JP7567786B2 - ＧａＮ基板ウエハおよびその製造方法 - Google Patents

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Description

本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる基板ウエハと、その製造方法に関する。基板ウエハとは、半導体デバイスを製造するときに基板として用いられるウエハを意味する。
上部にのみ遷移金属原子濃度の高い領域を設けたＧａＮ厚膜をサファイアウエハ上にＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）で成長させた後、該ＧａＮ厚膜を該サファイアウエハから剥離させる方法により得られる、おもて面側にのみ部分的に形成された高抵抗領域を有するＧａＮ基板ウエハが提案されている（特許文献１）。不純物ドーピングにより高抵抗化したＧａＮ結晶は割れ易いが、この方法で製造されるＧａＮ基板ウエハにはクラックが入り難いということが、該特許文献１には記載されている。
特開２０１２－２３２８８４号公報
引用文献１に開示された方法で、おもて面側にのみ部分的に比抵抗を高めた領域を設けたＧａＮ基板ウエハを製造する場合、１枚のＧａＮ基板ウエハを作る毎に、１枚のサファイアウエハ上にＨＶＰＥでＧａＮ厚膜を成長させる必要がある。
本発明者等は、引用文献１に開示された方法に代えて、低不純物濃度のＧａＮウエハを予め製造したうえで、その上に補償不純物でドープしたＧａＮ層を成長させれば、おもて面側にのみ部分的に比抵抗を高めた領域を有するＧａＮ基板ウエハをより効率よく生産できることに気付いた。
本発明はかかる着想に基づきなされたものであり、その実施形態には以下が含まれる。
［１］（０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、ＧａＮ基板ウエハ。
［２］前記第一領域が、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしている、前記［１］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
［３］前記第一領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度よりも低い、前記［１］または［２］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［４］前記第一領域において、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、前記［１］～［３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［５］前記第一領域において、Ｓｉ、ＯおよびＨ以外の不純物元素の濃度が、独立して５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、前記［１］～［４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［６］以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、前記［１］～［５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
（１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
（２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
（３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
［７］前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、かつ、該主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、前記［１］～［６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［８］前記主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、前記［７］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［９］前記主ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、前記［７］または［８］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１０］前記主ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、前記［７］～［９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１１］前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、前記［７］～［１０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１２］前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、前記［７］～［１１］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１３］前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［７］～［１２］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１４］前記特定長が５０μｍより大きい、前記［１２］または［１３］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１５］前記特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、前記［１２］～［１４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１６］前記第二領域における補償不純物の総濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、前記［１］～［１５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１７］前記第二領域の最小厚さが３００μｍ以下である、前記［１］～［１６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１８］Ｇａ極性側の主面が平坦面である、前記［１］～［１７］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１９］Ｇａ極性側の主面に対し前記再成長界面が傾斜している、前記［１８］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２０］前記第二領域における前記再成長界面が傾斜している方向の一方端と他方端との間の厚さ差が２００μｍを超えない、前記［１９］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２１］前記［１］～［２０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハと、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層と、を有するエピタキシャルウエハ。
［２２］前記［１］～［２０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させる工程と、を有するエピタキシャルウエハの製造方法。
［２３］前記［１］～［２０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させてエピタキシャルウエハを得る工程と、該エピタキシャルウエハの少なくとも一部において、前記ＧａＮ基板ウエハの前記第一領域を除去する工程と、を有する窒化物半導体デバイスの製造方法。
［２４］基板上に、（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜をＨＶＰＥにより成長させた後、該第二ＧａＮ厚膜をスライスすることにより第二ｃ面ＧａＮウエハを得る第二工程と、
該第二ｃ面ＧａＮウエハ上に、（０００１）配向した厚さ５０μｍより大きいＧａＮ膜をＨＶＰＥにより成長させる第三工程とを有し、かつ、
該ＧａＮ膜は、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である部分が設けられることを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［２５］再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有する、ＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
（i）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ厚膜を、シードウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第一ＧａＮ厚膜を加工して少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハを得る第一工程、
（ii）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜を、第一工程で得た第一ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第二ＧａＮ厚膜から第二ｃ面ＧａＮウエハをスライスする第二工程、ならびに、
（iii）厚さが５０μｍより大きく（０００１）配向したＧａＮ膜を、第二工程で得た第二ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第三工程を有すること、および、該第三工程で成長させるＧａＮ膜には、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である部分が設けられることを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［２６］前記ＧａＮ膜の厚さが３００μｍ以下である、前記［２５］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［２７］前記ＧａＮ基板ウエハが、以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、前記［２５］または［２６］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
（１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
（２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
（３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
