CN113166970B - 氮化物半导体基板的制造方法和层叠结构体 - Google Patents

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Abstract

一种氮化物半导体基板的制造方法，其使用气相外延法，所述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，相对于主面最近的低指数晶面为(0001)面；蚀刻工序，对基底基板的主面进行蚀刻，使该主面发生粗面化；第一工序，使III族氮化物半导体的单晶在基底基板的主面上外延生长，以经粗面化的基底基板的主面为起因，使单晶的表面产生由除了(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使多个凹部中的至少任一个随着向基底基板的主面的上方去而缓缓扩大，(0001)面消失，使具有仅由倾斜界面构成的第一面的第一层生长；以及，第二工序，使III族氮化物半导体的单晶在第一层上外延生长，使倾斜界面消失，使具有经镜面化的第二面的第二层生长。

Description

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的制造方法，
其使用气相外延法，所述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，相对于主面最近的低指数晶面为(0001)面；
蚀刻工序，对前述基底基板的前述主面进行蚀刻，使该主面粗面化；
第一工序，使III族氮化物半导体的单晶在前述基底基板的前述主面上外延生长，以经粗面化的前述基底基板的前述主面为起因，使前述单晶的表面产生由除了(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使前述多个凹部中的至少任一个随着向前述基底基板的前述主面的上方去而缓缓扩大，(0001)面消失，使具有仅由前述倾斜界面构成的第一面的第一层生长；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，使具有经镜面化的第二面的第二层生长。
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，具有经粗面化的主面，相对于将前述主面平均化而得的假想平面最近的低指数晶面为(0001)面；
第一低氧浓度区域，其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；
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)～(c)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)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6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7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8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8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9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9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10的(a)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验1的样品1的表面而得的观察图像的图，图10的(b)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验1的样品2的表面而得的观察图像的图，图10的(c)是表示利用扫描型电子显微镜观察实验1的样品3的表面而得的观察图像的图。
图11是使用多光子激发显微镜，对实施例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5，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)～(c)、图4的(a)～图5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。另外，在图4的(b)中，细实线表示生长中途的晶面，在图3的(c)、图4的(a)～图5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、蚀刻工序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，例如利用有机金属气相外延(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。第二晶体层6的c轴6ca相对于主面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。需要说明的是，可以预先将基底基板10的厚度加厚出与后述蚀刻工序S190中的蚀刻深度(后述表面粗糙度PV)相应的量。
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。
通过使基底基板10中的c面10c发生弯曲，从而使基底基板10的c轴10ca相对于主面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，如上所述地对基底基板10的主面10s进行镜面化，使基底基板10的主面10s的均方根粗糙度RMS例如小于1nm。换言之，使后述蚀刻工序S190之前的基底基板10的主面10s的表面状态均匀地平坦。由此，在后述蚀刻工序S190中，能够使基底基板10的主面10s整体均匀地粗面化。
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：蚀刻工序(气体蚀刻工序、粗面化工序))
准备基底基板10后，如图3的(a)所示那样，使用尚未在主面10s上形成掩膜层的状态的基底基板10，进行以下的蚀刻工序S190。需要说明的是，此处提及的“掩膜层”是指：例如在所谓的ELO(侧向过生长，Epitaxial Lateral Overgrowth)法中使用且具有规定开口的掩膜层。
在蚀刻工序S190中，如图3的(b)所示那样，对基底基板10的主面10s进行蚀刻，使该主面10s粗面化。由此，在后述第一工序S200中，能够以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因(以该主面10s为开端)，促进第一层30的三维生长。
需要说明的是，此处提及的“粗面化”是指：例如与蚀刻工序S190前的表面状态相比，使蚀刻工序S190后的表面状态更粗糙。或者，“粗面化”是指例如制成比镜面粗糙的状态。
另外，以下，“沿着主面10s的方向”是指：沿着将经粗面化的主面10s平均化而得的假想平面的方向。另外，“主面10s的上方”是指：相对于将经粗面化的主面10s平均化而得的假想平面垂直的方向的上方。
另外，“与基底基板10的主面10s垂直的截面”是指：相对于将经粗面化的主面10s平均化而得的假想平面垂直的截面。
本实施方式中，在准备基底基板10后，将基底基板10搬入至使后述第一层30和第二层40生长的规定的气相生长装置(例如HVPE装置)内。在搬入基底基板10后，在后述第一工序S200之前，在气相生长装置内将规定的蚀刻气体供给至基底基板10的主面10s，直接对该基底基板10的主面10s进行蚀刻。
本实施方式的蚀刻工序S190中，例如，为了在后述第一工序S200中促进第一层30的三维生长，将基底基板10的主面10s粗面化。另外，本实施方式中，例如，以在后述第一工序S200中使第一层30的最接近顶部间平均距离L超过100μm的方式，将基底基板10的主面10s粗面化。
具体而言，此时，如图3的(b)所示那样，例如，在基底基板10的主面10s随机地形成相对较深的多个深谷部10dv和相对较浅的浅谷部10sv。由此，在后述第一工序S200中，随着向基底基板10的主面10s的上方去，能够使多个凹部30p的一部分在多个浅谷部10sv各自的上方缓缓消失，使多个凹部30p的其他部分在多个深谷部10dv各自的上方缓缓扩大。其结果，能够使第一层30的第一面30s的凹凸大于基底基板10的主面10s的凹凸。
另外，此时，将用基底基板10的主面10s的峰谷值(peak-to-valley)表示的表面粗糙度(最大高低差)PV设为例如5μm以上且100μm以下。若表面粗糙度PV小于5μm，则存在在后述第一工序S200中无法充分促进第一层30的三维生长的可能性。与此相对，本实施方式中，通过将表面粗糙度设为5μm以上，能够充分促进第一层30的三维生长。另一方面，若表面粗糙度PV超过100μm，则难以维持基底基板10的刚性。另外，若表面粗糙度PV超过100μm，则从后述第一层30的谷部30v起至顶部30t为止的高度有可能过度变高。与此相对，本实施方式中，通过将表面粗糙度设为100μm以下，能够稳定地维持基底基板10的刚性。另外，通过将表面粗糙度设为100μm以下，能够抑制从后述第一层30的谷部30v起至顶部30t为止的高度过度变高。
另外，此时，例如，在沿着基底基板10的主面10s的方向上，使多个深谷部10dv各自以直线状延伸的长度长于多个浅谷部10sv各自以直线状延伸的长度。由此，在后述第一工序S200中，能够使第一层30的凹部30p各自容易在基底基板10的深谷部10dv各自的上方扩大。
