ２）｝／｛１２×１．３３×△×（ｔ１＋ｔ２）｝−（ｔ１＋ｔ２）／（４×１．３３×△）・・・・（式１３）

ここで、式１１から導かれるρ＝（ｘ²＋ｈ²）／２ｈ、および、格子不整合度△＝−△＝ｘ×（ａ２／ａ１−１）の式を式１３に代入することによって、
（１．５×１０¹¹×ｔ１³＋１．２×１０¹¹×ｔ２³）×｛１／（１．５×１０¹¹×ｔ１）＋１／（１．２×１０¹¹×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ²＋ｈ²）／２ｈ＝０・・・（式１）
が導き出される。

次に、図９を参照して、本発明３層以上のエピウエハに関する式１および２層のエピウエハの式について比較する。

図９は、本発明の式１、２層のエピウエハについての式８および式１１から導き出される式、試料１〜９について、ＧａＮ基板の厚みｔ１とエピウエハの反りｈとの関係を示す図である。図９における「本発明の式１」は、上記式１においてｘ＝０．１８のときのエピウエハの反りｈ（ｍ）を示す。「従来の式１」は、上記式８および式１１においてｘ＝０．１８、Ａｌ_0.18Ｇａ_0.82Ｎのヤング率であるＥ２＝１．７８×１０¹¹（ＧＰａ）、２層のエピウエハの比例定数である比例定数ｋ＝１．００のときのエピウエハの反りｈ（ｍ）を示す。「従来の式２」は、上記式８および式１１においてｘ＝０．３０、Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ｎのヤング率であるＥ２＝１．９７×１０¹¹（ＧＰａ）、Ａｌ_0.30Ｇａ_0.70Ｎの比例定数である比例定数ｋ＝１．００のときのエピウエハの反りｈ（ｍ）を示す。本発明の式１および従来の式１、２におけるＥ１は、ＧａＮのヤング率、すなわちＥ１＝１．５×１０¹¹とした。

図９における本発明の式１および試料１〜７が示すように、本発明の式１において作製するエピウエハの反りｈ、エピウエハの厚みｔ２、エピウエハのＡｌの組成ｘを設定し、ＧａＮ基板１０の半径ｒを求めることにより算出されるＧａＮ基板１０の厚み以上にすれば、その上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層およびＧａＮ層を形成したエピウエハは、常に設定した反りｈを満たすことが分かった。また、設定したエピウエハ２０の反りｈを満たすとともに、エピウエハ２０の反りｈを満たすためのＧａＮ基板１０の厚みが大きくなりすぎないことが分かった。

また、図９における本発明の式１および試料８、９が示すように、厚みが０を超えて３０ｎｍ以下でないＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を備えたエピウエハについては、式１を適用することが適切でないことが分かった。また、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下のＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層を備えたエピウエハについては、この範囲のエピウエハ２０において最も反りｈが大きくなる場合、すなわちｘ＝０．３０、ｔ２＝３０ｎｍを満たすように上記式１を求めていることが分かったので、上記範囲の構造のエピウエハ２０に上記式１を適用できることが分かった。

したがって、式１２を仮定して、ＥおよびＫを検討することによって見出した式１は、上記の構造の３層以上のエピウエハに適用できることが分かった。

一方、ｘ＝０．１８における２層のエピウエハの式（図９における従来の式１）においてエピウエハの反りｈ（たとえば６μｍ）を設定したときのＧａＮ基板の厚みｔ１（たとえば２００μｍ）は、同じエピウエハの反りｈ（たとえば６μｍ）を満たすｘ＝０．１８の試料１、２のＧａＮ基板の厚み（たとえば２５０μｍ）よりも小さかった。すなわち、ｘ＝０．１８における２層のエピウエハの式において、作製するエピウエハの反りｈ、エピウエハの厚みｔ２、エピウエハのＡｌの組成ｘを設定し、作製するＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎのヤング率を代入することによって求まるＧａＮ基板の厚みでＧａＮ基板を製造し、その上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層およびＧａＮ層を形成したエピウエハは、設定したエピウエハの反りｈを満たさなかった。したがって、２層のエピウエハに関する式により求めた厚みのＧａＮ基板１０を製造しても、このＧａＮ基板を用いてエピウエハに製造すると、反りの性能を満たさない場合があるため、ＧａＮ基板１０とＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層２１とＧａＮ層２２とを備えた３層以上のエピウエハに適用できないことが分かった。

また、ｘ＝０．３０における２層のエピウエハの式（図９における従来の式２）では、２層のエピウエハの式においてエピウエハの反りｈを設定したときのＧａＮ基板の厚みｔ１は、同じエピウエハの反りｈを満たすｘ＝０．３０の試料４〜７のＧａＮ基板の厚みよりも大きかった。すなわち、ｘ＝０．３０における２層のエピウエハの式において、作製するエピウエハの反りｈ、エピウエハの厚みｔ２、エピウエハのＡｌの組成ｘを設定し、作製するＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎのヤング率を代入することによって求まる厚みのＧａＮ基板を製造し、その上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層およびＧａＮ層を形成したエピウエハは、本発明の式１で求まるＧａＮ基板の厚みｔ１よりも大きかった。すなわち、ｘ＝０．３０における２層のエピウエハの式により求まるＧａＮ基板の厚みは、設定したエピウエハの反りｈを満たすために最適な式ではないことがわかった。