［２８］前記ＧａＮ膜が、ｃ軸方向の領域長が２０μｍ以上であり、かつ、領域内の補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、特定ドープ領域を有する、前記［２５］～［２７］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［２９］前記特定ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、前記［２８］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３０］前記特定ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、前記［２８］または［２９］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３１］ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内の補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［２８］～［３０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３２］前記領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、前記［２８］～［３１］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３３］前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記第二ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、前記［２８］～［３２］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３４］前記特定ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、前記［２８］～［３３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３５］前記特定ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、前記［２８］～［３４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３６］前記ＧａＮ膜における補償不純物の総濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、前記［２４］～［３５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３７］前記第三工程の後に、前記積層構造体を薄化する薄化工程を有する、前記［２４］～［３６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３８］前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が５０μｍ以上である、前記［３７］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３９］前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が２００μｍ以下である、前記［３７］または［３８］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４０］前記ＧａＮ基板ウエハのオフカット方位が、前記第二ｃ面ＧａＮウエハのオフカット方位と異なる、前記［３７］～［３９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４１］前記第三工程で前記ＧａＮ膜を成長させる前に、前記第二工程で前記第二ＧａＮ膜からスライスされた前記第二ｃ面ＧａＮウエハのＧａ極性側の主面が平坦化される平坦化工程、更にエッチングにより粗化される粗化工程を有する、前記［２４］～［４０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
横型デバイス構造を有する窒化物半導体デバイスの製造に好ましく使用され得る、改善された生産性を有するＧａＮ基板ウエハおよびその製造方法が提供される。
図１は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す断面図である。 図３は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す断面図である。 図４は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを用いた窒化物半導体デバイスの製造工程を説明するための工程断面図である。 図５は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハ製造方法を説明するための工程断面図である。 図６は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハ製造方法を説明するための工程断面図である。 図７は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハ製造方法を説明するための工程断面図である。 図８は、ＨＶＰＥ装置の基本構成を示す模式図である。
以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
本明細書において「Ｘ～Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現した場合、特記しない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」及び「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
また、本明細書において、２つ以上の対象を併せて説明する際に用いる「独立して」とは、それらの２つ以上の対象が同じであっても異なっていてもよいという意味で使用される。
１．ＧａＮ基板ウエハ
本発明の一実施形態は、ＧａＮ基板ウエハに関する。
実施形態に係るＧａＮ基板ウエハは、（０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有する。第二領域の最小厚さは２０μｍ以上である。また、第二領域の少なくとも一部において、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
さらに、上記のＧａＮ基板ウエハは、第一領域における不純物濃度に関しては、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件が充たされていることが好ましい。
（ａ）Ｓｉ（ケイ素）濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である；
（ｂ）Ｏ（酸素）濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である；
（ｃ）Ｈ（水素）濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
なお、本明細書において「不純物」とは、ＧａＮ基板に含有されるＧａ元素及びＮ元素以外の成分を意味する。
（０００１）配向したＧａＮウエハとは、（０００１）結晶面すなわちｃ面と平行または略平行な主面（大面積面）を有するＧａＮウエハであり、ｃ面ＧａＮウエハともいう。
図１および図２に、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハの一例を示す。図１は斜視図であり、図２は断面図である。
図１および図２に示すＧａＮ基板ウエハ１００は、ＧａＮ結晶のみからなる、自立した基板ウエハであり、その２つの主面の一方はＮ極性面１０１、他方はＧａ極性面１０２である。Ｎ極性面１０１とＧａ極性面１０２は互いに平行である。
ＧａＮ基板ウエハ１００は（０００１）配向しており、（０００１）結晶面に対するＧａ極性面１０２の傾斜は１０度以下、好ましくは５度以下、より好ましくは２．５度以下である。該傾斜は０．２度以上１度未満、１度以上２．５度以下などであり得る。
ＧａＮ基板ウエハ１００の直径は、通常４５ｍｍ以上であり、９５ｍｍ以上、あるいは１４５ｍｍ以上であってもよい。典型的には５０～５５ｍｍ（約２インチ）、１００～１０５ｍｍ（約４インチ）、１５０～１５５ｍｍ（約６インチ）等である。
ＧａＮ基板ウエハ１００の厚さの好ましい範囲は、直径に応じて変わる。直径が約２インチのとき、厚さは好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であり、また、好ましくは４５０μｍ以下、より好ましくは４００μｍ以下である。直径が約４インチのとき、厚さは好ましくは３５０μｍ以上、より好ましくは４００μｍ以上であり、また、好ましくは７５０μｍ以下、より好ましくは６５０μｍ以下である。直径が約６インチのとき、厚さは好ましくは４５０μｍ以上、より好ましくは５５０μｍ以上であり、また、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは７００μｍ以下である。
上記の通り、ＧａＮ基板ウエハ１００は通常円盤形であるが、変形例では、主面の形状が正方形、長方形、六角形、八角形、楕円形などであってもよく、不定形であってもよい。このような変形例の場合は、前記の直径を「主面において重心を通る直線として最も短い長さ」と読み替えることができる。
ＧａＮ基板ウエハ１００のＮ極性面１０１は「裏面」であり、鏡面仕上げされていてもよいし、粗面或いは艶消し仕上げされていてもよい。
ＧａＮ基板ウエハ１００のＧａ極性面１０２は「おもて面」であり、ＧａＮ基板ウエハ１００が窒化物半導体デバイスの製造に使用されるときは、通常、Ｇａ極性面１０２上に窒化物半導体層がエピタキシャル成長される。
Ｇａ極性面１０２は結晶成長させたままの状態（as-grown）の表面であり得るが、通常は、加工により平坦化されている。Ｇａ極性面１０２を平坦化し、平坦面とするためになされる加工には、研磨およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）から選ばれるひとつ以上が含まれ得る。これらの加工に加え、ダメージ層の除去を目的としてエッチングが行われ得る。平坦面の粗さは限定されるものではないが、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定されるＧａ極性面１０２の根二乗平均（ＲＭＳ）粗さとして、測定範囲２μｍ×２μｍにおいて好ましくは５ｎｍ未満、より好ましくは２ｎｍ未満、更に好ましくは１ｎｍ未満であり、０．５ｎｍ未満であってもよい。
Ｇａ極性面１０２は切削によって形成された面であってもよいが、切削せずに研磨、ＣＭＰ、エッチング等の平坦化のみを施された面であることが好ましい。
ＧａＮ基板ウエハ１００は、その２つの主面の間に再成長界面１０３を有しており、再成長界面１０３を挟んでＮ極性側に第一領域１１０、Ｇａ極性側に第二領域１２０を有している。「再成長界面」とは、任意の基板上にＧａＮ結晶が成長した際に生じる境界面を意味し、その存在は、例えばＧａＮ基板ウエハの断面を走査電子顕微鏡カソードルミネッセンス観察または蛍光顕微鏡観察することによって確認することができる。
