WO2010140564A1 - 窒化物半導体結晶およびその製造方法 - Google Patents

窒化物半導体結晶およびその製造方法 Download PDF

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下山　謙司
和正 清見
健史 藤戸
豊 三川
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Definitions

  • the present invention relates to a nitride semiconductor crystal and a method for producing the same, and more particularly to a nitride semiconductor crystal having a large area and a small variation in surface off angle and a method for producing the same.
  • Nitride semiconductors typified by gallium nitride (GaN) have a large band gap, and the transition between bands is a direct transition type. Therefore, relatively light emitting diodes such as ultraviolet, blue and green, semiconductor lasers, etc. It is a promising material as a substrate for semiconductor devices such as light emitting elements on the short wavelength side and electronic devices.
  • GaN gallium nitride
  • Nitride semiconductors have a high melting point, and the dissociation pressure of nitrogen near the melting point is high, so that bulk growth from the melt is difficult.
  • a nitride semiconductor crystal can be produced by using a vapor phase growth method such as a hydride vapor phase growth method (HVPE method) and a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method).
  • HVPE method hydride vapor phase growth method
  • MOCVD method metal organic chemical vapor deposition method
  • a nitride semiconductor crystal can be grown on the surface of the base substrate by supplying the source gas after the base substrate is placed on the support.
  • the nitride semiconductor crystal grown on the base substrate is separated from the support together with the base substrate, and can be taken out by removing the base substrate by a method such as polishing as necessary (see, for example, Patent Document 1).
  • the base substrate for example, different substrates such as sapphire and GaAs are often used.
  • a nitride semiconductor crystal grown on a heterogeneous substrate is warped due to a difference in lattice constant or thermal expansion coefficient from the heterogeneous substrate serving as a base substrate. It is known that the warpage is observed even in a nitride semiconductor free-standing crystal from which the base substrate is removed.
  • the off-angle variation occurs on the surface of the nitride semiconductor substrate formed by processing the crystal.
  • the “off angle” is an inclination angle in the principal surface normal direction with respect to the low index surface.
  • the composition of the epitaxial layer varies, and as a result, the variation in emission wavelength within the substrate surface. May occur.
  • the occurrence of variation in the off-angle on the surface of the nitride semiconductor substrate may affect the characteristics of the semiconductor element using the nitride semiconductor substrate. Therefore, various studies have been made to suppress the variation. .
  • Patent Document 2 describes that the growth direction of a gallium nitride crystal is inclined as a cause of variation in the off-angle of the gallium nitride crystal on the surface of the gallium nitride substrate.
  • the gallium nitride crystal grows while tilting toward the center of the base substrate.
  • a plurality of nitride semiconductor seed substrates are formed by connecting (0001) faces, (000-1) faces, or (0001) faces and (000-1) faces of adjacent nitride semiconductor seed substrates.
  • the nitride semiconductor seed substrate is arranged so that the ⁇ 10-10 ⁇ surface of each nitride semiconductor seed substrate faces the upper surface, and the nitride semiconductor is regrown on the upper surface of the arranged nitride semiconductor seed substrate. It is described that a nitride semiconductor layer having a ⁇ 10-10 ⁇ plane as a main surface is formed to obtain a large ⁇ 10-10 ⁇ plane nitride semiconductor wafer.
  • Patent Document 4 a plurality of nitride semiconductor seed substrates are prepared, the main surfaces of the plurality of nitride semiconductor seed substrates are parallel to each other, and the [0001] directions of the bars are the same.
  • Nitride semiconductor layers having a continuous ⁇ 10-10 ⁇ plane as a main surface by arranging the substrates next to each other in the direction and re-growing the nitride semiconductor on the top surface of the arranged nitride semiconductor seed substrate To obtain a nitride semiconductor substrate.
  • Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-240988 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2009-126727 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-315947 Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-143772
  • Patent Document 2 is simply a technique for reducing the variation in the off angle by processing the surface along the variation in the crystal axis
  • the method can be used for photolithography using a substrate having a concave substrate surface.
  • an element manufacturing process such as lithography
  • Patent Documents 3 and 4 there is no description regarding variations in the off-angle of the surface of the fabricated nitride semiconductor, and it is unclear how much the variation in crystal axes can be reduced.
  • the present invention relates to a method for producing a nitride semiconductor crystal, and an object thereof is to produce a nitride semiconductor crystal having a large area with less variation in the surface off-angle than in the prior art.
  • Another object of the present invention is to manufacture a nitride semiconductor substrate having a small variation in off-angle by reducing the variation in crystal axes as much as possible without using a special processing method.
  • this invention consists of the following. 1.
  • a nitride semiconductor crystal manufacturing method for obtaining a nitride semiconductor crystal by growing a semiconductor layer on a seed substrate the seed substrate includes a plurality of seed substrates of the same material, and at least one of the plurality of seed substrates is another When the single semiconductor layer is grown on the plurality of seed substrates, the off-angle distribution of the single semiconductor layer is larger than the off-angle distribution of the plurality of seed substrates.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, and a growth surface is substantially a ⁇ 10-10 ⁇ plane, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is [0001] relative to the other seed substrate. 2.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, the growth surface is substantially a ⁇ 11-20 ⁇ plane, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is [0001] relative to the other seed substrate. 2.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, the growth surface is a substantially (0001) surface or a substantially (000-1) surface, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is the other seed substrate.
  • the method for producing a nitride semiconductor crystal as described in 1 above, wherein only the off angle in either the [10-10] axial direction or the [11-20] axial direction is different. 5.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, the growth surface is a substantially (0001) surface or a substantially (000-1) surface, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is the other seed substrate.
