JP7632281B2 - ＧａＮ基板ウエハおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＧａＮ（窒化ガリウム）からなる基板ウエハと、その製造方法に関する。基板ウエハとは、半導体デバイスを製造するときに基板として用いられるウエハを意味する。

アモノサーマル法で成長されたＧａＮ結晶をシードに用いて、意図的にドーピングしないバルクＧａＮ結晶や各種不純物でドープしたバルクＧａＮ結晶をＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）で成長させることが試みられている（非特許文献１）。
ＧａＮ基板には、導電性もしくはキャリア濃度を高める目的のため、あるいは、抵抗率を高くする目的のために、ドーパントを１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で添加することがしばしば求められる。

M. Bockowski, et al., Journal of Crystal Growth 499 (2018) 1-7

アモノサーマル法によれば、成長環境が平衡状態に近いので、高い結晶性を持つＧａＮ結晶を成長させることが可能である。
しかし、アモノサーマル法で成長させたバルクＧａＮ結晶からスライスしたＧａＮウエハを、そのまま基板ウエハとして半導体デバイスの製造に用いるのは、生産効率の観点からすると得策ではない。
例えば、アモノサーマル法で成長されるバルクＧａＮ結晶は、意図しないドーピングのせいで高い不純物濃度を有することが多く、それ故に、ドーパント濃度が成長ロット毎に大きくばらつき易い。
また、アモノサーマル法では、密閉された容器内で原料を消費しながらＧａＮ結晶が成長するので、成長環境中のＧａＮ原料濃度とドーパント原料濃度の比率が結晶成長の開始から終了まで一定ということがなく、それ故に、内部のドーパント濃度分布が均一なバルクＧａＮ結晶を成長させることも容易ではない。
これらが原因となって、アモノサーマル法で成長させたバルクＧａＮ結晶をスライスして製造されるＧａＮウエハでは、ウエハ間での電気特性のバラツキが大きくなる。その結果、電気特性が所定の仕様を充たさないために、目的とする半導体デバイスの製造に使用することが許容されない製品、すなわち不適合品が多く発生する。

一方、ＨＶＰＥでは、アモノサーマル法と比べ不純物濃度が低いＧａＮ結晶を成長させることが可能である他、ＧａＮ結晶の成長中、終始、各原料を一定の供給レートで外部から成長容器内に供給し続けることができるので、ドーパントが所定濃度で均一性よく添加されたバルクＧａＮ結晶を成長させることが可能である。
従って、アモノサーマル法で成長させたバルクＧａＮ結晶からスライスしたＧａＮウエハをシードに用い、ＨＶＰＥでバルクＧａＮ結晶を成長させれば、そこからスライスされるＧａＮウエハは結晶性が良好で、しかも電気特性のバラツキも小さく、半導体デバイス用の基板ウエハとして最適と考えられる。
しかし、この基板ウエハは、ＨＶＰＥで成長させたバルクＧａＮ結晶をスライスする工程を経て製造されるので、生産効率が必ずしも良好とはいえない。ＧａＮ結晶は硬いので、クラックを発生させないようにスライスには長時間をかける必要がある。そして、スライス加工ではカーフロスの発生が不可避である。

一般に、半導体デバイスの製造過程では使用される基板ウエハの大部分が加工により除去されるので、ＧａＮ基板ウエハは電気特性のバラツキが小さな結晶で形成された領域をおもて面側にのみ部分的に有していれば十分であることに本発明者等は気付いた。
本発明はかかる着想に基づきなされたものであり、その実施形態には以下が含まれる。

［１］（０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた第二領域とを有し、
該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
該第一領域におけるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる元素のうち少なくともひとつの元素の濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、
該第二領域が、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしている、ＧａＮ基板ウエハ：
（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。
（ｂ）Ｏ濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
（ｃ）Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
［２］以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、前記［１］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
（１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
（２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
（３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
［３］前記第二領域の最小厚さが３００μｍ以下である、前記［１］または［２］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［４］Ｇａ極性側の主面が平坦面である、前記［１］～［３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［５］Ｇａ極性側の主面に対し前記再成長界面が傾斜している、前記［４］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［６］前記第二領域における前記再成長界面が傾斜している方向の一方端と他方端との間の厚さ差が２００μｍを超えない、前記［５］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［７］前記第一領域において、Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１］～［６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［８］前記第一領域において、Ｏ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１］～［７］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［９］前記第一領域において、Ｆ濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１］～［８］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１０］前記第二領域の少なくとも一部において、補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１］～［９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１１］前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、かつ、該主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１０］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１２］前記主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１１］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１３］前記主ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、前記［１１］または［１２］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１４］前記主ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、前記［１１］～［１３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１５］前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、前記［１１］～［１４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１６］前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、前記［１１］～［１５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１７］前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［１１］～［１６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１８］前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、前記［１１］～［１７］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［１９］前記第二領域における補償不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、前記［１０］～［１８］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２０］前記第二領域の少なくとも一部において、ドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［１］～［９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２１］前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、かつ、該主ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［２０］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２２］前記主ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［２１］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２３］前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＳｉまたはＧｅである、前記［２１］または［２２］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２４］前記主ドープ領域において、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度がＳｉ濃度の１０％以下である、前記［２１］または［２２］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２５］前記主ドープ領域において、ＳｉおよびＯを除くドナー不純物元素の濃度が、独立して１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である、前記［２４］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２６］前記主ドープ領域において、Ｇｅ濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、Ｓｉ濃度が４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［２３］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２７］前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、前記［２１］～［２６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２８］前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿ったドナー不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［２７］に記載のＧａＮ基板ウエハ。
［２９］前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、前記［２１］～［２８］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［３０］前記第二領域におけるドナー不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、前記［２０］～［２９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハ。
［３１］前記［１］～［３０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハと、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上にエピタキシャル成長した一以上の窒化物半導体層と、を有するエピタキシャルウエハ。
［３２］前記［１］～［３０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、を有するエピタキシャルウエハの製造方法。
［３３］前記［１］～［３０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させてエピタキシャルウエハを得る工程と、前記ＧａＮ基板ウエハの前記第一領域の少なくとも一部を除去する工程と、を有する窒化物半導体デバイスの製造方法。
［３４］再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有するＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
アモノサーマル成長されたＧａＮ結晶からなるｃ面ＧａＮウエハを準備する第一工程と、
該ｃ面ＧａＮウエハ上に（０００１）配向した厚さ２０μｍ以上のＧａＮ膜をＨＶＰＥで成長させて積層構造ウエハを得る第二工程とを有すること、を特徴とする、ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３５］前記ＧａＮ基板ウエハが、以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、［３４］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
（１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
（２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
（３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
［３６］前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる元素のうち少なくともひとつの元素の濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［３４］または［３５］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３７］ｃ面ＧａＮウエハが、Ｈを１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する、［３４］～［３６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３８］前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｏの濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［３４］～［３７］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［３９］前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｆの濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［３４］～［３８］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４０］前記ＧａＮ膜の少なくとも一部において、補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［３４］～［３９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４１］前記ＧａＮ膜が、ｃ軸方向の領域長が１μｍ以上であり、かつ、領域内の補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、特定ドープ領域を有する、前記［４０］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４２］前記特定ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［４１］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４３］前記特定ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、前記［４１］または［４２］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４４］ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内の補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［４１］～［４３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４５］前記領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、前記［４１］～［４４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４６］前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記第二ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、前記［４１］～［４５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４７］前記特定ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、前記［４１］～［４６］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４８］前記特定ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、前記［４７］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［４９］前記ＧａＮ膜における補償不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、前記［４０］～［４８］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５０］前記ＧａＮ膜の少なくとも一部において、ドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［３４］～［４９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５１］前記ＧａＮ膜のうち、ｃ軸方向に２０μｍ以上の領域長を有する特定ドープ領域において、ドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［５０］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５２］前記特定ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［５１］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５３］ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内のドナー不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、前記［５１］または［５２］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５４］前記特定ドープ領域のｃ軸方向の領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、前記［５１］～［５３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５５］前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記第二ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、前記［５１］～［５４］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５６］前記特定ドープ領域において、最も高い濃度で含有されるドーパントがＳｉまたはＧｅである、前記［５１］～［５５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５７］前記特定ドープ領域において、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度がＳｉ濃度の１０％以下である、前記［５１］～［５５］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５８］前記特定ドープ領域において、ＳｉおよびＯを除くドナー不純物元素の濃度が、独立して１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である、前記［５７］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［５９］前記特定ドープ領域において、Ｇｅ濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、Ｓｉ濃度が４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、前記［５６］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［６０］前記ＧａＮ膜におけるドナー不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、前記［５０］～［５９］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［６１］前記第二工程の後に、前記積層構造体を薄化する薄化工程を有する、前記［３４］～［６０］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［６２］前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が５０μｍ以上である、前記［６１］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［６３］前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が２００μｍ以下である、前記［６１］または［６２］に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
［６４］前記ＧａＮ基板ウエハのオフカット方位が、前記ｃ面ＧａＮウエハのオフカット方位と異なる、前記［６１］～［６３］のいずれかに記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。

