技术领域本发明涉及在基底基板上形成GaN层而得到的GaN模板基板。
背景技术：
以往，通过在Flux-GaN模板上层叠13族氮化物制器件构造来制作器件基板时，有在基板表面产生筋状的形貌异常这样的问题。图3是产生了这样的形貌异常的器件基板表面的Normarski型微分干涉显微镜像。图3中，在箭头所示的部位，经确认，有筋状的形貌异常(linecrack)。通过将该器件基板单片化而得到的器件芯片(LED芯片、HEMT芯片等)中形成于形貌异常产生部的器件芯片成为无法发挥所要求的特性的特性不良品，因此，形貌异常的产生是器件芯片的生产率降低的主要原因。但是，产生这样的筋状的形貌异常的主要原因目前并未明确。另一方面，众所周知，在例如蓝宝石基板上层叠较厚的GaN膜时会产生裂纹，为了抑制该裂纹的产生，在层叠构造内导入低温中间层是有效的，这已经被人们发现了(例如，参见非专利文献1)。但是，这样的方法中使用低品质的中间层，因此，所得到的层叠构造内存在结晶缺陷，结果导致以下问题：该结晶缺陷妨碍制作高品质的器件(LED、HEMT)。在先技术文献非专利文献非专利文献1:\シリーズ結晶成長のダイナミクス4巻エピタキシャル成長のフロンティア\，中嶋一雄責任編集，共立出版株式会社発行，P.14～P.19。
技术实现要素：
本发明的目的在于实现不会产生筋状的形貌异常的器件基板。本发明的发明人反复进行各种研究，结果发现：在MOCVD-GaN模板(种基板)中，在GaN膜具有较高的固有压缩应力时，或者GaN膜具有较高的结晶性时，能够抑制上述筋状的形貌异常。在此，压缩应力和结晶性都是利用拉曼分光法能够定量化的值。为了解决上述问题，在本发明的第1方案中，GaN模板基板包括：基底基板和在所述基底基板上外延生长而形成的第1GaN层，所述第1GaN层在面内方向上固有的压缩应力在260MPa以上。在本发明的第2方案中，GaN模板基板包括：基底基板和在所述基底基板上外延生长而形成的第1GaN层，在对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱中，波数568nm-1附近的GaN的E2声子的峰值半高宽在1.8cm-1以下。在本发明的第3方案中，GaN模板基板包括：基底基板和在所述基底基板上外延生长而形成的第1GaN层，所述第1GaN层在面内方向上固有的压缩应力在260MPa以上，并且在对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱中，波数568nm-1附近的GaN的E2声子的峰值半高宽在1.8cm-1以下。在本发明的第4方案中，在第1或第3方案涉及的GaN模板基板中，所述压缩应力的值根据对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱来求出。在本发明的第5方案中，第1～第4方案中的任一方案涉及的GaN模板基板还包括在所述第1GaN层上外延生长而形成的第2GaN层。在本发明的第6方案中，在第5方案涉及的GaN模板基板中，所述第1GaN层是利用MOCVD法形成的，所述第2GaN层是通过对利用Flux法形成的GaN单晶层的表面进行研磨而形成的。在本发明的第7方案中，器件基板包括：第1～第4方案中任一方案的GaN模板基板、在所述第1GaN层上外延生长而形成的第2GaN层、以及在所述第2GaN层上外延生长而形成的包括13族氮化物的器件层。根据本发明的第1～第7方案，能够抑制在使用本发明涉及的GaN模板基板而制作的器件基板的表面产生筋状的形貌异常，因此，制造器件芯片(LED芯片、HEMT芯片)的成品率得以提高。另外，根据本发明的第7方案，能够抑制在器件基板的表面产生筋状的形貌异常，因此，制造器件芯片(LED芯片、HEMT芯片)的成品率得以提高。附图说明图1是示意表示器件基板10的截面构造的图。图2是表示使器件层5形成为具有LED构造的层的情况下器件层5的构成的图。图3是产生了形貌异常的器件基板表面的Normarski型微分干涉显微镜像。具体实施方式本说明书中所示的周期表的族号依据1989年国际纯粹与应用化学联合会(InternationalUnionofPureAppliedChemistry：IUPAC)制定的无机化学命名法修订版中的1～18族号的表示，13族是指铝(Al)、镓(Ga)、铟(In)等，15族是指氮(N)、磷(P)、砷(As)、锑(Sb)等。