JP6620916B1 - 窒化ガリウム結晶基板 - Google Patents
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Abstract
窒化ガリウム結晶基板は、直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下、厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下で、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含み、フラット部から主面内でフラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域およびノッチ部から主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。
Description
本発明は、窒化ガリウム結晶基板に関する。
窒化ガリウム結晶の円形ウエハとして、特開２００２−３５６３９８号公報（特許文献１）は、六方晶晶系で｛０００１｝面方位の窒化ガリウム単結晶よりなり、透明であって独立した円形のウエハであって表面側と裏面側から外周部を５°〜３０°の傾斜角で面取りしたことを特徴とする窒化ガリウムウエハを開示する。また、特開２００９−１０５４３５号公報（特許文献２）は、六方晶系で｛０００１｝面方位の窒化ガリウム単結晶よりなり、透明であって独立した円形のウエハであって、外周部の一部において弓型部分を切りとり面と直交する特定の結晶方位｛ｈｋｍ０｝を示すためのフラット部を設けたことを特徴とする窒化ガリウムウエハを開示する。また、特開２００７−１３４４６１号公報（特許文献３）は、基板円弧部のＩＩＩ族極性面および窒素極性面の両面側に面取りを有するＩＩＩ族窒化物半導体基板であって、窒素極性面側の面取り部が、基板のオリエンテーションフラット部を含む全外周に亘って３０°を超え６０°までの角度で面取りがなされていることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体基板を開示する。
本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記窒化ガリウム結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。
本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記窒化ガリウム結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記窒化ガリウム結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。
本発明の一態様にかかる窒化ガリウム結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下の窒化ガリウム結晶基板である。上記窒化ガリウム結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含む。上記窒化ガリウム結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
［本開示が解決しようとする課題］
特開２００２−３５６３９８号公報（特許文献１）および特開２００９−１０５４３５号公報（特許文献２）に開示の窒化ガリウムウエハ、ならびに特開２００７−１３４４６１号公報（特許文献３）に開示のＩＩＩ族窒化物半導体基板は、いずれも、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む基板の製造時（フラット部／ノッチ部付基板製造時）および／または外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを有する基板上でのエピタキシャル層成長時（フラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時）に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が高くなるという問題がある。
特開２００２−３５６３９８号公報（特許文献１）および特開２００９−１０５４３５号公報（特許文献２）に開示の窒化ガリウムウエハ、ならびに特開２００７−１３４４６１号公報（特許文献３）に開示のＩＩＩ族窒化物半導体基板は、いずれも、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む基板の製造時（フラット部／ノッチ部付基板製造時）および／または外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを有する基板上でのエピタキシャル層成長時（フラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時）に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が高くなるという問題がある。
ここで、特開２００２−３５６３９８号公報（特許文献１）、特開２００９−１０５４３５号公報（特許文献２）、および特開２００７−１３４４６１号公報（特許文献３）においては、ウエハまたは基板の面取りの形状について検討されているが、ウエハあるいは基板においてフラット部およびその近傍またはノッチ部およびその近傍における平均転位密度または平均残留応力については検討されていない。
そこで、フラット部／ノッチ部付基板製造時およびフラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が低い窒化ガリウム結晶基板を提供することを目的とする。
［本開示の効果］
本開示によれば、フラット部／ノッチ部付基板製造時およびフラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が低い窒化ガリウム結晶基板を提供できる。ここで、フラット部およびその近傍とは第１および第２フラット部領域を意味し、ノッチ部およびその近傍とは第１および第２ノッチ部領域を意味する。
本開示によれば、フラット部／ノッチ部付基板製造時およびフラット部／ノッチ部付基板上でのエピタキシャル層成長時に、フラット部およびその近傍あるいはノッチ部およびその近傍において、割れによる不良率（割れ不良率）が低い窒化ガリウム結晶基板を提供できる。ここで、フラット部およびその近傍とは第１および第２フラット部領域を意味し、ノッチ部およびその近傍とは第１および第２ノッチ部領域を意味する。
［本発明の実施形態の説明］
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。ここで、複数のフラット部領域およびノッチ部領域をそれぞれ明確に区別するために、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域、あるいは第２フラット部領域および第２ノッチ部領域と表記する。
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。ここで、複数のフラット部領域およびノッチ部領域をそれぞれ明確に区別するために、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域、あるいは第２フラット部領域および第２ノッチ部領域と表記する。
［１］本発明の一態様にかかるＧａＮ（窒化ガリウム）結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ（酸素）原子、Ｓｉ（ケイ素）原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。本態様のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
［２］本発明の一態様にかかるＧａＮ結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本態様のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留応力が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
［３］本発明の一態様にかかるＧａＮ結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度を１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下としかつ平均残留応力を−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることができる。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本態様のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留応力がそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。
［４］本発明の一態様にかかるＧａＮ結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。本態様のＧａＮ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあり、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいてその外周部近傍に位置する一部領域の平均転位密度を一定範囲内に制御できるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
［５］本発明の一態様にかかるＧａＮ結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０ 17 ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本態様のＧａＮ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留応力が所定の範囲内にあり、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいてその外周部近傍に位置する一部領域の平均残留応力を一定範囲内に制御できるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
［６］本発明の一態様にかかるＧａＮ結晶基板は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。上記ＧａＮ結晶基板は、その外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板は、上記フラット部から上記主面内で上記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および上記ノッチ部から上記主面内で上記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度を１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下としかつ平均残留応力を−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下とすることができる。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本態様のＧａＮ結晶基板は、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留応力がそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。
[本発明の実施形態の詳細]
＜ＧａＮ結晶基板＞