半導体デバイス用の基板として好適な結晶性と改善された生産性を有するＧａＮ基板ウエハおよびその製造方法が提供される。

図１は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す斜視図である。 図２は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す断面図である。 図３は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを示す断面図である。 図４は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハを用いた窒化物半導体デバイスの製造工程を説明するための工程断面図である。 図５は、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハ製造方法を説明するための工程断面図である。 図６は、アモノサーマル法で用いられる結晶成長装置の基本構成を示す模式図である。 図７は、ＨＶＰＥ装置の基本構成を示す模式図である。

以下に本発明の実施の形態を詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は本発明の実施形態の一例（代表例）であり、本発明はその要旨を超えない限り、これらの内容に特定はされない。
本明細書において「Ｘ～Ｙ」（Ｘ，Ｙは任意の数字）と表現した場合、特記しない限り「Ｘ以上Ｙ以下」の意と共に、「好ましくはＸより大きい」及び「好ましくはＹより小さい」の意を包含する。
また、本明細書において、２つ以上の対象を併せて説明する際に用いる「独立して」とは、それらの２つ以上の対象が同じであっても異なっていてもよいという意味で使用される。

１．ＧａＮ基板ウエハ
本発明の一実施形態は、ＧａＮ基板ウエハに関する。
実施形態に係るＧａＮ基板ウエハは、（０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた第二領域とを有する。第二領域の最小厚さは２０μｍ以上である。第一領域は、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｆ（フッ素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）およびＩ（ヨウ素）のうち少なくともひとつを、１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する。第二領域の不純物濃度に関しては、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件が充たされる：
（ａ）Ｓｉ（ケイ素）濃度が５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上
（ｂ）Ｏ（酸素）濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
（ｃ）Ｈ（水素）濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
（０００１）配向したＧａＮウエハとは、（０００１）結晶面すなわちｃ面と平行または略平行な主面（大面積面）を有するＧａＮウエハであり、ｃ面ＧａＮウエハともいう。
なお、本明細書において「不純物」とは、ＧａＮ基板に含有されるＧａ元素及びＮ元素以外の成分を意味する。

図１および図２に、実施形態に係るＧａＮ基板ウエハの一例を示す。図１は斜視図であり、図２は断面図である。
図１および図２に示すＧａＮ基板ウエハ１００は、ＧａＮ結晶のみからなる、自立した基板ウエハであり、その２つの主面の一方はＮ極性面１０１、他方はＧａ極性面１０２である。Ｎ極性面１０１とＧａ極性面１０２は互いに平行である。
ＧａＮ基板ウエハ１００は（０００１）配向しており、（０００１）結晶面に対するＧａ極性面１０２の傾斜は１０度以下、好ましくは５度以下、より好ましくは２．５度以下である。該傾斜は０．２度以上１度未満、１度以上２．５度以下などであり得る。

ＧａＮ基板ウエハ１００の直径は、通常４５ｍｍ以上であり、９５ｍｍ以上、あるいは１４５ｍｍ以上であってもよい。典型的には５０～５５ｍｍ（約２インチ）、１００～１０５ｍｍ（約４インチ）、１５０～１５５ｍｍ（約６インチ）等である。
ＧａＮ基板ウエハ１００の厚さの好ましい範囲は、直径に応じて変わる。直径が約２インチのとき、厚さは好ましくは２５０μｍ以上、より好ましくは３００μｍ以上であり、また、好ましくは４５０μｍ以下、より好ましくは４００μｍ以下である。直径が約４インチのとき、厚さは好ましくは３５０μｍ以上、より好ましくは４００μｍ以上であり、また、好ましくは７５０μｍ以下、より好ましくは６５０μｍ以下である。直径が約６インチのとき、厚さは好ましくは４５０μｍ以上、より好ましくは５５０μｍ以上であり、また、好ましくは８００μｍ以下、より好ましくは７００μｍ以下である。

上記の通り、ＧａＮ基板ウエハ１００は通常円盤形であるが、変形例では、主面の形状が正方形、長方形、六角形、八角形、楕円形などであってもよく、不定形であってもよい。このような変形例の場合は、前記の直径を「主面において重心を通る直線として最も短い長さ」と読み替えることができる。

ＧａＮ基板ウエハ１００のＮ極性面１０１は「裏面」であり、鏡面仕上げされていてもよいし、粗面或いは艶消し仕上げされていてもよい。
ＧａＮ基板ウエハ１００のＧａ極性面１０２は「おもて面」であり、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いて半導体デバイスを製造するときは、通常、Ｇａ極性面１０２上に半導体層がエピタキシャル成長される。
Ｇａ極性面１０２は結晶成長させたままの状態（as-grown）の表面であり得るが、通常は、加工により平坦化されている。Ｇａ極性面１０２を平坦化し、平坦面とするためになされる加工には、研磨およびＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）から選ばれるひとつ以上が含まれ得る。これらの加工に加え、ダメージ層の除去を目的としてエッチングが行われ得る。平坦面の粗さは限定されるものではないが、例えば、原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で測定されるＧａ極性面１０２の根二乗平均（ＲＭＳ）粗さとして、測定範囲２μｍ×２μｍにおいて好ましくは５ｎｍ未満、より好ましくは２ｎｍ未満、更に好ましくは１ｎｍ未満であり、０．５ｎｍ未満であってもよい。
Ｇａ極性面１０２は切削によって形成された面であってもよいが、切削せずに研磨、ＣＭＰ、エッチング等の平坦化のみを施された面であることが好ましい。

ＧａＮ基板ウエハ１００は、その２つの主面の間に再成長界面１０３を有しており、再成長界面１０３を挟んでＮ極性側に第一領域１１０、Ｇａ極性側に第二領域１２０を有している。「再成長界面」とは、任意の基板上にＧａＮ結晶が成長した際に生じる境界面を意味し、その存在は、例えばＧａＮ基板ウエハの断面を走査電子顕微鏡カソードルミネッセンス観察または蛍光顕微鏡観察することによって確認することができる。
再成長界面１０３は、Ｇａ極性面１０２と平行であることが好ましい。再成長界面１０３がＧａ極性面１０２から傾斜しているとき、通常、第二領域１２０の厚さは傾斜方向の一方端で最小となり、他方端で最大となる。第二領域１２０の該一方端における厚さと該他方端における厚さの差が２００μｍを超えないことが好ましい。
ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスの製造過程では、最終的に第一領域１１０が除去されることが想定される。つまり、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いて製造される窒化物半導体デバイスチップは、第一領域１１０に由来する部分を含まないことが想定される。このような使用態様であれば、第一領域１１０をなすＧａＮ結晶の電気特性に特段の制約はない。

第一領域１１０は通常、アモノサーマル成長されたＧａＮ結晶からなるので、Ｌｉ（リチウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｋ（カリウム）、Ｆ（フッ素）、Ｃｌ（塩素）、Ｂｒ（臭素）およびＩ（ヨウ素）から選ばれる元素のうち少なくともひとつの元素を、１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する。また、第一領域は、通常、Ｈ（水素）およびＯ（酸素）をそれぞれ独立に、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する。
第一領域１１０がＬｉ、ＮａおよびＫのようなアルカリ金属元素を含有するのは、該領域をなすＧａＮ結晶をアモノサーマル成長させるのに、アルカリ金属を含有する例えばＬｉＮＨ_２、ＮａＮＨ_２およびＫＮＨ_２のような化合物が鉱化剤として使用されたときである。
一方、第一領域１１０がＦ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩのようなハロゲン元素を含有するのは、該領域をなすＧａＮ結晶をアモノサーマル成長させるのに、ハロゲン元素を含有する例えばＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４ＢｒおよびＮＨ_４Ｉのような化合物が鉱化剤として使用されたときである。