另外，此时，例如，使沿着基底基板10的主面10s的方向上的、多个深谷部10dv之中相邻但未交错的两个深谷部10dv之间的距离长于多个浅谷部10sv之中相邻但未交错的两个浅谷部10sv之间的距离。由此，能够在后述第一工序S200中延长第一层30的最接近顶部间平均距离L。
具体而言，将沿着基底基板10的主面10s的方向上的、多个深谷部10dv之中相邻但未交错的两个深谷部10dv之间的平均距离设为例如超过50μm、优选超过100μm。由此，能够在后述第一工序S200中使第一层30的最接近顶部间平均距离L超过100μm。
另外，此时，例如，通过蚀刻而使基底基板10的c面10c自主面10s消失。由此，在后述第一工序S200中，能够容易地获得具有c面已消失的第一面30s的第一层30。需要说明的是，即便在该蚀刻工序S190中在基底基板10的主面10s残留有c面10c，只要后述第一生长条件满足式(1)，就能够使c面自第一层30的第一面30s消失。
作为在该蚀刻工序S190中使用的蚀刻气体，使用例如包含氯(Cl)的气体、以及H2气中的至少任一者。作为包含Cl的气体，使用例如氯化氢(HCl)气体和氯(Cl2)气中的至少任一者。在这种气体蚀刻中，蚀刻深度例如蚀刻时间越长则越深。蚀刻速率例如越提高蚀刻温度则越高。上述蚀刻后的主面10s的形状和表面粗糙度PV等可通过蚀刻气体种类、它们的分压、蚀刻温度等来调整。
作为该蚀刻工序S190的蚀刻条件，例如如下所示。
HCl气体的分压：0～15kPa、优选为1～10kPa
H2气体的分压：0～150kPa、优选为70～110kPa
蚀刻温度：650～1150℃、优选为900～1100℃
蚀刻时间：10～120分钟、优选为20～60分钟
(S200：第一工序(第一层生长工序))
在使基底基板10的主面10s粗面化后，如图3的(c)所示那样，使III族氮化物半导体的单晶在基底基板10的主面10s上外延生长。由此，使第一层(三维生长层)30生长。
此时，保持将经粗面化的基底基板10配置在气相生长装置内的状态，使用该气相生长装置，使第一层30生长。
另外，此时，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，使单晶的表面产生由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p，随着向基底基板10的主面10s的上方去，使该多个凹部30p中的至少任一个缓缓扩大。由此，c面消失，得到具有仅由倾斜界面30i构成的第一面30s的第一层30。
即，第一工序S200中，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，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。
需要说明的是，上述“第一面30s”是指第一层30的表面(主面)，也包括第一层30的生长过程中的生长界面。
本实施方式中，作为第一层30，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，作为第一层30，使GaN层进行外延生长。
此处，第一工序S200中，将使第一层30生长的生长条件设为“第一生长条件”时，为了表现出上述生长过程，例如，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，且使第一生长条件满足后述式(1)。
首先，使用图6的(a)，针对倾斜界面30i和c面各自既不扩大也不缩小的基准生长条件进行说明。图6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6的(a)中，粗实线表示每隔单位时间的第一层30的表面。图6的(a)中示出的倾斜界面30i设为相对于c面最为倾斜的倾斜界面。
另外，在图6的(a)中，将第一层30之中的c面的生长速率记作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面与倾斜界面30i所成的角度记作α。另外，在图6的(a)中，在维持c面与倾斜界面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面的偏离角较之c面与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图6的(a)所示那样，倾斜界面30i和c面各自既不扩大也不缩小时，倾斜界面30i与c面的交点的轨迹相对于c面是垂直的。由此，倾斜界面30i和c面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6的(b)，针对倾斜界面30i扩大且c面缩小的第一生长条件进行说明。图6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6的(b)中，也与图6的(a)同样地，粗实线表示每隔单位时间的第一层30的第一面30s(生长界面)。另外，图6的(b)中示出的倾斜界面30i也设为相对于c面最为倾斜的倾斜界面。另外，在图6的(b)中，将第一层30之中的c面的生长速率记作Gc1，将第一层30之中的倾斜界面30i与c面的交点的轨迹的前进速率记作R1。另外，将倾斜界面30i与c面的交点的轨迹同c面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面的偏离角较之c面与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图6的(b)所示那样，倾斜界面30i与c面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面的生长速率Gc1用以下式(c)表示。
Gc1＝R1sinαR1···(c)
通过将式(b)代入式(c)中，从而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面缩小，优选αR1<90°。因此，倾斜界面30i扩大且c面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面最为倾斜的倾斜界面30i的生长速率，α为相对于c面最为倾斜的倾斜界面30i与c面所成的角度。
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”)
本实施方式中，如上所述，能够以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，促进第一层30的自发性的三维生长。由此，即便拓宽第一生长条件的范围，该第一生长条件也能够满足式(1)。具体而言，能够使作为第一生长条件的、第一工序S200中的生长温度、以及第一工序S200中的作为氮原料气体的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”)等中的至少任一者与例如后述第二工序S300中的第二生长条件大致相等。
此时，作为第一生长条件，将第一工序S200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，此时，作为第一生长条件，将第一工序S200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。
其中，利用经粗面化的基底基板10的主面10s来促进第一层30的三维生长的效果不充分、或者进一步促进第一层30的三维生长时，可以不仅仅依赖于经粗面化的基底基板10的主面10s，而是以第一生长条件满足式(1)的方式，使作为第一生长条件的、第一工序S200中的生长温度和第一工序S200中的V/III比等不同于后述第二工序S300中的第二生长条件。
此时，作为第一生长条件，可以使第一工序S200中的生长温度例如低于后述第二工序S300中的生长温度。具体而言，可以将第一工序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，此时，作为第一生长条件，可以使第一工序S200中的V/III比例如大于后述第二工序S300中的V/III比。具体而言，可以将第一工序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。
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例如具有凹部扩大工序S220和倾斜界面维持工序S240。通过这些工序，第一层30例如具有凹部扩大层32和倾斜界面维持层34。
(S220：凹部扩大工序)
首先，如图3的(c)所示那样，使由III族氮化物半导体的单晶形成的第一层30的凹部扩大层32在上述第一生长条件下在基底基板10的主面10s上进行外延生长。
在凹部扩大层32生长的初始阶段，使由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p在凹部扩大层32的第一面30s之中的多个浅谷部10sv和多个深谷部10dv各自的上方分别生长。
其后，随着凹部扩大层32在基底基板10的主面10s的上方缓缓生长，使多个凹部30p的一部分在多个浅谷部10sv各自的上方缓缓消失。由此，在凹部扩大层32的第一面30s之中的多个凹部30p的一部分消失的部分分别形成多个顶部30t。需要说明的是，在基底基板10的主面10s的一部分残留有c面10c的情况下，该残留的c面10c可以与在浅谷部10sv的上方消失的凹部30p一同消失。
