JP6761322B2 - Ｉｉｉ族窒化物基板の製造方法およびｉｉｉ族窒化物基板 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＩＩ族窒化物基板の製造方法およびＩＩＩ族窒化物基板に関する。

発光素子や高速トランジスタ等の半導体デバイスを作製する際、例えば、サファイア基板上にヘテロエピタキシャル成長させた窒化ガリウム（ＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板（以下、ＩＩＩ族窒化物基板、或いは、単に基板とも称する）を用意し、この基板の表面上に、結晶をさらにエピタキシャル成長させる処理が行われる場合がある（特許文献１参照）。

特開２０１５−１９９６６３号公報

しかしながら、上述の手法により作製した基板は、基板を構成する結晶の母相に比べて酸素濃度が大きくなっている領域（以下、高酸素濃度領域とも称する）を内包する場合がある。この領域は、基板上にエピタキシャル成長させた結晶の品質低下を招き、この基板を用いて作製した半導体デバイスの特性を劣化させたり、歩留まりを悪化させたりする要因を含む場合がある。本発明の目的は、ＩＩＩ族窒化物基板の品質を向上させ、ここに述べた課題を回避することが可能な技術を提供することにある。

本発明の一態様によれば、
ＩＩＩ族窒化物の結晶からなり、前記結晶の母相に比べて酸素濃度が大きくなっている高酸素濃度領域を有する基板を用意する工程と、
前記高酸素濃度領域を狙って前記基板に対してレーザ光を照射し、前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔を形成し、前記高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去する穿孔工程と、
前記貫通孔の内部に前記ＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させ、その内部の少なくとも一部を埋め込む埋込工程と、
を有するＩＩＩ族窒化物基板の製造方法が提供される。

本発明の他の態様によれば、
ＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板であって、
転位密集領域および極性反転領域を内包せず、
前記基板の表面は、ピットを含まない平坦面として構成されており、
前記基板の裏面に、前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔が前記ＩＩＩ族窒化物の結晶によって埋め込まれた痕跡を有するＩＩＩ族窒化物基板が提供される。

本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物基板の品質を向上させることが可能となる。

（ａ）は第１実施形態で処理対象として用意したＧａＮ基板の平面構成図であり、（ｂ）はその部分断面拡大図である。 穿孔ステップで用いるレーザ加工機の概略構成図である。 （ａ）は穿孔ステップを実施した後のＧａＮ基板の平面構成図であり、（ｂ）はその部分断面拡大図であり、（ｃ）〜（ｆ）はそれぞれ、貫通孔（実線）を形成することで高酸素濃度領域の一部（破線）が除去された様子を示すＧａＮ基板の部分表面拡大図である。 （ａ）は埋込ステップで用いる気相成長装置の概略構成図であり、（ｂ）はサセプタ上に保持されたＧａＮ基板の断面構成図である。 （ａ）は埋込ステップを実施した後のＧａＮ基板の平面構成図であり、（ｂ）はその裏面構成図であり、（ｃ）、（ｄ）はそれぞれ、ＧａＮ結晶によって埋め込まれた貫通孔周辺の部分断面拡大図である。 （ａ）は円錐台形として形成された貫通孔の部分断面拡大図であり、（ｂ）は逆円錐台形として形成された貫通孔の部分断面拡大図である。 （ａ）は第２実施形態で処理対象として用意したＧａＮ基板の平面構成図であり、（ｂ）はその部分断面拡大図である。 蛍光顕微鏡を用いて撮影したＧａＮ基板の断面写真である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ、ＧａＮ基板のＣＬ像である。 （ａ）は穿孔ステップ実施後のＧａＮ基板の光学顕微鏡像であり、（ｂ）、（ｃ）はそれぞれ、埋込ステップ実施後のＧａＮ基板の光学顕微鏡像である。 （ａ）は貫通孔内部に成長させたＧａＮ結晶のＣＬ像であり、（ｂ）は母相のＧａＮ結晶のＣＬ像である。 アズグロウン状態のＧａＮ基板の表面に形成されたピットの光学顕微鏡像である。 研磨されたＧａＮ基板の表面をエッチングすることで再出現させたピットの光学顕微鏡像である。

＜本発明の第１実施形態＞
以下、本発明の第１実施形態について図１〜図６を用いて説明する。

（１）ＧａＮ基板の製造方法
本実施形態では、一例として、
ＧａＮの結晶（以下、ＧａＮ結晶とも称する）からなり、結晶の母相１０ｍに比べて酸素（Ｏ）濃度が大きくなっている高酸素濃度領域（以下、単に領域１０ｓとも称する）を有するＧａＮ基板１０を用意する準備ステップと、
領域１０ｓを狙ってＧａＮ基板１０に対してレーザ光を照射し、ＧａＮ基板１０を厚さ方向に貫く貫通孔１０ｈを形成し、領域１０ｓのうち少なくとも一部をＧａＮ基板１０から除去する穿孔ステップと、
貫通孔１０ｈの内部にＧａＮ結晶を成長させ、その内部の少なくとも一部をＧａＮ結晶によって埋め込む埋込ステップと、
を行うことで、ＩＩＩ族窒化物基板としてのＧａＮ基板２０を製造する場合について説明する。以下、各ステップの詳細について説明する。

（準備ステップ）
図１（ａ）、図１（ｂ）に、処理対象として用意したＧａＮ基板１０の平面、断面構成を例示する。ここに示したＧａＮ基板１０は、例えば、下地基板（種結晶基板）の表面上にＧａＮ結晶を厚くエピタキシャル成長させ、その後、成長させた結晶インゴットをスライスして自立化させることにより作製できる。本実施形態では、一例として、表面（成長面）が（０００１）面、すなわち、Ｇａ極性面（＋ｃ面）となるように成長させたＧａＮ結晶のインゴットをスライスし、これにより得られた自立基板をＧａＮ基板１０として用いる例について説明する。

ＧａＮ基板１０は、上述したように、結晶の母相１０ｍに比べて酸素濃度が局所的に大きくなっている領域１０ｓを有する。領域１０ｓは、下地基板上にＧａＮ結晶をエピタキシャル成長させる過程において、成長面に一時的或いは継続的にピットが形成されたことに起因して発生する場合が多い。「ピット」とは、結晶の表面のうち周囲に対して凹んだ部分、すなわち、凹みを意味する。ピットの内面は、複数のファセット面（ｃ面以外の傾斜面）が組み合わさることで構成され、逆多角錐形状（すり鉢形状）となっている。ピットの内面を構成する各ファセット面は、ピットの外側における成長面（＋ｃ面）に比べ、酸素を取り込みやすい特性を有しており、この特性により、酸素濃度が局所的に高くなった領域１０ｓがＧａＮ基板１０の内部に出現するのである。発明者等の鋭意研究によれば、領域１０ｓの平面視形状（ＧａＮ基板１０を表面側から観察したときの領域１０ｓの形状）は、６角形や１２角形となる場合が多いことが分かっている。

成長面にピットが形成される理由としては、下地基板上に付着した異物の影響が挙げられる。下地基板上に付着した異物は、下地基板上への原料の吸着を阻害し、異物周辺における結晶の成長レートを低下させるように作用する場合がある。この局所的な成長レートの低下に伴い、成長面にピットが形成されるのである。また、下地基板上にＧａＮ結晶からなる異物が付着した場合、付着時の姿勢によっては、ＧａＮ結晶中に、極性反転領域、すなわち、ｃ軸方向の極性が周囲の結晶とは反転した領域（インバージョンドメイン）が出現する場合もある。例えば、ＧａＮ結晶からなる異物が、下地基板の表面（＋ｃ面）上に、表面側がＮ極性面（−ｃ面）となるような反転姿勢で付着すると、この異物を核として、ＧａＮ結晶中に極性反転領域が発生する場合があると考えられる。ＧａＮ結晶中に極性反転領域が発生すると、この領域での局所的な成長レートの低下が継続し、成長面にピットが継続的に形成されることになる。