再成長界面１０３は、Ｇａ極性面１０２と平行であることが好ましい。再成長界面１０３がＧａ極性面１０２から傾斜しているとき、通常、第二領域１２０の厚さは傾斜方向の一方端で最小となり、他方端で最大となる。第二領域１２０の該一方端における厚さと該他方端における厚さの差が２００μｍを超えないことが好ましい。
ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスの製造過程では、最終的に第一領域１１０が除去されることが想定される。つまり、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いて製造される窒化物半導体デバイスチップは、第一領域１１０に由来する部分を含まないことが想定される。このような使用態様であれば、第一領域１１０をなすＧａＮ結晶の電気特性に特段の制約はない。
第一領域１１０は通常、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶からなるので、不純物濃度に関し次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たす。本明細書においてＨＶＰＥとは、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）を意味する。
（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
（ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
（ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
ＨＶＰＥで成長されるＧａＮ結晶においては、補償不純物で意図的にドープしない限り、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度よりも低いのが普通である。なお「意図的なドープ」とは、ＧａＮ結晶を成長させる過程で、対象とする元素を原料として添加することを意味する。
また、第一領域において、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満であることが好ましい。
第一領域１１０をなすＧａＮ結晶は、意図的にドーピングされていないＧａＮ結晶であることが好ましい。
第二領域１２０は、第一領域１１０の上にＨＶＰＥで成長される。第一領域１１０と第二領域１２０の間に再成長界面１０３が存在するのは、第一領域１１０を成長させる工程と第二領域１２０を成長させる工程が連続していないからである。
第二領域１２０の最小厚さは、２０μｍ以上である。その理由は、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスチップの製造過程で、基板ウエハ１００から第一領域１１０が除去された後、残った第二領域１２０が該半導体デバイスチップの構造を支える基板としての役割を担い得るようにするためである。最小厚さとは、厚さが最小である箇所の厚さを意味する。
第二領域１２０の最小厚さは、５０μｍ以上或いは５０μｍより大きい、更には７５μｍ以上、更には１００μｍ以上、更には１５０μｍ以上などであってもよい。
第二領域１２０の最小厚さは、好ましくは３５０μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下であり、２５０μｍ以下、２００μｍ以下などであってもよい。
Ｇａ極性面１０２と再成長界面１０３が平行で、第二領域１２０の厚さが一様であるときは、第二領域の厚さは全ての箇所で最小厚さであるとみなされる。
好ましくは、第二領域１２０のうち、Ｇａ極性側の主面を少なくとも含む領域、具体的にはＧａＮ基板ウエハ１００のＧａ極性面１０２から特定長Ｌ以内にある領域が主ドープ領域１２０ａと定められる。第二領域１２０は、少なくとも主ドープ領域１２０ａで補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるようにドーピングされる。
補償不純物の総濃度とは、全ての種類の補償不純物の濃度を足し合わせた濃度である。ＨＶＰＥで成長されるＧａＮ結晶においては、意図的にドープしない限り、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とはならないのが普通である。従って、意図的にドーピングすることにより、補償不純物の総濃度を１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上とすることができる。
本明細書にいう補償不純物は、ＧａＮ結晶中においてｎ型キャリアを補償する働きを持つ不純物を意味する。補償不純物としてよく知られているのは、Ｃ（炭素）と遷移金属元素である。遷移金属元素ではＦｅ（鉄）とＭｎ（マンガン）が代表的であり、その他にはＣｏ（コバルト）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）などが知られている。
主ドープ領域１２０ａにおける補償不純物の総濃度は、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満、２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満などであり得る。
主ドープ領域１２０ａにおいて、補償不純物の総濃度はドナー不純物の総濃度の好ましくは２倍以上、より好ましくは５倍以上、更に好ましくは１０倍以上であり、５０倍以上であってもよい。また、主ドープ領域１２０ａに最も高い濃度で含有される補償不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣであることが好ましい。
好適例において、主ドープ領域１２０ａをなすＧａＮ結晶が半絶縁性となるように、すなわち、その室温抵抗率が１×１０５Ω・ｃｍ以上となるように、主ドープ領域１２０ａに添加される補償不純物の濃度が設定される。
ＧａＮ結晶中でドナー不純物として働き得る元素には、Ｓｉ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（錫）などの１４族元素と、Ｏ、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）などの１６族元素があり、このうちＳｉおよびＯは、意図的に添加しない場合であっても、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶中には１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台以上の濃度で含有され得る。対照的に、Ｓｉ以外の１４族元素とＯ以外の１６族元素は、意図的に添加しない限り、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶中に１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３台以上の濃度で含有されることはない。
特定長Ｌは、少なくとも１μｍ以上、好ましくは２０μｍ以上、より好ましくは２５μｍ以上、更に好ましくは５０μｍ以上であり、第二領域１２０の最小厚さを超えない範囲で任意に定め得る。
主ドープ領域１２０ａ内においては、ＧａＮ基板ウエハ１００の厚さ方向であるｃ軸方向に沿った比抵抗の変動が小さいことが望ましい。従って、主ドープ領域１２０ａ内におけるｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。
好ましい実施形態においては、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスチップの製造過程で、ＧａＮ基板ウエハ１００から第一領域１１０に加えて第二領域１２０も一部除去し、主ドープ領域１２０ａを露出させたときでも、残った主ドープ領域１２０ａのみからなるＧａＮ基板が該半導体デバイスチップの構造を支え得るように、特定長Ｌが５０μｍより大きな値とされる。
この好ましい実施形態において、特定長Ｌは、７５μｍ以上、１００μｍ以上、更には１５０μｍ以上、更には２００μｍ以上であり得る。
この好ましい実施形態において、特定長Ｌは、第二領域１２０の最小厚さの好ましくは５０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは９０％以上である。
また、特定長Ｌの下端（Ｎ極性面１０１側の端）から再成長界面までの長さは、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、１０μｍ以上であり、また、該下端から該界面までの長さは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
主ドープ領域１２０ａを含め、第二領域１２０における補償不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とされ得る。
第二領域１２０の最下部、すなわち第一領域１１０と隣り合う部分では、主ドープ領域１２０ａに意図的に添加された補償不純物と同種の補償不純物の濃度が第一領域１１０から離れるにつれて連続的または段階的に増加していてもよい。
第二領域１２０は通常、ＨＶＰＥで成長されるので、その不純物濃度に関し、次の（ａ’）～（ｃ’）から選ばれる一以上の条件を充たす。
（ａ’）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上
（ｂ’）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
（ｃ’）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下
一例では、図３に示すように、再成長界面１０３が粗面であってもよい。例えば、第二領域１２０を成長させる前に、第一領域１１０の表面をエッチングにより粗面化したとき、再成長界面１０３は粗面となり得る。再成長界面１０３に垂直に第一領域１１０から第二領域１２０に向かう方向を高さ方向とし、該再成長界面における最も高い点と最も低い点の間の高低差を該再成長界面の粗さｒとしたとき、該粗さｒは例えば０．３μｍ以上１２μｍ以下であり得る。
その他、図１～図３には示されていないが、ＧａＮ基板ウエハ１００のエッジは面取りされていてもよい。また、ＧａＮ基板ウエハ１００には、結晶の方位を表示するオリエンテーション・フラットまたはノッチ、おもて面と裏面の識別を容易にするためのインデックス・フラット等、必要に応じて様々なマーキングを施すことができる。
ＧａＮ基板ウエハ１００は、ＧａＮ－ＨＥＭＴのような横型デバイス構造の窒化物半導体デバイスの製造に好ましく用いられ得る。窒化物半導体デバイスとは、デバイス構造の主要部を窒化物半導体で形成した半導体デバイスである。窒化物半導体は、窒化物系III－V族化合物半導体、III族窒化物系化合物半導体、ＧａＮ系半導体などとも呼ばれ、ＧａＮを含む他、ＧａＮのガリウムの一部または全部を他の周期表第１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ等）で置換した化合物を含む。
横型デバイス構造は、バイポーラトランジスタのような高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）以外の電子デバイスにおいても、また、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような発光デバイスにおいても採用され得る。
