CN110499533B - 氮化物晶体基板以及氮化物晶体基板的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及氮化物晶体基板以及氮化物晶体基板的制造方法，提供一种能够使氮化物晶体基板中的载流子浓度和迁移率中的至少任一者大致均匀地分布的技术。一种氮化物晶体基板，其具有主面，由III族氮化物的晶体形成，将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的主面的反射率而求出的氮化物晶体基板的主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的氮化物晶体基板的迁移率而求出的氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，主面中央的载流子浓度N_IR相对于载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)(0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5)。

Description

氮化物晶体基板以及氮化物晶体基板的制造方法

技术领域

本发明涉及氮化物晶体基板以及氮化物晶体基板的制造方法。

背景技术

III族氮化物作为构成发光器件、电子器件等半导体装置的材料而得到广泛利用。例如，通过对在氮化物晶体基板上外延生长半导体层而成的半导体层叠物进行切割，可切分为多个半导体装置(例如参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2015-146406号公报

发明内容

发明要解决的问题

若氮化物晶体基板中的载流子浓度、迁移率存在偏差，则切分而成的多个半导体装置间的器件特性可能存在偏差。

本发明的目的在于提供能够使氮化物晶体基板中的载流子浓度和迁移率中的至少一者大致均匀地分布的技术。

用于解决问题的方案

根据本发明的一个实施方式，提供一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由III族氮化物的晶体形成，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于前述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率而求出的前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，

前述主面的中央的前述载流子浓度N_IR相对于前述载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)。

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)

根据本发明的另一实施方式，提供一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由III族氮化物的晶体形成，

将通过利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

前述主面的中心的前述迁移率μ_IR相对于前述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)。

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

根据本发明的另一个实施方式，提供一种氮化物晶体基板的制造方法，其具有如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的载流子浓度，根据前述晶体生长面侧的前述载流子浓度对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

根据本发明的另一个实施方式，提供一种氮化物晶体基板的制造方法，其具有如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的迁移率，根据前述晶体生长面侧的前述迁移率对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

发明的效果

根据本发明，能够使氮化物晶体基板中的载流子浓度和迁移率中的至少任一者大致均匀地分布。

附图说明

图1的(a)为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的概略俯视图，(b)为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的概略截面图。

图2为示出利用本发明的一个实施方式的制造方法制造的GaN晶体在室温(27℃)下测定的吸收系数的、自由电子浓度依赖性的图。

图3的(a)为示出利用本发明的一个实施方式的制造方法制造的GaN晶体的、波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图，(b)为比较波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图。

图4为示出针对基于Lorentz-Drude模型的折射率n和消光系数k的演算结果的具体例的说明图，(a)为示出载流子浓度为7×10¹⁵cm^-3时的演算结果的图，(b)为示出载流子浓度为2×10¹⁸cm^-3时的演算结果的图。

图5的(a)为示出单层的光学模型的一例的示意图，(b)为示出2层的光学模型的一例的示意图。

图6为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的主面的、利用反射型FTIR法测定的反射率光谱和利用Lorentz-Drude模型进行了拟合的反射率光谱的图。

图7的(a)为示出基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_IR相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_Elec的关系的图，(b)为示出载流子浓度比N_IR/N_Elec相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_Elec的关系的图。

图8的(a)为示出基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_IR相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_Elec的关系的图，(b)为示出迁移率比μ_IR/μ_Elec相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_Elec的关系的图。

图9为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法的流程图。

图10的(a)～(g)为示出本发明的一个实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法的概略截面图。

图11为HVPE装置200的概略构成图。

图12为示出HVPE装置200和FTIR测定装置50的概略构成图。

图13的(a)～(g)为示出比较例的氮化物晶体基板90的制造方法的概略截面图。

图14的(a)为示出比较例的氮化物晶体基板90的概略俯视图，(b)为示出比较例的氮化物晶体基板90的概略截面图。

图15的(a)为示出样品1的载流子浓度分布的图，(b)为示出样品2的载流子浓度分布的图。

图16的(a)为示出样品3的载流子浓度分布的图，(b)为示出样品4的载流子浓度分布的图。

附图标记说明

1 基底基板(基板)

2 第1晶体层

3 金属层

4 含空孔的第1晶体层

5 金属氮化层

6 第2晶体层

10 氮化物晶体基板(基板)

具体实施方式

<发明人等得到的见解>

首先，对发明人等得到的见解进行说明。

(1)氮化物晶体基板中的载流子浓度分布

作为制造氮化物晶体基板的方法，例如已知有VAS(Void-Assisted Separation，空孔形成剥离)法。对于以往的利用VAS法制造的氮化物晶体基板，由于制造工序中晶体层产生的翘曲，有时氮化物晶体基板中的载流子浓度从该基板的主面的中央侧朝向径方向的外侧呈大致同心圆状分布。以下对其原因进行说明。

使用图13的(a)～(g)对比较例的氮化物晶体基板90的制造方法进行说明。图13的(a)～(g)为示出比较例的氮化物晶体基板90的制造方法的概略截面图。图13的(e)～(g)中，第2晶体层96的颜色越浓则表示载流子浓度越高。以下，将氮化物晶体基板90简称为“基板90”。

如图13的(a)～(d)所示，首先准备具有作为晶体生长面的主面91s的基底基板91(以下简称为“基板91”)。准备基板91后，利用有机金属化合物气相外延(MOVPE)法使第1晶体层92在基板91的主面91s上生长。使第1晶体层92生长后，在第1晶体层92上蒸镀金属层93。蒸镀金属层93后，在例如包含氢(H₂)气体和氨(NH₃)气体的气氛中进行热处理。由此，使金属层93氮化并形成在表面具有微细孔穴的金属氮化层95。另外，通过借助金属氮化层95的孔穴对第1晶体层92的一部分进行蚀刻，从而在第1晶体层92中形成高密度的空孔，形成含空孔的第1晶体层94。

接着，如图13的(e)所示，利用氢化物气相外延(HVPE)法，在含空孔的第1晶体层94和金属氮化层95上使包含规定的导电型杂质的第2晶体层96进行生长。

此时，成膜气体的供给例如通过所谓的侧流，从与主面平行的方向进行。侧流的情况下，例如有时存在如下的倾向：在晶体生长过程的初期和中期，生长速率较高，而在晶体生长过程的末期，生长速率降低。认为主要原因之一在于，随着晶体生长推进，相对于气体通道，晶体生长面相对缓慢地向高处移动。

导电型杂质的添加量有在晶体的生长速率高的情况下减少、在晶体的生长速率低的情况下增多的倾向。因此，生长速率随着晶体生长推进而降低时，随着第2晶体层96的厚度方向的下方朝向上方，第2晶体层96中的杂质浓度缓慢增加。即，第2晶体层96中的杂质浓度成为沿厚度方向渐变的分布。但是，在该阶段，在第2晶体层96的晶体生长面的面内方向上，杂质浓度均匀。

另外，此时，含空孔的第1晶体层94中的空孔的一部分被第2晶体层96填埋，但含空孔的第1晶体层94中的空孔的其它部分残留。在第2晶体层96与金属氮化层95之间，由于该含空孔的第1晶体层94中残留的空孔而形成平坦的空隙。该空隙会产生后述第2晶体层6的剥离。

另外，此时，在第2晶体层96的生长过程中，由于岛状的初始核彼此吸引而在第2晶体层96中导入拉伸应力。另外，在初始核逐渐进行横向生长的过程中位错被弯曲，从而第2晶体层96的位错密度沿厚度方向缓慢地减少。

第2晶体层6的生长结束后，在冷却过程中，第2晶体层96以含空孔的第1晶体层94和金属氮化层95为分界而从基板91自然地剥离。

此时，第2晶体层96中如上所述地导入了拉伸应力。另外，第2晶体层96中如上所述地沿厚度方向产生了位错密度差。由于这些，第2晶体层96中，内部应力发挥作用而使得其主面96s侧发生凹陷。

其结果，如图13的(f)所示，第2晶体层96从基板91剥离后，以其主面96s侧变凹的方式翘曲。因此，第2晶体层96中的沿厚度方向渐变的杂质浓度分布以第2晶体层96的主面96s的中央凹陷的方式翘曲(弯曲)。另外，杂质浓度均匀的第2晶体层96的主面96s以其中央凹陷的方式翘曲。

接着，如图13的(g)所示，在相对于第2晶体层96的主面96s的中心的法线方向大致垂直的切断面SS将第2晶体层6切片。由此得到比较例的基板90。

此处，使用图14的(a)和(b)对比较例的基板90进行说明。图14的(a)为示出比较例的氮化物晶体基板90的概略俯视图，图14的(b)为示出比较例的氮化物晶体基板90的概略截面图。图14的(a)和(b)中，虚线表示等载流子浓度线。

由于第2晶体层96中的沿厚度方向渐变的杂质浓度分布发生了翘曲，因此如图14的(a)所示，通过将第2晶体层96切片而得到的比较例的基板90中的导电型杂质浓度在俯视下从主面90s的中央侧朝向径方向的外侧呈大致同心圆状分布。因此，比较例的基板90中的载流子浓度在俯视下从主面90s的中央侧朝向径方向的外侧呈大致同心圆状分布。例如，在基板90的主面90s的中央侧区域90c中，载流子浓度高，在基板90的主面90s的包围中央侧区域90c的外周侧区域90o中，载流子浓度变低。

另外，如图14的(b)所示，比较例的基板90中的载流子浓度在截面视下也从主面90s的中央侧朝向外侧呈大致同心圆状分布。在基板90的主面90s的中央侧，载流子浓度高，在基板90的背面侧，载流子浓度变低。

若基板90中的载流子浓度如此地呈大致同心圆状分布，则从该基板90切分多个半导体装置时，多个半导体装置间的器件特性可能存在偏差。另外，若载流子浓度沿基板90的厚度方向具有分布，则在由第2晶体层96得到的多个基板90之间，载流子浓度可能不同。

(2)利用FTIR法求出的载流子浓度

在半导体的领域中，有时基于利用反射型傅立叶变换红外分光(FTIR：FourierTransform Infrared Spectroscopy)法测定的主面的反射率来求出半导体中的载流子浓度。需要说明的是，以下，将基于利用FTIR法测定的主面的反射率而求出的载流子浓度也称为“利用FTIR法求出的载流子浓度”。该方法中，由于在作为半导体的被测定面的主面附近产生光的反射，因此能够求出半导体的主面附近的载流子浓度。

然而，对于利用以往的制造方法而制造的氮化物晶体基板，由于以下的两个要因，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率无法精度良好地求出载流子浓度。

(i)吸收系数的偏差

若对氮化物晶体基板照射红外区域的光，则能够产生基于自由载流子的吸收(自由载流子吸收)。基于自由载流子吸收的吸收系数有相对于载流子浓度而单调增加的倾向。

然而，对于以往的利用VAS法以外的制造方法制造的氮化物晶体基板，晶体应变大、位错密度高。因此，在以往的氮化物晶体基板中产生位错散射，由于位错散射而使吸收系数过度增大、或者产生偏差。另外，在以往的氮化物晶体基板中无意地混入了氧(O)、导电型杂质以外的杂质。因此，由于这些杂质而使吸收系数过度增大、或者产生偏差。

吸收系数过度增大、或者产生偏差时，后述消光系数k变得过度增大、或者产生偏差。因此，对于以往的氮化物晶体基板，由于消光系数k的偏差，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率无法精度良好地求出载流子浓度。

(ii)载流子浓度的偏差

对于利用以往的制造方法制造的氮化物晶体基板，有时载流子浓度在厚度方向上产生偏差。具体而言，例如，如上所述，以往的利用VAS法等制造的氮化物晶体基板中的载流子浓度在截面视下呈大致同心圆状分布。可以预想到，通过利用后述式(4)的介电常数ε并使用反射型FTIR法，能够非破坏且非接触地测定该同心圆状的载流子浓度分布。但是，对于以往的氮化物晶体基板，由于位错散射、厚度方向的载流子浓度的不均匀性，基于LO声子的衰减项增大，无法精度良好地求出载流子浓度。