  • the off-angle in both the [10-10] axial direction and the [11-20] axial direction is different, wherein the nitride semiconductor crystal manufacturing method according to the preceding item 1 is characterized. 6).
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, and the growth surface is substantially a ⁇ 10-10 ⁇ plane, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is [11- [20]
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor, and the growth surface is substantially a ⁇ 11-20 ⁇ plane, and at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is [10 ⁇ [10]
  • the off-angles are gradually changed so that variations in off-angles of the single semiconductor layer are reduced, and the plurality of seed substrates are 8.
  • the method for producing a nitride semiconductor crystal as described in any one of 1 to 7 above, wherein: 9. 9.
  • 14 14 The method for producing a nitride semiconductor crystal as described in any one of 1 to 13 above, wherein the single semiconductor layer is at least one selected from gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof.
  • the semiconductor device according to any one of 1 to 14 above, wherein a single semiconductor layer is grown on the plurality of seed substrates by at least one of HVPE, MOCVD, MBE, sublimation, and PLD.
  • the plurality of seed substrates are seed substrates manufactured by preparing a plurality of ingots of the same material and cutting out a portion having the smallest off angle in each ingot from each ingot.
  • the nitride semiconductor crystal manufacturing method according to any one of 15. 17.
  • the plurality of seed substrates are manufactured by cutting out an ingot in which the angle of inclination of the crystal axis changes from the vicinity of the center toward the periphery, and at least one of the plurality of seed substrates is different from other seed substrates. 17.
  • 18. The method for producing a nitride semiconductor crystal as described in 16 or 17 above, wherein the ingot is formed by a semiconductor crystal production method in which a semiconductor layer is grown on a seed. 19.
  • the off-angle of each seed substrate included in the plurality of seed substrates is controlled, and the plurality of seed substrates are arranged on the plurality of seed substrates. It is possible to control the off-angle of a single semiconductor layer grown in a uniform manner, and the variation in off-angle in the manufactured nitride semiconductor crystal can be significantly reduced as compared with the conventional case.
  • FIG. 1 It is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of a nitride semiconductor crystal obtained when a semiconductor layer is grown on a seed substrate having a uniform off angle. It is a schematic diagram for demonstrating the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal obtained when a semiconductor layer is crystal-grown on the seed substrate which applied the method of this invention. It is a schematic diagram for demonstrating an off angle. It is the schematic of an HVPE apparatus.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Example 1
  • (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Example 1. It is.
  • FIG. 6 is a schematic diagram for explaining off-angle measurement points in Examples 1 to 3 and Comparative Examples 1 to 4.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Example 2, and (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Example 2. It is.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Example 3
  • (b) is a schematic diagram for explaining the tilt of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Example 3. It is.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Example 4, and (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Example 4. It is.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Comparative Example 1
  • (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Comparative Example 1. It is.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Comparative Example 2 and (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Comparative Example 2. It is. (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Comparative Example 3, and (b) is a schematic diagram for explaining the inclination of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Comparative Example 3. It is.
  • (A) is a method for arranging a (10-10) plane gallium nitride seed substrate in Comparative Example 4
  • (b) is a schematic diagram for explaining the tilt of the crystal axis of the nitride semiconductor crystal according to the present invention in Comparative Example 4. It is.
  • nitride semiconductor crystal may be described as an example of the nitride semiconductor crystal, but the nitride semiconductor crystal that can be employed in the present invention is not limited to this.
  • a numerical range expressed using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.
  • the seed substrate may be of any type as long as a desired nitride semiconductor crystal can be grown on the crystal growth surface. Further, a seed substrate may be used as a base substrate for crystal growth. Since the nitride semiconductor crystal is a hexagonal semiconductor, the seed substrate is preferably made of a hexagonal semiconductor.
  • examples of the material of the seed substrate include sapphire, SiC, ZnO, and a group III nitride semiconductor.
  • a group III nitride semiconductor is preferable, a nitride semiconductor containing the same group III element as the nitride semiconductor to be manufactured is more preferable, and a nitride semiconductor of the same type as the nitride semiconductor to be manufactured is more preferable.
  • Each seed substrate included in a plurality of seed substrates is made of the same material.
  • the “same material” means that the chemical properties are the same material and the same material.
  • the lattice constant of the seed substrate is preferably close to the lattice constant of the nitride semiconductor crystal to be manufactured. This is because the occurrence of defects due to lattice mismatch can be suppressed.
  • the difference in lattice constant between the nitride semiconductor crystal to be manufactured and the seed substrate is preferably within 17%, more preferably within 5%, based on the lattice constant of the nitride semiconductor crystal.
  • the thermal expansion coefficient of the seed substrate is preferably close to the thermal expansion coefficient of the nitride semiconductor crystal to be manufactured. This is because the occurrence of warpage due to the difference in thermal expansion coefficient can be suppressed.
  • the absolute value of the difference in thermal expansion coefficient between the nitride semiconductor crystal to be manufactured and the seed substrate is preferably 2 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less, and more preferably 1 ⁇ 10 ⁇ 6 / ° C. or less. .
  • the shape of the seed substrate is not particularly limited as long as it does not depart from the essence of the present invention, but a so-called bar shape may be used. In addition, it is preferable that a plurality of seed substrates have the same shape because a large number of seed substrates can be easily arranged.
  • the shape of the main surface of the seed substrate may be a polygon, and a rectangle or a square can also be preferably used.
  • the length of one side of the main surface of the seed substrate is preferably 5 mm or more, more preferably 15 mm or more, and further preferably 20 mm or more.
