JP6384229B2

JP6384229B2 - Gallium nitride substrate

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Publication number: JP6384229B2
Application number: JP2014191278A
Authority: JP
Inventors: 龍弘田; 上松　康二; 康二上松; 佃　至弘; 至弘佃; 井尻　英幸; 英幸井尻; 藤田　俊介; 俊介藤田; 英樹長田
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-09-19
Also published as: JP2016060676A

Description

本発明は、窒化ガリウム（以下、「ＧａＮ」という。）基板に関する。 The present invention relates to a gallium nitride (hereinafter referred to as “GaN”) substrate.

窒化物半導体基板の中でもＧａＮ基板は、発光デバイスや電子デバイスなどの半導体デバイスの製造用の基板として注目されている。たとえば特許文献１には、半導体デバイスの作製時におけるクラックおよび割れの発生を低減することができるＧａＮ結晶基板が記載されている。 Among nitride semiconductor substrates, GaN substrates are attracting attention as substrates for manufacturing semiconductor devices such as light emitting devices and electronic devices. For example, Patent Document 1 describes a GaN crystal substrate that can reduce the occurrence of cracks and cracks during the fabrication of semiconductor devices.

特許文献１に記載のＧａＮ結晶基板は、１０ｃｍ²以上の面積を有する表面の周縁から５ｍｍ内側までの領域を除いた領域内におけるＥ２^Hフォノンモードに対応するラマンシフトの最大値と最小値との差が０．５ｃｍ^-1以下であるため、ＧａＮ結晶基板の残留歪み（応力）が小さくなり、半導体デバイスの作製時にＧａＮ結晶基板におけるクラックや割れの発生を低減でき、半導体デバイスの歩留まりを高くすることができるとされている。 GaN crystal substrate described in Patent Document 1, between the maximum value and the minimum value of the Raman shift corresponding to E2 ^H phonon modes in excluding the region from the peripheral edge surface having a 10 cm ² or more areas to 5mm inner region Since the difference is 0.5 cm ⁻¹ or less, the residual strain (stress) of the GaN crystal substrate is reduced, the generation of cracks and cracks in the GaN crystal substrate can be reduced during the production of the semiconductor device, and the yield of the semiconductor device is increased. It is supposed to be possible.

特開２００７−１６９１３２号公報JP 2007-169132 A

播磨弘，「ＧａＮおよび関連窒化物のラマン散乱分光」，材料，日本材料学会，Ｖｏｌ．５１，Ｎｏ．９，２００２年９月，ｐｐ．９８３−９８８Hiroshi Harima, “Raman scattering spectroscopy of GaN and related nitrides”, Materials, Japan Society for Materials Science, Vol. 51, no. 9. September 2002, pp. 983-988

しかしながら、半導体デバイスの作製時に、特にＧａＮ基板上に有機金属気相成長法によりＧａＮ系材料等の半導体膜を成長させる際に、ＧａＮ基板にクラックや割れが発生している場合には、それを用いて半導体デバイスを作製することができないため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にクラックおよび割れの発生を抑制することができるＧａＮ基板の開発が要望されている。 However, when a semiconductor device such as a GaN-based material is grown on a GaN substrate by metalorganic vapor phase epitaxy, particularly when a crack or crack occurs in the GaN substrate, Since a semiconductor device cannot be produced using the same, there is a demand for the development of a GaN substrate that can suppress the occurrence of cracks and cracks during the growth of a semiconductor film on the GaN substrate.

本発明の一態様に係るＧａＮ基板は、面積が１８ｃｍ²以上の表面を有するＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の重心位置におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、前記ＧａＮ基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側の領域の任意の１点におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側の領域の任意の１点におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である。 A GaN substrate according to an aspect of the present invention is a GaN substrate having a surface with an area of 18 cm ² or more, and a Raman shift amount a corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the surface of the GaN substrate, The absolute value of the difference from the Raman shift amount c corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the back surface opposite to the front surface of the GaN substrate is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the surface of the GaN substrate The Raman shift amount b corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at an arbitrary point in the region 5 mm inside from the periphery of the GaN substrate, and the E ₂ ^H phonon at an arbitrary point in the region 5 mm inside from the periphery of the back surface of the GaN substrate The absolute value of the difference from the Raman shift amount d corresponding to the mode is 0.5 cm ⁻¹ or less.

上記によれば、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができるＧａＮ基板を提供することができる。 According to the above, it is possible to provide a GaN substrate capable of suppressing the occurrence of cracks and cracks in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate.

実施形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図である。2 is a schematic perspective view of a GaN substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図である。2 is a schematic plan view of the surface of a GaN substrate according to Embodiment 1. FIG. 実施形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図である。3 is a schematic plan view of the back surface of the GaN substrate of Embodiment 1. FIG. ラマンシフト量ａ〜ｄを測定する方法の一例を説明するためのＧａＮ基板の模式的な側面図である。It is a typical side view of a GaN substrate for explaining an example of a method for measuring Raman shift amounts a to d. ウルツ鉱型のＧａＮ結晶の結晶構造を示す図である。It is a figure which shows the crystal structure of a wurtzite type GaN crystal. Ｅ２^Hフォノンモードを説明する図である。Is a diagram illustrating the E2 ^H phonon modes. 実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the example of the method for manufacturing the GaN substrate according to the first embodiment. 実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な側面図である。FIG. 3 is a schematic side view illustrating a part of the manufacturing process of the example of the method for manufacturing the GaN substrate according to the first embodiment. 実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the example of the method for manufacturing the GaN substrate according to the first embodiment. 実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the example of the method for manufacturing the GaN substrate according to the first embodiment. 実施形態１のＧａＮ基板の製造方法の一例の製造工程の一部について図解する模式的な断面図である。FIG. 3 is a schematic cross-sectional view illustrating a part of the manufacturing process of the example of the method for manufacturing the GaN substrate according to the first embodiment. 実施形態１の半導体デバイスの模式的な断面図である。1 is a schematic cross-sectional view of a semiconductor device of Embodiment 1. FIG. 実施例においてＧａＮ結晶の成長に用いられた成長炉の概略を示す図である。It is a figure which shows the outline of the growth furnace used for the growth of the GaN crystal in the Example.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。 [Description of Embodiment of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

（１）本発明の一態様に係るＧａＮ基板は、面積が１８ｃｍ²以上の表面を有するＧａＮ基板であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の重心位置におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、前記ＧａＮ基板の前記表面の反対側の裏面の重心位置におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記ＧａＮ基板の前記表面の周縁から５ｍｍ内側の領域の少なくとも１点におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、前記ＧａＮ基板の前記裏面の周縁から５ｍｍ内側の領域の少なくとも１点におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である。この場合には、ＧａＮ基板の表面および裏面がそれぞれ１８ｃｍ²以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。 (1) A GaN substrate according to an aspect of the present invention is a GaN substrate having a surface with an area of 18 cm ² or more, and a Raman shift amount corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the surface of the GaN substrate. the absolute value of the difference between a and the Raman shift amount c corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the back surface opposite to the front surface of the GaN substrate is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the GaN substrate at least a Raman shift b corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at points, E ₂ in at least one point of the back side rim from 5mm inside of the area of the GaN substrate ^H of the peripheral from 5mm inside of the area of the surface of the The absolute value of the difference from the Raman shift amount d corresponding to the phonon mode is 0.5 cm ⁻¹ or less. In this case, even when the front and back surfaces of the GaN substrate have a large area of 18 cm ² or more, cracks and cracks occur in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate. Can be suppressed.

（２）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記ラマンシフト量ａと前記ラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、前記ラマンシフト量ｃと前記ラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることが好ましい。この場合には、ＧａＮ基板の表面における応力分布がより均一になるとともに、ＧａＮ基板の裏面における応力分布がより均一になるため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。 (2) In the GaN substrate according to one aspect of the present invention, an absolute value of a difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the Raman shift amount c and the Raman shift amount c are The absolute value of the difference from the Raman shift amount d is preferably 0.5 cm ⁻¹ or less. In this case, the stress distribution on the surface of the GaN substrate becomes more uniform, and the stress distribution on the back surface of the GaN substrate becomes more uniform, so that cracks and cracks occur in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate. Generation | occurrence | production can be suppressed.

（３）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記ラマンシフト量ｂが前記ラマンシフト量ａよりも大きく、前記ラマンシフト量ｄが前記ラマンシフト量ｃよりも大きいことが好ましい。この場合には、ＧａＮ基板の表面および裏面の周縁領域が重心位置よりもＧａＮ基板に残留する応力が圧縮側になるため、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。 (3) In the GaN substrate according to one aspect of the present invention, it is preferable that the Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a and the Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c. In this case, cracks and cracks occur in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate because the stress remaining in the GaN substrate on the front and back peripheral regions of the GaN substrate is on the compression side rather than the center of gravity. Can be suppressed.