(3)与利用电测量求出的载流子浓度的比较

在半导体的领域中，有时利用空穴测定、后述方法等电测量来求出半导体中的载流子浓度。由此，能够求出半导体中在整个厚度方向上平均化的载流子浓度。半导体中只要载流子浓度没有产生偏差，则利用FTIR法求出的半导体的主面侧的载流子浓度与利用电测量求出的载流子浓度一致。

然而，利用以往的制造方法制造的氮化物晶体基板中，如上所述，载流子浓度在厚度方向上具有分布，因此利用FTIR法求出的基板的主面侧的载流子浓度与利用电测量求出的载流子浓度不同。

另外，利用以往的制造方法制造的氮化物晶体基板中，如上所述地产生了吸收系数的偏差、载流子浓度的偏差，因此利用FTIR法求出的基板的主面侧的载流子浓度的精度低。因此，利用FTIR法求出的基板的主面侧的载流子浓度与利用电测量求出的载流子浓度不同。

根据以上(1)～(3)的见解，期望能够通过提高氮化物晶体基板的晶体品质来提高利用FTIR法求出的基板的主面侧的载流子浓度的精度、并且使氮化物晶体基板中的载流子浓度大致均匀地分布的技术。需要说明的是，关于氮化物晶体基板中的迁移率，也期望同样的技术。

本发明是基于发明人等发现的上述见解而作出的。

<本发明的一个实施方式>

以下，针对本发明的一个实施方式，一边参照附图一边进行说明。

(1)氮化物晶体基板的概要

使用图1对本实施方式的氮化物晶体基板10进行说明。图1的(a)为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的概略俯视图，(b)为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的概略截面图。图1的(a)和(b)中，虚线表示等载流子浓度线。

以下，基板等的主面主要是指基板等的上侧主面，有时也称为基板等的表面。另外，基板等的背面是指基板等的下侧主面。

如图1的(a)和(b)所示，本实施方式的氮化物晶体基板10(以下也称基板10)构成为制造半导体层叠物或半导体装置等时使用的圆板状的基板。基板10由III族氮化物的单晶形成，本实施方式中，例如由氮化镓(GaN)的单晶形成。

基板10具有成为外延生长面的主面10s。基板10的主面为所谓的开盒即用(Epi-Ready)面，基板10的主面10s的表面粗糙度(算术平均粗糙度Ra)例如为10nm以下、优选为5nm以下。

另外，基板10的直径D没有特别限定，例如为25mm以上。基板10的直径D低于25mm时，半导体装置的生产率容易降低。因此，基板10的直径D优选为25mm以上。另外，基板10的厚度T例如为150μm以上且2mm以下。基板10的厚度T低于150μm时，基板10的机械强度可能降低而难以维持自支撑状态。因此，基板10的厚度T优选设为150μm以上。此处，例如将基板10的直径D设为2英寸、将基板10的厚度T设为400μm。

本实施方式中，相对于基板10的主面10s最近的低指数的晶面例如为(0001)面(+c面、Ga极性面)。以下，将(0001)面称为c面。

本实施方式中，作为相对于基板10的主面10s最近的低指数的晶面的c面例如由于后述的基板10的制造方法而相对于主面10s弯曲成凹球面状。此处所说的“球面状”是指近似于球面的曲面状。另外，此处所说的“近似于球面”是指：相对于正圆球面或椭圆球面，在规定的误差范围内近似。

本实施方式中，由于基板10的c面如上所述地弯曲成凹球面状，因此至少一部分c轴(<0001>轴)相对于主面10s的法线发生倾斜。c轴相对于主面10s的法线所成的角度即“偏离角”在主面10s内具有规定的分布。基板10的偏离角例如可以用从基板10的主面10s的中央朝向径方向的距离的一次方程式来近似表示。在主面10s内的任意位置，实测的偏离角相对于由该一次方程式求出的偏离角的误差例如为±0.12°以内、优选为±0.06°以内、更优选为±0.02°以内。另外，基板10的偏离角的大小(偏离量)例如为0°以上且1.2°以下。

另外，基板10包含导电型杂质。由此，在基板10中生成规定浓度的自由载流子。本实施方式中，基板10例如包含硅(Si)和锗(Ge)中的至少任一者作为n型杂质(供体)。通过在基板10中掺杂n型杂质而在基板10中生成规定浓度的自由电子。

(2)氮化物晶体基板的晶体品质

本实施方式中，通过使基板10的晶体品质良好，从而基板10例如以如下方式构成：基于利用反射型FTIR法测定的主面10s的反射率，能够测定主面10s侧的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR。

具体而言，基板10例如满足以下的至少一个关于晶体品质的条件。

(位错密度)

本实施方式中，通过利用后述VAS法制造基板10，基板10的晶体应变减小，基板10的主面10s中的位错密度例如为5×10⁶个/cm²以下。基板10的主面10s中的位错密度超过5×10⁶个/cm²时会产生位错散射，由于位错散射，吸收系数可能过度变大、或者产生偏差。另外，基板10的主面10s中的位错密度超过5×10⁶个/cm²时，在基板10上形成的半导体层中，可能会使局部的耐压降低。与此相对，如本实施方式这样，通过使基板10的主面10s中的位错密度为5×10⁶个/cm²以下，能够减小位错散射的影响，能够抑制吸收系数的过度增大、偏差。另外，通过使基板10的主面10s中的位错密度为5×10⁶个/cm²以下，在基板10上形成的半导体层中能够抑制局部的耐压降低。

另外，由于基板10的晶体应变减小，因此在基板10中不产生裂纹。由此，能够将基板10稳定地用作半导体装置制造用基板。

(杂质浓度)

另外，本实施方式中，通过利用后述制造方法制造基板10，从而在被用作n型杂质的Si、Ge以及O中的、比较难控制添加量的O的浓度低至极限，基板10中的n型杂质的浓度通过比较容易控制添加量的Si和Ge的合计浓度确定。

即，基板10中的O的浓度相对于基板10中的Si和Ge的合计浓度低至可以无视的程度，例如1/10以下。具体而言，例如，基板10中的O的浓度低于1×10¹⁷at·cm^-3，另一方面，基板10中的Si和Ge的合计浓度为1×10¹⁸at·cm^-3以上且1.0×10¹⁹at·cm^-3以下。由此，能够通过比较容易控制添加量的Si和Ge的合计浓度来控制基板10中的n型杂质的浓度。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度N_e，以使其与基板10中的Si和Ge的合计浓度相等。

另外，本实施方式中，通过利用后述制造方法制造基板10，基板10中的n型杂质以外的杂质的浓度相对于基板10中的n型杂质的浓度(即Si和Ge的合计浓度)低至可以无视的程度，例如1/10以下。具体而言，例如，基板10中的n型杂质以外的杂质的浓度低于1×10¹⁷at·cm^-3。由此，能够减少抑制自由电子自n型杂质的生成的要因。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度N_e，以使其与基板10中的n型杂质的浓度相等。

需要说明的是，本发明人等确认到，通过采用后述制造方法，能够稳定地控制基板10中的各元素的浓度以使其满足上述条件。

根据后述制造方法，可知能够将基板10中的O和碳(C)的各浓度减少至低于5×10¹⁵at·cm^-3，进而，能够将基板10中的铁(Fe)、铬(Cr)、硼(B)等的各浓度减少至低于1×10¹⁵at·cm^-3。另外，根据该方法，可知对于除此以外的元素也能够减少至低于基于二次离子质谱(SIMS：Secondary Ion Mass Spectrometry)的测定中的检测下限值的浓度。

(吸收系数)

本实施方式中，对于基板10，例如基于基板10的自由载流子吸收，红外区域的吸收系数满足规定的条件。以下详细进行说明。

图2为示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体在室温(27℃)下测定的吸收系数的、自由电子浓度依赖性的图。需要说明的是，图2示出由利用后述制造方法掺杂Si而制造的GaN晶体形成的基板的测定结果。图2中，横轴表示波长(nm)，纵轴表示GaN晶体的吸收系数α(cm^-1)。另外，将GaN晶体中的自由电子浓度设为N_e，针对每个规定的自由电子浓度N_e，对GaN晶体的吸收系数α进行作图。需要说明的是，此处的自由电子浓度N_e为利用电测量求出的值。

如图2所示，利用后述制造方法制造的GaN晶体中，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围中，由于自由载流子吸收，随着向长波长的推进，显示出GaN晶体的吸收系数α增大(单调增加)的倾向。另外，随着GaN晶体中的自由电子浓度N_e增高，显示出GaN晶体中的自由载流子吸收增大的倾向。

本实施方式的基板10由利用后述制造方法制造的GaN晶体形成，因此本实施方式的基板10如上所述，晶体应变小，另外，成为几乎不包含O、n型杂质以外的杂质(例如对n型杂质进行补偿的杂质等)的状态。由此，本实施方式的基板10显示出如图2那样的、吸收系数的自由电子浓度依赖性。其结果，对于本实施方式的基板10，如下所述，能够以自由载流子浓度和波长的函数的形式对红外区域的吸收系数进行近似。

具体而言，将波长设为λ(μm)、27℃下的基板10的吸收系数设为α(cm^-1)、将基板10中的自由电子浓度设为N_e(cm^-3)、将K和a分别设为常数时，本实施方式的基板10中，在至少1μm以上且3.3μm以下(优选为1μm以上且2.5μm以下)的波长范围内的吸收系数α可利用式(3)进行近似。

α＝N_eKλ^a···(3)

(其中，1.5×10^-19≤K≤6.0×10^-19、a＝3)

需要说明的是，“吸收系数α可利用式(3)进行近似”是指，吸收系数α可通过最小二乘法利用式(3)进行近似。即，上述规定不仅包含吸收系数与式(3)完全一致(满足式(3))的情况，还包含在规定的误差范围内满足式(3)的情况。需要说明的是，在波长2μm下，实测的吸收系数相对于由式(3)求出的吸收系数α的误差例如为±0.1α以内、优选为±0.01α以内。

需要说明的是，式(3)中的自由电子浓度N_e例如如后所述，是基于基板10的电阻率和利用涡流法测定的基板10的迁移率μ_Elec而求出的自由电子的浓度N_Elec。

也可认为上述波长范围内的吸收系数α满足式(3’)。

1.5×10^-19N_eλ³≤α≤6.0×10^-19N_eλ³···(3’)

另外，对于满足上述规定的基板10中的高品质的基板，上述波长范围内的吸收系数α可利用式(3”)进行近似(满足式(3”))。

α＝2.2×10^-19N_eλ³···(3”)

需要说明的是，“吸收系数α可利用式(3”)进行近似”的规定与上述规定同样地，不仅包含吸收系数与式(3”)完全一致(满足式(3”))的情况，还包含在规定的误差的范围内满足式(3”)的情况。需要说明的是，在波长2μm下，实测的吸收系数相对于由式(3)求出的吸收系数α的误差例如为±0.1α以内、优选为±0.01α以内。

图2中，用细线表示利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值。具体而言，将自由电子浓度N_e为1.0×10¹⁷cm^-3时的吸收系数α的实测值用细实线表示，将自由电子浓度N_e为1.2×10¹⁸cm^-3时的吸收系数α的实测值用细虚线表示，将自由电子浓度N_e为2.0×10¹⁸cm^-3时的吸收系数α的实测值用细点划线表示。另一方面，图2中，用粗线表示式(3)的函数。具体而言，将自由电子浓度N_e为1.0×10¹⁷cm^-3时的式(3)的函数用粗实线表示，将自由电子浓度N_e为1.2×10¹⁸cm^-3时的式(3)的函数用粗虚线表示，将自由电子浓度N_e为2.0×10¹⁸cm^-3时的式(3)的函数用粗点划线表示。如图2所示，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值能够利用式(3)的函数精度良好地进行拟合。需要说明的是，图2的情况(掺杂Si的情况)下，设为K＝2.2×10^-19时，吸收系数α可精度良好地近似为式(3)。

另外，本实施方式的基板10中，在至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的吸收系数α可利用式(3)进行近似，因此在规定的波长λ下，基板10的吸收系数α相对于自由电子浓度N_e具有大致成比例的关系。