  • a seed substrate having a side length of 5 mm or more on one side of the main surface it is possible to improve the alignment accuracy of the arranged seed substrate, and to form a bonding surface of the seed substrate that easily causes a decrease in crystallinity. It is also preferable because it can be reduced.
  • the main surface of the seed substrate in the present invention refers to the widest surface of the seed substrate.
  • a display such as (hkl) or (hkil) is used to indicate the plane orientation of a crystal plane.
  • the plane orientation of the crystal plane in a hexagonal crystal such as a group III nitride crystal is represented by (hkil).
  • the plane having the plane orientation (hkil) is referred to as the (hkil) plane.
  • the ⁇ hkil ⁇ plane means a generic plane orientation including the (hkil) plane and individual plane orientations equivalent to the crystal geometry.
  • the plane orientation of the main surface of the seed substrate includes polar planes such as (0001) plane and (000-1) plane, nonpolar planes such as ⁇ 1-100 ⁇ plane and ⁇ 11-20 ⁇ plane, ⁇ 1-102 ⁇ plane and A semipolar plane such as ⁇ 11-22 ⁇ plane can be mentioned.
  • the main surface of the seed substrate is the ⁇ 10-10 ⁇ plane, ⁇ 11-20 ⁇ plane, ⁇ 10-1-1 ⁇ plane, ⁇ 20- The 2-1 ⁇ plane is preferable, and the ⁇ 10-10 ⁇ plane is more preferable.
  • the plane orientations of the four side surfaces are (0001) plane, (000-1) plane, ⁇ 11-20 ⁇ plane and ⁇ 11-20 ⁇ plane, (0001) plane, (000-1) plane, ⁇ 10 The ⁇ 10 ⁇ plane and the ⁇ 10-10 ⁇ plane are preferable, and the (0001) plane, the (000-1) plane, the ⁇ 11-20 ⁇ plane, and the ⁇ 11-20 ⁇ plane are more preferable.
  • Seed substrate main surface area As a large area of the main surface of the seed substrate including a plurality of seed substrates well, preferably at 50 mm 2 or more, more preferably 75 mm 2 or more, more preferably 100 mm 2 or more.
  • the number of seed substrates to be prepared can be reduced.
  • an increase in the twist angle distribution in the nitride semiconductor crystal grown on the seed substrate can be suppressed.
  • the “twist angle” indicates an orientation distribution (in-plane orientation distribution) of crystal axes in a direction parallel to the main surface.
  • the “bonding surface” refers to a surface adjacent to each other when seed substrates are arranged.
  • the angle formed by the joint surface and the main surface is not particularly limited, but it is desirable that the angle is substantially a right angle in consideration of the ease of seed substrate preparation.
  • the angle between the joint surface and the main surface is preferably 88 ° to 92 °, more preferably 89 ° to 91 °, and still more preferably 89.5 ° to 90.5 °.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing the relationship between the main surface normal direction of the seed substrate and the seed substrate crystal axis direction in order to explain the inclination (off angle) of the main surface normal direction with respect to the low index surface.
  • the low index surface of the main surface is the (10-10) surface and the joint surfaces are the (0001) surface and the (11-20) surface.
  • the off-angle of the seed substrate can be measured by an X-ray analysis method.
  • the angle formed between the seed substrate principal surface normal direction and the [10-10] axis is ⁇ , and the seed substrate principal surface normal is projected onto a plane defined by the [10-10] axis and the [0001] axis.
  • the angle formed between the axis and the [10-10] axis is ⁇ c, and the seed substrate main surface normal is projected onto a plane defined by the [10-10] axis and the [11-20] axis of the seed substrate crystal axis
  • the angle formed by the axis and the [10-10] axis is ⁇ a.
  • the principal surface normal direction of the seed substrate is inclined by ⁇ c in the [0001] direction and ⁇ a in the [11-20] direction with respect to the low index surface of the main surface, that is, the (10-10) surface. It can be expressed as tilted.
  • the [hkil] direction refers to a direction perpendicular to the (hkil) plane (the normal direction of the (hkil) plane), and the ⁇ hkil> direction refers to the [hkik] direction and its crystal geometry.
  • the normal direction of the joint surface may be inclined from the low index surface or may not be inclined.
  • the difference in inclination from the low index surface in each axial direction between the two bonding surfaces facing each other is small. Therefore, the difference in inclination from the low index surface in the axial direction between the two facing joint surfaces is preferably within 1 °, more preferably within 0.7 °, and even more preferably 0.5 ° or less.
  • the bonding surface opposite to the bonding surface whose normal direction is + 5 ° in the [11-20] direction and + 5 ° in the [10-10] direction is inclined from the (0001) plane is the [11-20] direction.
  • the bonding surface is inclined from the (000-1) plane.
  • the absolute value distribution of the inclination from the low index plane in the direction of each axis between the seed substrates is preferably within 1 °, more preferably within 0.7 °, and more preferably within 0.5 °.
  • a seed substrate having a desired surface can be obtained by cutting out an ingot as necessary. For example, a group III nitride semiconductor ingot having a (0001) plane is formed, and then a ⁇ 10-10 ⁇ plane or a ⁇ 11-20 ⁇ plane is cut out so that a ⁇ 10-10 ⁇ plane or a ⁇ 11- A seed substrate having a 20 ⁇ plane as a main surface can be obtained.
  • the off angle gradually changed from the vicinity of the center to the peripheral portion, that is, from the inside to the outside.
  • a method of cutting from an ingot is preferred.
