JP5040977B2 - 窒化物半導体基板、半導体装置およびそれらの製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、窒化物半導体基板、半導体装置およびそれらの製造方法に関し、より特定的には、半極性面である主面を有する窒化物半導体基板、半導体装置およびそれらの製造方法に関する。

３．４ｅＶのエネルギーバンドギャップおよび高い熱伝導率を有するＧａＮ基板などの窒化物半導体基板は、短波長の光デバイスやパワー電子デバイスなどの半導体装置用の材料として注目されている。このような窒化物半導体基板の一例であるＧａＮ基板においては、基板の欠け、割れなどを防止するために外周端部に面取り加工部を形成することが提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００４−３１９９５１号公報

しかし、上記特許文献１では、基板の主面がｃ面であり、半極性面である主面（ｃ面から傾斜した主面）を有する窒化物半導体基板については特に言及しておらず、従来そのような半極性面を主面とする窒化物半導体基板の外周端部にどのような面取り加工部を形成すれば、窒化物半導体基板の割れや欠けを効果的に抑制できるのかは知られていなかった。

この発明は、上記のような課題を解決するために成されたものであり、この発明の目的は、割れや欠けを効果的に防止することができる面取り加工部を備えた、半極性面である主面を有する窒化物半導体基板、当該窒化物半導体基板を用いた半導体装置、およびそれらの製造方法を提供することである。

本発明者は、鋭意研究の結果、半導体レーザを作製したときに発振歩留まりを向上できる窒化物半導体基板は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有することを見出した。そして、この主面を有する窒化物半導体基板を半導体装置に用いるため、半導体装置の製造工程中や窒化物半導体基板のハンドリング中に当該窒化物半導体基板に割れや欠けが発生することを効果的に抑制することが可能な面取り加工部の形状を見出した。

すなわち、本発明に従った窒化物半導体基板は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面と、主面の外周端部に位置する面取り加工部とを備える。面取り加工部の、主面および当該主面と反対側に位置する裏面のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度は５°以上４５°以下である。

本発明の窒化物半導体基板によれば、半導体装置を作製したときに歩留りを向上できる主面を有している。さらに、窒化物半導体基板の外周端部からの割れや欠けの発生を抑制することができる。この結果、当該割れや欠けに起因する窒化物半導体基板の不良発生を抑制でき、当該窒化物半導体基板の歩留りを向上させることができる。

この発明に従った窒化物半導体基板の製造方法は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の主面の外周端部に面取り加工を施す工程とを備える。面取り加工を施す工程では、主面および主面と反対側に位置する裏面のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度が５°以上４５°以下となる面取り加工部を形成する。

このようにすれば、本発明に従った窒化物半導体基板を製造することができる。
この発明に従った半導体装置は、上記窒化物半導体基板を用いた半導体装置である。この場合、窒化物半導体基板の割れや欠けが効果的に抑制されることから、製造歩留りの高い半導体装置を実現できる。

この発明に従った半導体装置の製造方法は、上記窒化物半導体基板の製造方法を用いて窒化物半導体基板を準備する工程と、窒化物半導体基板の主面上にエピタキシャル層を形成する工程とを備える。この場合、窒化物半導体基板の割れや欠けが効果的に抑制されることから、半導体装置の高い製造歩留りを実現できる。

本発明によれば、窒化物半導体基板の割れや欠けを効果的に抑制でき、結果的に歩留りの高い半導体装置を製造できる。

本発明による窒化物半導体基板の実施の形態１を示す平面模式図である。 図１の線分ＩＩ−ＩＩにおける断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の主面およびオリエンテーションフラットの面方位を説明するための模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の製造方法を説明するためのフローチャートである。 図４に示したチャンファ加工工程（Ｓ２０）を説明するための模式図である。 図４に示したチャンファ加工工程（Ｓ２０）を説明するための模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を示す部分断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を示す部分断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を示す部分断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を示す部分断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を示す部分断面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を示す平面模式図である。 図１２に示した窒化物半導体基板における主面および第２のオリフラの結晶方位を説明するための模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明するための平面模式図である。 図１４に示した領域Ｒの拡大模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明するための平面模式図である。 図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を示す平面模式図である。 本発明による窒化物半導体基板を用いた半導体装置である発光素子の断面模式図である。 図１８に示した発光素子の発光層を説明するための断面模式図である。 図１８および図１９に示した発光素子に電極を形成した構成を示す断面模式図である。 図２０に示した発光素子を用いた発光装置を示す模式図である。 実施例１において作製した半導体レーザを概略的に示す断面図である。 図２１に示した半導体レーザを上方から見たときの導波路の位置を示す模式図である。 図２１に示した半導体レーザの端面および窒化物半導体基板の主面の結晶方位を概略的に示す図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。また、本明細書中においては、個別方位を［］、個別面を（）でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。また、記載の特定方位、方向はそれだけを示すのではなく、当然ながらそれと等価な関係の方位、方向も含むのは言うまでもない。

（実施の形態１）
図１〜図３を参照して、本発明による窒化物半導体基板の実施の形態１を説明する。

図１および図２に示すように、本発明による窒化物半導体基板１０ａは、平面形状がほぼ円形状であって、外周端部の一部が直線状に加工されたオリエンテーションフラット１２（オリフラ１２）が形成されている。また、窒化物半導体基板１０ａの外周端においては、主面１１側のチャンファ加工部である表側面取り部２２が形成されている。また、主面１１と反対側の裏面２１の外周部においては、裏面２１側のチャンファ加工部である裏側面取り部２３が形成されている。そして、窒化物半導体基板１０ａの外周端部においては、表側面取り部２２と裏側面取り部２３とを繋ぐように、曲面状の端面２４が形成されている。これらの表側面取り部２２、裏側面取り部２３および端面２４から面取り加工部（チャンファ部）が構成されている。表側面取り部２２の幅Ｌ２は、裏側面取り部２３の幅Ｌ１よりも大きくなっている。

主面１１の延在方向に対して表側面取り部２２の延在方向が角度θ２で交差している。また、裏面２１の延在方向に対して、裏側面取り部２３の延在方向は角度θ１で交差している。角度θ１と角度θ２とは同じであってもよいが異なる値となっていてもよい。そして、表側面取り部２２、裏側面取り部２３および端面２４の表面層には加工変質層２５が形成されている。図２からもわかるように、表側面取り部２２に形成された加工変質層２５の厚みは、裏側面取り部２３において形成された加工変質層２５の厚みよりも厚くなっている。

この主面１１は、（０００１）（ｃ＋面）面から［１−１００］方向（ｍ＋軸方向）に７１°以上７９°以下傾斜した面、或いは（０００−１）面（ｃ−面）から［−１１００］（ｍ−軸方向）方向に７１°以上７９°以下傾斜した面であり、（２０−２１）面または（−２０２−１）面であることが好ましい。なお、主面１１の面方位は、上述した面方位（２０−２１）、（−２０２−１）から所定の角度だけ傾斜していてもよい。

ここで、主面１１の面方位について、図３を参照して説明する。図３に示すように、主面１１は、（０００１）面から［１−１００］方向（ｍ＋軸方向）に角度θ傾いた面である。言い換えると、主面１１は、［０００１］方向（ｃ軸方向）から［１−１００］方向（ｍ軸方向）に角度θ傾いた面である。角度θは７１°以上７９°以下であり、７３°以上７７°以下であることが好ましく、７４°以上７６°以下であることがより好ましい。なお、（２０−２１）面または（−２０２−１）面は、（０００１）面または（０００−１）面から、ｍ＋軸、ｍ−軸方向に約７５°（＝角度θ）傾いた面である。ここでｍ−軸方向とは［−１１００］方向である。

また、上記角度θが７１°以上７９°以下の場合、この窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりを向上（たとえば５０％以上）することができる。角度θが７３°以上７７°以下の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりをより向上（たとえば７５％以上）することができる。角度θが７４°以上７６°以下の場合、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりをより一層向上（たとえば８０％以上）することができる。