图3的(a)为示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的、波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系的图。图3的(a)中，下侧的实线(α＝1.2×10^-18n)为将K＝1.5×10^-19和λ＝2.0代入式(3)得到的函数，上侧的实线(α＝4.8×10^-18n)为将K＝6.0×10^-19和λ＝2.0代入式(3)得到的函数。另外，图3的(a)中不仅示出掺杂有Si的GaN晶体，还示出掺杂有Ge的GaN晶体。另外，示出利用透射测定对吸收系数进行测定的结果和利用椭圆偏振光谱法对吸收系数进行测定的结果。

如图3的(a)所示，将波长λ设为2.0μm时，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α相对于自由电子浓度N_e具有大致成比例的关系。另外，利用后述制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的实测值在1.5×10^-19≤K≤6.0×10^-19的范围内能够利用式(1)的函数精度良好地进行拟合。需要说明的是，利用后述制造方法制造的GaN晶体为高品质，因此吸收系数α的实测值大多能够利用K＝2.2×10^-19时的式(3)的函数、即α＝1.8×10^-18n来精度良好地进行拟合。

如此，通过精度良好地利用式(3)对使基板10的吸收系数进行近似，能够抑制基板10的吸收系数α相对于基板10中的自由电子浓度N_e的偏差。抑制基板10的吸收系数α的偏差意味着抑制后述消光系数k的偏差(α＝4πk/λ)。由此，本实施方式的基板10中，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率，能够精度良好地求出后述载流子浓度N_c(自由电子浓度N_e)和迁移率μ_IR。

(3)氮化物晶体基板中的载流子浓度和迁移率

如图1的(a)和图1的(b)所示，本实施方式的基板10中的导电型杂质浓度例如由于VAS法而从基板10的主面10s的中央侧朝向径方向的外侧呈大致同心圆状分布。由此，本实施方式的基板10中的载流子浓度例如从基板10的主面10s的中央侧朝向径方向的外侧呈大致同心圆状分布。

需要说明的是，对于此处所说的“大致同心圆状分布”，例如也可以是分布的中心从基板10的主面10s的中央偏离。另外，被等载流子浓度线包围的形状也可以不是完全的圆状，例如可以是椭圆状、变形的圆状。

本实施方式中，基板10中的载流子浓度例如在俯视下从主面10s的中央侧起呈大致同心圆状分布。将包含基板10的主面10s的中央的规定的区域称为“中央侧区域10c”、将在距基板10的主面10s的中央为规定距离的位置包围中央侧区域10c的区域称为“外周侧区域10o”时，例如，在基板10的主面10s的中央侧区域10c中，载流子浓度稍高，在基板10的主面10s的包围中央侧区域10c的外周侧区域10o中，载流子浓度稍低。

另外，基板10中的载流子浓度例如在截面视中也从主面90s的中央侧起呈大致同心圆状分布。例如，在基板10的主面10s的中央侧，载流子浓度稍高，在基板10的背面侧，载流子浓度稍低。

然而，本实施方式中，通过利用后述制造方法来适当控制导电型杂质的添加量，基板10中的载流子浓度变得大致均匀。即，基板10的主面10s的中央侧的载流子浓度与在基板10的整个厚度方向上平均化的载流子浓度之差小。另外，基板10的主面10s的中央侧区域10c中的载流子浓度与基板10的主面10s的外周侧区域10o中的载流子浓度之差小。需要说明的是，迁移率的分布也与载流子浓度的分布同样。

需要说明的是，本实施方式中，基板10中的载流子浓度和迁移率可以变得完全均匀。即，基板10中的载流子浓度和迁移率并不一定要从基板10的主面10s的中央起呈大致同心圆状分布。

本实施方式中，基板10中的载流子浓度和迁移率的分布例如通过基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR进行规定。以下详细进行说明。

(3-1)基于反射型FTIR法的载流子浓度和迁移率的求出方法

针对基于利用反射型FTIR法测定的主面10s的反射率的、基板10的主面10s侧的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR的求出方法进行说明。

作为用于光学模型的解析的介电函数模型，例如已知有Lorentz-Drude模型。Lorentz-Drude模型中，不仅要考虑自由载流子吸收，还要考虑LO声子与等离子体激元的耦合。

具体而言，Lorentz-Drude模型中的介电常数(复数介电常数)ε利用式(4)求出。

其中，ε_∞为高周波介电常数。ω_LO、ω_TO、以及ω_p分别为LO声子频率、TO声子频率、以及等离子体频率。Γ_LO、Γ_TO以及γ分别为LO声子衰减常数(damping constant)、TO声子衰减常数以及自由载流子衰减常数。

另外，等离子体频率ω_p利用式(5)求出。

其中，N_c、e、m^*分别为载流子浓度、元电荷、自由载流子的有效质量。

另外，自由载流子衰减常数γ利用式(6)求出。

其中，μ为迁移率。

此处，式(4)的介电常数ε定义为ε≡ε₁+iε₂。另外，复折射率N定义为N≡n-ik。其中，n为折射率，k为消光系数。需要说明的是，k>0。

折射率n使用ε₁和ε₂，利用式(7)求出。

消光系数k使用ε₁和ε₂，利用式(8)求出。

图4为示出针对基于Lorentz-Drude模型的折射率n和消光系数k的演算结果的具体例的说明图，图4的(a)为示出载流子浓度为7×10¹⁵cm^-3时的演算结果的图，图4的(b)为示出载流子浓度为2×10¹⁸cm^-3时的演算结果的图。

其中，在GaN晶体中，

ε_∞＝5.35、

m_e ^*＝0.22m₀、

ω_LO＝735cm^-1、

ω_TO＝557cm^-1、

Γ_LO＝12cm^-1、

Γ_TO＝6cm^-1、

图4的(a)中的γ＝35.4cm^-1、

图4的(b)中的γ＝132.6cm^-1。

如图4的(a)和(b)所示，折射率n和消光系数k根据载流子浓度N_c和迁移率μ，在近红外区域(600～2500cm^-1)和远红外区域(0～500cm^-1)中不同。这些不同反映在反射率中。

接着，设想基板10的主面10s中的反射，考虑图5的(a)的光学模型。图5的(a)为示出单层的光学模型的一例的示意图。图5的(a)中，介质N₀为大气或真空，介质N₁为基板10。另外，r_ij为从介质N_i向介质N_j入射并从介质N_j向介质N_i反射的光的振幅反射系数。

光的反射依赖于介质的复折射率。另外，光根据入射到介质时的电场的方向而区分为p偏光和s偏光。p偏光和s偏光分别表示不同的反射。将垂直于介质间的界面且包含入射光/反射光的面称为“入射面”，p偏光为电场在入射面内振动的偏光，s偏光为电场垂直于入射面振动的偏光。

p偏光的振幅反射系数r_p利用式(9)求出。

另一方面，s偏光的振幅反射系数r_s利用式(10)求出。

其中，在式(9)和式(10)中，θ_i为光从介质N_i的入射角。另外，N_ti为从介质i入射到介质t的光的复折射率。

强度反射率利用式(11)求出。

需要说明的是，垂直入射时(θ_i＝0)，利用式(12)求出。

图5的(a)中，在介质N₀与介质N₁的界面反射的光的强度反射率R通过以下的步骤求出。首先，将作为介质N₁的GaN晶体的ε_∞、m^*、ω_LO、ω_TO、Γ_LO以及Γ_TO代入式(1)～式(3)，求出介质N₁的介电常数ε。求出介质N₁的介电常数ε后，利用式(7)和式(8)求出介质N₁的折射率n和消光系数k。需要说明的是，将介质N₀假设为真空，设n＝1、k＝0。求出折射率n和消光系数k后，在式(9)和式(10)中分别设i＝0和t＝1，并代入N₀和N₁，由此求出r_01，p和r_01，s。求出r_01，p和r_01，s后，将该r_01，p和r_01，s代入式(11)。由此，可求出强度反射率R。需要说明的是，介质N₁的载流子浓度N_c和迁移率μ成为后述的拟合参数。

此处，使用图6对基板10的反射率光谱的拟合进行说明。图6为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的主面的、利用反射型FTIR法测定的反射率光谱和利用Lorentz-Drude模型进行了拟合的反射率光谱的图。需要说明的是，图6的反射率光谱的测定中，θ₀＝30°。

如图6所示，利用反射型FTIR法的测定而得到基板10的主面10s的反射率光谱(图中实线)。得到反射率光谱后，将作为介质N₁的基板10的载流子浓度N_c和迁移率μ作为拟合参数，将由上述理论式求出的强度反射率R(图中虚线)相对于利用FTIR法实测的反射率光谱进行拟合。拟合的结果，求出利用FTIR法实测的反射率光谱与由理论式求出的强度反射率R最良好地一致时的、基板10的载流子浓度N_c和迁移率μ。

如此，基于利用反射型FTIR法测定的主面10s反射率，求出基板10的主面10s侧的载流子浓度N_IR和基板10的主面10s侧的迁移率μ_IR。

需要说明的是，在基于反射型FTIR法的测定中，基板10的主面10s中的光的反射在基板10的主面10s附近产生。因此，基于利用反射型FTIR法测定的主面10s反射率而求出的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR并不反映基板10的内部的物性值，仅反映基板10的主面10s侧的物性值。

(3-2)基于电测量的载流子浓度和迁移率的求出方法

本实施方式中，基板10的载流子浓度N_Elec和迁移率μ_Elec利用以下方法求出。

利用涡流法测定基板10的迁移率μ_Elec。利用触针式的电阻测定器测定基板10的电阻。另外，利用测微仪测定基板10的厚度。求出基板10的电阻(薄层电阻)和基板10的厚度后换算成电阻率ρ。将通过这些测定求出的基板10的迁移率μ_Elec和电阻率ρ代入式(13)，由此求出基板10的载流子浓度N_Elec。

1/ρ＝eN_Elecμ_Elec···(13)

需要说明的是，确认了通过上述方法求出的基板10的载流子浓度N_Elec和迁移率μ_Elec与通过Van der Pauw法的空穴测定求出的载流子浓度和迁移率是一致的。

另外，上述涡流法中，在基板10的整个厚度方向上进行迁移率μ_Elec的测定。因此，利用上述方法求出的基板10的载流子浓度N_Elec和迁移率μ_Elec是在作为整体的基板10的整个厚度方向上平均化而得到的物性值。

(3-3)载流子浓度比

本实施方式中，如上所述，基板10的主面10s的中央侧的载流子浓度与在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的载流子浓度之差小。由此，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的基板10的主面10s中央的载流子浓度N_IR相对于利用电测量求出的基板10中的载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec变小。需要说明的是，以下也将N_IR/N_Elec称为“载流子浓度比”。

图7的(a)为示出基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_IR相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_Elec的关系的图，(b)为示出载流子浓度比N_IR/N_Elec相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的载流子浓度N_Elec的关系的图。需要说明的是，载流子浓度N_IR是基于主面10s的中央的反射率而求出的值。另外，针对反射率光谱的拟合中使用图中的各常数。需要说明的是，θ₀＝30°。

如图7的(a)所示，本实施方式中，(N_Elec，N_IR)的实测点接近于N_IR＝N_Elec的直线。即，利用电测量求出的载流子浓度N_Elec与利用反射型FTIR法求出的载流子浓度N_IR基本一致。

根据该结果可知，本实施方式中，能够使利用FTIR法实测的反射率光谱与由理论式求出的强度反射率R精度良好地进行拟合，能够精度良好地测定基板10的主面10s侧的载流子浓度N_IR。

即，能够间接确认本实施方式的基板10的晶体品质良好。

另外，根据该结果可知，利用反射型FTIR法求出的基板10的主面10s的中央的载流子浓度与利用电测量求出的在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的载流子浓度之差小。即，可知基板10中的载流子浓度在厚度方向上大致均匀。

如图7的(b)所示，本实施方式的载流子浓度比N_IR/N_Elec收束在接近于1的规定范围内。具体而言，载流子浓度比N_IR/N_Elec例如满足式(1)。

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)