（４）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ７２ｃｍ²以上であることが好ましい。ＧａＮ基板の表面および裏面の面積がそれぞれ７２ｃｍ²以上である場合には、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。 (4) In the GaN substrate according to one aspect of the present invention, the area of the front surface and the area of the back surface are each preferably 72 cm ² or more. When the areas of the front and back surfaces of the GaN substrate are each 72 cm ² or more, it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate.

（５）本発明の一態様に係るＧａＮ基板においては、前記表面の面積および前記裏面の面積がそれぞれ１６２ｃｍ²以上であることが好ましい。ＧａＮ基板の表面および裏面の面積がそれぞれ１６２ｃｍ²以上である場合には、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生するのを抑制することができる。 (5) In the GaN substrate according to one aspect of the present invention, the area of the front surface and the area of the back surface are each preferably 162 cm ² or more. When the areas of the front and back surfaces of the GaN substrate are each 162 cm ² or more, it is possible to suppress the occurrence of cracks and cracks in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate.

[本発明の実施形態の詳細]
以下、実施形態について説明する。なお、実施形態の説明に用いられる図面において、同一の参照符号は、同一部分または相当部分を表わすものとする。 [Details of the embodiment of the present invention]
Hereinafter, embodiments will be described. In the drawings used to describe the embodiments, the same reference numerals represent the same or corresponding parts.

［実施形態１］
＜ＧａＮ基板＞
図１に、実施形態１のＧａＮ基板の模式的な斜視図を示す。また、図２に、実施形態１のＧａＮ基板の表面の模式的な平面図を示し、図３に、実施形態１のＧａＮ基板の裏面の模式的な平面図を示す。 [Embodiment 1]
<GaN substrate>
FIG. 1 is a schematic perspective view of the GaN substrate of Embodiment 1. FIG. 2 shows a schematic plan view of the front surface of the GaN substrate of the first embodiment, and FIG. 3 shows a schematic plan view of the back surface of the GaN substrate of the first embodiment.

図１〜図３に示すように、実施形態１のＧａＮ基板１は、１８ｃｍ²以上の面積を有する表面２と、表面２の裏側の裏面４とを含んでいる。ＧａＮ基板１の表面２は、表面２の周縁から５ｍｍ内側までの周縁領域５（図１および図２の実線と破線との間の領域、および破線上）と、周縁領域５を除いた内部領域３（図１および図２の破線で囲まれた領域）とを有している。また、ＧａＮ基板１の裏面４は、裏面４の周縁から５ｍｍ内側までの周縁領域６（図３の実線と破線との間の領域、および破線上）と、周縁領域７を除いた内部領域７（図３の破線で囲まれた領域）とを有している。 As shown in FIGS. 1 to 3, the GaN substrate 1 of Embodiment 1 includes a surface 2 having an area of 18 cm ² or more and a back surface 4 on the back side of the surface 2. The surface 2 of the GaN substrate 1 includes a peripheral region 5 (region between the solid line and the broken line in FIGS. 1 and 2 and on the broken line) from the periphery of the surface 2 to the inner side by 5 mm, and an internal region excluding the peripheral region 5 3 (area surrounded by a broken line in FIGS. 1 and 2). Further, the back surface 4 of the GaN substrate 1 includes a peripheral region 6 (region between the solid line and the broken line in FIG. 3 and on the broken line) from the periphery of the back surface 4 to the inner side by 5 mm, and an internal region 7 excluding the peripheral region 7. (Region surrounded by a broken line in FIG. 3).

実施形態１のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置ＡにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、ＧａＮ基板の裏面４の重心位置ＣにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となっており、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点ＢにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、裏面４の周縁領域６の少なくとも１点ＤにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となっている。 In GaN substrate 1 of the embodiment 1, the Raman shift amount a and, E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity position C of the back surface of the GaN substrate 4 corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity position A of the surface 2 of the GaN substrate 1 The absolute value of the difference from the Raman shift amount c corresponding to is less than 0.5 cm ^−1, and the Raman corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point B in the peripheral region 5 of the surface 2 of the GaN substrate 1. The absolute value of the difference between the shift amount b and the Raman shift amount d corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point D in the peripheral region 6 of the back surface 4 is 0.5 cm ⁻¹ or less.

これは、本発明者が鋭意検討した結果、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、上記のラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下となっている場合には、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４がそれぞれ１８ｃｍ²以上という大面積を有しているときであっても、ＧａＮ基板上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生を抑制することができることを見い出したことによるものである。これは、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａと裏面４の重心位置Ｃとの応力差と、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂと裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄとの差とをそれぞれ小さくしたことに起因して、有機金属気相成長法によるＧａＮ系材料等の半導体膜の成長時に、ＧａＮ基板が１０００℃以上の高温に曝された際、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な方向の応力分布が小さいと、高温下で解放される応力が小さくなるため、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な方向に発生しようとするＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制できたものと考えられる。 As a result of intensive studies by the inventors, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the Raman shift amount b and the Raman shift amount are When the absolute value of the difference from d is 0.5 cm ⁻¹ or less, even when the front surface 2 and the back surface 4 of the GaN substrate 1 each have a large area of 18 cm ² or more, This is because it has been found that the generation of cracks and cracks in the GaN substrate during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate can be suppressed. This is because the stress difference between the gravity center position A of the front surface 2 of the GaN substrate 1 and the gravity center position C of the rear surface 4, at least one point B of the peripheral region 5 of the front surface 2 of the GaN substrate 1 and at least the peripheral region 6 of the rear surface 4. When the GaN substrate is exposed to a high temperature of 1000 ° C. or higher during the growth of a semiconductor film such as a GaN-based material by the metal organic chemical vapor deposition method, the GaN substrate is exposed to a high temperature of 1000 ° C. or more. If the stress distribution in the direction perpendicular to the surface 2 of the substrate 1 is small, the stress released at a high temperature becomes small. Therefore, cracks and cracks in the GaN substrate 1 that are generated in the direction perpendicular to the surface 2 of the GaN substrate 1 are generated. It is thought that the occurrence of stagnation was suppressed.

なお、クラックとは、ＧａＮ基板１に形成される亀裂を意味しており、クラックの段階ではＧａＮ基板１は複数に分裂していない。また、割れとは、ＧａＮ基板１に亀裂が入り、複数に分裂している状態を意味している。 In addition, the crack means the crack formed in the GaN substrate 1, and the GaN substrate 1 is not divided into a plurality at the stage of the crack. Further, the crack means a state in which the GaN substrate 1 is cracked and divided into a plurality.

図４に、ラマンシフト量ａ〜ｄを測定する方法の一例を説明するためのＧａＮ基板１の模式的な側面図を示す。ラマンシフト量ａは、たとえば以下のようにして測定することができる。まず、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａに対して垂直に入射光２１を照射する。次に、入射光２１のラマン散乱光２２を分光器または干渉計などによって検出することによりラマン分光分析してラマンシフトのスペクトルを得る。これにより、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置ＡにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａを得ることができる。また、ラマンシフト量ｂ〜ｄも、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ、裏面４の重心位置Ｃ、および裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄのそれぞれについてラマンシフト量ａと同様にして測定することができる。 FIG. 4 shows a schematic side view of the GaN substrate 1 for explaining an example of a method for measuring the Raman shift amounts a to d. The Raman shift amount a can be measured, for example, as follows. First, the incident light 21 is irradiated perpendicularly to the gravity center position A of the surface 2 of the GaN substrate 1. Next, the Raman scattered light 22 of the incident light 21 is detected by a spectroscope, an interferometer, or the like, thereby performing Raman spectroscopic analysis to obtain a Raman shift spectrum. Thereby, the Raman shift amount a corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the gravity center position A of the surface 2 of the GaN substrate 1 can be obtained. The Raman shift amounts b to d are also Raman shifts for at least one point B in the peripheral region 5 on the front surface 2 of the GaN substrate 1, the gravity center position C on the back surface 4, and at least one point D in the peripheral region 6 on the back surface 4. It can be measured in the same manner as the amount a.

ここで、Ｅ２^Hフォノンモードについて、ウルツ鉱型のＧａＮ結晶を例にして説明すると、Ｅ２^Hフォノンモードは、図５に示すＧａ原子（白丸）およびＮ原子（黒丸）からなる結晶構造を有するＧａＮ結晶において、図６に示すようにＮ原子がｃ面内で変位するモードである。 Here, the E2 ^H phonon mode, when a wurtzite GaN crystal is described as an example, E2 ^H phonon mode, GaN having a crystal structure consisting of Ga atoms (open circles) and N atom shown in FIG. 5 (closed circles) In the crystal, the N atoms are displaced in the c-plane as shown in FIG.