さらに、上記窒化物半導体基板１０ａでは、面取り加工部の、主面１１および当該主面１１と反対側に位置する裏面２１のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度（図２の角度θ１または角度θ２）は５°以上４５°以下である。このようにすれば、窒化物半導体基板１０ａの外周端部からの割れや欠けの発生を抑制することができる。この結果、当該割れや欠けに起因する窒化物半導体基板１０ａの不良発生を抑制でき、当該窒化物半導体基板１０ａの加工歩留りを向上させることができる。さらに、窒化物半導体基板１０ａを用いて作製した半導体装置（たとえば半導体レーザ）の歩留まりを向上することができる。

また、図１および図２に示すように、主面１１側と裏面２１側とにおいて、面取り加工部の表側面取り部２２および裏側面取り部２３のサイズ（たとえば面取り量に対応する幅Ｌ１と幅Ｌ２）が異なるため、この面取り部のサイズによって目視により基板の主面１１と裏面２１とを判別することができる。

また、面取り加工部においては、表面である主面１１側の加工変質層２５の厚みと、裏面２１側の加工変質層２５の厚みとに差があるため、窒化物半導体基板１０ａの形状の安定性を高めることができる。

また、図１を参照して、オリフラ１２は、窒化物半導体基板１０ａの結晶方位を示すために外周の一部を弓形に切り取った部分である。言い換えると、オリフラ１２は、主面１１を上から見たときに、円形の一部に形成された直線部分である。ところで、筆者らは主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７５°傾いた（２０−２１）面 又は（０００−１）面から［−１１００］方向に７５°傾いた（−２０２−１）面の場合、主面にほぼ直交する（−１０１７）面、又は（１０−１−７）面近傍で容易に劈開することを初めて見出した。そこで、オリフラ１２は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であり、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．２°以上０．２°以下傾斜した面であることが好ましく、（−１０１７）面または（１０−１−７）面であることがより好ましい。

ここで、オリフラ１２の面方位について、図３を参照して説明する。図３に示すように、オリフラ１２は、（−１０１７）面または（１０−１−７）面近傍である。（−１０１７）面および（１０−１−７）面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面とほぼ直交（９０．１０°）している。このため、オリフラ１２は、主面１１とほぼ直交している。この（−１０１７）面および（１０−１−７）面は、従来のｃ面、ｍ面またはａ面等のこれまでの劈開面とは異なる。

（−１０１７）面または（１０−１−７）面の法線の方向は、ほぼ［−１０１４］方向または［１０−１−４］方向である。

従って、主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°傾いた場合は、（−１０１７）面の法線方向である［−１０１４］方向に直交する面を 或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°傾いた場合は、（１０−１−７）面の法線方向である［１０−１−４］に直交する面に容易にオリフラ１２を形成できることを初めて見出した。

また、異なる観点から言えば（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は、劈開しやすい性質を有することを本発明者は鋭意研究の結果見出した。このため、上述した面に容易にオリフラ１２を形成できる。さらに、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．２°以上０．２°以下傾斜した面に容易にオリフラ１２を形成できる。さらには、（−１０１７）面、（１０−１−７）面にオリフラ１２を形成してもよい。

なお、上記ｃ＋面とは、Ｇａ極性の（０００１）面、ｃ−面とはＮ極性の（０００−１）面を意味する。ｍ軸方向とは、［１−１００］方向、［１０−１０］方向、［−１１００］方向、［−１０１０］方向、［０１−１０］方向、［０−１１０］方向およびこれらと平行な方向を含む。

また、（−１０１７）面と（１０−１−７）面とは裏表の関係にある。
窒化物半導体基板１０ａは、たとえばＡｌ_xＩｎ_yＧａ_(1-x-y)Ｎ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、ｘ＋ｙ≦１）であり、Ａｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）であることが好ましく、ＧａＮであることがより好ましい。また、窒化物半導体基板の大きさは、円形であれば１０ｍｍ径以上が好ましく、３０ｍｍ径以上がより好ましく、２インチ径以上がいっそう好ましく、３インチ径以上がよりいっそう好ましい。また、矩形であれば、１０ｍｍ角以上が好ましく、１８ｍｍ角以上がより好ましく、３０ｍｍ角以上がいっそう好ましい。基板の厚みは１００μｍ以上１０００μｍ以下であることが好ましい。１００μｍ以上では基板のハンドリングができ、１０００μｍ以下では割断できる。厚みは３００μｍ以上４００μｍ以下であることがより好ましい。

図４を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の製造方法を説明する。
図４を参照して、まず基板準備工程（Ｓ１０）を実施する。具体的には、工程（Ｓ１０）においては、たとえば気相成長法によって作製した窒化物半導体基板を準備する。当該窒化物半導体基板の平面形状は任意の形状とすることができるが、たとえば円形状としてもよい。また、円形状の窒化物半導体基板のサイズはたとえば直径を２インチ（約５０ｍｍ）とすることができる。当該窒化物半導体基板には、ドーパントを含有させることによって導電型を任意の型（たとえばｎ型）にすることができる。導電型をｎ型にするドーパントとして、たとえばシリコン（Ｓｉ）や酸素（Ｏ）を用いることができる。

この工程（Ｓ１０）では、たとえば気相成長法によって成長した窒化物半導体のインゴットの外径を所定の値にするための加工工程（例えば外周研削やコアドリル工程）、および加工後のインゴットをスライスすることによってウェハを得る工程を実施することができる。

なお、この工程（Ｓ１０）において準備する窒化物半導体基板は、任意の方法により製造されていてもよい。たとえば、以下のような方法により製造された窒化物半導体基板を準備してもよい。

すなわち、下地基板を準備する。準備する下地基板は、成長する窒化物半導体基板１０ａと同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。このような下地基板として、たとえばＧａＮ基板、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板、サファイア（Ａｌ₂Ｏ₃）基板、酸化亜鉛（ＺｎＯ）基板、炭化珪素（ＳｉＣ）基板などを用いることができる。

次に、下地基板上に、窒化物半導体結晶を成長する。窒化物半導体結晶の成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法などの気相成長法、フラックス法、アモノサーマル法などの液相成長法などを採用できる。

次に、外径を所定の値に加工された後の窒化物半導体結晶から、窒化物半導体基板を切り出す。このとき、主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜するように、切り出す。たとえば下地基板の主面がｃ＋面である場合、窒化物半導体結晶はｃ＋軸方向に成長する。このため、図３における主面１１に平行な平面（ｃ＋面からｍ＋軸方向へ角度θ傾斜した面）に沿って窒化物半導体基板を切り出す。（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜するように切り出す場合は、（０００１）面と（０００−１）面が裏表の関係にあることから、上記結晶の底面が（０００−１）面となり、その面から［−１１００］方向へ７１°以上７９°以下傾斜するように切り出せばよい。

切り出す方法は特に限定されず、たとえば切断など機械的な除去方法を用いることができる。切断とは、外周刃を持つスライサー、内周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで機械的に窒化物半導体結晶から窒化物半導体基板１０ａを切り出すことをいう。

なお、必要に応じて下地基板を除去してもよい。下地基板を除去する方法は特に限定されないが、たとえば切断、研削などの方法を用いることができる。切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサー、ワイヤーソーなどで、窒化物半導体結晶と下地基板との界面を機械的に分割（スライス）すること、レーザパルスや水分子を窒化物半導体結晶と下地基板との界面に照射または噴射すること、結晶格子面に沿ってへき開すること、エッチングなどの化学的方法などにより窒化物半導体結晶と下地基板とを機械的に分割することをいう。また研削とは、砥石を回転させながら表面に接触させて、厚さ方向に削り取ることをいう。下地基板を研削により除去する方法としては、たとえば、ダイヤモンド砥石を持つ研削設備などで、下地基板を機械的に削り取る。