优选的是，在例如n型杂质为Si或者N_Elec为9×10¹⁷cm^-3以上且7×10¹⁸cm^-3以下的情况下，载流子浓度比N_IR/N_Elec例如满足式(1’)。

0.8≤N_IR/N_Elec≤1.2···(1’)

载流子浓度比N_IR/N_Elec低于0.5或超过1.5时，基板10中的载流子浓度在厚度方向上变得不均匀。由于基板10通过VAS法而制造，因此相当于基板10中的载流子浓度在沿着主面10s的方向上也是不均匀的。若基板10中的载流子浓度在沿着主面10s的方向上不均匀，则从基板10切分多个半导体装置时，多个半导体装置间的器件特性可能产生偏差。与此相对，通过使载流子浓度比N_IR/N_Elec为0.5以上且1.5以下，基板10中的载流子浓度不仅在厚度方向上大致均匀，而且在沿着主面10s的方向上也大致均匀。由此，从基板10切分多个半导体装置时，能够抑制多个半导体装置间的器件特性产生偏差。进而，通过使载流子浓度比N_IR/N_Elec为0.8以上且1.2以下，能够减小多个半导体装置间的器件特性的差异。

需要说明的是，将在基板10的主面10s侧利用反射型FTIR法求出的载流子浓度设为N_IRF、将在基板10的背面侧利用反射型FTIR法求出的载流子浓度设为N_IRR时，确认到载流子浓度比N_IRF/N_IRR例如满足式(1”)。

0.5≤N_IRF/N_IRR≤1.5···(1”)

需要说明的是，n型杂质为Ge时(图中的方块符号)，随着载流子浓度N_Elec增大，有载流子浓度比N_IR/N_Elec缓慢地从1偏离的倾向。认为这是基于以下的理由。费米效应是随着晶体中的自由载流子增加而晶格常数发生变化的效应。基于自由载流子在GaN晶体中增加的费米效应即使在n型杂质为Si和Ge中的任一者的情况下也为正。另一方面，尺寸效应依赖于杂质的原子半径，是随着晶体中杂质浓度增加而晶格常数发生变化的效应。GaN晶体中Si浓度增加而带来的尺寸效应为负。另一方面，GaN晶体中Ge浓度增加而带来的尺寸效应比Si小。若综合这些的效应，则在n型杂质为Si时，费米效应与尺寸效应相抵消，而在n型杂质为Ge时，费米效应与尺寸效应为正。因此认为，n型杂质为Ge时，随着载流子浓度N_Elec(即Ge浓度)增大，与Si的情况相比，LO声子衰减常数Γ_LO产生差异，有载流子浓度比N_IR/N_Elec缓慢地从1偏离的倾向。

(3-4)迁移率比

本实施方式中，如上所述，基板10的主面10s的中央侧的迁移率与在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的迁移率之差小。由此，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的基板10的主面10s的中央的迁移率μ_IR相对于利用电测量求出的基板10中的迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec变小。需要说明的是，以下也将μ_IR/μ_Elec称为“迁移率比”。

图8的(a)为示出基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_IR相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_Elec的关系的图，(b)为示出迁移率比μ_IR/μ_Elec相对于利用电测量求出的氮化物晶体基板10中的迁移率μ_Elec的关系的图。需要说明的是，迁移率μ_IR是基于主面10s的中央的反射率而求出的值。另外，针对反射率光谱的拟合使用图中的各常数。

如图8的(a)所示，本实施方式中，(μ_Elec，μ_IR)的实测点接近于μ_IR＝μ_Elec的直线。即，利用电测量求出的迁移率μ_Elec与利用反射型FTIR法求出的迁移率μ_IR基本一致。

根据该结果可知，本实施方式中，能够使利用FTIR法实测的反射率光谱与由理论式求出的强度反射率R精度良好地进行拟合，能够精度良好地测定基板10的主面10s侧的迁移率μ_IR。即，能够间接确认本实施方式的基板10的晶体品质良好。

另外，根据该结果可知，利用反射型FTIR法求出的基板10的主面10s的中央的迁移率与利用电测量求出的在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的迁移率之差小。即，基板10中的迁移率在厚度方向上大致均匀。

如图8的(b)所示，本实施方式的迁移率比μ_IR/μ_Elec收束在接近于1的规定范围内。具体而言，迁移率比μ_IR/μ_Elec例如满足式(2)。

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

优选的是，在例如n型杂质为Si或者μ_Elec为100cm²/V·s以上且400cm²/V·s以下的情况下，迁移率比μ_IR/μ_Elec例如满足式(2’)。

0.7≤μ_IR/μ_Elec≤1.1···(2’)

迁移率比μ_IR/μ_Elec低于0.6或超过1.4时，基板10中的迁移率在厚度方向上变得不均匀。由于基板10通过VAS法而制造，因此相当于基板10中的迁移率在沿着主面10s的方向上也是不均匀的。若基板10中的迁移率在沿着主面10s的方向上不均匀，则从基板10切分多个半导体装置时，多个半导体装置间的器件特性可能产生偏差。与此相对，通过使迁移率比μ_IR/μ_Elec为0.6以上且1.4以下，基板10中的迁移率不仅在厚度方向上大致均匀，而且在沿着主面10s的方向上也大致均匀。由此，从基板10切分多个半导体装置时，能够抑制多个半导体装置间的器件特性产生偏差。进而，通过使迁移率比μ_IR/μ_Elec为0.7以上且1.1以下，能够减小多个半导体装置间的器件特性的差异。

(3-5)最大面内载流子浓度差

本实施方式中，如上所述，基板10的主面10s的中央侧区域10c中的载流子浓度与基板10的主面10s的外周侧区域10o中的载流子浓度之差小。

此处，将在基板10的主面10s的中央侧的中央侧区域10c中利用反射型FTIR法求出的载流子浓度N_IR的极值(极大值或极小值)记为“第1载流子浓度N_IR1”。另外，将作为在距离基板10的主面10s的中央为半径20mm以下的位置包围中央侧区域10c的外周侧区域10o中利用反射型FTIR法求出的载流子浓度N_IR、且与第1载流子浓度N_IR1相反的极值记为“第2载流子浓度N_IR2”。另外，将第1载流子浓度N_IR1和第2载流子浓度N_IR2中的较大者记为“Max(N_IR1，N_IR2)”。

本实施方式中，通过|N_IR1-N_IR2|/Max(N_IR1，N_IR2)×100求出的最大面内载流子浓度差例如为18％以下、优选为6％以下。若最大面内载流子浓度差超过18％，则从基板10切分多个半导体装置时，可能从中央侧区域10c得到的半导体装置与从外周侧区域10o得到的半导体装置之间的器件特性的差异变大。与此相对，通过使最大面内载流子浓度为18％以下，从基板10切分多个半导体装置时，能够抑制从中央侧区域10c得到的半导体装置与从外周侧区域10o得到的半导体装置之间的器件特性的差异变大。

进而，通过使最大面内载流子浓度为6％以下，能够使从中央侧区域10c得到的半导体装置与从外周侧区域10o得到的半导体装置之间的器件特性的差异减小。

(4)氮化物晶体基板的制造方法

使用图9和图10对本实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法进行说明。图9为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法的流程图。需要说明的是，将步骤省略为S。图10的(a)～(g)为示出本实施方式的氮化物晶体基板10的制造方法的概略截面图。

如图9所示，本实施方式的基板10的制造方法中，例如通过VAS法制造基板10。具体而言，本实施方式的基板10的制造方法例如具有：基底基板准备工序S110、第1晶体层形成工序S120、金属层形成工序S130、空孔形成工序S140、第2晶体层形成工序S150、剥离工序S160、切片工序S170、以及研磨工序S180。

(S110：基底基板准备工序)

首先，如图10的(a)所示，准备基底基板1(也称为晶体生长用基板。以下有时简称为“基板1”)。基板1例如为蓝宝石基板。需要说明的是，基板1也可以是例如Si基板或砷化镓(GaAs)基板。基板1例如具有成为生长面的主面1s。相对于主面1s最近的低指数的晶面例如为c面。

本实施方式中，基板1的c面例如相对于主面1s倾斜。基板1的c轴例如相对于主面1s的法线以规定的偏离角倾斜。需要说明的是，基板1的主面1s内的偏离角在整个主面中是均匀的。

(S120：第1晶体层形成工序)

接着，如图10的(b)所示，例如通过金属有机物气相外延(MOVPE)法，对加热至规定的生长温度的基板1供给作为III族原料气体的三甲基镓(TMG)气体、作为氮化剂气体的氨气体(NH₃)以及作为规定的导电型掺杂气体的甲硅烷(SiH₄)气体。由此，在基板1的主面1s上依次生长作为第1晶体层(基底生长层)2的低温生长GaN缓冲层和Si掺杂GaN层。此时，将低温生长GaN缓冲层的厚度和Si掺杂GaN层的厚度分别设为例如20nm、0.5μm。

(S130：金属层形成工序)

接着，如图10的(c)所示，在第1晶体层2上蒸镀金属层3。作为金属层3，例如形成钛(Ti)层。另外，将金属层3的厚度设为例如20nm。

(S140：空孔形成工序)

接着，如图10的(d)所示，将上述基板1投入电炉内，并将基板1载置在具有规定的加热器的基座上。将基板1载置在基座上后，利用加热器加热基板1，在含有氢气或氢化物气体的气氛中进行热处理。具体而言，例如在含有20％的NH₃气体的H₂气体气流中、以规定的温度进行20分钟热处理。需要说明的是，将热处理温度设为例如850℃以上且1100℃以下。通过进行这样的热处理，使金属层3氮化并在表面形成具有高密度的微细孔穴的金属氮化层5。另外，通过进行上述热处理，借助金属氮化层5的孔穴而将第1晶体层2的一部分蚀刻，在该第1晶体层2中形成高密度的空孔。由此，形成含空孔的第1晶体层4。

(S150：第2晶体层形成工序)

接着，使用氢化物气相外延装置(HVPE装置)200，在含空孔的第1晶体层4和金属氮化层5上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的第2晶体层(正式生长层)6。此时，利用光学测定来测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度，根据该晶体生长面侧的载流子浓度对导电型杂质的添加量进行反馈控制。以下详细进行说明。

(i)HVPE装置

使用图11，对用于第2晶体层6的生长的HVPE装置200的构成进行说明。图11为HVPE装置200的概略构成图。

如图11所示，HVPE装置200具备在内部构成有成膜室201的气密容器203。成膜室201内设置有内盖204。在内盖204所包围的位置设置有用于配置基板1的基座208。基座208连接于旋转机构216所具有的旋转轴215，以能够与该旋转机构216的驱动相应地旋转的方式构成。

在气密容器203的一端连接有用于向气体生成器233a内供给氯化氢(HCl)气体的气体供给管232a、用于向内盖204内供给氨(NH₃)气体的气体供给管232b、用于向内盖204内供给包含导电型杂质的掺杂气体的气体供给管232c、用于向内盖204内供给作为吹扫气体的氮(N₂)气体和氢(H₂)气体的混合气体(N₂/H₂气体)的气体供给管232d、以及用于向成膜室201内供给作为吹扫气体的N₂气体的气体供给管232e。气体供给管232a～232e从上游侧起依次分别设置有流量控制器241a～241e、阀243a～243e。气体供给管232a的下游设置有用于容纳作为原料的镓(Ga)熔液的气体生成器233a。气体生成器233a连接有喷嘴249a，其用于向配置在基座208上的基板1供给通过HCl气体与Ga熔液的反应而生成的氯化镓(GaCl)气体。气体供给管232b、232c的下流侧分别连接有用于向配置在基座208上的基板1供给从这些气体供给管供给的各种气体的喷嘴249b、249c。喷嘴249a～249c以使气体沿着与基座208的表面平行的方向流动的方式配置。即，这些气体的供给通过所谓的侧流来进行。

