WO2023209867A1

WO2023209867A1 - Ｉｉｉ－ｖ族化合物半導体単結晶基板およびその製造方法

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Publication number: WO2023209867A1
Application number: PCT/JP2022/019084
Authority: WO
Inventors: 正崇佐田野; 一暁鴻池; 拓弥柳澤; 克司橋尾
Original assignee: 住友電気工業株式会社
Priority date: 2022-04-27
Filing date: 2022-04-27
Publication date: 2023-11-02
Also published as: TW202342834A

Abstract

ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有し、リン化インジウム単結晶基板であり、かつ下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有する。上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、上記波源は、上記主表面に位置しない。　処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、前記主表面を水平に配置するとともに、前記主表面へ向けて前記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置から５００Ｗの反射型白熱電球の光を１時間以上２時間以下照射

Description

ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板およびその製造方法

　本開示は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板およびその製造方法に関する。

　特開２０１２－２３６７７０号公報（特許文献１）および国際公開第２００４／１０６５９７号（特許文献２）は、リン化インジウム単結晶基板などのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を開示している。特開２０１９－０４３７８８号公報（特許文献３）は、化合物半導体単結晶基板等の原料となる化合物半導体単結晶を垂直ブリッヂマン法などの所謂ＶＢ法を用いて成長させる方法について開示している。一般に、上記のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶、ヒ化ガリウム単結晶などのＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を円盤状に切り出すこと（以下、上記の切り出しを「スライス加工」とも記す）によって製造されている。

特開２０１２－２３６７７０号公報国際公開第２００４／１０６５９７号特開２０１９－０４３７８８号公報

　本開示に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶基板であり、上記リン化インジウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を１時間以上２時間以下照射。

　本開示に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、ヒ化ガリウム単結晶基板であり、上記ヒ化ガリウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を５分以上２０分以下照射。

　本開示に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法は、結晶成長装置を用いるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法であって、種結晶と原料融液とを接触させ、上記種結晶の上記原料融液側に結晶固体を成長させることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を得る工程と、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を切り出すことにより、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得る工程とを含み、上記結晶成長装置は、円筒状の坩堝と、上記坩堝を加熱する発熱体とを少なくとも備え、上記坩堝は、その底部に上記種結晶が収容され、かつ上記坩堝内の上記種結晶よりも上部に上記原料融液が収容され、上記結晶固体と上記原料融液との界面は、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有する。

図１は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に対し、光を用いたエッチング処理を行うことによって上記主表面上で視認される波紋様パターンと該波紋様パターンの波源位置を説明する説明図である。図２は、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に対し、光を用いたエッチング処理を行うことによって上記主表面上で視認される波紋様パターンと該波紋様パターンの波源位置を説明する説明図である。図３は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪を、主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表した説明図である。図４は、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪を、主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表した説明図である。図５は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の転位密度を求める目的で上記主表面上に設定される６９箇所の測定点を説明する説明図である。図６は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、図１に示した波紋様パターン、および図５に示した６９箇所の測定点を利用することによって主表面に存する転位の非対称度を求める方法について説明する説明図である。図７は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置を模式的に説明する模式図である。図８は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

　［本開示が解決しようとする課題］
　特許文献１～２に開示されるような化合物半導体単結晶基板をスライス加工により得るプロセスにおいて、より厳格な歩留まりが要求される場合があった。具体的には、化合物半導体単結晶に対しスライス加工を実行する際に、上記基板が割れたり欠けたりする所謂割れ不良が発生する場合があり、上記割れ不良となる確率（以下、「割れ不良率」とも記す）を低減させることが要請された。その場合、特許文献１～２に開示されるようなＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、割れ不良率の低減の観点から改善の余地があった。

　上記実情に鑑み、本開示は、割れ不良率が低減されたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板、およびその製造方法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、割れ不良率が低減されたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板、およびその製造方法を提供することができる。

　［実施形態の概要］
　まず、本開示の実施形態の概要について説明する。本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討を重ね、本開示を完成させた。具体的には、縦型ボート法などの所謂ＶＢ法を用い、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を結晶成長装置の坩堝中で成長させる方法として、次の方法を採用した。すなわち、種結晶の原料融液側に成長させる結晶固体と上記原料融液との界面を、従来のように水平とはせずに、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有するようにした。このような方法を用いた場合、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板をスライス加工により得る際の割れ不良率が低減されることを知見した。さらに上記方法を採用して得たＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に対し、所定のエッチング処理を実行して得られる波紋様パターンの波源が、従来のそれと異なって主表面に位置しないことを知見し、本開示に到達した。

　次に、本開示の実施態様を列記して説明する。
　［１］本開示の一態様に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶基板であり、上記リン化インジウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を１時間以上２時間以下照射。

　このような特徴を備えるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であるリン化インジウム単結晶基板は、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［２］上記リン化インジウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径を有するリン化インジウム単結晶基板に対し、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［３］上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上２０００ｃｍ^-2以下であることが好ましい。これにより、主表面の全面にわたって転位密度がより低減したリン化インジウム単結晶基板を提供することができる。

　［４］上記主表面に存する転位の非対称度は、１．８以上であり、上記非対称度は、上記主表面を、上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ上記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割し、上記第１領域および上記第２領域それぞれにおいて、上記主表面の中心を通り、かつ上記第１直線に対し垂直に交わる仮想の第２直線上に、上記主表面の中心から離れる方向に５ｍｍ以上のピッチで２点以上の１ｍｍ²の面積を有する正方形の測定点を設定し、上記測定点において上記転位の数を測定するとともに、その測定結果から上記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換し、上記第１領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値から、上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値を減算することにより得た数値の絶対値を、上記第１領域内および上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値で除算することにより算定されることが好ましい。これにより、スライス加工時の割れ不良率をより低減することができる。

　［５］本開示の一態様に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、ヒ化ガリウム単結晶基板であり、上記ヒ化ガリウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を５分以上２０分以下照射。

　このような特徴を備えるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であるヒ化ガリウム単結晶基板は、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［６］上記ヒ化ガリウム単結晶基板の直径は、７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより、７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下の直径を有するヒ化ガリウム単結晶基板に対し、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［７］上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上５０ｃｍ^-2以下であることが好ましい。これにより、主表面の全面にわたって転位密度がより低減したヒ化ガリウム単結晶基板を提供することができる。

　［８］上記主表面に存する転位の非対称度は、２．０以上であり、上記非対称度は、上記主表面を、上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ上記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割し、上記第１領域および上記第２領域それぞれにおいて、上記主表面の中心を通り、かつ上記第１直線に対し垂直に交わる仮想の第２直線上に、上記主表面の中心から離れる方向に５ｍｍ以上のピッチで２点以上の１ｍｍ²の面積を有する正方形の測定点を設定し、上記測定点において上記転位の数を測定するとともに、その測定結果から上記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換し、上記第１領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値から、上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値を減算することにより得た数値の絶対値を、上記第１領域内および上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値で除算することにより算定されることが好ましい。これにより、スライス加工時の割れ不良率をより低減することができる。

　［９］上記主表面は、｛１００｝面から０°以上１５°以下のオフ角を有する面であることが好ましい。これにより上記主表面を、電気的特性および光学的特性に優れる面とすることができる。もって電気的特性および光学的特性に優れる面を主表面としたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［１０］上記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪の平均値は、３．５×１０^-5以下であることが好ましい。これにより、スライス加工時の割れ不良率をより十分に低減することができる。

　［１１］上記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪は、上記主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から上記波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において、上記原点を中心としたｎ回対称となる分布を有さず、上記ｎは、２以上の整数であることが好ましい。これにより、スライス加工時の割れ不良率をより十分に低減することができる。

　［１２］上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の導電型は、電子吸引型であることが好ましい。これにより導電型が電子吸引型（以下、「ｎ型」とも記す）であるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［１３］上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、上記リン化インジウム単結晶基板である場合には不純物原子としてスズまたは硫黄を含み、上記ヒ化ガリウム単結晶基板である場合には不純物原子としてケイ素を含むことが好ましい。これにより、不純物原子としてスズまたは硫黄を含むリン化インジウム単結晶基板、および不純物原子としてケイ素を含むヒ化ガリウム単結晶基板それぞれにおいて、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　［１４］上記不純物原子の原子濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることが好ましい。これにより、適切な濃度で導電型がｎ型となる不純物原子を含むＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を提供することができる。

　［１５］上記不純物原子は、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板中で上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に一様に変化する濃度分布を示すことが好ましい。これにより、導電型がｎ型であるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、スライス加工時の割れ不良率をより低減することができる。

　［１６］本開示の一態様に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法は、結晶成長装置を用いるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法であって、種結晶と原料融液とを接触させ、上記種結晶の上記原料融液側に結晶固体を成長させることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を得る工程と、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を切り出すことにより、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得る工程とを含み、上記結晶成長装置は、円筒状の坩堝と、上記坩堝を加熱する発熱体とを少なくとも備え、上記坩堝は、その底部に上記種結晶が収容され、かつ上記坩堝内の上記種結晶よりも上部に上記原料融液が収容され、上記結晶固体と上記原料融液との界面は、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有する。このような特徴を備えるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法により、スライス加工時の割れ不良率が低減したＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得ることができる。

　［実施形態の詳細］
　以下、本開示に係る一実施形態（以下、「本実施形態」とも記す）についてさらに詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。以下では図面を参照しながら説明する場合があるが、本明細書および図面において同一または対応する要素に同一の符号を付すものとし、それらについて同じ説明は繰り返さない。また図面においては、各構成要素を理解しやすくするために縮尺を適宜調整して示しており、図面に示される各構成要素の縮尺と実際の構成要素の縮尺とは必ずしも一致しない。