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の例を示す。図１Ａは、フラット部１１ｆが形成されるＧａＮ結晶基板１１の外縁の一部の場所を示す概略平面図である。図１Ｂは、フラット部１１ｆならびに第１および第２フラット部領域１１ｆｒを示す概略拡大平面図である。フラット部１１ｆとは、結晶体および結晶基板の結晶方位の判別、表裏判別およびプロセス上の位置合わせなどを容易にするために、結晶体および結晶基板の外縁（外周）の一部に形成されたフラットな面をいう。フラット部付のＧａＮ結晶基板１１において、フラット部１１ｆは、１以上形成され、通常は２つ形成され、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦともいう）およびアイデンテフィケーションフラット（以下、ＩＦともいう）とも呼ばれる。ＧａＮ結晶基板１１において、主面の面方位、振り方向、振り角度、およびフラット部（ＯＦ／ＩＦ）の位置は、顧客の要求に応じて定められる。たとえば、主面の面方位は（０００１）、振り方向は１２方向、振り角度は０°以上２０°以下、ＯＦ／ＩＦ位置は時計回り（以下、ＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが時計回りの位置に配置。）と反時計回り（以下、ＣＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが反時計回りの位置に配置。）の２種類、ＯＦ長さは１０ｍｍ以上６５ｍｍ以下、ＩＦ長さは４ｍｍ以上４５ｍｍ以下と定められる。
＜ＧａＮ結晶基板＞
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂは、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の例を示す。図１Ａは、フラット部１１ｆが形成されるＧａＮ結晶基板１１の外縁の一部の場所を示す概略平面図である。図１Ｂは、フラット部１１ｆならびに第１および第２フラット部領域１１ｆｒを示す概略拡大平面図である。フラット部１１ｆとは、結晶体および結晶基板の結晶方位の判別、表裏判別およびプロセス上の位置合わせなどを容易にするために、結晶体および結晶基板の外縁（外周）の一部に形成されたフラットな面をいう。フラット部付のＧａＮ結晶基板１１において、フラット部１１ｆは、１以上形成され、通常は２つ形成され、オリエンテーションフラット（以下、ＯＦともいう）およびアイデンテフィケーションフラット（以下、ＩＦともいう）とも呼ばれる。ＧａＮ結晶基板１１において、主面の面方位、振り方向、振り角度、およびフラット部（ＯＦ／ＩＦ）の位置は、顧客の要求に応じて定められる。たとえば、主面の面方位は（０００１）、振り方向は１２方向、振り角度は０°以上２０°以下、ＯＦ／ＩＦ位置は時計回り（以下、ＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが時計回りの位置に配置。）と反時計回り（以下、ＣＣＷともいう。ＯＦに対してＩＦが反時計回りの位置に配置。）の２種類、ＯＦ長さは１０ｍｍ以上６５ｍｍ以下、ＩＦ長さは４ｍｍ以上４５ｍｍ以下と定められる。
図２Ａは、ノッチ部１１ｎが形成されるＧａＮ結晶基板１１の外縁の一部の場所を示す概略平面図である。図２Ｂは、ノッチ部１１ｎならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒを示す概略拡大平面図である。ノッチ部１１ｎとは、結晶体および結晶基板の結晶方位の判別および整列などを容易にするために、結晶体および結晶基板の外縁（外周）の一部に形成された切欠き部分をいう。ノッチ部付のＧａＮ結晶基板１１において、ノッチ部１１ｎは、１以上形成され、通常は１つ形成される。ＧａＮ結晶基板１１において、主面の面方位、ノッチ形状、およびノッチの中心切欠き方向は、顧客の要求に応じて定められる。たとえば、主面の面方位は（０００１）、ノッチ形状は外縁から中心へ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下分を８５°以上９５°以下の開き角で削り取った形状、ノッチの中心切欠き方向は中心からみてｍ軸（［１−１００］）方向と定められる。
（実施形態Ｉ−１）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、第１フラット部領域１１ｆｒおよび第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、第１フラット部領域１１ｆｒおよび第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおける平均転位密度が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
なお、本実施形態のＧａＮ結晶基板において、上記の「主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直」とは、主面内でノッチ部を示す曲線上の各々の点における接線に対して垂直であることを意味する。ここで、「曲線」とは、少なくとも一部が直線でない線を意味し、一部に直線を含んでいてもよい。また、割れ不良率は、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）またはキャリアあるいはその濃度、あるいは基板製造時またはエピタキシャル層成長時の差異により変動するものであり、割れ不良率が低いとは、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）およびキャリアならびにそれらの濃度、ならびに基板製造時またはエピタキシャル層成長時が同じ範囲内において相対的に割れ不良率が低いことを意味する。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１の直径は、大口径のＧａＮ結晶基板１１においても上記割れ不良率を低減する観点から、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１の厚さは、上記割れ不良率を低減する観点から、３００μｍ以上８００μｍ以下である。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆ（図１Ａおよび図１Ｂ）およびノッチ部１１ｎ（図２Ａおよび図２Ｂ）のいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびその近傍あるいはノッチ部１１ｎおよびその近傍においても割れを抑制することにより、上記割れ不良率を低減することができる。
ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。ここで、Ｏ原子およびＳｉ原子の濃度は、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）により測定する。また、キャリアの濃度は、ホール測定により測定する。ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるＯ原子、Ｓｉ原子およびキャリアの濃度によって平均転位密度が変動するため、Ｏ原子、Ｓｉ原子またはキャリアの所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度を所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率を低減することができる。
ここで、ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるＯ原子の濃度の増大とともにＮ型導電性が付与される。ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるＳｉ原子の濃度の増大とともにＮ型導電性が付与される。ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるキャリアの濃度の増大とともにＮ型導電性が付与される。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１において、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率をさらに低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下であることが好ましい。
第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周部側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均転位密度は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均転位密度に比べてそれぞれ高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均転位密度の値が、割れ不良率により影響する。したがって、高い平均転位密度となる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均転位密度が上記の範囲内にあるＧａＮ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。
図３Ａおよび図３Ｂは、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度の測定部分の例を示す概略拡大断面図である。図３Ａを参照して、ＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度は、ＧａＮ結晶基板１１を５００℃のＫＯＨ（水酸化カリウム）融液中に６０分間浸漬した後に第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面に形成されるエッチングピットの単位面積当たりの平均の数（エッチングピット平均密度）として顕微鏡を用いて測定する。しかしながら、第１または第２フラット部領域１１ｆｒにおけるフラット部の面取り部分または第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒにおけるノッチ部の面取り部分では、上記エッチングピットが見えない場合がある。この場合は、図３Ｂを参照して、第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面を基板の中心部まで研削して露出した中心部の第１または第２フラット部領域１１ｆｒｃあるいは中心部の第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒｃを、上記と同様の条件処理することにより形成されるエッチングピット平均密度を測定する。
また、フラット部１１ｆの長さＬＲについては、特に制限はないが、目視による視認性および機械による認識性を高めるとともにとチップを取る領域を確保する観点から、ＯＦ長さは１０ｍｍ以上６５ｍｍ以下およびＩＦ長さは４ｍｍ以上４５ｍｍ以下が好ましい。ここで、直径が２インチのＧａＮ結晶基板においては、ＯＦ長さは１０ｍｍ以上２０ｍｍ以下およびＩＦ長さは４ｍｍ以上１０ｍｍ以下がより好ましい。直径が４インチのＧａＮ結晶基板においては、ＯＦ長さは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下およびＩＦ長さは１０ｍｍ以上２５ｍｍ以下がより好ましい。直径が６インチのＧａＮ結晶基板においては、ＯＦ長さは４３ｍｍ以上６５ｍｍ以下およびＩＦ長さは２５ｍｍ以上４５ｍｍ以下がより好ましい。
また、ノッチ部１１ｎについては、目視による視認性および機械による認識性を高めるとともにとチップを取る領域を確保する観点から、ノッチ形状は外縁から中心へ０．５ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の部分を８５°以上９５°以下の開き角で削り取った形状が好ましく、外縁から中心へ１．００ｍｍ以上１．２５ｍｍ以下の部分を８９°以上９５°以下の開き角で削り取った形状がより好ましく、ノッチの中心切欠き方向は中心からみてＭ軸（［１−１００］）方向が好ましい。
（実施形態Ｉ−２）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留応力が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。上記ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均残留応力が所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低い。