  • the cutting method there are a method of processing (grinding and slicing) with a scissors, a grinding machine, an inner peripheral slicer, a wire saw, etc., a method of polishing by polishing, and a method of dividing by cleavage. Among them, it is preferable to form a ⁇ 10-10 ⁇ plane or a ⁇ 11-20 ⁇ plane by cleavage.
  • a diamond scriber may be used for cutting and breaking, or a laser scriber device may be used. You may divide by hand as it is, and you may carry out with the braking device on other foundations.
  • the parallelism of the front and back surfaces of the seed substrate is preferably within 1 °, more preferably within 0.7 °, and even more preferably within 0.5 °. By setting the parallelism of the seed substrate within 1 °, it is possible to prevent the problem that it is difficult to perform processing such as polishing.
  • the ingot is preferably an ingot made by a semiconductor crystal manufacturing method in which a semiconductor layer is grown on a seed.
  • the semiconductor crystal manufacturing method include an HVPE method.
  • a plurality of seed substrates are arranged, and a single semiconductor layer is grown on the plurality of seed substrates.
  • the “single semiconductor layer” refers to a single semiconductor layer.
  • the plurality of seed substrates is configured such that when a single semiconductor layer is grown on the plurality of seed substrates, the off-angle distribution of the single semiconductor layer is smaller than the off-angle distribution of the plurality of seed substrates. To place. By disposing the seed substrate in this way, a nitride semiconductor crystal having a small off-angle distribution can be manufactured.
  • off-angle distribution refers to variations in off-angle within the main surface, and can be obtained by performing X-ray diffraction measurement at a plurality of points within the main surface.
  • the difference between the off-angle distribution of the single semiconductor layer and the off-angle distribution of the plurality of seed substrates is preferably a difference of 10% or more based on the off-angle distribution of the single semiconductor layer. A difference of 20% to 2000% is more preferable.
  • the plurality of seed substrates may be arranged so as to be adjacent to each other in the same plane, or may be arranged so as to be adjacent to each other in a planar shape.
  • a plurality of seed substrates having different off angles from other seed substrates are used as at least one seed substrate among the plurality of seed substrates. This makes it possible to control the crystallographic plane shape of a plurality of continuous seed substrates.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor and the growth surface is a substantially ⁇ 10-10 ⁇ plane
  • at least one seed substrate among the plurality of seed substrates is [
  • at least one off angle in the [0001] axial direction and the [11-20] axial direction are different.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor and the growth surface is a substantially ⁇ 11-20 ⁇ plane
  • at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is [0001] relative to the other seed substrate.
  • at least one off angle in the axial direction and the [10-10] axial direction are different.
  • the plurality of seed substrates are made of a hexagonal semiconductor and the growth surface is a substantially (0001) plane or a substantially (000-1) plane
  • at least one seed substrate of the plurality of seed substrates is the other seed substrate.
  • the substantially ⁇ 10-10 ⁇ plane, the approximately ⁇ 11-20 ⁇ plane, the approximately (0001) plane, and the approximately (000-1 ⁇ plane are the off angles of about ⁇ 10 ° for each growth plane in a plurality of substrates. This means that they are aligned in the ⁇ 10-10 ⁇ plane, the ⁇ 11-20 ⁇ plane, the (0001) plane, and the (000-1) plane within the range of deviation.
  • the plurality of seed substrates are arranged so that the off angle gradually changes from the vicinity of the center toward the periphery.
  • the “off-angle of the seed substrate gradually changes” from the vicinity of the center toward the peripheral portion means that the off-angle of the seed substrate gradually changes from the inside to the outside of the seed substrate including a plurality of seed substrates. It shows that.
  • the crystal structure of the semiconductor does not warp uniformly in any direction from the vicinity of the center, so it is necessary to determine the amount of change in the off angle in consideration of the crystal structure of the semiconductor.
  • the [0001] axis direction is the other direction. Therefore, it is preferable to gradually change the off-angle of the seed substrate from the inside toward the outside only in the [0001] axis direction.
  • the temperature distribution inside the semiconductor crystal manufacturing apparatus may be greatly biased, and the center of warpage of the grown semiconductor layer may be greatly deviated from the vicinity of the center of the seed substrate.
  • the variation in the off angle of a single semiconductor layer is caused by the variation in the off angle of a plurality of seed substrates in consideration of the warpage center and the amount of warpage in each portion of the grown single semiconductor layer.
  • the seed substrate may be arranged so that the off angle gradually changes from the inner side toward the outer side with respect to any one seed substrate included in the plurality of seed substrates, so that the number of seed substrates is smaller.
  • the difference between the off-angle variation of the single semiconductor layer and the off-angle variation of the plurality of seed substrates is preferably 10% or more, and preferably 20% to 2000%. More preferred.
  • the crystal plane curvature of the seed substrate group composed of a plurality of seed substrates and the crystal plane curvature change amount of the single semiconductor layer being grown can be made substantially equal. Note that the variation in off-angle can be obtained by X-ray diffraction measurement.
  • a plurality of seed substrates so that the crystallographic surface shape of the plurality of continuous seed substrates is convex. This makes it possible to reduce the off-angle distribution of the nitride semiconductor crystal to be produced by utilizing the change in the crystal plane curvature of the growing gallium nitride single crystal film.
  • the intermediate portion of the seed is more than the off-angle of both ends of the seed composed of the plurality of seed substrates. It is preferable to arrange so that the off angle is smaller, and it is more preferable to arrange the off angle so that the off angle is continuously increased from the portion having the smallest off angle in the intermediate portion toward both ends. This makes it possible to reduce the off-angle distribution of a nitride semiconductor crystal having a main surface close to a low index surface to be manufactured by utilizing the change in crystal plane curvature of the single semiconductor layer being grown.