ＧａＮ基板ウエハ１００を用いてＧａＮ－ＨＥＭＴを製造するときは、図４（ａ）に示すようにＧａＮ基板ウエハ１００が準備された後、そのＧａ極性面１０２上に、図４（ｂ）に示すように、アンドープＧａＮチャネル層２１０とアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層２２０を少なくとも含むエピタキシャル膜２００が、例えば有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）で成長されることにより、エピタキシャルウエハが形成される。
エッチング加工、イオン注入、電極形成、保護膜形成等を含み得る半導体プロセスが実行された後、エピタキシャルウエハは分断されてＧａＮ－ＨＥＭＴチップとなるが、分断の前にエピタキシャルウエハを薄化するために、通常図４（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板ウエハ１００の第一領域１１０の少なくとも一部が研削、エッチング等の方法で除去される。
この薄化加工は、エピタキシャルウエハの外周部にリング状の厚肉部が残るように行われ得る。つまり、エピタキシャルウエハの外周部を除いた部分においてのみ、ＧａＮ基板ウエハ１００の第一領域１１０が除去され得る。
図４（ｃ）では、薄化後のエピタキシャルウエハのＮ極性面側に主ドープ領域１２０ａが露出するよう、ＧａＮ基板ウエハ１００から第二領域１２０も部分的に除去されている。 なお、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた半導体デバイスは、窒化物半導体デバイスのみに限定されるものではない。
２．ＧａＮ基板ウエハの製造方法
次に、本発明の別の実施形態であるＧａＮ基板ウエハの製造方法について説明する。以下に記載する製造方法は、前記したＧａＮ基板ウエハを製造する好ましい一形態である。また、以下に記載するＧａＮ基板ウエハの製造方法によって得られるＧａＮ基板ウエハの好ましい態様は、前記したＧａＮ基板ウエハが挙げられる。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００は、好ましくは、以下に説明する方法により製造され得る。この方法は、再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域を有するＧａＮ基板ウエハの製造に適用されるものであり、好ましくはＧａ極性側の少なくとも一部で比抵抗が高められたものであって、次の工程を有する。
（ii’）基板上に、（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜をＨＶＰＥにより成長させた後、該第二ＧａＮ厚膜をスライスすることにより第二ｃ面ＧａＮウエハを得る第二工程と、
（iii’）該第二ｃ面ＧａＮウエハ上に、（０００１）配向した厚さ５０μｍより大きいＧａＮ膜をＨＶＰＥにより成長させる第三工程とを有し、該ＧａＮ膜には、該第二ｃ面ＧａＮウエハよりもドナー不純物の総濃度が高い領域が設けられる。
更に、上記第二工程における基板を製造する工程として第一工程を加えた以下の工程とすることが好ましい。従って下記の第一工程は任意である。
（i）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ
厚膜を、シードウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第一ＧａＮ厚膜を加工して少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハを得る第一工程。
（ii）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜を、第一工程で得た第一ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第二ＧａＮ厚膜から第二ｃ面ＧａＮウエハをスライスする第二工程。
（iii）厚さが５０μｍより大きく（０００１）配向したＧａＮ膜を、第二工程で得た第二ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第三工程。但し、該ＧａＮ膜には補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である部分が設けられる。
本明細書において「ウエハ上に」は「ウエハの表面に」と同義である。
以下、上記の第一工程から第三工程までを更に詳しく説明する。なお、該第一工程で得られる第一ｃ面ＧａＮウエハおよび第二工程で得られる第二ＧａＮ厚膜の構造や特性として、それぞれ上述の第一領域および第二領域の構造や特性を適用することができる。
第一工程では、図５（ａ）に示すシードウエハ１を準備のうえ、その上に、図５（ｂ）に示すように、意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ厚膜２をＨＶＰＥで成長させる。更に、図５（ｃ）に示すように、第一ＧａＮ厚膜２を加工することにより、少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハ３を得る。
シードウエハ１の一例はｃ面サファイアウエハであり、好ましくは、主面に剥離層を設けたものであってもよい。例えば、ｃ面サファイアウエハ上にＭＯＶＰＥで低温バッファ層を介して厚さ数百ｎｍのＧａＮ層を成長させ、更に、該ＧａＮ層上に真空蒸着で厚さ数十ｎｍのＴｉ（チタン）層を形成した後、８０％のＨ２（水素ガス）と２０％のＮＨ３（アンモニア）の混合ガス中、例えば１０６０℃で３０分間アニールすることにより、剥離層付きのｃ面サファイアウエハを形成することができる。
シードウエハ１は、別途工程で製造したｃ面ＧａＮウエハであってもよい。
第一ＧａＮ厚膜２は、当該第一ＧａＮ厚膜２を加工することにより、自立したｃ面ＧａＮウエハを少なくとも１枚作製できるだけの厚さに成長させる。好ましい例では、第一ＧａＮ厚膜２を数ｍｍ以上の厚さに成長させて、そこから少なくとも２枚の第一ｃ面ＧａＮウエハ３をスライスする。
図６（ａ）は、第一工程で作製された第一ｃ面ＧａＮウエハ３の一枚を示す断面図である。但し第一ｃ面ＧａＮウエハ３は、第一工程により得られたものに限定されない。
第二工程では、図６（ｂ）に示すように、第一ｃ面ＧａＮウエハ３のＧａ極性面上に、意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜４を、ＨＶＰＥで成長させ、次いで、図６（ｃ）に示すように、該第二ＧａＮ厚膜４から第二ｃ面ＧａＮウエハ５をスライスする。第二ＧａＮ厚膜４は、当該第二ＧａＮ厚膜４を加工することにより、少なくとも１枚の第二ｃ面ＧａＮウエハ５を作製できるだけの厚さに成長させる。好ましい例では、第二ＧａＮ厚膜４を数ｍｍ以上の厚さに成長させて、そこから少なくとも２枚の第二ｃ面ＧａＮウエハ５をスライスする。
第二ＧａＮ厚膜４は弱いｎ型導電性を有することから、そのスライスにワイヤ放電加工装置を用いることが可能である。ワイヤ放電加工装置は、遊離砥粒型のワイヤソーよりも切断速度が高く、また、取扱いも容易である。また、ワイヤ放電加工装置を用いてＧａＮ結晶を切断したときのカーフロスは、固定砥粒型のワイヤソーを用いたときよりも少ない。
第二ｃ面ＧａＮウエハ５は、図７（ａ）に断面図を示すように、互いに平行なＮ極性面およびＧａ極性面を主面として有する。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合には、第二工程で第二ＧａＮ厚膜４から第二ｃ面ＧａＮウエハ５をスライスする際に、第二ｃ面ＧａＮウエハ５におけるＧａ極性面の（０００１）結晶面に対する傾斜角度（オフカット角）および傾斜方向（オフカット方向）を、ＧａＮ基板ウエハ１００が有すべきオフカット角およびオフカット方向と同じとすることが好ましいが、必須ではない。
ＧａＮ基板ウエハ１００が有すべきオフカット方位は、ＧａＮ基板ウエハ１００を使用する半導体デバイスの製造者の要求に応じて様々であるが、様々なオフカット方位を有する第二ｃ面ＧａＮウエハ５を準備することは、ＧａＮ基板ウエハ１００の生産効率の低下につながり得る。第二ｃ面ＧａＮウエハ５のオフカット方位によって、次の第三工程で第二ｃ面ＧａＮウエハ５上にＨＶＰＥでＧａＮ膜６を成長させるときの最適条件が変わり得ることにも、注意が必要である。
第二ｃ面ＧａＮウエハ５の初期厚ｔ５ｉは、窒化物半導体デバイスの製造に用いられるＧａＮ基板ウエハが通常有する厚さより薄くてもよい。なぜなら、多数の工程からなる半導体プロセスに耐える必要があるＧａＮ基板ウエハと異なり、第二ｃ面ＧａＮウエハ５は次の第三工程までの間に破損しなければよいだけからである。
例えば、第二ｃ面ＧａＮウエハ５の直径が約２インチであるとき、その初期厚ｔ５ｉは好ましくは３００μｍ以下であり、２５０μｍ以下、更には２００μｍ以下であってもよい。
第二ｃ面ＧａＮウエハ５の初期厚ｔ５ｉを小さくすることで、第二ＧａＮ厚膜４からスライスし得る第二ｃ面ＧａＮウエハ５の枚数を増やし得る。
第三工程では、図７（ｂ）に示すように、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面上に、成長厚ｔ６ｇが５０μｍを超える（０００１）配向したＧａＮ膜６をＨＶＰＥで成長させて、積層構造体を得る。このとき、第二ｃ面ＧａＮウエハ５とＧａＮ膜６との間には再成長界面が形成される。
通常、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面は、ＧａＮ膜６を成長させる前に研削、研磨、ＣＭＰ等の技法を適宜用いて平坦に加工されるが（平坦化工程）、一例では、平坦化した該Ｇａ極性面をエッチングで粗面に加工したうえで（粗面化工程）、ＧａＮ膜６を成長させてもよい。
ＨＣｌ（塩化水素）をエッチングガスに用いると、ＧａＮのＧａ極性面はエッチングマスクを用いることなく粗化することが可能である。ＧａＮ膜６の成長に用いるＨＶＰＥ装置にエッチング用のＨＣｌ供給ラインを設ければ、該ＨＶＰＥ装置のリアクター内で、ＧａＮ膜６の成長直前に、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面を粗化することもできる。
ＨＣｌをエッチングガスに用いるときの好ましいエッチング条件は次の通りである。
ＨＣｌ分圧は、例えば０．００２～０．０５ａｔｍである。
Ｈ２分圧は、例えば０．２～０．８ａｔｍである。
ＮＨ３分圧は、例えば０．０１～０．０５ａｔｍである。ＮＨ３を流すことで、ＧａＮのＧａ極性面はより均一に粗化される。
エッチング温度は、例えば９００～１０５０℃である。
エッチング時間は、例えば１～６０分である。
エッチング後の第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面の粗さを、最も高い点と最も低い点の間の高低差と定義したとき、該粗さは例えば０．３～１２μｍとし得る。
ＨＣｌを用いたエッチングでは、エッチング時間以外の条件を固定したとき、エッチング時間とともに、第二ｃ面ＧａＮウエハのＧａ極性面の粗さは大きくなる傾向がある。
ＨＣｌをエッチングガスに用いるときのエッチング時間は、Ｇａ極性面の粗さが０．５μｍを超えないように定めてもよい。
例えば、ＨＣｌ分圧０．０１～０．０２ａｔｍ、Ｈ２分圧０．０５～０．０８ａｔｍ、ＮＨ３分圧０．０１～０．０３ａｔｍ、温度９７０～１０００℃という条件で第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面をエッチングするとき、エッチング時間を５分以下とすることで、Ｇａ極性面の粗さを０．５μｍ以下にすることができる。