图1是示意表示本发明实施方式涉及的器件基板10的截面构造的图。器件基板10包括：基底基板1、缓冲层2、第1GaN层3、第2GaN层4、器件层5。在此，基底基板1、缓冲层2和第1GaN层3的层叠构造体相当于MOCVD-GaN模板6，MOCVD-GaN模板6和第2GaN层4的层叠体相当于Flux-GaN模板7。作为基底基板1，优选使用单晶c面蓝宝石基板。其尺寸没有特别限制，但是，从容易处理的角度出发，优选直径为几英寸左右、厚度为几百μm～几mm左右。缓冲层2是为了在其上能够形成结晶品质优良的13族氮化物结晶层而在比这些13族氮化物结晶层的形成温度低的形成温度下形成的层。缓冲层2例如能够由GaN来形成。缓冲层2优选利用MOCVD法在基底基板1上形成为20nm～100nm的厚度。第1GaN层3是利用MOCVD法在缓冲层2上外延生长而形成的GaN单晶薄膜。第1GaN层3优选形成为1μm～5μm的厚度。其中，第1GaN层3被形成为在其面内方向上固有的压缩应力在260MPa以上。或者，被形成为在通过拉曼分光测定而得到的拉曼光谱中波数568nm-1附近的GaN的E2声子的峰值(拉曼线)半高宽在1.8cm-1以下。在此，该峰值半高宽是作为表示第1GaN层3的结晶性优劣的指标的值，可以说该值越小，第1GaN层3的结晶性越好。而且，第1GaN层3在面内方向上固有的压缩应力也能够基于上述拉曼光谱来算出。具体而言，可以根据表示上述峰值的位移量Δν(cm-1)和固有应力σ(MPa)的关系的下式来算出：σ＝130×Δν…(式1)。应予说明，拉曼光谱的峰值在测定对象固有压缩应力的情况下，向高波数侧(正侧)位移，在固有拉伸应力的情况下，向低波数侧(负侧)位移。在此，表示应力为0的状态的基准波数值(该状态下的GaN的E2声子的峰值位置)通过将无应变的GaN单晶(利用助熔剂法制作的以自发形核为生长起点的GaN单晶)作为对象，利用与上述相同的条件进行拉曼分光测定来求出。在本实施方式涉及的器件基板10中，通过满足上述与固有应力和半高宽相关的必要条件中的至少一方，能够很好地抑制在其表面产生筋状的形貌异常。另外，这些必要条件可以通过适当调整第1GaN层3的形成条件，更具体来讲，通过适当调整成膜温度(基板温度)、氢气分压与NH3气体分压之比来实现。第2GaN层4是利用助熔剂(Flux)法在第1GaN层3上外延生长而形成的GaN单晶薄膜。第2GaN层4优选形成为5μm～500μm的厚度。更详细而言，对通过使用例如碱金属Na的熔液的Na助熔剂(Na-Flux)法进行生长而得到的GaN层从其表面侧进行研磨，由此使其表面平坦化，并且对厚度进行适当调整，从而形成第2GaN层4。作为研磨处理，例如可以列举出利用金刚石磨粒的研磨等。此外，在作为第2GaN层4的GaN单晶层的形成中采用的结晶生长方法也可以不必是助熔剂法。例如，也可以是HVPE法，还可以是MOCVD法。器件层5是在第2GaN层4上外延生长而形成的包括13族氮化物的一层或者多层。器件层5的具体构成可以根据要制作的器件构造(LED构造、HEMT构造等)来适当决定。此外，器件层5优选利用MOCVD法来形成，但是，也可以是利用其它结晶生长方法来形成。图2是表示将器件层5形成为具有例如LED构造的层的情况下的器件层5的构成的图。图2所示的器件层5是通过依次层叠n型半导体层51、活性层52、p型半导体层53而形成的。n型半导体层51是掺杂Si的13族氮化物层。n型半导体层51优选由GaN形成为100nm～3000nm的厚度。n型半导体层51中的Si浓度优选为1×1018/cm3～1×1019/cm3左右。活性层52是LED元件中成为发光区域的层。活性层52是使具有彼此不同的组成的第1单位层(阱层)52a和第2单位层(势垒层)52b反复交替层叠而成的多量子阱层。具体而言，第1单位层52a由InxGa1-xN(0.05≤x≤0.25)形成为1nm～5nm的厚度，第2单位层52b由GaN形成为2nm～10nm的厚度。InxGa1-xN中In的摩尔比x根据LED元件中要发出的光的波长来决定。此外，优选第1单位层52a和第2单位层52b的反复层叠次数为2～20。p型半导体层53是掺杂了Mg的13族氮化物层。