第二領域１２０は、第一領域１１０の上にＨＶＰＥで成長される。第一領域１１０と第二領域１２０との間に再成長界面１０３が存在するのは、第一領域１１０を成長させる工程と第二領域１２０を成長させる工程が連続していないからである。本明細書においてＨＶＰＥとは、ハイドライド気相成長法（Hydride Vapor Phase Epitaxy）を意味する。
第二領域１２０は、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶からなるので、不純物濃度に関し次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たす。
（ａ）Ｓｉ濃度が５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。
（ｂ）Ｏ濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
（ｃ）Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
第二領域１２０の成長においてシードの役割を担う第一領域１１０が、アモノサーマル成長された結晶性の良好なＧａＮ結晶からなることから、第二領域１２０をなすＧａＮ結晶も良好な結晶性を有する。
第二領域１２０の最小厚さは２０μｍ以上である。その理由は、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスチップの製造過程で、基板ウエハ１００から第一領域１１０が除去された後、残った第二領域１２０が該半導体デバイスチップの構造を支える基板としての役割を担い得るようにするためである。最小厚さとは、厚さが最小である箇所の厚さを意味する。
第二領域１２０の最小厚さは、５０μｍ以上、７５μｍ以上、更には１００μｍ以上、更には１５０μｍ以上などであってもよい。
第二領域１２０の最小厚さは、好ましくは３５０μｍ以下、より好ましくは３００μｍ以下であり、２５０μｍ以下、２００μｍ以下などであってもよい。
Ｇａ極性面１０２と再成長界面１０３が平行で、第二領域１２０の厚さが一様であるときは、第二領域の厚さは全ての箇所で最小厚さであるとみなされる。

第二領域１１０の意図的なドーピングは必須ではない。
通常のＨＶＰＥ技法を用いたとき、意図的なドーピングをしないことにより、ドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満のＧａＮ結晶を成長させることは容易である。なお「意図的なドープ」とは、ＧａＮ結晶を成長させる過程で、対象とする元素を原料として添加することを意味する。
ドナー不純物の総濃度とは、全ての種類のドナー不純物の濃度を足し合わせたものである。
ＧａＮ結晶中でドナーとして働くのは、Ｓｉ、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｓｎ（錫）などの１４族元素と、Ｏ、Ｓ（硫黄）、Ｓｅ（セレン）、Ｔｅ（テルル）などの１６族元素である。このうちＳｉおよびＯは、意図的に添加しない場合であっても、ＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶中には１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有され得る。対照的に、ＳｉおよびＯを除くドナー不純物、例えば、Ｓｉ以外の１４族元素とＯ以外の１６族元素は、意図的に添加しない限り、独立してＨＶＰＥで成長されたＧａＮ結晶中に１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有されることはない。

一例では、第二領域１１０を少なくとも部分的に補償不純物でドーピングしてもよい。
補償不純物とは、ＧａＮ結晶中においてｎ型キャリアを補償する働きを持つ不純物であり、よく知られているのはＣ（炭素）と遷移金属元素である。遷移金属元素ではＦｅ（鉄）とＭｎ（マンガン）が代表的であり、その他にはＣｏ（コバルト）、Ｃｒ（クロム）、Ｖ（バナジウム）、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）などが知られている。
ＨＶＰＥで成長されるＧａＮ結晶においては、意図的にドーピングしない限り、補償不純物の総濃度は１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満であり、ドナー不純物の総濃度を下回るのが普通である。従って、意図的にドーピングすることにより、補償不純物の総濃度を１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上とすることができる。
他の一例では、第二領域１１０を少なくとも部分的にドナー不純物でドーピングしてもよい。

好適例では、第二領域１２０のうち、Ｇａ極性側の主面を少なくとも含む領域、具体的にはＧａＮ基板ウエハ１００のＧａ極性面１０２から特定長Ｌ以内にある領域が主ドープ領域１２０ａと定められる。
第二領域１２０が補償不純物でドープされるときの、主ドープ領域１２０ａにおける補償不純物の総濃度は、１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、更には２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、更には５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であってもよく、好ましくは１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、より好ましくは２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上などであってもよい。
第二領域１２０が補償不純物でドープされるとき、主ドープ領域１２０においては、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の好ましくは２倍以上、より好ましくは５倍以上、更に好ましくは１０倍以上であり、５０倍以上であってもよい。
第二領域１２０が補償不純物でドープされるとき、主ドープ領域１２０をなすＧａＮ結晶は半絶縁性、すなわち、その室温抵抗率が１×１０^５Ω・ｃｍ以上とされてもよい。また、主ドープ領域１２０に最も高い濃度で含有される補償不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣであることが好ましい。

第二領域１２０がドナー不純物でドープされるときの、該第二領域の少なくとも一部の領域、例えば主ドープ領域１２０ａにおけるドナー不純物の総濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３以上、更には２×１０^１８ｃｍ^－３以上であることが好ましく、５×１０^１８ｃｍ^－３以上であってもよい。
第二領域１２０がドナー不純物でドープされるとき、主ドープ領域１２０ａが最も高い濃度で含有するドナー不純物は、好ましくはＳｉまたはＧｅであり、それは主に次の２つの理由による。
第一に、ＳｉとＧｅは、Ｏと並んで高い活性化率を示すドナー不純物である。活性化率とは、ドナー不純物でドープされたＧａＮにおける、ドナー不純物濃度に対するキャリア濃度の比率のことである。
第二に、Ｏを１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有するＧａＮを得るためにはファセット成長が必要であるのに対し、ＳｉまたはＧｅを同じ濃度で含有するＧａＮはｃ面成長により得ることができる。

ファセット成長とは、（０００１）配向したＧａＮ膜を、成長表面がピットだらけとなるように成長させる技法である。対照的に、かかるＧａＮ膜を成長表面が平らになるように成長させるのが、ｃ面成長である。
貫通転位はピットの底に集まる性質を持つため、主ドープ領域１２０ａをファセット成長で形成した場合、Ｇａ極性面１０２における貫通転位密度の均一性が低下する。しかし、半導体デバイスの製造者が好むのは、貫通転位密度の均一性が高いＧａＮ基板ウエハである。
主ドープ領域１２０ａをファセット成長で形成することは、基板ウエハ１００の生産性の点でも不利である。なぜなら、ファセット成長させたＧａＮ膜は、ｃ面成長させたＧａＮ膜に比べ、表面を平坦化するためにより多くの加工時間を要するからである。

一例では、主ドープ領域１２０ａにおける、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度をＳｉ濃度の１０％以下、更には５％以下、更には１％以下とすることで、この領域のキャリア濃度をＳｉ濃度の調節により制御することが可能となる。
他の一例では、主ドープ領域１２０ａにＧｅを１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有させてもよい。このときの該領域におけるＳｉ濃度は、好ましくは４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。

特定長Ｌは、通常１μｍ以上であり、第二領域１２０の最小厚さを超えない範囲で任意に定め得る。
好ましい実施形態においては、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた窒化物半導体デバイスチップの製造過程で、ＧａＮ基板ウエハ１００から第一領域１１０に加えて第二領域１２０も一部除去し、主ドープ領域１２０ａを露出させたときでも、残った主ドープ領域１２０ａのみからなるＧａＮ基板が該半導体デバイスチップの構造を支え得るように特定長Ｌが定められる。
この好ましい実施形態において、特定長Ｌは少なくとも１μｍ以上、好ましくは１０μｍ以上、より好ましくは２０μｍ、更に好ましくは２５μｍ以上であり、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、２００μｍ以上などであってもよい。
また、特定長Ｌの下端（Ｎ極性面１０１側の端）から再成長界面までの長さは、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、１０μｍ以上であり、また、該下端から該界面までの長さは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
この好ましい実施形態において、特定長Ｌは、第二領域１２０の最小厚さの好ましくは５０％以上、より好ましくは７５％以上、更に好ましくは９０％以上である。
この好ましい実施形態では、主ドープ領域１２０ａ内において、ＧａＮ基板ウエハ１００の厚さ方向であるｃ軸方向に沿った電気特性の変動が小さいことが望ましい。
従って、該領域１２０ａに補償不純物が添加されるときには、該領域１２０ａ内におけるｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。
また、該領域１２０ａにドナー不純物が添加されるときには、該領域１２０ａ内におけるｃ軸方向に沿ったドナー不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。