なお、本実施形態のＧａＮ結晶基板において、上記の「主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直」とは、主面内でノッチ部を示す曲線上の各々の点における接線に対して垂直であることを意味する。ここで、「曲線」とは、少なくとも一部が直線でない線を意味し、一部に直線を含んでいてもよい。また、割れ不良率は、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）またはキャリアあるいはその濃度、あるいは基板製造時またはエピタキシャル層成長時の差異により変動するものであり、割れ不良率が低いとは、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）およびキャリアならびにそれらの濃度、ならびに基板製造時またはエピタキシャル層成長時が同じ範囲内において相対的に割れ不良率が低いことを意味する。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１における５０ｍｍ以上で１５５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアについては、実施形態Ｉ−１のＧａＮ結晶基板１１における５０ｍｍ以上で１５５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアとそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるＯ原子、Ｓｉ原子およびキャリアの濃度によって第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均残留応力が変動するため、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアの所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均残留応力を所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率を低減することができる。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１において、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率をさらに低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下であることが好ましい。
第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均残留応力は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均残留応力に比べてそれぞれその絶対値が高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均残留応力の値が、割れ不良率により影響する。したがって、絶対値が高い平均残留応力となる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均残留応力が上記の範囲内にあるＧａＮ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。
図４は、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の平均残留応力の測定部分の例を示す概略拡大断面図である。図４を参照して、ＧａＮ結晶基板１１の平均残留応力は、鏡面加工した第１または第２フラット部領域１１ｆｒあるいは第１または第２ノッチ部領域１１ｎｒの主面に波長５３２ｎｍの光ＩＬを入射したときのラマン散乱光ＲＬであるＥ2 Hピーク（残留応力が無いときは約５６７ｃｍ-1）のシフト量の平均から１ｃｍ-1当たり１３０ＭＰａで換算して算出する。
また、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１におけるフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）ならびにノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向は、実施形態Ｉ−１のＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）ならびにノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。
（実施形態Ｉ−３）
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留応力がそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。
図１Ａ、図１Ｂ、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下である。ＧａＮ結晶基板１１は、その外縁の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアのいずれかを含む。ＧａＮ結晶基板１１は、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。平均残留応力の値について、負の値は引張応力を示し、正の値は圧縮応力を示す。本実施形態のＧａＮ結晶基板は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおける平均転位密度および平均残留応力がそれぞれ所定の範囲内にあるため、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低い。
なお、本実施形態のＧａＮ結晶基板において、上記の「主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直」とは、主面内でノッチ部を示す曲線上の各々の点における接線に対して垂直であることを意味する。ここで、「曲線」とは、少なくとも一部が直線でない線を意味し、一部に直線を含んでいてもよい。また、割れ不良率は、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）またはキャリアあるいはその濃度、あるいは基板製造時またはエピタキシャル層成長時の差異により変動するものであり、割れ不良率が低いとは、ＧａＮ結晶基板の直径、含まれる原子の種類（Ｏ原子またはＳｉ原子）およびキャリアならびにそれらの濃度、ならびに基板製造時またはエピタキシャル層成長時が同じ範囲内において相対的に割れ不良率が低いことを意味する。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１における５０ｍｍ以上で１５５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアについては、実施形態Ｉ−１および実施形態Ｉ−２のＧａＮ結晶基板１１における５０ｍｍ以上で１５５ｍｍ以下の直径、３００μｍ以上８００μｍ以下の厚さ、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアとそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。ＧａＮ結晶基板１１は、含まれるＯ原子、Ｓｉ原子およびキャリアの濃度によって第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度および平均残留応力が変動するため、Ｏ原子、Ｓｉ原子およびキャリアの所定の濃度において第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することにより、上記割れ不良率を低減することができる。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅ＷＲの第１ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。ここで、ＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度は実施形態Ｉ−１と同様にして測定し、ＧａＮ結晶基板１１の平均残留応力は実施形態Ｉ−２と同様にして測定する。
本実施形態のＧａＮ結晶基板１１において、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率をさらに低減する観点から、フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２フラット部領域１１ｆｒおよびノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅ＷＲの第２ノッチ部領域１１ｎｒのいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下がより好ましい。
第２フラット部領域および第２ノッチ部領域は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれのフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのそれぞれに近い部分領域である。第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のそれぞれの外周側の一部である第２フラット部領域および第２ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留応力の絶対値は、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留応力の絶対値に比べてそれぞれ高くなる可能性がある。また、割れの起点は外周部のため、第２フラット部領域の平均転位密度および平均残留応力の値が、割れ不良率により影響する。したがって、高い平均転位密度および高い絶対値の平均残留応力となる可能性がある第２フラット部領域および第２ノッチ部領域においても、平均転位密度および平均残留応力が上記の範囲内にあるＧａＮ結晶基板は、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がさらに低減する。
また、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１におけるフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）およびノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向は、実施形態Ｉ−１および実施形態Ｉ−２のＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆの長さＬＲ（ＯＦ長さおよびＩＦ長さ）およびノッチ部１１ｎのノッチ形状および中心切欠き方向とそれぞれ同じであるため、ここでは、繰り返さない。
＜ＧａＮ結晶基板の製造方法＞
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、実施形態Ｉ−１〜実施形態Ｉ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法の例を示す概略図である。図５Ａ、図６Ａおよび図７Ａは製造装置内部の垂直方向の概略断面図であり、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂは製造装置の結晶成長部の水平方向の概略平面図である。図８は、実施形態Ｉ−１〜実施形態Ｉ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法の別の例を示す概略平面図である。
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａおよび図７Ｂは、実施形態Ｉ−１〜実施形態Ｉ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法の例を示す概略図である。図５Ａ、図６Ａおよび図７Ａは製造装置内部の垂直方向の概略断面図であり、図５Ｂ、図６Ｂおよび図７Ｂは製造装置の結晶成長部の水平方向の概略平面図である。図８は、実施形態Ｉ−１〜実施形態Ｉ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法の別の例を示す概略平面図である。