なお、ピットの内面を構成する各ファセット面は、結晶の成長面に対して直交する方向に伝搬しようとする転位を、ピットの中心に向けて屈曲させるように作用する。その結果、領域１０ｓの内部には、転位が寄せ集められて密集することになった転位密集領域が出現する場合がある。また、領域１０ｓは、その発生メカニズムを上述したように、その内部に極性反転領域を含む場合もある。転位密集領域や極性反転領域は、ＧａＮ基板１０上に成長させる結晶の品質低下を招く要因となる。発明者等の鋭意研究によれば、転位密集領域や極性反転領域は、領域１０ｓの中心或いはその近傍に、具体的には、領域１０ｓの平面視形状である６角形或いは１２角形のうち、対角線の交点或いはその近傍に局在する傾向があることが分かっている。本明細書では、領域１０ｓのうち、転位密集領域や極性反転領域を高い確率で含み得るこのような領域１０ｑを、「領域１０ｓの中心」、「領域１０ｓの中心近傍」、「領域１０ｓの中心を含む領域」等と称することにしている。但し、ここで用いる「中心」という文言は、必ずしも、領域１０ｓの「幾何学的な中心」を意味する目的でのみ用いるものではなく、上述の「転位密集領域や極性反転領域を高い確率で含み得る領域」を意味して用いるものである。

領域１０ｓは、ＧａＮ基板１０に対して紫外線を照射し、カメラを用いてＧａＮ基板１０を撮影した際、母相１０ｍとはコントラストが異なって見える（領域１０ｓが母相１０ｍに比べて暗く見える）ことから、例えば蛍光顕微鏡を用いて位置や大きさなどの特定が可能である。その他、領域１０ｓは、ＧａＮ基板１０に対して電子線を照射するカソードルミネッセンス（以下、ＣＬ）法によっても特定が可能である。ＣＬ法を用いる場合、領域１０ｓは、母相１０ｍに比べて明るく見える。ＣＬ法を用いれば、領域１０ｓに内包される転位密集領域や極性反転領域を観察することも可能となる。図８は、蛍光顕微鏡を用いて撮影したＧａＮ基板の断面写真である。図８によれば、高酸素濃度領域が母相よりも暗く写っている様子が分かる。図９（ａ）、図９（ｂ）は、ＣＬ法を用いて撮影したＧａＮ基板の拡大写真（平面）である。これらの図によれば、平面視が１２角形である高酸素濃度領域が、周囲の母相よりも明るく写っている様子が分かる。また、図９（ａ）によれば、高酸素濃度領域の中心近傍に転位密集領域が局在している様子が、図９（ｂ）によれば、高酸素濃度領域の中心近傍に極性反転領域が局在している様子が分かる。

母相１０ｍのＯ濃度としては２×１０^１６〜５×１０^１７ａｔ・ｃｍ^−３が例示され、領域１０ｓのＯ濃度としては１×１０^１８〜１×１０^２０ａｔ・ｃｍ^−３が例示される。母相１０ｍのＯ濃度に対する領域１０ｓのＯ濃度の比率（高酸素濃度領域／母相）としては２倍以上、場合によっては１０倍以上が例示される。母相１０ｍの転位密度としては１×１０^４〜１×１０^７ｃｍ^−２が例示され、領域１０ｓ内に出現した転位密集領域の転位密度としては１×１０^８〜１×１０^１０ｃｍ^−２が例示される。領域１０ｓの寸法（平面視直径）としては１０〜２０００μｍが例示される。転位密集領域および極性反転領域の寸法（平面視直径）としては、それぞれ５〜２００μｍが例示される。

ＧａＮ基板１０としては、例えば、直径が２〜６インチ程度の大きさであって、厚さが０．２〜１．０ｍｍの大きさである円板状の基板を用いることができる。ＧａＮ基板１０の表面１０ａは、ＧａＮ結晶の（０００１）面に対して平行であるか、±５°以内、好ましくは±１°以内の傾斜を有する面として構成されている。ＧａＮ基板１０は、シリコン（Ｓｉ）やマグネシウム（Ｍｇ）等の添加物を、所定の割合で含有していてもよい。なお、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ、裏面１０ｂについては、それぞれ、アズグロウン状態であってもよく、また、所定の表面処理（研磨処理やエッチング処理）が施されていてもよい。但し、これらの内容はあくまでも例示であり、本実施形態は本内容に限定されるものではない。

（穿孔ステップ）
ＧａＮ基板１０を用意したら、ＧａＮ基板１０が内包する領域１０ｓのうち少なくとも一部、具体的には、領域１０ｓの中心或いはその近傍を含む領域であって、転位密集領域或いは極性反転領域を高い確率で含み得る領域１０ｑを狙ってＧａＮ基板１０に対してレーザ光を照射し、ＧａＮ基板１０を厚さ方向に貫く貫通孔１０ｈを形成する。

この処理は、例えば、図２に示すレーザ加工機５０を用いて行うことができる。レーザ加工機５０は、加工対象物を載置するＸＹステージ５４と、ＸＹステージ５４上に載置された加工対象物に対して紫外線を照射する励起光源５５と、紫外線フィルタおよびＣＣＤカメラ等を備えた撮影光学系５１と、Ｎｄ：ＹＡＧレーザ発振器等を備えたレーザ照射系５３と、これらの部材に接続されて動作を制御するコントローラ５２と、を備えてなる。コントローラ５２は、例えば、ＣＰＵ、メモリ、記憶装置等を備えたコンピュータとして構成されている。記憶装置に格納されたプログラムがメモリに読み出され、ＣＰＵによって実行されることにより、以下に示す一連の処理が実行される。以下、コントローラ５２によって実行される穿孔ステップの処理内容の一例を説明する。

ＸＹステージ５４上にＧａＮ基板１０が載置されると、ＧａＮ基板１０に対して紫外線を照射し、その表面１０ａを撮影する。撮影した画像は、コントローラ５２へ送信される。コントローラ５２は、受信した画像を、所定の画像認識技術を駆使して解析する。この画像認識では、例えば、画像中の明暗や色彩の分布等から、領域１０ｓと母相１０ｍとの分離や輪郭抽出を行うが、その具体的手法としては、公知技術を利用したものであればよく、ここではその詳細な説明を省略する。ＧａＮ基板１０の表面１０ａ上に存在する領域１０ｓの位置（座標）や輪郭を特定したら、ＸＹステージ５４を図中Ｘ，Ｙ方向へ所定距離移動させ、領域１０ｓのうち少なくとも一部、具体的には、領域１０ｓの中心或いはその近傍を含む領域であって、転位密集領域或いは極性反転領域を高い確率で含み得る領域１０ｑに対してレーザ光を照射する。これにより、ＧａＮ基板１０を厚さ方向に貫く貫通孔１０ｈが形成される。その後、上述の処理を所定回数繰り返すことにより、ＧａＮ基板１０に含まれる全ての転位密集領域や極性反転領域が打ち抜かれ、ＧａＮ基板１０から除去される。図３（ａ）は、穿孔ステップを実施した後のＧａＮ基板１０の表面１０ａを示しており、図３（ｂ）は、貫通孔１０ｈ周辺のＧａＮ基板１０の縦断面を示している。なお、領域１０ｓを打ち抜く際は、少なくとも領域１０ｑを打ち抜けば充分であり、必ずしも、領域１０ｓの全体を完全に打ち抜く必要はない。図３（ｂ）に示すように、領域１０ｓのうち、領域１０ｑのみを打ち抜き、その外側の部分を残すようにすれば、本ステップの後に行う埋込ステップの処理時間を短縮させ、基板処理の生産性を向上させることが可能となる。

図２に示すＺ方向から見た領域１０ｓの大きさがレーザ光のビーム断面よりも充分に小さい場合、図３（ｃ）に示すように、領域１０ｓの中心付近への１回のレーザ打ち抜き処理によって、転位密集領域や極性反転領域を含み得る領域１０ｑを完全に消滅させることができる。