また、Ｅ２^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量は、ラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ２^Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数により特定される。なお、非特許文献１の９８５頁のＴａｂｌｅＩＩにおいて、３００Ｋの温度におけるウルツ鉱型のＧａＮ結晶のＥ２^Hフォノンモードのフォノン周波数として５６７．６ｃｍ^-1が挙げられており、非特許文献１のＦｉｇ．３のラマンスペクトル図にはＥ２^Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数が５６７．６ｃｍ^-1の近傍に現れている。 Further, the Raman shift amount corresponding to the E2 ^H phonon mode is identified by wave number at the maximum peak of peaks corresponding to the E2 ^H phonon modes in the spectrum of Raman shift obtained by Raman spectroscopic analysis. In Table II on page 985 of Non-Patent Document 1, 567.6 cm ⁻¹ is cited as the phonon frequency of the E2 ^H phonon mode of the wurtzite GaN crystal at a temperature of 300 K. FIG. The Raman spectrum of 3 wave number of the maximum peak of peaks corresponding to the E2 ^H phonon mode appears in the vicinity of 567.6cm ^-1.

なお、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａは、ＧａＮ基板１の表面２が円形である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の円の中心（ＧａＮ基板１にオリエンテーションフラット等が形成されている場合にはオリエンテーションフラット等が形成されていないと仮定した場合の仮想円の中心）を重心位置Ａとすることによって特定することができる。また、ＧａＮ基板１の表面２が多角形である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の多角形の各頂点からの距離の和が最も短くなる多角形の中心を重心位置Ａとすることによって特定することができる。 The center of gravity A of the surface 2 of the GaN substrate 1 is the center of the circle of the surface 2 of the GaN substrate 1 (orientation flat or the like is formed on the GaN substrate 1 when the surface 2 of the GaN substrate 1 is circular). If the orientation flat or the like is assumed not to be formed, the center of the virtual circle) can be specified as the gravity center position A. When the surface 2 of the GaN substrate 1 is a polygon, the center of the polygon with the shortest sum of the distances from the vertices of the polygon of the surface 2 of the GaN substrate 1 is set as the center of gravity position A. Can be identified.

また、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂは、周縁領域５内の任意の点であればよく、周縁領域５内のある１点が上記の要件を満たしていなくても、他の１点が上記の要件を満たしていればよい。 Further, at least one point B in the peripheral region 5 on the surface 2 of the GaN substrate 1 may be an arbitrary point in the peripheral region 5, and even if one point in the peripheral region 5 does not satisfy the above requirements. The other point only needs to satisfy the above requirements.

また、ＧａＮ基板１の裏面４の重心位置Ｃは、ＧａＮ基板１の裏面４が円形である場合には、ＧａＮ基板１の裏面４の円の中心（ＧａＮ基板１にオリエンテーションフラット等が形成されている場合にはオリエンテーションフラット等が形成されていないと仮定した場合の仮想円の中心）を重心位置Ｃとすることによって特定することができる。また、ＧａＮ基板１の裏面４が多角形である場合には、ＧａＮ基板１の裏面４の多角形の各頂点からの距離の和が最も短くなる多角形の中心を重心位置Ｃとすることによって特定することができる。 The center of gravity C of the back surface 4 of the GaN substrate 1 is the center of the circle of the back surface 4 of the GaN substrate 1 (orientation flat or the like is formed on the GaN substrate 1 when the back surface 4 of the GaN substrate 1 is circular). The center of the virtual circle when it is assumed that the orientation flat or the like is not formed is the center of gravity position C. When the back surface 4 of the GaN substrate 1 is a polygon, the center of the polygon with the shortest sum of the distances from the vertices of the polygon of the back surface 4 of the GaN substrate 1 is set as the center of gravity position C. Can be identified.

また、ＧａＮ基板１の裏面４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄは、周縁領域６内の任意の点であればよく、周縁領域６内のある１点が上記の要件を満たしていなくても、他の１点が上記の要件を満たしていればよい。 Further, at least one point D in the peripheral region 6 of the back surface 4 of the GaN substrate 1 may be an arbitrary point in the peripheral region 6, even if a certain point in the peripheral region 6 does not satisfy the above requirements. The other point only needs to satisfy the above requirements.

また、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値は、０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下である場合、特に０．１ｃｍ^-1以下である場合には、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４の重心位置における応力差をさらに小さくすることができるため、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制することができる。 The absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is preferably 0.3 cm ⁻¹ or less, and more preferably 0.1 cm ⁻¹ or less. When the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.3 cm ⁻¹ or less, especially 0.1 cm ⁻¹ or less, the center of gravity of the front surface 2 and the back surface 4 of the GaN substrate 1 Since the stress difference at the position can be further reduced, the occurrence of cracks and cracks in the GaN substrate 1 during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate 1 can be further suppressed.

また、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値は、０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．３ｃｍ^-1以下である場合、特に０．１ｃｍ^-1以下である場合には、ＧａＮ基板１の表面２の周縁領域５と裏面４の周縁領域６との応力差をさらに小さくすることができるため、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制することができる。 The absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d is preferably 0.3 cm ⁻¹ or less, and more preferably 0.1 cm ⁻¹ or less. When the absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d is 0.3 cm ⁻¹ or less, particularly 0.1 cm ⁻¹ or less, the peripheral region 5 on the surface 2 of the GaN substrate 1 is Since the stress difference with the peripheral region 6 on the back surface 4 can be further reduced, the occurrence of cracks and cracks in the GaN substrate 1 during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate 1 can be further suppressed.

また、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４が大きいほど、ＧａＮ基板１にクラックおよび割れが発生しやすくなる。したがって、ＧａＮ基板１の表面２および裏面４の面積がそれぞれ７２ｃｍ²以上、特に１６２ｃｍ²以上といった大面積である場合にも、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を特に効果的に抑制することができる。 In addition, the larger the front surface 2 and the back surface 4 of the GaN substrate 1, the easier the cracks and cracks occur in the GaN substrate 1. Therefore, the area of the surface 2 and the back 4 of the GaN substrate 1, respectively 72cm ² or more, even when a large area, such as in particular 162cm ² or more, cracks and the GaN substrate 1 during growth of the semiconductor film to GaN substrate 1 Generation of cracks can be particularly effectively suppressed.

＜ＧａＮ基板の製造方法＞
以下、図７〜図１１を参照して、実施形態１のＧａＮ基板１の製造方法の一例について説明する。 <Method for manufacturing GaN substrate>
Hereinafter, an example of a method for manufacturing the GaN substrate 1 of Embodiment 1 will be described with reference to FIGS.

（ＧａＮ結晶の成長工程）
まず、図７の模式的断面図に示すように、１８ｃｍ²以上の面積を有する異種基板である下地基板１０の円形の表面上にＧａＮ結晶１１を成長させる工程を行なう。ここで、下地基板１０としては、たとえばサファイア基板や、ＧａＡｓ基板などを用いることができる。また、ＧａＮ結晶１１の成長方法としては、たとえばＨＶＰＥ（ＨｙｄｒｉｄｅＶａｐｏｒＰｈａｓｅＥｐｉｔａｘｙ）法などの気相法を用いることができる。また、フラックス法などの液相法またはアモノサーマル法によりＧａＮ結晶１１を成長させてもよい。ＧａＮ結晶１１の成長後において、ＧａＮ結晶１１は、下地基板１０から切り離される。 (GaN crystal growth process)
First, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 7, a step of growing the GaN crystal 11 on the circular surface of the base substrate 10 which is a different substrate having an area of 18 cm ² or more is performed. Here, as the base substrate 10, for example, a sapphire substrate or a GaAs substrate can be used. Further, as a growth method of the GaN crystal 11, for example, a vapor phase method such as HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method can be used. Further, the GaN crystal 11 may be grown by a liquid phase method such as a flux method or an ammonothermal method. After the growth of the GaN crystal 11, the GaN crystal 11 is separated from the base substrate 10.

なお、気相法によって、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶１１を成長させる場合には、ＧａＮ結晶１１の成長開始時点から厚さ５μｍに成長する時点までは、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を４０μｍ／時間以下とすることによって、ＧａＮ結晶１１の表面領域の１点（ｘ軸およびｙ軸で座標を規定）における厚さ方向（ｚ軸方向）のラマンシフト量の差異を小さくすることができる。これにより、後述するように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とし、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とすることができる。なお、μｍ／時間は、１時間当たりの成長厚さ（μｍ）を意味している。 When the GaN crystal 11 is grown on the surface of the base substrate 10 by the vapor phase method, the vapor phase growth rate of the GaN crystal 11 is from the time when the GaN crystal 11 is grown to the time when the GaN crystal 11 is grown to a thickness of 5 μm. Can be reduced to 40 μm / hour or less to reduce the difference in the Raman shift amount in the thickness direction (z-axis direction) at one point of the surface region of the GaN crystal 11 (coordinates are defined by the x-axis and y-axis). it can. Thus, as will be described later, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1 is absolute. The value can be 0.5 cm ⁻¹ or less. Note that μm / hour means a growth thickness (μm) per hour.

ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値をさらに小さくするためには、ＧａＮ結晶１１の成長開始時点から厚さ１５μｍに成長する時点までは、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を３０μｍ／時間以下とし、その後は、ＧａＮ結晶１１の気相成長速度を３０μｍ／時間よりも大きくする（たとえば１００μｍ／時間）ことがより好ましい。 In order to further reduce the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1, the growth start point of the GaN crystal 11 From the time of growth to a thickness of 15 μm, the vapor growth rate of the GaN crystal 11 is set to 30 μm / hour or less, and thereafter, the vapor growth rate of the GaN crystal 11 is set to be higher than 30 μm / hour (for example, 100 μm / hour). Is more preferable.

また、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差が１０℃以下となるように、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶１１を気相成長することが好ましい。この場合にも、後述するように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とし、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とすることができる。ここで、下地基板１０の表面の中央は、ＧａＮ基板１の表面２の重心位置Ａおよび裏面４の重心位置Ｃと同様に特定することができる。また、下地基板１０の周縁は、下地基板１０の表面の端部を意味する。 In addition, the GaN crystal 11 is preferably vapor grown on the surface of the base substrate 10 so that the temperature difference between the center and the periphery of the surface of the base substrate 10 is 10 ° C. or less. Also in this case, as will be described later, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1. Can be 0.5 cm ⁻¹ or less. Here, the center of the surface of the base substrate 10 can be specified in the same manner as the center of gravity position A of the surface 2 of the GaN substrate 1 and the center of gravity position C of the back surface 4. Further, the peripheral edge of the base substrate 10 means an end portion of the surface of the base substrate 10.

下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする方法としては、たとえば、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差が１０℃以下となるように下地基板１０を加熱するヒータを設定する方法、または下地基板１０の裏面側に熱伝導率の高い材料（たとえば、窒化アルミニウム、窒化珪素、炭化珪素、グラファイト、およびこれらの薄膜を表面にコートした材料）を設置する方法などを挙げることができる。 As a method of setting the temperature difference between the center and the periphery of the surface of the base substrate 10 to 10 ° C. or less, for example, the temperature difference between the center and the periphery of the surface of the base substrate 10 is 10 ° C. or less. A method of setting a heater for heating the base substrate 10 or a material having high thermal conductivity on the back side of the base substrate 10 (for example, aluminum nitride, silicon nitride, silicon carbide, graphite, and a material whose surface is coated with these thin films ) Can be mentioned.

（ラマンシフトの測定工程）
次に、図８の模式的側面図に示すように、ＧａＮ結晶１１の表面１２の重心位置Ａ１におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａ１、表面２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ１におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂ１、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の重心位置Ｃ１におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃ１、および裏面１４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄ１におけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄ１をそれぞれ測定する工程を行なう。 (Raman shift measurement process)
Next, as shown in the schematic side view of FIG. 8, the Raman shift amount a1 corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity A1 of the surface 12 of the GaN crystal 11 and at least one point B1 of the peripheral region 5 of the surface 2 Raman shift amount b1 corresponding to E ₂ ^H phonon modes in Raman shift c1 corresponding to E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity position C1 of the rear surface 14 of the GaN crystal 11, and at least one point D1 of the peripheral region 6 of the back surface 14 The step of measuring each of the Raman shift amounts d1 corresponding to the E ₂ ^H phonon mode is performed.

なお、ラマンシフト量ａ１〜ｄ１の測定の順序は特に限定されない。また、ＧａＮ結晶１１の表面１２の重心位置Ａ１、ＧａＮ結晶１１の表面１２の周縁領域５の少なくとも１点Ｂ１、ＧａＮ結晶１１の裏面１４の重心位置Ｃ１、およびＧａＮ結晶１１の裏面１４の周縁領域６の少なくとも１点Ｄ１の特定については、それぞれ、ＧａＮ基板１の重心位置Ａ、点Ｂ、重心位置Ｃおよび点Ｄと同様にして特定される。 Note that the order of measurement of the Raman shift amounts a1 to d1 is not particularly limited. Further, the center of gravity position A1 of the surface 12 of the GaN crystal 11, at least one point B1 of the peripheral region 5 of the surface 12 of the GaN crystal 11, the center of gravity C1 of the back surface 14 of the GaN crystal 11, and the peripheral region of the back surface 14 of the GaN crystal 11 6, at least one point D1 is specified in the same manner as the gravity center position A, point B, gravity center position C, and point D of the GaN substrate 1, respectively.

（確認工程）
次に、上記で測定したラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である部分を確認する工程を行なう。 (Confirmation process)
Next, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 measured above is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1 is 0. A step of confirming a portion of 5 cm ^-1 or less is performed.

この確認工程により、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である部分を予め確認しておくことによって、実施形態１のＧａＮ基板１を効率的に作製することができる。 By this confirmation step, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1. By confirming in advance a portion where the thickness is 0.5 cm ⁻¹ or less, the GaN substrate 1 of Embodiment 1 can be efficiently manufactured.

（取り出し工程）
上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値の少なくとも一方が０．５ｃｍ^-1以下ではないことが判明した場合には、たとえば図９の模式的断面図に示すように、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値およびラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値がともに０．５ｃｍ^-1以下となるＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出す工程を行なうことが好ましい。箇所１１ａを取り出すには、たとえば、研削、研磨またはスライスなどの公知の加工法を用いることができる。 (Removal process)
In the confirmation step, at least one of the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1 is 0.5 cm ^−1. If it is determined that the following is not true, for example, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 9, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 and the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount. It is preferable to perform a step of taking out the portion 11a of the GaN crystal 11 where the absolute value of the difference from the shift amount d1 is 0.5 cm ⁻¹ or less. In order to take out the part 11a, for example, a known processing method such as grinding, polishing or slicing can be used.

このように、ＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを取り出して、箇所１１ａをスライスすることによって、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下である実施形態１のＧａＮ基板１を効率良く作製することができる。 In this way, by taking out the portion 11a of the GaN crystal 11 and slicing the portion 11a, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the Raman shift is performed. The GaN substrate 1 of Embodiment 1 in which the absolute value of the difference between the amount b and the Raman shift amount d is 0.5 cm ⁻¹ or less can be efficiently manufactured.

箇所１１ａの最大の大きさは、たとえば、下地基板１０の種類や大きさ、結晶成長の方法、または結晶成長の条件などによって変化することがある。しかしながら、仮に、このような箇所１１ａを取り出す工程を経た後に、箇所１１ａの大きさが、所望の大きさのＧａＮ基板１を作製するのに必要な大きさに満たない場合には、それ以降は、箇所１１ａの不足した幅や厚さと同じかまたはそれよりも多く、下地基板１０の幅を広くする、またはＧａＮ結晶１１の厚さを厚くするなどの調整をすることによって、所望の大きさの箇所１１ａが得られるＧａＮ結晶１１を得ることが可能である。 The maximum size of the portion 11a may vary depending on, for example, the type and size of the base substrate 10, the crystal growth method, or the crystal growth conditions. However, if the size of the portion 11a is less than the size necessary for manufacturing the GaN substrate 1 having a desired size after the step of taking out the portion 11a, the subsequent steps are taken. By adjusting the width of the base substrate 10 or increasing the thickness of the GaN crystal 11 to the desired size, the width or thickness of the portion 11a is equal to or greater than the insufficient width and thickness. It is possible to obtain the GaN crystal 11 from which the portion 11a is obtained.

なお、上記の確認工程において、ＧａＮ結晶１１のラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることが確認された場合には、ＧａＮ結晶１１の上記の箇所１１ａを取り出す工程を行なう必要がないことは言うまでもない。 In the above confirmation step, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 of the GaN crystal 11 is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1. Needless to say, when it is confirmed that the absolute value of is not more than 0.5 cm ⁻¹ , it is not necessary to perform the step of taking out the portion 11 a of the GaN crystal 11.