  • seed refers to the entire structure in which a plurality of seed substrates are arranged to form a single structure.
  • the portion sandwiched between the opposite ends of the seed is called an intermediate portion of the seed. Therefore, the intermediate portion does not indicate only the central portion connecting both ends of the seed, but the entire portion sandwiched between both ends of the seed.
  • the off-angle directions of adjacent seed substrates are substantially the same, and the absolute difference between the off-angle directions is absolute.
  • the value is more preferably 0.3 to 2.0 °, and particularly preferably 0.5 to 1.5 °. It is preferable that the off-angle directions of adjacent seed substrates are substantially the same because dislocations that are likely to occur in crystals grown above the junction of the seed substrate can be reduced.
  • the main surface normal direction of the seed substrate matches the orientation of the low index surface, the growth of each surface in the seed substrate in the normal direction becomes dominant.
  • the laterally grown portions from the adjacent seed substrates meet in the gap at the junction.
  • a large amount of dislocations occur in the meeting part on the gap.
  • a low index surface tilted from the main surface is generated by properly growing the main surface normal direction (off angle) with respect to the low index surface.
  • the surface grows obliquely with respect to the main surface while maintaining a low index surface.
  • an off-angle is added in the normal direction of the bonding surface, the bonding portion grows obliquely from one seed substrate and reaches the next seed substrate.
  • the absolute value of the off angle of the seed substrate is preferably 0.1 ° or more, more preferably 1 ° or more, and further preferably 3 ° or more.
  • the absolute value of the off angle of the seed substrate is preferably 15 ° or less, more preferably 10 ° or less, and further preferably 7 ° or less.
  • FIG. 1 is a schematic diagram illustrating a state in which a crystal is warped in a concave shape and a crystal surface is also curved in a concave shape using a cross-sectional view of a nitride semiconductor crystal. It is shown.
  • reference numeral 101 denotes a seed substrate having aligned crystal axes
  • reference numeral 102 denotes a nitride semiconductor crystal manufactured by growing on the seed substrate 101
  • reference numeral 103 denotes a slice of the nitride semiconductor crystal 102 at a broken line.
  • the substrate is shown.
  • the manufactured nitride semiconductor crystal 102 is warped, and accordingly, the crystal axis inside the nitride semiconductor crystal 102 is also shifted from near the center toward the periphery. As the tilt increases, the tilt angle of the crystal axis varies.
  • a nitride semiconductor crystal 102 is sliced at a broken line portion and used as the nitride semiconductor substrate 103.
  • the inclination of the crystal axis inside the nitride semiconductor substrate 103 is not uniform, For example, when a light-emitting device is manufactured using the nitride semiconductor substrate 103, there has been a problem that the emission wavelength varies as described above.
  • FIG. 2 shows a case where a single nitride semiconductor crystal is grown on a plurality of seed substrates by the manufacturing method of the present invention.
  • reference numeral 201 denotes a configuration in which a plurality of seed substrates having different crystal axis inclinations are arranged so that the crystal axes of each seed substrate expand radially from the back surface side to the front surface side from the vicinity of the center toward the periphery.
  • the seed substrate is shown.
  • Reference numeral 202 denotes a nitride semiconductor crystal manufactured by growing on the seed substrate 201
  • 203 denotes a state in which the nitride semiconductor crystal 202 is sliced at a broken line to form a substrate.
  • the manufactured nitride semiconductor crystal 202 is warped as in the case shown in FIG. 1, but the crystal axis inside the nitride semiconductor crystal 202 is tilted by the action of the crystal axis of the seed substrate 201. However, for this reason, when the nitride semiconductor crystal 202 is sliced along the broken line, the nitride semiconductor substrate 203 with no variation in the tilt of the crystal axis can be manufactured.
  • the seed substrate 201 shown in FIG. 2 By arranging a plurality of substrates having different crystal axis inclinations so that the crystal axes of each seed substrate radially extend from the surface side of the seed substrate toward the periphery from the vicinity of the center, the crystal axes are aligned.
  • a semiconductor substrate can be manufactured.
  • Off-angle change amount between seed substrates means that each seed substrate prepared by arranging a plurality of seed substrates so that the off-angle of each seed substrate gradually changes from near the center toward the periphery. The amount of change in the off-angle between the seed substrates.
  • the preferred range of the off-angle variation between the seed substrates varies depending on the length of the single semiconductor layer and semiconductor crystal film grown on the plurality of seed substrates, but between the seed substrates prepared by arranging the plurality of seed substrates.
  • the amount of change in the off-angle per unit length is usually preferably 0.02 ° / mm or more, more preferably 0.03 ° / mm or more, and 0.05 ° / mm or more. Is more preferable.
  • the amount of change in the off angle per unit length between the seed substrates including the plurality of seed substrates is 0.02 ° / mm or more, a plurality of seeds can be obtained from the crystal plane curvature of the seed substrate group including the plurality of seed substrates. It is possible to prevent the crystal plane curvature change amount of the semiconductor crystal film being grown on the substrate from becoming larger, and to reduce the off-angle change amount in the manufactured nitride semiconductor crystal.
  • the amount of change in the off-angle per unit length between the seed substrates including a plurality of seed substrates is usually preferably 0.5 ° / mm or less, more preferably 0.3 ° / mm or less, More preferably, it is 0.2 ° / mm or less.
  • the crystal plane curvature change amount of the semiconductor crystal film grown on the plurality of seed substrates As a result, it is possible to prevent the crystal surface curvature of the seed substrate group including a plurality of seed substrates from becoming larger, and to reduce the off-angle change amount in the manufactured nitride semiconductor crystal.