また、Ｚ方向から見た領域１０ｓの大きさがレーザ光のビーム断面と同程度である場合（僅かに小さいか、或いは、僅かに大きい場合を含む場合）、図３（ｄ）に示すように、ＸＹステージ５４を移動させながら間欠的に行う複数回のレーザ打ち抜き処理によって、転位密集領域や極性反転領域を含み得る領域１０ｑを完全に消滅させることができる。

複数の高酸素濃度領域が連なって連結した等の事情により、Ｚ方向から見た領域１０ｓの大きさがレーザ光のビーム断面よりも大きくなっている場合（長く伸びている場合）、コントローラ５２による画像認識の際に領域１０ｓの外形（輪郭、シルエット）を特定し、特定した領域１０ｓの外形に沿うように（長手方向に沿うように）、位置をずらしながらレーザ光を間欠的に複数回、或いは、連続的に照射する。これにより、転位密集領域や極性反転領域を含み得る領域１０ｑを完全に消滅させることができる。図３（ｅ）は、ＸＹステージ５４を移動させながらレーザ光の照射を間欠的に行うことで、領域１０ｑの外形に倣った横断面形状（平面形状）を有する矩形（Ｉ字形）の貫通孔１０ｈを形成した例を示している。図３（ｆ）は、ＸＹステージ５４を移動させながらレーザ光の照射を連続的に行うことで、領域１０ｑの外形に倣った平面形状を有するＩ字形の貫通孔１０ｈを形成した例を示している。これらの手法は、領域１０ｑの形状が、矩形を任意に組み合わせた形（Ｌ、Ｔ、Ｈ、Ｖ、＋、Ｅ、Ｆ字形等）である場合においても、同様に適用可能である。

いずれの場合も、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側から見た時の貫通孔１０ｈの最小幅、すなわち、差し渡しの最小幅Ｄを、例えば３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の大きさとするように、レーザ光の照射条件（ビーム径、照射位置、照射回数等）を制御するのが好ましい。差し渡し最小幅Ｄが３００μｍを超えると、後述する埋込ステップにおいて、貫通孔１０ｈの内部をＧａＮ結晶によって隙間なく埋め込むことが困難となる場合がある。差し渡し最小幅Ｄを３００μｍ以下の大きさとすることで、貫通孔１０ｈ内をＧａＮ結晶によって隙間なく埋め込むことが可能となる。差し渡し最小幅Ｄを２００μｍ以下の大きさとすることで、ＧａＮ結晶の埋め込みをより確実に行うことが可能となる。なお、図３（ｅ）、図３（ｆ）を比較すると分かるように、レーザ光の照射を間欠的に複数回行う方が、この照射を連続的に行う場合よりも、差し渡し最小幅Ｄを小さくすることができる点で好ましい。これに対し、レーザ光の照射を連続的に行う方が、この照射を間欠的に複数回行う場合よりも、貫通孔１０ｈの内面を単純でなめらかな形状とすることができる点で好ましい。

穿孔ステップの処理条件としては、以下が例示される。
レーザ波長：５３２ｎｍ、３５５ｎｍ、２６６ｎｍ、２１３ｎｍ等
レーザ出力：３〜１０Ｗ
レーザビーム直径：３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下

（表面研磨ステップ、洗浄ステップ）
その後、ＧａＮ基板１０の表面１０ａを、所定の粒度の砥粒を含むスラリーを用いて研磨する表面研磨ステップを実施する。これにより、ＧａＮ基板１０の表面１０ａを、鏡面状態とすることが可能となる。

なお、上述の穿孔ステップを行うと、貫通孔１０ｈの内面に、レーザ加工時に生じた異物（残渣）が付着する場合がある。また、レーザ照射時の熱によりＧａＮ結晶が部分的にダメージを受け、貫通孔１０ｈの内面に、結晶性が変化（例えばアモルファス化、多結晶化）したダメージ層が形成される場合もある。そのため、穿孔ステップの実施後、貫通孔１０ｈの内面をエッチングする等の洗浄ステップを実施することが好ましい。エッチングには、例えば、塩酸（ＨＣｌ）溶液等の酸性のエッチング液や、水酸化カリウム（ＫＯＨ）溶液等のアルカリ性のエッチング液を用いることが可能である。洗浄ステップを実施することで、貫通孔１０ｈの内面に付着した異物や、貫通孔１０ｈの内面に形成されたダメージ層を除去することが可能となる。結果として、後述する埋込ステップにおいて、貫通孔１０ｈ内に成長するＧａＮ結晶の品質を向上させることが可能となる。

これらのステップ（表面研磨、洗浄）はどちらを先に実施してもよい。但し、貫通孔１０ｈの内部に侵入したスラリーや残渣を完全に除去するという観点からは、洗浄ステップを、表面研磨ステップの後に実施することが好ましい。また、洗浄ステップを行うことによってＧａＮ基板１０の表面１０ａを併せてエッチングでき、この面を鏡面状態とすることができる場合には、表面研磨ステップを不実施としてもよい。

（埋込ステップ）
表面研磨、洗浄の各ステップを実施したら、貫通孔１０ｈの内部にＧａＮ結晶を成長させ、その内部の少なくとも一部をＧａＮ結晶によって埋め込む処理を実施する。

この処理は、例えば、図４（ａ）に示す気相成長装置（ＨＶＰＥ装置）２００を用いて行うことができる。ＨＶＰＥ装置２００は、石英等の耐熱性材料からなり、反応室（結晶成長室）２０１が内部に構成された気密容器２０３を備えている。反応室２０１内には、ＧａＮ基板１０を保持する支持板としてのサセプタ２０８が設けられている。サセプタ２０８は、回転機構２１６が有する回転軸２１５に接続されており、回転自在に構成されている。気密容器２０３の一端には、反応室２０１内へＨＣｌガス、アンモニア（ＮＨ_３）ガス、窒素（Ｎ_２）ガスを供給するガス供給管２３２ａ〜２３２ｃが接続されている。ガス供給管２３２ｃには、水素（Ｈ_２）ガスを供給するガス供給管２３２ｄが接続されている。ガス供給管２３２ａ〜２３２ｄには、上流側から順に、流量制御器２４１ａ〜２４１ｄ、バルブ２４３ａ〜２４３ｄがそれぞれ設けられている。ガス供給管２３２ａの下流には、原料としてのＧａ融液を収容するガス生成器２３３ａが設けられている。ガス生成器２３３ａには、ＨＣｌガスとＧａ融液との反応により生成された塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを、サセプタ２０８上に保持されたＧａＮ基板１０に向けて供給するノズル２４９ａが接続されている。ガス供給管２３２ｂ，２３２ｃの下流側には、これらのガス供給管から供給された各種ガスをサセプタ２０８上に保持されたＧａＮ基板１０に向けて供給するノズル２４９ｂ，２４９ｃが、それぞれ接続されている。気密容器２０３の他端には、反応室２０１内を排気する排気管２３０が設けられている。排気管２３０にはポンプ２３１が設けられている。気密容器２０３の外周には、ガス生成器２３３ａ内やサセプタ２０８上に保持されたＧａＮ基板１０を所望の温度に加熱するゾーンヒータ２０７が設けられている。気密容器２０３内には、反応室２０１内の温度を測定する温度センサ２０９が設けられている。ＨＶＰＥ装置２００が備える各部材は、コンピュータとして構成されたコントローラ２８０に接続されており、コントローラ２８０上で実行されるプログラムによって、後述する処理手順や処理条件が制御されるように構成されている。