（スライス工程）
次に、上記のようにして作製したラマンシフト量ａ１とラマンシフト量ｃ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂ１とラマンシフト量ｄ１との差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ結晶１１またはＧａＮ結晶１１の箇所１１ａを表面１２および裏面１４と平行な方向にスライスする工程を行なう。これにより、図１０の模式的断面図に示すように、複数の実施形態１のＧａＮ基板１を得ることができる。 (Slicing process)
Next, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a1 and the Raman shift amount c1 produced as described above is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute difference between the Raman shift amount b1 and the Raman shift amount d1 is as follows. A step of slicing the GaN crystal 11 having a value of 0.5 cm ⁻¹ or less or the portion 11 a of the GaN crystal 11 in a direction parallel to the front surface 12 and the back surface 14 is performed. Thereby, as shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 10, a plurality of GaN substrates 1 of Embodiment 1 can be obtained.

なお、実施形態１においては、１つのＧａＮ結晶１１から複数のＧａＮ基板１を得る場合について説明しているが、１つのＧａＮ結晶１１から１枚のＧａＮ基板１を得てもよい。この場合にも、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板１を得ることができる。 In the first embodiment, the case where a plurality of GaN substrates 1 are obtained from one GaN crystal 11 is described. However, one GaN substrate 1 may be obtained from one GaN crystal 11. Also in this case, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d is 0. A GaN substrate 1 having a thickness of 0.5 cm ⁻¹ or less can be obtained.

（研磨工程）
次に、上記のスライスする工程を行なった後の図１１の模式的断面図に示す実施形態１のＧａＮ基板１を研磨する工程を行なう。このようにして得られた実施形態１のＧａＮ基板１においては、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とすることができるとともに、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値を０．５ｃｍ^-1以下とすることができる。 (Polishing process)
Next, the step of polishing the GaN substrate 1 of Embodiment 1 shown in the schematic cross-sectional view of FIG. 11 after the above-described slicing step is performed. In the GaN substrate 1 of the first embodiment obtained in this way, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c can be 0.5 cm ⁻¹ or less, and the Raman shift can be performed. The absolute value of the difference between the amount b and the Raman shift amount d can be 0.5 cm ⁻¹ or less.

＜半導体デバイス＞
図１２に、実施形態１のＧａＮ基板１上に半導体膜３１が形成されてなる半導体デバイス４１の模式的な断面図を示す。ここで、半導体膜３１は、ＧａＮ基板１の表面２上および裏面４上の少なくとも一方に形成されていればよい。また、半導体膜３１の形成方法は特に限定されず、たとえば従来から公知の有機金属気相成長法を用いることができる。さらに、半導体膜３１の成膜後に、電極等の他の部材が形成されていてもよい。 <Semiconductor devices>
FIG. 12 shows a schematic cross-sectional view of a semiconductor device 41 in which a semiconductor film 31 is formed on the GaN substrate 1 of the first embodiment. Here, the semiconductor film 31 may be formed on at least one of the front surface 2 and the back surface 4 of the GaN substrate 1. Moreover, the formation method of the semiconductor film 31 is not specifically limited, For example, a conventionally well-known organometallic vapor phase growth method can be used. Furthermore, other members such as electrodes may be formed after the semiconductor film 31 is formed.

実施形態１の半導体デバイス４１としては、たとえば、発光ダイオード若しくはレーザダイオードなどの発光素子、ショットキーバリアダイオードなどの整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ若しくはＨＥＭＴ（ＨｉｇｈＥｌｅｃｔｒｏｎＭｏｂｉｌｉｔｙＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射センサ若しくは可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（ＳｕｒｆａｃｅＡｃｏｕｓｔｉｃＷａｖｅＤｅｖｉｃｅ）、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（ＭｉｃｒｏＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌＳｙｓｔｅｍｓ）部品または圧電アクチュエータなどの半導体デバイスが挙げられる。 As the semiconductor device 41 of the first embodiment, for example, a light emitting element such as a light emitting diode or a laser diode, a rectifier such as a Schottky barrier diode, an electronic element such as a bipolar transistor, a field effect transistor, or a HEMT (High Electron Mobility Transistor), temperature Semiconductors such as sensors, pressure sensors, radiation sensors or visible-ultraviolet light detectors, semiconductor sensors such as SAW devices (Surface Acoustic Wave Devices), vibrators, resonators, oscillators, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) components or piezoelectric actuators Device.

［実施形態２］
実施形態２のＧａＮ基板１は、実施形態１のＧａＮ基板１に加えて、上記のラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるとともに、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であることを特徴としている。この場合には、ＧａＮ基板１の表面２における応力分布がより均一になるとともに、ＧａＮ基板１の裏面４における応力分布がより均一になるため、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な面内で、かつＧａＮ基板１の表面２の中心と外縁とを結ぶ方向にＧａＮ基板１の表面２および裏面４のいずれかの面の一部を起点としてＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板１に発生しようとする、ＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。 [Embodiment 2]
In addition to the GaN substrate 1 of the first embodiment, the GaN substrate 1 of the second embodiment has an absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b of 0.5 cm ⁻¹ or less and a Raman shift. The absolute value of the difference between the amount c and the Raman shift amount d is 0.5 cm ⁻¹ or less. In this case, the stress distribution on the front surface 2 of the GaN substrate 1 becomes more uniform, and the stress distribution on the back surface 4 of the GaN substrate 1 becomes more uniform. Therefore, in a plane perpendicular to the front surface 2 of the GaN substrate 1, In addition, when the semiconductor film is grown on the GaN substrate 1 starting from a part of either the front surface 2 or the back surface 4 of the GaN substrate 1 in the direction connecting the center and the outer edge of the front surface 2 of the GaN substrate 1, It is possible to suppress the generation of cracks and cracks in the GaN substrate 1 that are about to occur.

また、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制する観点からは、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値は０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of further suppressing the generation of cracks and cracks in the GaN substrate 1 during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate 1, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b is 0.3 cm. ⁻¹ or less, more preferably 0.1 cm ⁻¹ or less.

また、ＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時におけるＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生をさらに抑制する観点からは、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値は０．３ｃｍ^-1以下であることが好ましく、０．１ｃｍ^-1以下であることがより好ましい。 Further, from the viewpoint of further suppressing the generation of cracks and cracks in the GaN substrate 1 during the growth of the semiconductor film on the GaN substrate 1, the absolute value of the difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d is 0.3 cm. ⁻¹ or less, more preferably 0.1 cm ⁻¹ or less.

実施形態２における上記以外の説明は、実施形態１と同様であるため、その説明については繰り返さない。 Since the description other than the above in Embodiment 2 is the same as that in Embodiment 1, the description thereof will not be repeated.

［実施形態３］
実施形態３のＧａＮ基板１は、実施形態１または実施形態２のＧａＮ基板１に加えて、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きく、ラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっていることを特徴としている。一般に、ＧａＮ基板の周縁における引張応力が大きくなるにしたがって、ＧａＮ基板にクラックおよび割れが発生しやすくなる。しかしながら、実施形態３のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の周縁領域が重心位置よりもＧａＮ基板１に存在する応力が圧縮側となる。そのため、実施形態３のＧａＮ基板１においては、ＧａＮ基板１の表面２に垂直な面内で、ＧａＮ基板１の表面２の外縁または裏面４の外縁のいずれか一方の一部を起点としてＧａＮ基板１上への半導体膜の成長時にＧａＮ基板１に発生しようとする、ＧａＮ基板１のクラックおよび割れの発生を抑制することができる。 [Embodiment 3]
In the GaN substrate 1 of the third embodiment, in addition to the GaN substrate 1 of the first or second embodiment, the Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a, and the Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c. It is characterized by having. In general, as the tensile stress at the periphery of the GaN substrate increases, cracks and cracks are likely to occur in the GaN substrate. However, in the GaN substrate 1 of the third embodiment, the stress that exists in the GaN substrate 1 in the peripheral region of the GaN substrate 1 is on the compression side with respect to the center of gravity. Therefore, in the GaN substrate 1 of Embodiment 3, the GaN substrate starts from a part of either the outer edge of the front surface 2 of the GaN substrate 1 or the outer edge of the back surface 4 in a plane perpendicular to the front surface 2 of the GaN substrate 1. It is possible to suppress the generation of cracks and cracks in the GaN substrate 1 that are to occur in the GaN substrate 1 during the growth of the semiconductor film on the substrate 1.

実施形態３における上記以外の説明は、実施形態１および実施形態２と同様であるため、その説明については繰り返さない。 Since the description other than the above in the third embodiment is the same as that in the first and second embodiments, the description thereof will not be repeated.

＜ＧａＮ基板の作製＞
図１３にその概略を示す成長炉３００を使用して、ＨＶＰＥ法により、ＧａＮ結晶の成長を行なう。 <Production of GaN substrate>
Using a growth furnace 300 schematically shown in FIG. 13, GaN crystals are grown by the HVPE method.