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ、図６Ｂ、図７Ａ、図７Ｂおよび図８を参照して、ＧａＮ結晶基板１１の一般的な製造方法は、結晶成長容器１０５内に配置される台座１０２、結晶成長容器１０５に配設されるＧａ原料供給管１０６、Ｎ原料供給管１０７およびヒータ１０３などを含む結晶成長装置１００を用いて、気相成長法により、結晶成長させるものである。気相成長法としては、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などが挙げられるが、結晶成長速度が高く厚い結晶を成長させやすい観点から、ＨＶＰＥ法が好ましい。ＨＶＰＥ法においては、結晶成長容器１０５内の台座１０２上にＧａＮ種結晶１０ｓを配置する。次に、ヒータ１０３によりＧａＮ種結晶１０ｓを加熱するとともに、Ｇａ原料供給管１０６から結晶成長容器１０５内にＨＣｌ（塩化水素）と金属Ｇａ（ガリウム）との反応により得られるＧａＣｌ（塩化ガリウム）ガスをＧａ原料ガスとして供給し、Ｎ原料供給管１０７から結晶成長容器１０５内にＮＨ3（アンモニア）ガスをＮ原料ガスとして供給することにより、ＧａＮ種結晶１０ｓ上にＧａＮ結晶体１０を成長させる（図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂ）。次に、ＧａＮ結晶体１０を冷却する。次に、冷却したＧａＮ結晶体１０を結晶成長容器１０５から取り出す。次に、取り出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す（図７Ａおよび図７Ｂ）。次に、切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成する（図８）。外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成されたＧａＮ結晶基板１１の主面を鏡面研磨する。
（実施形態ＩＩ−１）
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、ＧａＮ結晶体１０の成長時および冷却時あるいはＧａＮ結晶体１０の冷却時（すなわち少なくともＧａＮ結晶体１０の冷却時）に、断熱性が高い部分と低い部分とを備える断熱材１０４をＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側あるいはＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側およびＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の外周の外側（すなわちＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の少なくともＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側）に配置する。これにより、ＧａＮ結晶体１０において、後にＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかとなる部分（かかる部分は、ＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかともいう、以下同じ）とＧａＮ結晶基板１１の内部となる部分（かかる部分は、ＧａＮ結晶体１０の基板内部予定部ともいう、以下同じ）との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａおよび図６Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、ＧａＮ結晶体１０の成長時および冷却時あるいはＧａＮ結晶体１０の冷却時（すなわち少なくともＧａＮ結晶体１０の冷却時）に、断熱性が高い部分と低い部分とを備える断熱材１０４をＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側あるいはＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側およびＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の外周の外側（すなわちＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の少なくともＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側）に配置する。これにより、ＧａＮ結晶体１０において、後にＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかとなる部分（かかる部分は、ＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかともいう、以下同じ）とＧａＮ結晶基板１１の内部となる部分（かかる部分は、ＧａＮ結晶体１０の基板内部予定部ともいう、以下同じ）との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
断熱材１０４の配置形態は、特に制限はないが、上記の観点から、ＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれか（すなわちＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかとなる部分、以下同じ）の主面の外側あるいはフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの主面の外側ならびにフラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側には断熱材１０４の断熱性が高い部分を配置することが好ましい。ここで、断熱材１０４の断熱性が高い部分は、とくに制限はなく、たとえば、それ以外の部分に比べて、断熱材の外縁（外周）との最短距離がより大きい部分、断熱材の厚さがより大きい部分、または断熱性がより高い材料である部分などが好ましく挙げられる。
断熱材１０４の配置形態のある好ましい具体例として、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの主面の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材１０４が配置される。断熱材１０４において、断熱性の高い部分とは、それ以外の部分に比べて、断熱材１０４の外縁（外周）との最短距離がより大きい部分（図５Ａおよび図５Ｂ）、断熱材の厚さがより大きい部分、または断熱性がより高い材料である部分などが該当する。
図５Ａおよび図５Ｂに示す断熱材１０４の配置形態においては、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材が配置されていない。しかし、ＧａＮ結晶体１０およびＧａＮ結晶基板１１は、気相成長法により製造されることから、それらの主面の直径（具体的には５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下）に比べてそれらの厚さ（具体的には３００μｍ以上８００μｍ以下）が一般的に小さいため、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材が配置されていなくても、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの主面の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材が配置されていれば、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低くすることができる。
断熱材１０４の配置形態の別の好ましい具体例として、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの主面の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材１０４ａが配置され、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材１０４ｂが配置される。断熱材１０４ａ，１０４ｂにおいて、断熱性の高い部分とは、それ以外の部分に比べて、断熱材１０４ａの外周から内部へ外縁（外周）に接する平面に垂直な方向への距離がより大きい部分（図６Ａおよび図６Ｂ）、断熱材１０４ｂの厚さ（たとえば円筒形状の部分体の直径が大きい）がより大きい部分（図６Ａおよび図６Ｂ）、または断熱性がより高い材料である部分などが該当する。
フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの主面の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材１０４ａが配置され、フラット予定部１０ｆおよびノッチ予定部１０ｎのいずれかの外縁（外周）の外側に断熱性の高い部分を有する断熱材１０４ｂが配置されていれば、ＧａＮ結晶体１０およびＧａＮ結晶基板１１が気相成長法により、それらの主面の直径（５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下）に比べてそれらの厚さ（５ｍｍ程度以上）が比較的大きく製造される場合であっても、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率を低くすることができる。
また、断熱材１０４は、図５Ａおよび図５Ｂに示すような一体物であってもよく、図６Ａおよび図６Ｂに示すような複数の部分体の集合物であってもよい。また、図６に示すように、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）の外側に配置される断熱材１０４ｂはＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）の全部ではなく一部と接触することが好ましい。
断熱材１０４，１０４ａ，１０４ｂの材料は、断熱効果を有するものであれば特に制限はないが、炭素材料、セラミックス、ＳｉＮ（窒化ケイ素）、ＳｉＣ（炭化ケイ素）、石英、および内部にＧａＮ（窒化ガリウム）を充填した筒型容器などが好ましい。
（実施形態ＩＩ−２）
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、取り出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す際に、ＧａＮ結晶基板１１においてフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分が、他の部分に比べて、ＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）からより離れた（すなわち、ＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）との最短距離がより大きい）内部になるように切り出す。これにより、ＧａＮ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＮ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、取り出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す際に、ＧａＮ結晶基板１１においてフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分が、他の部分に比べて、ＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）からより離れた（すなわち、ＧａＮ結晶体１０の外縁（外周）との最短距離がより大きい）内部になるように切り出す。これにより、ＧａＮ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＮ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
（実施形態ＩＩ−３）
