CN112639178A - 氮化物半导体基板、氮化物半导体基板的制造方法和层叠结构体 - Google Patents

氮化物半导体基板、氮化物半导体基板的制造方法和层叠结构体 Download PDF

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Abstract

一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，隔着Ge(220)面的双晶单色器和狭缝对主面照射Cu的Kα1的X射线，进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为32arcsec以下，从将狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMa减去FWHMb而得到的差值FWHMa‑FWHMb为FWHMa的30％以下。

Description

氮化物半导体基板、氮化物半导体基板的制造方法和层叠结 构体
技术领域
本发明涉及氮化物半导体基板、氮化物半导体基板的制造方法和层叠结构体。
背景技术
已知有将由III族氮化物半导体的单晶形成的基板用作基底基板(种基板)，使由III族氮化物半导体的单晶形成的晶体层在该基底基板之中的最近的低指数晶面为(0001)面的主面上进一步生长的方法。根据该方法，通过将以规定的厚度生长的晶体层进行切片，能够得到至少1个氮化物半导体基板(例如专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2013-60349号公报
发明内容
发明要解决的问题
本发明的目的在于，提高氮化物半导体基板的晶体品质。
用于解决问题的方案
根据本发明的一个方式，提供一种氮化物半导体基板，
其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
隔着Ge(220)面的双晶单色器和狭缝对前述主面照射Cu的Kα1的X射线，进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，
将前述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为32arcsec以下，
从将前述狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMa减去FWHMb而得的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
根据本发明的其它方式，提供一种氮化物半导体基板，
其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察前述氮化物半导体基板的主面，由暗点密度求出位错密度时，遍及前述主面的95％以上，前述位错密度小于1×106cm-2，
前述主面以100个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
根据本发明的其它方式，提供一种氮化物半导体基板的制造方法，其为使用了气相外延法的氮化物半导体基板的制造方法，具有如下工序：
准备基底基板的工序，所述基底基板由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于前述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始工序，以前述(0001)面作为生长面使III族氮化物半导体的单晶直接在前述基底基板的前述主面上外延生长，从而使初始层生长；
第一工序，使具有露出前述(0001)面的顶面的III族氮化物半导体的单晶在前述初始层上外延生长，使前述顶面产生由除了前述(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使该倾斜界面随着向前述初始层的更上方去而缓缓扩大，使前述(0001)面从前述顶面消失，使表面仅由前述倾斜界面构成的第一层生长；以及
第二工序，使III族氮化物半导体的单晶在前述第一层上外延生长，使前述倾斜界面消失，使具有经镜面化的表面的第二层生长，
使前述初始工序中的前述初始层的生长速率低于前述第一工序中的前述第一层的生长速率，
在前述第一工序中，
通过使前述单晶的前述顶面产生前述多个凹部，并使前述(0001)面消失，从而在前述第一层的表面形成多个谷部和多个顶部，
使观察与前述主面垂直的任意截面时夹着前述多个谷部之中的1个谷部的前述多个顶部之中最接近的一对顶部彼此在沿着前述主面的方向上间隔的平均距离超过100μm。
根据本发明的其它方式，提供一种层叠结构体，其具备：
基底基板，其由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于前述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始层，其直接设置在前述基底基板的前述主面上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
第一低氧浓度区域，其设置在前述初始层上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
高氧浓度区域，其设置在前述第一低氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；以及
第二低氧浓度区域，其设置在前述高氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成，
前述高氧浓度区域的氧浓度高于前述初始层、前述第一低氧浓度区域和前述第二低氧浓度区域各自的氧浓度，
观察与前述主面垂直的任意截面时，
前述第一低氧浓度区域的上表面具有多个谷部和多个山部，
夹着前述多个谷部之中的1个谷部的前述多个山部之中最接近的一对山部彼此在沿着前述主面的方向上间隔的平均距离超过100μm。
发明的效果
根据本发明，能够提高氮化物半导体基板的晶体品质。
附图说明
图1是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的流程图。
图2的(a)～(g)是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略截面图。
图3的(a)～(d)是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略截面图。
图4是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略立体图。
图5的(a)～(b)是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略截面图。
图6的(a)～(b)是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略截面图。
图7的(a)是表示在倾斜界面和c面各自既不扩大也不缩小的基准生长条件下的生长过程的概略截面图，图7的(b)是表示在倾斜界面扩大且c面缩小的第一生长条件下的生长过程的概略截面图。
图8是表示在倾斜界面缩小且c面扩大的第二生长条件下的生长过程的概略截面图。
图9的(a)是表示本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的概略上表面图，图9的(b)是本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的沿着m轴的概略截面图，图9的(c)是本发明的一个实施方式所述的氮化物半导体基板的沿着a轴的概略截面图。
图10的(a)是表示针对弯曲的c面的X射线衍射的概略截面图，图10的(b)和(c)是表示相对于c面的曲率半径的、(0002)面的衍射角度的波动的图。
图11是表示利用荧光显微镜观察样品1的层叠结构体的截面而得的观察图像的图。
图12是表示利用荧光显微镜观察样品2的层叠结构体的截面而得的观察图像的图。
图13的(a)是表示针对样品1的氮化物半导体基板，使狭缝变更并进行X射线摇摆曲线测定时的标准化的X射线衍射图案的图，图13的(b)是表示针对基底基板，进行与样品1相同的测定时的标准化的X射线衍射图案的图。
图14的(a)是表示利用光学显微镜观察实验2的层叠结构体的表面而得的观察图像的图，图14的(b)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验2的层叠结构体的表面而得的观察图像的图。
图15的(a)是表示利用光学显微镜观察实验2的层叠结构体的M截面而得的观察图像的图，图15的(b)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验2的层叠结构体的M截面而得的观察图像的图。
图16的(a)是表示利用光学显微镜观察实验2的层叠结构体的a截面而得的观察图像的图，图16的(b)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验2的层叠结构体的a截面而得的观察图像的图。
图17是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图18是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图19是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图20是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图21是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图22是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图23是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图24是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图25是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图26是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图27是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图28是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图29是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图30是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图31是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图32是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图33是使用多光子激发显微镜，对样品1的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
图34是使用多光子激发显微镜，对样品4的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。
具体实施方式
<发明人等获得的见解>
首先，针对发明人等获得的见解进行说明。
(i)关于位错密度
一直以来，如上所述，在进一步使晶体层在由III族氮化物半导体的单晶形成的基底基板上外延生长的情况下，例如，使基底基板上的晶体层不露出除c面之外的倾斜界面，仅以c面作为生长面来进行生长。在该情况下，存在晶体层的表面中的位错密度与该晶体层的厚度成反比的倾向。
然而，仅以c面作为生长面而使晶体层生长时，如果不使晶体层生长得非常厚，就无法充分降低晶体层的表面中的位错密度。因此，用于获得具有主面中的期望位错密度的氮化物半导体基板的生产率降低。
因此，期望能够高效地获得具有低位错密度的氮化物半导体基板的技术。
(ii)关于偏离角偏差
在氮化物半导体基板中，有时(0001)面相对于主面弯曲成凹球面状。若(0001)面相对于主面发生弯曲，则<0001>轴相对于主面的法线所成的角度、即偏离角在主面内变得不均。
氮化物半导体基板的偏离角例如会影响在该基板上生长的半导体功能层的表面形态。例如，在基板的(0001)面的曲率半径小、基板的偏离角的偏差大的情况下，有时在基板上的一部分因偏离角而导致半导体功能层的表面形态恶化。因此，使用该基板来制作作为肖特基势垒二极管(SBD)的半导体装置时，在从半导体功能层的表面形态发生了恶化的部分切出的半导体装置中，存在耐压、可靠性降低的可能性。
另外，在例如向该基板上掺杂铟(In)而形成发光层的情况下，氮化物半导体基板的偏离角会影响发光层中的In含量。例如，在基板的(0001)面的曲率半径小、基板的偏离角的偏差大的情况下，取决于基板的偏离角的偏差，发光层中的In含量产生偏差。因此，在具有该发光层的发光元件中，有可能产生发光波长的偏差、发光不均。
因此，为了不产生表面形态的恶化、发光不均等实用方面的课题，期望能够减小氮化物半导体基板中的偏离角的偏差的技术。
本发明基于发明人等发现的上述见解(i)和(ii)。
<本发明的一个实施方式>
以下，针对本发明的一个实施方式，参照附图进行说明。
(1)氮化物半导体基板的制造方法
使用图1～图6，针对本实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法进行说明。
图1是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的流程图。图2的(a)～(g)、图3的(a)～(d)、图5的(a)～图6的(b)是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略截面图。图4是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法的一部分的概略立体图。需要说明的是，图4相当于图3的(c)这一时刻的立体图，表示在基底基板10上生长的第一层30的一部分。另外，在图5的(b)中，细实线表示生长中途的晶面，在图3的(d)、图5的(a)～图6的(b)中，虚线表示位错。
如图1所示那样，本实施方式所述的氮化物半导体基板的制造方法例如具有：基底基板准备工序S100、初始工序S190、第一工序S200、第二工序S300、切片工序S400和研磨工序S500。
(S100：基底基板准备工序)
首先，在基底基板准备工序S100中，准备由III族氮化物半导体的单晶形成的基底基板10。本实施方式中，作为基底基板10，准备例如氮化镓(GaN)自支撑基板。
需要说明的是，以下，在具有纤锌矿结构的III族氮化物半导体的晶体中，将<0001>轴(例如[0001]轴)称为“c轴”，将(0001)面称为“c面”。需要说明的是，有时将(0001)面称为“+c面(III族元素极性面)”，将(000-1)面称为“-c面(氮(N)极性面)”。另外，将<1-100>轴(例如[1-100]轴)称为“m轴”，将{1-100}面称为“m面”。需要说明的是，m轴可以记为<10-10>轴。另外，将<11-20>轴(例如[11-20]轴)称为“a轴”，将{11-20}面称为“a面”。
本实施方式的基底基板准备工序S100中，例如，通过VAS(Void-AssistedSeparation)法来制作基底基板10。
具体而言，基底基板准备工序S100例如具有：晶体生长用基板准备工序S110、第一晶体层形成工序S120、金属层形成工序S130、空孔形成工序S140、第二晶体层形成工序S150、剥离工序S160、切片工序S170和研磨工序S180。
(S110：晶体生长用基板准备工序)
首先，如图2的(a)所示那样，准备晶体生长用基板1(以下有时简写为“基板1”)。基板1例如为蓝宝石基板。需要说明的是，基板1例如也可以为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最近的低指数晶面例如为c面1c。
本实施方式中，基板1的c面1c相对于主面1s发生倾斜。基板1的c轴1ca相对于主面1s的法线以规定的偏离角θ0发生倾斜。基板1的主面1s内的偏离角θ0在整个主面1s中是均匀的。基板1的主面1s内的偏离角θ0会影响后述基底基板10的主面10s的中心处的偏离角θ3。
(S120：第一晶体层形成工序)