埋込ステップでは、上述のＨＶＰＥ装置２００により、例えば以下の処理手順が実施される。まず、ガス生成器２３３ａ内に原料としてＧａ融液を収容し、また、サセプタ２０８上にＧａＮ基板１０を保持する。そして、反応室２０１内の加熱および排気を実施しながら、反応室２０１内へＨ_２ガス（或いはＨ_２ガスとＮ_２ガスとの混合ガス）を供給する。そして、反応室２０１内が所望の処理温度、処理圧力に到達し、また、反応室２０１内の雰囲気が所望の雰囲気となった状態で、ガス供給管２３２ａ，２３２ｂからガス供給を行い、ＧａＮ基板１０の表面１０ａに対し、原料ガスとしてＧａＣｌガスとＮＨ_３ガスとを供給する。これにより、貫通孔１０ｈの内部にＧａＮ結晶がエピタキシャル成長し、貫通孔１０ｈの内部がＧａＮの単結晶により埋め込まれる。貫通孔１０ｈの内部に埋め込まれたＧａＮ結晶の表面は、ＧａＮ基板１０の表面と同様に（０００１）面となる。上述したように、穿孔ステップを実施することで、ＧａＮ基板１０からは転位密集領域や極性反転領域が除去されていることから、貫通孔１０ｈの内部に成長するＧａＮ結晶は、転位密度が低く、極性反転領域を含まない良質な結晶となる。なお、本ステップでは、ＧａＮ基板１０を構成する結晶の分解を防止するため、ＮＨ_３ガスを、ＨＣｌガスよりも先行して、例えば、反応室２０１内の加熱前から供給するのが好ましい。また、ＧａＮ基板１０に形成された貫通孔１０ｈの内部へまんべんなくＧａＮ結晶を埋め込むため、本ステップは、サセプタ２０８を回転させた状態で実施するのが好ましい。

埋込ステップの処理条件としては、以下が例示される。
処理温度（ＧａＮ基板の温度）：９８０〜１１００℃、好ましくは、１０５０〜１１００℃
処理圧力（反応室内の圧力）：９０〜１０５ｋＰａ、好ましくは、９０〜９５ｋＰａ
ＧａＣｌガスの分圧：１．５〜１５ｋＰａ
ＮＨ_３ガスの分圧／ＧａＣｌガスの分圧：２〜６
Ｎ_２ガスの流量／Ｈ_２ガスの流量：１〜２０

埋込ステップは、上述したようにＧａＮ基板１０をサセプタ２０８上に載置した状態で行うが、その際、貫通孔１０ｈが有する表裏２つの開口のうち、サセプタ２０８に対向する裏面１０ｂ側の開口（以下、裏面側開口ともいう）を塞がないようにする。本実施形態では、一例として、図４（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板１０とサセプタ２０８との間に、環状のスペーサ２０８ｓを配置することで、貫通孔１０ｈの裏面側開口を塞がないようにしている。このように、貫通孔１０ｈの裏面側開口を塞がないようにすることで、ＧａＮ基板１０の表面１０ａから裏面１０ｂ側へ向けた気道（コンダクタンス）を確保することが可能となる。結果として、貫通孔１０ｈの内部への原料ガスの供給を促し、貫通孔１０ｈの内部におけるＧａＮ結晶の成長を促進させることが可能となる。なお、貫通孔１０ｈの内部への原料ガスの供給を継続して行うには、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側の隙間へ流れ込んだガスを排出する必要があり、このため、スペーサ２０８ｓをＧａＮ基板１０の周方向に不連続に設けてガス抜き穴を確保したり、サセプタ２０８に、その厚さ方向に貫通するガス抜き穴を設けたりするのが好ましい。貫通孔１０ｈの裏面側開口を塞がないようにするには、スペーサ２０８ｓを設ける場合に限らず、サセプタ２０８の上面（基板支持面）に、溝や凸部を設けるようにしてもよい。

埋込ステップでは、貫通孔１０ｈの内部のうち少なくともＧａＮ基板１０の表面１０ａ側の部分にＧａＮ結晶を＋ｃ面成長させることにより、ＧａＮ基板１０の表面１０ａを平坦化させることができる。この面は、転位密集領域や極性反転領域を含まず、ピットが現れていない良質な結晶面となる。図５（ａ）にＧａＮ基板２０の表面２０ａの様子を、図５（ｂ）にその裏面２０ｂの様子をそれぞれ示す。

図５（ａ）に示すように、ＧａＮ基板２０は、転位密集領域や極性反転領域を含まず、ピットが現れていない平坦な表面を有する結晶基板として構成されている。なお、埋込ステップの処理条件、貫通孔１０ｈの深さや形状等の諸条件によっては、ＧａＮ基板２０の表面２０ａのうち貫通孔１０ｈに対応する位置に、僅かな凹みが残る場合もある。但し、このような場合であっても、ＧａＮ基板２０の表面２０ａの表面を研磨したり、埋込ステップの処理条件を微調整したりすることにより、この凹みを完全に除去することが可能である。いずれの場合であっても、ＧａＮ基板２０の表面２０ａは、この表面２０ａを下地としてＧａＮ結晶膜をエピタキシャル成長させた際、成長させる結晶の品質を向上させることが可能な良質な面となる。

一方、図５（ｂ）に示すように、ＧａＮ基板２０の裏面２０ｂには、貫通孔１０ｈがＧａＮ結晶によって埋め込まれたことを示唆する特有の構造（痕跡）２０ｍが存在する。図５（ｃ）や図５（ｄ）にその断面構成を示すように、痕跡２０ｍには、様々なパターンがある。

例えば、埋込ステップの処理条件、貫通孔１０ｈの深さや形状等の諸条件によっては、図５（ｃ）に示すように、ＧａＮ結晶の埋め込みによってＧａＮ基板２０の裏面２０ｂがほぼ完全に平坦化され、目視によっては痕跡２０ｍを確認することが困難となる場合がある。但し、このような場合であっても、貫通孔１０ｈの内面近傍には、周囲の結晶よりも酸素濃度がやや高くなった領域が発現する。この領域は、蛍光顕微鏡等の公知の手法を用いてその存在を確認することが可能である。また、この領域は、耐研磨特性やエッチング特性が他の領域とは異なることから、ＧａＮ基板２０の裏面２０ｂをＣＭＰ研磨すること等により、顕在化させることも可能である。このように、たとえ目視による確認が困難であるとしても、ＧａＮ基板２０の裏面２０ｂには、貫通孔１０ｈがＧａＮ結晶によって埋め込まれたことを示唆する痕跡２０ｍが存在するといえる。

また例えば、埋込ステップの処理条件、貫通孔１０ｈの深さや形状等の諸条件によっては、貫通孔１０ｈの裏面側開口に届く原料ガスの量が少量となり、裏面側開口の近傍での結晶成長レートが比較的小さくなる場合もある。その結果、図５（ｄ）に示すように、ＧａＮ基板２０の裏面２０ｂには、ＧａＮ結晶の埋め込みによって消滅した貫通孔１０ｈに対応する位置に、僅かに凹んだ痕跡２０ｍが残る場合がある。

（２）本実施形態で得られる効果
本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。

（ａ）穿孔ステップ〜埋込ステップに至る一連のステップを実施することで、最終的に得られるＧａＮ基板２０を、転位密集領域や極性反転領域を含まない良質な結晶基板とすることが可能となる。これにより、ＧａＮ基板２０の表面２０ａ上にＧａＮ結晶膜をエピタキシャル成長させる際、このＧａＮ結晶膜を、転位密度が低く、結晶性の良好な膜とすることが可能となる。また、最終的に得られるＧａＮ基板２０は、極性反転領域を含まない結晶基板になることから、表面２０ａ上に成長させたＧａＮ結晶膜の表面へのピットの発生も抑制することが可能となる。これらの結果、ＧａＮ基板２０を用いて作製された半導体デバイスの特性を向上させ、その製造歩留まりを良好なものとすることが可能となる。

図１０（ａ）は、穿孔ステップ実施後のＧａＮ基板を撮影した光学顕微鏡像である。図１０（ｂ）は、埋込ステップ実施後のＧａＮ基板を、その表面側から表面に焦点を合わせて撮影した光学顕微鏡像である。図１０（ｃ）は、埋込ステップ実施後のＧａＮ基板を、その表面側から裏面に焦点を合わせて撮影した光学顕微鏡像である。これらによれば、貫通孔の少なくとも表面側開口はＧａＮ結晶により隙間なく埋め込まれており、ＧａＮ基板の表面は極めて平坦でなめらかな表面となっていることが分かる。また、ＧａＮ基板の裏面側には、僅かながら埋め込みの痕跡が発生する場合があることも確認できる。なお、発明者等は、図１０（ｂ）に示すＧａＮ基板の表面上にＧａＮ結晶膜をエピタキシャル成長させた結果、成長させた膜は転位密度の低い結晶性の良好な膜となり、また、その表面にはピットが出現しないことを確認済である。