なお、主面が（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した窒化物半導体基板の作製は、ｃ軸方向に成長した窒化物半導体結晶から所望の角度で窒化物半導体基板を切り出すことに限定されず、さらに、このようにして得られた、窒化物半導体基板の主表面上に、さらに窒化物半導体結晶を成長させて、成長させた窒化物半導体結晶を結晶基板の主表面に平行な面で切り出して窒化物半導体基板を製造し、かかる窒化物半導体基板の主表面を上記と同様にして加工することにより、窒化物半導体基板を製造することができる。上記の窒化物半導体結晶のさらなる成長（繰り返し成長）の下地基板として用いる窒化物半導体基板は、必ずしも１枚の基板でなくてよく、小サイズの結晶基板を複数枚用いても良い。繰り返し成長時に接合して単一の結晶とすることができる。更に繰り返し成長で接合した窒化物半導体結晶から切り出した結晶基板を下地基板として用い、再度繰り返し成長することもできる。このように、窒化物半導体結晶を繰り返し使用して成長することにより、生産コストを削減することができる。

次に、図４に示すように、チャンファ加工工程（Ｓ２０）を実施する。この工程（Ｓ２０）においては、図２に示したようなチャンファ部（面取り加工部）を窒化物半導体基板１０ａの外周端部に形成する。具体的には、たとえば図５および図６に示すようなゴム砥石３０を用いて窒化物半導体基板１０ａの外周端部を加工する。

たとえば、図５に示すように、表面３１が円錐形状になったゴム砥石３０を用いて窒化物半導体基板１０ａの外周端部の角部を研削する。このとき、ゴム砥石３０の表面３１と窒化物半導体基板１０ａの端部との接触部は直線状になる。この結果、図２に示した表側面取り部２２が形成される。また、図５に示したゴム砥石３０は、図５において矢印で示すように、ゴム砥石３０に接続された軸を中心に回転している。そして、図２に示した主面１１の延在方向と表側面取り部２２の延在方向とのなす角度θ２は、ゴム砥石３０の表面３１と窒化物半導体基板１０ａの主面１１とのなす角度を調整することにより任意に変更することができる。

また、図２に示した裏側面取り部２３は、図５に示したゴム砥石３０を裏面２１側から窒化物半導体基板１０ａの端部へと接触して当該端部を研削することにより形成することができる。

また、図２に示した曲面状の端面２４は、図６に示すように、表面３２が曲面状に形成されたゴム砥石３０を窒化物半導体基板１０ａの端面に接触させることにより、当該端面を研削することで得られる。上記ゴム砥石３０の番手などの条件は適宜選択することができるが、たとえば３００番手〜３０００番手のゴム砥石３０を用いてもよい。

なおこのチャンファ加工工程（Ｓ２０）においては、顕微鏡を用いて窒化物半導体基板１０ａの主面１１および裏面２１の面状態の違いを検出することにより表裏の判断を行なう。そして、この工程（Ｓ２０）において、表側面取り部２２と裏側面取り部２３との加工量を変える（たとえば面取り量や角度θ１、θ２をそれぞれ変更する）ことにより、その後の工程における基板の表面と裏面との判別を容易に行なうことができる。

次に、裏面研削工程（Ｓ３０）を行なう。この工程（Ｓ３０）においては、窒化物半導体基板１０ａの裏面２１を研削加工する。研削加工では、従来周知の任意の方法を採用することができる。この工程（Ｓ３０）は、窒化物半導体基板１０ａの厚みを所定の値にすることを目的としている。

なお、この工程（Ｓ３０）の後であって、後述する表面研削工程（Ｓ４０）の前に、裏面エッチング工程を実施してもよい。この裏面エッチング工程では、たとえばＫＯＨをエッチング液として用いたウエットエッチングを実施してもよい。これは、上述した工程（Ｓ３０）において基板の裏面に形成される加工変質層（たとえば厚みが１〜３０μｍ）を除去するために実施する。このため、エッチング量は、加工変質層の厚みに応じて適宜選択する。たとえば、エッチング量を１μｍ以上３０μｍ以下とすることができる。

次に、表面研削工程（Ｓ４０）を実施する。具体的には、この工程（Ｓ４０）では、窒化物半導体基板１０ａの表面である主面１１に対して研削加工を行なう。この研削加工は、後述する研磨工程の前処理として行なっている。なお、この表面研削工程（Ｓ４０）では、従来周知の任意の方法を採用することができる。また、この研削工程において形成される加工変質層の厚みはたとえば０．５μｍ以上２０μｍ以下である。

次に、研磨工程（Ｓ５０）を実施する。この工程（Ｓ５０）においては、任意の方法により主面１１の研磨を行なう。この結果、主面１１を鏡面状態にすることができる。たとえば、研磨工程（Ｓ５０）では、粗研磨と仕上げ研磨とを実施してもよい。この結果、主面１１（表面）と主面１１周辺部に加工変質層が形成される。加工変質層の厚みは条件にもよるが０．１μｍ以上５μｍ以下である。

次に、エッチング工程（Ｓ６０）を実施する。この工程（Ｓ６０）においては、少なくとも主面１１および窒化物半導体基板１０ａの面取り加工部における加工変質層の少なくとも一部をエッチングにより除去する。エッチング方法としては任意の方法を用いることができるが、たとえばドライエッチングを用いることができる。たとえば、この工程（Ｓ６０）では、主面１１の加工変質層を完全に除去する一方、面取り加工部となる周辺部では加工変質層をたとえば厚み１μｍ以上３μｍ以下残存させてもよい。なお、このエッチング工程（Ｓ６０）は必ずしも実施しなくてもよい。窒化物半導体基板の主面の粗さは、Ｒａ基準で１０ｎｍ以下がよい。裏面の粗さは、Ｒａ基準で１０μm以下がよい。

なお、オリフラ１２を形成する工程は、工程（Ｓ２０）の前または後に実施することができる。具体的には、オリフラ１２の形成方法は特に限定されないが、窒化物半導体基板において（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を露出させるためにたとえば切断、研削などを行なう。

この結果、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａを得ることができる。
次に、図７〜図１１を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の変形例を説明する。

図７を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａの変形例は、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構造を備えるが、端面２４の形状が異なっている。すなわち、図７に示した窒化物半導体基板１０ａにおいては、端面２４について図７に示すように断面が直線状となっている。このような構成の基板によっても、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の効果を得ることができる。

次に、図８を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａの他の変形例は、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構造を備えるが、面取り加工部における加工変質層２５の形状が異なっている。すなわち、図８に示した窒化物半導体基板１０ａにおいては、表側面取り部２２にのみ加工変質層２５が形成されている。このような構成の基板によっても、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の効果を得ることができる。

図９に示した窒化物半導体基板１０ａは、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構造を備えるが、面取り加工部の形状が異なっている。すなわち、図９に示した窒化物半導体基板１０ａにおいては、面取り加工部を構成する表側面取り部２２の幅（面取り量）よりも裏側面取り部２３の幅（面取り量）の方が大きくなっている。このような構成の基板によっても、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の効果を得ることができる。

図１０に示した窒化物半導体基板１０ａは、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａの他の変形例であって、面取り加工部の形状が図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと異なっている。すなわち、図１０に示した窒化物半導体基板１０ａにおいては、面取り加工部を構成する表側面取り部２２、裏側面取り部２３および端面２４のすべての断面外形が曲線状になっている。このような構成によっても、図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の効果を得ることができる。

図１１に示す窒化物半導体基板１０ａは、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えるが、面取り加工部の形状が図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａとは異なっている。すなわち、図１１に示した窒化物半導体基板１０ａにおいては、表側面取り部２２と裏側面取り部２３との幅がほぼ等しくなっている。このような構成によっても、基板端部からの割れや欠けを防止するといった、図１に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の効果を得ることができる。また、表側面取り部２２と裏側面取り部２３との幅がほぼ等しい場合には、窒化物半導体基板の反りを小さくすることができる。

図１２および図１３を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明する。

図１２に示した窒化物半導体基板１０ｂは、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、第２のオリフラ１３をさらに備えている点において異なる。

