JP3894191B2 - 窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法、および半導体基板生産物 - Google Patents
窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法、および半導体基板生産物 Download PDFInfo
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Description
本発明は、窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法および半導体基板生産物に関する。
文献１(特開２００２−０８４０４５号公報)には、窒化ガリウム半導体素子が記載されている。この窒化ガリウム半導体素子を形成するために、ステップ状にオフアングルしたサファイア基板上に窒化ガリウム活性層が形成される。このサファイア基板を用いると、ステップ状の段差部分に成長させた活性層に量子ドット、量子ワイヤ構造が形成されやすい。
特開２００２−０８４０４５号公報
これまでの窒化ガリウム系半導体素子は、サファイア基板および炭化シリコン基板を用いて製造されている。発明者らは、現時点で最高品質の窒化ガリウムウエハを入手できる。この窒化ガリウムウエハを用いて、発明者らは、窒化ガリウム半導体デバイスを開発している。該窒化ガリウム半導体デバイスは、現在用いられているサファイア基板および炭化シリコン基板上に作製される半導体デバイスと異なり、窒化ガリウム系半導体層は、窒化ガリウム基板上にホモエピタキシャル成長される。故に、窒化ガリウム基板を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスにおける結晶成長は、サファイア基板および炭化シリコン基板を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスと異なる。
また、これまでの研究および開発の多くはサファイア基板および炭化シリコン基板を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスに向けられている。窒化ガリウム基板を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスは、サファイア基板および炭化シリコン基板を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスよりも優れた特性を示すことが期待される。窒化ガリウム基板を用いてより優れた性能の窒化ガリウム系半導体デバイスを作製するためには、発明者らは、良質の結晶を成長することが必要であり、このためには窒化ガリウムウエハの面方位が重要であると考えている。
そこで、本発明の目的は、上記の事項を鑑みて為されたものであり、窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法、および、窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体基板生産物を提供することとしている。
本発明の一側面によれば、窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法は、（ｂ）窒化ガリウム基板を準備する工程を備え、前記窒化ガリウム基板の主面の全体において該主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは２度未満の角度をなしており、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０度より大きな角度をなし、
窒化ガリウム系半導体膜を形成する前に、アンモニアおよび水素を含むプロセスガスを供給して、摂氏１１００度以上の温度で前記窒化ガリウム基板の熱処理を有機金属気相成長装置を用いて１０分以上の時間で行う工程を備え、（ｂ）Ｖ族原料およびIII族原料を供給して前記窒化ガリウム基板の前記主面上に、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下の最小自乗平方根表面粗さを有する窒化ガリウム系半導体膜を前記有機金属気相成長装置を用いて形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体膜は９０キロパスカル以下の圧力で形成され、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長速度は毎時１．５マイクロメートル以下であり、前記原料ガスのＶ族原料とIII族原料とのモル比［Ｖ族原料］／［III族原料］は２０００以上３０００以下である。
窒化ガリウム系半導体膜を形成する前に、アンモニアおよび水素を含むプロセスガスを供給して、摂氏１１００度以上の温度で前記窒化ガリウム基板の熱処理を有機金属気相成長装置を用いて１０分以上の時間で行う工程を備え、（ｂ）Ｖ族原料およびIII族原料を供給して前記窒化ガリウム基板の前記主面上に、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下の最小自乗平方根表面粗さを有する窒化ガリウム系半導体膜を前記有機金属気相成長装置を用いて形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体膜は９０キロパスカル以下の圧力で形成され、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長速度は毎時１．５マイクロメートル以下であり、前記原料ガスのＶ族原料とIII族原料とのモル比［Ｖ族原料］／［III族原料］は２０００以上３０００以下である。
本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウムからなることが好ましい。本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム系半導体膜は１０キロパスカル以上６０キロパスカル以下の圧力で形成されることが好ましい。本発明に係る方法では、前記窒化ガリウム基板のサイズは２インチ以上である。本発明に係る方法は、活性層のための一又は複数の別の窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備え、前記活性層はＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造を有する。本発明に係る方法は、ＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造を有する活性層のための一又は複数の別の窒化ガリウム系半導体膜を形成した後に、ｐ型クラッド層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備える。本発明に係る方法は、ｐ型クラッド層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成した後に、コンタクト層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備える。