ここで、成長炉３００は、反応室３０１と、反応室３０１内に下地基板１０を保持するための基板ホルダ３０２と、Ｇａ原料ガス（ＧａＣｌ）１３３を合成するための合成室３０３と、合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入するためのガス導入管３０５と、反応室３０１内にＮ原料ガス（ＮＨ₃）１３６を導入するためのガス導入管３０６と、反応後のガスを反応室３０１から排気するための排気管３０７と、を含んでいる。また、合成室３０３内にはＧａ１３２が収容されているＧａボート３０４が設置されており、反応室３０１、合成室３０３、ガス導入管３０５およびガス導入管３０６の周囲には、ヒータ３０８、ヒータ３０９およびヒータ３１０が設置されている。 Here, the growth furnace 300 includes a reaction chamber 301, a substrate holder 302 for holding the base substrate 10 in the reaction chamber 301, a synthesis chamber 303 for synthesizing Ga source gas (GaCl) 133, and a synthesis chamber. A gas introduction pipe 305 for introducing HCl gas 131 into 303, a gas introduction pipe 306 for introducing N source gas (NH ₃ ) 136 into reaction chamber 301, and a gas after reaction from reaction chamber 301 And an exhaust pipe 307 for exhausting air. Further, a Ga boat 304 containing Ga 132 is installed in the synthesis chamber 303, and a heater 308 and a heater 309 are provided around the reaction chamber 301, the synthesis chamber 303, the gas introduction pipe 305, and the gas introduction pipe 306. And a heater 310 is installed.

まず、反応室３０１内の基板ホルダ３０２上に下地基板１０を設置する。ここで、下地基板１０としては、直径が４インチの円形のサファイア基板の全面に有機金属気相成長法でＧａＮ膜を２μｍの厚さで成長させたサファイアテンプレート基板上に、直線状の４μｍ幅のＳｉＯ₂マスクを８μｍ間隔で全面に形成したものを用いている。下地基板１０は、下地基板１０の表面内における原料ガスの供給量の均一性を向上させるために１０°傾けて設置されている。 First, the base substrate 10 is set on the substrate holder 302 in the reaction chamber 301. Here, as the base substrate 10, a linear 4 μm width is formed on a sapphire template substrate in which a GaN film is grown to a thickness of 2 μm by metal organic vapor phase epitaxy on the entire surface of a circular sapphire substrate having a diameter of 4 inches. A SiO ₂ mask formed on the entire surface at intervals of 8 μm is used. The base substrate 10 is installed at an angle of 10 ° in order to improve the uniformity of the supply amount of the source gas within the surface of the base substrate 10.

次に、下地基板１０を加熱して下地基板１０の表面温度を１１００℃に保持するとともに下地基板１０を１０ｒｐｍの速度で回転させた状態で、Ｇａ原料ガス１３３およびＮ原料ガス１３６を含む原料ガスを反応室３０１内に導入することにより、下地基板１０の表面上にＧａＮ結晶を成長させる。ここで、Ｇａ原料ガス１３３の分圧は２×１０³Ｐａであり、Ｎ原料ガス１３６の分圧は１×１０⁴Ｐａであって、キャリアガスとしてＨ₂ガスを用いている。 Next, the base substrate 10 is heated to maintain the surface temperature of the base substrate 10 at 1100 ° C. and the base substrate 10 is rotated at a speed of 10 rpm, and the source gas containing the Ga source gas 133 and the N source gas 136 is used. Is introduced into the reaction chamber 301 to grow a GaN crystal on the surface of the base substrate 10. Here, the partial pressure of the Ga source gas 133 is 2 × 10 ³ Pa, the partial pressure of the N source gas 136 is 1 × 10 ⁴ Pa, and H ₂ gas is used as the carrier gas.

なお、Ｇａ原料ガス１３３は、合成室３０３内に設置されているＧａボート３０４を８５０℃に加熱し、ガス導入管３０５により合成室３０３内にＨＣｌガス１３１を導入して、Ｇａボート３０４中のＧａ１３２とＨＣｌガス１３１とを反応させることにより生成される。また、ＨＣｌガス１３１は、キャリアガスであるＨ₂ガスとともに合成室３０３内に導入される。 Note that the Ga source gas 133 is obtained by heating the Ga boat 304 installed in the synthesis chamber 303 to 850 ° C. and introducing the HCl gas 131 into the synthesis chamber 303 through the gas introduction pipe 305. It is generated by reacting Ga132 and HCl gas 131. The HCl gas 131 is introduced into the synthesis chamber 303 together with the H ₂ gas that is a carrier gas.

そして、下地基板１０の表面上に平坦で傾斜のない（０００１）面からなり、直径４インチの円形の表面および裏面を有する厚さ６ｍｍのＧａＮ結晶を成長させる。そして、下地基板１０からＧａＮ結晶を切り離す。なお、ＧａＮ結晶は、ＧａＮ結晶の成長条件を変えて複数個成長させる。 Then, a 6 mm-thick GaN crystal having a circular surface and a back surface of 4 inches in diameter and having a flat and non-tilted (0001) surface is grown on the surface of the base substrate 10. Then, the GaN crystal is separated from the base substrate 10. A plurality of GaN crystals are grown by changing the growth conditions of the GaN crystals.

次に、ＧａＮ結晶をスライスすることによって厚さ３５０μｍの複数の直径４インチのＧａＮ基板（ＧａＮ基板の表面および裏面の面積：８１．０３ｃｍ²）を得る。そして、ＧａＮ基板の表面および裏面の加工歪を研磨によって除去した後に、ＧａＮ基板の表面の重心位置ＡにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａと、ＧａＮ基板の表面の周縁から内側に５ｍｍの点ＢにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｂと、ＧａＮ基板の裏面の重心位置ＣにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｃと、ＧａＮ基板の裏面の周縁から内側に５ｍｍの点ＤにおけるＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ｄとを測定する。また、ラマンシフト量ａ〜ｄは、それぞれ、ラマン分光分析して得られるラマンシフトのスペクトルにおいてＥ２^Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数とされる。また、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフトのピークは、測定領域や測定条件によって変化するが、通常５６４．０ｃｍ^-1〜５６９．０ｃｍ^-1の範囲内に存在する。 Next, by slicing the GaN crystal, a plurality of 4-inch diameter GaN substrates having a thickness of 350 μm (areas of the front and back surfaces of the GaN substrate: 81.03 cm ² ) are obtained. After removing the processing strain on the front and back surfaces of the GaN substrate by polishing, the Raman shift amount a corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity position A on the front surface of the GaN substrate and the inner edge from the periphery of the front surface of the GaN substrate The Raman shift amount b corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the point B of 5 mm, the Raman shift amount c corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity C of the back surface of the GaN substrate, and the inner side from the periphery of the back surface of the GaN substrate And a Raman shift amount d corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at a point D of 5 mm. Further, the Raman shift a~d are respectively a wave number at the maximum peak of peaks corresponding to the E2 ^H phonon modes in the spectrum of Raman shift obtained by Raman spectroscopic analysis. The Raman shift peak corresponding to the E ₂ ^H phonon mode varies depending on the measurement region and measurement conditions, but usually exists in the range of 564.0 cm ^{−1 to} 569.0 cm ⁻¹ .

そして、上記の測定値から以下の（ａ）〜（ｆ）の値を算出し、算出された値に応じて、直径４インチのＧａＮ基板を表１のサンプルＮｏ．１〜２２に分類する。なお、サンプルＮｏ．１〜７および１１〜２２は実施例であり、サンプルＮｏ．８〜１０は比較例である。 Then, the following values (a) to (f) are calculated from the above measured values, and according to the calculated values, the GaN substrate having a diameter of 4 inches is changed to the sample No. Classify 1-22. Sample No. 1-7 and 11-22 are examples, and sample no. 8 to 10 are comparative examples.

（ａ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ^-1］の｜ａ−ｃ｜の欄に記載）。 (A) The absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c (described in the column | a−c | of the Raman shift amount difference [cm ⁻¹ ] in Tables 1 and 2).

（ｂ）ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ^-1］の｜ｂ−ｄ｜の欄に記載）。 (B) Absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d (described in the column | b−d | of the Raman shift amount difference [cm ⁻¹ ] in Tables 1 and 2).

（ｃ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ^-1］の｜ａ−ｂ｜の欄に記載）。 (C) Absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b (described in the column | a−b | of the Raman shift amount difference [cm ⁻¹ ] in Tables 1 and 2).

（ｄ）ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量差［ｃｍ^-1］の｜ｃ−ｄ｜の欄に記載）。 (D) The absolute value of the difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d (described in the column | cd− | of the Raman shift amount difference [cm ⁻¹ ] in Tables 1 and 2).