另一方面，随着凹部扩大层32在基底基板10的主面10s的上方缓缓生长，使多个凹部30p的其他部分在多个深谷部10dv各自的上方缓缓扩大。由此，在凹部扩大层32的第一面30s之中的多个凹部30p的其他部分扩大而成的部分各自的下端分别形成多个谷部30v。需要说明的是，凹部30p可以不在全部的深谷部10dv各自的上方扩大，凹部30p可以在一部分深谷部10d的上方消失。
多个谷部30v分别为凹部扩大层32的第一面30s之中向下凸起的拐点，且形成于深谷部10dv的上方。另一方面，多个顶部30t分别是凹部扩大层32的第一面30s之中向上凸起的拐点，且形成于(最后)消失的浅谷部10sv附近的上方。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。
其结果，c面消失，形成具有仅由倾斜界面30i构成的第一面30s的凹部扩大层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，通过以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因且使第一生长条件满足式(1)，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面的倾斜角度。具体而言，能够使该倾斜角度为47.3°以下。
通过使凹部扩大层32进一步生长，从而以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，随着向基底基板10的上方去而使倾斜界面30i相对于基底基板10的主面10s所成的倾斜角度缓缓变小。由此，最终使倾斜界面30i的绝大部分形成上述m≥3的{11-2m}面。
通过如上那样的凹部扩大层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(c)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朝向沿着凹部扩大层32的c轴的方向传播。在凹部扩大层32之中的一边使多个凹部30p的一部分缓缓消失一边生长的区域(后述第一低氧浓度区域60)中，位错朝向沿着凹部扩大层32的c轴的方向传播。然而，在凹部扩大层32中，若露出位错的生长界面变为第一层30的倾斜界面30i，则该位错朝向与该倾斜界面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，在凹部扩大工序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的第二面40s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。需要说明的是，最接近顶部间平均距离L设为观察到c面在第一面30s中消失且第一面30s仅由倾斜界面30i构成这一状态的截面时的距离。另外，此时，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，将最接近顶部间平均距离L设为超过100μm。
若最接近顶部间平均距离L为100μm以下，则在凹部扩大工序S220及以后的工序中，位错弯曲传播的距离变短。因此，位错不会充分汇集至凹部扩大层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的第二面40s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，在凹部扩大工序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凹部扩大层32之中的一对顶部30t之间的大致中央的上方。其结果，能够充分降低后述第二层40的第二面40s中的位错密度。
另一方面，本实施方式中，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，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，则自凹部扩大层32的谷部30v起至顶部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，能够降低自凹部扩大层32的谷部30v起至顶部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，在凹部扩大层32中，根据氧浓度的差异，形成第一低氧浓度区域60和高氧浓度区域70(图中的灰色部)。
另外，此时，在第一低氧浓度区域60中，在多个凹部30p的一部分消失而成的部分的上方形成山部60x。另外，在第一低氧浓度区域60中，在夹着山部60x的两侧，作为多个凹部30p的其他部分缓缓扩大的轨迹，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)，从而使对通过邻接并扩大的两个凹部30p各自的中心的截面进行观察时的一对倾斜部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)
以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，得到c面消失的第一面30s后，如图4的(a)所示那样，进一步以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，维持在第一面30s中倾斜界面30i比c面占据得更多的状态、优选第一面30s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，在凹部扩大层32上形成具有倾斜界面30i比c面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的第一面30s整体使c面确实地消失。
需要说明的是，可以在倾斜界面维持层34的生长过程中的一部分形成产生了c面的部分。
此处，在第一工序S200中，为了如上所述地使位错的传播方向确实地弯曲而降低位错密度，重要的是在第一层30的任意位置观察生长界面的历程时，c面30c至少消失一次。因此，在第一工序S200的早期阶段(例如上述凹部扩大工序S220)中，期望c面30c至少消失一次。
然而，在倾斜界面维持工序S240中，只要使c面30c至少消失一次后，则也可以在倾斜界面维持层34的一部分表面出现c面30c。其中，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％。
另外，在倾斜界面维持层34的生长过程中，可以使构成谷部30v的凹部30p的一部分消失，并使凹部30p的其他部分扩大。即，可以缓缓地增大倾斜界面维持层34的第一面30s中的凹凸。
此时，在倾斜界面维持工序S240中，也与凹部扩大工序S220同样地，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，且维持为第一生长条件满足式(1)。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，在凹部扩大层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的整体成为高氧浓度区域70的一部分。
通过以上的第一工序S200，形成具有凹部扩大层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，通过以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因而使第一层30进行三维生长，从而使从基底基板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)例如超过100μm且小于1.5mm。
需要说明的是，如上所述，使作为第一生长条件的、第一工序S200中的生长温度和第一工序S200中的V/III比等与后述第二工序S300中的第二生长条件大致相等时，晶体生长模式会自发性地从第一工序S200向第二工序S300转移。
(S300：第二工序(第二层生长工序、平坦化工序))
在c面已消失的第一层30生长后，如图4的(b)和图5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，随着向第一层30的上方去，使倾斜界面40i缓缓缩小，并使c面40c缓缓扩大。由此，使形成于第一层30的第一面30s的倾斜界面30i消失。其结果，使具有经镜面化的第二面40s的第二层(平坦化层)40生长。
需要说明的是，此处提及的“镜面”是指表面的相邻凹凸的高低差的最大值为可见光的波长以下的面。另外，此处提及的“第二面40s”是指第二层40的表面(主面)，也包括第二层40的生长过程中的生长界面。
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，将使第二层40生长的生长条件设为“第二生长条件”时，为了表现出上述生长过程，例如，使第二生长条件满足后述式(2)。
使用图7，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7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7表示第二层40在露出相对于c面最为倾斜的倾斜界面30i的第一层30上生长的过程。
在图7中，也与图6的(a)同样地，粗实线表示每隔单位时间的第二层40的第二面40s(生长界面)。另外，在图7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7中，在维持第一层30中的c面与倾斜界面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面与倾斜界面30i所成的角度α可以忽略。