図１１（ａ）は埋込ステップで貫通孔内に成長させたＧａＮ結晶のＣＬ像であり、図１１（ｂ）はＧａＮ基板を構成するＧａＮ結晶の母相（貫通孔の外側）のＣＬ像である。図１１（ａ）、図１１（ｂ）によれば、貫通孔内に成長させたＧａＮ結晶の品質は、母相の結晶品質と同等であることが分かる。発明者等は、母相の転位密度１．５×１０^６ｃｍ^−２であったのに対し、貫通孔内に成長させたＧａＮ結晶を含む領域の転位密度が１．２×１０^６ｃｍ^−２となったことを確認済みである。これらの数値は一例であるが、いずれにせよ、本実施形態の手法によれば、貫通孔の内部に、母相と同等以上の高い品質を有するＧａＮ結晶を成長させることが可能であることが分かる。

（ｂ）高酸素濃度領域が極性反転領域を含む場合、この極性反転領域は他の領域や母相に比べてエッチングレートが大きくなる（エッチング選択性を有する）。したがって、極性反転領域を含むＧａＮ基板に対し、レーザ加工ではなく、ウエットエッチング等を施すことにより、極性反転領域を優先的にエッチングし、ＧａＮ基板に貫通孔を形成するという手法も考えられる。

しかしながら、このウエットエッチングを用いる手法では、ＧａＮ基板が過剰にエッチングされてしまい、基板の小径化や薄厚化を招いたり、さらには基板自体の消失を招いたりする場合がある。また、この手法では、ＧａＮ基板の裏面に保護膜を予め形成しておく必要があるが、適正な保護膜は容易に入手できないのが現状である。また、ウエットエッチングは高温で実施する必要があるが、この場合、エッチング液の気化や濃縮を招きやすく、高粘度化したエッチング液中からのＧａＮ基板の取り出しが困難となる等、作業の安全性が損なわれる場合もある。これに対し、レーザ加工機５０を用いて貫通孔１０ｈを形成する本実施形態では、これらの課題を回避することが可能となる。

また、ウエットエッチングを用いる上述の手法では、エッチングにより形成した貫通孔の内壁に結晶状態が不確かな領域が残ったり、貫通孔の内壁が入り組んだ複雑な形状となったりしやすくなる。その結果、貫通孔内を埋め込む結晶の品質低下を招いたり、貫通孔内の埋め込みが不完全となったりしやすくなる。これに対し、レーザ照射により貫通孔１０ｈを形成する本実施形態では、貫通孔１０ｈの内壁に結晶状態の良好な単結晶を確実に露出させることができ、また、貫通孔の内面を表面がなめらかで単純な形状とすることが可能となる。これらにより、貫通孔１０ｈ内を埋め込む結晶の品質を向上させ、また、貫通孔１０ｈ内の結晶による埋め込みを確実に行うことが可能となる。

（ｃ）埋込ステップにおいて、貫通孔１０ｈの裏面側開口を塞がないようにすることで、ＧａＮ基板１０の表面１０ａから裏面１０ｂ側へ向けたガスの気道を確保することが可能となる。結果として、貫通孔１０の内部におけるＧａＮ結晶の成長を促進させ、貫通孔１０ｈの内部へのＧａＮ結晶の埋め込みを確実に行うことが可能となる。

（３）変形例
本実施形態は、上述の態様に限定されず、以下に示す変形例のように変更することが可能である。

（変形例１）
図６（ａ）にＧａＮ基板１０の断面図を示すように、穿孔ステップでは、貫通孔１０ｈの形状を、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側から裏面１０ｂ側に向かうにつれて内径が次第に大きくなる円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御してもよい。

例えば、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側から裏面１０ｂ側に向けてレーザ光を照射し、その際、レーザ光の焦点をＧａＮ基板１０の表面１０ａに合わせるようにすることで、上述の形状を実現することが可能となる。また例えば、穿孔ステップにおいて、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側から表面１０ａ側に向けてレーザ光を照射し、その際、レーザ光の焦点をＧａＮ基板１０の表面１０ａに合わせるようにすることでも、上述の形状を実現することが可能となる。

貫通孔１０ｈの形状を円錐台形とすることで、貫通孔１０ｈが有する２つの開口のうち、原料ガスが供給される表面１０ａ側の開口（以下、表面側開口ともいう）の差し渡し最小幅Ｄを例えば３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の大きさに抑えることが容易となる。結果として、埋込ステップにおいて、貫通孔１０ｈの表面側開口へのＧａＮ結晶による埋め込みを、より確実に行えるようになる。

（変形例２）
図６（ｂ）にＧａＮ基板１０の断面図を示すように、穿孔ステップでは、貫通孔１０ｈの形状を、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側から裏面１０ｂ側に向かうにつれて内径が次第に小さくなる逆円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御してもよい。

例えば、ＧａＮ基板１０の表面１０ａ側から裏面１０ｂ側に向けてレーザ光を照射し、その際、レーザ光の焦点をＧａＮ基板１０の裏面１０ｂに合わせるようにすることで、上述の形状を実現することが可能となる。また例えば、穿孔ステップにおいて、ＧａＮ基板１０の裏面１０ｂ側から表面１０ａ側に向けてレーザ光を照射し、その際、レーザ光の焦点をＧａＮ基板１０の裏面１０ｂに合わせるようにすることでも、上述の形状を実現することが可能となる。

貫通孔１０ｈの形状を逆円錐台形とすることで、すなわち貫通孔１０ｈの表面側開口を拡大させることで、埋込ステップにおいて、貫通孔１０ｈの内部への原料ガスの供給を促すことが可能となる。これにより、ＧａＮ結晶による埋め込みを、貫通孔１０ｈの内部全域で進行させることが容易となる。また、ＧａＮ結晶による埋め込みを効率的に進行させることができ、埋込ステップの所要時間を短縮させ、ＧａＮ基板２０の生産性を高めることが可能となる。

（変形例３）
穿孔ステップでは、エッチング、放電加工、機械加工等のレーザ加工以外の手法により、貫通孔１０ｈを形成するようにしてもよい。これらの手法により貫通孔１０ｈを形成した場合であっても、表面研磨ステップ、洗浄ステップ、埋込ステップを実施することにより、極性反転領域や転位の密集領域を含まないＧａＮ基板２０が得られる。すなわち、レーザ加工以外の手法で貫通孔１０ｈを形成したとしても、貫通孔１０ｈの内部を良質なＧａＮ結晶によって埋め込むことができる。また、埋込ステップの実施中に貫通孔１０ｈの裏面側開口を塞がないことによる上述のメリットや、貫通孔１０ｈの形状を円錐台形、逆円錐台形とすることによる変形例１，２に記載のメリットを、同様に得ることができる。

但し、エッチングよりも、レーザ加工により貫通孔１０ｈを形成する方が、生産性向上や安全性等の点でメリットが有るのは上述の通りである。また、貫通孔１０ｈの形状を円錐台形、逆円錐台形とするような複雑な形状制御は、エッチングよりも、レーザ加工の方が実現しやすいともいえる。

＜本発明の第２実施形態＞
上述の実施形態では、紫外線や電子線を照射することで高酸素濃度領域を特定し、これを除去する例について説明した。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されない。というのも、高酸素濃度領域は、上述したように極性反転領域を含む場合があり、この場合、結晶の表面（成長面）にピットが出現することになる。またピットは、下地基板の表面に付着した異物に起因して出現する場合もあり、このような理由で出現したピットは、極性反転領域を含まなくても、転位密集領域を含む場合がある。表面に形成されたピットは、紫外線を用いなくとも、可視光域での観察によって特定することが可能である。そこで本実施形態では、処理対象のＧａＮ基板の表面を可視光域で観察し、観察されたピットをレーザ光で打ち抜くことにより、ＧａＮ基板から極性反転領域や転位密集領域を除去する。以下、本実施形態の詳細について、第１実施形態と異なる点を中心に説明する。