第二領域１２０が補償不純物でドープされるとき、主ドープ領域１２０ａを含め、第二領域１２０における補償不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とされ得る。
第二領域１２０がドナー不純物でドープされるとき、主ドープ領域１２０ａを含め、第二領域１２０におけるドナー不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とされ得る。
第二領域１２０の最下部、すなわち第一領域１１０と隣り合う部分では、主ドープ領域１２０ａに意図的に添加された不純物と同種の不純物の濃度が第一領域１１０から離れるにつれて連続的または段階的に増加していてもよい。

第二領域１２０は通常、ＨＶＰＥで成長されるので、その不純物濃度に関し、次の（ａ’）～（ｃ’）から選ばれる一以上の条件を充たす。
（ａ’）Ｓｉ濃度が５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上
（ｂ’）Ｏ濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下
（ｃ’）Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下

一例では、図３に示すように、再成長界面１０３が粗面であってもよい。例えば、第二領域１２０を成長させる前に、第一領域１１０の表面をエッチングにより粗面化したとき、再成長界面１０３は粗面となり得る。再成長界面１０３に垂直に第一領域１１０から第二領域１２０に向かう方向を高さ方向とし、該再成長界面における最も高い点と最も低い点の間の高低差を該再成長界面の粗さｒとしたとき、該粗さｒは例えば０．３μｍ以上１２μｍ以下であり得る。
その他、図１～図３には示されていないが、ＧａＮ基板ウエハ１００のエッジは面取りされていてもよい。また、ＧａＮ基板ウエハ１００には、結晶の方位を表示するオリエンテーション・フラットまたはノッチ、おもて面と裏面の識別を容易にするためのインデックス・フラット等、必要に応じて様々なマーキングを施すことができる。

第二領域１２０を補償不純物でドーピングしたとき、ＧａＮ基板ウエハ１００は、ＧａＮ－ＨＥＭＴのような横型デバイス構造の窒化物半導体デバイスの製造に好ましく用いられ得る。
窒化物半導体デバイスとは、デバイス構造の主要部を窒化物半導体で形成した半導体デバイスである。窒化物半導体は、窒化物系III－V族化合物半導体、III族窒化物系化合物半導体、ＧａＮ系半導体などとも呼ばれ、ＧａＮを含む他、ＧａＮのガリウムの一部または全部を他の周期表第１３族元素（Ｂ、Ａｌ、Ｉｎ等）で置換した化合物を含む。
横型デバイス構造は、バイポーラトランジスタのような高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）以外の電子デバイスにおいても、また、発光ダイオード（ＬＥＤ）やレーザダイオード（ＬＤ）のような発光デバイスにおいても採用され得る。

第二領域１２０をドナー不純物でドーピングしたとき、ＧａＮ基板ウエハ１００は、縦型デバイス構造を有する各種の窒化物半導体デバイスの製造に好ましく用いられ得る。
縦型デバイス構造は、レーザーダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光デバイスや、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴなどの電子デバイスにおいて採用され得る。

ＧａＮ基板ウエハ１００を用いて窒化物半導体デバイスを製造するときは、図４（ａ）に示すようにＧａＮ基板ウエハ１００が準備された後、そのＧａ極性面１０２上に、図４（ｂ）に示すように、第一窒化物半導体層２１０と第二窒化物半導体層２２０を少なくとも含むエピタキシャル膜２００が有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）で成長されることにより、エピタキシャルウエハが形成される。
例えば、窒化物半導体デバイスがＨＥＭＴであるとき、第一窒化物半導体層２１０と第二窒化物半導体層２２０は、それぞれ、アンドープＧａＮチャネル層とアンドープＡｌＧａＮキャリア供給層であり得る。
例えば、窒化物半導体デバイスがｐ－ｎダイオードであるとき、第一窒化物半導体層２１０と第二窒化物半導体層２２０は、それぞれ、ｎ型ＧａＮ層とｐ型ＧａＮ層であり得る。

エッチング加工、イオン注入、電極形成、保護膜形成等を含み得る半導体プロセスが実行された後、エピタキシャルウエハは分断されて窒化物半導体デバイスチップとなるが、分断の前にエピタキシャルウエハを薄化するために、通常図４（ｃ）に示すように、ＧａＮ基板ウエハ１００の第一領域１１０の少なくとも一部が研削、エッチング等の方法で除去される。
この薄化加工は、エピタキシャルウエハの外周部にリング状の厚肉部が残るように行われ得る。つまり、エピタキシャルウエハの外周部を除いた部分においてのみ、ＧａＮ基板ウエハ１００の第一領域１１０が除去され得る。
図４（ｃ）では、薄化後のエピタキシャルウエハのＮ極性面側に主ドープ領域１２０ａが露出するよう、ＧａＮ基板ウエハ１００から第二領域１２０も部分的に除去されている。
第二領域１２０がドナー不純物でドープされているときは、第一領域１１０の除去により露出した第二領域１２０の表面に電極が形成された後、エピタキシャルウエハが分断されてもよい。
なお、ＧａＮ基板ウエハ１００を用いた半導体デバイスは、窒化物半導体デバイスのみに限定されるものではない。

２．ＧａＮ基板ウエハの製造方法
次に、本発明の別の実施形態であるＧａＮ基板ウエハの製造方法について説明する。以下に記載する製造方法は、前記したＧａＮ基板ウエハを製造する好ましい一形態である。また、以下に記載するＧａＮ基板ウエハの製造方法によって得られるＧａＮ基板ウエハの好ましい態様は、前記したＧａＮ基板ウエハが挙げられる。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００は、好ましくは、以下に説明する方法により製造され得る。この方法は、再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域を有するＧａＮ基板ウエハの製造に適用されるものであって、次の工程を有する。
（i）アモノサーマル成長されたＧａＮ結晶からなるｃ面ＧａＮウエハを準備する第一工程。
（ii）第一工程で準備したｃ面ＧａＮウエハ上に（０００１）配向した厚さ２０μｍ以上のＧａＮ膜をＨＶＰＥで成長させて積層構造体を得る第二工程。
本明細書において「ウエハ上に」は「ウエハの表面に」と同義である。

上記の第一工程および第二工程を詳しく説明すると以下の通りである。なお、該第一工程で得られるｃ面ＧａＮウエハおよび第二工程で得られるＧａＮ膜の構造や特性として、それぞれ上述の第一領域および第二領域の構造や特性を適用することができる。
第一工程では、図５（ａ）に断面図を示すｃ面ＧａＮウエハ１が準備される。
ｃ面ＧａＮウエハ１は、アモノサーマル成長されたＧａＮ結晶からなる。
ｃ面ＧａＮウエハ１をなすＧａＮ結晶をアモノサーマル成長させるのに用いられる結晶成長装置が通常備える構成を、図６に模式的に示す。
図６を参照すると、結晶成長装置はオートクレーブを備えており、その内部にはバッフルで相互に区画された溶解ゾーンおよび成長ゾーンが設けられている。ＧａＮ結晶を成長させるとき、溶解ゾーンにはフィードストックが鉱化剤（図示せず）とともに置かれ、成長ゾーンにはシードがワイヤで吊される。フィードストックは好ましくは多結晶ＧａＮである。

真空ポンプ、アンモニアボンベおよび窒素ボンベが接続されたガスラインが、バルブを介してオートクレーブと接続されている。オートクレーブにＮＨ_３（アンモニア）を入れる際には、アンモニアボンベから供給されるＮＨ_３の量をマスフローメーターで確認することが可能となっている。
オートクレーブに入れられるＮＨ_３の量に応じて、所定温度に加熱されたときのオートクレーブ内の圧力が決まる。
シード、フィードストック、鉱化剤およびＮＨ_３が入れられた後、オートクレーブは密封され、内部が超臨界状態となるように外側からヒーター（図示せず）で加熱される。溶解ゾーンと成長ゾーンの間に温度勾配を設けるために、複数のヒーターによってオートクレーブの上部と下部は別々に加熱される。
溶解ゾーンではフィードストックが溶解し、成長ゾーンではＧａＮがシード上に再結晶する。