図８を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成する際に、フラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成による発熱を除去するように温度調節をする。これにより、ＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＮ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
図８を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶基板１１の製造方法は、上記の一般的な製造方法において、切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成する際に、フラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成による発熱を除去するように温度調節をする。これにより、ＧａＮ結晶基板１１のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＮ結晶基板１１の内部の部分との温度差を抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力を低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒの平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
ここで、切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および／または研磨する方法には、とくに制限はなく、たとえば、図８に示すような回転砥石２０１を用いることができる。また、フラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成による発熱を除去するように温度調節する方法には、特に制限はなく、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部にフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる方法、および／または、冷却水２０２ｗの水温を低下させる方法などが可能である。
上記の実施形態ＩＩ−１〜実施形態ＩＩ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法において、実施形態ＩＩ−１のＧａＮ結晶基板１１の製造方法と実施形態ＩＩ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法とを組み合わせることにより、または、実施形態ＩＩ−２のＧａＮ結晶基板１１の製造方法と実施形態ＩＩ−３のＧａＮ結晶基板１１の製造方法とを組み合わせることにより、ＧａＮ結晶基板のフラット部１１ｆおよびノッチ部１１ｎのいずれかが形成される部分とＧａＮ結晶基板１１の内部の部分との温度差をより抑制して、ＧａＮ結晶基板１１の第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域１１ｎｒにおける転位などの結晶欠陥および応力をより低減して、第１および第２フラット部領域１１ｆｒならびに第１および第２ノッチ部領域の平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整することができる。
（実験例１）
図５Ａおよび図５Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（０００１）で外縁に長さ１６ｍｍのＯＦ（オリエンテーションフラット）と長さ７ｍｍのＩＦ（アイデンティフィケーションフラット）の２つのフラット部１１ｆを有する直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ４００μｍのＯ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3のＧａＮ結晶基板１１を作製し、第１フラット部領域１１ｆｒ（フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板１１上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。ＧａＮ結晶基板１１のＯ原子濃度は、ＳＩＭＳにより測定する。具体的には、以下のとおりである。
図５Ａおよび図５Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（０００１）で外縁に長さ１６ｍｍのＯＦ（オリエンテーションフラット）と長さ７ｍｍのＩＦ（アイデンティフィケーションフラット）の２つのフラット部１１ｆを有する直径２インチ（５０．８ｍｍ）で厚さ４００μｍのＯ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3のＧａＮ結晶基板１１を作製し、第１フラット部領域１１ｆｒ（フラット部１１ｆから主面内でフラット部１１ｆを示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板１１上のエピタキシャル層である厚さ５μｍのＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。ＧａＮ結晶基板１１のＯ原子濃度は、ＳＩＭＳにより測定する。具体的には、以下のとおりである。
１．ＧａＮ結晶体の成長
図５Ａおよび図５Ｂに示すＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、ＧａＮ種結晶１０ｓ上にＧａＮ結晶体１０を成長させる時および成長させたＧａＮ結晶体１０を冷却する時に、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側に一体物である断熱材１０４を配置する。断熱材１０４は、固体炭素で形成されており、ＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆ（ＯＦ予定部およびＩＦ予定部）に対応する部分が、それ以外の部分に比べて、断熱材１０４の外縁（外周）との最短距離が大きくなるように配置される。具体的には、断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離が５ｍｍとなり、断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分以外の部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離が３ｍｍとなるように、断熱材１０４が配置される。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。結晶成長および冷却されたＧａＮ結晶体１０を結晶成長容器１０５から取り出す。
図５Ａおよび図５Ｂに示すＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、ＧａＮ種結晶１０ｓ上にＧａＮ結晶体１０を成長させる時および成長させたＧａＮ結晶体１０を冷却する時に、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側に一体物である断熱材１０４を配置する。断熱材１０４は、固体炭素で形成されており、ＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆ（ＯＦ予定部およびＩＦ予定部）に対応する部分が、それ以外の部分に比べて、断熱材１０４の外縁（外周）との最短距離が大きくなるように配置される。具体的には、断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離が５ｍｍとなり、断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分以外の部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離が３ｍｍとなるように、断熱材１０４が配置される。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。結晶成長および冷却されたＧａＮ結晶体１０を結晶成長容器１０５から取り出す。
２．ＧａＮ結晶基板の作製
取出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に長さ１６ｍｍのＯＦと長さ７ｍｍのＩＦの２つのフラット部１１ｆを形成する。フラット部１１ｆを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。
取出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に長さ１６ｍｍのＯＦと長さ７ｍｍのＩＦの２つのフラット部１１ｆを形成する。フラット部１１ｆを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。
３．平均転位密度の評価
ＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度は、得られたＧａＮ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、ＧａＮ結晶基板１１を５００℃のＫＯＨ（水酸化カリウム）融液中に６０分間浸漬した後に第１フラット部領域１１ｆｒの主面に形成されるエッチングピットの単位面積当たりの平均の数（エッチングピット平均密度）として顕微鏡を用いて測定する。具体的には、第１フラット部領域の全域を測定する。
ＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度は、得られたＧａＮ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、ＧａＮ結晶基板１１を５００℃のＫＯＨ（水酸化カリウム）融液中に６０分間浸漬した後に第１フラット部領域１１ｆｒの主面に形成されるエッチングピットの単位面積当たりの平均の数（エッチングピット平均密度）として顕微鏡を用いて測定する。具体的には、第１フラット部領域の全域を測定する。
４．平均残留応力の評価
ＧａＮ結晶基板１１の平均残留応力は、得られたＧａＮ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、第１フラット部領域１１ｆｒの主面に波長５３２ｎｍの光を入射したときのラマン散乱光であるＥ2 Hピーク（残留応力が無いときは約５６７ｃｍ-1）のシフト量の平均から１ｃｍ-1当たり１３０ＭＰａで換算して算出する。具体的には、第１フラット部領域を０．２ｍｍピッチで測定し、Ｅ2 Hピーク（残留応力が無いときは約５６７ｃｍ-1）のシフト量の平均から１ｃｍ-1当たり１３０ＭＰａで換算して算出する。
ＧａＮ結晶基板１１の平均残留応力は、得られたＧａＮ結晶基板１１の主面を鏡面研磨した後、第１フラット部領域１１ｆｒの主面に波長５３２ｎｍの光を入射したときのラマン散乱光であるＥ2 Hピーク（残留応力が無いときは約５６７ｃｍ-1）のシフト量の平均から１ｃｍ-1当たり１３０ＭＰａで換算して算出する。具体的には、第１フラット部領域を０．２ｍｍピッチで測定し、Ｅ2 Hピーク（残留応力が無いときは約５６７ｃｍ-1）のシフト量の平均から１ｃｍ-1当たり１３０ＭＰａで換算して算出する。
５．割れ不良率の評価
割れ不良率とは、以下の基板製造時およびエピタキシャル層成長時のそれぞれにおいて、全サンプル数に対して割れが発生したサンプルの百分率を示す。
割れ不良率とは、以下の基板製造時およびエピタキシャル層成長時のそれぞれにおいて、全サンプル数に対して割れが発生したサンプルの百分率を示す。
（１）基板製造時
得られたＧａＮ結晶基板１１を、１次研磨としてダイヤモンド砥粒、エチレングリコールおよび水を含む研磨剤を５ｃｍ3／分で滴下し、銅製またはスズ製の定盤を用いて、回転数３０ｒｐｍで６０分間研磨し、さらに、仕上げ研磨としてエチレングリコールおよび水を含む研磨剤を５ｃｍ3／分で滴下し、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだスズ製の定盤またはパッドを用いて、回転数３０ｒｐｍで６０分間研磨した時の割れ不良率を算出する。