第２のオリフラ１３は、方位および表裏の２つを示すためのＩＦ（アイデンティフィケーションフラット）または副オリエンテーションフラットである。第２のオリフラ１３は、オリフラ１２とほぼ直交している。第２のオリフラ１３は、（１１−２０）面（ａ面）、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であり、（１１−２０）面であることがより好ましい。

ここで、第２のオリフラ１３の面方位について、図１３を参照して説明する。図１３に示すように、第２のオリフラ１３は、（１１−２０）面近傍である。（１１−２０）面は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面とほぼ直交し、かつ（−１０１７）面または（１０−１−７）ともほぼ直交する。

第２のオリフラ１３により、（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定することもできる。また、窒化物半導体基板１０ｂの表裏の判別を容易にすることができる。さらに、（１１−２０）面近傍は劈開しやすい性質を有しているので、第２のオリフラ１３を容易に形成することができる。第２のオリフラ１３が（１１−２０）面近傍の場合、半導体装置の歩留まりをより向上することができる。

なお、上記ａ面とは、（１１−２０）面、（１−２１０）面、（−２１１０）面、（−１−１２０）面、（−１２−１０）面、（２−１−１０）面、およびこれらの面と平行な面を含み、等価である。また、図３中の［１−２１０］方向および［−１２−１０］方向は、ａ軸方向である。ａ軸方向とは、［１１−２０］方向、［１−２１０］方向、［−２１１０］方向、［−１−１２０］方向、［−１２−１０］方向、［２−１−１０］方向、およびこれらの方向と平行な方向を含む。

オリフラ１２の長さＬ１２は、第２のオリフラ１３の長さＬ１３と異なることが好ましく、目視で大小関係がわかる程度に長さが違うことがより好ましい。オリフラ１２および第２のオリフラ１３の大きさの一例を挙げると、窒化物半導体基板１０ｂの主面１１の直径がたとえば５０ｍｍの場合、オリフラ１２の長さＬ１２はたとえば２ｍｍ以上３０ｍｍ以下であり、第２のオリフラ１３の長さＬ１３は、長さＬ１２よりも短く、かつたとえば２ｍｍ以上２０ｍｍ以下である。

なお、オリフラ１２の長さＬ１２と第２のオリフラ１３の長さＬ１３との大小関係は問わない。

ここで、オリフラ１２、および第２のオリフラ１３の長さＬ１２、Ｌ１３とは、図１２に示すように、窒化物半導体基板１０ｂを上から見たときに、直線となる領域の長さを意味する。

図１２に示した窒化物半導体基板の製造方法は、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板の製造方法と同様の構成を備えているが、第２のオリフラ１３を形成する工程をさらに備える点において異なる。具体的には、オリフラ１２を形成する前、後または同時に、（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリフラ１３を形成する。

以上説明したように、本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｂは、（１１−２０）面またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面の第２のオリエンテーションフラット１３をさらに備えている。

（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面は劈開しやすい性質を有しているので、第２のオリフラ１３を容易に形成することができる。これにより、窒化物半導体基板１０ｂの表裏を判別することもできる。

図１４および図１５を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明する。図１４および図１５に示した窒化物半導体基板１０ｃは、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、表示部としてノッチ１５を備えている点において異なる。

ノッチ１５は、窒化物半導体基板１０ｃの外周に設けられた切り欠きである。図１４および図１５に示すように、（−１０１７）面、（−１０１７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定するためにノッチ１５が形成されている。詳細には、図１５に示すように、ノッチ１５において、Ａ、ＢおよびＣの３点を位置決めしたときに、ＢとＣとの中心からＡへの方向が［−１０１４］方向または［１０−１−４］方向である。

図１５に示すように、ノッチ１５の深さＨはたとえば２ｍｍ以上１０ｍｍ以下でり、角度αはたとえば３０°以上１２０°以下である。深さＨが１０ｍｍ以下で、かつ角度αが１２０°以下の場合には、窒化物半導体基板１０ｃの主面１１の面積が狭くなることを抑制できる。深さＨが２ｍｍ以上で、かつ角度が３０°以上の場合には、ノッチ１５を容易に識別することができる。

図１４および図１５に示した窒化物半導体基板１０ｃの製造方法は、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａの製造方法と同様の構成を備えているが、オリフラ１２の代わりにノッチ１５を形成する点において異なる。ノッチ１５の形成方法は特に限定されないが、切断、研削、研磨などにより形成することができる。

図１６を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明する。

図１６に示した窒化物半導体基板１０ｄは、基本的には図１４および図１５に示した窒化物半導体基板１０ｃと同様の構造を備えるが、第２のノッチ１６が形成されている点が図１４および図１５に示した窒化物半導体基板１０ｃと異なる。

第２のノッチ１６は、方位および表裏の２つを示すために設けられている。第２のノッチ１６の方向は、ノッチ１５の方向とほぼ直交している。第２のノッチ１６は、（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を示し、（１１−２０）面を示すことがより好ましい。

ノッチ１５が主ノッチであり、第２のノッチ１６が副ノッチであるように、ノッチ１５と第２のノッチ１６とが区別できることが好ましい。区別するために、たとえばノッチ１５を第２のノッチ１６よりも大きくする。

図１６に示した窒化物半導体基板１０ｄの製造方法は、基本的には図１４および図１５に示した窒化物半導体基板１０ｃの製造方法と同様の構成を備えているが、第２のノッチ１６をさらに形成する点において異なる。

図１７を参照して、図１および図２に示した窒化物半導体基板の他の変形例を説明する。図１７に示した窒化物半導体基板１０ｅは、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、表示部として印１７が形成されている点において異なる。

印１７は、たとえばレーザ照射痕、またはダイヤモンドペンによる傷である。印１７は、（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定できるように形成されている。たとえば、［１０−１−４］方向、［−１０１４］方向、またはこれらの方向から−０．５°以上０．５°以下傾いた方向と平行な方向に向けて印１７が複数形成されている。

さらに、印１７は、（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定できるように形成されていることが好ましい。たとえば、印１７のサイズ、個数などを、［−１０１４］方向または［１０−１−４］方向と、［１１−２０］方向とで差を設けるように形成する。図１７に示した窒化物半導体基板１０ｅでは、［−１０１４］方向よりも［１１−２０］方向に印１７の個数を多く形成している。これにより、［−１０１４］方向および［１１−２０］方向を特定することができる。

なお、図１７では印１７は１箇所に複数のドットとして形成されているが、印１７は２箇所以上の領域に形成されていてもよく、単数であってもよく、ドット以外の形状であってもよい。

印１７は、窒化物半導体基板１０ｅにおいてエピタキシャル成長に利用する面と反対側の面に形成することが好ましい。裏面に印１７を形成し、かつ非透過性の金属膜などが形成された場合であっても、窒化物半導体は光透過性の性質を有しているため、主面の研磨加工をすることで、裏面に形成された印１７を容易に確認できる。

本実施の形態における窒化物半導体基板１０ｅの製造方法は、基本的には図１および図２に示した窒化物半導体基板１０ａと同様の構成を備えているが、オリフラ１２を形成する代わりに印１７を形成する点において異なる。

印１７を形成する方法は特に限定されないが、たとえば、レーザ照射することによりレーザ照射痕を形成する方法、またはダイヤモンドペンにより傷を形成する方法などを採用することができる。これにより、容易に印１７を形成することができる。また、印１７の加工精度を向上することができる。

ここで、上述した窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅでは、表示部としてオリフラ１２、ノッチ１５および印１７を例に挙げて説明したが、本発明の窒化物半導体基板の表示部は特にこれらに限定されない。また、本発明の窒化物半導体基板は、オリフラ、ノッチ、印などを組み合わせて備えていてもよい。