主面の法線とＣ軸との成す角度が上記の範囲内にある窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体層を形成すると、窒化ガリウム系半導体層の表面モフォロジーを制御することができる。
本発明の方法では、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長速度は、毎時１．５マイクロメートル以下であることが好ましい。窒化ガリウム系半導体膜を毎時１．５マイクロメートル以下の成長速度で形成すると、窒化ガリウム系半導体膜の表面粗さを小さくすることができる。
本発明の方法では、前記原料ガスのＶ族原料とIII族原料とのモル比［Ｖ族原料］／［III族原料］は、２０００以上３０００以下であることが好ましい。上記の成長速度において、このモル比を用いると、さらに良好な表面モフォロジーの窒化ガリウム系半導体層が成長されることができる。
本発明の方法では、減圧の条件で前記窒化ガリウム系半導体膜を成膜することにより、表面粗さが小さい窒化ガリウム系半導体膜を形成できる。好適な圧力は、９０キロパスカル以下である。
本発明の方法は、窒化ガリウム系半導体膜を形成する前記工程に先だって、プロセスガスを供給して、摂氏１１００度以上の温度で前記窒化ガリウム基板の熱処理を行う工程を更に備えており、前記プロセスガスはアンモニアおよび水素を含むことが好適である。
本発明の好適な実施例では、前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下である。
研磨された窒化ガリウム基板の表面には、研磨によってキズが残る。窒化ガリウム系半導体膜の形成に先だって該熱処理を行うと、該キズが窒化ガリウム系半導体膜の形成に与える影響を小さくすることができる。好適な熱処理の時間は、例えば１０分以上である。
本発明の方法では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．７度以下の角度をなすことが好ましい。この方法では、該窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジーはスクラッチ状のパターンを示さない。
本発明の方法の好適な実施例では、前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．３ナノメートル以下である。
本発明の方法では、前記主面全体において前記窒化ガリウム基板のＣ軸は前記主面の法線に対して傾斜していることが好ましい。
本発明の方法では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．１５度以上の角度をなすことが好ましい。該方法では、該窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジーは六角錘状のパターンを示さない。
本発明の方法では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．３度以上の角度をなすことが好ましい。該方法では、該窒化ガリウム系半導体膜は実質的に平坦な表面モフォロジーを示す。
本発明の更なる別の側面によれば、半導体基板生産物は、（ａ）主面を有する窒化ガリウム基板と、（ｂ）前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた少なくとも一層の窒化ガリウム系半導体膜とを備え、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは２度未満の角度をなしており、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０度より大きい角度をなし、前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下である。
主面の法線とＣ軸との成す角度が上記の範囲内にある窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜を設けると、該窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジーを制御することができる。
本発明の半導体基板生産物では、前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下である。
本発明の半導体基板生産物では、前記主面全体において前記窒化ガリウム基板のＣ軸は前記主面の法線に対して傾斜していることが好ましい。
本発明の半導体基板生産物では、前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．３ナノメートル以下である。
本発明の半導体基板生産物では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．７度以下の角度をなす。該半導体基板生産物によれば、主面の法線とＣ軸との成す角度が上記の範囲内にある窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜が設けられており、該窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジーはスクラッチ状のパターンを示さない。
本発明の半導体基板生産物では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．１５度以上の角度をなす。該半導体基板生産物では、主面の法線とＣ軸との成す角度が上記の範囲内にある窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜が設けられており、該窒化ガリウム系半導体膜の表面モフォロジーは六角錘状のパターンを示さない。
本発明の半導体基板生産物では、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．３度以上の角度をなす。該半導体基板生産物は、主面の法線とＣ軸との成す角が上記の範囲内にある窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜が設けられており、該窒化ガリウム系半導体膜は実質的に平坦な表面モフォロジーを示す。
該窒化ガリウム膜上に形成される窒化ガリウム系半導体膜は、さらに良好な表面モフォロジーを示す。好適な実施例では、窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウム膜であり、またＡｌＧａＮ膜、ＩｎＧａＮ膜等である。