接着，如图2的(b)所示那样，例如利用金属有机物气相外延(MOVPE)法，对加热至规定生长温度的基板1供给作为III族原料气体的三甲基镓(TMG)气体、作为氮原料气体的氨气(NH3)和作为n型掺杂物气体的甲硅烷(SiH4)气体，由此使作为第一晶体层(基底生长层)2的低温生长GaN缓冲层和Si掺杂GaN层依次在基板1的主面1s上生长。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2的(c)所示那样，在第一晶体层2上蒸镀金属层3。作为金属层3，例如采用钛(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，将上述基板1投入至电炉内，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，在包含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％NH3气体的氢(H2)气气流中，以规定的温度进行20分钟的热处理。需要说明的是，将热处理温度设为例如850℃以上且1100℃以下。通过进行这种热处理，使金属层3发生氮化，形成在表面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，通过金属氮化层5的孔穴来蚀刻第一晶体层2的一部分，在该第一晶体层2中形成高密度的空孔。
由此，如图2的(d)所示那样，形成含有空孔的第一晶体层4。
(S150：第二晶体层形成工序)
接着，例如利用氢化物气相外延(HVPE)法，对加热至规定生长温度的基板1供给氯化镓(GaCl)气体、NH3气体和作为n型掺杂物气体的二氯硅烷(SiH2Cl2)气体，由此使作为第二晶体层(正式生长层)6的Si掺杂GaN层在含空孔的第一晶体层4和金属氮化层5上外延生长。需要说明的是，作为n型掺杂物气体，也可以通过供给四氯化锗(GeCl4)气体等来代替SiH2Cl2气体，从而使作为第二晶体层6的Ge掺杂GaN层外延生长。
此时，第二晶体层6从含空孔的第一晶体层4起，通过金属氮化层5的空穴在含空孔的第一晶体层4和金属氮化层5上生长。含空孔的第一晶体层4中的一部分空孔被第二晶体层6填埋，但含空孔的第一晶体层4中的空孔的其他部分会残留。以该含空孔的第一晶体层4中残留的空孔为起因，在第二晶体层6与金属氮化层5之间形成平坦的空隙。该空隙会使后述剥离工序S160中的第二晶体层6发生剥离。
另外，此时，第二晶体层6继承基板1的取向性而生长。即，第二晶体层6的主面内的偏离角θ1与基板1的主面1s内的偏离角θ0同样地在整个主面中是均匀的。
另外，此时，将第二晶体层6的厚度设为例如600μm以上、优选设为1mm以上。需要说明的是，第二晶体层的厚度的上限值没有特别限定，从生产率提高的观点出发，优选将第二晶体层6的厚度设为50mm以下。
(S160：剥离工序)
在第二晶体层6的生长结束后，在将用于使第二晶体层6生长的HVPE装置冷却的过程中，第二晶体层6以含空孔的第一晶体层4和金属氮化层5为边界，从基板1自然地剥离。
此时，在第二晶体层6中，由于其生长过程中产生的初始核彼此相互吸引而导入了拉伸应力。因此，起因于第二晶体层6中产生的拉伸应力，在第二晶体层6中，内部应力发挥作用而使其表面侧凹陷。另外，第二晶体层6的主面(表面)侧的位错密度变低，另一方面，第二晶体层6的背面侧的位错密度变高。因此，也起因于第二晶体层6的厚度方向的位错密度差，在第二晶体层6中，内部应力发挥作用而使其表面侧凹陷。
其结果，如图2的(f)所示那样，第二晶体层6在从基板1剥离后，以其表面侧凹陷的方式发生翘曲。因此，第二晶体层6的c面6c相对于与第二晶体层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6ca相对于第二晶体层6的主面6s的中心的法线所成的偏离角θ2具有规定的分布。
(S170：切片工序)
接着，如图2的(f)所示那样，例如，沿着相对于第二晶体层6的主面6s的中心的法线方向大致垂直的切断面SS，利用线锯将第二晶体层6进行切片。
由此，如图2的(g)所示那样，形成作为原位切片基板的基底基板10。此时，将基底基板10的厚度设为例如450μm。需要说明的是，基底基板10的偏离角θ3存在根据切片方向依赖性而自第二晶体层6的偏离角θ2发生变化的可能性。
(S180：研磨工序)
接着，利用研磨装置来研磨基底基板10的两面。由此，基底基板10的主面10s被镜面化。
通过以上的基底基板准备工序S100，得到由GaN的单晶形成的基底基板10。
基底基板10的直径为例如2英寸以上。另外，基底基板10的厚度为例如300μm以上且1mm以下。
基底基板10的主面10s例如具有成为外延生长面的主面(基底表面)10s。本实施方式中，相对于主面10s最近的低指数晶面例如为c面(+c面)10c。
基底基板10中的c面10c相对于主面10s弯曲成凹球面状。此处提及的“球面状”是指近似球面的曲面状。另外，此处提及的“近似球面”是指相对于正球面或椭球面在规定的误差范围内进行近似。
本实施方式中，基底基板10的c面10f例如在沿着m轴的截面和沿着a轴的截面上分别呈现近似球面的曲面状。基底基板10中的c面10c的曲率半径例如为1m以上且小于10m。
由于基底基板10中的c面10c发生了弯曲，因此，c轴10ca相对于基底基板10的主面10s的中心的法线所成的偏离角θ3具有规定的分布。
本实施方式中，将基底基板10的主面10s的中心处的偏离角θ3的大小设为例如超过0°且为1°以下。
需要说明的是，基底基板10的主面10s的中心处的偏离角θ3的大小和方向可通过例如上述的VAS法中使用的晶体生长用基板1的偏离角θ0的大小和方向、以及切片工序S170中的切片角度和切片方向来调整。
另外，本实施方式中，将基底基板10的主面10s的均方根粗糙度RMS设为例如小于1nm。
另外，本实施方式中，基底基板10通过上述VAS法来制作，因此，基底基板10的主面10s中的位错密度变低。具体而言，基底基板10的主面10s中的位错密度例如为3×106cm-2以上且小于1×107cm-2。
(S190：初始工序(低速生长工序))
准备基底基板10后，如图3的(a)所示那样，使用尚未实施在主面10s上形成掩膜层和在主面10s上形成凹凸图案中的任一加工的状态的基底基板10，进行以下的初始工序S190。需要说明的是，此处提及的“掩膜层”是指例如在所谓的ELO(Epitaxial LateralOvergrowth)法中使用的具有规定开口的掩膜层。另外，此处提及的“凹凸图案”是指例如在所谓悬吊外延法中使用的、将基底基板的主面直接图案化而得的槽和脊中的至少任一者。此处提及的凹凸图案的高低差例如为100nm以上。本实施方式的基底基板10在不具有上述那样的结构的状态下用于初始工序S190。
在初始工序S190中，以c面作为生长面使III族氮化物半导体的单晶直接在基底基板10的主面10s上外延生长。由此，使初始层(低速生长层)20在基底基板10上生长。
本实施方式中，作为初始层20，例如，使由与构成基底基板10的III族氮化物半导体相同的III族氮化物半导体形成的层进行外延生长。具体而言，例如，利用HVPE法，将基底基板10加热，对该已加热的基底基板10供给GaCl气体和NH3气体，由此，作为初始层20，使GaN层进行外延生长。
此时，使初始工序S190中的初始层20的c面的生长速率低于例如后述第一工序S200中的第一层30的c面30c的生长速率。由此，能够使初始层20在基底基板10的主面10s上进行层流生长(step flow growth)。
具体而言，例如，使初始工序S190中的生长温度与后述第一工序S200中的生长温度相同，且使初始工序S190中的原料分压(III族原料气体和氮原料气体的分压)以及作为氮原料气体的NH3气体的流量的分压相对于作为III族原料气体的GaCl气体的分压的比率(以下也称为“V/III比”)中的至少任一者低于后述第一工序S200。由此，能够使初始层20的c面的生长速率低于后述第一层30的c面30c的生长速率。
需要说明的是，此时，如上所述，通过使初始工序S190中的生长温度与后述第一工序S200中的生长温度相等，能够在短时间内顺利地进行从初始工序S190向第一工序S200的转移。
像这样，通过使初始层20在基底基板10的主面10s上生长，即便在基底基板10的主面10s的局部存在粗糙部分或结晶性不同的部分等异常部分，无论基底基板10的主面10s的状态如何，也均能够使初始层20的表面形态和结晶性在整个表面中大致均匀。由此，在后述第一工序S200中，能够使倾斜界面30i相对于c面30c的倾斜角度等倾斜界面30i的产生状态在第一层30的整个表面中大致均匀。
需要说明的是，此时，初始层20的厚度没有特别限定，例如设为5μm以上且200μm以下、优选设为5μm以上且100μm以下。通过将初始层20的厚度设为上述范围内，能够使初始层20的表面形态和结晶性稳定地大致均匀。另外，通过将初始层20的厚度设为上述范围内，能够抑制制造时间的长期化。
(S200：第一工序(第一层生长工序))
在形成初始层20后，如图3的(c)、图3的(d)和图4所示那样，使具有露出c面30c的顶面30u的III族氮化物半导体的单晶在初始层20上外延生长。由此，使第一层(三维生长层)30生长。
此时，使单晶的顶面30u产生被除了c面之外的倾斜界面30i包围而构成的多个凹部30p，使该倾斜界面30i随着向初始层20的更上方去而缓缓扩大，使c面30c缓缓缩小。由此，使c面30c从顶面30u消失。其结果，使表面仅由倾斜界面30i构成的第一层30生长。
即，第一工序S200中，以特意使基底基板10的主面10s和初始层20粗糙的方式，使第一层30进行三维生长。需要说明的是，第一层30即便形成这种生长形态，也会如上所述地以单晶进行生长。在这一点上，第一层30与使III族氮化物半导体在蓝宝石等异种基板上外延生长之前先在该异种基板上以非晶或多晶的形式形成的所谓低温生长缓冲层不同。
本实施方式中，作为第一层30，例如使与由构成基底基板10的III族氮化物半导体相同的III族氮化物半导体形成的层进行外延生长。具体而言，例如利用HVPE法，将基底基板10加热，对该已加热的基底基板10供给GaCl气体和NH3气体，由此，使作为第一层30的GaN层进行外延生长。
此处，第一工序S200中，为了表现出上述生长过程，例如使第一层30在规定的第一生长条件下生长。
首先，使用图7的(a)，针对倾斜界面30i和c面30c各自既不扩大也不缩小的基准生长条件进行说明。图7的(a)是表示在倾斜界面和c面各自既不扩大也不缩小的基准生长条件下的生长过程的概略截面图。
在图7的(a)中，粗实线表示每隔单位时间的第一层30的表面。图7的(a)中示出的倾斜界面30i设为相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面。另外，在图7的(a)中，将第一层30之中的c面30c的生长速率记作Gc0，将第一层30之中的倾斜界面30i的生长速率记作Gi，将第一层30中的c面30c与倾斜界面30i所成的角度记作α。另外，在图7的(a)中，在维持c面30c与倾斜界面30i所成的角度α的状态下，第一层30生长。需要说明的是，第一层30的c面30c的偏离角较之c面30c与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图7的(a)所示那样，倾斜界面30i和c面30c各自既不扩大也不缩小时，倾斜界面30i与c面30c的交点的轨迹相对于c面30c是垂直的。由此，倾斜界面30i和c面30c各自既不扩大也不缩小的基准生长条件满足以下的式(a)。
Gc0＝Gi/cosα···(a)
接着，使用图7的(b)，针对倾斜界面30i扩大且c面30c缩小的第一生长条件进行说明。图7的(b)是表示在倾斜界面扩大且c面缩小的第一生长条件下的生长过程的概略截面图。
在图7的(b)中，也与图7的(a)同样地，粗实线表示每隔单位时间的第一层30的表面。另外，图7的(b)中示出的倾斜界面30i也设为相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面。另外，在图7的(b)中，将第一层30之中的c面30c的生长速率记作Gc1，将第一层30之中的倾斜界面30i与c面30c的交点的轨迹的前进速率记作R1。另外，将倾斜界面30i与c面30c的交点的轨迹同c面30c所成的角度之中较窄的角度记作αR1。将R1方向与Gi方向所成的角度记作α’时，α’＝α+90-αR1。需要说明的是，第一层30的c面30c的偏离角较之c面30c与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图7的(b)所示那样，倾斜界面30i与c面30c的交点的轨迹的前进速率R1用以下式(b)表示。
R1＝Gi/cosα’···(b)
另外，第一层30之中的c面30c的生长速率Gc1用以下式(c)表示。
Gc1＝R1sinαR1···(c)
通过将式(b)代入到式(c)中，Gc1可使用Gi并利用以下式(d)表示。
Gc1＝GisinαR1/cos(α+90-αR1)···(d)
为了使倾斜界面30i扩大且c面30c缩小，优选αR1<90°。因此，倾斜界面30i扩大且c面30c缩小的第一生长条件优选通过式(d)和αR1<90°来满足以下的式(1)。
Gc1>Gi/cosα···(1)
其中，如上所述，Gi为相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i的生长速率，α为相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i与c面30c所成的角度。
或者，也可以认为第一生长条件下的Gc1优选大于基准生长条件下的Gc0。由此，通过将式(a)代入到Gc1>Gc0中，也可以导出式(1)。
需要说明的是，使相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i扩大的生长条件成为最严苛的条件，因此，如果第一生长条件满足式(1)，则也能够使其它倾斜界面30i扩大。
具体而言，例如，相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i为{10-11}面时，α＝61.95°。因此，第一生长条件优选满足例如以下的式(1’)。
Gc1>2.13Gi···(1’)
或者，如后所述，例如倾斜界面30i为m≥3的{11-2m}面时，相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i为{11-23}面，因此，α＝47.3°。因此，第一生长条件优选满足例如以下的式(1”)。
Gc1>1.47Gi···(1”)
作为本实施方式的第一生长条件，例如使第一工序S200中的生长温度低于后述第二工序S300中的生长温度。具体而言，将第一工序S200中的生长温度例如设为980℃以上且1020℃以下、优选设为1000℃以上且1020℃以下。
另外，作为本实施方式的第一生长条件，例如可以使第一工序S200中的V/III比大于后述第二工序S300中的V/III比。具体而言，将第一工序S200中的V/III比例如设为2以上且20以下、优选设为2以上且15以下。
实际上，作为第一生长条件，以满足式(1)的方式，将生长温度和V/III比之中的至少任一者分别在上述范围内进行调整。
需要说明的是，本实施方式的第一生长条件之中的其它条件例如如下所示。
生长压力：90～105kPa、优选为90～95kPa
GaCl气体的分压：1.5～15kPa
N2气体的流量/H2气体的流量：0～1
此处，本实施方式的第一工序S200例如根据第一层30的生长中的形态而分类为两个工序。具体而言，本实施方式的第一工序S200例如具有倾斜界面扩大工序S220和倾斜界面维持工序S240。通过这些工序，第一层30例如具有倾斜界面扩大层32和倾斜界面维持层34。
(S220：倾斜界面扩大工序)
首先，如图3的(c)和图4所示那样，使由III族氮化物半导体的单晶形成的第一层30的倾斜界面扩大层32在上述第一生长条件下在初始层20上外延生长。
在倾斜界面扩大层32生长的初始阶段，在基底基板10的主面10s的法线方向(沿着c轴的方向)上，倾斜界面扩大层32以c面30c作为生长面进行生长。
通过在第一生长条件下使倾斜界面扩大层32缓缓生长，从而如图3的(c)和图4所示那样，使倾斜界面扩大层32之中的露出c面30c的顶面30u产生由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p。由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p随机地形成于该顶面30u。由此，形成在表面混杂有c面30c和除了c面之外的倾斜界面30i的倾斜界面扩大层32。
需要说明的是，此处提及的“倾斜界面30i”是指相对于c面30c发生倾斜的生长界面，包括除了c面之外的低指数的小面、除了c面之外的高指数的小面、或者无法用面指数表示的倾斜面。需要说明的是，除了c面之外的小面例如为{11-2m}、{1-10n}等。其中，m和n为0之外的整数。
本实施方式中，通过进行上述初始工序S190，且以满足式(1)的方式调整第一生长条件，从而能够产生例如m≥3的{11-2m}面作为倾斜界面30i。由此，能够减缓{11-2m}面相对于c面30c的倾斜角度。具体而言，能够使该倾斜角度为47.3°以下。