得られたＧａＮ結晶基板１１を、１次研磨としてダイヤモンド砥粒、エチレングリコールおよび水を含む研磨剤を５ｃｍ3／分で滴下し、銅製またはスズ製の定盤を用いて、回転数３０ｒｐｍで６０分間研磨し、さらに、仕上げ研磨としてエチレングリコールおよび水を含む研磨剤を５ｃｍ3／分で滴下し、ダイヤモンド砥粒を埋め込んだスズ製の定盤またはパッドを用いて、回転数３０ｒｐｍで６０分間研磨した時の割れ不良率を算出する。
（２）エピタキシャル層成長時
得られたＧａＮ結晶基板１１を、上記の１次研磨および仕上げ研磨した後、仕上げ研磨された主面上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法により、結晶成長雰囲気温度１０５０℃、結晶成長雰囲気圧力１００ｋＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比（ＩＩＩ族元素モル濃度に対するＶ族元素モル濃度の比をいう、以下同じ）４００、および結晶成長速度４μｍ／時の条件で３０分間、エピタキシャル層としてＧａＮ層を成長させた時の割れ不良率を算出する。
得られたＧａＮ結晶基板１１を、上記の１次研磨および仕上げ研磨した後、仕上げ研磨された主面上に、ＭＯＣＶＤ（有機金属気相堆積）法により、結晶成長雰囲気温度１０５０℃、結晶成長雰囲気圧力１００ｋＰａ、Ｖ／ＩＩＩ比（ＩＩＩ族元素モル濃度に対するＶ族元素モル濃度の比をいう、以下同じ）４００、および結晶成長速度４μｍ／時の条件で３０分間、エピタキシャル層としてＧａＮ層を成長させた時の割れ不良率を算出する。
本実験例（実験例１）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および１．０×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２０ＭＰａおよび２０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２にまとめる。
（実験例２）
Ｏ原子濃度を５．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例２）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．７×１０2ｃｍ-2および１．２×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２３ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表４にまとめる。
Ｏ原子濃度を５．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例２）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．７×１０2ｃｍ-2および１．２×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２３ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表４にまとめる。
（実験例３）
Ｏ原子濃度を１．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例３）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．７×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．０×１０2ｃｍ-2および９．０×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび１８ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表６にまとめる。
Ｏ原子濃度を１．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例３）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．７×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．０×１０2ｃｍ-2および９．０×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび１８ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表６にまとめる。
（実験例４）
Ｏ原子濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例４）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．２×１０2ｃｍ-2および１．５×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２１ＭＰａおよび１７ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表８にまとめる。
Ｏ原子濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例４）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．２×１０2ｃｍ-2および１．５×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２１ＭＰａおよび１７ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表８にまとめる。
（実験例５）
Ｏ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3に替えてＳｉ原子濃度を２．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上にエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。ＧａＮ結晶基板１１のＳｉ原子濃度は、ＳＩＭＳにより測定する。本実験例（実験例５）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．２×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１０にまとめる。
Ｏ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3に替えてＳｉ原子濃度を２．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上にエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。ＧａＮ結晶基板１１のＳｉ原子濃度は、ＳＩＭＳにより測定する。本実験例（実験例５）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．２×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１０にまとめる。
（実験例６）
Ｓｉ原子濃度を６．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例６）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．０×１０2ｃｍ-2および９．６×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２０ＭＰａおよび２１ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１２にまとめる。
Ｓｉ原子濃度を６．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例６）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．０×１０2ｃｍ-2および９．６×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２０ＭＰａおよび２１ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１２にまとめる。
（実験例７）
Ｓｉ原子濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例７）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．５×１０2ｃｍ-2および１．２×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２３ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１４にまとめる。
Ｓｉ原子濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例７）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．５×１０2ｃｍ-2および１．２×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２３ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１４にまとめる。
（実験例８）
Ｓｉ原子濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例８）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．２×１０2ｃｍ-2および８．８×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１６にまとめる。
Ｓｉ原子濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例５と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例８）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．２×１０2ｃｍ-2および８．８×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−１８ＭＰａおよび２２ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１６にまとめる。
（実験例９）
Ｏ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3に替えてキャリア濃度を２．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例９）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．４×１０2ｃｍ-2および１．５×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２１ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１８にまとめる。
Ｏ原子濃度が２．０×１０17ｃｍ-3に替えてキャリア濃度を２．０×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例１と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例９）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．４×１０2ｃｍ-2および１．５×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２１ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表１８にまとめる。
（実験例１０）
キャリア濃度を４．７×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１０）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および８．８×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−１９ＭＰａおよび２０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２０にまとめる。