好適な実施例の半導体基板生産物では、前記窒化ガリウム系半導体膜の貫通転位密度は１×１０７ｃｍ−２以下である。また、好適な実施例の半導体基板生産物では、前記窒化ガリウム系半導体膜は２００秒以下の（０００２）面のＸ線回折半値幅を示す。該半導体基板生産物を用いると、優れた特性を示す窒化ガリウム系半導体デバイスを作製することができる。好適な実施例では、窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウム膜であり、またＡｌＧａＮ膜、ＩｎＧａＮ膜等である。
この窒化ガリウム膜上に形成される窒化ガリウム系半導体膜は、良好な表面モフォロジーを示す。好適な実施例では、窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウム膜であり、またＡｌＧａＮ膜、ＩｎＧａＮ膜等である。
本発明に係る窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法を用いると、窒化ガリウム系半導体デバイスが得られる。該窒化ガリウム系半導体デバイスは、主面を有する窒化ガリウム支持基体と、前記窒化ガリウム支持基体の主面上に設けられた窒化ガリウム系半導体層とを備え、前記主面の法線と前記窒化ガリウム支持基体のＣ軸とはゼロより大きく２度未満の角度をなす。また、本発明に係る窒化ガリウム系半導体デバイスは、前記窒化ガリウム支持基体の主面上に設けられたデバイス領域をさらに備え、前記デバイス領域は量子井戸構造の活性層を有している。この窒化ガリウム系半導体デバイスによれば、高い一様性の発光パターンを示す半導体発光素子が提供される。さらに、基板生産物は、アレイ状に配列された窒化ガリウム系半導体デバイスを含むことができる。窒化ガリウム基板の主面の法線が窒化ガリウム基板のＣ軸と成す角度が該主面の全体にわたって上記の範囲に含まれるので、各窒化ガリウム系半導体デバイスではその特性のばらつきは小さい。
以上説明したように、本発明の一側面によれば、窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法が提供される。さらに本発明の別の側面によれば、窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体基板生産物が提供される。
引き続いて、添付図面を参照しながら、本発明の窒化ガリウム系半導体層を形成する方法および半導体基板生産物に係る実施の形態を説明する。可能な場合には、同一の部分には同一の符号を付する。
図１は、窒化ガリウム基板を示す図面である。図２（Ａ）〜図２（Ｃ）、図３（Ａ）および図３（Ｂ）は、本実施の形態に係る窒化ガリウム系半導体層を形成する方法及び窒化ガリウム系半導体デバイスを製造する方法を示す図面である。
図１に示されるように、窒化ガリウム基板１を準備する。引き続く工程において、この基板１の主面１ａ上には、窒化ガリウム系膜が形成される。窒化ガリウム系膜は、III族元素として少なくともガリウムを含むと共に、Ｖ族元素として少なくとも窒素を含んでおり、例えばＡｌＸＩｎＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ膜として表される。ここで、値Ｘはゼロ以上であり１未満である。値Ｙはゼロ以上であり１未満であり、値Ｘ＋Ｙはゼロ以上１未満である。好ましくは、窒化ガリウム基板のサイズは、２インチ径以上である。
好適な実施例では、基板１の主面１ａは、Ｇａ極性を有するＣ面である。Ｇａ極性を有するＣ面の主面上に、ＧａＮ系半導体をエピタキシャル成長することにより、同じくＧａ極性のＧａＮ系膜が形成でき、良好な特性を有するＧａＮ膜を形成できる。
図１を参照すると、窒化ガリウム基板１の主面１ａの法線を示すベクトルＶＮと窒化ガリウム基板１のＣ軸を示すベクトルＶＣが示されている。ベクトルＶＮとベクトルＶＣとの成す角度Ａｎｇｌｅ１（以下、オフ角と呼ぶ）は、主面１ａにわたって２度未満であることが好ましい。オフ角が２度を越えると、この基板上に形成された窒化ガリウム系膜の表面に、大きなスクラッチ状の突起が目立つようになる。また、この角度は、ゼロ度より大きいことが好ましい。この基板上に窒化ガリウム系膜を形成したとき、オフ角がゼロ度に近づくにつれて、六角錘状の突起が目立つようになる。オフ角がこの範囲の値であれば、良好な表面モフォロジーを示す窒化ガリウム系膜を得ることができる。
窒化ガリウム基板１は、例えば、次のような方法を用いて製造することができる。ＧａＡｓ（１１１）単結晶基板の上にマスクを形成する。このマスクは、［１１−２］方向および［−１１０］方向にそれぞれ等間隔に配列された窓を有する。まず、マスクの窓に低温でＧａＮバッファ層を成長する。ついで、高温において、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法を用いてＧａＮバッファ層およびマスクの上に別のＧａＮ層をエピタキシャル成長する。この後に、ＧａＡｓ基板を除去してＧａＮ単結晶基板を製造する。ＧａＡｓ基板は王水でエッチングすることによって除去できる。窒化ガリウム系半導体デバイスを作製するために、該ＧａＮ単結晶基板を用いることができる。あるいは、この単結晶基板上に、少なくとも１０ミリメートルの厚みを有するＧａＮエピタキシャル層を厚く形成してＧａＮインゴットを形成する。このインゴットから複数の窒化ガリウム基板を形成する。さらにＧａＮの表面は鏡面研磨されて、実質的に平坦な面である。
本実施の形態の引き続く例示的な成膜では、図４に示されるような有機金属気相成長装置（以下、ＯＭＶＰＥ装置と呼ぶ）３を用いる。ＯＭＶＰＥ装置３では、ヒータ４、サセプタ５および石英製のフローチャネル６がチャンバ内に設けられている。サセプタ５上には、基板Ｗが置かれている。フローチャネル６には、原料ガス、プロセスガス、ドーパントガスを供給するガスソース８が接続されている。本実施の形態では、ガスソース８は、アンモニアといった窒素ソース８ａ、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）といったガリウムソース８ｂ、トリメチルインジウム（ＴＭＩ）といったインジウムソース８ｃ、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）といったアルミニウムソース８ｄ、シラン（ＳｉＨ４）といったｎ型ドーパントソース８ｅ、およびビスシクロペンタディエニルマグネシウム (ＣＰ２Ｍｇ)といったｐ型ドーパントソース８ｆを含む。また、ガスソース８は、キャリアガスまたはパージガスとして用いる水素ガスソース８ｇおよび窒素ガスソース８ｈを有している。フローチャネル６は、排気ポンプ１０に接続されている。この装置３を用いて、窒化ガリウム系膜（ＡｌＸＩｎＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ膜）を窒化ガリウム基板上に成長する。