鉱化剤には塩基性鉱化剤と酸性鉱化剤のいずれも使用できる。
好ましい塩基性鉱化剤はアルカリ金属元素を含有する化合物であり、代表的なものとしてＬｉＮＨ_２、ＮａＮＨ_２およびＫＮＨ_２のようなアルカリ金属アミドが挙げられる。
好ましい酸性鉱化剤はハロゲン元素を含有する化合物であり、代表的なものとして、ＮＨ_４Ｆ、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４ＢｒおよびＮＨ_４Ｉのようなハロゲン化アンモニウムと、ＧａＦ_３、ＧａＣｌ_３、ＧａＢｒ_３およびＧａＩ_３のようなハロゲン化ガリウムが挙げられる。
最も好ましく使用し得る鉱化剤は、不純物濃度の低いＧａＮ結晶を高いレートで成長させ得る点から、ＮＨ_４ＦおよびＧａＦ_３のようなフッ素を含有する化合物であり、特にＮＨ_４Ｆである。ＮＨ_４Ｆは予め合成されたものを準備してオートクレーブに仕込んでもよいし、あるいは、オートクレーブ内またはオートクレーブに接続された反応容器内で、ＮＨ_３とＨＦ（フッ化水素）を反応させて合成してもよい。
一例では、ＮＨ_４ＦまたはＧａＦ_３を、ＮＨ_４Ｃｌ、ＮＨ_４ＢｒまたはＮＨ_４Ｉと併用してもよい。

アルカリ金属元素を含有する化合物が鉱化剤として用いられるとき、シード上に再結晶するＧａＮは、鉱化剤に由来するアルカリ金属元素を含有する。例えば、鉱化剤にＫＮＨ_２が用いられるとき、シード上に再結晶するＧａＮはＫを含有する。
ハロゲン元素を含有する化合物が鉱化剤として用いられるとき、シード上に再結晶するＧａＮは、鉱化剤に由来するハロゲン元素を含有する。例えば、鉱化剤にＮＨ_４Ｆが用いられるとき、シード上に再結晶するＧａＮはＦを含有する。
どのような鉱化剤を使用しても、シード上に成長するＧａＮ結晶は、通常、Ｈ（水素）およびＯ（酸素）をそれぞれ１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する。

再び図５（ａ）を参照すると、ｃ面ＧａＮウエハ１は、互いに平行なＮ極性面およびＧａ極性面を主面として有する。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合には、ｃ面ＧａＮウエハ１におけるＧａ極性面の（０００１）結晶面に対する傾斜角度（オフカット角）および傾斜方向（オフカット方向）を、ＧａＮ基板ウエハ１００が有すべきオフカット角およびオフカット方向と同じとすることが好ましいが、必須ではない。
ＧａＮ基板ウエハ１００が有すべきオフカット方位は、ＧａＮ基板ウエハ１００を使用する半導体デバイスの製造者の要求に応じて様々であるが、様々なオフカット方位を有するｃ面ＧａＮウエハ１を準備することは、ＧａＮ基板ウエハ１００の生産効率の低下につながり得る。ｃ面ＧａＮウエハ１のオフカット方位によって、次の第二工程でｃ面ＧａＮウエハ１上にＨＶＰＥでＧａＮ膜２を成長させるときの最適条件が変わり得ることにも、注意が必要である。

ｃ面ＧａＮウエハ１の初期厚みｔ_１ｉは、窒化物半導体デバイスの製造に用いられるＧａＮ基板ウエハが通常有する厚さより薄くてもよい。なぜなら、多数の工程からなる半導体プロセスに耐える必要があるＧａＮ基板ウエハと異なり、ｃ面ＧａＮウエハ１は次の第二工程までの間に破損しなければよいだけからである。
例えば、ｃ面ＧａＮウエハ１の直径が約２インチであるとき、その初期厚みｔ_１ｉは好ましくは３００μｍ以下であり、２５０μｍ以下、更には２００μｍ以下であってもよい。

第二工程では、図５（ｂ）に示すように、ｃ面ＧａＮウエハ１のＧａ極性面上に、（０００１）配向した厚さ２０μｍ以上のＧａＮ膜２をＨＶＰＥで成長させて、積層構造体を得る。このとき、ｃ面ＧａＮウエハ１とＧａＮ膜２の間には再成長界面が形成される。
通常、ｃ面ＧａＮウエハ１のＧａ極性面は、ＧａＮ膜２を成長させる前に研削、研磨、ＣＭＰ等の技法を適宜用いて平坦に加工されるが（平坦化工程）、一例では、平坦化した該Ｇａ極性面をエッチングで粗面に加工したうえで（粗面化工程）、ＧａＮ膜２を成長させてもよい。
ＨＣｌ（塩化水素）をエッチングガスに用いると、ＧａＮのＧａ極性面はエッチングマスクを用いることなく粗面化することが可能である。ＧａＮ膜２の成長に用いるＨＶＰＥ装置にエッチング用のＨＣｌ供給ラインを設ければ、該ＨＶＰＥ装置のリアクター内で、ＧａＮ膜２の成長直前に、ｃ面ＧａＮウエハ１のＧａ極性面を粗面化することもできる。

ＧａＮ膜２は、意図的にドーピングすることなく成長させてもよいし、あるいは、少なくとも部分的に、補償不純物またはドナー不純物でドープしてもよい。
好適例では、ＧａＮ膜２に特定ドープ領域２ａを設けてもよい。特定ドープ領域２ａは、ｃ軸方向の領域長が、例えば１μｍ以上であり、１０μｍ以上、２０μｍ以上、２５μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上、２００μｍ以上などでもあり得る。
特定ドープ領域２ａの上端（［０００１］側の端）は、ＧａＮ膜２の上面から好ましくは１０μｍ以内、より好ましくは５μｍ以内であり、ＧａＮ膜２の上面であってもよい。
特定ドープ領域２ａの下端（［０００－１］側の端）から、ｃ面ＧａＮウエハ１とＧａＮ膜２との界面までの長さは、好ましくは１μｍ以上であり、より好ましくは５μｍ以上であり、１０μｍ以上であり、また、該下端から該界面までの長さは、好ましくは５０μｍ以下、より好ましくは３０μｍ以下である。
特定ドープ領域２ａのｃ軸方向の領域長は、更に、ＧａＮ膜２の厚さの５０％以上であることが好ましく、７５％以上であることがより好ましく、９０％以上であることが更に好ましい。

ＧａＮ膜２を補償不純物でドープするとき、特定ドープ領域２ａ内では、補償不純物の総濃度が少なくとも１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、２×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、５×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上などであってもよい。
ＧａＮ膜２を補償不純物でドープするとき、特定ドープ領域２ａにおいて、補償不純物の総濃度はドナー不純物の総濃度の好ましくは２倍以上、より好ましくは５倍以上、更に好ましくは１０倍以上であり、５０倍以上であってもよい。
ＧａＮ膜２を補償不純物でドープするとき、特定ドープ領域２ａ内ではＧａＮ結晶が半絶縁性、すなわち、その室温抵抗率が１×１０^５Ω・ｃｍ以上であってもよい。

ＧａＮ膜２をドナー不純物でドープするとき、特定ドープ領域２ａ内では、ドナー不純物の総濃度が少なくとも１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３であり、好ましくは２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上、より好ましくは５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。
ＧａＮ膜２をドナー不純物でドープするとき、特定ドープ領域２ａに最も高濃度に添加するドナー不純物は、好ましくはＳｉまたはＧｅである。
一例では特定ドープ領域２ａにおける、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度をＳｉ濃度の１０％以下、更には５％以下、更には１％以下としてもよい。
他の一例では、特定ドープ領域２ａにＧｅを１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有させてもよい。このときの該領域におけるＳｉ濃度は、好ましくは４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。

特定ドープ領域２ａ内においては、ｃ軸方向に沿った電気特性の変動が小さいことが望ましい。
従って、該領域２ａに補償不純物が添加されるときには、該領域２ａ内におけるｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。
また、該領域２ａにドナー不純物が添加されるときには、該領域２ａ内におけるｃ軸方向に沿ったドナー不純物の総濃度の変動は、中央値から好ましくは±２５％以内、より好ましくは±２０％以内、更に好ましくは±１５％以内、より更に好ましくは±１０％以内である。

ＧａＮ膜２が補償不純物でドープされるとき、特定ドープ領域２ａを含め、ＧａＮ膜２における補償不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とされ得る。
ＧａＮ膜２がドナー不純物でドープされるとき、特定ドープ領域２ａを含め、ＧａＮ膜２におけるドナー不純物の総濃度は、過剰なドーピングによる結晶品質の著しい低下を避けるために、５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には２×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には１×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とされ得る。