　本明細書において「Ａ～Ｂ」という形式の表記は、範囲の上限下限（すなわちＡ以上Ｂ以下）を意味し、Ａにおいて単位の記載がなく、Ｂにおいてのみ単位が記載されている場合、Ａの単位とＢの単位とは同じである。さらに、本明細書において化合物などを化学式で表す場合、原子比を特に限定しないときは従来公知のあらゆる原子比を含むものとし、必ずしも化学量論的範囲のもののみに限定されるべきではない。

　本明細書において、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の「主表面」とは、上記基板における円形状の２つの面の両方を意味する。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板においては、この２つの面の少なくともどちらかが本開示に係る請求の範囲を満たす場合、本発明の範囲に属するものとなる。さらにＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が「５０ｍｍ」であると記す場合、上記直径は５０ｍｍ前後（５０～５０．８ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは２インチであることを意味する。上記直径が「７５ｍｍ」であると記す場合、上記直径は７５ｍｍ前後（７５～７６．５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは３インチであることを意味する。上記直径が「１００ｍｍ」であると記す場合、上記直径は１００ｍｍ前後（９５～１０５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは４インチであることを意味する。上記直径が「１５０ｍｍ」であると記す場合、上記直径は１５０ｍｍ前後（１４５～１５５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは６インチであることを意味する。上記直径が「２００ｍｍ」であると記す場合、上記直径は２００ｍｍ前後（１９５～２０５ｍｍ程度）であることを意味し、あるいは８インチであることを意味する。なお上記直径は、ノギス等の従来公知の外径測定器を用いることにより測定することができる。

　上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、後述するように「円形」の主表面を有する。本明細書において当該主表面の形状を表す「円形」には、幾何学的な円形状が含まれるほか、ノッチ、オリエンテーションフラット（以下、「ＯＦ」とも記す）またはインデックスフラット（以下、「ＩＦ」とも記す）の少なくともいずれかが形成されることにより、主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状が含まれる。つまり「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」とは、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分のうち、上記ノッチ、ＯＦおよびＩＦ上の任意の点から主表面の中心まで延びる線分において長さが短くなる場合の形状を意味する。換言すれば、本明細書において主表面は、上記ノッチ、ＯＦおよびＩＦが形成される前の形状に基づいて、その形状が「円形」であるというものとする。このため当該主表面の中心および上記基板の直径については、上記ノッチ、ＯＦおよびＩＦ等が形成される前の円形状に基づいて、その位置および大きさ（長さ）を求めるものとする。なお「主表面が幾何学的な円形状を形成しない場合の形状」には、主表面の外周上の任意の点から上記主表面の中心まで延びる線分すべての長さが、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板として切り出される前のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の形状に起因して、同一になるとは限らない場合の形状も含まれる。この場合、主表面の中心については、重心の位置をいい、上記基板の直径については、上記基板の外周上の任意の点から上記主表面の上記中心まで延びる線分のうち、最長となる線分の長さをいうものとする。

　本明細書中の結晶学的記載においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また結晶学上の指数が負であることは、通常、“－（バー）”を数字の上に付すことによって表現されるが、これを本明細書において表記する場合、数字の前に負の符号を付するものとする。

　〔ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板〕
　＜第１実施形態：リン化インジウム単結晶基板（ＩｎＰ基板）＞
　本実施形態、たとえば第１実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有する。とりわけ上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶基板（以下、「ＩｎＰ基板」とも記す）である。上記ＩｎＰ基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有する。上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンである。さらに上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を１時間以上２時間以下照射。

　このような特徴を備えるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であるＩｎＰ基板は、上記波紋様パターンの波源が主表面に位置しないことにより、スライス加工における割れ不良率を低減することができる。

　上記ＩｎＰ基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径を有するＩｎＰ基板に対し、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。直径が５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下であるＩｎＰ基板とは、具体的には、直径が５０ｍｍ、７５ｍｍ、１００ｍｍまたは１５０ｍｍであるＩｎＰ基板をいうことが好ましく、換言すれば直径が２インチ、３インチ、４インチまたは６インチであるＩｎＰ基板をいうことが好ましい。なお上記のとおりＩｎＰ基板の直径は、ノギス等の従来公知の外径測定器を用いることにより測定することができる。

　＜第２実施形態：ヒ化ガリウム単結晶基板（ＧａＡｓ基板）＞
　本実施形態、たとえば第２実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、円形の主表面を有する。とりわけ上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、ヒ化ガリウム単結晶基板（以下、「ＧａＡｓ基板」とも記す）である。上記ＧａＡｓ基板は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有する。上記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンである。さらに上記波源は、上記主表面に位置しない。
処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を５分以上２０分以下照射。

　このような特徴を備えるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であるＧａＡｓ基板は、上記波紋様パターンの波源が主表面に位置しないことにより、スライス加工における割れ不良率を低減することができる。

　上記ＧａＡｓ基板の直径は、７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下であることが好ましい。これにより７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下の直径を有するＧａＡｓ基板に対し、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。直径が７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下であるＧａＡｓ基板とは、具体的には、直径が７５ｍｍ、１００ｍｍ、１５０ｍｍまたは２００ｍｍであるＧａＡｓ基板をいうことが好ましく、換言すれば直径が３インチ、４インチ、６インチまたは８インチであるＧａＡｓ基板をいうことが好ましい。なお上記のとおりＧａＡｓ基板の直径は、ノギス等の従来公知の外径測定器を用いることにより測定することができる。

　＜主表面＞
　本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、上述のように円形の主表面を有する。さらに上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板）は、下記処理を施すことにより上記主表面上で視認される波紋様パターンを有する。具体的には、上記波紋様パターンは、酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記主表面を水平に配置するとともに、上記主表面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置から５００Ｗの反射型白熱電球の光を、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板が上記リン化インジウム単結晶基板である場合には１時間以上２時間以下、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板が上記ヒ化ガリウム単結晶基板である場合には１０分以上２０分以下照射する処理（以下、「光を用いたエッチング処理」とも記す）により、上記主表面上で視認される。つまり上記波紋様パターンは、上記主表面に対して光を用いたエッチング処理を行うことによって初めて上記主表面上に現れるパターンである。

　（波紋様パターンおよび該波紋様パターンの波源位置）
　上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、上述のように波紋様パターンを有する。上記波紋様パターンは、上述のように主表面に対して光を用いたエッチング処理を行うことにより、上記主表面上で視認されるものである。図１は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に対し、光を用いたエッチング処理を行うことによって上記主表面上で視認される波紋様パターンと該波紋様パターンの波源位置を説明する説明図である。本明細書において「波紋様パターン」とは、水面に物体が落ちたときなどに表れ、幾重にも輪を描いて広がる波の模様（所謂波紋）に例えることができるパターンをいう。さらに上記波紋様パターンの「波源」とは、上記波紋様パターンの波が発生する起点または発生源をいう。図１に示すように、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００の主表面Ｓ上に現れる波紋様パターンＰは、波源Ｏから同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターン、すなわち同方向に湾曲する円弧が幾重にも連なるパターンである。さらに図１に示すように、上記波紋様パターンＰの波源Ｏは、主表面Ｓに位置しない。

　このような波紋様パターンＰを有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００においてスライス加工時の割れ不良率が低減される理由は、その詳細は不明ながら次のような要因に基づくものと推定される。まず、上述のような光を用いたエッチング処理によって主表面上で視認される波紋様パターンＰは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００にドーパント等として添加される不純物原子の濃度の多寡に対応するパターンであると考えられる。換言すれば、上記波紋様パターンＰは、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００に含まれる上記不純物原子が可視化された像であると考えることができる。

　図２は、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に対し、光を用いたエッチング処理を行うことによって上記主表面上で視認される波紋様パターンと該波紋様パターンの波源位置を説明する説明図である。図２に示すように、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１において、光を用いたエッチング処理によって主表面Ｓ上で視認される波紋様パターンＰは通常、その波源Ｏが主表面Ｓの中心または中心近傍に位置し、当該波源Ｏから同心円状に広がる波紋に相当するパターンとなる。このようなＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１は、その原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を結晶成長装置に備わる坩堝中で成長させる過程において、種結晶の原料融液側に成長させる結晶固体と上記原料融液との界面を水平（または略水平）とすることにより達成される。この場合、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１に含まれる不純物原子は、上述したような波紋様パターンＰに対応し、主表面Ｓの中心または中心付近から同心円状に広がるような分布を示す。このとき、上記不純物原子に基づいてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１に発生する歪（以下、「残留歪」とも記す）は、上記波源Ｏを原点とした極座標で表すと、上記波源を中心とした点対称（具体的には、４回対称）となる分布を示す（図４参照）。これにより従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１は、上記残留歪の応力が上記基板上で解放され難いことが理解される。したがって上記残留歪の応力は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶から上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１０１を得るためのスライス加工時等に解放されやすくなるため、上記基板の割れがある程度の割合で発生するものと考えられる。

　一方、図１に示すように本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００において上記波紋様パターンＰは、主表面Ｓの外側に波源Ｏを有する。つまり波源Ｏは、主表面Ｓに位置しない。このため本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の波紋様パターンＰは、波源Ｏから同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターン、すなわち同方向に湾曲する円弧が幾重にも連なるパターンとなる。このようなＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００は、その原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を結晶成長装置に備わる坩堝中で成長させる過程において、たとえば後述する〔ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法〕の項目で例示するように、種結晶の原料融液側に成長させる結晶固体と上記原料融液との界面が、水平とはならずに、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有することにより達成される。この場合、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００に含まれる不純物原子は、上述したような波紋様パターンＰに対応して主表面Ｓにおいて同方向に湾曲する円弧が幾重にも連なるような分布を示す。このとき、上記不純物原子に基づいてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００に発生する残留歪は、上記主表面Ｓの中心を原点とした極座標で表すと、上記原点を中心とするｎ回対称（但し、ｎは２以上の整数）となる分布を示さず、単に１回対称となる分布、とりわけ略鏡像対称となる分布を示すことができる（図３参照）。これにより本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００は、上記残留歪の応力が上記基板上で解放されやすいことが理解される（たとえば、主表面の外周と円弧の左右端との交点において応力が解放されやすい）。したがって上記残留歪の応力は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶から上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００を得るためのスライス加工時等に解放される必要がなく、もって上記基板の割れ不良率が低減するものと考えられる。