準備ステップでは、図７（ａ）、図７（ｂ）に平面、断面構成を例示するような、ＧａＮ結晶からなり、表面に１つ以上のピット１０ｐを有するＧａＮ基板１０’を、処理対象の基板として用意する。なお、このような基板としては、ＧａＮ結晶を、その表面が（０００１）面となるように成長させることで得られたアズグロウン状態の基板を好適に用いることができる。図１２に、ＧａＮ基板の表面に出現したピットの拡大写真を示す。ここで撮影されたピットの底部側には、図７（ｂ）に示すように、ピット１０ｐの発生要因となった極性反転領域１０ｄと、この極性反転領域１０ｄを含む高酸素濃度領域１０ｓと、が存在している。ＧａＮ基板１０’の大きさや厚さ、表面の結晶方位、不純物濃度などに関する要件は、第１実施形態と同様とすることができる。

なお、処理対象の基板としては、アズグロウン状態のＧａＮ基板の表面である（０００１）面を研磨加工した後、研磨された表面をエッチングし、研磨後の表面にピットを再出現させた基板を用いることも可能である。アズグロウン状態の表面を研磨加工すると、その面からピットは一旦消滅してしまう。しかしながら、ピットの底部に、エッチング選択性を有する極性反転領域が存在する場合には、研磨面をエッチングすることで、ピットを再出現させることが可能となる。エッチングは、ＨＣｌガスや塩素（Ｃｌ_２）ガス等のハロゲン系のエッチングガスや、ＨＣｌ溶液等の酸性のエッチング液や、ＫＯＨ溶液等のアルカリ性のエッチング液を用いて行うことが可能である。研磨されたＧａＮ基板の表面をエッチングし、その表面にピットを再出現させた様子を、図１３に示す。

穿孔ステップは、ＧａＮ基板１０’に対する紫外線照射を行う必要がない点を除き、第１実施形態における穿孔ステップと同様の処理手順、処理条件により行うことができる。複数のピットが連なって連結した等の事情により、図２のＺ方向から見たピット１０ｐの大きさがレーザ光のビーム断面よりも大きくなっている場合、コントローラ５２による画像認識の際にピット１０ｐの外形を特定し、特定したピット１０ｐの外形に沿うように、位置をずらしながらレーザ光を間欠的に複数回、或いは、連続的に照射する点も、第１実施形態と同様である。穿孔ステップを実施することで、ピット１０ｐの底部に存在していた極性反転領域１０ｄを、ＧａＮ基板１０’から完全に除去することができる。このとき、少なくとも極性反転領域１０ｄを打ち抜けば充分であり、必ずしも、高酸素濃度領域１０ｓ全体を完全に打ち抜く必要はない点は、第１実施形態と同様である。

表面研磨ステップ〜埋込ステップに至る一連のステップは、第１実施形態におけるこれらと同様の処理手順、処理条件により行うことができる。なお、表面研磨ステップを穿孔ステップの前に行うと、穿孔ステップにおいてピット１０ｐを特定することが困難となる。そのため、少なくとも本実施形態では、表面研磨ステップを穿孔ステップの実施後に行う必要がある。

本実施形態においても、最終的に得られるＧａＮ基板の表面を、極性反転領域や転位密集領域を含まず、表面にピットが現れていない良質な結晶基板とすることが可能となる。結果として、この基板上に成長させる結晶膜の品質を向上させ、この基板を用いて作製される半導体デバイスの特性を向上させ、その製造歩留まりを良好なものとすることが可能となる。

また、本実施形態においても、穿孔ステップにおいてウエットエッチングを用いないことによる上述の効果を、第１実施形態と同様に得ることが可能となる。また、ウエットエッチングを用いる上述の手法では、極性反転領域に起因して発現したピットは除去できるものの、他の原因で発現したピットを除去することは不可能である。これに対し、本実施形態では、ピットの発生要因によらず、全てのピットを確実に消滅させることができ、最終的に得られるＧａＮ基板の表面を平坦化させやすいという副次的効果も得られるようになる。

これら以外の点についても、第１実施形態と同様の効果が得られることはいうまでもない。なお、本実施形態においては、穿孔ステップにおいて紫外線照射を行う必要がないことから、その処理コストを低減させることが容易となるともいえる。

＜本発明のさらに他の実施形態＞
以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、上述の実施形態では、ＧａＮ基板に対するレーザ光の照射を、レーザ加工機５０のコントローラ５２が自動的に行う例について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、高酸素濃度領域やピットの特定を、コンピュータの画像認識を用いずに人手を介して行うようにしてもよい。また、レーザ光の照準合わせを、人手を介して行うようにしてもよい。

また例えば、上述の実施形態では、埋込ステップにおいて気相成長法としてハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いる場合について説明したが、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、埋込ステップにおいて、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）や酸化物気相成長法（ＯＶＰＥ法）等のＨＶＰＥ法以外の気相成長法を用いるようにしてもよい。これらの場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。また例えば、埋込ステップにおいて、フラックスとしてナトリウム（Ｎａ）等を用いるフラックス法、高圧高温化で行う融液成長法、アモノサーマル法等の手法を用いて液相成長を行うようにしてもよい。これらの場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

また例えば、上述の実施形態では、準備ステップ〜埋込ステップに至る一連のステップを実施することで１枚のＧａＮ基板を取得する手法について説明した。しかしながら、本発明はこのような態様に限定されない。例えば、準備ステップ〜埋込ステップに至る一連のステップを実施した後、ＧａＮ基板の表面上にＧａＮ結晶を厚くエピタキシャル成長させる本格成長ステップを行い、その後、基板をスライスすることによって複数枚のＧａＮ基板を取得するようにしてもよい。この場合であっても、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

なお、本格成長ステップの処理手順、処理条件は、上述した埋込ステップのそれらと同様とすることが可能であるが、これらを異ならせることも可能である。

というのも、埋込ステップは、貫通孔内の埋め込みを主目的として行うものである。そのため、埋込ステップでは、主面方向（ｃ軸方向）に向けた成長よりも、主面（ｃ面）に沿った方向（沿面方向）への成長を重視した条件下で結晶を成長させるのが好ましい。例えば、埋込ステップでは、基板の沿面方向に向けた結晶成長が、本格成長ステップにおける基板の沿面方向に向けた結晶成長よりも活発となる（成長レートが大きくなる）ような条件下で、結晶を成長させるのが好ましい。

これに対し、本格成長ステップは、埋込後の基板上にＧａＮ結晶を高速かつ厚く成長させることを主な目的として行うものである。そのため、本格成長ステップでは、沿面方向に向けた成長よりも、主面方向に向けた成長を重視した条件下で結晶を成長させるのが好ましい。例えば、本格成長ステップでは、基板の主面方向に向けた結晶成長が、埋込ステップにおける基板の主面方向に向けた結晶成長よりも活発となるような条件下で、結晶を成長させるのが好ましい。

上述の目的を達成する手法として、例えば、反応室２０１内における雰囲気を埋込ステップと本格成長ステップとで異ならせる手法がある。例えば、本格成長ステップでの反応室２０１内におけるＮ_２ガスの分圧とＨ_２ガスの分圧との比率（Ｎ_２／Ｈ_２）が、埋込ステップでの反応室２０１内におけるＮ_２ガスの分圧とＨ_２ガスの分圧との比率（Ｎ_２／Ｈ_２）よりも小さくなるように設定する。これにより、埋込ステップでは沿面方向に向けた結晶成長が比較的活発となり、また、本格成長ステップでは主面方向に向けた結晶成長が比較的活発となる。

また、上述の目的を達成する他の手法として、例えば、処理温度を埋込ステップと本格成長ステップとで異ならせる手法がある。例えば、本格成長ステップにおける処理温度が、埋込ステップにおける処理温度よりも低くなるように設定する。これにより、埋込ステップでは沿面方向に向けた結晶成長が比較的活発となり、また、本格成長ステップでは主面方向に向けた結晶成長が比較的活発となる。