窒化ガリウム系膜の成長に先立って、図２（Ａ）に示されるように、ＯＭＶＰＥ装置３内において窒化ガリウム基板１の前処理を行う。ＯＭＶＰＥ装置３のサセプタ５上に窒化ガリウム基板１を置く。プロセスガスを流しながら窒化ガリウム基板１を熱処理して、窒化ガリウム基板１の表面１ａの平坦化を行う。この平坦化により、機械研磨によって生じた窒化ガリウム基板１の表面１ａの研磨キズを小さくできる。好適な実施例では、プロセスガス７はアンモニア（ＮＨ３）および水素（Ｈ２）を含むことができる。また、サセプタ温度は摂氏１１００度以上である。好適な熱処理の時間は１０分以上である。
一実施例では、
サセプタ温度：摂氏１１００度、
フローチャネル内の圧力：２７キロパスカル、
アンモニアの流量：１０ｓｌｍ、
水素の流量：２ｓｌｍ
である。
サセプタ温度：摂氏１１００度、
フローチャネル内の圧力：２７キロパスカル、
アンモニアの流量：１０ｓｌｍ、
水素の流量：２ｓｌｍ
である。
図２（Ｂ）に示されるように、原料ガスを用いて窒化ガリウム基板１の主面１ａ上に窒化ガリウム系膜９を形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置３を用いてＧａＮ膜を窒化ガリウム基板１の主面１ａ上に直接に成長している。サセプタ温度は前処理温度より高い温度に設定されている。原料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を含むことができる。必要な場合には、ｎ型ドーパントのためにシラン（ＳｉＨ４）を使用できる。フローチャネル内の圧力が１０〜１０１キロパスカルの範囲で、ＧａＮ膜を成長できる。望ましくは、該圧力は９０キロパスカル以下である。この範囲では、良好な表面モフォロジーを有するＧａＮ膜を成長できる。好適な圧力の範囲は１０〜６０キロパスカルであり、この範囲において、広いオフ角の範囲で良好な表面モフォロジーを有するＧａＮ膜を成長できる。
一実施例では、
サセプタ温度：摂氏１１５０度、
フローチャネル内の圧力：２７キロパスカル、
ＴＭＧの流量：毎分４１．５〜９９．０マイクロモル、
アンモニアの流量：２．２〜５．０ｓｌｍ、
水素の流量：１５ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
である。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系膜を含む半導体基板生産物１２が得られる。
サセプタ温度：摂氏１１５０度、
フローチャネル内の圧力：２７キロパスカル、
ＴＭＧの流量：毎分４１．５〜９９．０マイクロモル、
アンモニアの流量：２．２〜５．０ｓｌｍ、
水素の流量：１５ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
である。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム系膜を含む半導体基板生産物１２が得られる。
図２（Ｃ）に示されるように、デバイス領域を形成する。デバイス領域のために、例えば活性層といった一または複数の別の窒化ガリウム系膜１１を窒化ガリウム基板１の主面１ａ上に形成する。本実施例では、多重量子井戸構造を有する活性層を形成する。活性層は、例えばＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造を有することができる。ＧａＮ膜の成長におけるサセプタ温度よりサセプタ温度を低くする。ＧａＮ膜の成長における圧力よりフローチャネル内の圧力を上昇する。多重量子井戸構造の井戸層のために、ＩｎＧａＮ膜が成長される。また、障壁層のために、井戸層よりバンドギャップが大きいＩｎＧａＮ膜が成長される。例えば、発光ダイオードを作製するために、５つの薄い井戸層を有する多重量子井戸構造を作製する。
インジウムソースとしてトリメチルインジウム（ＴＭＩ）を用いており、一実施例では、
サセプタ温度：摂氏８００度、
フローチャネル内の圧力：８０キロパスカル、
井戸層：Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ膜
ＴＭＩの流量：毎分１０．６マイクロモル、
ＴＭＧの流量：毎分１３．０マイクロモル、
アンモニアの流量：６ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
障壁層：Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ膜
ＴＭＩの流量：毎分０．１マイクロモル、
ＴＭＧの流量：毎分１３．０マイクロモル、
アンモニアの流量：６ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
である。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された複数の窒化ガリウム系膜を有する半導体基板生産物が得られる。
サセプタ温度：摂氏８００度、
フローチャネル内の圧力：８０キロパスカル、
井戸層：Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ膜
ＴＭＩの流量：毎分１０．６マイクロモル、
ＴＭＧの流量：毎分１３．０マイクロモル、
アンモニアの流量：６ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
障壁層：Ｉｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ膜
ＴＭＩの流量：毎分０．１マイクロモル、
ＴＭＧの流量：毎分１３．０マイクロモル、
アンモニアの流量：６ｓｌｍ、
窒素の流量：２０ｓｌｍ、
である。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された複数の窒化ガリウム系膜を有する半導体基板生産物が得られる。
次いで、図２（Ｃ）に示されるように、更なる別の窒化ガリウム系膜１３を窒化ガリウム基板１の主面１ａ上に形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置３を用いてＡｌＧａＮ膜を活性層上に成長している。サセプタ温度は活性層の成膜の際の温度より高い。原料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、トリメチルアルミニウム（ＴＭＡ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を含むことができる。必要な場合には、ｐ型ドーパントのためにビスシクロペンタディエニルマグネシウム（ＣＰ２Ｍｇ）を用いることができる。例えば、フローチャネル内の圧力が１０１キロパスカルで、ＭｇドープのＡｌＧａＮ膜を形成する。ＡｌＧａＮ膜を成長した後に、適切な方法を用いてＭｇドープのＡｌＧａＮ膜を活性化してｐ型ＡｌＧａＮ膜を得る。この工程の後に、窒化ガリウム基板上に形成された複数の窒化ガリウム系膜を有する半導体基板生産物が得られる。