一例では、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のＧａ極性面を、フォトリソグラフィ技法によりパターニングしたエッチングマスクを形成したうえで、ドライエッチングすることにより粗面としてもよい。ドットパターンとネットパターンが、エッチングマスクの好適なパターンの典型例である。ドライエッチングは、Ｃｌ２（塩素ガス）または含塩素化合物をエッチングガスに用いたＲＩＥ（反応性イオンエッチング）であってもよい。
ＧａＮ膜６は、少なくとも一部で補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上となるようにドープされる。特に好ましく用いられる補償不純物は、Ｆｅ、ＭｎおよびＣである。
好適例では、ＧａＮ膜６に特定ドープ領域６ａを設けてもよい。特定ドープ領域６ａは、ｃ軸方向の領域長が２０μｍ以上であることが好ましく、かつ、領域内において補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の領域である。換言すれば、この領域長は、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である領域の厚さ（厚み方向の高さ）を意味する。
特定ドープ領域６ａの、ｃ軸方向の領域長は、２５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、２００μｍ以上などでもあり得る。
特定ドープ領域６ａの上端（［０００１］側の端）は、ＧａＮ膜６の上面から好ましくは１０μｍ以内、より好ましくは５μｍ以内であり、ＧａＮ膜６の上面であってもよい。
特定ドープ領域６ａの下端（［０００－１］側の端）から、第二ｃ面ＧａＮウエハ５とＧａＮ膜６との界面までの長さは、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、１０μｍ以上であり、また、該下端から該界面までの長さ、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
特定ドープ領域６ａのｃ軸方向の領域長は、更に、ＧａＮ膜６の厚さの５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。
特定ドープ領域６ａ内では、補償不純物の総濃度が少なくとも１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であり、２×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、２×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上、５×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上などであってもよい。
特定ドープ領域６ａにおいて、補償不純物の総濃度はドナー不純物の総濃度の好ましくは２倍以上、より好ましくは５倍以上、更に好ましくは１０倍以上であり、５０倍以上であってもよい。
特定ドープ領域６ａ内では、ＧａＮ結晶が半絶縁性、すなわち、その室温抵抗率が１×１０５Ω・ｃｍ以上であってもよい。
特定ドープ領域６ａ内においては、ｃ軸方向に沿った比抵抗の変動が小さいことが望ましい。従って、特定ドープ領域６ａ内におけるｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。
特定ドープ領域６ａを含め、ＧａＮ膜６における補償不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には２×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下、更には１×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とされ得る。
ＧａＮ膜６の最下部、すなわち第二ｃ面ＧａＮウエハ５と隣り合う部分には、特定ドープ領域６ａに添加される補償不純物と同種の補償不純物を、その濃度が第二ｃ面ＧａＮウエハ５から離れるにつれて連続的または段階的に増加するように添加してもよい。
ＧａＮ膜６の成長厚みｔ６ｇは、製造すべきＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側領域の設計厚みに応じて設定すればよい。具体的には、２０μｍ以上、５０μｍ以上或いは５０μｍより大きい、更には、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上などであってもよく、また、５００μ以下、３５０μｍ以下、３００μｍ以下、２５０μｍ以下、２００μｍ以下などであってもよい。
前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、ＧａＮ膜６の成長厚みｔ６ｇは、該ＧａＮ基板ウエハにおける第二領域１２０の設計厚みと同じでもよいが、好ましくは該設計厚みより大きくすることで、後の薄化工程においてＧａＮ膜６の表面の平坦化加工が可能となる。従って、ＧａＮ膜６の成長厚みｔ６ｇは、平坦化のための加工シロを確保するために、第二領域１２０の設計最大厚みより５０μｍ以上大きいことが好ましく、１００μｍ以上大きいことがより好ましい。２００μｍを超える加工シロは必要とされないのが普通である。換言すれば、薄化工程の前後におけるＧａＮ膜６の厚さ差が２００μｍ以下であることが好ましい。
例えば、ＧａＮ膜６の成長厚みｔ６ｇが第二領域１２０の設計最大厚みより５０μｍ以上大きいとき、後の薄化工程ではＧａＮ膜６の厚さが５０μｍ以上減じられる。換言すれば、薄化工程の前後におけるＧａＮ膜６の厚さ差が５０μｍ以上となる。
前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、直径が大きなウエハ、たとえば直径６インチのウエハであったとしても、ＧａＮ膜６の成長厚みｔ６ｇは５００μｍ以下に抑えることが可能である。
成長厚みｔ６ｇが小さくて済むことから、ＧａＮ膜６は比較的短時間で形成することができ、それ故に、副生物であるＮＨ４Ｃｌ（塩化アンモニウム）がＨＶＰＥ装置の排気システムを閉塞させることを心配することなく、一度に多数の第二ｃ面ＧａＮウエハ５上にＧａＮ膜６を成長させることが可能である。このことから、第三工程におけるスループットは極めて高いものとなり得る。
更に、ＧａＮ膜６の形成に要する時間が短いことは、ＨＶＰＥリアクターの洗浄とメンテナンスに関連するコストの削減にも寄与し得る。一般的に、ＨＶＰＥリアクターは、１回の成長工程の所要時間が短いときの方が劣化の進行が遅く、使用寿命が長くなる。
第三工程の後、必要に応じて、図７（ｃ）に示すように、第三工程で得た積層構造体を薄化する薄化工程が設けられる。
図７（ｃ）では、第二ｃ面ＧａＮウエハ５の厚さが初期厚みｔ５ｉから最終厚みｔ５ｆに減じられるとともに、ＧａＮ膜６の厚さが初期厚みｔ６ｉから最終厚みｔ６ｆに減じられているが、薄化工程では第二ｃ面ＧａＮウエハ５とＧａＮ膜６のいずれか一方のみが加工されてもよい。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、薄化工程において、第二ｃ面ＧａＮウエハ５とＧａＮ膜６の厚さが、該ＧａＮ基板ウエハにおける第一領域１１０および第二領域１２０の設計厚とそれぞれ一致するまで減じられる。
製造すべきＧａＮ基板ウエハ１００のオフカット方位と、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のオフカットとが同じであるときは、薄化加工時の面方位の基準として、第二ｃ面ＧａＮウエハ５の裏面（積層構造体のＮ極性面）が用いられ得る。
製造すべきＧａＮ基板ウエハ１００のオフカット方位が、第二ｃ面ＧａＮウエハ５のオフカットと異なるとき、すなわちオフカット角とオフカット方向の少なくともいずれかが異なるときは、薄化加工の前に積層構造体の結晶方位がＸ線回折装置で確認される。
薄化工程において用いる加工技法は、研削、ラッピング、ＣＭＰ、ドライエッチング、ウェットエッチング等から適宜選択することができる。
以上に説明した製造方法を用いることにより、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハ１００を歩留りよく生産することができる。
理由は、意図的にドーピングしたＧａＮ厚膜をＨＶＰＥで１ｍｍ以上の厚さに成長させる工程、および、そのように成長させたＧａＮ厚膜をスライス加工する工程が、存在しないことによる。
第一工程および第二工程では、ＧａＮ厚膜をＨＶＰＥでミリメートルオーダーの厚さに成長させてもよいが、これらの工程で成長させる第一ＧａＮ厚膜２および第二ＧａＮ厚膜４は、意図的にドーピングされないので、成長中にモホロジー異常やクラックが発生し難く、また、スライス中に割れる頻度も低い。
一方、第三工程で成長させるＧａＮ膜６には、１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上の濃度で補償不純物を含有する部分が設けられるが、ＧａＮ膜６の成長厚みは５００μｍ以下であるので、成長中にモホロジー異常やクラックが発生し難い。しかも、ＧａＮ膜６はスライス加工する必要がない。すなわち、前記した薄化工程においてスライス加工を施す必要がない。特に、第三で形成されたＧａＮ膜６はスライス加工することなく薄化工程を経ることが好ましい。
更に、以上に説明した製造方法により得られるＧａＮ基板ウエハでは、主面内におけるオフカット方位のバラツキが極めて小さくなり得る。
理由は、意図的にドーピングしていない第一ｃ面ＧａＮウエハ３上に、意図的にドーピングせずホモエピタキシャル成長される第二ＧａＮ厚膜４の反りは、極めて小さいものとなり得ること、それゆえに、その第二ＧａＮ厚膜４からスライスされる第二ｃ面ＧａＮウエハ５において、オフカット方位のバラツキが極めて小さくなり得ることにある。
上述の製造方法に含まれる第一工程～第三工程で使用し得るＨＶＰＥ装置の例を、図８を参照しつつ以下に説明する。
図８に示すＨＶＰＥ装置１０は、ホットウォール型のリアクター１１と、該リアクター内に配置されたガリウム溜め１２およびサセプター１３と、該リアクターの外部に配置された第一ヒーター１４および第二ヒーター１５を備えている。第一ヒーター１４および第二ヒーター１５は、それぞれ、リアクター１１を環状に取り囲んでいる。
リアクター１１は石英管チャンバーである。リアクター１１内には、主に第一ヒーター１４で加熱される第一ゾーンＺ１と、主に第二ヒーター１５で加熱される第二ゾーンＺ２がある。排気管ＰＥは第二ゾーンＺ２側のリアクター端に接続される。
第一ゾーンＺ１に配置されるガリウム溜め１２は、ガス入口とガス出口を有する石英容器である。
第二ゾーンＺ２に配置されるサセプター１３は、例えばグラファイトで形成される。サセプター１３を回転させる機構は任意に設けることができる。
ＨＶＰＥ装置１０でＧａＮを成長させるには、サセプター１３上にシードを置いたうえで、第一ヒーター１４および第二ヒーター１５でリアクター１１内を加熱するとともに、キャリアガスで希釈されたＮＨ３（アンモニア）をアンモニア導入管Ｐ１を通して第二ゾーンＺ２に供給し、また、キャリアガスで希釈されたＨＣｌ（塩化水素）を塩化水素導入管Ｐ２を通してガリウム溜め１２に供給する。このＨＣｌはガリウム溜め１２の中の金属ガリウムと反応し、生じたＧａＣｌ（塩化ガリウム）が塩化ガリウム導入管Ｐ３を通して第二ゾーンＺ２に運ばれる。