  • the amount of change in the off-angle between the seed substrates is preferably adjusted so that the crystal plane curvature of the seed substrate group consisting of a plurality of seed substrates is the same as the crystal plane curvature change of the growing semiconductor crystal film. This is because the off-angle distribution of the produced nitride semiconductor crystal can be reduced.
  • the “crystal plane curvature change amount” refers to the degree of change in the crystallographic plane shape curvature of a plurality of continuous seed substrates during the growth of the nitride semiconductor, and the shape of the fabricated nitride semiconductor It can be calculated by measuring the warpage.
  • the crystallographic surface shape of the seed substrate group is convex and the off-angle distribution is 1.0 °
  • the crystallographic surface shape of the fabricated nitride semiconductor crystal is concave and the off-angle distribution is 0.5.
  • the crystal plane curvature change amount is 1.5 °.
  • the crystal plane curvature of the seed substrate group consisting of a plurality of seed substrates and the crystal plane curvature change amount of the growing semiconductor crystal film are preferably 0.1 ° to 5.0 °, preferably 0.5 ° to 5.0 °. More preferably.
  • the amount of change in the off-angle between the seed substrates is too small, the amount of change in the crystal plane curvature of the growing gallium nitride single crystal film becomes larger than the crystal plane curvature of the seed substrate group consisting of a plurality of seed substrates.
  • the amount of change in the off-angle in the nitride semiconductor crystal to be manufactured cannot be reduced.
  • the off-angle variation per unit length of the seed substrate including a plurality of seed substrates is ⁇ 0.005 ° / mm or more.
  • it is ⁇ 0.007 ° / mm or more, more preferably ⁇ 0.01 ° / mm or more.
  • a gallium nitride single crystal film is grown at least 0.3 mm or more on a (10-10) plane gallium nitride seed substrate prepared by arranging seed substrates with different off angles in an area corresponding to a diameter of at least 2 inches.
  • the off-angle change amount between the seed substrates in the C-axis ([0001] axis) direction with a width of 2 inches is preferably ⁇ 0.25 ° or more, and more preferably ⁇ 0.35 ° or more. More preferably, it is more preferably ⁇ 0.5 ° or more.
  • the crystal plane curvature of the seed substrate group becomes larger than the amount of crystal plane curvature change of the gallium nitride single crystal film during the growth of the gallium nitride single crystal film. As a result, the off-angle change amount cannot be reduced.
  • the off-angle change amount per unit length is preferably ⁇ 0.04 ° / mm or less, and ⁇ 0.03 ° / mm or less. More preferably, it is more preferably ⁇ 0.02 ° / mm or less.
  • gallium nitride single crystal film is grown at least 0.3 mm or more on a (10-10) plane gallium nitride seed substrate prepared by arranging seed substrates having different off angles in an area corresponding to a diameter of at least 2 inches.
  • the off-angle variation between the seed substrates in the C-axis ([0001] axis) direction is preferably ⁇ 2 ° or less, more preferably ⁇ 1.5 ° or less, and ⁇ 1.0 ° or less. More preferably.
  • An advantage of using a plurality of seed substrates in the manufacturing method of the present invention is that a seed substrate including a plurality of seed substrates can have an arbitrary off-angle distribution.
  • a seed substrate including a plurality of seed substrates can have an arbitrary off-angle distribution.
  • a plate-like crystal is grown in a direction perpendicular to the crystal growth surface of the seed substrate by supplying a source gas to the seed substrate.
  • growth methods include metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), hydride vapor deposition (HVPE), molecular beam epitaxy (MBE), sublimation and pulsed laser deposition (PLD).
  • MOCVD metal organic chemical vapor deposition
  • HVPE hydride vapor deposition
  • MBE molecular beam epitaxy
  • PLD pulsed laser deposition
  • the HVPE method having a high growth rate is preferable.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a configuration example of a nitride semiconductor crystal manufacturing apparatus used in the present invention, but there is no particular limitation on the details of the configuration.
  • the HVPE apparatus shown in FIG. 4 includes a susceptor 407 for placing a seed substrate and a reservoir 405 for containing a nitride semiconductor material to be grown in a reactor 400.
  • introduction pipes 401 to 404 for introducing gas into the reactor 400 and an exhaust pipe 408 for exhausting are installed. Further, a heater 406 for heating the reactor 400 from the side surface is installed.
  • reactor material examples of the material of the reactor 400 include quartz, sintered boron nitride, and stainless steel. A preferred material is quartz.
  • the reactor 400 is filled with atmospheric gas in advance before starting the reaction.
  • the atmospheric gas include hydrogen, nitrogen, He, Ne, and an inert gas such as Ar. These gases may be mixed and used.
  • susceptor material shape, distance from growth surface to susceptor
  • a material of the susceptor 407 carbon is preferable, and a material whose surface is coated with SiC is more preferable.
  • the shape of the susceptor 407 is not particularly limited as long as the seed substrate used in the present invention can be installed, but it is preferable that no structure exists near the crystal growth surface when the crystal is grown. If there is a structure that is likely to grow near the crystal growth surface, polycrystals adhere to the structure, and HCl gas is generated as a product, which adversely affects the crystal that is about to grow. It is.
  • the contact surface between the seed substrate and the susceptor 407 is preferably separated from the crystal growth surface of the seed substrate by 1 mm or more, more preferably 3 mm or more, and further preferably 5 mm or more. This is to prevent the polycrystal generated from the susceptor surface from eroding the growth surface of the nitride semiconductor crystal.