如图7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，从而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”)
本实施方式的第二工序S300中，已经不再受经粗面化的基底基板10的主面10s的影响。因此，第二生长条件不考虑基底基板10的主面10s的状态，以满足式(2)的方式，调整作为第二生长条件的、第二工序S300中的生长温度和第二工序S300中的V/III比等。
具体而言，作为第二生长条件，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，作为第二生长条件，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。
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4的(b)所示那样，在上述第二生长条件下，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，如上所述，由于已经不再受到经粗面化的基底基板10的主面10s的影响，因此，通过仅依赖于第二生长条件的生长，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，形成在第二面40s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的第一面30s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的第一面30s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的第二面40s成为仅由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，由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的第二面40s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的第二面40s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的第二面40s侧传播，能够降低第二层40的第二面40s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二低氧浓度区域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，高氧浓度区域70随着向厚度方向的上方去而缓缓缩小，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，在再次产生c面40c的位置形成高氧浓度区域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，在倾斜界面40i消失的位置形成高氧浓度区域70的山部70b。
在c面扩大工序S320中，形成c面扩大层42的第二面40s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消失而第二面40s经镜面化后，如图5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，形成在第二面40s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轴相对于第二面40s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的整体成为后述第二低氧浓度区域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，在同一气相生长装置内连续进行以上的蚀刻工序S190、第一工序S200和第二工序S300。由此，能够抑制在基底基板10的主面10s与第一层30之间的界面、以及第一层30与第二层40之间的界面形成未预期的高氧浓度区域(与高氧浓度区域70相比具有过高氧浓度的区域)。
(S400：切片工序)
接着，如图5的(b)所示那样，例如，沿着与主生长层44的第二面40s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5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、第一层30和第二层40。
基底基板10例如具有通过蚀刻而粗面化的主面10s。相对于将主面10s平均化而得的假想平面最近的低指数晶面为c面((0001)面)。主面10s例如具有深谷部10dv和浅谷部10sv。
第一层30如下形成：例如，使III族氮化物半导体的单晶在经粗面化的基底基板10的主面10s上外延生长，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，使单晶的表面产生由除了c面之外的倾斜界面30i构成的多个凹部30p，随着向基底基板10的主面10s的上方去，使多个凹部30p中的至少任一个扩大。
第一层30具有例如多个谷部30v和多个顶部30t。在观察与基底基板10的主面垂直的任意截面时，最接近顶部间平均距离L例如超过100μm。
另外，第一层30例如根据氧浓度的差异而具有第一低氧浓度区域(第一c面生长区域)60和高氧浓度区域(倾斜界面生长区域)70。
第一低氧浓度区域60形成于例如一边使多个凹部30p的一部分消失一边生长的区域。第一低氧浓度区域60具有例如比高氧浓度区域70低的氧浓度。但是，第一低氧浓度区域60中的氧浓度可以高于第二低氧浓度区域80中的氧浓度。
第一低氧浓度区域60例如在剖视下具有多个山部60x。需要说明的是，此处提及的山部60x是指：利用荧光显微镜等对层叠结构体90的截面进行观察时，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。多个山部60x分别为在第一低氧浓度区域60之中向上凸起的拐点，设置在多个凹部30p的一部分(最后)消失并终结的部分的上方。第一低氧浓度区域60的山部60x与基底基板10的深谷部10dv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，夹着多个深谷部10dv之中的1个深谷部的多个山部60x之中最接近的一对山部60x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。
第一低氧浓度区域60在夹着多个山部60x之中的1个山部的两侧具有作为多个凹部30p缓缓扩大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。
(对通过邻接并扩大的两个凹部30p各自的中心的截面进行观察时，即，对通过邻接的两个基底基板10的深谷部10dv各自的中心的截面进行观察时的)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：第一层30之中的c面的生长速率Gc1与第一层30之中的相对于c面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，能够容易地使多个凹部30p的至少一部分扩大。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。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，能够进一步使多个凹部30p的至少一部分容易地扩大。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，高氧浓度区域70形成于例如一边使多个凹部30p的其他部分缓缓扩大一边以倾斜界面30i作为生长面而生长的区域。例如沿着第一低氧浓度区域60的形状而形成于高氧浓度区域70的下表面。
高氧浓度区域70沿着基底基板10的主面连续设置。即，观察多个将第一层30沿着基底基板10的主面10s切割而得的沿面截面时，期望不包含第一低氧浓度区域60的截面存在于第一层30的厚度方向的至少一部分。
高氧浓度区域70以倾斜界面30i作为生长面而生长，因此，与第二低氧浓度区域80相比容易混入氧。因此，高氧浓度区域70中的氧浓度高于第二低氧浓度区域80中的氧浓度。需要说明的是，混入至高氧浓度区域70中的氧例如为在HVPE装置内意外混入的氧、或者从构成HVPE装置的构件(石英构件等)中释放的氧等。
需要说明的是，高氧浓度区域70中的氧浓度例如为9×1017cm-3以上且5×1019cm-3以下。
第二层40例如根据氧浓度的差异而具有高氧浓度区域(倾斜界面生长区域)70和第二低氧浓度区域(第二c面生长区域)80。
第二层40中的高氧浓度区域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对层叠结构体90的截面进行观察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。高氧浓度区域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，高氧浓度区域70的多个谷部70a分别形成于第一低氧浓度区域60的多个山部60x的上方。另一方面，高氧浓度区域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，高氧浓度区域70的多个山部70b分别在剖视下形成于基底基板10的深谷部10dv的上方。