　ここで上記の光を用いたエッチング処理の詳細について説明する。まず、主表面となる２つの面のうち少なくとも１面を算術平均粗さＲａ０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下に研磨することによって研磨面としたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を準備する。さらに、上記研磨面を上面とした上で、酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、上記基板を水平に配置する。次いで、上記基板がたとえばリン化インジウム単結晶基板である場合、上記研磨面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置から５００Ｗの反射型白熱電球（たとえば、商品名：「アイランプ（登録商標）」、岩崎電気株式会社）の光を１～２時間照射することにより上記研磨面をエッチング処理する。これにより上記研磨面上にパターンを形成することができる。一方、上記基板が、たとえばヒ化ガリウム単結晶基板である場合、上記研磨面へ向けて上記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置から上記光を５～２０分照射することにより、上記研磨面をエッチング処理する。これにより上記研磨面上にパターンを形成することができる。最後に、上記の研磨面上に形成されたパターンを目視することにより、当該パターンが波紋様パターンであるか否か、ならびに当該パターンが波紋様パターンであった場合に、その波源が主表面に位置するか否かを同定することができる。

　反射型白熱電球の光を主表面に照射する時間（以下、「エッチング時間」とも記す）が上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がリン化インジウム単結晶基板である場合とヒ化ガリウム単結晶基板である場合とで異なり、かつ上記エッチング時間に範囲がある理由は、研磨面上に形成されるパターン（波紋様パターン）をより鮮明とするためである。したがって本開示においては、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がリン化インジウム単結晶基板である場合、ならびにヒ化ガリウム単結晶基板である場合に関わらず、研磨面上に形成されるパターンをより鮮明とする目的において、上記エッチング時間を上述した範囲内で延長または短縮することができる。さらに光の強度を上げる、下げる等の微調整を行うこともできる。なお混合液の温度（２５℃）は、光を用いたエッチング処理の開始時の温度を意味する。したがって混合液の温度は、反射型白熱電球の光の熱エネルギ等によって上記エッチング処理中に上下動することがある。また上記エッチング処理においては、研磨面上に形成されるパターンをより鮮明とするため、混合液中に存する上記基板を所定時間毎（たとえば１分毎）に揺動することが好ましい。

　（残留歪）
　本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、上記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪の平均値は、３．５×１０^-5以下であることが好ましい。上記残留歪の平均値が３．５×１０^-5以下であることにより、その応力が上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得るためのスライス加工時等に解放される必要がないため、上記基板の割れ不良率を低減させることができる。なお上記残留歪の平均値の下限値は、特に制限されるものではないが、通常１．０×１０^-6以上となることが現実的である。ここで本明細書においては、主表面の径に沿った方向の伸縮歪を「Ｓｒ」により表し、主表面の接線に沿った方向の伸縮歪を「Ｓｔ」により表す場合がある。

　とりわけ上記残留歪の平均値は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＩｎＰ基板であるのか、もしくはＧａＡｓ基板であるのか、あるいは上記基板に含まれる不純物原子の種類、上記基板の直径の大きさの違い等に基づいて、より好ましい値をそれぞれ有することができる。たとえば不純物原子としてスズを含む直径５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、５．９×１０^-6以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、５．４×１０^-6以下であることがより好ましい。

　不純物原子としてスズを含む直径７５ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、１．１×１０^-5以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径７５ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、９．５×１０^-6以下であることがより好ましい。不純物原子としてスズを含む直径１００ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、２．２×１０^-5以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径１００ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、２．０×１０^-5以下であることがより好ましい。不純物原子としてスズを含む直径１５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、３．９×１０^-5以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径１５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記残留歪の平均値は、３．４×１０^-6以下であることがより好ましい。

　不純物原子としてケイ素を含む直径７５ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記残留歪の平均値は、８．２×１０^-6以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径１００ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記残留歪の平均値は、１．０×１０^-5以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記残留歪の平均値は、２．０×１０^-5以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径２００ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記残留歪の平均値は、３．５×１０^-5以下であることがより好ましい。

　上記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪については、上記残留歪を、上記主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から上記波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表すことが、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に含まれる上記残留歪の多寡ならびに分布を特定するのに便宜である。上記極座標により、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板における上記残留歪の分布を視覚的に理解することができ、もって上記基板を得るためのスライス加工時等における上記残留歪の解放されやすさ、すなわち割れ不良の起こりやすさ（割れ不良率の多寡）等を容易に把握することができるからである。この場合において、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板における上記残留歪は、上記極座標において上記原点を中心としたｎ回対称となる分布を有さず、上記ｎは、２以上の整数であることが好ましい。具体的には、上記残留歪は、上記極座標において上記原点を中心とした１回対称となる分布を示すことが好ましい。とりわけ上記基板の割れ不良率をより低減させる観点から、上記残留歪は、上記主表面の中心から上記波源へ向かう仮想の直線を中心軸として鏡像対称に近い対称性（以下、「略鏡像対称」とも記す）を有する分布を示すことが好ましい。なお本明細書において、原点を中心とした「ｎ回対称」とは、上記原点を中心とした回転対称として特徴付けられる対称性を意味し、具体的には上記原点の周りを（３６０／ｎ）°回転させると自らと重なる対称性を意味する。上記ｎは、２以上の整数であり、たとえば「３回対称」は、ｎ＝３であって１２０°回転させると自らと重なる対称性を意味する。

　上記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪（以下、「｜Ｓｒ－Ｓｔ｜」とも記す）は、Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．Ｌｅｔｔ．４７（１９８５）ｐｐ．３６５－３６７にて説明される光弾性法に基づいて測定することができる。まず、上述した光を用いたエッチング処理を行う手順と同様に、主表面の２面のうち少なくとも１面を算術平均粗さＲａ０．１ｎｍ以上０．５ｎｍ以下に研磨することにより研磨面としたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を準備する。次に当該研磨面に対し上記光弾性法を適用することによって上記研磨面の全面に存する残留歪を測定することができる。とりわけ上記光弾性法において残留歪は、絶対値｜Ｓｒ－Ｓｔ｜として求めることができる。上記光弾性法において残留歪（｜Ｓｒ－Ｓｔ｜）は、次式（１）のように定義される。

　上記式（１）において、λは測定に用いる光の波長を示し、ｄは測定に用いるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の厚みを示し、ｎ₀は屈折率を示し、δは被測定試料の複屈折によって生じる位相差を示し、φは主振動方位角を示し、ｐ₁₁、ｐ₁₂、ｐ₄₄は光弾性定数を示す。

　上記光弾性法によれば、被測定試料の複屈折によって生じる位相差δおよび主振動方位角φのみの測定によって、上記基板の主表面全面における残留歪（｜Ｓｒ－Ｓｔ｜）を求めることができる。

　さらに上記基板の主表面全面における残留歪（｜Ｓｒ－Ｓｔ｜）に基づき、たとえば図３および図４に示すように、上記主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から上記波源へ向かう方に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表すことができる。

　図３は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪を、主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表した説明図である。図４は、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪を、主表面の中心を原点とし、上記主表面の中心から波源へ向かう方向に沿って、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において表した説明図である。

　図３および図４の比較から理解されるように、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面における上記残留歪は、上記極座標においてｎ回対称（但し、ｎは２以上の整数）となる分布を有さず、上記原点を中心とした１回対称となる分布を示す。とりわけ図３によれば、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の上記残留歪は、上記主表面の中心から上記波源へ向かう仮想の直線を中心軸として略鏡像対称となる分布を示すことが理解される。このように上記極座標において上記原点を中心とした１回対称、とりわけ略鏡像対称となる分布を示すことにより、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、上記残留歪の応力を解放し易い部位が上記基板上に存することが理解される。一方、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、上記極座標において上記原点を中心とする４回対称となる分布を示すため、上記残留歪の応力を解放し易い部位が上記基板上に存在しないことが理解される。

　なお本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、上記残留歪を測定する場合、これを後述する主表面の転位密度を求める前に実行してもよく、主表面の転位密度を求めた後に実行してもよい。主表面の転位密度を求めた後に上記残留歪を測定する場合、主表面上には転位（エッチピット）に相当する腐食孔が形成されているため、上記腐食孔を除去する目的、ならびに主表面を上述した研磨面とする目的で、上記主表面の両面を研磨することができる。

　（オフ角）
　上記主表面は、｛１００｝面から０°以上１５°以下のオフ角を有する面であることが好ましい。上記主表面が｛１００｝面から０°以上１５°以下のオフ角を有する場合、いずれもＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面が、電気的特性および光学的特性に優れる方位を有する面となる。これにより本実施形態は、電気的特性および光学的特性に優れる面を主表面として有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、割れ不良率を低減させることができる。

　このようなＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶から、オフ角を有さない｛１００｝面ｊｕｓｔ面を主表面としてスライス加工することにより得ることができる。あるいは上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶に対し、｛１００｝面から０°より大きく１５°以下のオフ角を有する面が主表面となるように、従来公知の傾斜スライス加工法を実行することにより得ることができる。このような原料（ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶）を得る場合、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の成長方向は＜１００＞方向であることが好ましい。ここで本開示において上記「オフ角」は、±０．５°の精度誤差を有するものとする。たとえば主表面が｛１００｝ｊｕｓｔ面となる場合、上記主表面は｛１００｝面から－０．５～０．５°のオフ角を有する可能性がある。また、たとえば主表面が｛１００｝面から１５°のオフ角を有する面となる場合、上記主表面は｛１００｝面から１４．５～１５．５°のオフ角を有する可能性がある。

　ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の主表面における｛１００｝面からのオフ角については、従来公知の結晶方位測定装置（たとえば商品名（品番）：「２９９１Ｇ２」、株式会社リガク製）を用いることにより測定することができる。

　（転位密度）
　上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上２０００ｃｍ^-2以下であることが好ましい。上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上１５００ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。一方、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＧａＡｓ基板である場合、上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上５０ｃｍ^-2以下であることが好ましい。上記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上３０ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。これにより、主表面の全面にわたって転位密度がより低減したＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板）を提供することができる。もって本実施形態は、主表面の全面にわたって転位密度が低減したＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に対し、割れ不良率を低減させることができる。

　とりわけ上記主表面の転位密度は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＩｎＰ基板であるのか、もしくはＧａＡｓ基板であるのか、あるいは上記基板に含まれる不純物原子の種類、上記基板の直径の大きさの違い等に基づいて、より好ましい値をそれぞれ有することができる。たとえば不純物原子としてスズを含む直径５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、１０００ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、２００ｃｍ^-2であることがより好ましい。

　不純物原子としてスズを含む直径７５ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、２０００ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径７５ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、３５０ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。不純物原子としてスズを含む直径１００ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、２０００ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径１００ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、６００ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。不純物原子としてスズを含む直径１５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、２０００ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子として硫黄を含む直径１５０ｍｍのＩｎＰ基板である場合、上記主表面の転位密度は、７００ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。

　不純物原子としてケイ素を含む直径７５ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記主表面の転位密度は、２５ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径１００ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記主表面の転位密度は、３５ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記主表面の転位密度は、３５ｃｍ^-2以下であることがより好ましく、不純物原子としてケイ素を含む直径２００ｍｍのＧａＡｓ基板である場合、上記主表面の転位密度は、９０ｃｍ^-2以下であることがより好ましい。

　本明細書において主表面の「転位」および「転位密度」とは、それぞれ「エッチピット」および「エッチピット密度（Ｅｔｃｈ　Ｐｉｔ　Ｄｅｎｓｉｔｙ、以下、「ＥＰＤ」とも記す）」を意味するものとする。「エッチピット」とは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の表面を化学薬品で処理することにより表面に形成される腐食孔をいう。具体的には、「エッチピット」は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がリン化インジウム単結晶基板である場合、これを臭化水素およびリン酸からなり、臭化水素：リン酸の質量比を１：２とした２５℃の薬液に１～５分浸漬したときに、上記主表面に形成される腐食孔をいう。さらに「エッチピット」は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がヒ化ガリウム単結晶基板である場合、これを６００℃の溶融水酸化カリウムに４５分間浸漬したときに、上記主表面に形成される腐食孔をいう。なお、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面が研磨された研磨面である場合、上記基板を薬液等に浸漬する前に、たとえばリン化インジウム単結晶基板の上記研磨面に対し、逆王水を用いた前処理を行うことができ、たとえばヒ化ガリウム単結晶基板の上記研磨面に対し、硫酸および過酸化水素を用いた前処理を行うことができる。これにより上記主表面上の腐食孔をより明確化することが可能となる。上記腐食孔は、光学顕微鏡等によりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面を観察した場合に白点として現れる。エッチピットは、学術的には転位と同義ではないが、本技術分野において転位と等価なものとして捉えることができる。

　以下、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の主表面に形成されるエッチピットの測定方法およびＥＰＤの算出方法に関し、図５を参照しつつ、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板が直径１５０ｍｍのＧａＡｓ基板である場合を例示して説明する。図５は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、主表面の転位密度を求める目的で上記主表面上に設定される６９箇所の測定点を説明する説明図である。

　まずＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（ＧａＡｓ基板）１００の主表面を６００℃の溶融水酸化カリウムに４５分間浸漬する。浸漬する方法については従来公知の方法を用いることができる。さらに上記溶融水酸化カリウム中からＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００を取り出す。続いて図５に示すように、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００の主表面Ｓ内に６９箇所の測定点Ｍ（１の測定点Ｍは、１ｍｍ²の面積を有する正方形、すなわち１ｍｍ×１ｍｍのサイズ）を設定する。この６９箇所の測定点Ｍを対象とし、公知の光学顕微鏡（たとえば商品名：「ＥＣＬＩＰＳＥ（登録商標）ＬＶ１５０Ｎ」、株式会社ニコン製）を用いて１００倍の倍率でエッチピットの個数を測定する。最後に、上記６９箇所の測定点Ｍにおいて測定したエッチピットの個数を、それぞれ１ｃｍ²の面積あたりの数値に変換する。これによりエッチピットの１ｃｍ²の面積あたり数値が６９個得られるので、当該６９個の数値の平均値をＥＰＤとして算出することができる。

　上述の方法によれば、１視野（１ｍｍ×１ｍｍのサイズ）に１つの測定点を対応させてエッチピットの個数を測定することが可能である。なお、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００がＩｎＰ基板である場合、その主表面Ｓに形成されるエッチピットの測定方法およびＥＰＤの算出方法は、主表面を２５℃の臭化水素：リン酸の質量比を１：２とした上記薬液に１～５分浸漬すること以外、上述したＧａＡｓ基板におけるエッチピットの測定方法およびＥＰＤの算出方法と同じ要領により求めることができる。

　ここで図５に示す基板においては、上記６９箇所の測定点Ｍは、上部に設けられたオリエーテーションフラットＯＦに対する垂線方向に、右側から順に５箇所、７箇所、９箇所、９箇所、９箇所、９箇所、９箇所、７箇所および５箇所設けられている。これらの測定点Ｍは、相互に１５ｍｍの間隔Ｉが設けられている。すなわち上記測定点Ｍは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が１５０ｍｍである場合、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉを１５ｍｍとすることにより、主表面Ｓの面内に６９箇所設定することが可能となる。

　上記測定点Ｍは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が５０ｍｍである場合、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉを５ｍｍとすることにより、主表面Ｓの面内に６９箇所設定することができる。同様にＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が７５ｍｍである場合、上記測定点Ｍは、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉを７．５ｍｍとすることにより、主表面Ｓの面内に６９箇所設定することができる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が１００ｍｍである場合、上記６９箇所の測定点Ｍは、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉを１０ｍｍとすることにより、主表面Ｓの面内に６９箇所設定することができる。ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の直径が２００ｍｍである場合、上記測定点Ｍは、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉを２０ｍｍとすることにより、主表面Ｓの面内に６９箇所設定することができる。

　（転位の非対称度）
　上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＩｎＰ基板である場合、上記主表面に存する転位の非対称度は、１．８以上であることが好ましく、２．０以上であることがより好ましい。さらに上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＧａＡｓ基板である場合、上記転位の非対称度は、２．０以上であることが好ましく、２．３以上であることがより好ましい。上記非対称度は、上記主表面を、上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ上記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割し、上記第１領域および上記第２領域それぞれにおいて、上記主表面の中心を通り、かつ上記第１直線に対し垂直に交わる仮想の第２直線上に、上記主表面の中心から離れる方向に５ｍｍ以上のピッチで２点以上の１ｍｍ²の面積を有する正方形の測定点を設定し、かつ上記測定点において上記転位の数を測定するとともに、その測定結果から上記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換し、上記第１領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値から、上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値を減算することにより得た数値の絶対値を、上記第１領域内および上記第２領域内のすべての上記測定点より求めた上記換算値の平均値で除算することにより算定される。

　本明細書において「転位の非対称度」とは、上記主表面を、上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ上記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割した場合において、第１領域および第２領域それぞれに存する転位の数を比較し、これらがどの程度異なるのかを示す指標をいう。「転位の非対称度」は、その数値が大きいほど、詳細な理由は不明ながら、スライス加工時の割れ不良率をより低減することができる。本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の「転位の非対称度」は、次の理由により、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に比して大きな数値を示すことができる。

　なぜなら上述したように、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、主表面に対して光を用いたエッチング処理を行った場合、波源が主表面に位置しない波紋様パターンが上記主表面上で視認される。一方、従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、主表面に対して光を用いたエッチング処理を行った場合、波源が主表面の中心または中心近傍に位置する波紋様パターンが上記主表面上で視認される。このとき従来のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板における上記波紋様パターンは、上述のように主表面の中心または中心近傍に位置する波源から同心円状に広がる波紋に相当するパターンとなるため、第１領域および第２領域それぞれに存する転位の数は、同一または類似となり、もって「転位の非対称度」が小さくなると考えられる。一方、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板における上記波紋様パターンは、上述のように同方向に湾曲する円弧が幾重にも連なるパターンとなるため、第１領域および第２領域それぞれに存する転位の数は相違し、もって「転位の非対称度」も大きくなると考えられる。なお「転位の非対称度」の数値が大きいほど、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶において歪が低い方位が現れるため、当該方位に沿って上記単結晶をスライスすることによって上記基板を得れば、割れ不良率をより低減することができるものと考えられる。

　本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板においては、ＩｎＰ基板である場合、上記転位の非対称度が１．８以上となることができる。これに対し、従来のＩｎＰ基板においては、上記非対称度は、１．８未満となることが通常である。本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板がＧａＡｓ基板である場合、上記転位の非対称度が２．０以上となることができる。これに対し、従来のＧａＡｓ基板においては、上記非対称度は、２．０未満となることが通常である。

　以下、上記主表面に存する「転位の非対称度」の算出方法について、図６を参照しつつ具体的に説明する。図６は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に関し、図１に示した波紋様パターン、および図５に示した６９箇所の測定点を利用することによって主表面に存する転位の非対称度を求める方法について説明する説明図である。

　まずＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００の主表面Ｓに対し、上述した光を用いたエッチング処理を行うことにより、波紋様パターンＰを主表面Ｓ上に形成する。上記波紋様パターンＰから波源の位置を特定した後、上記波源から主表面Ｓの中心へ向かう方向に延びる仮想の直線を主表面Ｓ上に設定する。続いて、上記仮想の直線に対し垂直に交り、上記主表面の中心を通る仮想の第１直線Ｌ１の主表面Ｓ上の位置を特定する。さらに、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００の外周を欠損させる、または主表面Ｓ上に目印を付する等の方法により仮想の第１直線Ｌ１の位置を、主表面Ｓ上に記録する。その後、主表面Ｓを研磨することにより、主表面Ｓ上から上記波紋様パターンを除去する。

　次に、上述した転位密度の測定方法と同じ要領により、主表面Ｓ上に６９箇所の測定点Ｍを設定する。さらに、主表面Ｓに記録した仮想の第１直線Ｌ１に基づき、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに分割する。続いて主表面Ｓの中心を通り、かつ第１直線Ｌ１に対し垂直に交わる仮想の第２直線Ｌ２を設け、この第２直線Ｌ２と重なる測定点Ｍを、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２それぞれにおいて選択する。

　次に、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２それぞれにおいて選択した測定点Ｍにおいて転位（エッチピット）の個数を測定するとともに、その測定結果から上記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換する。さらに第１領域Ｒ１において選択したすべての測定点Ｍより求めた上記換算値の平均値から、上記第２領域Ｒ２において選択したすべての測定点Ｍより求めた上記換算値の平均値を減算する。最後に、上記の減算により得た数値の絶対値を、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２それぞれにおいて選択したすべての測定点Ｍより求めた上記換算値の平均値で除算する。以上の方法により「転位の非対称度」を求めることができる。

　ここで、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２それぞれにおいて、仮想の第２直線Ｌ２と測定点Ｍとが２箇所以上で重ならない場合、「転位の非対称度」を求めるための換算値の平均値が算定できない可能性がある。このような場合、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２それぞれにおいて、仮想の第２直線Ｌ２から最近接する測定点Ｍと、および次に最近接する測定点Ｍとを、それぞれ第２直線Ｌ２と重なる測定点Ｍとみなし、当該測定点Ｍにおける転位の個数を測定することにより、上記の換算値の平均値等を算定することが可能となる。さらにＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００の直径が５０ｍｍである場合、１の測定点Ｍと、当該測定点Ｍに最も隣接する他の測定点Ｍとの間隔Ｉは５ｍｍとなるため、「転位の非対称度」を求めるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００は、直径が５０ｍｍ以上である場合、仮想の第２直線Ｌ２と重なる測定点Ｍの間隔Ｉ（ピッチ）は必ず５ｍｍ以上となる。

　＜導電型＞
　本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、その原料となる種結晶に不純物原子を添加することにより、電子吸引型（ｎ型）の導電性を付与することができる。すなわち上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の導電型は、ｎ型であることが好ましい。とりわけ上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶基板である場合には不純物原子としてスズまたは硫黄を含み、ヒ化ガリウム単結晶基板である場合にはケイ素を含むことが好ましい。これにより導電型がｎ型であるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板において、スライス加工時の割れ不良率を低減することができる。

　たとえばＩｎＰ基板は、ｎ型の導電性を付与するためにＳ（硫黄）原子およびＳｎ（スズ）原子の両方またはいずれか一方を含むことができる。Ｓ（硫黄）原子およびＳｎ（スズ）原子の両方またはいずれか一方を含む導電性ＩｎＰ基板は、たとえば比抵抗を１Ω・ｃｍ以下とすることができる。ＧａＡｓ基板は、ｎ型の導電性を付与するためにＳｉ（ケイ素）原子を含むことができる。

　上記不純物原子（Ｓ、ＳｎまたはＳｉ）の原子濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることが好ましい。上記不純物原子の原子濃度は、１×１０¹⁸ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下であることがより好ましい。上記不純物原子の原子濃度は、ＧＤＭＳ（グロー放電質量分析法）を用いることにより測定することができる。

　上記不純物原子は、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板中で上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向に一様に変化する濃度分布を示すことが好ましい。具体的には、図１に示すような主表面Ｓの外側に波源Ｏを有し、かつ同方向に湾曲する円弧が幾重にも連なるパターン（波紋様パターンＰ）を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００において、上記不純物原子は、波源Ｏから主表面Ｓの中心へ向かう方向に一様に変化する濃度分布を示すことができる。上記不純物原子は、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００中で、波源Ｏから主表面Ｓの中心へ向かう方向に一様に増加する濃度分布を示すことがより好ましい。この場合、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板１００に発生する上記不純物原子に基づく歪（残留歪）を、上記主表面Ｓの中心を原点とした極座標で表したとき、上記残留歪は上記原点を中心とするｎ回対称（但し、ｎは２以上の整数）となる分布を示さず、単に１回対称となる分布を示すため（図３参照）、上記残留歪の応力が上記基板上において解放されやすくなる。もって上記残留歪の応力は、スライス加工時等に解放される必要がなくなるので上記基板の割れ不良率を低減することができる。

　上記不純物原子の濃度分布は、具体的には、次の方法により求めることができる。まず主表面の中心を通り、かつ波源から主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線と、主表面の中心よりも波源側の外周、主表面の中心および主表面の中心よりも上記波源とは逆側の外周とがそれぞれ重なる主表面上の各位置において、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を（１００）面で劈開する。これにより典型的には、１辺が１０ｍｍとなる正方形の面を有し、厚み３００～１０００μｍの測定試料を準備し、上記測定試料を用いて上述したＧＤＭＳを実行する。これにより上記不純物原子が、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板中で上記波源から上記主表面の中心へ向かう方向にどのような濃度分布を示すかを明らかにすることができる。

　〔ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法〕
　本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法は、たとえば次の製造方法であることが好ましい。すなわち上記製造方法は、結晶成長装置を用いるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法であって、種結晶と原料融液とを接触させ、上記種結晶の上記原料融液側に結晶固体を成長させることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を得る工程（第１工程）と、上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を切り出すことにより、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得る工程（第２工程）とを含む。上記結晶成長装置は、円筒状の坩堝と、上記坩堝を加熱する発熱体とを少なくとも備える。上記坩堝は、その底部に上記種結晶が収容され、かつ上記坩堝内の上記種結晶よりも上部に上記原料融液が収容される。上記結晶固体と上記原料融液との界面は、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有する。

　本発明者らは、ＶＢ法を用いてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を結晶成長装置の坩堝中で成長させる際に、たとえば後述するように発熱体の構造等を工夫することにより、種結晶の原料融液側に成長させる結晶固体と上記原料融液との界面を、従来のように水平とはせずに、上記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有するようにした。この場合において本発明者らは、結晶成長させたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶からＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板をスライス加工により得る際の割れ不良率が、従来に比べて低減することを知見した。

　本明細書において「割れ不良率」とは、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を製造する一連の工程において、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板が割れる割合をいう。具体的には、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させ、外周を研削し、ＯＦまたはノッチを形成し、所望の厚さにスライスすることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板前駆体を得、さらに上記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板前駆体の外周を研削加工し、裏面のエッチングおよび表面の研磨、ならびに洗浄および乾燥を経ることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得る一連の工程において、割れのほか、欠け等の割れ不良が発生する割合をいう。一方、本明細書において「スライス加工歩留」とは、上記の割れ不良が発生せず、良好なＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板が得られる割合をいうものとする。

　以下、図７を参照することにより、縦型ボート法に含まれる垂直ブリッヂマン法、垂直温度傾斜凝固法などの坩堝を用いた所謂ＶＢ法が採用される本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法の一例を例示して説明する。本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法は、種結晶装入工程、原料装入工程、封止剤配置工程、第１工程としての結晶成長工程、第２工程としての切断工程および外周研削工程がこの順で実行される。上記製造方法を実行する場合、たとえば図７に示す坩堝１および発熱体２を備えた結晶成長装置を用いることができる。図７は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の原料となるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させるための結晶成長装置を模式的に説明する模式図である。

　結晶成長装置において坩堝１は円筒状であり、種結晶保持部と、種結晶保持部に接続された結晶成長部とを備えている。結晶成長部は、さらに円錐部と、直胴部とを含む。種結晶保持部は、結晶成長部に接続される側に開口し、その反対側に底壁が形成された円筒状の空洞部を有する円筒状の領域である。種結晶保持部は、当該空洞部において種結晶３１を保持することができる。結晶成長部の円錐部は、円錐状の形状を有し、小径側において種結晶保持部に接続される。直胴部は、中空円筒状の形状を有し、円錐部の大径側に接続される。坩堝１の結晶成長部は、その内部において固体のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体原料を保持する機能を有する。さらに坩堝１の結晶成長部は、溶融状態になるように加熱された原料である原料融液３３を凝固させることにより、結晶固体３２としてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させる機能を有する。坩堝１は、その材料としてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体原料が溶融する温度に耐え得る種々の材料を採用することができる。たとえば坩堝１の材料として熱分解窒化硼素（ｐＢＮ）を採用することが便宜である。さらに結晶成長装置は、坩堝１を保持する坩堝保持台４を備えることができる。坩堝保持台４の材料としては、たとえば炭化ケイ素を採用することができる。