作为掺杂气体，例如在Si掺杂的情况下使用二氯硅烷(SiH₂Cl₂)气体或硅烷(SiH₄)气体，在Ge掺杂的情况下使用二氯锗烷(GeH₂Cl₂)气体或锗烷(GeH₄)气体。但是，并不一定限定于这些气体。掺杂气体例如以与N₂/H₂气体等载气的混合气体的形式从喷嘴249c供给。需要说明的是，掺杂气体为卤化物气体时，例如出于抑制该卤化物气体的热分解的目的，也可以将HCl气体与掺杂气体一同流通。

气密容器203的另一端设置有用于对成膜室201内进行排气的排气管230。排气管230设置有泵(或鼓风机)231。气密容器203的外周设置有用于将气体生成器233a内、基座208上的基板1按照区域分别加热到期望的温度的区域加热器207a、207b。另外，气密容器203内设置有用于测定成膜室201内的温度的温度传感器(未图示)。

对于上述HVPE装置200的构成构件中的、尤其是用于形成各种气体的气流的各构件，为了能够进行如后所述的低杂质浓度的晶体生长，例如以以下说明的方式构成。

具体而言，在图11中，以能够通过阴影种类来识别的方式所示，气密容器203中，作为构成高温区域的构件，优选使用由不含石英以及不含硼的材料形成的构件，所述高温区域为受到区域加热器207a、207b的辐射而被加热到晶体生长温度(例如1000℃以上)的区域，且与供给到基板1的气体接触。具体而言，作为构成高温区域的构件，优选使用例如由碳化硅(SiC)涂层石墨形成的构件。另一方面，在比较低温的区域中，优选使用高纯度石英构成构件。即，在成为比较高温且与HCl气体等接触的高温区域中，不使用高纯度石英，而是使用SiC涂层石墨来构成各构件。详细而言，用SiC涂层石墨构成内盖204、基座208、旋转轴215、气体生成器233a、各喷嘴249a～249c等。需要说明的是，构成气密容器203的炉心管只能采用石英，因此成膜室201内设置有包围基座208、气体生成器233a等的内盖204。对于气密容器203的两端的壁部、排气管230等，使用不锈钢等金属材料构成即可。

例如，根据“Polyakov et al.J.Appl.Phys.115,183706(2014)”，公开了通过在950℃下进行生长，能够实现低杂质浓度的GaN晶体的生长。然而，这样的低温生长中，会导致得到的晶体品质的降低，无法得到在热物性、电特性等方面良好的产物。

与此相对，根据本实施方式的上述HVPE装置200，在成为比较高温且与HCl气体等接触的高温区域中，使用SiC涂层石墨构成各构件。由此，即使在例如1050℃以上这样的适于GaN晶体的生长的温度区域中，也能够隔断起因于石英、不锈钢等的Si、O、C、Fe、Cr、Ni等杂质被供给到晶体生长部。其结果，能够实现使高纯度且在热物性和电特性方面也显示良好的特性的GaN晶体进行生长。

需要说明的是，HVPE装置200所具备的各构件连接于以计算机的形式构成的控制器280，以通过在控制器280上执行的程序来控制后述的处理步骤、处理条件的方式构成。

(ii)FTIR测定装置

接着，使用图12对附属于HVPE装置200的FTIR测定装置50进行说明。图12为示出HVPE装置200和FTIR测定装置50的概略构成图。需要说明的是，图12为图11的A-A’线截面图。图12中省略了区域加热器207b。

如图12所示，FTIR测定装置50例如具有主体部(测定部)51、光出射部53、光接收部55、以及解析部56。

主体部51例如以将规定的红外光转化为干涉光(Interferogram)并使该干涉光出射到外部的方式构成。具体而言，主体部51例如具有光源(未图示)、半透半反镜(未图示)、固定镜(未图示)以及移动镜(未图示)。来自光源的红外光倾斜入射至半透半反镜，并被分割为透射光和反射光。透射光被固定镜反射，反射光被移动镜反射。

这些光返回到半透半反镜并被合成。由此生成干涉光。此时，通过使移动镜的位置沿着反射光移动，可得到不同的干涉光。另一方面，主体部51例如以检测来自基板1的反射光的方式构成。

光出射部53例如借助光纤52连接于主体部51。光出射部53例如以通过气密容器203和内盖204的开口204a对基座208上的基板1以规定的入射角θ_i照射干涉光的方式构成。

光接收部55例如借助光纤54连接于主体部51。光接收部55例如以通过气密容器203和内盖204的开口204b接收来自基座208上的基板1的反射光的方式构成。

解析部56例如以对主体部51所检测的来自基板1的反射光进行利用傅立叶变换的光谱解析的方式构成。进而，解析部56例如以如下方式构成：通过将由上述理论式求出的强度反射率R相对于实测的反射率光谱进行拟合，从而求出生长中的第2晶体层6的载流子浓度N_c。解析部56以连接于HVPE装置200的控制器280并对该控制器280发送解析结果的方式构成。

(iii)生长工艺

使用HVPE装置200和FTIR测定装置50，通过以下的步骤使第2晶体层6进行生长。以下，构成HVPE装置200的各部分的操作通过控制器280进行控制。

基板1向成膜室201内的搬入完成后，关闭炉口，一边实施成膜室201内的加热、排气、以及基座208的旋转，一边开始向成膜室201内供给H₂气体、或H₂气体与N₂气体。然后，在成膜室201内达到期望的处理温度、处理压力且成膜室201内的气氛成为期望的气氛的状态下，开始从气体供给管232a、232b供给HCl气体、NH₃气体，并对基板1的主面1s供给包含GaCl气体、NH₃气体以及掺杂气体的成膜气体。

由此，如图10的(e)所示，在含空孔的第1晶体层4和金属氮化层5上形成第2晶体层6。此时，例如通过供给SiH₂Cl₂气体作为掺杂气体，可在第2晶体层6中添加作为n型杂质的Si。

此时，对于区域加热器207a，例如设定为700～900℃的温度，对于区域加热器207b，例如设定为1000～1200℃的温度。由此，基座208被调整为1000～1200℃的规定的温度。需要说明的是，在基座208的温度为1000～1200℃的范围内，也可以使用内部加热器(未图示)实施温度控制。

作为本步骤的其他处理条件，以下进行例示。

处理压力：0.5～2气压

GaCl气体的分压：0.1～20kPa

NH₃气体的分压/GaCl气体的分压：1～100

H₂气体的分压/GaCl气体的分压：0～100

SiH₂Cl₂气体的分压：2.5×10^-5～1.3×10^-3kPa

(iv)基于载流子浓度的反馈控制

在第2晶体层6的生长过程中，通过侧流供给成膜气体。因此，成膜气体的供给位置被固定，成膜气体流通的气体通道基本一定，与此相对，随着第2晶体层6的晶体生长推进，第2晶体层6的晶体生长面的位置相对发生变化。例如，在本实施方式的HVPE装置200中，随着第2晶体层6的晶体生长，相对于成膜气体通道，第2晶体层6的晶体生长面的位置相对缓慢地变高。

因此，例如存在如下的倾向：在晶体生长过程的初期和中期，生长速率较高，而在晶体生长过程的末期，生长速率降低。此时，导电型杂质的添加量有在晶体的生长速率高的情况下减少、在晶体的生长速率低的情况下增多的倾向。因此，若随着晶体生长推进而生长速率降低，则随着从第2晶体层6的厚度方向的下方朝向上方，第2晶体层96中的杂质浓度有可能缓慢增加。

因此，本实施方式中，例如利用光学测定来原位(in-situ)测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，根据第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c对导电型杂质的添加量进行反馈控制。由此，能够使例如第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上均匀。

需要说明的是，本实施方式中，通过使用上述HVPE装置200，能够使第2晶体层6的晶体品质良好。由此，即使是第2晶体层6的生长中，也能够利用光学测定来精度良好地测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c。

本实施方式中，作为光学测定，例如使用上述反射型的FTIR测定装置50。

具体而言，通过对第2晶体层6正在缓慢生长的基板1照射干涉光并接收来自该基板1的反射光，从而检测反射光谱。得到反射率光谱后，将由上述理论式求出的强度反射率R相对于实测的反射率光谱进行拟合。拟合的结果，求出实测的反射率光谱与由理论式求出的的强度反射率R最良好地一致时的、第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c。求出第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c后，基于该载流子浓度N_c，对导电型杂质的添加量进行反馈控制。

此时，基于FTIR测定装置50的原位测定中，不仅是来自基板1的反射光，来自被加热的基板1侧的热辐射带来的红外光也被接收。因此，例如按照以下的顺序排除基于热辐射的红外光的影响。具体而言，首先，在制造基板10之前，预先准备光在表面发生全反射的参比基板，将该参比基板加热至第2晶体层6的生长温度。需要说明的是，作为参比基板，使用形成有具有第2晶体层6的生长温度以上的熔点的金属的基板。具体而言，参比基板为形成有铂(Pt)的蓝宝石基板。加热参比基板后，对该参比基板照射干涉光，测定包含来自参比基板的全反射光和基于热辐射的红外光的参比光谱。在实际的第2晶体层6的生长过程中，算出包含来自基板1的反射光和基于热辐射的红外光的反射光谱相对于参比光谱的比率，由此排除基于热辐射的红外光的影响。

另外，此时，根据第2晶体层6的厚度，改变应用于拟合的光学模型。

(晶体生长过程的初期)

在晶体生长过程的初期，得到来自具有基板1、含空孔的第1晶体层4、金属氮化层5、以及第2晶体层6的层叠结构的反射光光谱。然而，由于来自比金属氮化层5更下侧的反射成分小，因此可以将实际的层叠结构考虑成仅包含金属氮化层5和第2晶体层6的2层结构。

此处，设想仅包含金属氮化层5和第2晶体层6的2层结构中的反射，考虑图5的(b)的光学模型。图5的(b)为示出2层的光学模型的一例的示意图。介质N₀为大气或真空，介质N₁为第2晶体层6，介质N₂为金属氮化层5。

在该2层结构的光学模型中，对于振幅反射系数r₀₁₂，考虑第2晶体层6中的多重反射。振幅反射系数r₀₁₂通过利用了菲涅尔方程的式(14)求出。

式(14)中的相位变化β通过式(15)求出。需要说明的是，在式(15)中，θ₁和θ₀均为光的入射角度。另外，N₁为第2晶体层6的复折射率。

图5的(b)中，2层结构的光学模型中的光的强度反射率R通过以下的步骤求出。首先，通过式(1)～式(3)、式(7)和式(8)求出介质N₁和介质N₂的折射率n₁和n₂、消光系数k₁和k₂。求出折射率和消光系数后，通过式(9)和式(10)求出r_01，p、r_01，s、r_12，p以及r_12，s。求出该r_01，p、r_01，s、r_12，p以及r_12，s后，将这些振幅反射系数代入式(14)，求出r_012，p和r_012，s。求出r_012，p和r_012，s后，将该r_012，p和r_012，s代入式(11)。由此，可求出2层结构的光学模型中的强度反射率R。

利用FTIR法得到反射光谱后，将作为介质N₁的第2晶体层6的载流子浓度N_c、迁移率μ以及厚度d₁作为拟合参数，将由上述理论式求出的强度反射率R相对于利用FTIR法实测的反射率光谱进行拟合。拟合的结果，求出利用FTIR法实测的反射率光谱与由理论式求出的的强度反射率R最良好地一致时的、第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c和迁移率μ、以及第2晶体层6的厚度d₁。求出这些拟合参数后，基于载流子浓度N_c，对导电型杂质的添加量进行反馈控制。

需要说明的是，应用2层结构的光学模型的情况是第2晶体层6的厚度d₁为100μm以下。若利用上述拟合求出的第2晶体层6的厚度d₁超过100μm，则应用以下的光学模型。

(晶体生长过程的中期和末期)

对于第2晶体层6的厚度d₁超过100μm的、晶体生长过程的中期和末期，金属氮化层5的表面、比金属氮化层5更下侧的反射成分变小，因此可以将实际的层叠结构考虑成仅包含第2晶体层6的单层结构。