通过在第一生长条件下使倾斜界面扩大层32进一步生长，从而如图3的(c)和(d)所示那样，随着朝向基底基板10的上方，在倾斜界面扩大层32中，使除了c面之外的倾斜界面30i缓缓扩大，使c面30c缓缓缩小。需要说明的是，此时，随着朝向基底基板10的上方，倾斜界面30i相对于该基底基板10的主面10s所成的倾斜角度缓缓减小。由此，最终倾斜界面30i的绝大部分形成上述m≥3的{11-2m}面。
进而，若使倾斜界面扩大层32逐渐生长，则倾斜界面扩大层32的c面30c从顶面30u消失，倾斜界面扩大层32的表面仅由倾斜界面30i构成。由此，形成使锥体连续结合而成的山脉状的倾斜界面扩大层32。
像这样，通过使倾斜界面扩大层32的顶面30u生成由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p，使c面30c消失，从而如图3的(d)所示那样，在该倾斜界面扩大层32的表面形成多个谷部30v和多个顶部30t。多个谷部30v分别是倾斜界面扩大层320的表面之中向下凸起的拐点，其形成在除了c面之外的倾斜界面30i各自所出现的位置的上方。另一方面，多个顶部30t分别是倾斜界面扩大层320的表面之中向上凸起的拐点，其夹着朝向彼此相反的方向扩大的一对倾斜界面30i形成在c面30c(最后)消失而终结的位置或其上方。谷部30v和顶部30t在沿着基底基板10的主面10s的方向上交替形成。
本实施方式中，在初始工序S190中，在基底基板10的主面10s上，不产生倾斜界面地以c面作为生长面使初始层20以规定的厚度进行生长后，在该倾斜界面扩大工序S220中，使倾斜界面扩大层32的表面产生除了c面之外的倾斜界面30i。由此，多个谷部30v形成在与基底基板10的主面10s隔开距离的上方的位置。
通过如上那样的倾斜界面扩大层32的生长过程，位错如下那样地弯曲传播。具体而言，如图3的(d)所示那样，在基底基板10内在沿着c轴的方向上延伸的多个位错从基底基板10借助初始层20朝向沿着倾斜界面扩大层32的c轴的方向传播。在倾斜界面扩大层32之中以c面30c作为生长面而生长的区域中，位错朝向沿着倾斜界面扩大层32的c轴的方向传播。然而，在沿着倾斜界面扩大层32的c轴的方向上传播的位错若在倾斜界面30i露出，则该位错在倾斜界面30i露出的位置朝向相对于该倾斜界面30i大致垂直的方向弯曲传播。即，位错在相对于c轴发生倾斜的方向上弯曲传播。由此，在倾斜界面扩大工序S220及之后的工序中，在一对顶部30t之间的大致中央的上方，位错在局部汇集。其结果，能够降低后述第二层40的表面中的位错密度。
此时，本实施方式中，观察与基底基板10的主面10s垂直的任意截面时，夹着多个谷部30v之中的1个谷部的多个顶部30t之中最接近的一对顶部30t彼此在沿着基底基板10的主面10s的方向上间隔的平均距离(也称为“最接近顶部间平均距离”)L设为例如超过100μm。如从倾斜界面扩大工序S220的初始阶段起使基底基板10的主面10s上产生微细的六棱锥状的晶核的情况等那样，最接近顶部间平均距离L为100μm以下时，在倾斜界面扩大工序S220及之后的工序中，位错弯曲传播的距离变短。因此，位错不会充分汇集至倾斜界面扩大层32之中的一对顶部30t之间的大致中央的上方。其结果，后述第二层40的表面中的位错密度有可能未被充分降低。与此相对，本实施方式中，通过使最接近顶部间平均距离L超过100μm，在倾斜界面扩大工序S220及之后的工序中，能够确保位错弯曲传播的距离至少超过50μm。由此，能够将位错充分汇集至倾斜界面扩大层32之中的一对顶部30t间的大致中央的上方。其结果，能够充分降低后述第二层40的表面中的位错密度。
本实施方式中，例如，在第一层30中，优选不存在最接近顶部间距离为100μm以下的部分。换言之，在观察与基底基板10的主面10s垂直的任意截面时，优选的是：在第一层30的整个表面中，最接近顶部间距离均超过100μm。由此，在后述第二层40的整个表面中，能够使位错密度大致均匀地降低。
另一方面，本实施方式中，使最接近顶部间平均距离L小于800μm。若最接近顶部间平均距离L为800μm以上，则自基底基板10的主面10s起的从倾斜界面扩大层32的谷部30v至顶部30t为止的高度过度变高。因此，在后述第二工序S300中，至第二层40镜面化为止的厚度变厚。与此相对，本实施方式中，通过使最接近顶部间平均距离L小于800μm，能够降低自基底基板10的主面10s起的从倾斜界面扩大层32的谷部30v至顶部30t为止的高度。由此，在后述第二工序S300中，能够使第二层40快速镜面化。
另外，此时，在倾斜界面扩大层320中，根据生长过程中的生长面的差异，形成以c面30c作为生长面而生长的第1c面生长区域60、以及以除了c面之外的倾斜界面30i作为生长面而生长的倾斜界面生长区域70(图中灰色部)。
另外，此时，在第1c面生长区域60中，在产生倾斜界面30i的位置形成谷部60a，在c面30c消失的位置形成山部60b。另外，在第1c面生长区域60中，在夹着山部60b的两侧，作为c面30c与倾斜界面30i的交点的轨迹，形成一对倾斜部60i。
另外，此时，通过使第一生长条件满足式(1)，从而使一对倾斜部60i所成的角度β例如为70°以下。
针对这些区域，详见后述。
(S240：倾斜界面维持工序)
使c面30c从倾斜界面扩大层32的表面消失后，如图5的(a)所示那样，维持在表面中倾斜界面30i比c面30c占据得更多的状态、优选表面仅由倾斜界面30i构成的状态，并且遍及规定厚度地继续第一层30的生长。由此，在倾斜界面扩大层32上形成具有倾斜界面30i比c面30c占据得更多的表面的倾斜界面维持层34。通过形成倾斜界面维持层34，能够在第一层30的整个表面中使c面30c确实地消失。
此时，可以在倾斜界面维持层34的一部分表面再次出现c面30c，但优选的是：在倾斜界面维持层34的表面中主要使倾斜界面30i露出，使得倾斜界面生长区域70在沿着基底基板10的主面10s的沿面截面中所占的面积比例成为80％以上。需要说明的是，倾斜界面生长区域70在沿面截面中所占的面积比例越高越好，优选为100％。
此时，将倾斜界面维持工序S240中的生长条件与倾斜界面扩大工序S220同样地维持为上述第一生长条件。由此，能够仅以倾斜界面30i作为生长面而使倾斜界面维持层34生长。
另外，此时，通过在第一生长条件下以倾斜界面30i作为生长面而使倾斜界面维持层34生长，从而如上所述，在倾斜界面扩大层32中的露出倾斜界面30i的位置处，朝向相对于c轴发生倾斜的方向弯曲传播的位错在倾斜界面维持层34中也沿着相同方向持续传播。
另外，此时，关于倾斜界面维持层34，通过以倾斜界面30i作为生长面而生长，从而倾斜界面维持层34的整体成为倾斜界面生长区域70的一部分。
通过以上的第一工序S200，形成具有倾斜界面扩大层32和倾斜界面维持层34的第一层30。
本实施方式的第一工序S200中，从基底基板10的主面10s起至第一层30的顶部30t为止的高度(第一层30的厚度方向的最大高度)设为例如超过100μm且小于1.5mm。
(S300：第二工序(第二层生长工序))
在已使c面30c消失的第一层30生长后，如图5的(b)和图6的(a)所示那样，进一步使III族氮化物半导体的单晶在第一层30上外延生长。
此时，随着朝向第一层30的上方，使倾斜界面40i缓缓缩小，使c面40c缓缓扩大。由此，使形成于第一层30表面的倾斜界面30i消失。其结果，使具有镜面化的表面的第二层(平坦化层)40生长。需要说明的是，此处提及的“镜面”是指表面凹凸的最大高低差为可见光的波长以下的面。
本实施方式中，作为第二层40，例如使以与构成第一层30的III族氮化物半导体相同的III族氮化物半导体作为主成分的层进行外延生长。需要说明的是，在第二工序S300中，对于加热至规定生长温度的基底基板10，供给GaCl气体、NH3气体和作为n型掺杂物气体的二氯硅烷(SiH2Cl2)气体，由此，作为第二层40，使硅(Si)掺杂GaN层进行外延生长。需要说明的是，作为n型掺杂物气体，也可以供给GeCl4气体等来代替SiH2Cl2气体。
此处，在第二工序S300中，为了表现出上述生长过程，例如在规定的第二生长条件下，使第二层40生长。
使用图8，针对倾斜界面40i缩小且c面40c扩大的第二生长条件进行说明。图8是表示在倾斜界面缩小且c面扩大的第二生长条件下的生长过程的概略截面图。图8表示第二层40在露出相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i的第一层30上生长的过程。
在图8中，也与图7的(a)同样地，粗实线表示每隔单位时间的第二层40的表面。另外，在图8中，将第二层40之中的c面40c的生长速率记作Gc2，将第二层40之中的倾斜界面40i的生长速率记作Gi，将第二层40之中的倾斜界面40i与c面40c的交点的轨迹的前进速率记作R2。另外，将倾斜界面40i与c面40c的交点的轨迹同c面30c所成的角度之中较窄的角度记作αR2。将R2方向与Gi方向所成的角度记作α”时，α”＝α-(90-αR2)。另外，在图8中，在维持第一层30中的c面30c与倾斜界面30i所成的角度α的状态下，第二层40生长。需要说明的是，第二层40的c面40c的偏离角较之c面30c与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图8所示那样，倾斜界面40i与c面40c的交点的轨迹的前进速率R2用以下式(e)表示。
R2＝Gi/cosα”···(e)
另外，第二层40之中的c面40c的生长速率Gc2用以下式(f)表示。
Gc2＝R2sinαR2···(f)
通过将式(e)代入到式(f)中，Gc2可使用Gi并利用以下式(g)表示。
Gc2＝GisinαR2/cos(α+αR2-90)···(g)
为了使倾斜界面40i缩小且c面40c扩大，优选αR2<90°。因此，倾斜界面40i缩小且c面40c扩大的第二生长条件优选通过式(g)和αR2<90°来满足以下的式(2)。
Gc2<Gi/cosα···(2)
其中，如上所述，Gi为相对于c面40c最为倾斜的倾斜界面40i的生长速率，α为相对于c面40c最为倾斜的倾斜界面40i与c面40c所成的角度。
或者，将在基准生长条件下的第二层40之中的c面30c的生长速率记作Gc0时，也可以认为第二生长条件下的Gc2优选小于基准生长条件下的Gc0。由此，通过将式(a)代入到Gc2<Gc0中，也可以导出式(2)。
需要说明的是，使相对于c面40c最为倾斜的倾斜界面40i缩小的生长条件成为最严苛的条件，因此，如果第二生长条件满足式(2)，则也能够使其它倾斜界面40i缩小。
具体而言，相对于c面40c最为倾斜的倾斜界面40i为{10-11}面时，第二生长条件优选满足以下的式(2’)。
Gc2<2.13Gi···(2’)
或者，例如，倾斜界面30i为m≥3的{11-2m}面时，由于相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i为{11-23}面，因此，第二生长条件优选满足例如以下的式(2”)。
Gc2<1.47Gi···(2”)
作为本实施方式的第二生长条件，使第二工序S300中的生长温度例如高于第一工序S200中的生长温度。具体而言，将第二工序S300中的生长温度例如设为990℃以上且1120℃以下、优选设为1020℃以上且1100℃以下。
另外，作为本实施方式的第二生长条件，可以调整第二工序S300中的V/III比。例如，可以使第二工序S300中的V/III比小于第一工序S200中的V/III比。具体而言，可以将第二工序S300中的V/III比例如设为1以上且10以下、优选设为1以上且5以下。
实际上，作为第二生长条件，以满足式(2)的方式，将生长温度和V/III比之中的至少任一者分别在上述范围内进行调整。
需要说明的是，本实施方式的第二生长条件之中的其它条件例如如下所示。
生长压力：90～105kPa、优选为90～95kPa
GaCl气体的分压：1.5～15kPa
N2气体的流量/H2气体的流量：1～20
此处，本实施方式的第二工序S300例如根据第二层40的生长中的形态而分类为两个工序。具体而言，本实施方式的第二工序S300例如具有c面扩大工序S320和主生长工序S340。通过这些工序，第二层40例如具有c面扩大层42和主生长层44。
(S320：c面扩大工序)
如图5的(b)所示那样，利用上述第二生长条件，使由III族氮化物半导体的单晶形成的第二层40的c面扩大层42在第一层30上外延生长。
此时，随着向第一层30的上方去，使c面40c扩大且使除了c面之外的倾斜界面40i缩小。
具体而言，通过第二生长条件下的生长，c面扩大层42从倾斜界面维持层34的倾斜界面30i起以倾斜界面40i作为生长面且在沿着与c轴垂直的方向的方向(即沿面方向或横向)上生长。若使c面扩大层42沿着横向逐渐生长，则在倾斜界面维持层34的顶部30t的上方，再次开始露出c面扩大层42的c面40c。由此，形成在表面混杂有c面40c和除了c面之外的倾斜界面40i的c面扩大层42。
进而，若使c面扩大层42沿着横向逐渐生长，则c面40c缓缓扩大，c面扩大层42的倾斜界面40i缓缓缩小。由此，在第一层30的表面中，多个由倾斜界面30i构成的凹部30p被缓缓填埋。
其后，若c面扩大层42进一步生长，则c面扩大层42的倾斜界面40i完全消失，在第一层30的表面中，多个由倾斜界面30i构成的凹部30p被完全填埋。由此，c面扩大层42的表面形成仅由c面40c构成的镜面(平坦面)。
此时，在第一层30和c面扩大层42的生长过程中，位错在局部汇集，因此，能够降低位错密度。具体而言，在第一层30中朝向相对于c轴发生倾斜的方向弯曲传播的位错在c面扩大层42中也沿着相同方向持续传播。由此，在c面扩大层42之中，在一对顶部30t之间的大致中央的上方，在邻接的倾斜界面40i的会合部，位错在局部汇集。在c面扩大层42中，在邻接的倾斜界面40i的会合部汇集的多个位错之中，具有互为相反的柏氏矢量的位错彼此在会合时会消失。另外，在邻接的倾斜界面40i的会合部汇集的多个位错的一部分形成闭环，在沿着c轴的方向(即c面扩大层42的表面侧)上的传播受到抑制。需要说明的是，使在c面扩大层42中邻接的倾斜界面40i的会合部汇集的多个位错之中的其他部分的传播方向从相对于c轴发生倾斜的方向再次变成沿着c轴的方向，并传播至第二层40的表面侧为止。像这样，通过使多个位错的一部分消失或者抑制多个位错的一部分向c面扩大层42的表面侧传播，能够降低第二层40的表面中的位错密度。另外，通过使位错在局部汇集，在第二层40之中，在位错朝向相对于c轴发生倾斜的方向传播的部分的上方能够形成低位错密度区域。
另外，此时，在c面扩大层42中，通过使c面40c缓缓扩大，以c面40c作为生长面而生长的后述第2c面生长区域80随着向厚度方向的上方去而缓缓扩大并形成。
另一方面，在c面扩大层42中，通过使倾斜界面40i缓缓缩小，倾斜界面生长区域70随着向厚度方向的上方去而缓缓地缩小，在厚度方向的规定位置终结。通过这种c面扩大层42的生长过程，在剖视下，在再次产生c面40c的位置形成倾斜界面生长区域70的谷部70a。另外，在由倾斜界面40i构成的凹部被缓缓填埋的过程中，在剖视下，在倾斜界面40i消失的位置形成倾斜界面生长区域70的山部70b。
在c面扩大工序S320中，形成c面扩大层42的表面仅由c面40c构成的镜面，因此，c面扩大层42的厚度方向的高度(厚度方向的最大高度)成为例如从倾斜界面维持层34的谷部30v起至顶部30t为止的高度以上。
(S340：主生长工序(c面生长工序))
在c面扩大层42中，倾斜界面40i消失而表面经镜面化后，如图6的(a)所示那样，在c面扩大层42上，以c面40c作为生长面，遍及规定厚度地形成主生长层44。由此，形成在表面不具有倾斜界面40i而仅具有c面40c的主生长层44。
此时，将主生长工序S340中的生长条件与c面扩大工序S320同样地维持为上述第二生长条件。由此，能够以c面40c作为生长面使主生长层44进行层流生长。
另外，此时，可以使主生长层44的c面40c的曲率半径大于基底基板10的c面10c的曲率半径。由此，能够使主生长层44之中的c轴相对于表面的法线的偏离角的偏差小于基底基板10之中的c轴10ca相对于主面10s的法线的偏离角的偏差。
另外，此时，通过不使倾斜界面40i露出，仅以c面40c作为生长面，使主生长层44进行生长，从而主生长层44整体成为后述第2c面生长区域80。
在主生长工序S340中，将主生长层44的厚度例如设为300μm以上且10mm以下。通过将主生长层44的厚度设为300μm以上，从而在后述切片工序S400中，能够从主生长层44切下至少1张以上的基板50。另一方面，通过将主生长层44的厚度设为10mm，在将最终厚度设为650μm并从主生长层44切下700μm厚的基板50时，即使考虑到切削损失200μm左右，也能够获得至少10张基板50。
通过以上的第二工序S300，形成具有c面扩大层42和主生长层44的第二层40。其结果，形成本实施方式的层叠结构体90。
需要说明的是，以不将基底基板10暴露于大气的方式，在同一腔室内连续进行以上的初始工序S190、第一工序S200至第二工序S300的工序。由此，能够抑制在第一层30与第二层40之间的界面形成未预期的高氧浓度区域(与倾斜界面生长区域70相比具有过高的氧浓度的区域)。