（実施の形態２）
図１８および図１９を参照して、本発明による窒化物半導体基板を用いた発光素子を説明する。

図１８を参照して、発光素子は、導電型がｎ型のＧａＮ基板である窒化物半導体基板１０ａと、ｎ型ＧａＮ層４１と、ｎ型ＧａＮ層４１上に形成されたＡｌＧａＮ層４２と、ＡｌＧａＮ層４２上に形成された発光層４３と、発光層４３上に形成されたｐ型ＡｌＧａＮ層４４と、ｐ型ＡｌＧａＮ層４４上に形成されたｐ型ＧａＮ層４５とを備えている。ｎ型のＧａＮ基板である窒化物半導体基板１０ａは、たとえば１×１０^-2Ωｃｍという抵抗値であって、ｎ型の導電性不純物の濃度が３×１０¹⁸／ｃｍ³という特性を備える。ｎ型ＧａＮ層４１の厚みはたとえば１μｍとすることができる。また、このｎ型ＧａＮ層に含有される導電性不純物としてはシリコン（Ｓｉ）を用いることができる。また、ｎ型ＡｌＧａＮ層４２の厚みはたとえば１５０ｎｍとすることができる。また、このｎ型ＡｌＧａＮ層４２に含有される導電性不純物としてはたとえばシリコンを用いることができる。そして、このＡｌＧａＮ層４２の組成としては、たとえばＡｌ_0.1Ｇａ_0.9Ｎといった組成を用いることができる。

また、発光層４３としては、たとえば図１９に示すような多重量子井戸構造を用いることができる。具体的には、発光層４３は、ＧａＮ層４３ａとＧａＩｎＮ層４３ｂとが交互に積層した多層構造となっていてもよい。このとき、たとえばＧａＮ層４３ａの厚みを１０ｎｍ、ＧａＩｎＮ層４３ｂの厚みを３ｎｍとすることができる。また、ＧａＩｎＮ層の組成としては、たとえばＧａ_0.85Ｉｎ_0.15Ｎといったものを用いることができる。

そして、この発光層４３上に位置するｐ型ＡｌＧａＮ層４４の厚みはたとえば２０ｎｍとすることができる。また、このｐ型ＡｌＧａＮ層に含まれる導電性不純物としてはたとえばマグネシウム（Ｍｇ）を用いることができる。また、このｐ型ＡｌＧａＮ層４４の組成としては、たとえばＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎといったものを用いることができる。

また、ｐ型ＧａＮ層４５の厚みはたとえば１５０ｎｍとすることができる。さらに、このｐ型ＧａＮ層４５に含まれる導電性不純物としてマグネシウムを用いることができる。

図１８および図１９に示した半導体素子は、図４に示した基板の製造方法を用いて本発明による窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅのいずれかを準備し、その後当該窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの主面１１上に所定の膜をエピタキシャル成長させる工程を実施することにより形成することができる。

次に、図１８および図１９に示した半導体素子の表面および裏面に、図２０に示すように電極を形成する。具体的には、図２０を参照して、ｐ型ＧａＮ層４５上にｐ側電極４６を形成する。このｐ側電極４６としては、たとえばニッケル（Ｎｉ）と金（Ａｕ）との積層構造の電極を用いることができる。また、ｎ型ＧａＮからなる窒化物半導体基板１０ａの表面には、図２０に示すようにｎ側電極４７として、チタン（Ｔｉ）／アルミニウム（Ａｌ）／チタン（Ｔｉ）／金（Ａｕ）という積層構造の電極を用いることができる。ｎ側電極４７は、窒化物半導体基板１０ａの表面のほぼ中央部に配置する。一方、ｐ側電極４６は、ｐ型ＧａＮ層４５の表面を覆うように形成する。

次に、このようにして得られた発光素子を図２１に示すようなステムに取付けることにより、発光装置を形成することができる。図２１を参照して、図２０に示した発光素子のｐ側電極４６をステム５２にハンダ５３を介して接続固定する。一方、ｎ側電極４７は、ワイヤ５４を介してリードピン５１と電気的に接続される。このようにエピダウン（窒化物半導体基板１０ａ上に形成されたエピタキシャル層側をステム５２に向けて接続する構成）でステム５２に実装された発光素子は、窒化物半導体基板１０ａ（図２０参照）であるｎ型ＧａＮ基板が透明であることから、当該基板側からも光を外部へ放出することができる。また、発光層４３がステム５２近くに配置されていることから、発光層から発生した熱がステム５２へと伝達しやすく放熱性が良好である。なお、ＧａＮ基板も熱伝導率が高いため、当該基板側からも放熱が進む。

発光素子の発光波長は、４３０ｎｍ〜５５０ｎｍとすることができる。発光波長は発光層のＩｎ組成により調整できる。本発明の窒化物半導体基板では、エピ成長時のＩｎの取り込み効率を向上することができ、緑色領域の５００ｎｍ〜５５０ｎｍで良好な発光特性を得ることができる。

以下、上述した実施の形態と一部重複する部分もあるが、本発明の特徴的な構成を列挙する。

本発明に従った窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅは、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面１１と、主面１１の外周端部に位置する面取り加工部とを備える。面取り加工部の、主面１１および当該主面１１と反対側に位置する裏面２１のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度（θ１またはθ２）は５°以上４５°以下である。

本発明の窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅは、半導体装置を作製したときに歩留りを向上できる主面１１を有している。さらに、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの外周端部からの割れや欠けの発生を抑制することができる。この結果、当該割れや欠けに起因する窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの不良発生を抑制でき、当該窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの歩留りを向上させることができる。

なお、主面１１の傾斜角度を上記のように（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下としたのは、この範囲で特に半導体装置の歩留りを向上させることがでたからである。また、面取り加工部の傾斜角度θ１またはθ２の下限を５°としたのは、この角度より小さくなると当該基板の外周端部の角部が実質的に面取り加工部を形成しない場合とほとんど変わらなくなり、割れや欠けを抑制する効果が得られなくなるためである。また、当該傾斜角度の上限を４５°としたのは、この角度より大きくすると、面取り加工部と主面との境界部の角部が１３５°より小さくなってしまい、当該角部での割れや欠けが問題となってくるためである。

なお、面取り加工部の上記傾斜角度は、好ましくは１５°以上３５°以下、より好ましくは１７°以上２５°以下である。このような数値範囲としたのは、次工程（表面研削および裏面研削工程）にて発生するクラック、割れや欠けを防ぐ確率をより高くできる、という理由による。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、主面１１は、（２０−２１）面または（−２０２−１）面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であってもよい。ここで、上述した面を主面１１とする窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅは、半導体装置を作製したときに特に特性を向上することができる。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、面取り加工部の表面層には、平均厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下である加工変質層２５が形成されていてもよい。

この場合、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの外周端部に加工変質層２５が形成されることにより、当該外周端部において残留応力が存在する領域を配置することができる。この結果、当該加工変質層２５の厚さを適宜調整することにより、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの形状が反ったりするという形状不良を抑制する効果を得ることができる。

なお、加工変質層２５の平均厚さは、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）で測定することができる。そして、当該平均厚さの下限を０．５μｍとしたのは、面取り加工部を研磨や研削により形成する場合に、０．５μｍより厚さの薄い加工変質層では反り抑制の効果が小さく、デバイスの歩留が低下するからである。また、当該平均厚さの上限を１０μｍとしたのは、１０μｍより厚い加工変質層を形成するとクラックおよび割れが発生する確率が増加し、さらにデバイスの歩留が低下するからである。

なお、加工変質層２５の平均厚さは、好ましくは１μｍ以上５μｍ以下である。このような数値範囲としたのは、１μｍ以下の加工は砥石が高番手になり、加工時間が長くなるため製造コストが大きくなり、また、５μｍ以上の加工は砥石が低番手(粗く)になるためパーティクルの発生などの問題からデバイスの歩留が低下する、という理由による。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、面取り加工部の面取り量（図２における幅Ｌ１、Ｌ２）は０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であってもよい。この場合、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの外周端部からの割れや欠けの発生を抑制する効果を確実に得ることができる。