ＧａＮ膜２の最下部、すなわちｃ面ＧａＮウエハ１と隣り合う部分には、特定ドープ領域２ａに添加される補償不純物と同種の補償不純物を、その濃度がｃ面ＧａＮウエハ１から離れるにつれて連続的または段階的に増加するように添加してもよい。
ＧａＮ膜２の成長厚みｔ_２ｇは、製造すべきＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側領域の設計厚みに応じて設定すればよい。具体的には、２０μｍ以上、５０μｍ以上、７５μｍ以上、１００μｍ以上、１５０μｍ以上などであってもよく、また、５００μ以下、３５０μｍ以下、３００μｍ以下、２５０μｍ以下、２００μｍ以下などであってもよい。

前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、ＧａＮ膜２の成長厚みｔ_２ｇは、該ＧａＮ基板ウエハにおける第二領域１２０の設計厚みと同じでもよいが、好ましくは該設計厚みより大きくすることで、後の薄化工程においてＧａＮ膜２の表面の平坦化加工が可能となる。従って、ＧａＮ膜２の成長厚みｔ_２ｇは、平坦化のための加工シロを確保するために、該第二領域１２０の設計最大厚みより５０μｍ以上大きいことが好ましく、１００μｍ以上大きいことがより好ましい。２００μｍを超える加工シロは必要とされないのが普通である。換言すれば、薄化工程の前後におけるＧａＮ膜２の厚さ差が２００μｍ以下であることが好ましい。
例えば、ＧａＮ膜２の成長厚みｔ_２ｇが第二領域１２０の設計最大厚みより５０μｍ以上大きいとき、後の薄化工程ではＧａＮ膜２の厚さが５０μｍ以上減じられる。換言すれば、薄化工程の前後におけるＧａＮ膜２の厚さ差が５０μｍ以上となる。

前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、直径が大きなウエハ、たとえば直径６インチのウエハであったとしても、ＧａＮ膜２の成長厚みｔ_２ｇは５００μｍ以下に抑えることが可能である。
成長厚みｔ_２ｇが小さくて済むことから、ＧａＮ膜２は比較的短時間で形成することができ、それ故に、副生物であるＮＨ_４Ｃｌ（塩化アンモニウム）がＨＶＰＥ装置の排気システムを閉塞させることを心配することなく、一度に多数のｃ面ＧａＮウエハ１上にＧａＮ膜２を成長させることが可能である。このことから、第二工程におけるスループットは極めて高いものとなり得る。
更に、ＧａＮ膜２の形成に要する時間が短いことは、ＨＶＰＥリアクターの洗浄とメンテナンスに関連するコストの削減にも寄与し得る。一般的に、ＨＶＰＥリアクターは、１回の成長工程の所要時間が短いときの方が劣化の進行が遅く、使用寿命が長くなる。

成長厚みｔ_２ｇが小さくて済むことは、特にＧａＮ膜２を高濃度にドーピングする場合に、異常成長の発生による歩留り低下を防ぐうえで極めて好都合である。ＨＶＰＥでは、ドーパントを１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の高濃度で含有するＧａＮ結晶を１ｍｍを超える厚さに成長させようとすると、高い頻度で異常成長が発生するからである。

第二工程の後、必要に応じて、図５（ｃ）に示すように、第二工程で得た積層構造体を薄化する薄化工程が設けられる。
図５（ｃ）では、ｃ面ＧａＮウエハ１の厚さが初期厚みｔ_１ｉから最終厚みｔ_１ｆに減じられるとともに、ＧａＮ膜２の厚さが初期厚みｔ_２ｉから最終厚みｔ_２ｆに減じられているが、薄化工程ではｃ面ＧａＮウエハ１とＧａＮ膜２のいずれか一方のみが加工されてもよい。
実施形態に係る前述のＧａＮ基板ウエハ１００を製造する場合、薄化工程において、ｃ面ＧａＮウエハ１とＧａＮ膜２の厚さが、該ＧａＮ基板ウエハにおける第一領域１１０および第二領域１２０の設計厚みとそれぞれ一致するまで減じられる。
製造すべきＧａＮ基板ウエハ１００のオフカット方位と、ｃ面ＧａＮウエハ１のオフカットとが同じであるときは、薄化加工時の面方位の基準として、ｃ面ＧａＮウエハ１の裏面（積層構造体のＮ極性面）が用いられ得る。
製造すべきＧａＮ基板ウエハ１００のオフカット方位が、ｃ面ＧａＮウエハ１のオフカットと異なるとき、すなわちオフカット角とオフカット方向の少なくともいずれかが異なるときは、薄化加工の前に積層構造体の結晶方位がＸ線回折装置で確認される。
薄化工程において用いる加工技法は、研削、ラッピング、ＣＭＰ、ドライエッチング、ウェットエッチング等から適宜選択することができる。

上述の製造方法に含まれる第二工程で使用し得るＨＶＰＥ装置について、図７を参照しつつ以下に説明する。
図７に示すＨＶＰＥ装置１０は、ホットウォール型のリアクター１１と、該リアクター内に配置されたガリウム溜め１２およびサセプター１３と、該リアクターの外部に配置された第一ヒーター１４および第二ヒーター１５を備えている。第一ヒーター１４および第二ヒーター１５は、それぞれ、リアクター１１を環状に取り囲んでいる。
リアクター１１は石英管チャンバーである。リアクター１１内には、主に第一ヒーター１４で加熱される第一ゾーンＺ_１と、主に第二ヒーター１５で加熱される第二ゾーンＺ_２がある。排気管Ｐ_Ｅは第二ゾーンＺ_２側のリアクター端に接続される。
第一ゾーンＺ_１に配置されるガリウム溜め１２は、ガス入口とガス出口を有する石英容器である。
第二ゾーンＺ_２に配置されるサセプター１３は、例えばグラファイトで形成される。サセプター１３を回転させる機構は任意に設けることができる。

ＨＶＰＥ装置１０でＧａＮを成長させるには、サセプター１３上にシードを置いたうえで、第一ヒーター１４および第二ヒーター１５でリアクター１１内を加熱するとともに、キャリアガスで希釈されたＮＨ_３（アンモニア）をアンモニア導入管Ｐ_１を通して第二ゾーンＺ_２に供給し、また、キャリアガスで希釈されたＨＣｌ（塩化水素）を塩化水素導入管Ｐ_２を通してガリウム溜め１２に供給する。このＨＣｌはガリウム溜め１２の中の金属ガリウムと反応し、生じたＧａＣｌ（塩化ガリウム）が塩化ガリウム導入管Ｐ_３を通して第二ゾーンＺ_２に運ばれる。
第二ゾーンＺ_２でＮＨ_３とＧａＣｌが反応し、生じるＧａＮがサセプター１３上に置かれたシード上で結晶化する。
成長するＧａＮを意図的にドープするときは、キャリアガスで希釈されたドーピングガスをドーパント導入管Ｐ_４を通してリアクター１１内の第二ゾーンＺ_２に導く。
アンモニア導入管Ｐ_１、塩化水素導入管Ｐ_２、塩化ガリウム導入管Ｐ_３およびドーパント導入管Ｐ_４は、リアクター１１内に配置される部分が石英で形成される。
ＮＨ_３、ＨＣｌおよびドーピングガスのそれぞれを希釈するキャリアガスには、Ｈ_２（水素ガス）、Ｎ_２（窒素ガス）またはＨ_２とＮ_２の混合ガスが好ましく用いられる。

ＨＶＰＥ装置１０を用いてＧａＮを成長させるときの好ましい条件は、次の通りである。
ガリウム溜めの温度は、例えば５００～１０００℃であり、好ましくは７００℃以上、また、好ましくは９００℃以下である。
サセプター温度は、例えば９００～１１００℃であり、好ましくは９３０℃以上、より好ましくは９５０℃以上であり、また、好ましくは１０５０℃以下、より好ましくは１０２０℃以下である。
リアクター内のＮＨ_３分圧とＧａＣｌ分圧との比であるＶ／ＩＩＩ比は、例えば１～２０であり、好ましくは２以上、より好ましくは３以上であり、また、好ましくは１０以下である。
Ｖ／ＩＩＩ比は大き過ぎても小さ過ぎても、ＧａＮの成長表面のモホロジーが悪化する原因となる。成長表面のモホロジー悪化は、結晶品質の低下の原因となり得る。