因此，通过与求出上述基板10的强度反射率R时同样的步骤，能够求出第2晶体层6正在生长时的层叠结构的强度反射率R。

利用FTIR法得到反射光谱后，将作为介质N₁的第2晶体层6的载流子浓度N_c和迁移率μ作为拟合参数，将由上述理论式求出的强度反射率R相对于利用FTIR法实测的反射率光谱进行拟合。拟合后，与晶体生长过程的初期同样地，基于第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，对导电型杂质的添加量进行反馈控制。

(本征载流子浓度的影响)

用于上述控制的第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c为第2晶体层6的生长温度下的载流子浓度。对于由GaN晶体形成的第2晶体层6，随着温度升高，在带间(价电子带与导带之间)热激发的本征载流子浓度变高。然而，即使第2晶体层6的温度为晶体生长温度，在GaN晶体的带间热激发的本征载流子浓度也低于约7×10¹⁵cm^-3，充分低于通过导电型杂质的掺杂而在GaN晶体中生成的自由载流子的浓度(例如1×10¹⁷cm^-3以上)。即，可以认为第2晶体层6的生长温度下的第2晶体层6的载流子浓度N_c与室温下的第2晶体层6的载流子浓度N_c大致相等。因此，基于第2晶体层6的生长温度下的第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，可以一边预测在室温下完成后的基板10中的载流子浓度，一边对导电型杂质的添加量进行反馈控制。

(v)反馈控制的具体内容

本实施方式中，例如根据第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，对导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上变得均匀。

具体而言，例如对导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得完成后的基板10中载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)。

例如，在如本实施方式的HVPE装置200那样地、第2晶体层6的生长速率缓慢降低的装置中，随着第2晶体层6的生长速率缓慢降低，使导电型杂质的添加量缓慢减少。由此，能够抑制因第2晶体层6的生长速率降低而使第2晶体层6中的导电型杂质的浓度相对增加。此时，为了使导电型杂质的添加量缓慢减少，例如使掺杂气体的分压减少。需要说明的是，若第2晶体层6的生长速率缓慢降低，则也可以增加GaCl气体的分压，抑制生长速率的降低。

需要说明的是，例如，在第2晶体层6的生长速率缓慢升高的装置中，随着第2晶体层6的生长速率缓慢升高，也可以缓慢增加导电型杂质的添加量。由此，能够抑制因第2晶体层6的生长速率上升而使第2晶体层6中的导电型杂质的浓度相对降低。此时，为了使导电型杂质的添加量缓慢增加，例如使掺杂气体的分压增加。需要说明的是，若第2晶体层6的生长速率缓慢升高，则也可以减少GaCl气体的分压，抑制生长速率的上升。

通过这些控制，能够使完成后的基板10的载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)。

(vi)关于晶体生长过程

第2晶体层形成工序S150中，第2晶体层6从含空孔的第1晶体层4借助金属氮化层5的孔穴而在含空孔的第1晶体层4和金属氮化层5上生长。含空孔的第1晶体层4中的空孔的一部分被第2晶体层6填埋，但含空孔的第1晶体层4中的空孔的其它部分残留。在第2晶体层6与金属氮化层5之间，由于该含空孔的第1晶体层4中残留的空孔而形成平坦的空隙。该空隙会产生后述剥离工序S160中的第2晶体层6的剥离。

另外，此时，在第2晶体层6的生长过程中，由于岛状的初始核彼此吸引而在第2晶体层6中导入拉伸应力。另外，在形成第2晶体层6的初始核逐渐进行横向生长的过程中位错被弯曲，从而第2晶体层6的位错密度沿厚度方向缓慢地减少。

另外，此时，第2晶体层6继承基板1的取向性而生长。即，此时的第2晶体层6的主面内的偏离角与基板1的主面1s内的偏离角同样地，在整个主面中均匀。

另外，此时，将第2晶体层6的厚度设为例如600μm以上、优选为1mm以上。需要说明的是，第2晶体层的厚度的上限值没有特别限定，从提高生产率的观点出发，优选将第2晶体层6的厚度设为50mm以下。

(S160：剥离工序)

第2晶体层6的生长结束后，在向成膜室201内供给NH₃气体、N₂气体并且同时对成膜室201内进行排气的状态下，分别停止对气体生成器233a供给HCl气体、对成膜室201内供给H₂气体、基于区域加热器207a、207b的加热。然后，在成膜室201内的温度降温至500℃以下后停止供给NH₃气体，将成膜室201内的气氛置换成N₂气体而使其恢复至大气压。然后，使成膜室201内降温至例如200℃以下的温度、即能够从气密容器203内搬出基板1的温度。

此时，在将用于使第2晶体层6进行生长的HVPE装置200冷却的过程中，第2晶体层6以含空孔的第1晶体层4和金属氮化层5为边界而从基板1自然地剥离。

此时，第2晶体层6中导入了拉伸应力。因此，由于第2晶体层6中产生的拉伸应力，在第2晶体层6中，内部应力发挥作用而使其表面侧凹陷。另外，第2晶体层6的主面(表面)6s侧的位错密度低，另一方面，第2晶体层6的背面侧的位错密度变高。因此，也由于第2晶体层6的厚度方向的位错密度差，在第2晶体层6中，内部应力发挥作用而使其表面侧凹陷。

其结果，如图10的(f)所示，第2晶体层6在从基板1剥离后，以其表面侧变凹的方式翘曲。

然而，在上述第2晶体层形成工序S150中，通过根据第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c对导电型杂质的添加量进行反馈控制，第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上变得均匀。因此，即使第2晶体层6发生翘曲，也能够将剥离后的第2晶体层6中的载流子浓度分布维持为大致均匀。

需要说明的是，由于第2晶体层6发生翘曲，因此第2晶体层6的c面相对于与第2晶体层6的主面6s的中心的法线方向垂直的面弯曲成凹球面状。c轴相对于第2晶体层6的主面6s的中心的法线所成的偏离角具有规定的分布。

使成膜室201内充分降温后，将基板1和第2晶体层6从成膜室201内搬出到外部。

(S170：切片工序)

接着，如图10的(g)所示，例如沿着相对于第2晶体层6的主面6s的中心的法线方向大致垂直的切断面SS，利用线锯将第2晶体层6切片。

由此，形成作为原位切片(as-sliced)基板的基板10。此时，将基板10的厚度设为例如450μm。

(S180：研磨工序)

接着，利用研磨装置研磨基板10的两面。

通过以上，可得到由GaN的单晶形成的基板10。

对于完成后的基板10，载流子浓度比N_IR/N_Elec例如满足式(1)。另外，若满足上述载流子浓度比N_IR/N_Elec，则与此同时，迁移率比μ_IR/μ_Elec例如满足式(2)。另外，基板10的最大面内载流子浓度差例如为18％以下。需要说明的是，相对于基板10的主面10s最近的低指数的晶面成为相对于主面10s弯曲成凹球面状的c面。

(5)根据本实施方式得到的效果

根据本实施方式，可得到以下所示的1种或多种效果。

(a)本实施方式的基板10以能够基于利用反射型FTIR法测定的主面10s反射率来测定主面10s侧的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR的方式构成。认为这是因为，利用本实施方式的制造方法制造的基板10的晶体应变小，另外，成为几乎不含O、导电型杂质以外的杂质的状态。如此，通过使基板10的晶体品质良好，在基板10中，能够使利用FTIR法实测的反射率光谱与由理论式求出的强度反射率R精度良好地进行拟合，能够精度良好地测定基板10的主面10s侧的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR。

(b)本实施方式的基板10中，载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)(0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5)。利用电测量求出的基板10中的载流子浓度N_Elec是在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的物性值。另一方面，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率而求出的基板10中的载流子浓度N_IR是仅反映基板10的主面10s侧的物性值。因此，通过如上所述地使载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)，利用反射型FTIR法求出的基板10的主面10s的中央侧(中央附近)的载流子浓度与利用电测量求出的在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的载流子浓度之差小。即，基板10中的载流子浓度在厚度方向变得大致均匀。本实施方式中，由于基板10通过VAS法而制造，因此相当于基板10中的载流子浓度不仅在厚度方向上大致均匀，而且在沿着主面10s的方向上也大致均匀。由此，从基板10切分多个半导体装置时，能够抑制多个半导体装置间的器件特性产生偏差。

(c)本实施方式的基板10中，迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)(0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4)。利用反射型FTIR法求出的基板10的主面10s的中央侧(中央附近)的迁移率与利用电测量求出的在基板10的整个厚度方向上平均化而得到的迁移率之差小。本实施方式中，由于基板10通过VAS法而制造，因此相当于基板10中的迁移率不仅在厚度方向上大致均匀，而且在沿着主面10s的方向上也大致均匀。由于该理由，从基板10切分多个半导体装置时，也能够抑制多个半导体装置间的器件特性产生偏差。

(d)本实施方式的基板10中，由|N_IR1-N_IR2|/Max(N_IR1，N_IR2)×100求出的最大面内载流子浓度差为18％以下。由此，从基板10切分多个半导体装置时，能够抑制从中央侧区域10c得到的半导体装置与从外周侧区域10o得到的半导体装置之间的器件特性的差异变大。

(e)本实施方式中，通过利用后述VAS法制造基板10，基板10的晶体应变减小，基板10的主面10s中的位错密度为5×10⁶个/cm²以下。由此，能够减小位错散射的影响，能够抑制吸收系数的过度增大、偏差。

(f)本实施方式中，基板10中的O的浓度相对于基板10中的Si和Ge的合计浓度为1/10以下。由此，能够通过比较容易控制添加量的Si和Ge的合计浓度来控制基板10中的n型杂质的浓度。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度N_e，以使其与基板10中的Si和Ge的合计浓度相等。

(g)本实施方式中，基板10中的n型杂质以外的杂质的浓度相对于基板10中的Si和Ge的合计浓度为1/10以下。由此，能够减少抑制自由电子自n型杂质的生成的要因。其结果，能够精度良好地控制基板10中的自由电子浓度N_e，以使其与基板10中的n型杂质的浓度相等。

(h)利用本实施方式的制造方法制造的基板10如上所述，晶体应变小，另外，成为几乎不含O、n型杂质以外的杂质(例如对n型杂质进行补偿的杂质等)的状态。由此，对于本实施方式的基板10，可以使用规定的常数K和常数a，利用式(3)(α＝N_eKλ^a)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的吸收系数α进行近似。

需要说明的是，仅供参考，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(3)来精度良好地对吸收系数α进行近似。

此处，图3的(b)为示出对波长2μm下的吸收系数相对于自由电子浓度的关系进行比较的图。图3的(b)中，不仅示出利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数，还示出论文(A)～(D)记载的GaN晶体的吸收系数。

论文(A)：A.S.Barker Physical Review B 7(1973)p743Fig.8

论文(B)：P.Perlin,Physicsl Review Letter 75(1995)p296Fig.1由0.3GPa的曲线推定。

论文(C)：G.Bentoumi,Materical Science Engineering B50(1997)p142-147Fig.1

论文(D)：S.Porowski,J.Crystal Growth 189-190(1998)p.153-158Fig.3其中，T＝12K

如图3的(b)所示，论文(A)～(D)记载的以往的GaN晶体的吸收系数α大于利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α。另外，以往的GaN晶体的吸收系数α的斜率与利用本实施方式的制造方法制造的GaN晶体的吸收系数α的斜率不同。需要说明的是，在论文(A)和(C)中，还发现吸收系数α的斜率随着自由电子浓度N_e增大而发生变化。因此，对于论文(A)～(D)记载的以往的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(3)来精度良好地对吸收系数α进行近似。具体而言，例如，可能常数K比上述规定的范围高、或者常数a变为3以外的值。