另外，第二层40之中的高氧浓度区域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。
第二低氧浓度区域80形成于以c面40c作为生长面而生长的区域。第二低氧浓度区域80以c面40c作为生长面而生长，因此，与高氧浓度区域70相比，氧的混入受到抑制。因此，第二低氧浓度区域80中的氧浓度小于高氧浓度区域70中的氧浓度。
需要说明的是，第二低氧浓度区域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、或者多个位错的一部分向c面扩大层42的第二面40s侧的传播被抑制。由此，第二层40的第二面40s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的第二面40s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的第二面40s整体沿着+c面取向而构成，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 withinverse-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，参照图8，针对本实施方式所述的氮化物半导体基板50进行说明。图8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，(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，(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。
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，通过上述制造方法而得到的基板50中的杂质浓度小于通过助熔剂法或氨热法等而得到的基板。
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高氧浓度区域70。即，基板50整体由第二低氧浓度区域80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8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的曲率半径例如大于在上述基板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的第二面40s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，随机地以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因来促进第一层30的三维生长，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，不存在位错密度超过3×106cm-2的区域，位错密度小于1×106cm-2的区域存在于主面50s的80％以上、优选存在于90％以上、更优选存在于95％以上。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，将基板50的主面50s整体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。
需要说明的是，使用本实施方式的制造方法时，位错密度小于1×106cm-2的区域的比例的上限值例如成为主面50s的99％。
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50μm见方以上的无位错区域。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9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9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9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9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9的(b)的纵轴成为对数标度，图9的(c)的纵轴成为线性标度。
如图9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，在(0002)面的衍射角度的波动之中，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、晶格常数的面内波动量的大小、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38.5arcsec以下、进一步优选为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，例如在全部测定点中的90％以上，(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为80arcsec以下、优选为50arcsec以下、更优选为38.5arcsec以下、进一步优选为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过大。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(0％以上且)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，改变狭缝的ω方向的宽度并进行(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，例如在全部测定点的95％以上、优选100％中，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，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)在蚀刻工序S190中，通过对基底基板10的主面10s进行蚀刻，使该主面10s发生粗面化，从而在第一工序S200中，能够以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因来促进第一层30的三维生长，能够使该第一层30的第一面30s产生除了c面之外的倾斜界面30i。通过使第一层30的第一面30s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，通过使局部汇集的位错形成闭环，能够抑制位错向第二层40的第二面40s侧传播。如此操作，能够降低第二层40的第二面40s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的第二面40s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面自第一层30的第一面30s消失。由此，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第二面。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面从第一层30的第一面30s消失，从而能够仅由除了c面之外的倾斜界面30i构成第一层30的第一面30s，能够在第一层30的第一面30s形成多个谷部30v和多个顶部30t。由此，能够遍及第一层30的第一面30s整体地使从基底基板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的第二面40s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，在蚀刻工序S190中，通过使基底基板10的主面10s粗面化，能够使第一层30快速地进行三维生长。
此处，考虑如下情况：不进行蚀刻工序S190，而是使用具有经镜面化的主面10s的基底基板10来进行第一工序S200。此时，在第一工序S200开始时，由于使第一层30在经镜面化的主面10s上生长，因此，第一层30不会立即进行三维生长，而是先进行规定时间的二维生长。因此，在第一层30的第一面30s产生除了c面之外的倾斜界面30i会较慢。其结果，至获得c面消失的第一层30为止的时间有可能变长。
与此相对，本实施方式中，在蚀刻工序S190中，通过使基底基板10的主面10s粗面化，从而能够在蚀刻工序S190之后立即使第一层30快速地进行三维生长，而不使第一层30产生仅由c面构成的平坦面。由此，能够缩短至获得c面消失的第一层30为止的时间。
其结果，与不进行上述蚀刻工序S190的情况相比，能够缩短制造工序。
(e)本实施方式中，通过以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，促进第一层30的自发性的三维生长，从而即便拓宽第一生长条件的范围，该第一生长条件也能够满足式(1)。具体而言，能够使作为第一生长条件的第一工序S200中的生长温度和第一工序S200中的V/III比等例如与第二工序S300中的第二生长条件大致同等。通过使第一生长条件与第二生长条件大致同等，能够容易地进行一系列的制造工序。另外，由于不需要调整生长温度和V/III比等，因此能够缩短制造工序。