第二ゾーンＺ２でＮＨ３とＧａＣｌが反応し、生じるＧａＮがサセプター１３上に置かれたシード上で結晶化する。
成長するＧａＮを意図的にドープするときは、キャリアガスで希釈されたドーピングガスをドーパント導入管Ｐ４を通してリアクター１１内の第二ゾーンＺ２に導く。
アンモニア導入管Ｐ１、塩化水素導入管Ｐ２、塩化ガリウム導入管Ｐ３およびドーパント導入管Ｐ４は、リアクター１１内に配置される部分が石英で形成される。
ＮＨ３、ＨＣｌおよびドーピングガスのそれぞれを希釈するキャリアガスには、Ｈ２（水素ガス）、Ｎ２（窒素ガス）またはＨ２とＮ２の混合ガスが好ましく用いられる。
ＨＶＰＥ装置１０を用いてＧａＮを成長させるときの好ましい条件は、次の通りである。
ガリウム溜めの温度は、例えば５００～１０００℃であり、好ましくは７００℃以上、また、好ましくは９００℃以下である。
サセプター温度は、例えば９００～１１００℃であり、好ましくは９３０℃以上、より好ましくは９５０℃以上であり、また、好ましくは１０５０℃以下、より好ましくは１０２０℃以下である。
リアクター内のＮＨ３分圧とＧａＣｌ分圧との比であるＶ／ＩＩＩ比は、例えば１～２０であり、好ましくは２以上、より好ましくは３以上であり、また、好ましくは１０以下である。
Ｖ／ＩＩＩ比は大き過ぎても小さ過ぎても、ＧａＮの成長表面のモホロジーが悪化する原因となる。成長表面のモホロジー悪化は、結晶品質の低下の原因となり得る。
ある種の不純物では、ＧａＮ結晶への取り込み効率が、成長表面の結晶方位に強く依存する。成長表面のモホロジーが良好でない条件で成長させたＧａＮ結晶の内部では、かかる不純物の濃度の均一性が低下する。これは、モホロジーの悪い成長表面には、様々な方位のファセットが存在することによる。
ＧａＮ結晶への取り込み効率が成長表面の結晶方位によって明らかに異なる不純物の典型例はＯ（酸素）である。Ｏはドナー不純物であることから、その濃度の均一性の低下は、比抵抗の均一性の低下につながる。
その他として、低過ぎるＶ／ＩＩＩ比の使用は、成長するＧａＮ結晶の窒素空孔濃度を増加させる。窒素空孔がＧａＮ結晶やそれを用いたＧａＮ基板、あるいはそのＧａＮ基板上に形成される窒化物半導体デバイスに与える影響は今のところ明らかではないが、点欠陥であることから、濃度はできるだけ低くすべきと考えられる。
ＧａＮの成長レートは、好ましくは４０～２００μｍ／ｈであり、リアクター内のＮＨ３分圧とＧａＣｌ分圧の積をパラメータとして制御することができる。高過ぎる成長レートは成長するＧａＮの表面モホロジーを悪化させる。
前述の第三工程でＧａＮ膜６をドーピングするときは、成長表面のモホロジー悪化を防ぐために、ドーピングガスの供給レートを、供給開始から数分ないし数十分かけて徐々に所定値まで増加させることが好ましい。
同じ理由から、ドーピングガスの供給は、ＧａＮ膜６を少なくとも数μｍ成長させた時点で開始することが好ましい。
ＧａＮ膜６に補償不純物を含有させる方法は限定されるものではないが、通常、ドーピングガスをＨＶＰＥ装置内に導入する方法が採用される。
Ｃドーピングのためのドーピングガスには、例えばＣＨ４（メタン）のような炭化水素ガスを用いることができる。
Ｆｅドーピングのためのドーピングガスには、例えば、気化させた塩化鉄を用いることができる。塩化鉄蒸気は、キャリアガス流通下で加熱した金属鉄にＨＣｌを接触させる方法で発生させ得る他、キャリアガス流通下で加熱して気化させたフェロセン（ビス（シクロペンタジエニル）鉄）を、ドーパント導入管内でＨＣｌと反応させる方法で発生させ得る。ここでフェロセンは、鉄を含有する他の有機化合物に置換してもよい。
Ｍｎドーピングのためのドーピングガスには、例えば、導入管内に金属Ｍｎを設置し、これを加熱するとともにキャリアガス等のフローによって用いることができる。
他の遷移金属元素をＧａＮに添加するときも、当該遷移金属元素の蒸気、或いは当該遷移金属元素の塩化物の蒸気をドーピングガスとして用いることができる。
ＨＶＰＥ装置１０を用いて成長されるＧａＮは、意図的にドーピングしないときであっても、ＯおよびＳｉをＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）で検出可能な濃度で含有し得る。Ｓｉ源は、リアクターやリアクター内の配管に用いられる石英（ＳｉＯ２）であり、Ｏ源は、かかる石英と、リアクター内に残留または侵入した水分の、いずれかまたは両方である。
図８では図示が省略されている部品を含め、リアクター１１内に配置される部品には、石英とカーボンの他に、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＳｉＮｘ（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、アルミナ、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などで形成されたものを用いることができる。そうすることで、ＨＶＰＥ装置１０を用いて成長されるＧａＮにおける、Ｓｉ、ＯおよびＨを除く不純物元素の濃度は、意図的なドーピングをしない限り、独立して５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下とし得る。
以下に実施例を示し、本発明を更に具体的に説明する。但し、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で種々の応用が可能である。
［実施例］
＜第一ｃ面ＧａＮウエハの作成（第一工程）＞
まずＧａＮシードをＨＶＰＥ装置のサセプター上にセットした。ＧａＮシードとしては、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相成長法）により作製したサファイア上のＧａＮテンプレート基板を用い、ｃ面側を成長面とした。
＜第二ｃ面ＧａＮウエハの作成（第二工程）＞
次いで、Ｎ２、Ｈ２およびＮＨ３を、それぞれの分圧が０．６７ａｔｍ、０．３１ａｔｍおよび０．０２ａｔｍとなるようにリアクター内に供給しながら、リアクターの外側に設置したヒーターによってリアクター内を加熱した。
サセプター温度が１０００℃に到達した後は、サセプター温度を一定に保持し、ＧａＮを成長させた。ガリウム溜めの温度は９００℃に設定した。成長時にリアクター内に供給するキャリアガスは６９モル％をＨ２とし、残りをＮ２とした。
ＧａＣｌおよびＮＨ３をそれぞれの分圧が７．９×１０－３ａｔｍおよび０．０２４ａｔｍとなるようにリアクター内に供給し、ドナー不純物を含有していない第二ＧａＮ厚膜を約２．５ｍｍの厚さに成長させた。厚さと成長時間から算出した第二ＧａＮ厚膜の成長レートは約４０μｍ／ｈであった。
次いで、このＧａＮ厚膜をｃ面に平行にスライスしてウエハを得た後、該ウエハのＧａ極性面に、研削による平坦化とそれに続くＣＭＰ仕上げを施した。該ウエハのＮ極性面側のスライスダメージは、エッチングにより除去した。更に、ウエハをカットすることにより、厚さ４００μｍのドナー不純物を含有していない第二ｃ面ＧａＮウエハを作製した。得られたウエハの転位密度は、約２×１０６～４×１０６ｃｍ－２であった。
なお、成長時間を長くすることにより第二ＧａＮ厚膜の厚さを厚くすれば、第二ｃ面ＧａＮウエハを２枚以上得ることができる。
＜ＧａＮ基板の作製（第三工程）＞
前記第二ｃ面ＧａＮウエハをシードとして、ｃ面側を成長面としてＨＶＰＥ装置のサセプター上にセットした。
次いで、Ｎ２およびＮＨ３を、それぞれの分圧が０．８４ａｔｍおよび０．１６ａｔｍとなるようにリアクター内に導入しながらリアクターの外側に設置したヒーターによってリアクター内を加熱した。
ガリウム溜めの温度が９００℃、サセプター温度が１０３０℃に到達した後は、サセプター温度を一定に保持し、ＧａＣｌおよびＮＨ３をそれぞれの分圧が０．０１３ａｔｍおよび０．１６ａｔｍとなるように供給することにより、ＧａＮ結晶の成長を開始させた。成長中に供給するキャリアガスはＮ２のみとした。
Ｆｅドーピングは、成長開始から１分後にＨＣｌを９．４×１０－４ａｔｍで金属Ｆｅが設置してあるドーパント導入管に流し始めることで開始した。ドナー不純物としてＦｅをドープしたＧａＮ膜を約０．４ｍｍの厚さに成長させた。ＦｅドープＧａＮ結晶層の成長レートは１．６μｍ／ｍｉｎであった。
ＧａＮ膜の表面全域を微分干渉顕微鏡で観察し、ピットやクラック等の表面欠陥が発生していないことを確認した。
仮に上記と同様の成長条件でＧａＮ膜を０．８ｍｍ程度まで成長させた場合は、装置構成部材の劣化起因によるイレギュラーな落下物等の影響により、結晶表面にピットが発生することがある。ピットを構成する結晶面は、酸素やシリコンといった導電性を発現するドナー不純物を高濃度に取り込むため、結晶表面で抵抗率の異なる箇所が発生する問題が起こり得る。また、補償不純物を高濃度でドーピングするとＧａＮ膜に応力を発生させる傾向があり、これは成長厚みが厚くなるほど顕著になる。ＧａＮ膜中に蓄積した応力は、転位やクラックなどの欠陥を発生させ得る。本実施例では、ＧａＮ膜（ＦｅドープＧａＮ結晶層）の成長厚みが約０．４ｍｍに留めたことが奏功したと考えられる。成長厚みを厚くする場合には、補償不純物のドーピング濃度を低下させることや、装置の改善、製造条件の改善等の対応により上記の転位やクラックなどの欠陥を抑制することができる。
約０．４ｍｍの厚さに成長させたＧａＮ膜の面はスライスすることなく、おもて面（ＧａＮ膜の側）及び裏面（第二ｃ面ＧａＮウエハの側）をそれぞれ研削、研磨することによって仕上げ、全体の厚さが４００μｍで、直径約５０ｍｍのＦｅドープＧａＮ基板ウエハを作製した。
得られたＧａＮ基板ウエハは、再成長界面を有し、Ｎ極性側に厚さ１００μｍ厚の第一領域（第二ｃ面ＧａＮウエハに相当）、Ｇａ極性側に厚さ３００μｍ厚の第二領域（ＧａＮ膜に相当）を有する２層基板である。
作製したＦｅドープＧａＮ基板ウエハの不純物濃度をＳＩＭＳで測定したところ、Ｆｅが６．４×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、Ｓｉが１．９×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、Ｏが２．０×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３、Ｃが７．１×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３であった。
作製したＦｅドープＧａＮ基板の表面から適当に５箇所を選び、各箇所における転位密度を、カソードルミネセンスで１００μｍ×１００μｍの正方形領域中に観察される暗点の数から求めたところ、約２×１０６～３×１０６ｃｍ－２であり、シードに用いた単結晶ＧａＮ（０００１）基板の転位密度と同等であった。
二重リング法による抵抗率の評価
作製したＦｅドープＧａＮ基板の抵抗率を二重リング法により測定した結果、室温抵抗率は、７×１０１１Ωｃｍであった。
以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。
１ シードウエハ
２ 第一ＧａＮ厚膜
３ 第一ｃ面ＧａＮウエハ
４ 第二ＧａＮ厚膜
５ 第二ｃ面ＧａＮウエハ
６ ＧａＮ膜
６ａ 特定ドープ領域
１０ ＨＶＰＥ装置
１１ リアクター
１２ ガリウム溜め
１３ サセプター
１４ 第一ヒーター
１５ 第二ヒーター
１００ ＧａＮ基板ウエハ
１０１ Ｎ極性面
１０２ Ｇａ極性面
１０３ 再成長界面
１１０ 第一領域
１２０ 第二領域
１２０ａ 主ドープ領域
２００ エピタキシャル膜
２１０ アンドープＧａＮチャネル層