続いて、図２（Ｃ）に示されるように、更なる別の窒化ガリウム系膜１５を窒化ガリウム基板１の主面１ａ上に形成する。本実施例では、ＯＭＶＰＥ装置３を用いてＧａＮ膜をｐ型ＡｌＧａＮ膜上に成長している。原料ガスは、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）、アンモニア（ＮＨ３）、水素（Ｈ２）および窒素（Ｎ２）を含むことができる。ｐ型ドーパントとしてＣＰ２Ｍｇを用いることができる。例えば、フローチャネル内の圧力が１０１キロパスカルで、ＭｇドープのＧａＮ膜を形成する。ＧａＮ膜を成長した後に、適切な方法を用いてＭｇドープのＧａＮ膜を活性化してｐ型ＧａＮ膜を得る。この工程によって、窒化ガリウム基板上に形成された複数の窒化ガリウム系膜を有する半導体基板生産物１７が得られる。
この後に、図３（Ａ）に示されるように、窒化ガリウム基板１の裏面１ｂ上にｎ型のオーミック電極１９を形成する。図２（Ｃ）に示される工程において作製されたエピタキシャル膜上に、ｐ型のオーミック電極２１を形成する。ｐ型のオーミック電極２１上に、パッド電極２３を形成する。パッド電極２３は、アレイ状に配列されている。
パッド電極を形成した後に、図３（Ｂ）に示される破線ＣＵＴ１、ＣＵＴ２に沿って基板を分離して、発光ダイオードといった半導体発光デバイス３１を得る。これらの製造工程を用いて、窒化ガリウム系半導体デバイスを製造できる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、窒化ガリウム基板上に設けられた窒化ガリウム系半導体膜を含む半導体基板生産物、窒化ガリウム基板上に窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法、および窒化ガリウム系半導体素子を製造する方法が提供される。この方法では、良好な結晶品質の窒化ガリウム系半導体膜を形成できる。また、半導体基板生産物は、良好な結晶品質の窒化ガリウム系半導体膜を含むので、優れた特性を有する窒化ガリウム系半導体デバイスを作製するために用いることができる。
上記の製造方法を用いると、基板の全体に配列された窒化ガリウム系半導体デバイスが得られる。図５（Ａ）は、この製造方法を用いて製造された素子アレイ内の一窒化ガリウム系半導体デバイスを示す図面である。窒化ガリウム系半導体デバイスは、本実施の形態では発光ダイオード３２といった半導体発光素子である。発光ダイオード３２は、窒化ガリウム支持基体３３と、ｎ型のＧａＮ層といった窒化ガリウム系半導体層３５とを備える。窒化ガリウム支持基体３３は主面３３ａを有しており、この主面３３ａ上には、窒化ガリウム系半導体層３５が設けられている。発光ダイオード３２において、主面３３ａの法線３３ｂと窒化ガリウム支持基体３３のＣ軸３３ｃとは角度Ａｎｇｌｅ２（以下、オフ角と称する）をなす。窒化ガリウム支持基体３３の主面３３ａ全体にわたるオフ角度の分布は、窒化ガリウム基板１の主面１ａ全体にわたるオフ角度分布に比べて十分に小さい。オフ角度は、２度未満であることが好ましい。オフ角が２度を越えると、窒化ガリウム系半導体層３５の表面に、大きなスクラッチ状の突起が目立つようになり、発光の不均一の原因となり得る。また、窒化ガリウム支持基体３３のオフ角がゼロ度に近づくにつれて、窒化ガリウム系半導体層３５の表面に六角錘状の突起が目立つようになり、発光の不均一の原因となり得る。オフ角がこの範囲の値であれば、良好な表面モフォロジーを示す窒化ガリウム系半導体層３５を得ることができる。好適な実施例では、窒化ガリウム支持基体３３はｎ型の窒化ガリウム半導体から成っており、窒化ガリウム系半導体層３５はｎ型の窒化ガリウム層である。
窒化ガリウム系半導体層３５上には、活性層３７が設けられている。図５（Ｂ）は、窒化ガリウム系半導体デバイスの活性層を示す図面である。活性層３７は、多重量子井戸構造を有しており、井戸層３９ａ〜３９ｅおよび障壁層４１ａ〜４１ｄを有している。井戸層の厚さは、例えば１．０〜５．０ナノメートルであり、障壁層の厚さは、例えば１０〜２０ナノメートルである。
活性層３７上には、例えば、ＡｌＧａＮ層４３といった窒化ガリウム系半導体層が設けられている。ＡｌＧａＮ層４３は、井戸層３９ａ〜３９ｅのバンドギャップより大きい。また、ＡｌＧａＮ層４３は、活性層３７にキャリアを閉じ込めるために十分な厚さを有している。ＡｌＧａＮ層４３はｐ型のクラッド層として機能している。また、窒化ガリウム系半導体層３５のバンドギャップは、井戸層３９ａ〜３９ｅのバンドギャップより大きい。窒化ガリウム系半導体層３５は、活性層３７にキャリアを閉じ込めるために十分な厚さを有している。窒化ガリウム系半導体層３５はｎ型のクラッド層として機能している。
ＡｌＧａＮ層４３上には、コンタクト層４５といった窒化ガリウム系半導体層が設けられている。コンタクト層４５のバンドギャップはＡｌＧａＮ層４３のバンドギャップより小さい。コンタクト層４５は、例えばｐ型のＧａＮ層である。
窒化ガリウム支持基体３３の裏面３３ｄ上には、オーミック電極層４７が設けられている。コンタクト層４５上には、半透明のオーミック電極層４９が設けられている。オーミック層４９上には、パッド電極５１が設けられている。
一実施例の窒化ガリウム系半導体デバイスでは、
ｎ型ＧａＮ基板の厚さ：４００マイクロメートル、
ｎ型ＧａＮ膜の厚さ：２マイクロメートル、
アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層：１．６ナノメートル、
アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層：１５ナノメートル、
ｐ型ＡｌＧａＮ層：４０ナノメートル、
ｐ型ＧａＮ層：５０ナノメートル、
である。
ｎ型ＧａＮ基板の厚さ：４００マイクロメートル、
ｎ型ＧａＮ膜の厚さ：２マイクロメートル、
アンドープＩｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ井戸層：１．６ナノメートル、
アンドープＩｎ０．０１Ｇａ０．９９Ｎ障壁層：１５ナノメートル、
ｐ型ＡｌＧａＮ層：４０ナノメートル、
ｐ型ＧａＮ層：５０ナノメートル、
である。
発光ダイオード３２ではオーミック層４７および４９を介して活性層３７にキャリアＥ、Ｈが注入されると、活性層３７においてキャリアの再結合が生じて光Ｌを発生する。この光Ｌは、発光ダイオード３２が面発光型デバイスであるので、半透明の電極層４９を通して放出される。
以上説明したように、本発明によれば、窒化ガリウム支持基体を用いる窒化ガリウム系半導体デバイスが提供される。窒化ガリウム系半導体デバイスは、良好な結晶品質の窒化ガリウム系半導体層を有するので、高出力および優れた発光均一性といった特性を示す。