(S400：切片工序)
接着，如图6的(b)所示那样，例如，沿着与主生长层44的表面大致平行的切断面，利用线锯对主生长层44进行切片。由此，形成至少1个作为原位切片基板的氮化物半导体基板50(也称为基板50)。此时，将基板50的厚度设为例如300μm以上且700μm以下。
此时，能够使基板50的c面50c的曲率半径大于基底基板10的c面10c的曲率半径。需要说明的是，此时，能够使基板50的c面50c的曲率半径大于切片前的主生长层44的c面40c的曲率半径。由此，能够使基板50的c轴50ca相对于主面50s的法线的偏离角θ的偏差小于基底基板10的c轴10ca偏离角的偏差。
(S500：研磨工序)
接着，利用研磨装置来研磨基板50的两面。需要说明的是，此时，将最终的基板50的厚度设为例如250μm以上且650μm以下。
通过以上的工序S100～S500，制造本实施方式所述的基板50。
(半导体层叠物的制作工序和半导体装置的制作工序)
在制造基板50后，例如使由III族氮化物半导体形成的半导体功能层在基板50上外延生长，制作半导体层叠物。在制作半导体层叠物后，使用半导体层叠物来形成电极等，对半导体层叠物进行切割，切出规定大小的芯片。由此，制作半导体装置。
(2)层叠结构体
接着，使用图6的(a)，针对本实施方式所述的层叠结构体90进行说明。
本实施方式的层叠结构体90例如具有基底基板10、初始层20、第一层30和第二层40。
初始层20是以c面作为生长面而使III族氮化物半导体的单晶直接在基底基板10的主面10s上外延生长而得的层。由此，初始层20的整体以初始c面生长区域(初始低氧浓度区域、基板侧低氧浓度区域)的形式构成。初始层20中的氧浓度与后述第1c面生长区域60同样地低于倾斜界面生长区域70中的氧浓度。初始层20中的氧浓度例如为5×1016cm-3以下、优选为3×1016cm-3以下。
第一层30在例如初始层20上生长。
第一层30具有例如通过使III族氮化物半导体的单晶的顶面30u产生由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p并使c面30c消失而形成的多个谷部30v和多个顶部30t。观察与基底基板10的主面垂直的任意截面时，最接近顶部间平均距离例如超过100μm。
另外，第一层30基于例如生长过程中的生长面的差异而具有第1c面生长区域(第一低氧浓度区域)60和倾斜界面生长区域(高氧浓度区域)70。
第1c面生长区域60是以c面30c作为生长面而生长的区域。第1c面生长区域60例如在剖视下具有多个谷部60a和多个山部60b。需要说明的是，此处提及的谷部60a和山部60b分别是指利用荧光显微镜等观察层叠结构体90的截面时基于发光强度差而观察到的形状的一部分，并不是指在第一层30的生长中途产生的最表面的形状的一部分。多个谷部60a分别是在剖视下在第1c面生长区域60之中向下凸起的拐点，其形成在产生倾斜界面30i的位置。多个谷部60a之中的至少1个设置在与基底基板10的主面10s隔开距离的上方的位置。另一方面，多个山部60b分别是在剖视下在第1c面生长区域60之中向上凸起的拐点，其夹着朝向互为相反的方向扩大的一对倾斜界面30i而形成在c面30c(最后)消失而终结的位置。谷部60a和山部60b在沿着基底基板10的主面10s的方向上交替形成。
观察与基底基板10的主面10s垂直的任意截面时，夹着多个谷部60a之中的1个谷部的多个山部60b之中最接近的一对山部60b彼此在沿着基底基板10的主面10s的方向上间隔的平均距离相当于上述第一层30的最接近顶部间平均距离L，例如超过100μm。
第1c面生长区域60在夹着多个山部60b之中的1个山部的两侧具有作为c面30c与倾斜界面30i的交点的轨迹而设置的一对倾斜部60i。需要说明的是，此处提及的倾斜部60i是指利用荧光显微镜等观察层叠结构体90的截面时基于发光强度差而观察到的形状的一部分，并不是指在第一层30的生长中途产生的最表面的倾斜界面30i。
在剖视下，一对倾斜部60i所成的角度β例如为70°以下、优选为20°以上且65°以下。一对倾斜部60i所成的角度β为70°以下是指：在第一生长条件下，第一层30之中的c面30c的生长速率Gc1与第一层30之中的相对于c面30c最为倾斜的倾斜界面30i的生长速率Gi的比率Gc1/Gi高。由此，能够容易地产生除了c面之外的倾斜界面30i。其结果，在露出倾斜界面30i的位置处，能够使位错容易地弯曲。另外，通过将一对倾斜部60i所成的角度β设为70°以下，能够在基底基板10的主面10s的上方容易地产生多个谷部30v和多个顶部30t。进而，通过将一对倾斜部60i所成的角度β设为65°以下，能够进一步容易地产生除了c面之外的倾斜界面30i，能够在基底基板10的主面10s的上方更容易地产生多个谷部30v和多个顶部30t。需要说明的是，通过将一对倾斜部60i所成的角度β设为20°以上，能够抑制从第一层30的谷部30v至顶部30t为止的高度变高，抑制至第二层40镜面化为止的厚度变厚。
另一方面，倾斜界面生长区域70是以除了c面之外的倾斜界面30i作为生长面而生长的区域。倾斜界面生长区域70的下表面例如沿着第1c面生长区域60的形状形成。倾斜界面生长区域70沿着基底基板10的主面连续设置。
在倾斜界面生长区域70中，与第1c面生长区域60相比容易混入氧。因此，倾斜界面生长区域70中的氧浓度高于第1c面生长区域60中的氧浓度。需要说明的是，混入至倾斜界面生长区域70中的氧例如为在气相生长装置内意外混入的氧、或者从构成气相生长装置的构件(石英构件等)释放的氧等。
需要说明的是，第1c面生长区域60中的氧浓度例如为5×1016cm-3以下、优选为3×1016cm-3以下。另一方面，倾斜界面生长区域70中的氧浓度例如为9×1017cm-3以上且5×1019cm-3以下。
第二层40例如基于生长过程中的生长面的差异而具有倾斜界面生长区域(高氧浓度区域)70和第2c面生长区域(第二低氧浓度区域)80。
第二层40中的倾斜界面生长区域70的上表面例如在剖视下具有多个谷部70a和多个山部70b。需要说明的是，此处提及的谷部70a和山部70b分别是指利用荧光显微镜等观察层叠结构体90的截面时基于发光强度差而观察到的形状的一部分，并不是指在第二层40的生长中途产生的最表面的形状的一部分。倾斜界面生长区域70的多个谷部70a如上所述，在剖视下形成于再次产生c面40c的位置。另外，倾斜界面生长区域70的多个谷部70a分别在剖视下形成于第1c面生长区域60的多个山部60b的上方。另一方面，倾斜界面生长区域70的多个山部70b如上所述，在剖视下形成于倾斜界面40i消失而终结的位置。另外，倾斜界面生长区域70的多个山部70b分别在剖视下形成于第1c面生长区域60的多个谷部60a的上方。
另外，第二层40之中的倾斜界面生长区域70的上端且与基底基板10的主面10s大致平行的面成为第二层40中倾斜界面40i消失而终结的位置的边界面40b。
第2c面生长区域80是以c面40c作为生长面而生长的区域。第2c面生长区域80中，与倾斜界面生长区域70相比，氧的混入受到抑制。因此，第2c面生长区域80中的氧浓度小于倾斜界面生长区域70中的氧浓度。第2c面生长区域80中的氧浓度例如为5×1016cm-3以下、优选为3×1016cm-3以下。
本实施方式中，在第一层30的生长过程中，在露出除了c面之外的倾斜界面30i的位置处，位错朝向相对于该倾斜界面30i大致垂直的方向弯曲传播，由此，在第二层40中，多个位错的一部分消失或者抑制多个位错的一部分向c面扩大层42的表面侧传播。由此，第二层40的表面中的位错密度与基底基板10的主面10s中的位错密度相比得以降低。
另外，本实施方式中，第二层40的表面中的位错密度在厚度方向上急剧降低。
此处，将基底基板10的主面10s中的位错密度记作N0，将第二层40之中的倾斜界面40i消失的位置的边界面40b中的位错密度记作N。需要说明的是，将边界面40b中的平均位错密度记作N。另一方面，将在基底基板10的主面10s上仅以c面作为生长面而使III族氮化物半导体的晶体层以与从本实施方式的基底基板10的主面至边界面40b为止的厚度相等的厚度进行外延生长时(以下也称为“c面限定生长的情况”)的、晶体层的表面中的位错密度记作N’。
在c面限定生长的情况下，存在晶体层的表面中的位错密度与该晶体层的厚度成反比的倾向。具体而言，在c面限定生长的情况下，晶体层的厚度为1.5mm时，由N’/N0求出的位错密度的减少率约为0.6。
与此相对，本实施方式中，由N/N0求出的位错密度的降低率例如小于c面限定生长的情况下的由N’/N0求出的位错密度的降低率。
具体而言，本实施方式中，第二层40之中的倾斜界面40i消失的位置的边界面40b的、自基底基板10的主面10s起的厚度例如为1.5mm以下、优选为1.2mm以下。另外，本实施方式中，上述由N/N0求出的位错密度的降低率例如为0.3以下、优选为0.23以下、更优选为0.15以下。
需要说明的是，本实施方式中，从基底基板10的主面10s起至边界面40b为止的厚度的下限值越薄越好，因此没有限定。然而，在第一工序S200和第二工序S300中，若考虑到从产生倾斜界面30i起至使倾斜界面40i消失为止的过程，则从基底基板10的主面10s起至边界面40b为止的厚度例如超过200μm。
另外，本实施方式中，位错密度的降低率的下限值越小越好，因此没有限定。然而，若考虑到从基底基板10的主面10s起至边界面40b为止的厚度为1.5mm以下，则位错密度的降低率例如为0.01以上。
另外，本实施方式中，第二层40的表面整体由+c面构成，第一层30和第二层40分别不含极性反转区(Inversion domain)。在这一点上，本实施方式的层叠结构体90与通过所谓的DEEP(Dislocation Elimination by the Epitaxial-growth with inverse-pyramidal Pits)法而形成的层叠结构体不同，即，与在位于凹坑中心的芯包含极性反转区的层叠结构体不同。
(3)氮化物半导体基板(氮化物半导体自支撑基板、氮化物晶体基板)
接着，使用图9，针对本实施方式所述的氮化物半导体基板50进行说明。图9的(a)是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的概略上表面图，(b)是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的沿着m轴的概略截面图，(c)是表示本实施方式所述的氮化物半导体基板的沿着a轴的概略截面图。需要说明的是，将沿着m轴的方向设为x方向，将沿着a轴的方向设为y方向。
本实施方式中，通过利用上述制造方法对第二层40进行切片而得到的基板50例如为由III族氮化物半导体的单晶形成的自支撑基板。本实施方式中，基板50例如为GaN自支撑基板。
基板50的直径例如为2英寸以上。另外，基板50的厚度例如为300μm以上且1mm以下。
基板50的导电性没有特别限定，使用基板50来制造作为立式的肖特基势垒二极管(SBD)的半导体装置时，基板50例如为n型，基板50中的n型杂质例如为Si或锗(Ge)，基板50中的n型杂质浓度例如为1.0×1018cm-3以上且1.0×1020cm-3以下。
基板50例如具有成为外延生长面的主面50s。本实施方式中，相对于主面50s最近的低指数晶面例如为c面50c。
需要说明的是，基板50的主面50s例如经镜面化，基板50的主面50s的均方根粗糙度RMS例如小于1nm。
另外，本实施方式中，通过上述制造方法得到的基板50中的杂质浓度小于通过助熔剂法或氨热法等得到的基板。
具体而言，基板50中的氢浓度例如小于1×1017cm-3、优选为5×1016cm-3以下。
另外，本实施方式中，基板50通过对以c面40c作为生长面而生长的主生长层44进行切片来形成，因此，不包含以倾斜界面30i或倾斜界面40i作为生长面而生长的倾斜界面生长区域70。即，基板50整体由低氧浓度区域构成。
具体而言，基板50中的氧浓度例如为5×1016cm-3以下、优选为3×1016cm-3以下。
另外，本实施方式中，基板50例如如上所述不包含极性反转区(Inversiondomain)。
(c面的弯曲和偏离角的偏差)
如图9的(b)和(c)所示那样，本实施方式中，作为相对于基板50的主面50s最近的低指数晶面的c面50c例如因上述基板50的制造方法而相对于主面50s弯曲成凹球面状。
本实施方式中，基板50的c面50c例如在沿着m轴的截面和沿着a轴的截面中分别呈现近似球面的曲面状。
本实施方式中，由于基板50的c面50f如上所述地弯曲成凹球面状，因此，至少一部分c轴50ca相对于主面50s的法线发生倾斜。c轴50ca相对于主面50s的法线所成的角度、即偏离角θ在主面50s内具有规定的分布。
需要说明的是，在c轴50ca相对于主面50s的法线的偏离角θ之中，将沿着m轴的方向成分记作“θm”，将沿着a轴的方向成分记作“θa”。需要说明的是，θ2＝θm 2+θa 2。
本实施方式中，由于基板50的c面50c如上所述地弯曲成凹球面状，因此，偏离角m轴成分θm和偏离角a轴成分θa可以分别用x的一次函数和y的一次函数来近似地表示。
本实施方式中，基板50的c面50c的曲率半径大于例如在上述基板50的制造方法中使用的基底基板10的c面10c的曲率半径。
具体而言，基板50的c面50c的曲率半径例如为23m以上、优选为30m以上、进一步优选为40m以上。
需要说明的是，作为参考，即便在c面限定生长的情况下，有时从具有与本实施方式的第一层30和第二层40的合计厚度相同的厚度的晶体层中切出的基板中的c面的曲率半径也会大于基底基板10的c面10c的曲率半径。然而，在c面限定生长的情况下，将晶体层的厚度设为2mm时的从该晶体层切出的基板中的c面的曲率半径为约11m，是基底基板10的c面10c的曲率半径的约1.4倍左右。
本实施方式中，基板50的c面50c的曲率半径的上限值越大越好，因此没有特别限定。在基板50的c面50c大致平坦的情况下，可以认为该c面50c的曲率半径无限大。
另外，本实施方式中，通过使基板50的c面50c的曲率半径大，从而能够使基板50的c轴50ca相对于主面50s的法线的偏离角θ的偏差小于基底基板10的c轴10ca的偏离角的偏差。
具体而言，进行基板50的(0002)面的X射线摇摆曲线测定，基于该(0002)面的衍射峰角度，测定c轴50ca相对于主面50s的法线的偏离角θ时，通过从主面50s的中心起至直径29.6mm内的偏离角θ的大小的最大最小差求出的偏差例如为0.075°以下、优选为0.057°以下、进一步优选为0.043°以下。
需要说明的是，作为参考，在通过上述VAS法而制作的基底基板10中，通过上述测定方法而求出的c轴10ca的偏离角的偏差约为0.22°。另外，在c面限定生长的情况下，将晶体层的厚度设为与本实施方式的第一层30和第二层40的合计厚度相同的厚度(例如2mm)时，在由该晶体层得到的氮化物半导体基板中，通过上述测定方法而求出的c轴的偏离角的偏差约为0.15°。
本实施方式中，基板50的c轴50ca的偏离角θ的偏差的下限值越小越好，因此没有特别限定。在基板50的c面50c大致平坦的情况下，认为基板50的c轴50ca的偏离角θ的偏差为0°即可。
另外，本实施方式中，相对于基板50的主面50s，c面50c的弯曲各向同性地变小，因此，c面50c的曲率半径的方向依赖性小。
具体而言，通过上述测定方法而求出的沿着a轴的方向上的c面50c的曲率半径与沿着m轴的方向上的c面50c的曲率半径之差例如为它们之中较大者的50％以下、优选为20％以下。
(暗点)
接着，针对本实施方式的基板50的主面50s中的暗点进行说明。需要说明的是，此处提及的“暗点”是指：在多光子激发显微镜中的主面50s的观察图像、主面50s的阴极发光图像等中观察到的发光强度低的点，不仅包括位错，还包括以异物或点缺陷为起因的非发光中心。需要说明的是，“多光子激发显微镜”有时也被称为双光子激发荧光显微镜。
本实施方式中，使用通过VAS法而制作的由高纯度的GaN单晶形成的基底基板10来制造基板50，因此，在基板50中，以异物或点缺陷为起因的非发光中心少。因此，利用多光子激发显微镜等观察基板50的主面时的暗点的95％以上、优选99％以上不是以异物或点缺陷为起因的非发光中心，而是位错。
另外，本实施方式中，通过上述制造方法，第二层40的表面中的位错密度与基底基板10的主面10s中的位错密度相比得以降低。由此，在对第二层40进行切片而形成的基板50的主面50s中，位错也得以降低。
另外，本实施方式中，通过上述制造方法，使用未实施加工的状态的基底基板10来进行初始工序S190、第一工序S200和第二工序S300，由此，在对第二层40进行切片而形成的基板50的主面50s中，不会形成由位错的集中导致的位错密度高的区域，而是均匀地形成位错密度低的区域。
具体而言，本实施方式中，利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察基板50的主面50s，并由暗点密度求出位错密度时，遍及主面50s的95％以上、优选99％以上、进一步优选100％，位错密度小于1×106cm-2。需要说明的是，即便存在位错密度为1×106cm-2以上的区域，该区域的位错密度也为3×106cm-2以下。