２２０ アンドープＡｌＧａＮキャリア供給層

Claims (53)

  1. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上であり、
    前記第一領域が、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしている、ＧａＮ基板ウエハ。
    （ａ）Ｓｉ濃度が５×１０ １６ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上である。
    （ｂ）Ｏ濃度が３×１０ １６ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以下である。
    （ｃ）Ｈ濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以下である。
  2. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第一領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度よりも低い、ＧａＮ基板ウエハ。
  3. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第一領域において、Ｓｉ、ＯおよびＨ以外の不純物元素の濃度が、独立して５×１０
    １５ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以下である、ＧａＮ基板ウエハ。
  4. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、
    前記主ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、ＧａＮ基板ウエハ。
  5. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、
    前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、ＧａＮ基板ウエハ。
  6. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、
    前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、ＧａＮ基板ウエハ。
  7. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、
    前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、前記特定長が５０μｍより大きい、ＧａＮ基板ウエハ。
  8. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、
    前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、前記特定長が前記
    第二領域の最小厚さの５０％以上である、ＧａＮ基板ウエハ。
  9. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    前記第二領域の最小厚さが３００μｍ以下である、ＧａＮ基板ウエハ。
  10. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
    再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた最小厚さを有する第二領域とを有し、
    該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
    該第二領域の少なくとも一部において補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であり、
    Ｇａ極性側の主面が平坦面であり、該Ｇａ極性側の主面に対し前記再成長界面が傾斜している、ＧａＮ基板ウエハ。
  11. 前記第一領域が、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしている、請求項２～１０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
    （ａ）Ｓｉ濃度が５×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である。
    （ｂ）Ｏ濃度が３×１０１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
    （ｃ）Ｈ濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である。
  12. 前記第一領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度よりも低い、請求項１および３～１０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  13. 前記第一領域において、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３未満である、請求項１～１２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  14. 前記第一領域において、Ｓｉ、ＯおよびＨ以外の不純物元素の濃度が、独立して５×１０１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、請求項１、２および４～１０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  15. 以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、請求項１～１４のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
    （１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
    （２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
    （３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
  16. 前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有する、請求項１～３、９および１０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  17. 前記主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、請求項４～８および１６のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  18. 前記主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、請求項４～８、１６および１７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  19. 前記主ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、請求項５～８および１６～１８に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  20. 前記主ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、請求項４～８および１６～１９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  21. 前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、請求項４～８および１６～２０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  22. 前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、請求項４、６～８および１６～２１のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  23. 前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項４～５、７、８および１６～２２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  24. 前記特定長が５０μｍより大きい、請求項５、８および２２に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  25. 前記特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、請求項５、７および２２に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  26. 前記第二領域における補償不純物の総濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、請求項１～２５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  27. 前記第二領域の最小厚さが３００μｍ以下である、請求項１～８および１０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  28. Ｇａ極性側の主面が平坦面である、請求項１～２７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  29. Ｇａ極性側の主面に対し前記再成長界面が傾斜している、請求項１～９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  30. 前記第二領域における前記再成長界面が傾斜している方向の一方端と他方端との間の厚さ差が２００μｍを超えない、請求項２９に記載のＧａＮ基板ウエハ。
  31. 請求項１～３０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハと、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層と、を有するエピタキシャルウエハ。
  32. 請求項１～３０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させる工程と、を有するエピタキシャルウエハの製造方法。
  33. 請求項１～３０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ
    基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させてエピタキシャルウエハを得る工程と、該エピタキシャルウエハの少なくとも一部において、前記ＧａＮ基板ウエハの前記第一領域を除去する工程と、を有する窒化物半導体デバイスの製造方法。