认为这是由于以下的理由。以往的GaN晶体中，认为由于其制造方法而产生较大的晶体应变。在GaN晶体中产生晶体应变时，GaN晶体中的位错增多。因此，对于以往的GaN晶体，认为产生位错散射，并由于位错散射而吸收系数α增大、或出现偏差。或，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，认为无意地混入的O的浓度高。若O以高浓度混入GaN晶体中，则GaN晶体的晶格常数a和c增大(参考：Chris G.Van de Walle，Physical Review B vol.68，165209(2003))。因此，认为在以往的GaN晶体中，被O污染的部分与纯度比较高的部分之间产生局部的晶格不匹配，在GaN晶体中产生晶体应变。其结果，对于以往的GaN晶体，认为吸收系数α增大、或出现偏差。或者，对于利用以往的制造方法制造的GaN晶体，认为对n型杂质进行补偿的补偿杂质无意地混入，补偿杂质的浓度变高。若补偿杂质的浓度高，则为了得到规定的自由电子浓度，需要高浓度的n型杂质。因此，在以往的GaN晶体中，认为包含补偿杂质和n型杂质的合计杂质浓度变高，晶体应变增大。其结果，对于以往的GaN晶体，认为吸收系数α增大、或出现偏差。需要说明的是，实际上对于含有O而晶格变形的GaN自支撑基板，与具有相同的自由电子浓度的本实施方式的基板10相比，确认到(迁移率低且)吸收系数α高。

由于这样的理由，对于以往的GaN晶体，难以使用上述规定的常数K和常数a通过式(3)来精度良好地对吸收系数α进行近似。如此，吸收系数α过度增大、或出现偏差时，消光系数k过度增大、或出现偏差。因此，对于以往的GaN晶体，由于消光系数k的偏差，无法基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率来精度良好地求出载流子浓度。

与此相对，利用本实施方式的制造方法制造的基板10的晶体应变小，另外，成为几乎不含O、n型杂质以外的杂质的状态。对于本实施方式的基板10的吸收系数，源自晶体应变的散射(位错散射)造成的影响小，主要依赖于离子化杂质散射。由此，能够减小基板10的吸收系数α的偏差，能够使用规定的常数K和常数a通过式(3)对基板10的吸收系数α进行近似。通过利用式(3)精度良好地对基板10的吸收系数进行近似，能够抑制基板10的吸收系数α相对于基板10中的自由电子浓度N_e的偏差。抑制基板10的吸收系数α的偏差意味着抑制消光系数k的偏差(α＝4πk/λ)。由此，对于本实施方式的基板10，基于利用反射型FTIR法测定的主面的反射率，能够精度良好地求出载流子浓度N_c(自由电子浓度N_e)和迁移率μ_IR。

(i)在第2晶体层形成工序S150中，利用光学测定来原位测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，根据晶体生长面侧的载流子浓度N_c对导电型杂质的添加量进行反馈控制。通过在第2晶体层6的生长中实时测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度N_c，即使是第2晶体层6的生长中，也能够一边预测完成后的基板10的载流子浓度分布一边对导电型杂质的添加量进行反馈控制。由此，例如能够使第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上均匀。在VAS法中，第2晶体层6从基板1剥离时会发生翘曲。然而，通过使第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上均匀，即使第2晶体层6发生翘曲，也能够将剥离后的第2晶体层6中的载流子浓度分布维持为大致均匀。其结果，能够使将第2晶体层6切片而得到的基板10中的载流子浓度在厚度方向以及沿着主面10s的方向上分别大致均匀。

(j)第2晶体层形成工序S150中，通过使第2晶体层6中的载流子浓度在厚度方向上大致均匀，从第2晶体层6切片多个基板10时，能够减小基板10中的载流子浓度的切片位置依赖性。由此，能够抑制多个基板10之间产生载流子浓度差。

(k)在如本实施方式的HVPE装置200那样地、第2晶体层6的生长速率缓慢降低的装置中，随着第2晶体层6的生长速率缓慢降低，使导电型杂质的添加量缓慢减少。由此，能够抑制因第2晶体层6的生长速率降低而使第2晶体层6中的导电型杂质的浓度相对增加。

另一方面，在第2晶体层6的生长速率缓慢升高的装置中，随着第2晶体层6的生长速率缓慢升高，也可以缓慢增加导电型杂质的添加量。由此，能够抑制因第2晶体层6的生长速率上升而使第2晶体层6中的导电型杂质的浓度相对降低。

<其他实施方式>

以上对本发明的实施方式具体进行了说明。然而，本发明不限定于上述实施方式，可以在不脱离其主旨的范围内进行各种变更。

上述实施方式中，针对基板10由GaN形成的情况进行了说明，但基板10不限于GaN，例如也可以由AlN、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)等III族氮化物、即Al_xIn_yGa_1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的组成式所示的III族氮化物形成。

上述实施方式中，对在基板10的主面10s的中央侧区域10c中载流子浓度稍高、在基板10的主面10s的包围中央侧区域10c的外周侧区域10o中载流子浓度稍低的情况进行了说明，但不限定于该情况。例如，在相对于第2晶体层形成工序S150中的气体通道，第2晶体层6的晶体生长面缓慢接近的情况下，认为在晶体生长过程的初期和中期，生长速率比较低，而在晶体生长过程的末期，生长速率增高。因此，该情况下，也可以是在基板10的主面10s的中央侧区域10c中，载流子浓度稍低，在基板10的主面10s的包围中央侧区域10c的外周侧区域10o中，载流子浓度稍高。

上述实施方式中，对于基板10，针对载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)且迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)的情况进行了说明，但只要载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)和迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)中的至少任一者成立即可。由此，能够得到载流子浓度的大致均匀性和迁移率的大致均匀性中的至少任一者的效果。

上述实施方式中，对于包含n型杂质的基板10，针对自由电子的载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)、迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)的情况进行了说明，但对于包含p型杂质的基板10，也能够使空穴的载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)、迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)。需要说明的是，求出空穴的载流子浓度比N_IR和迁移率比μ_IR时，需要使用LO-phonon holeplasmon-coupling模型。

上述实施方式中，针对使用VAS法进行第2晶体层形成工序S150，在该第2晶体层形成工序S150中，根据利用光学测定来测定的第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度对导电型杂质的添加量进行反馈控制的情况进行了说明，但也可以使用VAS法以外的晶体生长方法并应用上述反馈控制。但是，在能够降低位错密度的方面，优选为VAS法。

上述实施方式中，针对在第2晶体层形成工序S150中，利用反射型FTIR法作为光学测定来测定第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度，并根据第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度对导电型杂质的添加量进行反馈控制的情况进行了说明，但也可以利用反射型FTIR法以外的方法作为光学测定来测定晶体层的结晶性帐面侧的载流子浓度，并应用上述反馈控制。作为反射型FTIR法以外的方法，可列举出椭圆偏振光谱法等。

上述实施方式中，针对在第2晶体层形成工序S150中，根据第2晶体层6的晶体生长面侧的载流子浓度对导电型杂质的添加量进行反馈控制的情况进行了说明，但也可以根据第2晶体层6的结晶性帐面侧的迁移率对导电型杂质的添加量进行反馈控制。此时，例如实施上述反馈控制以使基板10的迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)。

实施例

以下针对用于证明本发明的效果的各种实验结果进行说明。

(1)氮化物晶体基板的制造

按照以下条件制造氮化物晶体基板的样品1～4。

(样品1～3)

材质：GaN

导电型杂质：Si

制造方法：VAS法

载流子浓度的反馈控制：有(在厚度方向上均匀化)

基板厚度：400μm

相对于主面最近的低指数的晶面：(0001)面

(样品4)

载流子浓度的反馈控制：无

其他条件与样品1～3同样

需要说明的是，杂质浓度在样品1～4中设为各自不同的值。

(2)评价

(基于反射型FTIR法的载流子浓度和迁移率的测定)

利用反射型FTIR法测定氮化物晶体基板的主面的反射率光谱。将由理论式求出的强度反射率R相对于实测的反射率光谱进行拟合，由此求出氮化物晶体基板的主面的中央侧的载流子浓度N_IR和迁移率μ_IR。需要说明的是，理论式的各常数使用图7的(a)记载的数值。

进而，通过在氮化物晶体基板的整个主面进行基于反射型FTIR法的反射率光谱的测定，测定氮化物晶体基板的主面中的载流子浓度N_IR的分布。其结果，求出最大面内载流子浓度差。

(基于电测量的载流子浓度和迁移率的测定)

利用涡流法测定氮化物晶体基板的迁移率μ_Elec。利用触针式的电阻测定器测定氮化物晶体基板的电阻(薄层电阻)。利用测微仪测定氮化物晶体基板的厚度。基于氮化物晶体基板的电阻和厚度换算成电阻率ρ。将通过这些测定求出的氮化物晶体基板的迁移率μ_Elec和电阻率ρ代入式(13)，由此求出氮化物晶体基板的载流子浓度N_Elec。

(载流子浓度比和迁移率比的算出)

利用上述测定结果，求出载流子浓度比N_IR/N_Elec和迁移率比μ_IR/μ_Elec。

(3)结果

将样品1～4的评价结果示于以下的表1。

[表1]

	样品1	样品2	样品3	样品4
					反馈控制	有	有	有	无
载流子浓度N<sub>IR</sub>(×10<sup>18</sup>cm<sup>-3</sup>)	3.5	1.4	2.7	9.0
					载流子浓度N<sub>Elec</sub>(×10<sup>18</sup>cm<sup>-3</sup>)	3.8	1.4	2.4	18.5
载流子浓度比N<sub>IR</sub>/N<sub>Elec</sub>	0.93	1.04	1.09	0.49
					最大面内载流子浓度差(％)	3.76	5.42	4.11	18.74
迁移率μ<sub>IR</sub>(cm<sup>2</sup>/V·s)	191.3	291.5	209.8	122.2
					迁移率μ<sub>Elec</sub>(cm<sup>2</sup>/V·s)	223.6	312.6	266.6	209.6
迁移率比μ<sub>IR</sub>/μ<sub>Elec</sub>	0.86	0.93	0.79	0.58

图15的(a)为示出样品1的载流子浓度分布的图，图15的(b)为示出样品2的载流子浓度分布的图。图16的(a)为示出样品3的载流子浓度分布的图，图16的(b)为示出样品4的载流子浓度分布的图。需要说明的是，图15的(a)～图16的(b)中，分别地，用红色表示的最大值以及用蓝色表示的最小值不同。

(样品4)

对于未进行反馈控制的样品4，载流子浓度比N_IR/N_Elec低于0.5，迁移率比μ_IR/μ_Elec低于0.6。对于样品4，认为由于在第2晶体层形成工序中未进行第2晶体层的载流子浓度的反馈控制，因此第2晶体层中的Si浓度成为在厚度方向上渐变的分布。其结果，认为由第2晶体层得到的氮化物晶体基板中的载流子浓度在厚度方向上变得不均匀。

如图16的(b)所示，在样品4中，氮化物晶体基板的主面侧的载流子浓度N_IR虽然最大值从中央偏离，但具有大致同心圆状的分布。对于样品4，载流子浓度N_IR的最大值与最小值之差较大，载流子浓度N_IR在沿着主面的方向上变得不均匀。因此，最大面内载流子浓度差超过18％。对于样品4，在剥离工序中，认为在第2晶体层中的厚度方向上渐变的杂质浓度分布发生翘曲，因此由第2晶体层得到的氮化物晶体基板中的载流子浓度在沿着主面的方向上变得不均匀。

(样品1～3)

对于进行了反馈控制的样品1～3，载流子浓度比N_IR/N_Elec满足式(1)(0.5以上且1.5以下)，并且还满足作为优选范围的(1)’(0.8以上且1.2以下)。另外，迁移率比μ_IR/μ_Elec满足式(2)(0.6以上且1.4以下)，并且还满足作为优选范围的式(2)’(0.7以上且1.1以下)。对于样品1～3，由于在第2晶体层形成工序中进行了第2晶体层的载流子浓度的反馈控制，因此能够使第2晶体层中的Si浓度在厚度方向上大致均匀。其结果，确认到能够使由第2晶体层得到的氮化物晶体基板中的载流子浓度在厚度方向上大致均匀。

如图15的(a)、图15的(b)以及图16的(a)所示，对于样品1～3，氮化物晶体基板的主面侧的载流子浓度N_IR具有大致同心圆状的分布。然而，样品1～3中，载流子浓度N_IR的最大值与最小值之差较小，载流子浓度N_IR在沿着主面的方向上大致均匀。由此，最大面内载流子浓度差成为18％以下，并且成为作为优选范围的6％以下。对于样品1～3，通过反馈控制而使第2晶体层中的载流子浓度在厚度方向上均匀，由此，在剥离工序中，即使第2晶体层发生翘曲，也能够将剥离后的第2晶体层中的载流子浓度分布维持为大致均匀。其结果，确认到能够使由第2晶体层得到的氮化物晶体基板中的载流子浓度在沿着主面的方向上大致均匀。