（ｅ）ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの大小関係（表１および表２のラマンシフト量大小のａ，ｂの欄に記載）。 (E) Magnitude relationship between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b (described in columns a and b of the large and small Raman shift amounts in Tables 1 and 2).

（ｆ）ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値（表１および表２のラマンシフト量大小のｃ，ｄの欄に記載）。 (F) The absolute value of the difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d (described in columns c and d for the large and small Raman shift amounts in Tables 1 and 2).

上記のＥ₂ ^Hフォノンモードに対応するラマンシフト量ａ〜ｄは、以下のようにして測定している。まず、光源としてＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）第２高調波のレーザ装置を用い、当該レーザ装置から出射された波長５３２ｎｍのレーザ光を幅１００μｍのスリットに通した後、レンズで集光する。ここで、レーザ光のスポット径は５０倍の対物レンズを使用しているため約２μｍとなり、露光は積算３０秒で１回とする。また、レーザ光の強度は、発振出力０．１Ｗ（ＧａＮ結晶の表面では約１０ｍＷ）である。そして、上記レーザ光をＧａＮ基板に対して垂直に照射し、ｃ軸方向の後方散乱配置でラマン散乱光をＧａＮ基板の温度が２０℃の状態で検出する。なお、波数校正にはＮｅランプの４本の輝線スペクトルを二次関数で近似する方法を用い、測定した数値データはローレンツ関数で近似し、得られたラマンシフトのスペクトルにおいて、Ｅ₂ ^Hフォノンモードに対応するピークの最大ピーク時の波数を求めることができる。 The Raman shift amounts a to d corresponding to the E ₂ ^H phonon mode are measured as follows. First, a YAG (yttrium, aluminum, garnet) second harmonic laser device is used as a light source, and laser light having a wavelength of 532 nm emitted from the laser device is passed through a slit having a width of 100 μm and then condensed by a lens. Here, the spot diameter of the laser beam is about 2 μm because a 50 × objective lens is used, and the exposure is performed once every 30 seconds. The intensity of the laser light is an oscillation output of 0.1 W (about 10 mW on the surface of the GaN crystal). Then, the laser light is irradiated perpendicularly to the GaN substrate, and Raman scattered light is detected in a c-axis direction backscattering arrangement with the temperature of the GaN substrate being 20 ° C. The wave number calibration uses a method of approximating the four emission line spectra of the Ne lamp with a quadratic function, the measured numerical data is approximated with a Lorentz function, and the obtained Raman shift spectrum has an E ₂ ^H phonon mode. The wave number at the maximum peak of the peak corresponding to can be obtained.

＜半導体膜の作製＞
上記のようにして作製されたサンプルＮｏ．１〜２２のＧａＮ基板を有機金属気相成長炉に投入し、１０５０℃に昇温し、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスおよびトリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）ガスをＩＩＩ族原料とし、ＮＨ₃ガスをＶ族原料とし、Ｈ₂ガスをキャリアガスをとして、ＧａＮ基板上に毎時４μｍの成長速度で、ＨＥＭＴ用の半導体膜として厚さ１．５μｍのＧａＮ層および厚さ５０ｎｍのＡｌ_0.2Ｇａ_0.8Ｎ層の順に成長させ、冷却して、有機金属気相成長炉から取り出す。 <Fabrication of semiconductor film>
Sample No. produced as described above. 1 to 22 GaN substrates are put into a metal organic chemical vapor deposition furnace, heated to 1050 ° C., trimethylgallium (TMG) gas and trimethylaluminum (TMA) gas are used as a group III source, and NH ₃ gas is used as a group V source. Then, using a carrier gas as the H ₂ gas, a GaN layer having a thickness of 1.5 μm and an Al _0.2 Ga _0.8 N layer having a thickness of 50 nm are grown as a semiconductor film for HEMT on the GaN substrate at a growth rate of 4 μm / hour. And cooled and removed from the metal organic vapor phase growth furnace.

そして、表１のサンプルＮｏ．１〜２２の分類ごとに上記の半導体膜の成長後のＧａＮ基板に生じたクラックおよび割れの発生率について算出する。その結果を表１の「抑制率［％］」の欄に示す。なお、表１の抑制率［％］は、上記のようにしてサンプルＮｏ．ごとに分類されたＧａＮ基板を、その分類ごとに１０枚ずつ有機金属気相成長炉に投入し、分類ごとのＧａＮ基板の投入枚数に対する、上記の半導体膜の成長後にクラックおよび割れが全く発生していないＧａＮ基板の枚数の割合［％］を示している。 And sample no. For each of the classifications 1 to 22, the cracks generated in the GaN substrate after the growth of the semiconductor film and the incidence of cracks are calculated. The result is shown in the column of “suppression rate [%]” in Table 1. In addition, the inhibition rate [%] in Table 1 is the sample No. 10 GaN substrates classified for each classification are put into a metal organic vapor phase growth furnace for each classification, and cracks and cracks occur at all after the growth of the semiconductor film with respect to the number of GaN substrates charged for each classification. The ratio [%] of the number of GaN substrates that are not present is shown.

また、ＧａＮ基板の直径を６インチとしたこと以外は上記と同様にして、直径６インチのＧａＮ基板（ＧａＮ基板の表面および裏面の面積：１８２．３２ｃｍ²）をサンプルＮｏ．２３〜４４に分類し、サンプルＮｏ．２３〜４４の分類ごとにＧａＮ基板に生じたクラックおよび割れの発生の抑制率について算出する。その結果を表２の「抑制率［％］」の欄に示す。なお、サンプルＮｏ．２３〜２９およびサンプルＮｏ．３３〜４４は実施例であり、サンプルＮｏ．３０〜３２は比較例である。 In addition, a GaN substrate having a diameter of 6 inches (areas of the front and back surfaces of the GaN substrate: 182.32 cm ² ) was obtained in the same manner as described above except that the diameter of the GaN substrate was changed to 6 inches. 23 to 44, sample No. For each of the classifications 23 to 44, the cracks generated in the GaN substrate and the suppression rate of occurrence of cracks are calculated. The result is shown in the column of “suppression rate [%]” in Table 2. Sample No. 23-29 and sample no. Examples Nos. 33 to 44 are examples. 30 to 32 are comparative examples.

なお、表１および表２において、「０．５＜」は「０．５ｃｍ^-1よりも大きい」を、「０．３〜０．５」は「０．３ｃｍ^-1よりも大きく０．５ｃｍ^-1以下」を、「０．１〜０．３」は「０．１ｃｍ^-1よりも大きく０．３ｃｍ^-1以下」を、「０．１≦」は「０．１ｃｍ^-1以下」を意味している。 In Tables 1 and 2, “0.5 <” is “greater than 0.5 cm ⁻¹ ”, and “0.3 to 0.5” is “greater than 0.3 cm ^{−1 and} 0.5 cm”. ⁻¹ or less ”,“ 0.1 to 0.3 ”is“ greater than 0.1 cm ^{−1 and} 0.3 cm ⁻¹ or less ”,“ 0.1 ≦ ”is“ 0.1 cm ⁻¹ or less ”. I mean.

＜評価＞
表１および表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるサンプルＮｏ．１〜７および１１〜２２のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．８〜１０のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。また、サンプルＮｏ．１〜７の比較から、ＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生の抑制率は、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値およびラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値がそれぞれ小さくなるにしたがって低くなっていくこともわかる。 <Evaluation>
As shown in Tables 1 and 2, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d is Sample No. whose value is 0.5 cm ⁻¹ or less. The GaN substrates 1 to 7 and 11 to 22 are sample Nos. That do not satisfy the requirements. It turns out that generation | occurrence | production of a crack and a crack can be suppressed compared with 8-10 GaN substrates. Sample No. From the comparison of 1 to 7, the cracks of the GaN substrate and the suppression rate of the occurrence of cracks are the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c, and the absolute difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d. It can also be seen that the values become lower as the values become smaller.

また、表１に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるサンプルＮｏ．１〜７および１４〜２２のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．８〜１３のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。 Further, as shown in Table 1, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d. Sample No. having a thickness of 0.5 cm ⁻¹ or less. The GaN substrates of 1 to 7 and 14 to 22 are sample Nos. That do not satisfy the requirements. It can be seen that generation of cracks and cracks can be suppressed as compared with 8-13 GaN substrates.

また、表１に示すように、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きくなっており、かつラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっているサンプルＮｏ．１９のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．２０〜２２のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。 In addition, as shown in Table 1, sample No. 1 in which the Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a and the Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c. The GaN substrate No. 19 does not satisfy the requirements of sample No. It turns out that generation | occurrence | production of a crack and a crack can be suppressed compared with 20-22 GaN substrates.