(f)本实施方式中，通过以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，且使第一生长条件满足式(1)，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的第一面30s，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。
(g)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的第二面40s中的位错密度充分降低。
(h)第一工序S200中，以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，获得c面消失的第一层30的第一面30s后，进一步以经粗面化的基底基板10的主面10s为起因，维持该第一面30s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的第一面30s整体地使c面确实地消失。例如，即便在凹部扩大层32的一部分残留有c面，也能够使c面确实地消失。
另外，在c面消失后，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，而是朝向第二层的第二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的第二面40s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。
(i)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，从而形成高氧浓度区域70。在高氧浓度区域70中，与第一低氧浓度区域60相比容易混入氧。因此，高氧浓度区域70中的氧浓度高于第一低氧浓度区域60中的氧浓度。
像这样，通过向高氧浓度区域70中混入氧，能够使高氧浓度区域70的晶格常数大于除了高氧浓度区域70之外的其它区域的晶格常数(参考：Chris G.Van de Walle，Physical Review B vol.68，165209(2003))。对于基底基板10或第一层30中的以c面作为生长面而生长的第一低氧浓度区域60，由于基底基板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，通过使高氧浓度区域70的晶格常数相对较大，在高氧浓度区域70中能够产生使c面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70靠下侧且朝向c面的曲率中心集中的应力与使高氧浓度区域70的c面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。
(j)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38.5arcsec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，针对在基底基板准备工序S100的研磨工序S180中，使基底基板10的主面10s镜面化的情况进行了说明，但不限定于该情况。在蚀刻工序S190中，基底基板10的主面10s会被粗面化，因此，也可以不在基底基板准备工序S100中进行研磨工序S180。即，在基底基板准备工序S100中，可以准备从铸锭形式的第二晶体层6中直接切割的基底基板10(原位切片基板)。通过这样地省略研磨工序S180，能够缩短制造工序，能够削减制造成本。
上述实施方式中，针对在蚀刻工序S190后在同一气相生长装置内连续进行第一工序S200的情况进行了说明，但不限定于该情况。例如，在蚀刻工序S190后，有可能在基底基板10的主面10s上产生Ga颗粒。这种情况下，可以在蚀刻工序S190后从气相生长装置中搬出基底基板10，并在第一工序S200之前进行通过湿蚀刻将基底基板10的主面10s上产生的Ga颗粒去除的湿蚀刻工序。作为蚀刻液，例如使用盐酸。需要说明的是，在蚀刻工序S190中以1050℃附近的高温进行气体蚀刻时，有可能还会在基底基板10的主面10s上产生非晶质GaN的粉末。在这种情况下，也可以进行与上述相同的湿蚀刻工序。
上述实施方式中，在第一工序S200中，针对作为第一生长条件的生长温度和V/III比进行了说明，但只要第一生长条件满足式(1)，则作为该第一生长条件，也可以调整除了生长温度和V/III比之外的其它生长条件、或组合调整生长温度和V/III比以及其它生长条件。在这些情况下，根据目的，可以使作为第一生长条件的其它生长条件与第二生长条件大致同等，也可以使作为第一生长条件的其它生长条件与第二生长条件不同。
上述实施方式中，在第二工序S300中，针对作为第二生长条件的生长温度和V/III比进行了说明，但只要第二生长条件满足式(2)，则作为该第二生长条件，也可以调整除了生长温度和V/III比之外的其它生长条件、或组合调整生长温度和V/III比以及其它生长条件。
上述实施方式中，针对将倾斜界面维持工序S240中的生长条件与凹部扩大工序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中的生长条件满足式(1)，则也可以使该倾斜界面维持工序S240中的生长条件与凹部扩大工序S220中的生长条件不同。此时，可以使该倾斜界面维持工序S240中的生长条件满足式(1)，而不仅仅依赖于经粗面化的基底基板10的主面10s。
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中的生长条件满足式(2)，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、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，在第2个循环及以后，通过不依赖于下侧的第二层40的第二面40s的表面状态地调整第一生长条件而使第一层30进行三维生长时，也可以省略该第2个循环及以后的蚀刻工序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)样品制作
为了确认蚀刻工序的效果，制作以下的样品1～3。
[样品1的制作条件]
仅应用蚀刻工序。
(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
主面上无图案掩膜层。
(蚀刻条件)
装置：HVPE装置
HCl气体的分压：3kPa
H2气体的分压：94kPa
温度：1060℃
时间：30分钟
[样品2的制作条件]
在蚀刻工序后，使第一层以1.2mm的厚度进行生长。
(基底基板)
与样品1相同。
(蚀刻条件)
与样品1相同。
(第一层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
第一生长条件：
GaCl气体的分压：6.3kPa
NH3气体的分压：15kPa
H2气体的分压：55kPa
生长温度：1050℃
第一层的厚度：1.2mm
[样品3的制作条件]
在蚀刻工序后，使第一层以2.4mm的厚度进行生长。
(基底基板)
与样品1相同。
(蚀刻条件)
与样品1相同。
(第一层)
除了厚度之外的条件与样品2相同。
第一层的厚度：2.4mm
(1-2)评价
使用扫描型电子显微镜，观察样品1～3各自的表面。
(1-3)结果
图10的(a)是表示利用扫描型电子显微镜对实验1的样品1的表面进行观察的观察图像的图，图10的(b)是表示利用扫描型电子显微镜对实验1的样品2的表面进行观察的观察图像的图，图10的(c)是表示利用扫描型电子显微镜对实验1的样品3的表面进行观察的观察图像的图。
仅应用蚀刻工序的样品1中，如图10的(a)所示那样，确认到能够使基底基板的主面粗面化。另外，在样品1中，确认到在俯视下以直线状延伸的长度相对较短的浅谷部和在俯视下以直线状延伸的长度相对较长的深谷部。另外，在样品1中，确认到相邻而不交错的两个深谷部之间的距离长于相邻而不交错的两个浅谷部的间的距离。需要说明的是，相邻而不交错的两个深谷部之间的平均距离约为70μm。
在蚀刻工序后，使第一层以1.2mm的厚度生长得到的样品2中，如图10的(b)所示那样，在第一层的第一面观察到凹凸。由此，确认到能够以经粗面化的基底基板的主面作为起因而使第一层进行三维生长。另外，在样品2中，在俯视下，样品2的表面的凹凸大于样品1的表面的凹凸。由此确认到：随着第一层的生长，能够使多个凹部的一部分缓缓消失，且使多个凹部的其他部分缓缓扩大。另外，在样品2中，第一层的最接近顶部间平均距离约为130μm。由此确认到：以经粗面化的基底基板的主面作为起因，能够使第一层的最接近顶部间平均距离超过100μm。
在蚀刻后，使第一层以2.4mm的厚度生长而得的样品3中，如图10的(c)所示那样，在第一层的第一面观察到凹凸。由此确认到：即便使第一层比样品2厚，也能够以经粗面化的基底基板的主面作为起因来维持第一面仅由倾斜界面构成的状态。需要说明的是，样品3的表面的凹凸大于样品2的表面的凹凸。可以认为：在样品3的第一层的生长过程中，凹部的一部分消失，凹部的其他部分扩大。
(2)实验2
(2-1)氮化物半导体基板的制作
如下操作，制作实施例和比较例的氮化物半导体基板。
[实施例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
主面上无图案掩膜层。
(蚀刻条件)
与实验1的样品1相同。
装置：HVPE装置
HCl气体的分压：3kPa
H2气体的分压：94kPa
温度：1060℃
时间：30分钟
(第一层)
除了适当调整厚度这一点之外的条件与实验1的样品2相同。
材质：GaN
生长方法：HVPE法