なお、面取り量の下限を０．０２ｍｍとしたのは、この値より小さくなると当該基板の外周端部の角部が実質的に面取り加工部を形成しない場合とほとんど変わらなくなり、割れや欠けを抑制する効果が得られなくなるためである。また、面取り量の上限を０．５ｍｍとしたのは、これより大きな面取り量とすると、基板の主面において面取り加工部の面積が大きくなりすぎ、当該基板から得られる半導体装置の数が少なくなって結果的に半導体装置の製造コストが増大するためである。

なお、上記面取り量は、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．３ｍｍ以下、より好ましくは０．０５ｍｍ以上０．２ｍｍ以下である。このような数値範囲としたのは、面取り量が大きいと(研削量が多いため)加工中基板に負荷が多くかかりクラックなどの不良になる確率が大きくなる、という理由による。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、面取り加工部の表面の算術平均粗さはＲａで０．０７μｍ以上３μｍ以下であってもよい。

この場合、面取り加工部の表面粗さが粗すぎて問題が発生する（たとえばパーティクルが発生する）ことを抑制できる。なお、上記表面粗さの下限をＲａで０．０７μｍとしたのは、現実的なコストでこの値より表面粗さを小さくすることが困難なためである。また、上記表面粗さの上限をＲａで３μｍとしたのは、この値より大きいとパーティクルの発生などの問題が起きる可能性が高くなるからである。

また、上記表面粗さは、好ましくはＲａで０．０７μｍ以上１μｍ以下、より好ましくはＲａで０．０７μｍ以上０．５μｍ以下である。このような数値範囲としたのは、Ｒａが小さいほどより微細なパーティクル（不純物）の発生を抑制し、デバイス素子歩留がより高くなるため、という理由による。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、主面１１は鏡面加工されていてもよい。主面１１の表面粗さは二乗平均粗さ（ＲＭＳ）で０．２ｎｍ以上４ｎｍ以下であってもよい。

この場合、主面１１上にエピタキシャル膜を形成するときに、当該エピタキシャル膜の成膜不良の発生を抑制できる。

なお、主面１１の表面粗さの下限を上記のような値としたのは、上記の値より小さい表面粗さとすることは工業的に現実的なコストでは困難だからである。また、上記表面粗さの上限を上記の値としたのは、上記の値より大きいとエピタキシャル膜の成膜不良の発生確率が増大するためである。

また、上記主面１１の表面粗さは、好ましくはＲＭＳで１ｎｍ以上３ｎｍ以下である。このような数値範囲としたのは、上述した理由と同様にコストと品質の点で当該数値範囲が好ましいから、という理由による。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅには、所定の面を示す表示部（オリフラ１２、１３、ノッチ１５、１６、印１７）が形成されていてもよい。

この場合、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅのハンドリング時や当該窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを用いて半導体装置（図１８〜２１参照）を製造する場合に、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの面方位を確実に把握することができる。

上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅにおいて、表示部が示す所定の面は（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面、または（１１−２０）面、またはこの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であってもよい。

ここで、本発明の窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅは、半導体装置を作製したときに歩留まりを向上できる主面１１を有している。そして、この主面１１を有する窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを半導体装置に用いるために面方位を特定することを鋭意研究した結果、（−１０１７）面および（１０−１−７）面近傍が劈開しやすい性質を有していることを発明者は見出した。そして、発明者は、この主面を有する窒化物半導体基板において、表示部により（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面を特定することを初めて明らかにした。この表示部により、この主面１１を有する窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを用いて半導体装置を作製するときに、劈開しやすい面を特定することができる。これにより、劈開しやすい面を用いて、結晶方位の位置合わせまたは判別をすることができる。このため、本発明の窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを用いることにより、特性を向上した半導体装置を作製することができる。したがって、本発明の窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを半導体装置に用いることができる。

この発明に従った窒化物半導体基板の製造方法は、（０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程（Ｓ１０）と、窒化物半導体基板の主面の外周端部に面取り加工を施す工程（Ｓ２０）とを備える。面取り加工を施す工程（Ｓ２０）では、主面１１および主面と反対側に位置する裏面２１のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度（θ１またはθ２）が５°以上４５°以下となる面取り加工部を形成する。このようにすれば、本発明に従った窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを製造することができる。

この発明に従った半導体装置は、図１８〜２１に示すように、上記窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを用いた半導体装置である。この場合、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの割れや欠けが効果的に抑制されることから、製造歩留りの高い半導体装置を実現できる。

この発明に従った半導体装置の製造方法は、図４に示した上記窒化物半導体基板の製造方法を用いて窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅを準備する工程と、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの主面１１上にエピタキシャル層を形成する工程とを備える。この場合、窒化物半導体基板１０ａ〜１０ｅの割れや欠けが効果的に抑制されることから、半導体装置の高い製造歩留りを実現できる。

本実施例では、（０００１）ＧａＮインゴットから［１−１００］方向に６８度から８２度の範囲の角度θで切り出したＧａＮ基板の有用性を調べた（試験１）。具体的には、上記角度θを変えた基板を用いて半導体レーザの素子を形成し、当該素子の発振歩留まりを測定した。また、面取り加工部の、主面１１および当該主面１１と反対側に位置する裏面２１のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度（θ１またはθ２）の優位性についても調べた（試験２）。

（試験１）
試料の準備：
まず、ＨＶＰＥ法で厚く成長した（０００１）ＧａＮインゴットから［１−１００］方向に６８度から８２度の範囲の角度θでウェハスライス装置を用いて切り出し、［０００１］方向から［１−１００］方向への傾斜角度θが、６８度から８２度の範囲の所望のオフ角を有するＧａＮ基板（後述する表１における試料ＩＤ：Ｉ−１〜Ｉ−９）を作製した。たとえば、７５°の角度θで切り出したとき、（２０−２１）面を主面として有するＧａＮ基板が得られ、六方晶系の結晶格子において主面１１によって示される。

なお、当該ＧａＮ基板においては、外周端部に面取り加工部（チャンファー加工部）を形成した。なお、チャンファー加工にレジンボンド砥石を使うと、ＧａＮ基板の外周部から割れたりクラックが入ったりする。そこで割れやクラックを防ぐために本実施例ではゴム砥石を使って加工を行なった。具体的には、１０００番手ダイヤモンド砥粒４０ ｗｔ％とＦｅ_２Ｏ_３砥粒６０ｗｔ％ の混合物をＣＲ（クロロプレンゴム）で基盤に固定した砥石を用いて外周研削した。このときの表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は０．１μｍであった。当該ゴム砥石の空孔率は０％であり、又、基板の同じ厚みのものを使用し、面取り加工部の形状（チャンファー形状）は表裏で対称になる図１１に示した形状を基準とした。面取り部の角度（面取り角度）は２０°に、面取り量は０．２ｍｍに統一した。なお、基板厚み、表裏の面取り角度及び面取り量が決まれば、残りの長さが決まるので、その間は滑らかな曲面でつなぐことができる。

また、このＧａＮ基板について、（−１０１７）面であるオリフラを形成した。
次に、当該ＧａＮ基板を用いて半導体レーザを有機金属気相成長法により形成した。形成した半導体レーザ１００は、図２２および図２３に示した構成を備える。また、有機金属気相成長法における原料にはトリメチルガリウム（ＴＭＧａ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡｌ）、トリメチルインジウム（ＴＭＩｎ）、アンモニア（ＮＨ₃）、シラン（ＳｉＨ₄）を用いた。