p型半导体层53优选由GaN形成为50nm～200nm的厚度。p型半导体层53中的Mg浓度优选为5×1018/cm3～1×1020/cm3左右。此外，使用构成为能够将Ga、Al、In等13族元素的有机金属(MO)原料气体(TMG(三甲基镓)、TMA(三甲基铝)、TMI(三甲基铟)等)、NH3气体、氢气、氮气供给到反应器内的公知MOCVD炉，将载放于反应器内的形成对象基板加热到规定温度，并使利用有机金属原料气体与NH3气体进行的气相反应而生成的13族氮化物结晶沉积到形成对象基板上，由此来进行利用MOCVD法的层形成。另一方面，利用Na助熔剂法形成GaN层大致以如下方式来实现：在以能够自由地水平旋转的方式配置于耐压容器内的生长容器(氧化铝坩埚)内，将形成对象基板浸渍于包含金属Ga、金属Na和碳的熔液，并在使生长容器进行水平旋转的状态下，一边导入氮气一边将生长容器内保持为规定温度和规定压力。实施例制作第1GaN层3的形成条件各不相同的9种器件基板10(试样A～试样I)，并进行评价。此外，作为器件层5形成有图2所示的LED构造。具体而言，首先，作为基底基板1，准备直径4英寸、厚630μm的单晶c面蓝宝石基板。将该基底基板1放入MOCVD炉内，在氢气气氛中以1150℃加热10分钟，由此进行表面的清洁。接着，将基板温度降至500℃，以TMG和NH3为原料，以氢气为载气，利用MOCVD法生长作为缓冲层2的GaN层，厚度为30nm。在形成缓冲层2之后，继续以TMG和NH3为原料气体，以氢气为载气，利用MOCVD法生长第1GaN层3，厚度为3μm。此时，反应器内压为100kPa，15族/13族气体比为2000。在此，15族/13族气体比是指15族原料的供给量与13族原料的供给量之比(摩尔比)。另一方面，形成第1GaN层3时的基板温度以及MOCVD炉内氢气分压与NH3气体分压之比(以下称为气体分压比)根据试样的不同而不同。具体而言，基板温度不同，为1050℃、1100℃、1150℃这3个水平。另外，气体分压比通过氢气分压为NH3气体分压的几倍来表示，将其分为3倍、4倍、5倍这3个不同水平。由此，对于试样A～试样I而言，形成第1GaN层3时的基板温度和气体分压比的组合都不相同。通过形成第1GaN层3而得到MOCVD-GaN模板6。在将所得到的MOCVD-GaN模板6从MOCVD炉中取出之后，针对各个试样进行拉曼分光测定，由此来评价第1GaN层3中的固有应力和第1GaN层3的结晶性。进行该评价时的装置条件如下。光源：Ar+激光器(波长：496.5nm)；测定模式：显微拉曼(光束直径：约0.7μm)；衍射光栅：双重(double)2400gr/mm。具体而言，针对各个试样，改变部位，进行共计5次拉曼光谱的测定。然后，针对由此得到的5个拉曼光谱的每一个光谱，对波数568cm-1附近的GaN的E2声子的拉曼线进行使用洛伦兹函数的拟合，求出峰值半高宽。此外，以该峰值为对象，根据式1算出固有应力的值。半高宽、固有应力都求出5次的值的平均值，将该平均值作为评价值。另外，通过这些测定而得到的拉曼光谱中波数516cm-1附近的氩激光等离子体谱线的半高宽为0.43cm-1。并且将所得到的各个MOCVD-GaN模板6作为种基板，使用Na助熔剂法在第1GaN层3上形成第2GaN层4。具体而言，首先，将MOCVD-GaN模板6载放于氧化铝坩埚内，接着，在该氧化铝坩埚内分别放入金属Ga30g、金属Na44g、碳30mg。将该氧化铝坩埚放入加热炉，使炉内温度为850℃、炉内压力为4.5MPa，加热约20小时，之后冷却到室温。冷却结束后，将氧化铝坩埚从炉内取出时，在MOCVD-GaN模板6的表面层叠有厚度约50μm的透明GaN单晶层。使用金刚石磨粒对如此得到的GaN单晶层进行研磨，使其表面平坦化，并且使得基底基板1上形成的氮化物层的总厚度为15μm。由此，得到在MOCVD-GaN模板6上形成有第2GaN层4的Flux-GaN模板7。此外，以肉眼观察该Flux-GaN模板7，结果，经确认，没有裂纹。最后，利用MOCVD法在所得到的Flux-GaN模板7上形成图2所示的具有LED构造的器件层5。构成器件层5的各层的具体形成条件如下。n型半导体层51：形成温度→1100℃；反应器内压→100kPa；15族/13族气体比→2000；Si原料与13族原料的摩尔比→1×10-4；厚度→1000nm。