キャリア濃度を４．７×１０17ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１０）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．０×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および８．８×１０7ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−１９ＭＰａおよび２０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表１９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２０にまとめる。
（実験例１１）
キャリア濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１１）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．１×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２２ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２２にまとめる。
キャリア濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１１）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．１×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２２ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２２にまとめる。
（実験例１２）
キャリア濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１２）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．５×１０2ｃｍ-2および２．０×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２５ＭＰａおよび１８ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２４にまとめる。
キャリア濃度を４．０×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例９と同様にしてＧａＮ結晶基板を作製し、第１フラット部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１２）について、第１フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．８×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる６．５×１０2ｃｍ-2および２．０×１０8ｃｍ-2と、第１フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２５ＭＰａおよび１８ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２３にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２４にまとめる。
（実験例１３）
図６Ａおよび図６Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（０００１）でノッチの中心切欠き方向を基板中心から見てＭ軸（［１−１００］）方向に外縁から中心へ１．０ｍｍの部分を９０°の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを有する直径４インチ（１０１．６ｍｍ）で厚さ４００μｍのキャリア濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のＧａＮ結晶基板１１を作製し、第１ノッチ部領域１１ｎｒ（ノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。具体的には、以下のとおりである。
図６Ａおよび図６Ｂに示す結晶成長装置を用いて、主面の面方位が（０００１）でノッチの中心切欠き方向を基板中心から見てＭ軸（［１−１００］）方向に外縁から中心へ１．０ｍｍの部分を９０°の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを有する直径４インチ（１０１．６ｍｍ）で厚さ４００μｍのキャリア濃度が１．０×１０18ｃｍ-3のＧａＮ結晶基板１１を作製し、第１ノッチ部領域１１ｎｒ（ノッチ部１１ｎから主面内でノッチ部１１ｎを示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。具体的には、以下のとおりである。
１．ＧａＮ結晶の成長
図６Ａおよび図６Ｂに示すＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、ＧａＮ種結晶１０ｓ上にＧａＮ結晶体１０を成長させる時および成長させたＧａＮ結晶体１０を冷却する時に、複数の部分体の集合物である断熱材１０４として、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側に一つの部分体である断熱材１０４ａを配置するとともに、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の外周の外側に複数の部分体である断熱材１０４ｂを配置する。断熱材１０４ａ，１０４ｂは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）で被覆された固体炭素で形成されている。
図６Ａおよび図６Ｂに示すＨＶＰＥ法によりＧａＮ結晶体１０を成長させる。かかる結晶成長において、ＧａＮ種結晶１０ｓ上にＧａＮ結晶体１０を成長させる時および成長させたＧａＮ結晶体１０を冷却する時に、複数の部分体の集合物である断熱材１０４として、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０のＧａＮ種結晶１０ｓ側主面の外側に一つの部分体である断熱材１０４ａを配置するとともに、ＧａＮ種結晶１０ｓを含むＧａＮ結晶体１０の外周の外側に複数の部分体である断熱材１０４ｂを配置する。断熱材１０４ａ，１０４ｂは、ＳｉＣ（炭化ケイ素）で被覆された固体炭素で形成されている。
断熱材１０４ａにおいて、ＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎに対応する部分が、それ以外の部分に比べて、断熱材１０４の外縁（外周）との最短距離が大きい。具体的には、断熱材１０４ａのＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの直下に位置する部分と断熱材１０４ａの外縁（外周）との間の最短距離が５ｍｍであり、断熱材１０４ａのＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの直下に位置する部分以外の部分と断熱材１０４ａの外縁（外周）との間の最短距離が３ｍｍである。断熱材１０４ｂにおいて、ＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの外側に位置する部分体の厚さ（具体的には円筒形状の部分体の直径が４ｍｍ）が大きく、ＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎ以外の部分の外側に位置する部分体の厚さ（具体的には円筒体の直径が２ｍｍ）が小さい。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。結晶成長および冷却されたＧａＮ結晶体１０を結晶成長容器１０５から取り出す。
２．ＧａＮ結晶基板の作製
取出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に、ノッチの中心切欠き方向を基板中心から見てＭ軸（［１−１００］）方向に外縁から中心へ１．０ｍｍの部分を９０度の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを形成する。ノッチ部１１ｎを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。
取出したＧａＮ結晶体１０からＧａＮ結晶基板１１を切り出す。切り出したＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）を研削および研磨することにより、ＧａＮ結晶基板１１の外縁（外周）の一部に、ノッチの中心切欠き方向を基板中心から見てＭ軸（［１−１００］）方向に外縁から中心へ１．０ｍｍの部分を９０度の開き角度で削り取った形状で加工したノッチ部１１ｎを形成する。ノッチ部１１ｎを形成するときのみに、冷却水容器２０２ｕから噴射する冷却水２０２ｗの量を増大させる。これにより、得られるＧａＮ結晶基板１１の第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留応力を所定の範囲に調整できる。
得られたＧａＮ結晶基板１１について、実験例１と同様にして、平均転位密度、平均残留応力、および割れ不良率の評価を行なう。本実験例（実験例１３）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．７×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および２．０×１０8ｃｍ-2と、第１ノッチ部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａおよび比較例となる−２８ＭＰａおよび３０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２５にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２６にまとめる。
（実験例１４）
直径を６．０インチ（１５２．４ｍｍ）とし、キャリア濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１３と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上にエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１４）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．３×１０2ｃｍ-2および１．４×１０8ｃｍ-2と、第１ノッチ部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２９ＭＰａおよび２５ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２８にまとめる。
直径を６．０インチ（１５２．４ｍｍ）とし、キャリア濃度を１．５×１０18ｃｍ-3とすること以外は、実験例１３と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第１ノッチ部領域における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上にエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１４）について、第１ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる１．１×１０3ｃｍ-2〜４．９×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる４．３×１０2ｃｍ-2および１．４×１０8ｃｍ-2と、第１ノッチ部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２９ＭＰａおよび２５ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２７にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表２８にまとめる。