また、表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるサンプルＮｏ．２３〜２９および３３〜４４のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．３０〜３２のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。また、サンプルＮｏ．２３〜２９の比較から、ＧａＮ基板のクラックおよび割れの発生の抑制率は、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値およびラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値がそれぞれ小さくなるにしたがって低くなっていくこともわかる。 Further, as shown in Table 2, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d. Sample No. having a thickness of 0.5 cm ⁻¹ or less. The GaN substrates of Nos. 23 to 29 and 33 to 44 are sample Nos. That do not satisfy the requirements. It turns out that generation | occurrence | production of a crack and a crack can be suppressed compared with 30-32 GaN substrates. Sample No. From the comparison of 23 to 29, the cracks of the GaN substrate and the suppression rate of occurrence of cracks are the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c and the absolute difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d. It can also be seen that the values become lower as the values become smaller.

また、表２に示すように、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｂとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｃとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるサンプルＮｏ．２３〜２９および３６〜４４のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．３０〜３５のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。 Further, as shown in Table 2, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the absolute value of the difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d. Sample No. having a thickness of 0.5 cm ⁻¹ or less. The GaN substrates Nos. 23 to 29 and 36 to 44 are sample Nos. That do not satisfy the requirements. It turns out that generation | occurrence | production of a crack and a crack can be suppressed compared with 30-35 GaN substrates.

また、表２に示すように、ラマンシフト量ｂがラマンシフト量ａよりも大きくなっており、かつラマンシフト量ｄがラマンシフト量ｃよりも大きくなっているサンプルＮｏ．４１のＧａＮ基板は、その要件を満たしていないサンプルＮｏ．４２〜４４のＧａＮ基板と比べてクラックおよび割れの発生を抑制できることがわかる。 Further, as shown in Table 2, sample No. 1 in which the Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a and the Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c. The GaN substrate No. 41 does not satisfy the requirements of sample No. It turns out that generation | occurrence | production of a crack and a crack can be suppressed compared with 42-44 GaN substrates.

また、ＧａＮ結晶の気相成長工程において、ＧａＮ結晶の成長開始時点から厚さ５μｍに成長する時点までＧａＮ結晶の気相成長速度を４０μｍ／時間以下とした場合、特に、ＧａＮ結晶の成長開始時点から厚さ１５μｍに成長する時点までＧａＮ結晶の気相成長速度を３０μｍ／時間以下とし、その後、３０μｍ／時間以上（具体的には、１００μｍ／時間）とした場合には、ラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板が得られることが確認されている。 Further, in the GaN crystal vapor phase growth step, when the vapor phase growth rate of the GaN crystal is 40 μm / hour or less from the time when the GaN crystal is grown to the time when it is grown to a thickness of 5 μm, particularly when the GaN crystal is grown. When the vapor phase growth rate of the GaN crystal is set to 30 μm / hour or less from the time of growth to a thickness of 15 μm to 30 μm / hour or more (specifically, 100 μm / hour), the Raman shift amount a A GaN substrate is obtained in which the absolute value of the difference from the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less and the absolute value of the difference between the Raman shift amount b and the Raman shift amount d is 0.5 cm ⁻¹ or less. It has been confirmed.

また、以下の（ｉ）または（ｉｉ）のいずれか一方の操作を行なった場合にもラマンシフト量ａとラマンシフト量ｃとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であって、ラマンシフト量ｂとラマンシフト量ｄとの差の絶対値が０．５ｃｍ^-1以下であるＧａＮ基板が得られることが確認されている。 Also, when either one of the following operations (i) or (ii) is performed, the absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less, and the Raman It has been confirmed that a GaN substrate having an absolute value of the difference between the shift amount b and the Raman shift amount d of 0.5 cm ⁻¹ or less can be obtained.

（ｉ）下地基板１０を加熱するヒータを設定することによって、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする。 (I) By setting a heater for heating the base substrate 10, the temperature difference between the center and the periphery of the surface of the base substrate 10 is set to 10 ° C. or less.

（ｉｉ）下地基板１０の裏面に熱伝導率の高い材料（具体的には、カーボン板）を設置することによって、下地基板１０の表面の中央と周縁との間の温度差を１０℃以下とする。 (Ii) By installing a material having high thermal conductivity (specifically, a carbon plate) on the back surface of the base substrate 10, the temperature difference between the center and the periphery of the surface of the base substrate 10 is 10 ° C. or less. To do.

以上のように本発明の実施形態および実施例について説明を行なったが、上述の各実施形態および各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。 Although the embodiments and examples of the present invention have been described as described above, it is also planned from the beginning to appropriately combine the configurations of the above-described embodiments and examples.

今回開示された実施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形態および実施例ではなく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。 The embodiments and examples disclosed herein are illustrative in all aspects and should not be construed as being restrictive. The scope of the present invention is shown not by the embodiments and examples described above but by the scope of claims, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

実施形態および実施例のＧａＮ基板は、半導体デバイスなどの用途に利用することができる。 The GaN substrates of the embodiments and examples can be used for applications such as semiconductor devices.

１ＧａＮ基板
２表面
３内部領域
４裏面
５領域
６周縁領域
７内部領域
１０下地基板
１１ＧａＮ結晶
１１ａ箇所
１２表面
１４裏面
２１入射光
２２ラマン散乱光
３１半導体膜
４１半導体デバイス
１３１ＨＣｌガス
１３２Ｇａ
１３３Ｇａ原料ガス
１３６Ｎ原料ガス
３００成長炉
３０１反応室
３０２基板ホルダ
３０３合成室
３０４Ｇａボート
３０５，３０６ガス導入管
３０７排気管
３０８，３０９，３１０ヒータ。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaN substrate 2 Surface 3 Internal region 4 Back surface 5 Region 6 Peripheral region 7 Internal region 10 Base substrate 11 GaN crystal 11a Location 12 Surface 14 Back surface 21 Incident light 22 Raman scattered light 31 Semiconductor film 41 Semiconductor device 131 HCl gas 132 Ga
133 Ga source gas 136 N source gas 300 Growth reactor 301 Reaction chamber 302 Substrate holder 303 Synthesis chamber 304 Ga boat 305,306 Gas introduction pipe 307 Exhaust pipe 308,309,310 Heater.

Claims

A gallium nitride substrate having a surface with an area of 18 cm ² or more,
A Raman shift amount a corresponding to E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the surface of the gallium nitride substrate, Raman corresponding to E ₂ ^H phonon mode at the opposite side of the rear surface of the center of gravity of the surface of the gallium nitride substrate The absolute value of the difference from the shift amount c is 0.1 cm ⁻¹ or more and 0.5 cm ⁻¹ or less,
A Raman shift amount b corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point in the peripheral region 5 mm inside from the peripheral edge of the surface of the gallium nitride substrate; and a peripheral region 5 mm inward from the peripheral edge of the back surface of the gallium nitride substrate. A gallium nitride substrate in which an absolute value of a difference from a Raman shift amount d corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point is 0.1 cm ⁻¹ or more and 0.5 cm ⁻¹ or less.

The absolute value of the difference between the Raman shift amount a and the Raman shift amount b is 0.5 cm ⁻¹ or less,
The gallium nitride substrate according to claim 1, wherein an absolute value of a difference between the Raman shift amount c and the Raman shift amount d is 0.5 cm ^-1 or less.

The Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a;
The gallium nitride substrate according to claim 1, wherein the Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c.

A gallium nitride substrate having a surface with an area of 18 cm ² or more,
A Raman shift amount a corresponding to E ₂ ^H phonon mode at the center of gravity of the surface of the gallium nitride substrate, Raman corresponding to E ₂ ^H phonon mode at the opposite side of the rear surface of the center of gravity of the surface of the gallium nitride substrate The absolute value of the difference from the shift amount c is 0.5 cm ⁻¹ or less,
A Raman shift amount b corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point in the peripheral region 5 mm inside from the peripheral edge of the surface of the gallium nitride substrate; and a peripheral region 5 mm inward from the peripheral edge of the back surface of the gallium nitride substrate. The absolute value of the difference from the Raman shift amount d corresponding to the E ₂ ^H phonon mode at at least one point is 0.5 cm ⁻¹ or less,
The Raman shift amount b is larger than the Raman shift amount a;
The Raman shift amount d is larger than the Raman shift amount c, a gallium nitride substrate.

The gallium nitride substrate according to any one of claims 1 to 4 , wherein an area of the front surface and an area of the back surface are each 72 cm ² or more.

The gallium nitride substrate according to any one of claims 1 to 4 , wherein an area of the front surface and an area of the back surface are each 162 cm ² or more.

7. The nitridation according to claim 1, wherein the Raman shift amounts a to d are values based on a detection result of laser light when the temperature of the gallium nitride substrate is 20 ° C. 8. Gallium substrate.