　結晶成長装置において発熱体２は、２体で円筒状の坩堝１の外周を囲むように配置されている。さらに発熱体２は１体毎に、それぞれ坩堝の軸に対し垂直方向に複数の部分に分割されることにより、多段に構成されている。これにより発熱体２の出力を、１体毎かつ部分毎に独立して制御することができ、たとえば発熱体２の出力を容易に坩堝１の軸に沿って上向きに漸減させることができる。さらに発熱体２の出力を坩堝１の軸に沿って上向きに漸減させることにより、種結晶の原料融液側に成長させる結晶固体と上記原料融液との界面が、坩堝１の軸に対し９０°未満の交差角を有するようにすることができる。以下、上記製造方法の各工程について図８を参照しつつ、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板としてＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板の製造方法をそれぞれ詳述する。図８は、本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法の一例を示すフローチャートである。

　＜ＩｎＰ基板の製造方法＞
　（種結晶装入工程Ｓ１０）
　ＩｎＰ基板の製造方法では、まず種結晶装入工程Ｓ１０が実行される。種結晶装入工程Ｓ１０では、坩堝１の種結晶保持部の空洞部に種結晶３１（ＩｎＰ種結晶）が装入される。種結晶３１の種結晶保持部への装入方法は、従来公知の方法を用いることができる。ここで種結晶３１については、その断面積を坩堝１の直胴部の断面積に対し１５％以上とすることが好ましく、５０％以上とすることがより好ましい。種結晶３１の平均転位密度は、５０００ｃｍ^-2であることが好ましく、２０００ｃｍ^-2であることがより好ましい。種結晶３１に、不純物原子（Ｓ、Ｓｎ）を微量添加することも好ましい。さらに坩堝１の円錐部における直胴部へと至る傾斜角は、４０°以下であることが好ましく、２０°以下であることがより好ましい。

　（原料装入工程Ｓ２０）
　次に、原料装入工程Ｓ２０が実行される。原料装入工程Ｓ２０では、結晶成長部（円錐部および直胴部）に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体原料の多結晶（ＩｎＰ多結晶）からなる塊状物が、坩堝１内に複数個装入され、積み重ねられる。さらに本工程において不純物原子（Ｓ、Ｓｎ）を所定量添加することができる。

　（封止剤配置工程Ｓ３０）
　次に、封止剤配置工程Ｓ３０が実行される。封止剤配置工程Ｓ３０では、ＶＢ法において従来公知の封止剤（たとえばＢ₂Ｏ₃（酸化硼素）からなる固体の封止剤）が、上記の塊状物上に配置される。

　（結晶成長工程Ｓ４０：第１工程）
　次に、第１工程である結晶成長工程Ｓ４０が実行される。すなわち第１工程は結晶成長工程Ｓ４０として、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶（ＩｎＰ単結晶）を得る目的で、種結晶３１と原料融液３３とを接触させ、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させる。具体的には、種結晶３１、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の原料である塊状物、および固体の封止剤が内部に配置された坩堝１が、結晶成長装置における坩堝保持台４に装填される。その後、発熱体２に電流が供給され、坩堝１が加熱される。これにより固体の封止剤が溶融して液体封止剤５となるとともに、上記原料の塊状物が溶融して原料融液３３となる。次いで種結晶３１の一部も溶融し、その界面にて原料融液３３と接触する。さらに発熱体２に対し坩堝１を、その軸に沿って下向き（種結晶保持部側）に徐々に引き下げていくことにより、坩堝１において種結晶３１側の温度が低く、原料融液３３側の温度が高くなるように温度勾配を形成し、種結晶３１に接触する原料融液３３を凝固させ、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させる。坩堝１をその軸に沿って下向きに引き下げるスピードは、１０ｍｍ／時以下であることが好ましく、５ｍｍ／時以下であることがより好ましい。さらに坩堝１をその軸に沿って下向きに引き下げる際には、坩堝１を、その軸を中心として５ｒｐｍ前後にて回転させることが好ましい。

　ここで発熱体２は、上述のように坩堝１の外周を覆うように半周毎に２つ（１組）配置される。さらに発熱体２の出力は、坩堝１の軸に沿って上向きに漸減するように制御される。これにより第１工程においては、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させると、結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、水平とならずに、坩堝１の軸に対し９０°未満の交差角を有する。たとえば界面３ａは、坩堝１の軸に対し１０～７０°の交差角を有することが好ましい。

　第１工程では、引き続いて発熱体２に対し坩堝１を、その軸に沿って下向きに引き下げ、結晶固体３２と原料融液３３との間の水平ではない界面３ａを液体封止剤５側へ上昇させることにより原料融液３３を凝固させ、結晶固体３２を坩堝１の軸に沿って上向きに成長させることができる。結晶固体３２の成長は、坩堝１の結晶成長部に残存する原料融液３３の凝固が完了するまで継続される。これにより結晶固体３２からなるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶（ＩｎＰ単結晶）を得ることができる。

　（切断工程および外周研削工程Ｓ５０：第２工程）
　切断工程は、坩堝１から取り出されたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体結晶（ＩｎＰ単結晶）を切り出すことによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板前駆体を得る工程である。さらに外周研削工程は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板前駆体の外周を研削することにより、円状の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板（ＩｎＰ基板）を得る工程である。すなわち切断工程および外周研削工程Ｓ５０（第２工程）は、上記ＩｎＰ単結晶に対しスライス加工を実行する工程である。切断工程および外周研削工程Ｓ５０は、ＶＢ法を用いたＩｎＰ基板の製造方法において、従来公知の切断方法および外周研削方法を用いることによりそれぞれ実行することができる。

　＜ＧａＡｓ基板の製造方法＞
　（種結晶装入工程Ｓ１０）
　ＧａＡｓ基板の製造方法では、まず種結晶装入工程Ｓ１０が実行される。種結晶装入工程Ｓ１０では、坩堝１の種結晶保持部の空洞部に種結晶３１（ＧａＡｓ種結晶）が装入される。種結晶３１の種結晶保持部への装入方法は、従来公知の方法を用いることができる。

　（原料装入工程Ｓ２０）
　次に、原料装入工程Ｓ２０が実行される。原料装入工程Ｓ２０では、結晶成長部（円錐部および直胴部）に、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体原料の多結晶（ＧａＡｓ多結晶）からなる塊状物が、坩堝１内に複数個装入され、積み重ねられる。さらに本工程において不純物原子（Ｓｉ）を所定量添加することができる。

　（結晶成長工程Ｓ４０：第１工程）
　次に、第１工程である結晶成長工程Ｓ４０が実行される。すなわち第１工程は結晶成長工程Ｓ４０として、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶（ＧａＡｓ単結晶）を得る目的で、種結晶３１と原料融液３３とを接触させ、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させる。具体的には、種結晶３１、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の原料である塊状物、および固体の封止剤が内部に配置された坩堝１が、結晶成長装置における坩堝保持台４に装填される。その後、発熱体２に電流が供給され、坩堝１が加熱される。これにより固体の封止剤が溶融して液体封止剤５となるとともに、上記原料の塊状物が溶融して原料融液３３となる。次いで種結晶３１の一部も溶融し、その界面にて原料融液３３と接触する。さらに発熱体２に対し坩堝１を、その軸に沿って下向き（種結晶保持部側）に徐々に引き下げていくことにより、坩堝１において種結晶３１側の温度が低く、原料融液３３側の温度が高くなるように温度勾配を形成し、種結晶３１に接触する原料融液３３を凝固させ、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させる。坩堝１をその軸に沿って下向きに引き下げるスピードは、特に制限されないが、たとえば２～１０ｍｍ／時とすることができる。

　発熱体２は、上述のように坩堝１の外周を覆うように２体（１組）で半周毎に配置される。さらに発熱体２の出力は、坩堝１の軸に沿って上向きに漸減するように制御される。これにより第１工程においては、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させると、結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、水平とならずに、坩堝１の軸に対し９０°未満の交差角を有する。たとえば界面３ａは、坩堝１の軸に対し１０～７０°の交差角を有することが好ましい。

　第１工程では、引き続いて発熱体２に対し坩堝１を、その軸に沿って下向きに引き下げ、結晶固体３２と原料融液３３との間の水平ではない界面３ａを液体封止剤５側へ上昇させることにより原料融液３３を凝固させ、結晶固体３２を坩堝１の軸に沿って上向きに成長させることができる。結晶固体３２の成長は、坩堝１の結晶成長部に残存する原料融液３３の凝固が完了するまで継続される。これにより結晶固体３２からなるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶（ＧａＡｓ単結晶）を得ることができる。

　（切断工程および外周研削工程Ｓ５０：第２工程）
　切断工程は、坩堝１から取り出されたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体結晶（ＧａＡｓ単結晶）を切り出すことによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板前駆体を得る工程である。さらに外周研削工程は、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板前駆体の外周を研削することにより、円状の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体基板（ＧａＡｓ基板）を得る工程である。すなわち切断工程および外周研削工程Ｓ５０（第２工程）は、上記ＧａＡｓ単結晶に対しスライス加工を実行する工程である。切断工程および外周研削工程Ｓ５０は、ＶＢ法を用いたＧａＡｓ基板の製造方法において、従来公知の切断方法および外周研削方法を用いることによりそれぞれ実行することができる。

　＜作用効果＞
　上記の各工程が実行されることにより、円状の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を製造することができる。本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法は、とりわけ第１工程において、結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａが坩堝１の軸に対し９０°未満の交差角を有するようにして種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させる。これにより第２工程において実行されるスライス加工時にＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、割れ不良率が低減する。もって上記製造方法により、割れ不良率が低減されたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得ることができる。

　上記の製造方法において、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶（結晶固体３２）の成長方向は＜１００＞方向であることが好ましい。さらに本実施形態に係るＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、好ましくはＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶から｛１００｝ｊｕｓｔ面を主表面として切り出すことにより得られる。さらに上述した主表面が｛１００｝面から０°より大きく１５°以下のオフ角を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、＜１００＞方向を成長方向としたＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶から従来公知の方法を用いて傾斜スライスを実行することにより得ることができる。