换言之，本实施方式中，对基板50的主面50s整体加以平均而得的位错密度例如小于1×106cm-2、优选小于5.5×105cm-2、更优选为3×105cm-2以下。
另外，本实施方式的基板50的主面50s例如基于上述第一工序S200中的最接近顶部间平均距离L，包含最小为50μm见方的无位错区域。另外，50μm见方的无位错区域例如分散遍布在基板50的主面50s整体。另外，本实施方式的基板50的主面50s例如以100个/cm2以上、优选以800个/cm2以上、更优选以1600个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。需要说明的是，不重叠的50μm见方的无位错区域的密度为1600个/cm2以上的情况例如相当于主面50s在250μm见方的任意视野内具有至少1个50μm见方的无位错区域的情况。
需要说明的是，不重叠的50μm见方的无位错区域的密度的上限值基于其计测方法为40000个/cm2。
需要说明的是，作为参考，在通过不进行用于汇集位错的特殊工序的现有制造方法而得到的基板中，无位错区域的大小比50μm见方小，或者，50μm见方的无位错区域的密度小于100个/cm2。
接着，针对本实施方式的基板50中的位错的柏氏矢量进行说明。
本实施方式中，在上述制造方法中使用的基底基板10的主面10s中的位错密度低，因此，使第一层30和第二层40在基底基板10上生长时，多个位错发生结合(混合)的情况少。由此，在由第二层40得到的基板50内，能够抑制具有较大柏氏矢量的位错的生成。
具体而言，本实施方式的基板50中，例如，柏氏矢量为<11-20>/3、<0001>或<11-23>/3之中的任一者的位错多。需要说明的是，此处的“柏氏矢量”可通过例如使用了透射电子显微镜(TEM)的大角度会聚束电子衍射法(LACBED法)来测定。另外，柏氏矢量为<11-20>/3的位错是刃型位错，柏氏矢量为<0001>的位错为螺旋位错，柏氏矢量为<11-23>/3的位错是刃型位错与螺旋位错混合而成的混合位错。
本实施方式中，随机地抽取基板50的主面50s中的100个位错时，柏氏矢量为<11-20>/3、<0001>或<11-23>/3中的任一者的位错的数量的比例例如为50％以上、优选为70％以上、更优选为90％以上。需要说明的是，在基板50的主面50s内的至少一部分，也可以存在柏氏矢量为2<11-20>/3或<11-20>等的位错。
(关于使狭缝宽度变更的X射线摇摆曲线测定)
此处，发明人发现：通过变更入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定，能够同时评价构成本实施方式的基板50的晶体品质要素和上述c面50c的弯曲(翘曲)这两者。
首先，针对X射线摇摆曲线测定中的晶体品质要素的影响进行说明。
X射线摇摆曲线测定中的衍射图案的半值宽度因例如位错密度的高低、镶嵌度(mosaicity)的高低、层叠缺陷密度的大小、基底面位错密度的大小、点缺陷(空孔等)密度的大小、晶格常数的面内波动量的大小、杂质浓度的分布等晶体品质要素而大幅受到影响。这些晶体品质要素不好时，X射线摇摆曲线测定中的衍射角度的波动变大，衍射图案的半值宽度变大。
接着，使用图10的(a)，针对X射线摇摆曲线测定中的c面50c的弯曲的影响进行说明。图10的(a)是表示针对弯曲的c面的X射线衍射的概略截面图。
将X射线的入射侧的狭缝宽度记作a，将对基板的主面照射的X射线的照射宽度(印迹)记作b，将晶体的布拉格角记作θB时，基板的主面中的X射线的照射宽度b利用以下的式(h)来求出。
b＝a/sinθB···(h)
如图10的(a)所示那样，在基板的c面发生弯曲的情况下，将c面的曲率半径记作R，将在X射线的照射宽度b的范围内发生弯曲的c面所形成的中心角度的一半记作γ，此时，c面的曲率半径R相对于X射线的照射宽度b非常大。由此，角度γ利用以下的式(i)来求出。
γ＝sin-1(b/2R)≈b/2R···(i)
此时，在基板的c面之中的照射X射线的区域的入射侧的端部(图中的右侧端部)，相对于基板主面的衍射角度为θB+γ＝θB+b/2R。
另一方面，在基板的c面之中的照射X射线的区域的受光侧的端部(图中的左侧端部)，相对于基板主面的衍射角度为θB-γ＝θB-b/2R。
因此，根据基板的c面之中的上述入射侧的端部的相对于基板主面的衍射角度与基板的c面之中的上述受光侧的端部的相对于基板主面的衍射角度的差值，针对弯曲的c面的X射线衍射角度的波动为b/R。
图10的(b)和(c)是表示相对于c面的曲率半径的、(0002)面的衍射角度的波动的图。需要说明的是，图10的(b)的纵轴成为对数标度，图10的(c)的纵轴成为线性标度。
如图10的(b)和(c)所示那样，在增大X射线的入射侧的狭缝的宽度a、即增大X射线的照射宽度b的情况下，与X射线的照射宽度b相应地，(0002)面的衍射角度的波动变大。另外，随着c面的曲率半径R变小，(0002)面的衍射角度的波动缓缓变大。另外，变更X射线的照射宽度b时的(0002)面的衍射角度的波动的差值随着c面的曲率半径R变小而变大。
入射侧的狭缝的宽度a狭窄时，对于(0002)面的衍射角度的波动而言，由c面的弯曲导致的影响小，由上述晶体品质要素导致的影响成为支配性因素。然而，入射侧的狭缝的宽度a宽时，对于(0002)面的衍射角度的波动而言，由上述晶体品质要素导致的影响和由c面的弯曲导致的影响这两者重叠。因此，如果变更入射侧的狭缝的宽度a来进行X射线摇摆曲线测定，则能够在照射X射线的整个区域同时评价上述晶体品质要素和c面的弯曲(翘曲)这两者。
此处，对针对本实施方式的基板50进行X射线摇摆曲线测定时的特征加以说明。
以下，隔着Ge(220)面的双晶单色器和狭缝对基板50的主面50s照射Cu的Kα1的X射线，进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，将狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的(0002)面衍射的半值宽度记作“FWHMa”，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度记作“FWHMb”。需要说明的是，“ω方向”是指：在X射线摇摆曲线测定中，以穿过基板50的中心且与基板50的主面平行的轴作为中心轴，使基板50旋转时的旋转方向。
本实施方式的基板50中，位错密度的高低、镶嵌度的高低、层叠缺陷密度的大小、基底面位错密度的大小、点缺陷(空孔等)密度的大小、晶格常数的面内偏差量的大小、杂质浓度的分布等上述晶体品质要素全部变得良好。
其结果，本实施方式的基板50中，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm来进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb例如为80arcsec以下、优选为50arcsec以下、更优选为32arcsec以下。
另外，本实施方式的基板50中，遍及主面50s的广范围，上述晶体品质要素全部变得良好。
其结果，在本实施方式的基板50的主面50s内(从中心至外缘之间)以5mm的间隔设定的多个测定点处，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm来进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，例如全部测定点中的95％以上、优选100％的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为80arcsec以下、优选为50arcsec以下、更优选为32arcsec以下。
另外，本实施方式的基板50中，上述晶体品质要素的面内偏差小。因此，加宽入射侧的狭缝宽度并进行X射线摇摆曲线测定时的(0002)面的衍射图案与缩小入射侧的狭缝宽度并进行X射线摇摆曲线测定时的(0002)面的衍射图案相比存在难以变窄的倾向。
其结果，本实施方式的基板50中，将狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMa可以为例如将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb以上。
需要说明的是，即便在基板50的晶体品质要素良好的情况下，在FWHMb非常小的状态下，有时也会成为FWHMa<FWHMb。
另外，本实施方式的基板50中，如上所述，遍及主面50s的广范围内，不仅位错少，上述晶体品质要素也全部均衡地良好。进而，基板50的c面50c的弯曲小，c面50c的曲率半径大。本实施方式的基板50中，即便加宽入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定，在照射X射线的整个区域中，上述晶体品质要素均衡地良好，并且，通过使c面的曲率半径大，(0002)面的衍射角度的波动不会变大。因此，即便变更入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定，(0002)面的衍射角度的波动的差值也变小。
其结果，在本实施方式的基板50的规定测定点(例如主面的中心)处，从将狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMa减去将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb而得的差值FWHMa-FWHMb例如为FWHMa的30％以下、优选为22％以下。
另外，在本实施方式的基板50的主面50s内(从中心至外缘之间)以5mm的间隔设定的多个测定点处，变更狭缝的ω方向的宽度来进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，例如全部测定点中的95％以上、优选100％的FWHMa-FWHMb例如为FWHMa的30％以下、优选为22％以下。
需要说明的是，本实施方式的基板50中，即便成为FWHMa<FWHMb，|FWHMa-FWHMb|/FWHMa也会成为30％以下。另外，本实施方式的基板50中，FWHMa与FWHMb大致相等，有时|FWHMa-FWHMb|/FWHMa成为0％。
另外，本实施方式的基板50中，即便加宽入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定，在照射X射线的整个区域中，上述晶体品质要素的偏差小，因此，衍射图案具有单一峰。
需要说明的是，作为参考，针对通过以往的制造方法而制作的基板(以下也称为现有基板)进行说明。此处提及的以往的制造方法是指例如以往的VAS法、以c面作为生长面而进行厚膜生长的方法、上述DEEP法、THVPE(Tri-halide vapor phase epitaxy)法、氨热法、助熔剂法等。
对于现有基板而言，上述晶体品质要素中的至少任一者不会比本实施方式的基板50良好。因此，现有基板的FWHMb与本实施方式的基板50的FWHMb相比变大。
对于现有基板而言，上述晶体品质要素中的至少任一者有可能产生面内偏差。因此，加宽入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定时的(0002)面的衍射图案与缩小入射侧的狭缝宽度来进行X射线摇摆曲线测定时的(0002)面的衍射图案相比有时变宽。其结果，对于现有基板而言，有时FWHMa<FWHMb。
对于现有基板而言，c面的曲率半径小于本实施方式的基板50。在加宽狭缝宽度时，在照射X射线的区域的至少一部分，必然包含晶体品质要素中的至少任一者不比本实施方式的基板50良好的部位。因此，基底基板10中的差值FWHMa-FWHMb与本实施方式的基板50的该差值相比变大。
对于现有基板而言，上述晶体品质要素中的至少任一者有可能产生面内偏差。在加宽狭缝宽度时，在照射X射线的区域的至少一部分，有可能产生衍射角度的波动不同的部位。因此，加宽狭缝宽度时的衍射图案有时具有多个峰。
如上那样，现有基板有可能不满足针对本实施方式的基板50而规定的上述条件。
(4)通过本实施方式而得到的效果
根据本实施方式，获得以下所示的1个或多个效果。
(a)在第一工序S200中，通过使构成第一层30的单晶的表面产生除了c面之外的倾斜界面30i，在露出倾斜界面30i的位置处，能够使位错朝向相对于该倾斜界面30i大致垂直的方向弯曲传播。由此，能够使位错在局部汇集。通过使位错在局部汇集，能够使具有互为相反的柏氏矢量的位错彼此消失。或者，通过使在局部汇集的位错形成闭环，能够抑制位错向第二层40的表面侧传播。如此操作，能够降低第二层40的表面中的位错密度。其结果，能够获得与基底基板10相比位错密度得以降低的基板50。
(b)如上所述，在第二层40的生长过程中，通过使多个位错的一部分消失或者抑制多个位错的一部分向第二层40的表面侧传播，从而与c面限定生长的情况相比能够极快地降低位错密度。即，能够使本实施方式中的由N/N0求出的位错密度的降低率小于c面限定生长的情况下的由N’/N0求出的位错密度的减少率。其结果，能够高效地获得与基底基板10相比位错密度得以降低的基板50，能够提高其生产率。
(c)第一工序S200中，使c面30c从第一层30的顶面30u消失。由此，能够在第一层30的表面形成多个谷部30v和多个顶部30t。其结果，能够使从基底基板10传播的位错在第一层30中的露出倾斜界面30i的位置处确实地发生弯曲。
此处，在第一工序中，考虑残留有c面的情况。在该情况下，在残留有c面的部分，从基底基板传播的位错不弯曲地沿着大致铅直上方发生传播并到达第二层的表面。因此，在残留有c面的部分的上方，位错不会降低，而是形成高位错密度区域。
与此相对，根据本实施方式，在第一工序S200中，通过使c面30c从第一层30的顶面30u消失，从而能够仅由c面之外的倾斜界面30i构成第一层30的表面，能够在第一层30的表面形成多个谷部30v和多个顶部30t。由此，能够在第一层30的整个表面使从基底基板10传播的位错确实地弯曲。通过使位错确实地弯曲，从而容易使多个位错的一部分消失，或者难以将多个位错的一部分向第二层40的表面侧传播。其结果，能够遍及由第二层40得到的基板50的主面1s整体地降低位错密度。
(d)本实施方式中，在初始工序S190中，以c面作为生长面，使初始层20直接在基底基板10的主面10s上生长。此时，使初始工序S190中的初始层20的生长速率小于第一工序S200中的第一层30的生长速率。由此，能够使初始层20在基底基板10的主面10s上进行层流生长。通过使初始层20进行层流生长，即便在基底基板10的主面10s的一部分存在粗糙部分或结晶性不同的部分等异常部分，无论基底基板10的主面10s的状态如何，均能够遍及表面整体地使初始层20的表面形态和结晶性大致均匀。通过使初始层20的表面形态和结晶性大致均匀，在第一工序S200中，能够遍及第一层30的整个表面地使倾斜界面30i相对于c面30c的倾斜角度等倾斜界面30i的发生状态大致均匀。具体而言，能够抑制在第一层30的一部分表面形成最接近顶部间距离短的区域，遍及第一层30的整个表面地使最接近顶部间距离大致均匀。其结果，能够抑制在第二层40的一部分表面形成位错密度高的区域，遍及第二层40的整个表面地降低位错密度。
(e)本实施方式中，通过进行上述初始工序S190，且在第一工序S200中以满足式(1)的方式调整第一生长条件，从而在第一工序S200中，作为倾斜界面30i，能够产生m≥3的{11-2m}面。由此，能够缓和{11-2m}面相对于c面30c的倾斜角度。具体而言，能够使该倾斜角度为47.3°以下。通过缓和{11-2m}面相对于c面30c的倾斜角度，能够延长多个顶部30t的周期。具体而言，观察与基底基板10的主面10s垂直的任意截面时，能够使最接近顶部间平均距离L超过100μm。
需要说明的是，作为参考，通常，使用规定的腐蚀剂使氮化物半导体基板产生蚀坑时，在该基板的表面形成由{1-10n}面构成的蚀坑。与此相对，在本实施方式中，在以规定的条件生长的第一层30的表面，能够产生m≥3的{11-2m}面。因此可以认为：与通常的蚀坑相比，本实施方式中形成制法特有的倾斜界面30i。
(f)本实施方式中，观察与基底基板10的主面10s垂直的任意截面时，通过使最接近顶部间平均距离L超过100μm，能够确保位错弯曲传播的距离至少超过50μm。由此，能够将位错充分汇集在第一层30之中的一对顶部30t间的大致中央的上方。其结果，能够使第二层40的表面中的位错密度充分降低。
(g)第一工序S200中，使c面30c从第一层30的表面消失后，维持该表面仅由倾斜界面30i构成的状态，且遍及规定厚度地继续第一层30的生长。由此，能够遍及第一层30的整个表面地使c面30c确实地消失。例如，即便在倾斜界面扩大工序S220中c面30c在第一层30的表面消失的时刻发生偏移，在倾斜界面扩大层32的一部分残留有c面30c，也能够使c面30c确实地消失。