<本发明的优选实施方式>

以下对本发明的优选实施方式进行附记。

(附记1)

一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由III族氮化物的晶体形成，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于前述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率而求出的前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，

前述主面的中央的前述载流子浓度N_IR相对于前述载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)。

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)

(附记2)

根据附记1所述的氮化物晶体基板，其中，前述比率N_IR/N_Elec满足式(1’)。

0.8≤N_IR/N_Elec≤1.2···(1’)

(附记3)

根据附记1或2所述的氮化物晶体基板，其具有：

中央侧区域，其在前述氮化物晶体基板的前述主面内的中央侧具有利用反射型傅立叶变换红外光谱法求出的前述载流子浓度N_IR的极值即第1载流子浓度N_IR1；以及，

外周侧区域，其在距前述氮化物晶体基板的前述主面的中央为半径20mm以下的位置包围前述中央侧区域，且具有与前述第1载流子浓度N_IR1相反的极值即第2载流子浓度N_IR2，

将前述第1载流子浓度N_IR1和前述第2载流子浓度N_IR2中的较大者设为Max(N_IR1，N_IR2)时，通过|N_IR1-N_IR2|/Max(N_IR1，N_IR2)×100求出的最大面内载流子浓度差为18％以下。

(附记4)

根据附记3所述的氮化物晶体基板，其中，前述最大载流子浓度差为6％以下。

(附记5)

根据附记1～4中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

前述主面的中央的前述迁移率μ_IR相对于前述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)。

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

(附记6)

一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由III族氮化物的晶体形成，

将通过利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

前述主面的中心的前述迁移率μ_IR相对于前述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)。

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

(附记7)

根据权利要求5或6所述的氮化物晶体基板，其中，前述比率μ_IR/μ_Elec满足式(2’)。

0.7≤μ_IR/μ_Elec≤1.1···(2’)

(附记8)

根据附记1～7中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，前述氮化物晶体基板的主面中的位错密度为5×10⁶个/cm²以下。

(附记9)

根据附记1～8中任一项所述的氮化物晶体基板，其含有硅和锗中的至少任一者，

前述氮化物晶体基板中的氧的浓度相对于前述氮化物晶体基板中的硅和锗的合计浓度为1/10倍以下。

(附记10)

根据附记1～9中任一项所述的氮化物晶体基板，其含有硅和锗中的至少任一者，

前述氮化物晶体基板中的n型杂质以外的杂质浓度相对于前述氮化物晶体基板中的硅和锗的合计浓度为1/10倍以下。

(附记11)

根据附记1～10中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，

前述氮化物晶体基板包含n型杂质，

将波长设为λ(μm)、将27℃下的前述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm^-1)、将基于前述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率而求出的前述氮化物晶体基板中的自由电子浓度设为N_e(cm^-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(3)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的前述吸收系数α进行近似，

在波长2μm下，实测的前述吸收系数相对于由式(3)求出的前述吸收系数α的误差为±0.1α以内。

α＝N_eKλ^a···(3)

(其中，1.5×10^-19≤K≤6.0×10^-19、a＝3)

(附记12)

根据附记11所述的氮化物晶体基板，其不产生裂纹。

(附记13)

根据附记1～12中任一项所述的氮化物晶体基板，其中，相对于前述主面最近的低指数的晶面是相对于前述主面弯曲成凹球面状的(0001)面。

(附记14)

根据附记13所述的氮化物晶体基板，其中，利用从前述主面的中央朝向径方向的距离的一次方程式对前述晶体的<0001>轴相对于前述主面的法线的偏离角进行近似，

在前述主面内的任意位置，实测的前述偏离角相对于由前述一次方程式求出的前述偏离角的误差为±0.12°以内。

(附记15)

一种氮化物晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的载流子浓度，根据前述晶体生长面侧的前述载流子浓度对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

(附记16)

根据附记15所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成前述晶体层的工序中，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述氮化物晶体基板的主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于前述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率而求出的前述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，

根据前述晶体生长面侧的前述载流子浓度对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得前述主面的中心的前述载流子浓度N_IR相对于前述载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)。

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)

(附记17)

一种氮化物晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的迁移率，根据前述晶体生长面侧的前述迁移率对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

(附记18)

根据附记17所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成前述晶体层的工序中，

将通过利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的前述氮化物晶体基板的主面的反射率而求出的前述氮化物晶体基板的前述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的前述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

根据前述晶体生长面侧的前述迁移率对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得前述主面的中心的前述迁移率μ_IR相对于前述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)。

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

(附记19)

根据附记15～18中任一项所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成前述晶体层的工序中，

随着前述晶体层的生长速率缓慢降低，使前述导电型杂质的添加量缓慢减少。

(附记20)

根据附记15～18中任一项所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成前述晶体层的工序中，

随着前述晶体层的生长速率缓慢增高，使前述导电型杂质的添加量缓慢增加。

(附记21)

根据附记15～20中任一项所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成前述晶体层的工序中，

在搬入前述基底基板的反应容器内，作为构成高温区域的构件，使用至少表面由不含石英以及不含硼的材料形成的构件，所述高温区域是与前述基底基板一同被加热到规定的晶体生长温度的区域，且与供给到前述基底基板的成膜气体接触。

(附记22)

根据附记21所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，作为构成前述高温区域的构件，使用由碳化硅涂层石墨形成的构件。

(附记23)

一种晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成由包含规定的导电型杂质的半导体的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的载流子浓度，根据前述晶体生长面侧的前述载流子浓度对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

(附记24)

一种晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成由包含规定的导电型杂质的半导体的晶体形成的晶体层的工序，以及

将前述晶体层切片而制作晶体基板的工序，

在形成前述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定前述晶体层的晶体生长面侧的迁移率，根据前述晶体生长面侧的前述迁移率对前述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

Claims (15)

1.一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由包含n型杂质的III族氮化物的晶体形成，

所述氮化物晶体基板的厚度为150μm以上，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的所述主面的反射率而求出的所述氮化物晶体基板的所述主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于所述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率而求出的所述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，

所述主面的中央的所述载流子浓度N_IR相对于所述载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)，

将波长设为λ(μm)、将27℃下的所述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm^-1)、将基于所述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率而求出的所述氮化物晶体基板中的自由电子浓度设为N_e(cm^-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(3)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的所述吸收系数α进行近似，

在波长2μm下，实测的所述吸收系数相对于由式(3)求出的所述吸收系数α的误差为±0.1α以内，

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)

α＝N_eKλ^a···(3)

其中，1.5×10^-19≤K≤6.0×10^-19、a＝3。

2.根据权利要求1所述的氮化物晶体基板，其中，所述比率N_IR/N_Elec满足式(1’)，

0.8≤N_IR/N_Elec≤1.2···(1’)。

3.根据权利要求1或2所述的氮化物晶体基板，其具有：

中央侧区域，其在所述氮化物晶体基板的所述主面内的中央侧具有利用反射型傅立叶变换红外光谱法求出的所述载流子浓度N_IR的极值即第1载流子浓度N_IR1；以及，

外周侧区域，其在距所述氮化物晶体基板的所述主面的中央为半径20mm以下的位置包围所述中央侧区域、且具有与所述第1载流子浓度N_IR1相反的极值即第2载流子浓度N_IR2，

将所述第1载流子浓度N_IR1和所述第2载流子浓度N_IR2中的较大者设为Max(N_IR1，N_IR2)时，通过|N_IR1-N_IR2|/Max(N_IR1，N_IR2)×100求出的最大面内载流子浓度差为18％以下。

4.根据权利要求1或2所述的氮化物晶体基板，其中，将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的所述主面的反射率而求出的所述氮化物晶体基板的所述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

所述主面的中央的所述迁移率μ_IR相对于所述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)，

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)。

5.一种氮化物晶体基板，其具有主面，且由包含n型杂质的III族氮化物的晶体形成，

所述氮化物晶体基板的厚度为150μm以上，

将通过利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的所述主面的反射率而求出的所述氮化物晶体基板的所述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

所述主面的中心的所述迁移率μ_IR相对于所述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)，

将波长设为λ(μm)、将27℃下的所述氮化物晶体基板的吸收系数设为α(cm^-1)、将基于所述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率而求出的所述氮化物晶体基板中的自由电子浓度设为N_e(cm^-3)、将K和a分别设为常数时，通过最小二乘法利用式(3)对至少1μm以上且3.3μm以下的波长范围内的所述吸收系数α进行近似，

在波长2μm下，实测的所述吸收系数相对于由式(3)求出的所述吸收系数α的误差为±0.1α以内，

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)

α＝N_eKλ^a···(3)

其中，1.5×10^-19≤K≤6.0×10^-19、a＝3。

6.根据权利要求5所述的氮化物晶体基板，其中，所述比率μ_IR/μ_Elec满足式(2’)，

0.7≤μ_IR/μ_Elec≤1.1···(2’)。

7.根据权利要求1或5所述的氮化物晶体基板，其中，所述氮化物晶体基板的主面中的位错密度为5×10⁶个/cm²以下。

8.根据权利要求1或5所述的氮化物晶体基板，其含有硅和锗中的至少任一者，

所述氮化物晶体基板中的氧的浓度相对于所述氮化物晶体基板中的硅和锗的合计浓度为1/10倍以下。

9.根据权利要求1或5所述的氮化物晶体基板，其含有硅和锗中的至少任一者，

所述氮化物晶体基板中的n型杂质以外的杂质浓度相对于所述氮化物晶体基板中的硅和锗的合计浓度为1/10倍以下。

10.权利要求1所述的氮化物晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将所述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成所述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定所述晶体层的晶体生长面侧的载流子浓度，根据所述晶体生长面侧的所述载流子浓度对所述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

11.根据权利要求10所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成所述晶体层的工序中，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的所述氮化物晶体基板的主面的反射率而求出的所述氮化物晶体基板的所述主面侧的载流子浓度设为N_IR、将基于所述氮化物晶体基板的电阻率和利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率而求出的所述氮化物晶体基板中的载流子浓度设为N_Elec时，

根据所述晶体生长面侧的所述载流子浓度对所述导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得所述主面的中心的所述载流子浓度N_IR相对于所述载流子浓度N_Elec的比率N_IR/N_Elec满足式(1)，

0.5≤N_IR/N_Elec≤1.5···(1)。

12.权利要求5所述的氮化物晶体基板的制造方法，其具备如下工序：

在基底基板上形成包含规定的导电型杂质的由III族氮化物的晶体形成的晶体层的工序，以及

将所述晶体层切片而制作氮化物晶体基板的工序，

在形成所述晶体层的工序中，

利用光学测定来测定所述晶体层的晶体生长面侧的迁移率，根据所述晶体生长面侧的所述迁移率对所述导电型杂质的添加量进行反馈控制。

13.根据权利要求12所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成所述晶体层的工序中，

将基于利用反射型傅立叶变换红外光谱法测定的所述氮化物晶体基板的主面的反射率而求出的所述氮化物晶体基板的所述主面侧的迁移率设为μ_IR、将利用涡流法测定的所述氮化物晶体基板的迁移率设为μ_Elec时，

根据所述晶体生长面侧的所述迁移率对所述导电型杂质的添加量进行反馈控制，使得所述主面的中心的所述迁移率μ_IR相对于所述迁移率μ_Elec的比率μ_IR/μ_Elec满足式(2)，

0.6≤μ_IR/μ_Elec≤1.4···(2)。

14.根据权利要求10或12所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成所述晶体层的工序中，

随着所述晶体层的生长速率缓慢降低，使所述导电型杂质的添加量缓慢减少。

15.根据权利要求10或12所述的氮化物晶体基板的制造方法，其中，在形成所述晶体层的工序中，

随着所述晶体层的生长速率缓慢增高，使所述导电型杂质的添加量缓慢增加。

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