以上より本実施例によれば、３層以上のエピウエハにおいて設定したエピウエハの反りを満たすためのＧａＮ基板の最小厚みを求める式を見出した。また、式１によれば設定したエピウエハの反りを満たす最小の厚みを決定することができることが確認できた。

以上に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慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態および実施例ではなく、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修正や変形を含むものと意図される。

本発明は、ｃ面を有し、かつ前記ｃ面上にＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層とＧａＮ層とを順に積層することでエピウエハを製造するためのＧａＮ基板の製造方法に特に有利に適用され得る。

本発明の実施の形態１におけるエピウエハを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態１におけるエピウエハの製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるエピウエハを示す概略断面図である。 本発明の実施の形態２における半導体素子を示す概略断面図である。 本実施の形態における半導体素子の製造方法を示すフローチャートである。 ＧａＮ基板とＧａＮ基板上に形成されたＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層とからなるエピウエハを示す概略断面図である。 ３層のエピウエハの反りが発生した状態の概略断面図である。 試料８、９のエピウエハを示す概略断面図である。 本発明の式１、２層のエピウエハについての式、および試料１〜９について、ＧａＮ基板の厚みｔ１とエピウエハの反りｈとの関係を示す図である。

符号の説明

１０，３１ ＧａＮ基板、２０，３０ エピウエハ、２１ Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ層、２２ ＧａＮ層、３２ バッファ層、３３ 活性層、３４ 電子ブロック層、３５ コンタクト層、４０ ＬＥＤ、４１，４２ 電極。

Claims (5)

1. ｃ面を有し、かつ前記ｃ面上に、Ａｌの組成ｘが０を超えて０．３以下であるとともに厚みが０を超えて３０ｎｍ以下のＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層とＧａＮ層との少なくとも２層を順に積層することでエピウエハを製造するためのＧａＮ基板の製造方法であって、
   前記ＧａＮ基板の厚みをｔ１（ｍ）、前記ＧａＮ基板の半径をｒ（ｍ）、前記Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層の厚みをｔ２（ｍ）、前記Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層におけるＡｌの組成をｘ、前記エピウエハの反りをｈ（ｍ）、ＧａＮの格子定数をａ１、ＡｌＮの格子定数をａ２としたときに、
   （１．５×１０^１１×ｔ１^３＋１．２×１０^１１×ｔ２^３）×｛１／（１．５×１０^１１×ｔ１）＋１／（１．２×１０^１１×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ^２＋ｈ^２）／２ｈ＝０・・・（式１）
   により求められるｔ１の値を前記ＧａＮ基板の最小厚みに決定する工程と、
   ＧａＮよりなるインゴットから、前記最小厚み以上４００μｍ未満の厚みのＧａＮ基板を切り出す工程とを備えた、ＧａＮ基板の製造方法。
2. 前記切り出す工程では、前記最小厚み以上であって、かつ１００μｍ以上２５０μｍ未満の厚みの前記ＧａＮ基板を形成する、請求項１に記載のＧａＮ基板の製造方法。
3. 請求項１または２に記載のＧａＮ基板の製造方法によりＧａＮ基板を製造する工程と、
   前記ＧａＮ基板の前記ｃ面上にＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層を形成する工程と、
   前記Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層上にＧａＮ層を形成する工程とを備えた、エピウエハの製造方法。
4. 請求項３に記載のエピウエハの製造方法によりエピウエハを製造する工程と、
   前記エピウエハに電極を形成する工程とを備えた、半導体素子の製造方法。
5. ＧａＮ基板と、前記ＧａＮ基板のｃ面上に形成されたＡｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層と、前記Ａｌ_ｘＧａ_{（１−ｘ）}Ｎ層上に形成されたＧａＮ層とを備えたエピウエハであって、
   前記ＧａＮ基板の厚みが２５０μｍ未満であり、
   前記エピウエハの反りが１００μｍ以下であり、
   前記ＧａＮ基板の厚みをｔ１（ｍ）、前記ＧａＮ基板の半径をｒ（ｍ）、前記Ａｌ _ｘ Ｇａ _{（１−ｘ）} Ｎ層の厚みをｔ２（ｍ）、前記Ａｌ _ｘ Ｇａ _{（１−ｘ）} Ｎ層におけるＡｌの組成をｘ、前記エピウエハの反りをｈ（ｍ）、ＧａＮの格子定数をａ１、ＡｌＮの格子定数をａ２としたときに、
   （１．５×１０ ^１１ ×ｔ１ ^３ ＋１．２×１０ ^１１ ×ｔ２ ^３ ）×｛１／（１．５×１０ ^１１ ×ｔ１）＋１／（１．２×１０ ^１１ ×ｔ２）｝／｛１５．９６×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝×（ｔ１＋ｔ２）＋（ｔ１×ｔ２）／｛５．３２×ｘ×（１−ａ２／ａ１）｝−（ｒ ^２ ＋ｈ ^２ ）／２ｈ＝０・・・（式１）
   の関係が成立する、エピウエハ。

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