另外，在c面30c消失后，通过继续进行基于第一层30的倾斜界面30i的生长，能够充分确保使位错在露出倾斜界面30i的位置发生弯曲的时间。此处，若在c面消失后立即使c面生长，则位错有可能不会充分弯曲，而是朝向第二层的表面在大致铅直方向上传播。与此相对，在本实施方式中，通过充分确保使位错在露出除了c面之外的倾斜界面30i的位置发生弯曲的时间，尤其是能够使第一层30的顶部30t附近的位错确实地弯曲，能够抑制位错从基底基板10朝向第二层40的表面在大致铅直方向上传播。由此，能够抑制第一层30的顶部30t的上方的位错的集中。
(h)通过本实施方式的制造方法，能够使基板50的c面50c的曲率半径大于基底基板10的c面10c的曲率半径。由此，能够使基板50的c轴50ca相对于主面50s的法线的偏离角θ的偏差小于基底基板10的c轴10ca的偏离角的偏差。
作为能够增大基板50的c面50c的曲率半径的一个理由，可以考虑例如以下那样的理由。
如上所述，在第一工序S200中，通过以除了c面之外的倾斜界面30i作为生长面而使第一层30进行三维生长，从而形成倾斜界面生长区域70。在倾斜界面生长区域70中，与第1c面生长区域60相比容易混入氧。因此，倾斜界面生长区域70中的氧浓度高于第1c面生长区域60中的氧浓度。换言之，可以将倾斜界面生长区域70视作高氧浓度区域。
像这样，通过向高氧浓度区域中混入氧，能够使高氧浓度区域的晶格常数大于除了高氧浓度区域之外的其它区域的晶格常数(参考：Chris G.Van de Walle，PhysicalReview B vol.68，165209(2003))。对于基底基板10或第一层30中的以c面30c作为生长面而生长的第1c面生长区域60，通过基底基板10的c面10c的弯曲而施加有朝向c面的曲率中心集中的应力。与此相对，通过相对增大高氧浓度区域的晶格常数，在高氧浓度区域中能够产生使c面30c向沿面方向的外侧扩展的应力。由此，能够使比高氧浓度区域靠下侧且朝向c面30c的曲率中心集中的应力与使高氧浓度区域的c面30c向沿面方向的外侧扩展的应力相抵消。
像这样，通过获得基于第一层30的应力抵消效果，能够使由第二层40得到的基板50的c面50c的曲率半径大于通过以往的VAS法得到的基底基板10的c面10c的曲率半径。
(i)通过本实施方式的制造方法而得到的基板50中，不仅能够降低位错密度，能够减小偏离角偏差，还能够使决定X射线摇摆曲线测定的半值宽度的上述各晶体品质要素全部均衡地良好。由此，本实施方式的基板50中，能够使FWHMb为32arcsec以下。进而，本实施方式的基板50中，即便在将狭缝宽度设为1mm的情况下，在照射X射线的整个区域中，c面的曲率半径大，并且，上述晶体品质要素均衡地良好，由此，能够使(FWHMa-FWHMb)/FWHMa为30％以下。
<其它实施方式>
以上，具体说明本发明的实施方式。然而，本发明不限定于上述实施方式，可以在不超出其主旨的范围内进行各种变更。
上述实施方式中，针对基底基板10为GaN自支撑基板的情况进行了说明，但基底基板10不限定于GaN自支撑基板，可以为例如由氮化铝(AlN)、氮化铝镓(AlGaN)、氮化铟(InN)、氮化铟镓(InGaN)、氮化铝铟镓(AlInGaN)等III族氮化物半导体、即AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的组成式所示的III族氮化物半导体形成的自支撑基板。
上述实施方式中，针对基板50为GaN自支撑基板的情况进行了说明，但基板50不限定于GaN自支撑基板，可以为例如由AlN、AlGaN、InN、InGaN、AlInGaN等III族氮化物半导体、即AlxInyGa1-x-yN(0≤x≤1、0≤y≤1、0≤x+y≤1)的组成式所示的III族氮化物半导体形成的自支撑基板。
上述实施方式中，针对基板50为n型的情况进行了说明，但基板50可以为p型或者具有半绝缘性。例如，使用基板50来制造作为高电子迁移率晶体管(HEMT)的半导体装置时，基板50优选具有半绝缘性。
上述实施方式中，针对在第一工序S200中作为第一生长条件而主要调整生长温度的情况进行了说明，但只要第一生长条件满足式(1)，则作为该第一生长条件，可以调整除了生长温度之外的生长条件或者组合调整生长温度和除了生长温度之外的生长条件。
上述实施方式中，针对在第二工序S300中作为第二生长条件而主要调整生长温度的情况进行了说明，但只要第二生长条件满足式(2)，则作为该第二生长条件，可以调整除了生长温度之外的生长条件或者组合调整生长温度和除了生长温度之外的生长条件。
上述实施方式中，针对将倾斜界面维持工序S240中的生长条件与倾斜界面扩大工序S220同样地维持为上述第一生长条件的情况进行了说明，但只要倾斜界面维持工序S240中的生长条件满足第一生长条件，则也可以使该倾斜界面维持工序S240中的生长条件不同于倾斜界面扩大工序S220中的生长条件。
上述实施方式中，针对将主生长工序S340中的生长条件与c面扩大工序S320同样地维持为上述第二生长条件的情况进行了说明，但只要主生长工序S340中的生长条件满足第二生长条件，则也可以使该主生长工序S340中的生长条件不同于c面扩大工序S320中的生长条件。
上述实施方式中，针对在切片工序S170和切片工序S400中使用线锯对第二晶体层6或主生长层44进行切片的情况进行了说明，但也可以使用例如外周刃切片机、内周刃切片机、放电加工机等。
上述实施方式中，针对通过对层叠结构体90之中的主生长层44进行切片而得到基板50的情况进行了说明，但不限定于该情况。例如，也可以直接使用层叠结构体90来制造用于制作半导体装置的半导体层叠物。具体而言，制作层叠结构体90后，在半导体层叠物制作工序中，使半导体功能层在层叠结构体90上外延生长，从而制作半导体层叠物。制作半导体层叠物后，对层叠结构体90的背面侧进行研磨，去除层叠结构体90之中的基底基板10、初始层20、第一层30和c面扩大层42。由此，与上述的实施方式同样地获得具有主生长层44和半导体功能层的半导体层叠物。根据该情况，能够省略用于获得基板50的切片工序S400和研磨工序S500。
上述实施方式中，针对在制造基板50后结束制造工序的情况进行了说明，但也可以将该基板50用作基底基板10，再次进行工序S190～S500。由此，能够获得使位错密度进一步降低的基板50。另外，能够获得进一步减小了c轴50ca的偏离角θ的偏差的基板50。另外，可以将使用基板50作为基底基板10的工序S190～S500作为1个循环，并反复进行多次该循环。由此，能够与反复进行循环的次数相应地使基板50的位错密度缓缓降低。另外，能够与反复进行循环的次数相应地使基板50中的c轴50ca的偏离角θ的偏差也缓缓减小。需要说明的是，可以在2个循环及之后省略初始工序S190。
实施例
以下，针对验证本发明效果的各种实验结果进行说明。需要说明的是，以下，有时将“氮化物半导体基板”简写为“基板”。
(1)实验1
(1-1)氮化物半导体基板的制作
如下操作，制作样品1～3的基板。需要说明的是，针对样品1和2，还制作对基板进行切片前的层叠结构体。
[样品1的氮化物半导体基板的制作条件]
(基底基板)
材质：GaN
制作方法：VAS法
直径：2英寸
厚度：400μm
相对于主面最近的低指数晶面：c面
未对主面进行掩膜层等的图案加工。
(初始层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
生长条件：
设为与以下的第一生长条件中的生长温度相等，且使原料分压和V/III比小于第一生长条件。
(第一层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
第一生长条件：
将生长温度设为980℃以上且1020℃以下，将V/III比设为2以上且20以下。此时，以第一生长条件满足式(1)的方式，将生长温度和V/III比之中的至少任一者分别在上述范围内进行调整。
(第二层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
生长温度：1050℃
V/III比：2
需要说明的是，上述第二生长条件满足式(2)。
从基底基板的主面起至第二层的表面为止的厚度：约2mm
(切片条件)
基板的厚度：400μm
切割损耗：200μm
需要说明的是，样品1中，制作加工状态略有不同的2个基板。
[样品2的氮化物半导体基板的制作条件]
(基底基板)
与样品1相同。
(初始层)
无。
(第一层)
与样品1相同。
(第二层)
与样品1相同。
(切割条件)
与样品1相同。
[样品3的氮化物半导体基板的制作条件]
(基底基板)
与样品1相同。
(晶体层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
生长温度：1050℃(与样品1的第二层相同)
V/III比：2(与样品1的第二层相同)
需要说明的是，上述生长条件满足式(2)。
从基底基板的主面起至晶体层的表面为止的厚度：约2mm
(切片条件)
与样品1相同。
(1-2)评价
(基于荧光显微镜的观察)
使用荧光显微镜，针对样品1和2，分别观察对基板进行切片前的层叠结构体的截面。
(基于多光子激发显微镜的观察)
使用多光子激发显微镜，观察基底基板、样品1～3的基板各自的主面。此时，通过以250μm视野遍及整个主面地测定暗点密度来测定位错密度。需要说明的是，这些基板中的暗点均为位错是通过在厚度方向上错开焦点地进行测定来确认的。另外，此时，求出250μm见方的视野下的位错密度小于1×106cm-2的区域(低位错密度区域)的数量相对于全部测定区域数的比例。需要说明的是，此处提及的“低位错密度区域”是指：如后述结果所示那样，不进行第一工序地使晶体层生长而得的样品3的、具有比晶体层的主面中的平均位错密度更低的位错密度的区域。
(X射线摇摆曲线测定)
针对基底基板、样品1～3的基板，分别进行以下的两种X射线摇摆曲线测定。
X射线摇摆曲线测定中使用SPECTRIS公司制的“X’Pert-PRO MRD”，作为入射侧的单色器，使用该公司制的“混合单色器”。混合单色器从X射线光源侧起依次具有X射线镜和Ge(220)面的双晶。该测定中，首先，利用X射线镜将从X射线光源发射的X射线制成平行光。由此，能够增加所使用的X射线的光子数(即X射线强度)。接着，利用Ge(220)面的双晶，将来自X射线镜的平行光制成Cu的Kα1的单色光。接着，通过狭缝将来自Ge(220)面的双晶的单色光缩窄至规定宽度，并使其入射至基板。需要说明的是，若通过模拟实验来求出使用该混合单色器测定完整晶体的GaN的(0002)面的摇摆曲线时的半值宽度，则为25.7arcsec。即，该半值宽度是通过上述光学体系进行测定时的理论上的测定极限。
需要说明的是，在该测定中，向基板入射的X射线在沿着ω方向的截面中被制成朝向基板侧的平行光，但在沿着与ω方向正交的方向(基板的旋转轴方向)的截面中不呈现平行光。因此，在X射线从狭缝起至到达基板为止的期间，X射线的ω方向的宽度基本恒定，但X射线的与ω方向正交的方向的宽度变宽。因此，在X射线摇摆曲线测定中，在规定的晶面发生衍射的X射线的半值宽度取决于入射侧的狭缝之中的X射线成为平行光的ω方向的宽度。
另一方面，受光侧设为open。将受光侧的检测器的窗宽度设为14.025mm。在上述光学体系中，由于角度半径为420mm，因此，能够测定±0.95°的布拉格角的变动。
(X射线摇摆曲线测定1)
将入射侧狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm，进行基底基板和样品1～3的基板各自的(0002)面的X射线摇摆曲线测定。此时，在各个基板的主面内之中的m轴方向和a轴方向上分别以5mm的间隔设定的多个测定点处，进行该测定。测定的结果，基于各测定点处的(0002)面的衍射峰角度，求出c面的曲率半径以及c轴相对于主面的法线所成的角度即偏离角。另外，作为从主面的中心起至直径29.6mm内的偏离角大小的最大最小差，求出偏离角的偏差。另外，在各测定点处，求出将入射侧狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb。
(X射线摇摆曲线测定2)
将入射侧狭缝的ω方向的宽度设为1mm，针对基底基板和样品1的基板分别进行X射线摇摆曲线测定。需要说明的是，该测定在各个基板的主面中心处进行。测定的结果，求出将入射侧狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMa。进而，在各个基板中的主面中心处，求出FWHMa-FWHMb相对于FWHMa的比例。
进而，在样品1中，在主面内之中的m轴方向和a轴方向各自的以5mm的间隔设定的多个测定点处，进行该测定。由此，在样品1的多个测定点处，求出FWHMa-FWHMb相对于FWHMa的比例。需要说明的是，针对该测定，作为实验3而如后所述。
需要说明的是，在X射线摇摆曲线测定1和2中，对于各个基板的主面，以(0002)面的布拉格角17.28°入射X射线时，狭缝的ω方向的宽度为0.1mm时，X射线的印迹约为0.337mm，狭缝的ω方向的宽度为1mm时，X射线的印迹约为3.37mm。
(1-3)结果
将结果示于表1。
[表1]
样品1 样品2 样品3 基底基板
初始工序 有 无 无 -
第一工序 有 有 无 -
平均位错密度(cm<sup>-2</sup>) 4.1×10<sup>5</sup> 5.4×10<sup>5</sup> 1.5×10<sup>6</sup> 3.0×10<sup>6</sup>
低位错密度区域的比例(％) 100 91 30 0
c面的曲率半径(m) 32.2～69.5 31.2 11.3 7.64
(直径在29.6mm内)偏离角偏差(°) 0.024～0.053 0.055 0.15 0.22
(主面内)FWHMb(arcsec) 28～31.3 30.2～41.5 38.5～66.2 40.1～77.8
(FWHMa-FWHMb)/FWHMa(％|) 0.0～28.1 - - 54.2～79.6
(样品3)
如表1所示那样，c面限定生长的样品3的基板中，通过晶体层的厚膜化的效果，主面中的平均位错密度与基底基板相比得以降低。其中，将样品3的基板的位错密度记作N’时，上述由N’/N0求出的位错密度的降低率为0.5。
另外，在样品3的基板中，通过晶体层的厚膜化的效果，c面的曲率半径与基底基板相比略微变大，c轴的偏离角的偏差与基底基板相比略微变小。
(样品2)
图12是表示利用荧光显微镜对样品2的层叠结构体的截面进行观察而得的观察图像的图。如图12所示那样，在样品2的层叠结构体中，基于生长过程中的生长面的差异(即氧浓度的差异)，第一层具有以c面作为生长面而生长的第1c面生长区域和以倾斜界面作为生长面而生长的倾斜界面生长区域。
第1c面生长区域具有多个谷部和多个山部。
样品2中，第1c面生长区域之中的一对倾斜部所成的角度的平均值约为45.3°。另外，最接近顶部间平均距离约为161μm。其中，样品2中，在图12中的左侧的一部分存在最接近顶部间距离为100μm以下的部分。
另外，样品2中，从基底基板的主面起至第1c面生长区域的顶部为止的高度约为430～700μm。另外，倾斜界面生长区域沿着基底基板的主面连续地形成。另外，第二层之中的倾斜界面消失的位置的边界面的自基底基板的主面起的厚度约为894μm。
如表1所示那样，在样品2的基板中，主面中的平均位错密度与基底基板和样品3相比得以降低，小于5.5×105cm-2。
另外，将样品2的基板的位错密度记作N时，上述由N/N0求出的位错密度的降低率为0.18。
另外，在样品2的基板中，位错密度小于1×106cm-2的区域(低位错密度区域)存在于主面50s的91％。该低位错密度区域中的位错密度为2.3×105～9.3×105cm-2。然而，主面50s之中的剩余9％的区域中，位错密度为1×106cm-2以上且3×106cm-2以下。
另外，如表1所示那样，在样品2的基板中，c面的曲率半径与基底基板和样品3的基板相比变大，为22m以上。另外，在样品2的基板中，在直径29.6mm内的c轴的偏离角的偏差与基底基板和样品3的基板相比得以降低，为0.075°以下。即便如样品3那样以c面作为生长面而使晶体层较厚地生长的情况下，基板中的c轴的偏离角的偏差与基底基板相比也变小，但在样品2的基板中，c轴的偏离角的偏差与样品3相比进一步变小。
根据以上的样品2，在第一工序中，以满足式(1)的方式调整第一生长条件。由此，在第一层的生长过程中，能够使c面确实地消失。通过使c面确实地消失，在第一层中的露出倾斜界面的位置处，能够使位错确实地发生弯曲。其结果，能够降低基板的主面中的位错密度。
然而，在样品2中，在第一层中形成了最接近顶部间距离短的部分，因此，在该部分位错未充分汇集。可认为因此在样品2的基板的主面之中的9％的区域形成了高位错密度区域。
(样品1)
图11是表示利用荧光显微镜对样品1的层叠结构体的截面进行观察而得的观察图像的图。图13是使用多光子激发显微镜对样品1的基板的主面进行观察的图。
如图11所示那样，即使是样品1的层叠结构体，第一层也具有第1c面生长区域和倾斜界面生长区域。第1c面生长区域具有多个谷部和多个山部。
在样品1中，第1c面生长区域之中的一对倾斜部所成的角度的平均值与样品2相比略大，约为55.3°。另外，在样品1中，最接近顶部间平均距离与样品2相比更大，约为259μm。另外，在样品1中，不存在最接近顶部间距离为100μm以下的部分。