第1单位层52a：形成温度→800℃；反应器内压→100kPa；15族/13族气体比→10000；TMI与所有13族原料的摩尔比→0.6；厚度→2nm。第2单位层52b：形成温度→800℃；反应器内压→100kPa；15族/13族气体比→20000；厚度→5nm。第1单位层和第2单位层的反复层叠次数：10。p型半导体层53：形成温度→1000℃；反应器内压→100kPa；15族/13族气体比→10000；Mg原料与13族原料的摩尔比→1×10-3；厚度→100nm。通过利用以上这样的条件形成器件层5，得到9种器件基板10。最后，利用Normarski型微分干涉显微镜对所得到的各个器件基板10的表面进行观察，确认有无筋状的形貌异常的产生。表1中一览示出试样A～试样I这9种器件基板10的MOCVD-GaN模板6的形成条件(第1GaN层3的形成条件)、基于拉曼分光法进行的评价的结果、有无筋状的形貌异常的产生。此外，表1还一并示出了各试样相当于本发明的实施例还是相当于比较例。具体而言，在表1中，作为MOCVD-GaN模板6的形成条件，示出了成膜温度(基板温度)和气体分压比。此外，作为基于拉曼分光法进行的评价的结果，给出根据拉曼光谱求出的第1GaN层3中固有应力的大小和作为第1GaN层3的结晶性的指标的波数568cm-1附近的GaN的E2声子的峰值半高宽。[表1]根据表1所示的结果，如果第1GaN层3固有260MPa以上的压缩应力，则不管第1GaN层3的形成条件如何，经确认，都未产生筋状的形貌异常。此外，在第1GaN层3的E2声子的半高宽在1.8cm-1以下的情况下，也是不管第1GaN层3的形成条件如何，经确认，都未产生筋状的形貌异常。此外，第1GaN层3固有的压缩应力在原理上没有上限，但是，从抑制MOCVD-GaN模板6或者Flux-GaN模板7的翘曲量增加，器件制作过程中成品率降低的角度出发，优选第1GaN层3固有的压缩应力在1500MPa以下，更优选在1000MPa以下。而且，虽然第1GaN层3的E2声子的半高宽在原理上没有下限，但是，根据拉曼分光测定的分解能力的极限，实质上，下限值为1.0cm-1。权利要求书(按照条约第19条的修改)1.(修改后)一种GaN模板基板，其特征在于，包括：由蓝宝石形成的基底基板，在所述基底基板上形成的包括GaN的缓冲层，以及在所述缓冲层上外延生长而形成的第1GaN层，所述第1GaN层在面内方向上固有的压缩应力在260MPa以上。2.(修改后)一种GaN模板基板，其特征在于，包括：由蓝宝石形成的基底基板，以及在所述基底基板上外延生长而形成的第1GaN层，在对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱中，波数568nm-1附近的GaN的E2声子的峰值半高宽在1.8cm-1以下。3.(修改后)一种GaN模板基板，其特征在于，包括：由蓝宝石形成的基底基板，在所述基底基板上形成的包括GaN的缓冲层，以及在所述缓冲层上外延生长而形成的第1GaN层，所述第1GaN层在面内方向上固有的压缩应力在260MPa以上，并且在对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱中，波数568nm-1附近的GaN的E2声子的峰值半高宽在1.8cm-1以下。4.根据权利要求1或3所述的GaN模板基板，其特征在于，所述压缩应力的值根据对所述第1GaN层进行拉曼分光测定而得到的拉曼光谱来求出。5.根据权利要求1～4中任意一项所述的GaN模板基板，其特征在于，还包括在所述第1GaN层上外延生长而形成的第2GaN层。6.根据权利要求5所述的GaN模板基板，其特征在于，所述第1GaN层是利用MOCVD法形成的，所述第2GaN层是通过对利用助熔剂法形成的GaN单晶层的表面进行研磨而形成的。7.(删除)8.(追加)根据权利要求1～6中任意一项所述的GaN模板基板，其特征在于，所述第1GaN层被形成为厚度1μm～5μm。9.(追加)一种器件基板，其特征在于，包括：权利要求1～8中任意一项所述的GaN模板基板，在所述第1GaN层上外延生长而形成的第2GaN层，以及在所述第2GaN层上外延生长而形成的包括13族氮化物的器件层。