第一生长条件：
GaCl气体的分压：6.3kPa
NH3气体的分压：15kPa
H2气体的分压：55kPa
生长温度：1050℃
(第二层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
第二生长条件：
GaCl气体的分压：9.5kPa
NH3气体的分压：15kPa
H2气体的分压：55kPa
生长温度：1050℃
从基底基板的主面起至第二层的第二面为止的厚度：约2mm
(切片条件)
氮化物半导体基板的厚度：400μm
切割损耗：200μm
需要说明的是，在样品1中，制作加工状态略有不同的两个氮化物半导体基板。
[比较例的氮化物半导体基板的制作条件]
(基底基板)
与实施例相同。
未进行蚀刻工序。
(晶体层)
材质：GaN
生长方法：HVPE法
第二生长条件：与实施例的第二层相同
GaCl气体的分压：9.5kPa
NH3气体的分压：15kPa
H2气体的分压：55kPa
生长温度：1050℃
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。
(2-2)评价
(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、实施例的基板和比较例的基板各自的主面。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比较例中的、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、实施例的基板和比较例的基板，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、实施例的基板和比较例的基板各自的(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轴方向和垂直于m轴的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，针对基底基板和实施例的基板分别进行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。
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。
(2-3)结果
将结果示于表1。
[表1]
实施例 比较例 基底基板
平均位错密度(cm-2) 4.3×105 1.5×106 3.0×106
低位错密度区域的比例(％) 96 30 0
c面的曲率半径(m) 33.9～68.6 11.3 7.64
(直径29.6m内)偏离角偏差(°) 0.025～0.050 0.15 0.22
(主面内)FWHMb(arcsec) 28.6～32.0 38.5～66.2 40.1～77.8
(FWHMa-FWHMb)/FWHMa(％) 4.3～22.5 - 54.2～79.6
如表1所示那样，实施例的基板中，主面中的平均位错密度与基底基板和比较例的基板相比大幅降低，小于5.5×cm-2。即便如比较例那样使晶体层较厚地生长时，基板的位错密度与基底基板相比也降低，但实施例的基板中，位错密度与比较例相比进一步降低。
另外，将实施例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0.14。
另外，实施例的基板中，不存在位错密度超过3×106cm-2的区域。另外，实施例的基板中，位错密度小于1×106cm-2的区域(低位错密度区域)存在于主面的90％以上。
另外，图11是使用多光子激发显微镜，对实施例的氮化物半导体基板的主面进行观察的图。如在图11中用四方框示出的那样，实施例的基板的主面包含50μm见方以上的无位错区域。另外，实施例的基板中，50μm见方的无位错区域分散在主面整体。实施例的基板的主面以约2400个/cm2的密度具有不重叠的50μm见方的无位错区域。
另外，如表1所示那样，实施例的基板中，c面的曲率半径与基底基板和比较例的基板相比变大，为22m以上。另外，实施例的基板中，直径29.6mm内的c轴的偏离角的偏差与基底基板和比较例的基板相比得以降低，为0.075°以下。即便如比较例那样使晶体层较厚地生长时，基板中的c轴的偏离角的偏差与基底基板相比也变小，但实施例的基板中，c轴的偏离角的偏差与比较例相比进一步变小。
另外，如表1所示那样，实施例的基板中，在所有测定点(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。
另外，如表1所示那样，实施例的基板中，FWHMa-FWHMb为FWHMa的0％以上且30％以下。需要说明的是，作为参考，基底基板中，FWHMa-FWHMb为FWHMa的50％以上。
根据以上的实施例，在第一工序中，以经粗面化的基底基板的主面作为起因，能够使第一生长条件满足式(1)。由此，能够促进第一层的三维生长，能够使该第一层的第一面产生除了c面之外的倾斜界面。通过使第一层的第一面产生除了c面之外的倾斜界面，能够使位错在第一层中的露出倾斜界面的位置处确实地弯曲。其结果，确认到能够高效地降低基板的主面中的位错密度。
另外，根据实施例，通过以经粗面化的基底基板的主面作为起因且使第一生长条件满足式(1)，从而如实验1所示那样，能够使最接近顶部间平均距离超过100μm。由此，确认到能够充分地降低氮化物半导体基板的主面中的位错密度。另外，确认到通过使最接近顶部间平均距离超过100μm，能够形成50μm见方以上的无位错区域。
另外可确认：根据实施例，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，能够使氮化物半导体基板中的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，根据实施例，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：在实施例的基板中，遍及主面的宽范围，FWHMb为32arcsec以下。
另外，根据实施例，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：在实施例中，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。
<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的制造方法，其使用气相外延法，所述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，相对于主面最近的低指数晶面为(0001)面；
蚀刻工序，对前述基底基板的前述主面进行蚀刻，使该主面粗面化；
第一工序，使III族氮化物半导体的单晶在前述基底基板的前述主面上外延生长，以经粗面化的前述基底基板的前述主面为起因，使前述单晶的表面产生由除了(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使前述多个凹部中的至少任一个随着向前述基底基板的前述主面的上方去而缓缓扩大，(0001)面消失，使具有仅由前述倾斜界面构成的第一面的第一层生长；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，使具有经镜面化的第二面的第二层生长。
(附记2)
根据附记1所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，
前述蚀刻工序中，
在气相生长装置内将规定的蚀刻气体供给至前述基底基板的前述主面，将该基底基板的前述主面直接蚀刻，
前述第一工序中，
保持将经粗面化的前述基底基板配置在前述气相生长装置内的状态，使用该气相生长装置，使前述第一层生长。
(附记3)
根据附记1或2所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，
前述蚀刻工序中，
在前述基底基板的前述主面形成相对较深的多个深谷部和相对较浅的多个浅谷部，
前述第一工序中，
随着向前述基底基板的前述主面的上方去，在前述多个浅谷部各自的上方使前述多个凹部的一部分缓缓消失，在前述多个深谷部各自的上方使前述多个凹部的其他部分缓缓扩大，由此在前述第一层的前述第一面形成多个谷部和多个顶部。
(附记4)
根据附记3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，
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5)
根据附记4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，
最接近的前述一对顶部彼此的前述平均距离设为小于800μm。
(附记6)
根据附记3～5中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述蚀刻工序中，
在沿着前述基底基板的前述主面的方向上，使前述多个深谷部各自以直线状延伸的长度长于前述多个浅谷部各自以直线状延伸的长度。
(附记7)
根据附记3～6中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述蚀刻工序中，
使沿着前述基底基板的前述主面的方向的前述多个深谷部之中相邻但未交错的两个深谷部之间的距离长于前述多个浅谷部之中相邻但未交错的两个浅谷部之间的距离。
(附记8)
根据附记7所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述蚀刻工序中，