另外，在样品1中，从基底基板的主面起至第1c面生长区域的顶部为止的高度约为317～829μm。另外，倾斜界面生长区域沿着基底基板的主面连续地形成。另外，第二层之中的倾斜界面消失的位置的边界面的自基底基板的主面起的厚度约为1093μm。
如表1所示那样，在样品1的基板中，主面中的平均位错密度与基底基板、样品2和3的基板相比大幅降低，为4.1×105cm-2。
另外，将样品1的基板的位错密度记作N时，上述由N/N0求出的位错密度的降低率为0.137。
另外，在样品1的基板中，遍及主面整体(100％)地形成了位错密度小于1×106cm-2的低位错密度区域。该低位错密度区域中的位错密度为1.6×105～7.2×105cm-2。
另外，如表1所示那样，在样品1的基板中，c面的曲率半径与基底基板和样品3的基板相比变大，为22m以上。另外，在样品1的基板中，在直径29.6mm内的c轴的偏离角的偏差与基底基板和样品3的基板相比得以降低，为0.075°以下。
另外，如表1所示那样，在样品1的基板中，在全部测定点(即100％)处，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为32arcsec以下。
图13的(a)是表示针对样品1的基板，使狭缝变更来进行X射线摇摆曲线测定时的标准化的X射线衍射图案的图，(b)是表示针对基底基板进行与样品1相同测定时的标准化的X射线衍射图案的图。需要说明的是，图13的(a)和(b)表示沿着m轴的方向的测定结果。另外，在该图中，“线宽”是指上述X射线的印迹。
如图13的(b)所示那样，在基底基板中，将狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时，X射线的衍射图案狭窄，但将狭缝的ω方向的宽度设为1mm时，X射线的衍射图案展宽。
因此，如表1所示那样，在基底基板中，FWHMa-FWHMb为FWHMa的50％以上。
与此相对，如图13的(a)所示那样，在样品1的基板中，即便在将狭缝的ω方向的宽度从0.1mm加宽至1mm的情况下，虽然X射线的衍射图案略展宽，但该展宽小。
由此，如表1所示那样，在样品1的基板中，FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
根据以上的样品1，在第一工序中，以满足式(1)的方式调整第一生长条件。由此，在第一层的生长过程中，能够使c面确实地消失。通过使c面确实地消失，从而在第一层中的露出倾斜界面的位置处，能够使位错确实地弯曲。其结果可确认：能够使基板的主面中的位错密度高效地降低。
另外，根据样品1，在初始工序中，通过使初始层在基底基板的主面上生长，能够抑制在第一层的一部分表面形成最接近顶部间距离短的区域，遍及第一层的整个表面地使最接近顶部间距离大致均匀。由此可确认：能够抑制在基板的一部分主面形成高位错密度区域，遍及基板的整个主面地降低位错密度。
另外可确认：根据样品1，能够使基板的c面的曲率半径大于基底基板的c面的曲率半径，能够使基板中的c轴的偏离角的偏差小于基底基板中的c轴的偏离角的偏差。
另外，根据样品1，如上所述，遍及基板的主面的宽范围，位错少，该基板的晶体品质要素全部均衡地良好。由此可确认：在样品1的基板中，遍及主面的大范围，FWHMb为32arcsec以下。另外可确认：在样品1的基板中，FWHMb小于其它样品。
另外，根据样品1，如上所述，晶体品质要素全部均衡地良好，且基板的c面的曲率半径大。由此可确认：在样品1中，变更入射侧的狭缝的宽度来进行X射线摇摆曲线测定时的半值宽度的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
另外，根据样品1，如上所述，遍及基板的主面的宽范围，晶体品质要素全部均衡地良好，且基板的c面的曲率半径大。由此可确认：在样品1的基板中，遍及主面的宽范围，半值宽度的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
(2)实验2
(2-1)层叠结构体的制作
为了调查在第一层的表面产生的倾斜界面，制作具有基底基板、初始层和第一层但不具有第二层的层叠结构体。需要说明的是，基底基板和第一层的条件设为与实验1的样品1大致同等的条件。
(2-2)评价
(基于光学显微镜的观察)
使用光学显微镜，观察层叠结构体的第一层的表面。
(基于荧光显微镜的观察)
使用荧光显微镜，观察层叠结构体的截面。
(2-3)结果
图14的(a)是表示利用光学显微镜对实验2的层叠结构体的表面进行观察而得的观察图像的图，(b)是表示利用扫描型电子显微镜对实验2的层叠结构体的表面进行观察而得的观察图像的图。图15的(a)是表示利用光学显微镜对实验2的层叠结构体的M截面进行观察而得的观察图像的图，(b)是表示利用扫描型电子显微镜对实验2的层叠结构体的M截面进行观察而得的观察图像的图。图16的(a)是表示利用光学显微镜对实验2的层叠结构体的a截面进行观察而得的观察图像的图，(b)是表示利用扫描型电子显微镜对实验2的层叠结构体的a截面进行观察而得的观察图像的图。
如图14的(a)～图16的(b)所示那样，在第一层的顶面产生由除了c面之外的倾斜界面构成的多个凹部。
如图14的(a)所示那样，在第一层的顶面所产生的凹部内形成6个发光可见的面，即凹部具有6个倾斜界面。
如图14的(b)所示那样，在第一层的顶面所产生的凹部内的脊线(用白线示出一例)从中心起均等地形成了6条。即，凹部为倒正六棱锥。另外，从基底基板的定向平面的方向考虑，凹部内的脊线沿着<1-100>轴方向，另外，构成凹部的倾斜界面是以自<11-20>轴发生倾斜的方向为法线方向的面(即{11-2m}面)。
图15的(a)和(b)所示的M截面(沿着<11-20>轴的方向的截面)大致垂直地将构成倒正六棱锥的凹部的倾斜界面切断。
如图15的(a)和(b)所示那样，在M截面中，第一层中的倾斜界面相对于基底基板的主面的角度约为47°以下。另外，如图14的(a)所示那样，角度约为47°的倾斜界面较多。
另一方面，图16的(a)和(b)所示的a截面(沿着<1-100>轴的方向的截面)沿着构成倒正六棱锥的凹部的脊线被切断。
如图16的(a)和(b)所示那样，在a截面中，构成倒正六棱锥的凹部的脊线相对于基底基板的主面的角度大多为约43°。若将构成倒正六棱锥的倾斜界面的角度设为47°来从几何学上计算脊线的角度，则脊线的角度成为43°。由此，基于由图15的(a)和(b)求出的脊线的角度，也验证了在多个凹部中倾斜界面的角度约为47°。
此处，GaN的{11-2m}相对于{0001}面的角度如下所示。
{11-21}面：72.9°
{11-22}面：58.4°
{11-23}面：47.3°
{11-24}面：39.1°
综上可确认：在以实验2的条件生长的第一层的表面中生成的倾斜界面为m≥3的{11-2m}面。另外可确认：倾斜界面大多为{11-23}面。
根据实验2，与实验1同样地，通过进行上述初始工序，且以满足式(1)的方式调整第一生长条件，从而能够产生m≥3的{11-2m}面作为倾斜界面。由此可确认：在第一层中，能够使最接近顶部间平均距离超过100μm。
(3)实验3
(3-1)氮化物半导体基板的制作
针对无位错区域的面内分布和X射线摇摆曲线测定中的面内分布，为了与上述实验1的样品1加以对比而制作以下的样品4和5。样品4的基板是由以c面作为生长面进行厚膜生长的晶体层得到的基板。另外，样品5的基板是通过以往的VAS法而制作的基板，相当于基底基板。
[样品4的氮化物半导体基板的制作条件]
(基底基板)
材质：GaN
制作方法：VAS法
直径：62mm
厚度：400μm
相对于主面最近的低指数晶面：c面
偏离角：m轴方向0.5°
未对主面进行掩膜层等的图案加工。
(晶体层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
生长温度：1050℃
V/III比：2.8
生长时间：15小时
(加工)
研削：去除圆筒状区域，得到直径56mm的圆柱状区域。
切片：630μm厚、5张
斜面加工：直径设为50.8mm。
研磨加工：设为400～450μm厚。
[样品5的氮化物半导体基板的制作条件]
通过与基底基板相同的现有VAS法，制作样品5的基板。需要说明的是，针对样品5，除了偏离角的绝对值和偏离方向与基底基板不同这一点之外，c面的曲率半径、位错密度等设为与基底基板同等。
(3-2)评价
(基于多光子激发显微镜的观察)
通过与实验1相同的条件，使用多光子激发显微镜，观察样品1、4和5的基板各自的主面。
(X射线摇摆曲线测定)
针对样品1、4和5的基板，分别进行与实验1相同的两种X射线摇摆曲线测定。此时，在主面内之中的m轴方向和a轴方向的各自以5mm的间隔设定的多个测定点处，进行该测定。由此，在各样品的多个测定点处，求出FWHMa-FWHMb相对于FWHMa的比例。
(3-3)结果
(3-3-1)无位错区域的面内分布
使用图17～图34，针对样品1和4的基板中的无位错区域的分布进行说明。图17～图33是使用多光子激发显微镜对样品1的基板的主面进行观察的图。需要说明的是，在图17～图33中，(x，y)表示m轴方向的坐标和a轴方向的坐标。图34是使用多光子激发显微镜对样品4的基板的主面进行观察的图。需要说明的是，在图17～34中，粗线框表示50μm见方的无位错区域。
[样品4]
由以c面作为生长面进行厚膜生长而得的晶体层得到的样品4的基板中，位错密度与晶体层的厚度成反比地减少，因此，平均位错密度为6.3×105cm-2。
然而，如图34所示那样，样品4的基板中，呈现位错在面内均匀分散的状态。需要说明的是，在未图示的区域中，位错的分布也与图34相同。因此，遍及样品4的整个基板，无位错区域的大小小于50μm见方，未形成50μm见方的无位错区域。
像这样，即便使用作为以往的方法而能够获得高品质基板的样品4的方法，所得基板也未形成50μm见方的无位错区域。因此可以认为：即便是通过未进行汇集位错的特殊工序的以往的其它制造方法而制作的基板，也不会形成50μm见方的无位错区域。
[样品1]
与此相对，如图17～图34所示那样，样品1的基板的主面包含最小50μm见方的无位错区域。另外，在样品1的基板中，遍及主面整体地分散有50μm见方的无位错区域。
另外，在图17～图34所示的250μm见方的全部视野内，存在至少1个50μm见方的无位错区域。样品1的基板的主面以1600个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。详细而言，样品1的基板的主面中的不重叠的50μm见方的无位错区域的密度约为4800个/cm2。
综上，根据样品1，通过进行上述初始工序，且以满足式(1)的方式调整第一生长条件，能够使最接近顶部间平均距离超过100μm。可确认由此能够使基板的主面中的位错密度充分降低。另外可确认：通过使最接近顶部间平均距离超过100μm，能够形成最小50μm见方的无位错区域，能够使该无位错区域遍及主面整体地分散。另外可确认：能够使主面中的不重叠的50μm见方的无位错区域的密度为1600个/cm2以上。
(3-3-2)X射线摇摆曲线测定中的面内分布
将样品1、4和5的结果分别示于表2、3和4。在以下的表中，“difference(差异)”是指(FWHMa-FWHMb)/FWHMa(％)。
[表2]
<样品1>
Figure BDA0002952086820000602
[表3]
<样品4>
Figure BDA0002952086820000611
[表4]
<样品5>：相当于基底基板
Figure BDA0002952086820000621
[样品5]
如表4所示那样，通过以往的VAS法而制作的样品5的基板中，在直径40mm内的c轴的偏离角的偏差为±0.24°左右。另外，在样品5的基板中，在所有测定点处，FWHMb均超过32arcsec。另外，在样品5的基板中，在所有测定点处，(FWHMa-FWHMb)/FWHMa超过30％。
[样品4]
如表3所示那样，在由以c面作为生长面进行厚膜生长的晶体层得到的样品4的基板中，在直径40mm内的c轴的偏离角的偏差与样品5的基板相比得以改善，为±0.074°左右。另外，样品4的基板的FWHMb与样品5的基板的FWHMb相比得以改善。
然而，在样品4的基板中，各处可见多个FWHMb超过32arcsec的部分。另外，在样品4的基板中，在所有测定点处，(FWHMa-FWHMb)/FWHMa大幅超过30％。
像这样，对于作为现有基板的高品质的样品4的基板，位错密度、偏离角偏差与基底基板相比得到改善，但样品4的基板中，完全没有满足FWHMb<32arcsec且(FWHMa-FWHMb)/FWHMa≤30％这样的半值宽度的条件的点。可认为这是由于在样品4的基板中，上述晶体品质要素中的至少任一者不如样品1的基板那样良好。
因此，即便是作为现有基板而品质较高的样品4的基板，也不满足上述半值宽度的条件，因此，可认为通过以往的其它制造方法而制作的基板也不满足上述半值宽度的条件。
[样品1]
与此相对，如表2所示那样，在样品1的基板中，直径40mm内的c轴的偏离角的偏差小于样品4和5的基板，为±0.019°左右。
另外，在样品1的基板中，在所有测定点处，FWHMb为32arcsec以下。另外，在样品1的基板中，在所有测定点处，(FWHMa-FWHMb)/FWHMa为30％以下。
综上，通过上述制造方法而得到的样品1的基板中，不仅能够降低位错密度，能够减小偏离角偏差，还能够使决定半值宽度的上述各晶体品质要素全部均衡地良好。由此可确认：在样品1的基板中，能够使FWHMb为32arcsec以下。进而可确认：在样品1中，即便在将狭缝宽度设为1mm的情况下，遍及照射X射线的整个区域，c面的曲率半径大，并且上述晶体品质要素均衡地良好，由此能够使(FWHMa-FWHMb)/FWHMa为30％以下。
<本发明的优选方式>
以下，针对本发明的优选方式进行附记。
(附记1)
一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
隔着Ge(220)面的双晶单色器和狭缝对前述主面照射Cu的Kα1的X射线，进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，
将前述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为32arcsec以下，
从将前述狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMa减去FWHMb而得的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
(附记2)
根据附记1所述的氮化物半导体基板，其中，在前述主面内之中的<1-100>轴方向和<11-20>轴方向的分别以规定间隔设定的多个测定点处，FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
(附记3)
根据附记1或2所述的氮化物半导体基板，其中，将前述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb从前述主面的中心起至直径29.6mm内为32arcsec以下。
(附记4)
根据附记1～3中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，进行前述(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，基于该(0002)面的衍射峰角度，测定<0001>轴相对于前述主面的法线所成的角度即偏离角时，由从前述主面的中心起直径29.6mm内的前述偏离角的大小的最大最小差求出的偏差为0.075°以下。
(附记5)
根据附记1～4中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察前述主面，由暗点密度求出位错密度时，遍及前述主面的95％以上，前述位错密度小于1×106cm-2。
(附记6)
根据附记1～5中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，前述主面以100个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
(附记6)
一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察前述氮化物半导体基板的主面，由暗点密度求出位错密度时，遍及前述主面的95％以上，前述位错密度小于1×106cm-2，
前述主面以100个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
(附记7)
根据附记1～6中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，氧浓度为5×1016cm-3以下。
(附记8)
根据附记1～7中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，氢浓度小于1×1017cm-3。
(附记9)