  34. 基板上に、（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜をＨＶＰＥにより成長させた後、該第二ＧａＮ厚膜をスライスすることにより第二ｃ面ＧａＮウエハを得る第二工程と、
    該第二ｃ面ＧａＮウエハ上に、（０００１）配向した厚さ５０μｍより大きいＧａＮ膜をＨＶＰＥにより成長させる第三工程とを有し、かつ、
    該ＧａＮ膜は、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である部分が設けられ、
    該ＧａＮ膜の厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  35. 再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有する、ＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
    （i）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ
    厚膜を、シードウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第一ＧａＮ厚膜を加工して少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハを得る第一工程、
    （ii）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜を、第一工程で得た第一ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第二ＧａＮ厚膜から第二ｃ面ＧａＮウエハをスライスする第二工程、ならびに、
    （iii）厚さが５０μｍより大きく（０００１）配向したＧａＮ膜を、第二工程で得た第
    二ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第三工程を有すること、該第三工程で成長させるＧａＮ膜には、補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である部分が設けられること、および、該ＧａＮ膜の厚さが３００μｍ以下であることを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  36. 再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有する、ＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
    （i）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ
    厚膜を、シードウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第一ＧａＮ厚膜を加工して少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハを得る第一工程、
    （ii）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜を、第一工程で得た第一ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第二ＧａＮ厚膜から第二ｃ面ＧａＮウエハをスライスする第二工程、ならびに、
    （iii）厚さが５０μｍより大きく（０００１）配向したＧａＮ膜を、第二工程で得た第
    二ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第三工程を有すること、該第三工程で成長させるＧａＮ膜には、補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上である部分が設けられること、および、該ＧａＮ膜が、ｃ軸方向の領域長が２０μｍ以上であり、かつ、領域内の補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上であることを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  37. 再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有する、ＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
    （i）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第一ＧａＮ
    厚膜を、シードウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第一ＧａＮ厚膜を加工して少なくとも１枚の第一ｃ面ＧａＮウエハを得る第一工程、
    （ii）意図的にドーピングされていないＧａＮからなり（０００１）配向した第二ＧａＮ厚膜を、第一工程で得た第一ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させるとともに、該第二ＧａＮ厚膜から第二ｃ面ＧａＮウエハをスライスする第二工程、
    （iii）厚さが５０μｍより大きく（０００１）配向したＧａＮ膜を、第二工程で得た第
    二ｃ面ＧａＮウエハ上にＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第三工程を有すること、および、該第三工程で成長させるＧａＮ膜には、補償不純物の総濃度が１×１０ １７ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ３ 以上である部分が設けられること、並びに、
    前記第三工程の後に、前記積層構造体を薄化する薄化工程を有することを特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  38. 前記ＧａＮ膜の厚さが３００μｍ以下である、請求項３６または３７に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  39. 前記ＧａＮ基板ウエハが、以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、請求項３５～３８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
    （１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
    （２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
    （３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
  40. 前記ＧａＮ膜が、ｃ軸方向の領域長が２０μｍ以上であり、かつ、領域内の補償不純物の総濃度が１×１０１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、特定ドープ領域を有する、請求項３５または３７に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  41. 前記特定ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以上である、請求項３６または４０に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  42. 前記特定ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、請求項３６、４０および４１のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  43. ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内の補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項３６および４０～４２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  44. 前記領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、請求項３６および４０～４３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  45. 前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記第二ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、請求項３６および４０～４４のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  46. 前記特定ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、請求項３６および４０～４５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  47. 前記特定ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、請求項３６および４０～４６のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  48. 前記ＧａＮ膜における補償不純物の総濃度が５×１０１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ３以下である、請求項３５～４７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  49. 前記第三工程の後に、前記積層構造体を薄化する薄化工程を有する、請求項３５、３６および３８～４８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  50. 前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が５０μｍ以上である、請求項３７または４９に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  51. 前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が２００μｍ以下である、請求項３７、４９および５０のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  52. 前記ＧａＮ基板ウエハのオフカット方位が、前記第二ｃ面ＧａＮウエハのオフカット方位と異なる、請求項３７および４９～５１のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
  53. 前記第三工程で前記ＧａＮ膜を成長させる前に、前記第二工程で前記第二ＧａＮ厚膜からスライスされた前記第二ｃ面ＧａＮウエハのＧａ極性側の主面が平坦化される平坦化工程、更にエッチングにより粗化される粗化工程を有する、請求項３４～５２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
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