使沿着前述基底基板的前述主面的方向的、前述多个深谷部之中相邻但未交错的两个深谷部之间的平均距离超过50μm。
(附记9)
根据附记1～8中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述蚀刻工序中，
将前述基底基板的前述主面的用峰谷值表示的表面粗糙度PV设为5μm以上且100μm以下。
(附记10)
根据附记1～9中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述蚀刻工序中，
使前述(0001)面自前述基底基板的前述主面消失。
(附记11)
根据附记1～10中任一项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，
准备前述主面经镜面化的前述基底基板。
(附记12)
根据附记1～10中任一项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，
准备直接从规定的铸锭中切出的前述基底基板。
(附记13)
根据附记1～12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，
在得到(0001)面消失的前述第一面后，维持前述第一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14)
根据附记1～13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15)
根据附记14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，
在前述第二工序后，
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16)
根据附记1～15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，
在前述第一层中的一边使前述多个凹部的一部分消失一边生长的区域，形成与该第一层的其它区域相比具有相对较低的氧浓度的第一低氧浓度区域，
在前述第一低氧浓度区域中的前述多个凹部的一部分消失而成的部分的上方形成凸部，且在前述第一低氧浓度区域之中的夹着前述凸部的两侧，作为前述多个凹部的其他部分缓缓扩大的轨迹而形成一对倾斜部，
将前述一对倾斜部所成的角度设为70°以下。
(附记17)
根据附记1～16中任一项所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，前述第一工序中，
作为前述倾斜界面，生成m≥3的{11-2m}面。
(附记18)
根据附记1～17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19)
根据附记18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，
以经粗面化的前述基底基板的前述主面为起因，使前述第一生长条件满足前述式(1)。
(附记20)
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，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而得的差值FWHMa-FWHMb为FWHMa的30％以下。
(附记21)
根据附记20所述的氮化物半导体基板，其中，在前述主面内以5mm的间隔设定的多个测定点处，将前述狭缝的ω方向的宽度设为0.1mm来进行前述(0002)面衍射的X射线摇摆曲线测定时，在所有测定点的90％以上，前述(0002)面衍射的半值宽度FWHMb为80arcsec以下。
(附记22)
根据附记20或21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，前述主面中不存在前述位错密度超过3×106cm-2的区域，前述位错密度小于1×106cm-2的区域存在于前述主面的80％以上。
(附记23)
一种氮化物半导体基板，其具有2英寸以上的直径，
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，前述主面中不存在前述位错密度超过3×106cm-2的区域，前述位错密度小于1×106cm-2的区域存在于前述主面的80％以上。
(附记24)
根据附记20～23中任一项所述的氮化物半导体基板，其中，前述主面包含50μm见方以上的无位错区域。
(附记25)
根据附记20～24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26)
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，具有经粗面化的主面，相对于将前述主面平均化而得的假想平面最近的低指数晶面为(0001)面；
第一低氧浓度区域，其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；
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。
(附记27)
根据附记26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28)
根据附记26或27所述的层叠结构体，其中，前述第一低氧浓度区域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29)
根据附记26～28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30)
根据附记26～29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。
产业上的可利用性
10 基底基板
30 第一层
40 第二层
50 氮化物半导体基板(基板)

Claims (10)

1.一种氮化物半导体基板的制造方法，其使用气相外延法，所述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，相对于主面最近的低指数晶面为(0001)面；
蚀刻工序，对所述基底基板的所述主面进行蚀刻，使该主面粗面化；
第一工序，使III族氮化物半导体的单晶在所述基底基板的所述主面上外延生长，以经粗面化的所述基底基板的所述主面为起因，使所述单晶的表面产生由除了(0001)面之外的倾斜界面构成的多个凹部，使所述多个凹部中的至少任一个随着向所述基底基板的所述主面的上方去而缓缓扩大，(0001)面消失，使具有仅由所述倾斜界面构成的第一面的第一层生长；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，使具有经镜面化的第二面的第二层生长。
2.根据权利要求1所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，
所述蚀刻工序中，
在气相生长装置内将规定的蚀刻气体供给至所述基底基板的所述主面，将该基底基板的所述主面直接蚀刻，
所述第一工序中，
保持将经粗面化的所述基底基板配置在所述气相生长装置内的状态，使用该气相生长装置，使所述第一层生长。
3.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，
所述蚀刻工序中，
在所述基底基板的所述主面形成相对较深的多个深谷部和相对较浅的多个浅谷部，
所述第一工序中，
随着向所述基底基板的所述主面的上方去，在所述多个浅谷部各自的上方使所述多个凹部的一部分缓缓消失，在所述多个深谷部各自的上方使所述多个凹部的其他部分缓缓扩大，由此在所述第一层的所述第一面形成多个谷部和多个顶部。
4.根据权利要求3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，
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。
5.根据权利要求4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，
最接近的所述一对顶部彼此的所述平均距离设为小于800μm。
6.根据权利要求1或2所述的氮化物半导体基板的制造方法，其中，所述蚀刻工序中，
将所述基底基板的所述主面的用峰谷值表示的表面粗糙度PV设为5μm以上且100μm以下。
7.根据权利要求1或2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，
在得到(0001)面已消失的所述第一面后，维持所述第一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。
8.根据权利要求1或2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。
9.根据权利要求8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。
10.一种层叠结构体，其具备：
基底基板，其由III族氮化物半导体的单晶形成，具有经粗面化的主面，相对于将所述主面平均化而得的假想平面最近的低指数晶面为(0001)面；
第一低氧浓度区域，其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；
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。
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