根据附记1～8中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，随机地抽取前述主面中的100个位错时，柏氏矢量为<11-20>/3、<0001>或<11-23>/3中任一者的位错的数量的比例为50％以上。
(附记10)
一种氮化物半导体基板的制造方法，其为使用了气相生长法的氮化物半导体基板的制造方法，具有如下工序：
准备基底基板的工序，所述基底基板由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于前述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始工序，以前述(0001)面作为生长面，使III族氮化物半导体的单晶直接在前述基底基板的前述主面上外延生长，从而使初始层生长；
第一工序，使具有露出前述(0001)面的顶面的III族氮化物半导体的单晶在前述初始层上外延生长，使前述顶面产生由除了前述(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使该倾斜界面随着朝向前述初始层的更上方去而缓缓扩大，使前述(0001)面从前述顶面消失，从而使表面仅由前述倾斜界面构成的第一层生长；以及
第二工序，使III族氮化物半导体的单晶在前述第一层上外延生长，使前述倾斜界面消失，使具有经镜面化的表面的第二层生长，
使前述初始工序中的前述初始层的生长速率低于前述第一工序中的前述第一层的生长速率，
在前述第一工序中，
通过使前述单晶的前述顶面产生前述多个凹部，并使前述(0001)面消失，从而在前述第一层的表面形成多个谷部和多个顶部，
观察与前述主面垂直的任意截面时，夹着前述多个谷部之中的1个谷部的前述多个顶部之中最接近的一对顶部彼此在沿着前述主面的方向上间隔的平均距离设为超过100μm。
(附记11)
根据附记10所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，
使最接近的前述一对顶部彼此的前述平均距离小于800μm。
(附记12)
根据附记10或11所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，
使前述(0001)面从前述表面消失后，维持前述表面仅由前述倾斜界面构成的状态，并且遍及规定厚度地继续前述第一层的生长。
(附记13)
根据附记10～12中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，在前述第二工序后，具有从前述第二层切出至少1个氮化物半导体基板的工序。
(附记14)
根据附记13所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述准备基底基板的工序中，
准备前述(0001)面相对于前述主面弯曲成凹球面状的前述基底基板，
在切出前述氮化物半导体基板的工序中，
使前述氮化物半导体基板中的<0001>轴相对于主面的法线所成的角度即偏离角的偏差小于前述基底基板中的<0001>轴相对于前述主面的法线所成的角度即偏离角的偏差。
(附记15)
根据附记10～14中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，在满足式(1)的第一生长条件下使前述第一层生长，
前述第二工序中，在满足式(2)的第二生长条件下使前述第二层生长。
Gc1>Gi/cosα···(1)
Gc2<Gi/cosα···(2)
(其中，将前述第一层之中的前述(0001)面的生长速率记作Gc1，将前述第二层之中的前述(0001)面的生长速率记作Gc2，将前述第一层和前述第二层各自之中的相对于前述(0001)面最为倾斜的前述倾斜界面的生长速率记作Gi，将前述第一层和前述第二层各自中相对于前述(0001)面最为倾斜的前述倾斜界面与前述(0001)面所成的角度记作α。)
(附记16)
根据附记10～15中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，
在前述第一层中形成以前述(0001)面作为生长面而生长的第1c面生长区域，
在前述第1c面生长区域之中的前述(0001)面消失的位置形成凸部，且在前述第1c面生长区域之中的夹着前述凸部的两侧，作为前述(0001)面与前述倾斜界面的交点的轨迹而形成一对倾斜部，
使前述一对倾斜部所成的角度为70°以下。
(附记17)
根据附记10～16中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序具有如下工序：
使前述倾斜界面随着向前述初始层的上方去而缓缓扩大，从而形成倾斜界面扩大层的工序；以及
在使前述(0001)面从前述表面消失的前述倾斜界面扩大层上，维持前述表面仅由除了前述(0001)面之外的倾斜界面构成的状态，并且遍及规定厚度地形成倾斜界面维持层的工序。
(附记18)
根据附记10～17中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第二工序具有如下工序：
使前述(0001)面随着向前述第一层的上方去而扩大，并且使除了前述(0001)面之外的倾斜界面缩小，从而形成c面扩大层的工序；以及
在表面经镜面化的前述c面扩大层上，以前述(0001)面作为生长面，遍及规定厚度地形成主生长层的工序。
(附记19)
根据附记10～18中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，
作为前述倾斜界面，生成m≥3的{11-2m}面。
(附记20)
一种层叠结构体，其具备：
基底基板，其由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于前述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始层，其直接设置在前述基底基板的前述主面上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
第一低氧浓度区域，其设置在前述初始层上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
高氧浓度区域，其设置在前述第一低氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；以及
第二低氧浓度区域，其设置在前述高氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成，
前述高氧浓度区域的氧浓度高于前述初始层、前述第一低氧浓度区域和前述第二低氧浓度区域各自的氧浓度，
观察与前述主面垂直的任意截面时，
前述第一低氧浓度区域的上表面具有多个谷部和多个山部，
夹着前述多个谷部之中的1个谷部的前述多个山部之中的最接近的一对山部彼此在沿着前述主面的方向上间隔的平均距离超过100μm。
(附记21)
根据附记20所述的层叠结构体，其中，前述高氧浓度区域沿着前述基底基板的前述主面连续设置。
(附记22)
根据附记20或21所述的层叠结构体，其中，前述第一低氧浓度区域还具有在夹着前述山部的两侧设置的一对倾斜部，
前述一对倾斜部所成的角度为70°以下。
(附记23)
根据附记20～22中任一项所述的层叠结构体，其中，将前述基底基板的前述主面中的位错密度记作N0，并将前述高氧浓度区域的上端且沿着前述主面的边界面中的位错密度记作N时，由N/N0求出的位错密度的降低率小于在前述基底基板的前述主面上仅以(0001)面作为生长面使III族氮化物半导体的晶体层以与从前述基底基板的前述主面起至前述边界面为止的厚度相等的厚度进行外延生长时的、将前述晶体层的表面中的位错密度记作N’时由N’/N0求出的位错密度的降低率。
(附记24)
根据根据权利要求20～23中任一项所述的层叠结构体，其中，前述高氧浓度区域的上端且沿着前述主面的边界面的、自前述基底基板的前述主面起的厚度为1.5mm以下，
将前述基底基板的前述主面中的位错密度记作N0，并将前述边界面中的位错密度记作N时，由N/N0求出的位错密度的降低率为0.3以下。
附图标记说明
10 基底基板
20 初始层
30 第一层
40 第二层
50 氮化物半导体基板(基板)

Claims (20)

1.一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
隔着Ge(220)面的双晶单色器和狭缝对所述主面照射Cu的Kα1的X射线，进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，
将所述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的所述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为32arcsec以下，
从将所述狭缝的ω方向的宽度设为1mm时的所述(0002)面衍射的半值宽度FWHMa减去FWHMb而得的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板，其中，在所述主面内之中的<1-100>轴方向和<11-20>轴方向的分别以规定间隔设定的多个测定点处，FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体基板，其中，将所述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm时的所述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb从所述主面的中心起至直径29.6mm内为32arcsec以下。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察所述主面，由暗点密度求出位错密度时，遍及所述主面的95％以上，所述位错密度小于1×106cm-2。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，所述主面以100个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
6.一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，且具有最近的低指数晶面为(0001)面的主面，
利用多光子激发显微镜以250μm见方的视野观察所述氮化物半导体基板的主面，由暗点密度求出位错密度时，遍及所述主面的95％以上，所述位错密度小于1×106cm-2，
所述主面以100个/cm2以上的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的氮化物半导体基板，其氧浓度为5×1016cm-3以下。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，所述主面具有位错密度为1.6×105cm-2以上且7.2×105cm-2以下的范围内的低位错密度区域。
9.一种氮化物半导体基板的制造方法，其为使用了气相生长法的氮化物半导体基板的制造方法，具有如下工序：
准备基底基板的工序，所述基底基板由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于所述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始工序，以所述(0001)面作为生长面，使III族氮化物半导体的单晶直接在所述基底基板的所述主面上外延生长，从而使初始层生长；
第一工序，使具有露出所述(0001)面的顶面的III族氮化物半导体的单晶在所述初始层上外延生长，使所述顶面产生由除了所述(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使该倾斜界面随着向所述初始层的更上方去而缓缓扩大，使所述(0001)面从所述顶面消失，从而使表面仅由所述倾斜界面构成的第一层生长；以及
第二工序，使III族氮化物半导体的单晶在所述第一层上外延生长，使所述倾斜界面消失，使具有经镜面化的表面的第二层生长，
使所述初始工序中的所述初始层的生长速率低于所述第一工序中的所述第一层的生长速率，
在所述第一工序中，
通过使所述单晶的所述顶面产生所述多个凹部，并使所述(0001)面消失，从而在所述第一层的表面形成多个谷部和多个顶部，
观察与所述主面垂直的任意截面时，夹着所述多个谷部之中的1个谷部的所述多个顶部之中最接近的一对顶部彼此在沿着所述主面的方向上间隔的平均距离设为超过100μm。
10.根据权利要求9所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述第一工序中，
使最接近的所述一对顶部彼此的所述平均距离小于800μm。
11.根据权利要求9或10所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述第一工序中，
使所述(0001)面从所述表面消失后，维持所述表面仅由所述倾斜界面构成的状态，并且遍及规定厚度地继续所述第一层的生长。
12.根据权利要求9～11中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，在所述第二工序后，具有从所述第二层切出至少1个氮化物半导体基板的工序。
13.根据权利要求12所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述准备基底基板的工序中，
准备所述(0001)面相对于所述主面弯曲成凹球面状的所述基底基板，
在切出所述氮化物半导体基板的工序中，
使所述氮化物半导体基板中的<0001>轴相对于主面的法线所成的角度即偏离角的偏差小于所述基底基板中的<0001>轴相对于所述主面的法线所成的角度即偏离角的偏差。
14.根据权利要求9～13中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述第一工序中，
在所述第一层中形成以所述(0001)面作为生长面而生长的第1c面生长区域，
在所述第1c面生长区域之中的所述(0001)面消失且作为向上凸起的拐点而终结的位置形成凸部，且在所述第1c面生长区域之中的夹着所述凸部的两侧，作为所述(0001)面与所述倾斜界面的交点的轨迹而形成一对倾斜部，
使所述一对倾斜部所成的角度为70°以下。
15.根据权利要求9～14中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述第一工序中，
作为所述倾斜界面，使m≥3的{11-2m}面生长。
16.一种层叠结构体，其具备：
基底基板，其由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经镜面化的主面，相对于所述主面最近的低指数晶面为(0001)面；
初始层，其直接设置在所述基底基板的所述主面上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
第一低氧浓度区域，其设置在所述初始层上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；
高氧浓度区域，其设置在所述第一低氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成；以及
第二低氧浓度区域，其设置在所述高氧浓度区域上，且由III族氮化物半导体的单晶形成，
所述高氧浓度区域的氧浓度高于所述初始层、所述第一低氧浓度区域和所述第二低氧浓度区域各自的氧浓度，
观察与所述主面垂直的任意截面时，
所述第一低氧浓度区域的上表面具有多个谷部和多个山部，
夹着所述多个谷部之中的1个谷部的所述多个山部之中最接近的一对山部彼此在沿着所述主面的方向上间隔的平均距离超过100μm。
17.根据权利要求16所述的层叠结构体，其中，所述高氧浓度区域沿着所述基底基板的所述主面连续设置。
18.根据权利要求16或17所述的层叠结构体，其中，所述第一低氧浓度区域还具有在夹着所述山部的两侧设置的一对倾斜部，
所述一对倾斜部所成的角度为70°以下。
19.根据权利要求16～18中任一项所述的层叠结构体，其中，将所述基底基板的所述主面中的位错密度记作N0，并将所述高氧浓度区域的上端且沿着所述主面的边界面中的位错密度记作N时，由N/N0求出的位错密度的降低率小于在所述基底基板的所述主面上仅以(0001)面作为生长面使III族氮化物半导体的晶体层以与从所述基底基板的所述主面起至所述边界面为止的厚度相等的厚度进行外延生长时的、将所述晶体层的表面中的位错密度记作N’时由N’/N0求出的位错密度的降低率。
20.根据权利要求16～19中任一项所述的层叠结构体，其中，所述高氧浓度区域的上端且沿着所述主面的边界面的、自所述基底基板的所述主面起的厚度为1.5mm以下，
将所述基底基板的所述主面中的位错密度记作N0，并将所述边界面中的位错密度记作N时，由N/N0求出的位错密度的降低率为0.3以下。
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