また、上述の目的を達成するさらに他の手法として、例えば、ＮＨ_３ガスの供給流量とＧａＣｌガスの供給流量との比率（ＮＨ_３／ＧａＣｌ）を埋込ステップと本格成長ステップとで異ならせる手法がある。例えば、本格成長ステップにおけるＮＨ_３／ＧａＣｌ比率が、埋込ステップにおけるＮＨ_３／ＧａＣｌ比率よりも大きくなるように設定する。これにより、埋込ステップでは沿面方向に向けた結晶成長が比較的活発となり、また、本格成長ステップでは主面方向に向けた結晶成長が比較的活発となる。

本格成長ステップを実施する際の処理条件としては、以下が例示される。
処理温度（ＧａＮ基板の温度）：９８０〜１１００℃
処理圧力（反応室内の圧力）：９０〜１０５ｋＰａ、好ましくは、９０〜９５ｋＰａ
ＧａＣｌガスの分圧：１．５〜１５ｋＰａ
ＮＨ_３ガスの分圧／ＧａＣｌガスの分圧：４〜２０
Ｎ_２ガスの流量／Ｈ_２ガスの流量：０〜１

本発明は、ＧａＮに限らず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物結晶、すなわち、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物結晶からなる基板を製造する際においても、好適に適用可能である。これらの結晶においても、ＧａＮと同様、高酸素濃度領域を内包する場合があり、また、（０００１）面を成長面とする場合には、ＧａＮと同様、極性反転領域に起因したピットが発生し得るからである。これらの場合においても、穿孔ステップ〜埋込ステップに至る一連のステップを実施することで、上述の実施形態と同様の効果が得られる。

＜本発明の好ましい態様＞
以下、本発明の好ましい態様について付記する。

（付記１）
本発明の一態様によれば、
ＩＩＩ族窒化物の結晶からなり、前記結晶の母相に比べて酸素濃度が大きくなっている高酸素濃度領域を有する基板を用意する工程と、
前記高酸素濃度領域を狙って前記基板に対してレーザ光を照射し、前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔を形成し、前記高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去する穿孔工程と、
前記貫通孔の内部に前記ＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させ、その内部の少なくとも一部を埋め込む埋込工程と、
を有するＩＩＩ族窒化物基板の製造方法が提供される。

（付記２）
好ましくは、付記１に記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、その中心を含む領域を狙ってレーザ光を照射する。より好ましくは、前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、前記中心を含む領域を前記基板から除去し、他の領域を除去せずに前記基板に残す。

（付記３）
好ましくは、付記１又は２に記載の方法であって、
前記穿孔工程では、平面視が６角形或いは１２角形のいずれかの多角形である前記高酸素濃度領域のうち、前記多角形の対角線の交点を含む領域を狙ってレーザ光を照射する。より好ましくは、前記高酸素濃度領域のうち、前記多角形の対角線の交点を含む領域を前記基板から除去し、他の領域を除去せずに前記基板に残す。

（付記４）
好ましくは、付記１〜３のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、転位密集領域或いは極性反転領域を含む領域を前記基板から除去する。より好ましくは、前記高酸素濃度領域のうち、転位密集領域或いは極性反転領域を含む領域を前記基板から除去し、他の領域（転位密集領域及び極性反転領域をいずれも含まない領域）を除去せずに前記基板に残す。

（付記５）
好ましくは、付記１に記載の方法であって、
前記基板を用意する工程では、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物の結晶を、その表面が（０００１）面となるように成長させることで得られたアズグロウン状態の基板を用意し、
前記穿孔工程では、前記基板の表面に観察されるピットを狙ってレーザ光を照射して前記貫通孔を形成することで、前記ピットの底面側に存在する高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去する。

（付記６）
好ましくは、付記１に記載の方法であって、
前記基板を用意する工程では、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板の表面である（０００１）面を研磨加工した後、研磨された前記表面をエッチングし、前記基板の表面にピットを出現させた基板を用意し、
前記穿孔工程では、前記基板の表面に観察されるピットを狙ってレーザ光を照射して前記貫通孔を形成することで、前記ピットの底面側に存在する高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去する。

（付記７）
好ましくは、付記５または６に記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、少なくとも極性反転領域（さらには転位密集領域）を含む領域を前記基板から除去する。より好ましくは、前記高酸素濃度領域のうち、少なくとも極性反転領域（さらには転位密集領域）を含む領域を前記基板から除去し、他の領域（転位密集領域及び極性反転領域をいずれも含まない領域）を除去せずに前記基板に残す。

（付記８）
好ましくは、付記１〜７のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記基板に対して紫外線または電子線を照射した際の結晶の発光状態を観察し、前記母相とはコントラストの異なる領域を特定し、特定した前記領域にレーザ光を照射する。

（付記９）
好ましくは、付記８に記載の方法であって、
前記穿孔工程では、カメラを用いて前記基板を撮影し、画像認識により前記母相とはコントラストの異なる領域を特定し、特定した前記領域にレーザ光を照射する。

（付記１０）
好ましくは、付記５〜７のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、カメラを用いて前記基板の表面を撮影し、画像認識により前記ピットを特定し、特定した前記ピットにレーザ光を照射する。

（付記１１）
好ましくは、付記１〜７のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、位置をずらしながらレーザ光を間欠的に複数回照射する。

（付記１２）
好ましくは、付記１〜７のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、位置をずらしながらレーザ光を連続的に照射する。

（付記１３）
好ましくは、付記１〜１２のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記基板の表面側から見た時の前記貫通孔の最小幅を３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の大きさとするように、レーザ光の照射条件を制御する。

（付記１４）
好ましくは、付記１〜１３のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記貫通孔の形状を、前記基板の表面側から裏面側に向かうにつれて内径が次第に大きくなる円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御する。

（付記１５）
好ましくは、付記１〜１３のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記貫通孔の形状を、前記基板の表面側から裏面側に向かうにつれて内径が次第に小さくなる逆円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御する。

（付記１６）
好ましくは、付記１〜１５のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程では、前記基板を表面側から見た時の前記貫通孔の平面形状が、短辺および長辺を有する矩形、或いは、前記矩形を任意に組み合わせた形となり、かつ、少なくとも各矩形が有する前記短辺の大きさが３００μｍ以下、好ましくは２００μｍ以下の大きさとなるように、レーザ光の照射条件を制御する。

（付記１７）
好ましくは、付記１〜１６のいずれかに記載の方法であって、
前記穿孔工程を行った後、前記埋込工程を行う前に、前記貫通孔の内面をエッチングし、前記貫通孔の内面に付着した異物および前記貫通孔の内面に形成されたダメージ層のうち少なくともいずれかを除去する洗浄工程をさらに有する。

（付記１８）
好ましくは、付記１〜１７のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程では、前記貫通孔の内部のうち少なくとも前記基板の表面側の部分に前記ＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させることにより、前記基板の表面を平坦化させる。

（付記１９）
好ましくは、付記１〜１８のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程では、前記貫通孔の内部のうち少なくとも前記基板の表面側の部分に前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、前記基板の表面を、転位密集領域および極性反転領域が現れていない面とする。

（付記２０）
好ましくは、付記１〜１９のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程では、気相成長法を用いて前記貫通孔の内部に前記ＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させる。

（付記２１）
好ましくは、付記１〜２０のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程は、前記基板を支持板上に保持した状態で気相成長法を用いて行い、その際、前記貫通孔が有する２つの開口のうち、前記支持板に対向する裏面側の開口を塞がないようにする。

（付記２２）
好ましくは、付記１〜２１のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程を行うことで得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板上に、前記ＩＩＩ族窒化物結晶からなる結晶膜を成長させる本格成長工程と、
前記結晶膜から１枚以上のＩＩＩ族窒化物基板を切り出すスライス工程と、をさらに備える。