具体的には、ＧａＮ基板を窒化物半導体基板１０ａとして反応炉内のサセプタ上に配置した後に、以下の成長手順でエピタキシャル層を成長した。まず、図２２を参照して、窒化物半導体基板１０ａ（ＧａＮ基板）の主表面上にｎ型バッファ層１０２として、厚さ１０００ｎｍのｎ型ＧａＮを成長した。次に、ｎ型クラッド層１０３として、厚さ１２００ｎｍのｎ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。引き続き、ｎ型ガイド層１０４として、厚さ２００ｎｍのｎ型ＧａＮガイド層、およびアンドープガイド層１０５として、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層を成長した。その後、活性層１０６として、厚さ１５ｎｍのＧａＮ／厚さ３ｎｍのＩｎＧａＮから構成される３周期ＭＱＷを成長した。続いて、アンドープガイド層１０７として、厚さ６５ｎｍのアンドープＩｎＧａＮガイド層、ｐ型ブロック層１０８として、厚さ２０ｎｍのｐ型ＡｌＧａＮブロック層、およびｐ型ガイド層１０９として、厚さ２００ｎｍのｐ型ＧａＮガイド層を成長した。次に、ｐ型クラッド層１１０として、厚さ４００ｎｍのｐ型ＩｎＡｌＧａＮクラッド層を成長した。最後に、ｐ型コンタクト層１１１として、厚さ５０ｎｍのｐ型ＧａＮコンタクト層を成長した。

次に、ＳｉＯ₂の絶縁膜１１２をｐ型コンタクト層１１１上に成膜した後に、当該絶縁膜１１２にフォトリソグラフィ法を用いて幅１０μｍのストライプ窓をウエットエッチングにより形成した。ここで、オリフラ１２により上記エピタキシャル層において［−１０１４］方向を特定できるので、図２３に示すようにレーザストライプの方向は［−１０１４］方向から−０．５°以上０．５°以下傾斜した方向とした。

そして、絶縁膜１１２の開口部（ストライプ窓）が上記方向に形成されているので、図２３に示すように半導体レーザ１００の導波路１００ｃの方位は、［−１０１４］方向、またはこれらの方向から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下である。つまり、導波路１００ｃは、端面１００ａ、１００ｂ（（−１０１７）面、（１０−１−７）面、またはこれらの面から［１−１００］方向に−４°以上４°以下傾斜し、かつ［１−１００］方向に直交する方向に−０．５°以上０．５°以下傾斜した面）に概ね垂直な方向に形成される。

次に、ストライプ窓を形成した後に、Ｎｉ／Ａｕからなるｐ型電極１１３とＴｉ／Ａｌからなるパッド電極（図示せず）を蒸着した。次いで、ＧａＮ基板（窒化物半導体基板１０ａ）の裏面を、ダイヤモンドスラリーを用いて劈開がより容易になる１００μｍ以下の基板厚みになるまで研磨し、裏面がミラー状態の基板生産物を作製した。ＧａＮ基板の裏面（研磨面）にはＴｉ／Ａｌ／Ｔｉ／Ａｕからなるｎ型電極１１４を蒸着により形成した。

このレーザストライプに対する共振器ミラーの作製には、波長３５５ｎｍのＹＡＧレーザを用いるレーザスクライバを用いた。レーザスクライバを用いてブレイクした場合には、ダイヤモンドスクライブを用いた場合と比較して、発振チップ歩留まりを向上させることが可能である。スクライブ溝の形成条件として、レーザ光出力を１００ｍＷ、走査速度を５ｍｍ／ｓとした。形成されたスクライブ溝は、たとえば、長さ３０μｍ、幅１０μｍ、深さ４０μｍの溝であった。８００μｍピッチでＧａＮ基板の絶縁膜開口箇所を通してエピタキシャル層の表面に直接レーザ光を照射することによって、スクライブ溝を形成した。共振器長は６００μｍとした。

ブレードを用いて、共振ミラーを割断により作製した。ＧａＮ基板裏側にブレードを押圧して基板生産物をブレイクすることによって、レーザバーを作製した。より具体的には、図２４に示すように、主面１１と共にレーザ共振器のための端面１００ａ、１００ｂは、（−１０１７）面、（１０−１−７）面であり、従来のｃ面、ｍ面またはａ面等のこれまでの劈開面とは異なる。

なお、ブレイクによって形成された割断面を走査型電子顕微鏡で観察した結果、顕著な凹凸は観察されなかった。このことから、割断面の平坦性（凹凸の大きさ）は、２０ｎｍ以下と推定される。さらに、割断面の試料表面に対する垂直性は、±５°の範囲内であった。

次に、レーザバーの端面に真空蒸着法によって誘電体多層膜をコーティングした。誘電体多層膜は、ＳｉＯ₂（酸化ケイ素）とＴｉＯ₂（二酸化チタン）を交互に積層して構成した。膜厚はそれぞれ、５０ｎｍ以上１００ｎｍ以下の範囲で調整して、反射率の中心波長が５００ｎｍ以上５３０ｎｍ以下の範囲になるように設計した。片側の反射面を１０周期とし、反射率の設計値を約９５％に設計し、もう一方側の反射面を６周期とし、反射率の設計値を約８０％とした。

試験および結果：
このように作製した半導体レーザについて、ＧａＮ基板主面の、（０００１）面からの［１−１００］方向への傾斜角度θ（主面の角度）と発振歩留まりとの関係を調べた。なお、本実施例では、発振歩留まりについては、（発振チップ数）／（測定チップ数）と定義した。その結果を表１に示す。

表１より、ＧａＮ基板の［１−１００］方向への［０００１］方向の傾斜角度θ（表１に記載された主面の角度）が７１°以上７９°以下の範囲で発振歩留まり５０％以上と、良好な結果が得られた。

（試験２）
試験２では、上記傾斜角度θ（主面の角度）が７５°の基板を中心に実験を行った。具体的には、表裏の面取り角度を変えて素子歩留まり及び基板歩留まりを調べた。基板歩留は、基板にクラック、割れおよびカケが生じない割合であり、（目視による確認の結果クラックや割れ、カケが発生しなかった基板の数）／（測定した基板の数）と定義した。

試料の準備：
上述した試験１において準備した試料と基本的に同様の方法によりＧａＮ基板の試料（後述する表２における試料ＩＤ：ＩＩ−１〜ＩＩ−１１）および半導体レーザの試料を作製した。ただし、後述する表２に示すように主面の角度（傾斜角度θ）は７５°、７１°または７９°とした。さらに、各試料については、面取り加工部の面取り角度を表２に示すように０°〜６０°の範囲で変更している。このとき１０００番手の砥石を使用し面取りを行った。又、基板は同じ厚みのものを使用し、面取り加工部の形状（チャンファー形状）は表裏で対称になる図１１に示した形状を基準とした。面取り量は０．２ｍｍに統一した。

試験および結果：
このように作製したＧａＮ基板の試料について、クラックや割れ、カケといった不良の発生状況を目視で確認することにより、基板歩留まりを算出した。さらに、ＧａＮ基板の各試料を用いて作製した半導体レーザについて、発振歩留まり（素子歩留まり）を試験１と同様に測定した。その結果を表２に示す。

表２に示すように、面取り角度が５°以上４５°以下で基板歩留まり５０％以上の良好な結果が得られた。又、面取り加工部について表面側と裏面側とで面取り量や面取り角度を変更した場合でも同様の結果が得られた。

さらに、主面の角度（傾斜角度θ）が７１°から７９°の範囲でも同様の結果が得られた。なお、フラックス法で成長した結晶についても、上記と同等の結果が得られた。また、下地基板に複数のＧａＮ基板を用い、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。

本実施例では、面取り加工部の加工条件（チャンファー加工条件）を変えて、面取り加工部における加工変質層の厚みを変えた基板を用い、当該加工変質層の厚みの影響を調べた。具体的には、面取り加工部における加工変質層の厚みを変えたＧａＮ基板の試料を準備した。そして、当該ＧａＮ基板を用いて実施例１と同じ構造の半導体レーザを作製し、素子歩留まりを調べた。

試料の準備：
基本的に、実施例１におけるＧａＮ基板の製造方法と同様の製造方法によりＧａＮ基板の試料（後述する表３における試料ＩＤ：ＩＩＩ−１〜ＩＩＩ−９）を作製した。なお、加工変質層の厚さは、面取り加工に用いるゴム砥石の番手などを調整することで変更した。また、ＧａＮ基板主面の、（０００１）面からの［１−１００］方向への傾斜角度θ（主面の角度）は７５°または７３°とした。