  • the reservoir 405 contains a nitride semiconductor material to be grown.
  • a nitride semiconductor material to be grown For example, when a group III-V nitride semiconductor is grown, a raw material to be a group III source is added. Examples of the raw material to be the group III source include Ga, Al, and In.
  • the gas that reacts with the raw material put in the reservoir 405 is supplied from the introduction pipe 403 for introducing the gas into the reservoir 405.
  • HCl gas can be supplied from the introduction pipe 403.
  • the carrier gas may be supplied from the introduction pipe 403 together with the HCl gas.
  • the carrier gas include hydrogen, nitrogen, He, Ne, and an inert gas such as Ar. These gases may be mixed and used.
  • a source gas serving as a nitrogen source is supplied. Usually, NH 3 is supplied.
  • a carrier gas is supplied from the introduction pipe 401.
  • the carrier gas the same carrier gas supplied from the introduction pipe 404 can be exemplified. This carrier gas also has an effect of separating the source gas nozzle and preventing the polycrystal from adhering to the nozzle tip.
  • a dopant gas can also be supplied from the introduction pipe 402.
  • an n-type dopant gas such as SiH 4 , SiH 2 Cl 2 and H 2 S can be supplied.
  • the gases supplied from the introduction pipes 401 to 404 may be exchanged with each other and supplied from another introduction pipe.
  • the source gas and the carrier gas serving as a nitrogen source may be mixed and supplied from the same introduction pipe.
  • a carrier gas may be mixed from another introduction pipe.
  • the gas exhaust pipe 408 can be installed on the top, bottom and side surfaces of the reactor inner wall. From the viewpoint of dust removal, it is preferably located below the crystal growth end, and more preferably a gas exhaust pipe 408 is installed on the bottom of the reactor as shown in FIG.
  • Crystal growth in the present invention is usually performed at 950 ° C. to 1120 ° C., preferably 970 ° C. to 1100 ° C., more preferably 980 ° C. to 1090 ° C., and further preferably 990 ° C. to 1080 ° C. preferable. This is because a nitride semiconductor crystal having a mirror surface can be easily obtained by setting this range.
  • the pressure in the reactor is preferably 10 kPa to 200 kPa, more preferably 30 kPa to 150 kPa, and even more preferably 50 kPa to 120 kPa. This is because a nitride semiconductor crystal having a mirror surface can be easily obtained by setting this range.
  • Crystal growth rate The growth rate of crystal growth in the present invention varies depending on the growth method, growth temperature, raw material gas supply amount, crystal growth surface orientation, etc., but is generally in the range of 5 ⁇ m / h to 500 ⁇ m / h, and is 10 ⁇ m / h or more. Is preferably 50 ⁇ m / h or more, and more preferably 70 ⁇ m or more. It is because productivity can be raised by setting it as this range.
  • the growth rate can be controlled by appropriately setting the type, flow rate, supply port-crystal growth edge distance, etc. of the carrier gas.
  • Niride semiconductor crystal area According to the manufacturing method of the present invention, a nitride semiconductor crystal having a large main surface area can be easily obtained.
  • the area of the main surface of the nitride semiconductor crystal can be appropriately adjusted according to the size of the crystal growth surface of the seed substrate and the crystal growth time.
  • the area of the main surface of the nitride semiconductor crystal can be 500 mm 2 or more, can be larger than 750 mm 2 , and can be 1500 mm 2 or more. Yes, it can be 2500 mm 2 or more, and further can be 10000 mm 2 or more.
  • nitride semiconductor crystal The type of nitride semiconductor crystal provided by the present invention is not particularly limited. Specific examples include group III nitride semiconductor crystals, and more specific examples include gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention is a crystal having a main surface other than the (0001) plane and having an off-angle distribution of 1 ° or less within a diameter of 2 inches.
  • principal surfaces other than the (0001) plane include ⁇ 10-10 ⁇ plane, ⁇ 11-20 ⁇ plane, (10-11) plane, and (20-21) plane.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention has a main surface inclined at an off angle of 0 ° to 65 ° with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane of the hexagonal crystal, and the surface of the main surface is A group III nitride semiconductor crystal having a thickness of 100 ⁇ m to 5 cm having a dislocation penetrating, and the [10-10] axis per 2 inches of the group III nitride semiconductor crystal is turned off in the [0001] axis direction The angular distribution is within ⁇ 0.93 °.
  • the main surface of the group III nitride semiconductor crystal of the present invention refers to the widest surface of the group III nitride semiconductor crystal, and is 0 ° to 65 ° with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane of the hexagonal crystal.
  • the surface is not particularly limited as long as the surface is inclined at an off angle.
  • (10-11) plane and (10-1-1) plane having an off angle of 28 ° with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane; 47 ° off angle with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane (10-12) plane and (10-1-2) plane; (10-13) plane and (10-1-3) plane having an off angle of 58 ° with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane; ⁇ 10 (10-14) and (10-1-4) planes having an off angle of 65 ° with respect to the -10 ⁇ plane; 15 ° off angles with respect to the ⁇ 10-10 ⁇ plane (20-21) ) Plane and (20-2-1) plane.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention is characterized by having dislocations penetrating the surface of the main surface because it grows in the main surface direction.
  • the dislocation penetrating the surface of the main surface corresponds to a dark spot that is observed when observed by cathodoluminescence (CL) measurement. Therefore, it can be said that the average dark dislocation density when the main surface of the crystal is observed by CL is the dislocation density penetrating the surface of the main surface.