（付記２３）
好ましくは、付記１〜２２のいずれかに記載の方法であって、
前記埋込工程を行うことで得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板上に、前記ＩＩＩ族窒化物の結晶からなる結晶膜を成長させる本格成長工程をさらに備え、
前記埋込工程および前記本格成長工程では、それぞれ、気相成長法により結晶成長を行い、
前記埋込工程では、前記基板の沿面方向に向けた結晶成長が、前記本格成長工程における前記基板の沿面方向に向けた結晶成長よりも活発となり、前記本格成長工程では、前記基板の主面方向に向けた結晶成長が、前記埋込工程における前記基板の主面方向に向けた結晶成長よりも活発となるように、前記埋込工程と前記本格成長工程とで処理条件を異ならせる。

（付記２４）
好ましくは、付記２３に記載の方法であって、
前記本格成長工程でのＮ_２ガスの分圧とＨ_２ガスの分圧との比率（Ｎ_２／Ｈ_２）を、前記埋込工程でのＮ_２ガスの分圧とＨ_２ガスの分圧との比率（Ｎ_２／Ｈ_２）よりも小さくする。

（付記２５）
好ましくは、付記２３または２４に記載の方法であって、
前記本格成長工程における処理温度を、前記埋込工程における処理温度よりも低くする。

（付記２６）
好ましくは、付記２３〜２５のいずれかに記載の方法であって、
前記本格成長工程における窒素含有ガスとＩＩＩ族原料ガスとの流量比率（ＮＨ_３／ＧａＣｌ比率）を、前記埋込工程における窒素含有ガスとＩＩＩ族原料ガスとの流量比率（ＮＨ_３／ＧａＣｌ比率）よりも大きくする。

（付記２７）
本発明の他の態様によれば、
ＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板であって、
転位密集領域および極性反転領域を内包せず、
前記基板の裏面に、前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔が前記ＩＩＩ族窒化物の結晶によって埋め込まれた構造（痕跡）を有するＩＩＩ族窒化物基板が提供される。

（付記２８）
また好ましくは、付記２７に記載の基板であって、
前記基板の表面側から見た時の前記貫通孔の最小幅が３００μｍ以下である。

１０ ＧａＮ基板（高酸素濃度領域を有する処理対象の基板）
１０ｍ 母相
１０ｐ ピット
１０ｑ 転位密集領域或いは極性反転領域を含み得る領域
１０ｓ 高酸素濃度領域
１０ｈ 貫通孔
２０ ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物基板）

Claims (20)

1. ＩＩＩ族窒化物の結晶からなり、前記結晶の母相に比べて酸素濃度が大きくなっている高酸素濃度領域を有する基板を用意する工程と、
   前記高酸素濃度領域を狙って前記基板に対してレーザ光を照射し、前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔を形成し、前記高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去することで、前記基板から転位密集領域および極性反転領域の両方を除去する穿孔工程と、
   前記貫通孔の内部に前記ＩＩＩ族窒化物の結晶を成長させ、その内部の少なくとも一部を埋め込む埋込工程と、
   を有するＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
2. 前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、その中心を含む領域を狙ってレーザ光を照射する請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
3. 前記穿孔工程では、平面視が６角形或いは１２角形のいずれかの多角形である前記高酸素濃度領域のうち、前記多角形の対角線の交点を含む領域を狙ってレーザ光を照射する請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
4. 前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、転位密集領域或いは極性反転領域を含む領域を前記基板から除去し、他の領域を除去せずに前記基板に残す請求項１〜３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
5. 前記基板を用意する工程では、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物の結晶を、その表面が（０００１）面となるように成長させることで得られたアズグロウン状態の基板を用意し、
   前記穿孔工程では、前記基板の表面に観察されるピットを狙ってレーザ光を照射して前記貫通孔を形成することで、前記ピットの底面側に存在する高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去することで、前記基板から転位密集領域および極性反転領域の両方を除去する
   請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
6. 前記基板を用意する工程では、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１−ｘ−ｙ}Ｎ（０≦ｘ＋ｙ≦１，０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板の表面である（０００１）面を研磨加工した後、研磨された前記表面をエッチングし、前記基板の表面にピットを出現させた基板を用意し、
   前記穿孔工程では、前記基板の表面に観察されるピットを狙ってレーザ光を照射して前記貫通孔を形成することで、前記ピットの底面側に存在する高酸素濃度領域のうち少なくとも一部を前記基板から除去することで、前記基板から転位密集領域および極性反転領域の両方を除去する
   請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
7. 前記穿孔工程では、前記高酸素濃度領域のうち、転位密集領域或いは極性反転領域を含む領域を前記基板から除去し、他の領域を除去せずに前記基板に残す請求項５または６に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
8. 前記穿孔工程では、前記基板に紫外線または電子線を照射した際の結晶の発光状態を観察し、前記母相とはコントラストの異なる領域を特定し、特定した前記領域にレーザ光を照射する請求項１〜７のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
9. 前記穿孔工程では、カメラを用いて前記基板を撮影し、画像認識により前記母相とはコントラストの異なる領域を特定し、特定した前記領域にレーザ光を照射する請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
10. 前記穿孔工程では、カメラを用いて前記基板の表面を撮影し、画像認識により前記ピットを特定し、特定した前記ピットにレーザ光を照射する請求項５〜７のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
11. 前記穿孔工程では、位置をずらしながらレーザ光を間欠的に複数回照射する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
12. 前記穿孔工程では、位置をずらしながらレーザ光を連続的に照射する請求項１〜１０のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
13. 前記穿孔工程では、前記基板の表面側から見た時の前記貫通孔の最小幅を３００μｍ以下の大きさとするように、レーザ光の照射条件を制御する請求項１〜１２のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
14. 前記埋込工程は、前記基板を支持板上に保持した状態で気相成長法を用いて行い、その際、前記貫通孔が有する２つの開口のうち、前記支持板に対向する裏面側の開口を塞がないようにする請求項１〜１３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
15. 前記穿孔工程では、前記貫通孔の形状を、前記基板の表面側から裏面側に向かうにつれて内径が次第に大きくなる円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御する請求項１〜１４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
16. 前記穿孔工程では、前記貫通孔の形状を、前記基板の表面側から裏面側に向かうにつれて内径が次第に小さくなる逆円錐台形状とするように、レーザ光の照射条件を制御する請求項１〜１４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
17. 前記穿孔工程を行った後、前記埋込工程を行う前に、前記貫通孔の内面をエッチングし、前記貫通孔の内面に付着した異物および前記貫通孔の内面に形成されたダメージ層のうち少なくともいずれかを除去する洗浄工程をさらに有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
18. 前記穿孔工程を行った後、前記埋込工程を行う前に、前記基板の表面を研磨する表面研磨工程と、前記貫通孔の内面をエッチングし、前記貫通孔の内面に付着した異物および前記貫通孔の内面に形成されたダメージ層のうち少なくともいずれかを除去する洗浄工程と、をこの順に行う工程をさらに有する請求項１〜１６のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
19. 前記埋込工程を行うことで得られた前記ＩＩＩ族窒化物基板上に、前記ＩＩＩ族窒化物の結晶からなる結晶膜を成長させる本格成長工程をさらに備え、
    前記埋込工程および前記本格成長工程では、それぞれ、気相成長法により結晶成長を行い、
    前記埋込工程では、前記基板の沿面方向に向けた結晶成長が、前記本格成長工程における前記基板の沿面方向に向けた結晶成長よりも活発となり、前記本格成長工程では、前記基板の主面方向に向けた結晶成長が、前記埋込工程における前記基板の主面方向に向けた結晶成長よりも活発となるように、前記埋込工程と前記本格成長工程とで処理条件を異ならせる
    請求項１〜１８のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物基板の製造方法。
20. ＩＩＩ族窒化物の結晶からなる基板であって、
    転位密集領域および極性反転領域の両方を内包せず、
    前記基板の表面は、ピットを含まない平坦面として構成されており、
    前記基板を厚さ方向に貫く貫通孔と、前記貫通孔内にエピタキシャル成長した前記ＩＩＩ族窒化物の結晶と、を備え、
    前記貫通孔の内面近傍に、周囲の結晶よりも酸素濃度の高い領域を備えるＩＩＩ族窒化物基板。