　以下、実施例を挙げて本開示をより詳細に説明するが、本開示はこれらに限定されるものではない。後述する実施例では、図７に示す結晶成長装置を用いることにより、ＶＢ法を用いて＜１００＞方向を成長方向としてＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を成長させ、主表面の面方位が（１００）ｊｕｓｔ面であるＩｎＰ基板（実施例１～８）および主表面の面方位が（１００）面より０～１５°のオフ角を有する面であるＧａＡｓ基板（実施例１１～１７）を得た。一方、後述する比較例では、坩堝の側面の全周を覆うように配置された発熱体を備える従来の結晶成長装置を用いることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体結晶（ＩｎＰ基板およびＧａＡｓ基板）を成長させた。各実施例および比較例では、ＩｎＰ基板またはＧａＡｓ基板をそれぞれ１０００枚製造した。

　＜＜第１試験＞＞
　〔ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造〕
　＜実施例１：ＩｎＰ基板＞
　（種結晶装入工程Ｓ１０）
　従来公知の方法により製造したＩｎＰからなる種結晶３１を、結晶成長装置に備えられた坩堝１の種結晶保持部の空洞部に従来公知の方法を用いることにより装入した。上記種結晶３１には不純物元素としてスズ（Ｓｎ）を微量添加した。種結晶３１については、その断面積を坩堝１の直胴部の断面積に対し５０％とした。さらに坩堝１の円錐部における直胴部へと至る傾斜角については、２０°とした。

　（原料装入工程Ｓ２０および封止剤配置工程Ｓ３０）
　坩堝１の結晶成長部に多結晶ＩｎＰからなる塊状物を複数個装入し、積み重ねた。スズ（Ｓｎ）も所定量添加した。さらにＢ₂Ｏ₃からなる固体の封止剤を、上記塊状物の原料上に配置した。本実施例に用いた坩堝１の結晶成長部の内径は、６０ｍｍである。

　（結晶成長工程Ｓ４０：第１工程）
　発熱体２に電流を供給し、坩堝１を加熱することにより固体の封止剤を液体封止剤５とし、かつ坩堝１中の塊状物を原料融液３３とした。さらに種結晶３１の一部、および種結晶３１との界面に位置する塊状物も原料融液３３として、これらを接触させた。次いで、発熱体２に対し坩堝１を、その軸に沿って下向き（種結晶保持部側）に引き下げることにより、種結晶３１の原料融液３３側に結晶固体３２を成長させた。

　ここで発熱体２は、上述のように２体で円筒状の坩堝１の外周を囲むように配置されている。さらに発熱体２は１体毎に、それぞれ坩堝１の軸に対し垂直方向に複数の部分に分割されることにより、多段に構成されている。このような構成により発熱体２の出力を、坩堝１の軸に沿って上向きに漸減させた。これにより第１工程において結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａが、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有するようにした。

　引き続き、発熱体２を坩堝１の軸に沿って下向きに引き下げ、結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に沿って上向きに上昇させ、結晶固体３２を坩堝１の軸に沿って上向きに成長させた。これを坩堝１の結晶成長部に残存する原料融液３３の凝固が完了するまで継続した。以上により、坩堝１内にＩｎＰ単結晶を製造した。その後、坩堝１からＩｎＰ単結晶を従来公知の方法を用いて取り出した。

　（切断工程および外周研削工程Ｓ５０：第２工程）
　従来公知の切断方法および外周研削方法を用い、坩堝１から取り出したＩｎＰ単結晶を切り出すことによりＩｎＰ基板前駆体を得、さらにＩｎＰ基板前駆体の外周を研削することにより、円状の主表面を有するＩｎＰ基板を製造した。以上より、実施例１として直径５０ｍｍおよび厚み３５０μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜実施例２：ＩｎＰ基板＞
　種結晶装入工程において硫黄（Ｓ）を微量添加した種結晶３１を準備すること以外、実施例１と同じ方法を用いることにより、直径５０ｍｍおよび厚み３５０μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例２の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例３：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を８５ｍｍとすること以外、実施例１と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例３の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例４：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を８５ｍｍとすること以外、実施例２と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例４の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例５：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１１０ｍｍとすること以外、実施例１と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例５の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例６：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１１０ｍｍとすること以外、実施例２と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例６の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例７：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること以外、実施例１と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み６７５μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例７の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例８：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること以外、実施例２と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み６７５μｍのＩｎＰ基板を得た。実施例８の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜比較例１：ＩｎＰ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１と同じ方法を用いることにより、直径５０ｍｍおよび厚み３５０μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例２：ＩｎＰ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例２と同じ方法を用いることにより、直径５０ｍｍおよび厚み３５０μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例３：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を８５ｍｍとすること以外、比較例１と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例４：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を８５ｍｍとすること以外、比較例２と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例５：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１１０ｍｍとすること以外、比較例１と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例６：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１１０ｍｍとすること以外、比較例２と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例７：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること以外、比較例１と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み６７５μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜比較例８：ＩｎＰ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること以外、比較例２と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み６７５μｍのＩｎＰ基板を得た。

　＜実施例１１：ＧａＡｓ基板＞
　（種結晶装入工程Ｓ１０）
　従来公知の方法により製造したＧａＡｓからなる種結晶３１を、結晶成長装置に備えられた坩堝１の種結晶保持部の空洞部に従来公知の方法を用いることにより装入した。上記種結晶３１には不純物元素としてケイ素（Ｓｉ）を微量添加した。

　（原料装入工程Ｓ２０および封止剤配置工程Ｓ３０）
　坩堝１の結晶成長部に多結晶ＧａＡｓからなる塊状物を複数個装入し、積み重ねた。Ｓｉも所定量添加した。さらにＢ₂Ｏ₃からなる固体の封止剤を、上記塊状物の原料上に配置した。本実施例に用いた坩堝１の結晶成長部の内径は、８０ｍｍである。

　引き続き、発熱体２を坩堝１の軸に沿って下向きに引き下げ、結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に沿って上向きに上昇させ、結晶固体３２を坩堝１の軸に沿って上向きに成長させた。これを坩堝１の結晶成長部に残存する原料融液３３の凝固が完了するまで継続した。以上により、坩堝１内にＧａＡｓ単結晶を製造した。その後、坩堝１からＧａＡｓ単結晶を従来公知の方法を用いて取り出した。

　（切断工程および外周研削工程Ｓ５０：第２工程）
　従来公知の切断方法および外周研削方法を用い、坩堝１から取り出したＧａＡｓ反結晶を公知のスライス加工法を用いて主表面が（１００）ｊｕｓｔ面を有する面となるように切り出すことによりＧａＡｓ基板前駆体を得、さらにＧａＡｓ基板前駆体の外周を研削することにより、円状の主表面を有するＧａＡｓ基板を製造した。以上より、実施例１１として直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜実施例１２：ＧａＡｓ基板＞
　切断工程および外周研削工程（第２工程）において、坩堝１から取り出したＧａＡｓ単結晶を、主表面が（１００）面から１０°のオフ角を有する面となるように切り出すことによりＧａＡｓ基板前駆体を得たこと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１２の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例１３：ＧａＡｓ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１１０ｍｍとすること以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１３の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例１４：ＧａＡｓ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること、および切断工程および外周研削工程Ｓ５０において、坩堝１から取り出したＧａＡｓ単結晶を主表面が（１００）面から２°のオフ角を有する面となるように切り出すこと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１４の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例１５：ＧａＡｓ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること、および切断工程および外周研削工程Ｓ５０において、坩堝１から取り出したＧａＡｓ単結晶を主表面が（１００）面から６°のオフ角を有する面となるように切り出すこと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１５の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例１６：ＧａＡｓ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を１６０ｍｍとすること、および切断工程および外周研削工程Ｓ５０において、坩堝１から取り出したＧａＡｓ単結晶を、主表面が（１００）面から１５°のオフ角を有する面となるように切り出すこと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１６の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜実施例１７：ＧａＡｓ基板＞
　結晶成長装置の坩堝１における結晶成長部の内径を２１０ｍｍとすること、および切断工程および外周研削工程Ｓ５０において、坩堝１から取り出したＧａＡｓ単結晶を、主表面が（１００）面から６°のオフ角を有する面となるように切り出すこと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径２００ｍｍおよび厚み６７５μｍのＧａＡｓ基板を得た。実施例１７の結晶成長工程（第１工程）において、坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａは、坩堝１の軸に対し３０°の交差角を有していた。

　＜比較例１１：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１１と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１２：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１２と同じ方法を用いることにより、直径７５ｍｍおよび厚み６００μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１３：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１３と同じ方法を用いることにより、直径１００ｍｍおよび厚み６２５μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１４：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１４と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１５：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１５と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１６：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１６と同じ方法を用いることにより、直径１５０ｍｍおよび厚み７６０μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　＜比較例１７：ＧａＡｓ基板＞
　従来の結晶成長装置を用いることにより、結晶成長工程（第１工程）において坩堝１内で成長させる結晶固体３２と原料融液３３との界面３ａを坩堝１の軸に対し９０°の交差角を有するようにした（すなわち水平とした）こと以外、実施例１７と同じ方法を用いることにより、直径２００ｍｍおよび厚み６７５μｍのＧａＡｓ基板を得た。

　〔ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶の評価〕
　実施例１～実施例８、実施例１１～実施例１７、比較例１～比較例８および比較例１１～比較例１７のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板に対し、上述した方法により基板の不純物原子の平均濃度、主表面の転位密度、ならびに主表面に存する転位の非対称度を求めた。さらに上述した方法により、残留歪の平均値、および残留歪の極座標において分布がの形態（ｎ回対称であるか否か、さらには鏡像対称（略鏡像対称である場合を含む）であるか否か）について求め、かつ上述した方法によって主表面上で視認される波紋様パターンの波源が、上記主表面に位置するか否かについても求めた。結果を表１～表４に示す。