図６は、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜の表面粗さと、オフ角との関係を示す図面である。横軸は窒化ガリウム基板のオフ角を示しており、縦軸は窒化ガリウム膜の表面粗さ（平均自乗平方根粗さ：Ｒｍｓ）を示す。窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜の厚さは、２マイクロメートルである。
実験においてオフ角が正確に調整された窒化ガリウム基板を使用するために、既に説明された方法により製造された２インチ径の窒化ガリウム基板を切断して１０ミリメートル角の実験用の基板を特別に作製する。発明者らが入手できる２インチ径の窒化ガリウム基板のオフ角のばらつきは約０．３度であるので、実験用の基板におけるのオフ角のばらつきは、約０．０６度以内の範囲と見積もられる。実験用の各基板の厚みのばらつきは、約１マイクロメートル以下の範囲である。
実験用の基板のオフ角は、図７に示されるようにＸ線回折法を用いて測定される。以下、測定方法を簡略に説明する。Ｘ線源５１からの入射Ｘ線ビーム５３に対して実験用の基板５５の表面５５ａが平行になるように、軸Ａｘの回りの角度ＯＭＥＧＡが調整される。この調整により、調整された基板５５はＡｘ−Ｒ平面上に置かれる。この角度をＯＭＥＧＡの基準値（ゼロ値）とする。軸Ａｘは軸Ｒに直交している。２倍のＴＨＥＴＡ（以下、２×ＴＥＴＨＡと記す。ＴＥＴＨＡは、ＧａＮ基板の（０００２）面の面間隔に対応しており、ブラッグの法則を用いて求めることができる。）の角度を入射Ｘ線ビームに対して成す軸上にシンチレーションカウンタ５７を置く。ＯＭＥＧＡ＝ＴＨＥＴＡとなる位置にＯＭＥＧＡをセットする。ＯＭＥＧＡ−２×ＴＨＥＴＡスキャンを行い、回折強度が最も強くなる２×ＴＨＥＴＡのところにシンチレーションカウンタを置く。この値を新たなＴＨＥＴＡ値とする。ＯＭＥＧＡスキャンを行い、（０００２）面の回折像を測定する。回折強度がもっとも強くなるＯＭＥＧＡ値を用いて、式ＯＦＦＡＮＧＬＥ１＝ＴＥＴＨＡ（０００２）−ＯＭＥＧＡを用いて、値ＯＦＦＡＮＧＬＥ１を求める。基板５５をＡｘ−Ｒ平面上において角度９０度だけ回転した後に、同様の測定を行って式ＯＦＦＡＮＧＬＥ２＝ＴＥＴＨＡ（０００２）−ＯＭＥＧＡを用いて、値ＯＦＦＡＮＧＬＥ２を求める。オフ角は、ｓｑｒｔ（ＯＦＦＡＮＧＬＥ１２＋ＯＦＦＡＮＧＬＥ２２）により与えられる。「ｓｑｒｔ」は平方根を求める演算記号である。
これらの基板上に窒化ガリウム膜を成長する。窒化ガリウム膜を成長した後に行われたホール測定では、移動度は２００ｃｍ２／Ｖｓｅｃであり、キャリア濃度は５×１０１８ｃｍ−３である。Ｘ線回折法を用いた（０００２）面のＯＭＥＧＡスキャンの半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであり、窒化ガリウム膜は良好な結晶品質を有している。この測定には、薄膜材料結晶性解析Ｘ線回折装置（本実施例では、Ｘ’Ｐｅｒｔ ＭＲＤシステム、日本フィリップス社製）を用いている。
エピタキシャル膜の表面を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）を測定している。図６に示されるように、０．５度以上の角度の領域において、オフ角が増加するにつれて表面粗さも増加している。窒化ガリウム基板上に成長された窒化ガリウム膜といった窒化ガリウム系膜の表面を微分干渉顕微鏡を用いて観察すると、その表面モフォロジーは以下のように分類される。
０．１５度以下のオフ角の範囲ＯＡ１では、六角錘状の突起／窪みが現れる。０．１５度より大きく０．３度以下のオフ角の範囲ＯＡ２では、ステップ状の凹凸が現れる。０．３度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲ＯＡ３では、平坦な表面が現れる。０．７度より大きく２度未満のオフ角の範囲ＯＡ４では、スクラッチ状のパターンが現れる。２度より大きいオフ角の範囲ＯＡ５では、大きなスクラッチ状のパターンが現れる。図６に示された結果は、毎時１．２マイクロメートルの成長速度で成膜された窒化ガリウム膜（膜厚２マイクロメートル）の測定から得られる。
図８は、窒化ガリウム系半導体膜の成長速度と表面粗さ（Ｒｍｓ）との関係を示すグラフである。実験サンプルは、０．７度以下のオフ角を持つ窒化ガリウム基板を用いて作製された。窒化ガリウム膜を形成するときに、III族原料ソース（例えば、ＴＭＧ）とＶ族原料ソース（例えば、ＮＨ３）とのモル比がほぼ一定になるように、III族原料ソースとＶ族原料ソースとの供給量を調整している。成長速度が小さくなるにつれて、表面粗さ（Ｒｍｓ）も小さくなる。
好適な実施例では、窒化ガリウム系半導体膜の成長速度は、毎時１．５マイクロメートル以下であり、図８における領域Ｖ１によって示される。表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．２ナノメートル程度であり、ＡＦＭ像には主に原子ステップが現れており、非常に平坦な表面を有する窒化ガリウム系半導体膜が得られている。
好適な実施例では、原料ガスのV族原料とIII族原料とのモル比［Ｖ族原料］／［III族原料］は２０００以上３０００以下である。窒化ガリウム系半導体膜の成膜速度を小さくするために、ガリウムソースの流量を小さくする。発明者らにより実験によれば、アンモニアソースの流量を小さくすること無しにガリウムソースの流量を小さくすると、表面モフォロジーが乱れる傾向にある。より良好な表面モフォロジーの膜を得るために、上記の原料ガス比に範囲において、ガリウムソースの流量を小さくすると共に、アンモニアソースの流量を小さくする。
オフ角および成長速度に関して様々な実験サンプルを作製して、表面モフォロジーの測定を行っている。図９〜図１２は、これらの測定結果のうち例示的に示された原子間力顕微鏡の像を示す図面である。
図９は、オフ角が０．２１度の窒化ガリウム基板上に、毎時３．２マイクロメートルの成長速度で成長された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像を示す。この窒化ガリウム膜では、１０マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．６程度であり、２．５マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．３４程度である。
図１０は、オフ角が０．０９度の窒化ガリウム基板上に、毎時１．２マイクロメートルの成長速度で成長された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像を示す。この窒化ガリウム膜では、１０マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．２程度であり、２．５マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．１７程度である。