実験例１〜実験例１４に示すように、直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含むＧａＮ結晶基板において、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ（酸素）原子、Ｓｉ（ケイ素）原子およびキャリアのいずれかを含む場合、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下または平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のとき、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低くなることが分かる。
さらに、上記ＧａＮ結晶基板において、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ（酸素）原子、Ｓｉ（ケイ素）原子およびキャリアのいずれかを含む場合、第１フラット部領域および第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のとき、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がより低くなることが分かる。
（実験例１５）
断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離を実験例１１の２倍とすること以外は、実験例１１と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第２フラット部領域（フラット部から主面内でフラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１５）について、第２フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．１×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第２フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２２ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表３０にまとめる。
断熱材１０４のＧａＮ結晶体１０のフラット予定部１０ｆの直下に位置する部分と断熱材１０４の外縁（外周）との間の最短距離を実験例１１の２倍とすること以外は、実験例１１と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第２フラット部領域（フラット部から主面内でフラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１５）について、第２フラット部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜５．０×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる５．１×１０2ｃｍ-2および１．７×１０8ｃｍ-2と、第２フラット部領域の平均残留応力が実施例となる−１０ＭＰａ〜９ＭＰａならびに比較例となる−２２ＭＰａおよび２４ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表２９にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表３０にまとめる。
（実験例１６）
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、断熱材１０４ａのＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの直下に位置する部分と断熱材１０４ａの外縁（外周）との間の最短距離および断熱材１０４ｂにおいて、ＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの外側に位置する部分体の厚さ（具体的には円筒形状の部分体の直径）をそれぞれ実験例１３の２倍とすること以外は、実験例１３と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第２ノッチ部領域（ノッチ部から主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１６）について、第２ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．７×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および２．０×１０8ｃｍ-2と、第２ノッチ部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２８ＭＰａおよび３０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表３１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表３２にまとめる。
図６Ａおよび図６Ｂを参照して、断熱材１０４ａのＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの直下に位置する部分と断熱材１０４ａの外縁（外周）との間の最短距離および断熱材１０４ｂにおいて、ＧａＮ結晶体１０のノッチ予定部１０ｎの外側に位置する部分体の厚さ（具体的には円筒形状の部分体の直径）をそれぞれ実験例１３の２倍とすること以外は、実験例１３と同様にして、ＧａＮ結晶基板を作製し、第２ノッチ部領域（ノッチ部から主面内でノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の領域）における平均転位密度および平均残留応力を測定し、ＧａＮ結晶基板の研磨時および研磨後のＧａＮ結晶基板上のエピタキシャル層であるＧａＮ層の成長時における割れ不良率を算出する。本実験例（実験例１６）について、第２ノッチ部領域の平均転位密度が実施例となる１．２×１０3ｃｍ-2〜４．７×１０7ｃｍ-2ならびに比較例となる３．５×１０2ｃｍ-2および２．０×１０8ｃｍ-2と、第２ノッチ部領域の平均残留応力が実施例となる−９ＭＰａ〜１０ＭＰａならびに比較例となる−２８ＭＰａおよび３０ＭＰａとの組み合わせにおいて、基板製造時の割れ不良率を表３１にまとめ、エピタキシャル層成長時の割れ不良率を表３２にまとめる。
実験例１５および実験例１６に示すように、直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下、外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含むＧａＮ結晶基板において、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ（酸素）原子、Ｓｉ（ケイ素）原子およびキャリアのいずれかを含む場合、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下または平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のとき、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率が低くなることが分かる。
さらに、上記ＧａＮ結晶基板において、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、Ｏ（酸素）原子、Ｓｉ（ケイ素）原子およびキャリアのいずれかを含む場合、第２フラット部領域および第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下かつ平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下のとき、基板製造時および基板上でのエピタキシャル層成長時における割れ不良率がより低くなることが分かる。
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実施の形態および実施例ではなく請求の範囲によって示され、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。
１０ ＧａＮ結晶体、１０ｆ フラット予定部、１０ｎ ノッチ予定部、１０ｓ ＧａＮ種結晶、１１ ＧａＮ結晶基板、１１ｆ フラット部、１１ｆｒ，１１ｆｒｃ 第１フラット部領域，第２フラット部領域、１１ｎ ノッチ部、１１ｎｒ，１１ｎｒｃ 第１ノッチ部領域，第２ノッチ部領域、１００ 結晶成長装置、１０２ 台座、１０３ ヒータ、１０４，１０４ａ，１０４ｂ 断熱材、１０５ 結晶成長容器、１０６ Ｇａ原料供給管、１０７ Ｎ原料供給管、２０１ 回転砥石、２０２ｕ 冷却水容器、２０２ｗ 冷却水、ＬＲ 長さ、ＷＲ 幅、ＩＬ 光、ＲＬ ラマン散乱光。
Claims (6)
- 主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下の窒化ガリウム結晶基板であって、
前記窒化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含み、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である、窒化ガリウム結晶基板。 - 主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下の窒化ガリウム結晶基板であって、
前記窒化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含み、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に２ｍｍの距離までの幅の第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である、窒化ガリウム結晶基板。 - 前記第１フラット部領域および前記第１ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である、請求項１に記載の窒化ガリウム結晶基板。
- 主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下の窒化ガリウム結晶基板であって、
前記窒化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含み、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均転位密度が１０００ｃｍ-2以上５×１０7ｃｍ-2以下である、窒化ガリウム結晶基板。 - 主面の直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下で厚さが３００μｍ以上８００μｍ以下の窒化ガリウム結晶基板であって、
前記窒化ガリウム結晶基板の外縁の一部にフラット部およびノッチ部のいずれかを含み、
前記窒化ガリウム結晶基板は、２×１０17ｃｍ-3以上４×１０18ｃｍ-3以下の濃度の、酸素原子、ケイ素原子およびキャリアのいずれかを含み、
前記フラット部から前記主面内で前記フラット部を示す直線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２フラット部領域および前記ノッチ部から前記主面内で前記ノッチ部を示す曲線に対して垂直方向に１ｍｍの距離までの幅の第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である、窒化ガリウム結晶基板。 - 前記第２フラット部領域および前記第２ノッチ部領域のいずれかにおいて、平均残留応力が−１０ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下である、請求項４に記載の窒化ガリウム結晶基板。
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