そして、得られたＧａＮ基板を用いて実施例１と同様に半導体レーザを作製した。又、基板は同じ厚みのものを使用し、面取り加工部の形状（チャンファー形状）は表裏で対称になる図１１に示した形状を基準とした。面取り角度は２０°に面取り量は０．２ｍｍに統一した。

試験および結果：
製造した半導体レーザについて、発振実験を行なうことで、面取り加工部の加工変質層厚さ（平均加工変質層厚さ）と発振歩留まり（素子歩留まり）との関係を調べた。その結果を表３に示す。

表３より、面取り部分の平均加工変質層厚さが０．５μｍ以上１０μm以下で素子歩留まり５０％以上の良好な結果が得られた。又、面取り加工部について表面側と裏面側とで面取り量や面取り角度を変更した場合でも同様の結果が得られた。なお、フラックス法で成長した結晶についても、上記と同等の結果が得られた。また、下地基板に複数のＧａＮ基板を用い、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。

本実施例では、面取り加工部の加工条件（チャンファー加工条件）を変えて、面取り加工部における面取り量を変えた基板を用い、当該面取り量の影響を調べた。具体的には、面取り加工部における面取り量を変えたＧａＮ基板の試料を準備し、基板歩留まりを調べた。

試料の準備：
基本的に、実施例１におけるＧａＮ基板の製造方法と同様の製造方法によりＧａＮ基板の試料（後述する表４における試料ＩＤ：ＩＶ−１〜ＩＶ−９）を作製した。なお、ＧａＮ基板主面の、（０００１）面からの［１−１００］方向への傾斜角度θ（主面の角度）は７５°または７４°とした。このとき１０００番手の砥石を使用し面取りを行った。又、基板は同じ厚みのものを使用し、面取り加工部の形状（チャンファー形状）は表裏で対称になる図１１に示した形状を基準とした。面取り角度は２０°に統一した。

試験および結果：
このように作製したＧａＮ基板の試料について、クラックや割れ、カケといった不良の発生状況を目視で確認することにより、基板歩留まりを算出した。その結果を表４に示す。

表４より、面取り量が０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下で基板歩留まり５０％以上の良好な結果が得られた。又、面取り加工部について表面側と裏面側とで面取り量や面取り角度を変更した場合でも同様の結果が得られた。なお、フラックス法で成長した結晶についても、上記と同等の結果が得られた。また、下地基板に複数のＧａＮ基板を用い、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。

本実施例では、面取り加工部の加工条件（チャンファー加工条件）を変えて、面取り加工部における表面粗さを変えた基板を用い、当該表面粗さの影響を調べた。具体的には、面取り加工部における表面粗さを変えたＧａＮ基板の試料を準備した。そして、当該ＧａＮ基板を用いて実施例１と同じ構造の半導体レーザを作製し、素子歩留まりを調べた。

試料の準備：
基本的に、実施例１におけるＧａＮ基板の製造方法と同様の製造方法によりＧａＮ基板の試料（後述する表５における試料ＩＤ：Ｖ−１〜Ｖ−９）を作製した。なお、面取り加工部の表面の算術平均粗さ（Ｒａ）は、面取り加工に用いるゴム砥石の番手などを調整することで変更した。また、ＧａＮ基板主面の、（０００１）面からの［１−１００］方向への傾斜角度θ（主面の角度）は７５°または７６°とした。又、基板は同じ厚みのものを使用し、面取り加工部の形状（チャンファー形状）は表裏で対称になる図１１に示した形状を基準とした。面取り角度は２０°に面取り量は０．２ｍｍに統一した。

そして、得られたＧａＮ基板を用いて実施例１と同様に半導体レーザを作製した。
試験および結果：
製造した半導体レーザについて、発振実験を行なうことで、面取り加工部の表面粗さ（面取り部粗さ）と発振歩留まり（素子歩留まり）との関係を調べた。その結果を表５に示す。

表５より、面取り加工部の表面粗さが０．０７μｍ以上３μｍ以下で素子歩留まり５０％以上の良好な結果が得られた。又、面取り加工部について表面側と裏面側とで面取り量や面取り角度を変更した場合でも同様の結果が得られた。なお、フラックス法で成長した結晶についても、上記と同等の結果が得られた。また、下地基板に複数のＧａＮ基板を用い、ＨＶＰＥ法での成長で下地基板から接合した単一のＧａＮ結晶を成長させた場合においても、上記と同等の結果が得られた。

以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、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ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

この発明は、半極性面である主面を有する窒化物半導体基板および当該窒化物半導体基板を用いた半導体装置に特に有利に適用される。

１０ａ〜１０ｅ 窒化物半導体基板、１１ 主面、１２，１３ オリエンテーションフラット（オリフラ）、１５，１６ ノッチ、１７ 印、２１ 裏面、２２ 表側面取り部、２３ 裏側面取り部、２４ 端面、２５ 加工変質層、３０ ゴム砥石、３１，３２ 表面、４１ ｎ型ＧａＮ層、４２ ｎ側ＡｌＧａＮ層、４３ 発光層、４３ａ ＧａＮ層、４３ｂ ＧａＩｎＮ層、４４ ｐ型ＡｌＧａＮ層、４５ ｐ型ＧａＮ層、４６ ｐ側電極、４７ ｎ側電極、５１ リードピン、５２ ステム、５３ ハンダ、５４ ワイヤ、１００ 半導体レーザ、１００ａ，１００ｂ 端面、１００ｃ 導波路、１０２ ｎ型バッファ層、１０３ ｎ型クラッド層、１０４ ｎ型ガイド層、１０５，１０７ アンドープガイド層、１０６ 活性層、１０８ ｐ型ブロック層、１０９ ｐ型ガイド層、１１０ ｐ型クラッド層、１１１ ｐ型コンタクト層、１１２ 絶縁膜、１１３ ｐ型電極、１１４ ｎ型電極。

Claims (9)

1. 窒化物半導体基板であって、
   （０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面と、
   前記主面の外周端部に位置する面取り加工部とを備え、
   前記面取り加工部の、前記主面および前記主面と反対側に位置する裏面のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度は５°以上４５°以下である、窒化物半導体基板。
2. 前記面取り加工部の表面層には、平均厚さが０．５μｍ以上１０μｍ以下である加工変質層が形成されている、請求項１に記載の窒化物半導体基板。
3. 前記面取り加工部は、前記主面側に位置する表側面取り部と、前記裏面側に位置する裏側面取り部とを含み、
   前記表側面取り部に形成された前記加工変質層の厚みは、前記裏側面取り部に形成された前記加工変質層の厚みより厚くなっている、請求項２に記載の窒化物半導体基板。
4. 前記面取り加工部の面取り量は０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
5. 前記面取り加工部の表面粗さがＲａで０．０７μｍ以上３μｍ以下である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
6. （０００１）面から［１−１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜、或いは（０００−１）面から［−１１００］方向に７１°以上７９°以下傾斜した主面を有する窒化物半導体基板を準備する工程と、
   前記窒化物半導体基板の前記主面の外周端部に面取り加工を施す工程とを備え、
   前記面取り加工を施す工程では、前記主面および前記主面と反対側に位置する裏面のうちのいずれか隣接する一方に対する傾斜角度が５°以上４５°以下となる面取り加工部を形成する、窒化物半導体基板の製造方法。
7. 前記面取り加工を施す工程は、前記主面側に位置する表側面取り部を形成する工程と、前記裏面側に位置する裏側面取り部を形成する工程とを含み、
   前記表側面取り部に形成された加工変質層の厚みは、前記裏側面取り部に形成された加工変質層の厚みより厚くなっている、請求項６に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
8. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板を用いた半導体装置。
9. 請求項６または７に記載の窒化物半導体基板の製造方法を用いて窒化物半導体基板を準備する工程と、
   前記窒化物半導体基板の主面上にエピタキシャル層を形成する工程とを備える、半導体装置の製造方法。

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