図１１は、オフ角が１．１度の窒化ガリウム基板上に、毎時３．２マイクロメートルの成長速度で成長された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像を示す。この窒化ガリウム膜では、１０マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．９９程度であり、２．５マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．６７程度である。
図１２は、オフ角が１．５度の窒化ガリウム基板上に、毎時１．２マイクロメートルの成長速度で成長された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像を示す。この窒化ガリウム膜では、１０マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．５程度であり、２．５マイクロメートル四方の領域内の表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．５８程度である。
これらの測定結果によれば、成長速度を下げることは表面モフォロジーを良好にするために好適である。図１１に示されるように、毎時３．２マイクロメートルの成長速度で成長された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像には、ステップ状の凹凸が現れている。しかしながら、該ステップ状の凹凸は、より小さい成長速度で作製された窒化ガリウム膜のＡＦＭ像には現れていない。このＡＦＭ像には、平行にそろった原子ステップが現れており、平坦な表面が得られている。
窒化ガリウム基板上に直接に成長されたｎ型窒化ガリウム膜の表面には、平行な原子ステップが見られ、表面粗さ（Ｒｍｓ）で０．６ナノメートル以下であり、貫通転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であり、（０００２）面のＸ線回折の半値幅２００秒以下である。このｎ型窒化ガリウム膜を用いて発光ダイオードを作製している。この発光ダイオードの発光は均一である。
図１３に示される発光ダイオードは、オフ角０．１６度の窒化ガリウム基板上に成長速度毎時３．２マイクロメートルで成長された窒化ガリウム膜を有する。図１４は、この窒化ガリウム膜の表面の微分干渉顕微鏡像を示す図面である。この微分干渉顕微鏡像は、この窒化ガリウム膜の表面の一部分に六角錘状のパターンが形成されていることを示している。当該部分における発光強度は小さく、それ以外の部分では、この発光ダイオードは概ね均一に発光しており、発光出力は２０ミリアンペアで１．２ミリワットである。
図１５は、発光ダイオードの発光像を示す図面である。この発光ダイオードは、オフ角０．４度の窒化ガリウム基板上に成長速度毎時１．２マイクロメートルで成長された窒化ガリウム膜を有する。図１６は、この窒化ガリウム膜の表面の微分干渉顕微鏡像を示す図面である。この微分干渉顕微鏡像は、窒化ガリウム膜の表面が平坦であることを示している。この発光ダイオードは全面で均一に発光している。発光出力は、２０ミリアンペアで１．９ミリワットである。
様々な実験結果を示しながら説明したように、オフ角を調整した窒化ガリウム基板上に、窒化ガリウム膜（窒化ガリウム層）といった窒化ガリウム系半導体膜（窒化ガリウム系半導体層）を成長することによって、以下に示すように良好な表面モフォロジーおよび表面粗さ（Ｒｍｓ）が実現される。
２度未満のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは六角錘状のパターン、ステップ状の凹凸、原子ステップあるいはスクラッチ状のパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大２ナノメートル程度まで小さくなる。この発光ダイオードはほぼ均一に発光する。２ナノメートル未満の表面粗さ（Ｒｍｓ）の表面は、厚さ１〜５ナノメートル程度の井戸層を含む量子井戸構造活性層の下地として好適である。
０．１５度より大きく２．０度未満のオフ角の範囲では、表面モフォロジーはステップ状の凹凸、原子ステップあるいはスクラッチ状のパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大２．０ナノメートル程度である。この発光ダイオードはほぼ均一に発光する。
０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは六角錘状のパターン、ステップ状の凹凸、あるいは原子ステップのパターンを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。この発光ダイオードは、ほぼ均一に発光する。
０．１５度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーはステップ状の凹凸あるいは原子ステップを示しており、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．５ナノメートル程度まで小さくなる。この発光ダイオードは、均一に発光する。
０．３度より大きく０．７度以下のオフ角の範囲では、表面モフォロジーは、原子ステップを示す平坦性であり、表面粗さ（Ｒｍｓ）は最大０．３ナノメートル程度まで小さくなる。この発光ダイオードは全面で均一に発光する。例えば、２インチ径の窒化ガリウム基板のオフ角のばらつきが約０．３度であるので、この窒化ガリウム基板のほぼ全面で良好な表面モフォロジーが得られる。
１０マイクロメートル四方の領域における表面粗さ（Ｒｍｓ）が０．６ナノメートル以下である窒化ガリウム膜では、該窒化ガリウム層の貫通転位密度が１×１０７ｃｍ−２以下であり、該窒化ガリウム層は２００秒以下の（０００２）面のＸ線回折半値全幅を示す。この発光ダイオードはほぼ均一に発光する。
好適な実施の形態において本発明の原理を図示し説明してきたが、本発明は、そのような原理から逸脱することなく配置および詳細において変更され得ることは、当業者によって認識される。本実施の形態では、例えば、発光ダイオードといった半導体発光素子を説明したけれども、本発明は、本実施の形態に開示された特定の構成に限定されるものではない。また、本実施の形態では、窒化ガリウム基板上に形成された窒化ガリウム膜について例示的に説明しているけれども、窒化ガリウム系半導体（ＡｌＸＩｎＹＧａ１―Ｘ−ＹＮ、０≦Ｘ＜１、０≦Ｙ＜１、０≦Ｘ＋Ｙ＜１）膜を形成することもできる。したがって、特許請求の範囲およびその精神の範囲から来る全ての修正および変更に権利を請求する。