ある種のドーパントでは、ＧａＮ結晶への取り込み効率が、成長表面の結晶方位に強く依存する。成長表面のモホロジーが良好でない条件で成長させたＧａＮ結晶の内部では、かかるドーパントの濃度の均一性が低下する。これは、モホロジーの悪い成長表面には、様々な方位のファセットが存在することによる。
ＧａＮ結晶への取り込み効率が成長表面の結晶方位によって明らかに異なるドーパントの典型例はＯ（酸素）であるが、Ｇｅ（ゲルマニウム）にも同様の傾向があることを本発明者等は見出している。後述するように、Ｇｅドーピングの際にキャリアガス中のＨ_２のモル比を下げ過ぎない方がよいのは、このことに関係している。
ＯもＧｅもドナー不純物であることから、その濃度の均一性の低下は、比抵抗やキャリア濃度の均一性の低下につながる。

その他として、低過ぎるＶ／ＩＩＩ比の使用は、成長するＧａＮ結晶の窒素空孔濃度を増加させる。窒素空孔がＧａＮ結晶やそれを用いたＧａＮ基板、あるいはそのＧａＮ基板上に形成される窒化物半導体デバイスに与える影響は今のところ明らかではないが、点欠陥であることから、濃度はできるだけ低くすべきと考えられる。
ＧａＮの成長レートは、好ましくは４０～２００μｍ／ｈであり、リアクター内のＮＨ_３分圧とＧａＣｌ分圧の積をパラメータとして制御することができる。高過ぎる成長レートは成長するＧａＮの表面モホロジーを悪化させる。
前述の第二工程でＧａＮ膜２をドーピングするときは、成長表面のモホロジー悪化を防ぐために、ドーピングガスの供給レートを、供給開始から数分ないし数十分かけて徐々に所定値まで増加させることが好ましい。
同じ理由から、ドーピングガスの供給は、ＧａＮ膜２を少なくとも数μｍ成長させた時点で開始することが好ましい。

ＧａＮ膜２に補償不純物を含有させる方法は限定されるものではないが、通常、ドーピングガスをＨＶＰＥ装置内に導入する方法が採用される。
Ｃドーピングのためのドーピングガスには、例えばＣＨ_４（メタン）のような炭化水素ガスを用いることができる。
Ｆｅドーピングのためのドーピングガスには、例えば、気化させた塩化鉄を用いることができる。塩化鉄蒸気は、キャリアガス流通下で加熱した金属鉄にＨＣｌを接触させる方法で発生させ得る他、キャリアガス流通下で加熱して気化させたフェロセン（ビス（シクロペンタジエニル）鉄）を、ドーパント導入管内でＨＣｌと反応させる方法で発生させ得る。ここでフェロセンは、鉄を含有する他の有機化合物に置換してもよい。
Ｍｎドーピングのためのドーピングガスには、例えば、導入管内に金属Ｍｎを設置し、これを加熱するとともにキャリアガス等のフローによって用いることができる。
他の遷移金属元素をＧａＮに添加するときも、当該遷移金属元素の蒸気、或いは当該遷移金属元素の塩化物の蒸気をドーピングガスとして用いることができる。

ＳｉドーピングのためのドーピングガスにはＳｉＨ_４（シラン）、ＳｉＨ_３Ｃｌ（モノクロロシラン）、ＳｉＨ_２Ｃｌ_２（ジクロロシラン）、ＳｉＨＣｌ_３（トリクロロシラン）またはＳｉＣｌ_４（テトラクロロシラン）を好ましく使用し得る。
ＧｅドーピングのためのドーピングガスにはＧｅＨ_４（ゲルマン）、ＧｅＨ_３Ｃｌ（モノクロロゲルマン）、ＧｅＨ_２Ｃｌｓ（ジクロロゲルマン）、ＧｅＨＣｌ_３（トリクロロゲルマン）またはＧｅＣｌ_４（テトラクロロゲルマン）を好ましく使用し得る。

キャリアガス中のＨ_２のモル比は、成長するＧａＮの不純物濃度に影響し得る。ここでいうキャリアガス中のＨ_２のモル比は、リアクター外からリアクター内にキャリアガスとして供給される各ガス種の流量に基づいて算出される。
サファイア基板上にＨＶＰＥで成長させたＧａＮ結晶から切り出したｃ面ＧａＮウエハのＧａ極性面上に、同じＶ／ＩＩＩ比を用いて略同じ成長レートでＨＶＰＥにより成長させたＳｉまたはＧｅドープＧａＮの不純物濃度が、キャリアガス中のＨ_２のモル比によりどのように変化するかを調べた結果を下記表１に示す。

表１から分かるように、ＳｉドープＧａＮのＯ濃度は、キャリアガスがＮ_２のみのときＳｉ濃度の１０％以下である。Ｓｉ以外のドナーは実質的にＯのみなので、これはＳｉを除くドナーの総濃度がＳｉ濃度の１０％以下であることに等しい。キャリアガス中のＨ_２のモル比を上げると、ＳｉドープＧａＮのＯ濃度は更に低くなり、該モル比が０．７のときでＳｉ濃度の１％未満となる。

一方、ＧｅドープＧａＮでは、キャリアガス中のＨ_２のモル比が０（ゼロ）のとき、該モル比が０．７のときに比べ、Ｇｅ濃度が１０倍以上高く、また、Ｓｉ濃度に対するＧｅ濃度の比もより高い。従って、一見すると、キャリアガス中のＨ_２のモル比は低い方が好ましそうである。
しかし、キャリアガス中のＨ_２のモル比が０のときと０．７のときとでは、前者の方がＯ濃度も１桁高いことから分かるように、前者の条件を用いたときの方がＧａＮの成長表面モホロジーは悪く、Ｇｅ濃度が高いのもそのせいであることを本発明者等は確認している。キャリアガス中のＨ_２のモル比が低過ぎる条件では、Ｇｅ濃度の均一性が低いＧａＮ結晶が成長する。

従って、ＧｅドープＧａＮを成長させるときは、キャリアガス中のＨ_２のモル比を０．３～０．７程度とすることが好ましく、そうして成長させたＧｅドープＧａＮでは、Ｇｅ濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上のとき、Ｓｉ濃度が４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。
ＳｉとＧｅのいずれでドープしたときも、ＨＶＰＥで成長されるＧａＮのＯ濃度は、キャリアガス中のＨ_２のモル比を上げると低下する傾向があり、２×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下、更には１×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下となり得る。これは、成長中の表面モホロジーが改善されるためである。

ＨＶＰＥ装置１０を用いて成長されるＧａＮは、意図的にドーピングしないときであっても、ＯおよびＳｉをＳＩＭＳ（二次イオン質量分析）で検出可能な濃度で含有し得る。Ｓｉ源は、リアクターやリアクター内の配管に用いられる石英（ＳｉＯ_２）であり、Ｏ源は、かかる石英と、リアクター内に残留または侵入した水分の、いずれかまたは両方である。
図７では図示が省略されている部品を含め、リアクター１１内に配置される部品には、石英とカーボンの他に、ＳｉＣ（炭化珪素）、ＳｉＮ_ｘ（窒化ケイ素）、ＢＮ（窒化ホウ素）、アルミナ、Ｗ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）などで形成されたものを用いることができる。そうすることで、ＨＶＰＥ装置１０を用いて成長されるＧａＮにおける、Ｓｉ、ＯおよびＨを除く各不純物の濃度は、意図的なドーピングをしない限り、５×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下とし得る。

以上、本発明を具体的な実施形態に即して説明したが、各実施形態は例として提示されたものであり、本発明の範囲を限定するものではない。本明細書に記載された各実施形態は、発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、様々に変形することができ、かつ、実施可能な範囲内で、他の実施形態により説明された特徴と組み合わせることができる。

１ ｃ面ＧａＮウエハ
２ ＧａＮ膜
２ａ 特定ドープ領域
１０ ＨＶＰＥ装置
１１ リアクター
１２ ガリウム溜め
１３ サセプター
１４ 第一ヒーター
１５ 第二ヒーター
１００ ＧａＮ基板ウエハ
１０１ Ｎ極性面
１０２ Ｇａ極性面
１０３ 再成長界面
１１０ 第一領域
１２０ 第二領域
１２０ａ 主ドープ領域
２００ エピタキシャル膜
２１０ 第一窒化物半導体層
２２０ 第二窒化物半導体層

Claims (62)