　さらに実施例１～実施例８、実施例１１～実施例１７、比較例１～比較例８および比較例１１～比較例１７のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板をそれぞれ１０００枚製造する際に、割れ、欠け等が発生しないことによって良好なＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板として得られた割合を「スライス加工歩留」として求めた。その結果も表１～表４に示す。表１～表４中の「スライス加工歩留」は、９０％以上である場合に良好であると評価し、９０％未満である場合に良好とはいえないと評価した。

　〔考察〕
　表１～表４によれば、実施例１～実施例８および実施例１１～実施例１７の各ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、主表面上に形成した波紋様パターンの波源が、上記主表面に位置せず、その場合に「スライス加工歩留」は、９０％以上で良好であると評価することができた。一方、比較例１～比較例８および比較例１１～比較例１７の各ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板については、主表面上に形成した波紋様パターンの波源が、上記主表面に位置し、その場合に「スライス加工歩留」は、９０％未満で良好であると評価することはできなかった。

　＜＜第２試験＞＞
　実施例４および実施例６、ならびに比較例４および比較例６のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（ＩｎＰ基板）に対し、上述した方法により不純物原子（Ｓ）の主表面上の濃度分布を測定した。結果を表５に示す。表５中、「波源側」の項目中に表される不純物原子（Ｓ）濃度は、主表面の中心を通り、かつ波源から主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線と、主表面の中心よりも波源側の外周とが重なる主表面上の位置から得た測定試料において測定された濃度を意味する。「中心」の項目中に表される不純物原子（Ｓ）濃度は、主表面の中心から得た測定試料において測定された濃度を意味し、「波紋拡開側」の項目中に表される不純物原子（Ｓ）濃度は、主表面の中心を通り、かつ波源から主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線と、主表面の中心よりも上記波源とは逆側の外周とが重なる主表面上の位置から得た測定試料において測定された濃度を意味する。

　〔考察〕
　表５によれば、実施例４および実施例６のＩｎＰ基板中に存する不純物原子は、波源から上記主表面の中心へ向かう方向、すなわち「波源側」から「波紋拡開側」に沿って一様に増加し、もって「波紋拡開側」が「波源側」よりも高い濃度分布を示した。一方、比較例４および比較例６のＩｎＰ基板中に存する不純物原子は、「波源側」および「波紋拡開側」において同等の濃度となる分布を示した。

　＜＜第３試験＞＞
　実施例１３および実施例１５、ならびに比較例１３および比較例１５のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（ＧａＡｓ基板）に対し、上述した方法により不純物原子（Ｓｉ）の主表面上の濃度分布を測定した。結果を表６に示す。表６中、「波源側」の項目中に表される不純物原子（Ｓｉ）濃度は、主表面の中心を通り、かつ波源から主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線と、主表面の中心よりも波源側の外周とが重なる主表面上の位置から得た測定試料において測定された濃度を意味する。「中心」の項目中に表される不純物原子（Ｓｉ）濃度は、主表面の中心から得た測定試料において測定された濃度を意味し、「波紋拡開側」の項目中に表される不純物原子（Ｓｉ）濃度は、主表面の中心を通り、かつ波源から主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線と、主表面の中心よりも上記波源とは逆側の外周とが重なる主表面上の位置から得た測定試料において測定された濃度を意味する。

　〔考察〕
　表６によれば、実施例１３および実施例１５のＧａＡｓ基板中に存する不純物原子は、波源から上記主表面の中心へ向かう方向、すなわち「波源側」から「波紋拡開側」に沿って一様に増加し、もって「波紋拡開側」が「波源側」よりも高い濃度分布を示した。一方、比較例１３および比較例１５のＧａＡｓ基板中に存する不純物原子は、「波源側」および「波紋拡開側」において同等の濃度となる分布を示した。

　以上のように本開示の実施形態および実施例について説明を行ったが、上述の各実施形態および実施例の構成を適宜組み合わせることも当初から予定している。

　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及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。

　Ｏ　波源、Ｐ　波紋様パターン、Ｓ　主表面、１００　ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板、１０１　ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板（従来）、Ｉ　間隔、Ｍ　測定点、Ｌ１　仮想の第１直線、Ｌ２　仮想の第２直線、Ｒ１　第１領域、Ｒ２　第２領域、ＯＦ　オリエンテーションフラット、１　坩堝、２　発熱体、３ａ　界面、３１　種結晶、３２　結晶固体、３３　原料融液、３ａ　界面、４　坩堝保持台、５　液体封止剤、Ｓ１０　種結晶装入工程、Ｓ２０　原料装入工程、Ｓ３０　封止剤配置工程、Ｓ４０　結晶成長工程、Ｓ５０　切断工程および外周研削工程。

Claims

　円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、
　前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、リン化インジウム単結晶基板であり、
　前記リン化インジウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより前記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、
　前記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、
　前記波源は、前記主表面に位置しない、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　　処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、前記主表面を水平に配置するとともに、前記主表面へ向けて前記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を１時間以上２時間以下照射
　前記リン化インジウム単結晶基板の直径は、５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下である、請求項１に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上２０００ｃｍ^-2以下である、請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面に存する転位の非対称度は、１．８以上であり、
　前記非対称度は、
　　前記主表面を、前記波源から前記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ前記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割し、
　　前記第１領域および前記第２領域それぞれにおいて、前記主表面の中心を通り、かつ前記第１直線に対し垂直に交わる仮想の第２直線上に、前記主表面の中心から離れる方向に５ｍｍ以上のピッチで２点以上の１ｍｍ²の面積を有する正方形の測定点を設定し、前記測定点において前記転位の数を測定するとともに、その測定結果から前記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換し、
　　前記第１領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値から、前記第２領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値を減算することにより得た数値の絶対値を、前記第１領域内および前記第２領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値で除算することにより算定される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板であって、
　前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、ヒ化ガリウム単結晶基板であり、
　前記ヒ化ガリウム単結晶基板は、下記処理を施すことにより前記主表面上で視認される波紋様パターンを有し、
　前記波紋様パターンは、波源から同心円状に広がる波紋の一部に相当するパターンであり、
　前記波源は、前記主表面に位置しない、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　　処理：酸化クロム（ＶＩ）１０ｇ、５０質量％濃度のフッ化水素酸溶液１０ｍＬおよび純水４００ｍＬからなる２５℃の混合液の液面から深さ方向へ１０ｍｍ下方の位置に、前記主表面を水平に配置するとともに、前記主表面へ向けて前記液面から２０ｃｍ上方に離れた位置より５００Ｗの反射型白熱電球の光を５分以上２０分以下照射
　前記ヒ化ガリウム単結晶基板の直径は、７５ｍｍ以上２０５ｍｍ以下である、請求項５に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面の転位密度は、０ｃｍ^-2以上５０ｃｍ^-2以下である、請求項５または請求項６に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面に存する転位の非対称度は、２．０以上であり、
　前記非対称度は、
　　前記主表面を、前記波源から前記主表面の中心へ向かう方向に延びる仮想の直線に対して垂直に交わり、かつ前記主表面の中心を通る仮想の第１直線により第１領域と第２領域とに分割し、
　　前記第１領域および前記第２領域それぞれにおいて、前記主表面の中心を通り、かつ前記第１直線に対し垂直に交わる仮想の第２直線上に、前記主表面の中心から離れる方向に５ｍｍ以上のピッチで２点以上の１ｍｍ²の面積を有する正方形の測定点を設定し、前記測定点において前記転位の数を測定するとともに、その測定結果から前記転位の数を１ｃｍ²の面積あたりの換算値に変換し、
　　前記第１領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値から、前記第２領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値を減算することにより得た数値の絶対値を、前記第１領域内および前記第２領域内のすべての前記測定点より求めた前記換算値の平均値で除算することにより算定される、請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面は、｛１００｝面から０°以上１５°以下のオフ角を有する面である、請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪の平均値は、３．５×１０^-5以下である、請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記主表面の径に沿った方向の伸縮歪と接線に沿った方向の伸縮歪との差の絶対値である残留歪は、前記主表面の中心を原点とし、前記主表面の中心から前記波源へ向かう方向に沿って、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の外周から１５ｍｍの長さだけ離れた点まで延びる仮想の線分を始線とする極座標において、前記原点を中心としたｎ回対称となる分布を有さず、前記ｎは、２以上の整数である、請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の導電型は、電子吸引型である、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板は、前記リン化インジウム単結晶基板である場合には不純物原子としてスズまたは硫黄を含み、前記ヒ化ガリウム単結晶基板である場合には不純物原子としてケイ素を含む、請求項１から請求項１２のいずれか１項に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記不純物原子の原子濃度は、１×１０¹⁶ｃｍ^-3以上１×１０¹⁹ｃｍ^-3以下である、請求項１３に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　前記不純物原子は、前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板中で前記波源から前記主表面の中心へ向かう方向に一様に変化する濃度分布を示す、請求項１３または請求項１４に記載のＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板。
　結晶成長装置を用いるＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法であって、
　種結晶と原料融液とを接触させ、前記種結晶の前記原料融液側に結晶固体を成長させることによりＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を得る工程と、
　前記ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶を切り出すことにより、円形の主表面を有するＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板を得る工程とを含み、
　前記結晶成長装置は、円筒状の坩堝と、前記坩堝を加熱する発熱体とを少なくとも備え、
　前記坩堝は、その底部に前記種結晶が収容され、かつ前記坩堝内の前記種結晶よりも上部に前記原料融液が収容され、
　前記結晶固体と前記原料融液との界面は、前記坩堝の軸に対し９０°未満の交差角を有する、ＩＩＩ－Ｖ族化合物半導体単結晶基板の製造方法。