１…窒化ガリウム基板、３…ＯＭＶＰＥ成膜装置、９…窒化ガリウム系膜、１２…半導体基板生産物、１１…窒化ガリウム系膜、１３…窒化ガリウム系膜、１５…窒化ガリウム系膜、１７…半導体基板生産物、１９…オーミック電極、２１…オーミック電極、２３…パッド電極膜、３２…発光ダイオード、３３…窒化ガリウム支持基体、３５…窒化ガリウム系半導体層、３７…活性層、３９ａ〜３９ｅ…井戸層、４１ａ〜４１ｄ…障壁層、４３…ＡｌＧａＮ層、４５…コンタクト層、４７…オーミック層、４９…オーミック層、５１…パッド電極
Claims (19)
- 窒化ガリウム系半導体膜を形成する方法であって、
窒化ガリウム基板を準備する工程を備え、前記窒化ガリウム基板の主面の全体において該主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは２度未満の角度をなしており、前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０度より大きな角度をなし、
窒化ガリウム系半導体膜を形成する前に、アンモニアおよび水素を含むプロセスガスを供給して、摂氏１１００度以上の温度で前記窒化ガリウム基板の熱処理を有機金属気相成長装置を用いて１０分以上の時間で行う工程を備え、
Ｖ族原料およびIII族原料を供給して前記窒化ガリウム基板の前記主面上に、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下の最小自乗平方根表面粗さを有する窒化ガリウム系半導体膜を前記有機金属気相成長装置を用いて形成する工程を備え、前記窒化ガリウム系半導体膜は９０キロパスカル以下の圧力で形成され、前記窒化ガリウム系半導体膜の成長速度は毎時１．５マイクロメートル以下であり、前記原料ガスのＶ族原料とIII族原料とのモル比［Ｖ族原料］／［III族原料］は２０００以上３０００以下である、ことを特徴とする方法。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウムからなる、請求項１に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜は１０キロパスカル以上６０キロパスカル以下の圧力で形成される、請求項１または請求項２に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム基板のサイズは２インチ以上である、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載された方法。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．７度以下の角度をなす、ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載された方法。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．３ナノメートル以下である、ことを特徴とする請求項５に記載された方法。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．１５度より大きな角度をなす、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載された方法。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．３度以上の角度をなす、ことを特徴とする請求項７に記載された方法。
- 活性層のための一又は複数の別の窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備え、
前記活性層はＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造を有する、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載された方法。 - ＳＱＷ構造またはＭＱＷ構造を有する活性層のための一又は複数の別の窒化ガリウム系半導体膜を形成した後に、ｐ型クラッド層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項９に記載された方法。
- ｐ型クラッド層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成した後に、コンタクト層のための窒化ガリウム系半導体膜を形成する工程を更に備える、ことを特徴とする請求項１０に記載された方法。
- 請求項１〜請求項４いずれか一項に記載された方法により作製される半導体基板生産物であって、
主面を有する窒化ガリウム基板と、
前記窒化ガリウム基板の主面上に設けられた少なくとも一層の窒化ガリウム系半導体膜と
を備え、
前記窒化ガリウム基板の主面の全体において該主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは２度未満の角度をなしており、
前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０度より大きい角度をなし、
前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．６ナノメートル以下である、ことを特徴とする半導体基板生産物。 - 前記窒化ガリウム系半導体膜は窒化ガリウムからなる、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体基板生産物。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．７度以下の角度をなす、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体基板生産物。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の最小自乗平方根表面粗さは、１０マイクロメートル四方の領域において０．３ナノメートル以下である、ことを特徴とする請求項１４に記載された半導体基板生産物。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．１５度より大きい角度をなす、ことを特徴とする請求項１４または請求項１５に記載された半導体基板生産物。
- 前記主面の法線と前記窒化ガリウム基板のＣ軸とは０．３度以上の角度をなす、ことを特徴とする請求項１２に記載された半導体基板生産物。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜の貫通転位密度は１×１０７ｃｍ−２以下である、ことを特徴とする請求項１２から請求項１７のいずれか一項に記載された半導体基板生産物。
- 前記窒化ガリウム系半導体膜は２００秒以下の（０００２）面のＸ線回折半値幅を示す、ことを特徴とする請求項１２から請求項１８のいずれか一項に記載された半導体基板生産物。
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