1. （０００１）配向したＧａＮ基板ウエハであって、
   再成長界面を挟んでＮ極性側に設けられた第一領域と、Ｇａ極性側に設けられた第二領域とを有し、
   該第二領域の最小厚さが２０μｍ以上であり、
   該第一領域におけるＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる元素のうち少なくともひとつの元素の濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、
   該第二領域が、次の（ａ）～（ｃ）から選ばれる一以上の条件を充たしており、
   前記第二領域の少なくとも一部において、ドナー不純物の総濃度が１×１０ ^１８ ａｔｏｍｓ／ｃｍ ^３ 以上である、
   ＧａＮ基板ウエハ：
   （ａ）Ｓｉ濃度が５×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である。
   （ｂ）Ｏ濃度が３×１０^１６ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
   （ｃ）Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である。
2. 以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、請求項１に記載のＧａＮ基板ウエハ。
   （１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
   （２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
   （３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
3. 前記第二領域の最小厚さが３００μｍ以下である、請求項１または２に記載のＧａＮ基板ウエハ。
4. Ｇａ極性側の主面が平坦面である、請求項１～３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
5. Ｇａ極性側の主面に対し前記再成長界面が傾斜している、請求項４に記載のＧａＮ基板ウエハ。
6. 前記第二領域における前記再成長界面が傾斜している方向の一方端と他方端との間の厚さ差が２００μｍを超えない、請求項５に記載のＧａＮ基板ウエハ。
7. 前記第一領域において、Ｈ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１～６のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
8. 前記第一領域において、Ｏ濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１～７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
9. 前記第一領域において、Ｆ濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１～８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
10. 前記第二領域の少なくとも一部において、補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１～９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
11. 前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、かつ、該主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１０に記載のＧａＮ基板ウエハ。
12. 前記主ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項１１に記載のＧａＮ基板ウエハ。
13. 前記主ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、請求項１１または１２に記載のＧａＮ基板ウエハ。
14. 前記主ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、請求項１１～１３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
15. 前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、請求項１１～１４のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
16. 前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、請求項１１～１５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
17. 前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿った補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項１１～１６のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
18. 前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、請求項１１～１７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
19. 前記第二領域における補償不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、請求項１０～１８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
20. 前記第二領域がＧａ極性側の主面を少なくとも含む主ドープ領域を有し、かつ、該主ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、
    請求項１～１９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
21. 前記主ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項２０に記載のＧａＮ基板ウエハ。
22. 前記主ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＳｉまたはＧｅである、請求項２０または２１に記載のＧａＮ基板ウエハ。
23. 前記主ドープ領域において、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度がＳｉ濃度の１０％以下である、請求項２０または２１に記載のＧａＮ基板ウエハ。
24. 前記主ドープ領域において、ＳｉおよびＯを除くドナー不純物元素の濃度が、独立して１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である、請求項２３に記載のＧａＮ基板ウエハ。
25. 前記主ドープ領域において、Ｇｅ濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、Ｓｉ濃度が４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項２２に記載のＧａＮ基板ウエハ。
26. 前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が２０μｍ以上である、請求項２０～２５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
27. 前記主ドープ領域において、ｃ軸方向に沿ったドナー不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項２６に記載のＧａＮ基板ウエハ。
28. 前記主ドープ領域がＧａＮ極性側の主面から特定長以内の領域であり、該特定長が前記第二領域の最小厚さの５０％以上である、請求項２０～２７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
29. 前記第二領域におけるドナー不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、請求項１～２８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハ。
30. 請求項１～２９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハと、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上にエピタキシャル成長した窒化物半導体層と、を有するエピタキシャルウエハ。
31. 請求項１～２９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層をエピタキシャル成長させる工程と、を有するエピタキシャルウエハの製造方法。
32. 請求項１～２９のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハを準備する工程と、該ＧａＮ基板ウエハのＧａ極性側の主面上に窒化物半導体層を成長させてエピタキシャルウエハを得る工程と、前記ＧａＮ基板ウエハの前記第一領域の少なくとも一部を除去する工程と、を有する窒化物半導体デバイスの製造方法。
33. 再成長界面を挟んでＮ極性側の領域とＧａ極性側の領域とを有するＧａＮ基板ウエハを製造する方法であって、
    アモノサーマル成長されたＧａＮ結晶からなるｃ面ＧａＮウエハを準備する第一工程と、該ｃ面ＧａＮウエハ上に（０００１）配向した厚さ２０μｍ以上のＧａＮ膜をＨＶＰＥで成長させて積層構造ウエハを得る第二工程とを有すること、及び
    前記ＧａＮ膜の少なくとも一部において、ドナー不純物の総濃度が１×１０ ^１８ ａｔｏｍ
    ｓ／ｃｍ ^３ 以上であること、を特徴とする、
    ＧａＮ基板ウエハの製造方法。
34. 前記ＧａＮ基板ウエハが、以下の（１）～（３）から選ばれるいずれかの条件を充たす、請求項３３に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
    （１）５０ｍｍ以上５５ｍｍ以下の直径と２５０μｍ以上４５０μｍ以下の厚さを有する。
    （２）１００ｍｍ以上１０５ｍｍ以下の直径と３５０μｍ以上７５０μｍ以下の厚さを有する。
    （３）１５０ｍｍ以上１５５ｍｍ以下の直径と４５０μｍ以上８００μｍ以下の厚さを有する。
35. 前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｆ、Ｃｌ、ＢｒおよびＩから選ばれる元素のうち少なくともひとつの元素の濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項３３または３４に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
36. ｃ面ＧａＮウエハが、Ｈを１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上の濃度で含有する、請求項３３～３５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
37. 前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｏの濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項３３～３６のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
38. 前記ｃ面ＧａＮウエハにおいて、Ｆの濃度が１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項３３～３７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
39. 前記ＧａＮ膜の少なくとも一部において、補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項３３～３８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
40. 前記ＧａＮ膜が、ｃ軸方向の領域長が１μｍ以上であり、かつ、領域内の補償不純物の総濃度が１×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、特定ドープ領域を有する、請求項３９に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
41. 前記特定ドープ領域における補償不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項４０に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
42. 前記特定ドープ領域において、補償不純物の総濃度がドナー不純物の総濃度の２倍以上である、請求項４０または４１に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
43. ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内の補償不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項４０～４２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
44. 前記領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、請求項４０～４３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
45. 前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、請求項４０～４４のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
46. 前記特定ドープ領域が、炭素および遷移金属元素から選ばれる一種以上の元素を含有する、請求項４０～４５のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
47. 前記特定ドープ領域に最も高い濃度で含有される不純物がＦｅ、ＭｎまたはＣである、請求項４６に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
48. 前記ＧａＮ膜における補償不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、請求項３９～４７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
49. 前記ＧａＮ膜のうち、ｃ軸方向に２０μｍ以上の領域長を有する特定ドープ領域において、ドナー不純物の総濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項３３～４８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
50. 前記特定ドープ領域におけるドナー不純物の総濃度が２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項４９に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
51. ｃ軸方向に沿った前記特定ドープ領域内のドナー不純物の総濃度の変動が、中央値から±２５％の範囲内である、請求項４９または５０に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
52. 前記特定ドープ領域のｃ軸方向の領域長が、前記ＧａＮ膜の厚さの５０％以上である、請求項４９～５１のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
53. 前記特定ドープ領域の下端から、前記ＧａＮ膜と前記ｃ面ＧａＮウエハとの界面までの長さが、１μｍ以上である、請求項４９～５２のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
54. 前記特定ドープ領域において、最も高い濃度で含有されるドーパントがＳｉまたはＧｅである、請求項４９～５３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
55. 前記特定ドープ領域において、Ｓｉを除くドナー不純物の総濃度がＳｉ濃度の１０％以下である、請求項４９～５３のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
56. 前記特定ドープ領域において、ＳｉおよびＯを除くドナー不純物元素の濃度が、独立して１×１０^１５ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満である、請求項５５に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
57. 前記特定ドープ領域において、Ｇｅ濃度が１×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上であり、かつ、Ｓｉ濃度が４×１０^１７ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以上である、請求項５４に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
58. 前記ＧａＮ膜におけるドナー不純物の総濃度が５×１０^１９ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３以下である、請求項３３～５７のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
59. 前記第二工程の後に、前記積層構造ウエハを薄化する薄化工程を有する、請求項３３～５８のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
60. 前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が５０μｍ以上である、請求項５９に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
61. 前記薄化工程の前後における前記ＧａＮ膜の厚さ差が２００μｍ以下である、請求項５
    ９または６０に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。
62. 前記ＧａＮ基板ウエハのオフカット方位が、前記ｃ面ＧａＮウエハのオフカット方位と異なる、請求項５９～６１のいずれか一項に記載のＧａＮ基板ウエハの製造方法。

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