  • the dislocation density of dislocations penetrating the surface of the main surface is not particularly limited, but is preferably 5 ⁇ 10 4 cm ⁇ 2 or more, more preferably 5 ⁇ 10 5 cm ⁇ 2 or more, and even more preferably 7 ⁇ 10 5 cm ⁇ 2 or more, preferably 2 ⁇ 10 8 cm ⁇ 2 or less. This is because by setting this range, it is possible to reduce the residual strain of the crystal and to suppress a decrease in light emission efficiency due to dislocation.
  • the ratio of penetrating dislocations on the main surface of the crystal obtained by slicing in the direction parallel to the growth direction is considered to be extremely low.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention has a thickness of preferably 100 ⁇ m or more, more preferably 1 mm or more, and further preferably 5 mm or more. Moreover, it is preferable that it is usually 5 cm or less.
  • the area of the main surface of the crystal may larger, for example, 100 mm 2 or more it is possible to preferably be a 500 mm 2 or more, more preferably, to greater than 750 mm 2, be a 1500 mm 2 or more Yes, it can be 2500 mm 2 or more, and further can be 10000 mm 2 or more.
  • the off-angle distribution in the [0001] axis direction of the [10-10] axis per 2 inches is within ⁇ 0.93 °, preferably ⁇ 0.75 °. Within ⁇ 0.50 °, more preferably within ⁇ 0.30 °.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention has a uniform crystal axis in a single crystal, and the group III nitride semiconductor substrate obtained by slicing such a group III nitride semiconductor crystal has an internal structure.
  • the problem that the emission wavelength varies as described above is solved.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention obtained by crystal growth on a plurality of seed substrates, for example, it is particularly preferable in that a large-area crystal can be obtained.
  • the arrangement method as described above is preferable in that the crystal axes of the entire crystal obtained in a large area can be aligned over a wide range.
  • the amount of change in off-angle per 1 mm of the crystal tends to be larger than that of a crystal grown on a single seed substrate.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention it is preferable that there is a region where the change in off-angle per 1 mm of crystal exceeds 0.015 °, and it is more preferable that a region exceeding 0.03 ° exists. Further, it is more preferable that a region exceeding 0.056 ° exists.
  • the off-angle change amount per 1 mm of crystal exceeds 0.03 °.
  • the group III nitride semiconductor crystal of the present invention preferably has a carrier concentration of 1 ⁇ 10 18 to 5 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 .
  • the nitride semiconductor crystal obtained by the production method of the present invention can be used for various applications.
  • it is useful as a substrate for semiconductor devices such as light emitting diodes such as ultraviolet, blue and green, light emitting elements on the relatively short wavelength side such as semiconductor lasers, and electronic devices.
  • semiconductor devices such as light emitting diodes such as ultraviolet, blue and green, light emitting elements on the relatively short wavelength side such as semiconductor lasers, and electronic devices. It is also possible to obtain a larger nitride semiconductor crystal by using the nitride semiconductor crystal manufactured by the manufacturing method of the present invention as a seed substrate.
  • Example 1 A rectangular parallelepiped having a length of 25 mm in the [11-20] direction and 5 mm in the [0001] direction and having a thickness of 330 ⁇ m, One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of ⁇ 0.30 ° in the [0001] direction; One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of -0.01 ° in the [0001] direction; One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of + 0.30 ° in the [0001] direction, A total of three seed substrates with different off angles were prepared.
  • the parallelism of the front and back surfaces of the seed substrate (10-10) surface was within 0.5 °.
  • the (0001) plane and the (000-1) plane were selected as the bonding plane.
  • three seed substrates are arranged in three rows in the [0001] direction so that the cross section of the (0001) plane and the cross section of the (000-1) plane face each other, and the cross sections are zero. Aligned on the susceptor so that the parallelism is within 5 °.
  • the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged outside the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged in the center is directed from the back surface side to the front surface side with respect to the seed substrate.
  • the seed substrates were lined up so as to face outward. Specifically, the off angles in the [0001] direction of the seed substrate were set to ⁇ 0.30 °, ⁇ 0.01 °, and + 0.30 ° from the [0001] side.
  • the susceptor was placed in the reactor 400, the temperature of the reaction chamber was raised to 1020 ° C., and a gallium nitride single crystal film was grown for 40 hours.
  • the growth pressure is 1.01 ⁇ 10 5 Pa
  • the partial pressure of the GaCl gas G3 is 1.85 ⁇ 10 2 Pa
  • the partial pressure of the NH 3 gas G4 is 7.05 ⁇ 10 3 Pa. It was.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the grown crystal is taken out.
  • the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate is bonded, and the outer periphery of the arranged seed is [11-20].
  • the direction was enlarged by 2 mm each in the direction and [ ⁇ 1-120] direction, 2 mm in the [0001] direction, and 2 mm in the [0001] direction. It grew 3.5 mm in the [10-10] direction.
  • Three free-standing substrates having a rectangular (10-10) plane of 29 mm in the [11-20] direction, 19 mm in the [0001] direction and a thickness of 330 ⁇ m as the main surface were produced by general slicing and polishing. The area of the main surface was 551 mm 2 .
  • the off-angle of the M-axis ([10-10] axis) in the C-axis ([0001] axis) direction was measured by X-ray diffraction, it was -0.22 ° at A in FIG. °, C was + 0.16 °. Further, the tilt angle distribution in the C-axis ([0001] axis) direction in the obtained free-standing substrate surface was 0.37 °. Here, the tilt angle distribution is a variation in off-angle. Moreover, 2 inches converted as 50 mm.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 56 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when an X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 4.8 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the average in the CL measurement in the region above the boundary region between the seed and the seed The dark spot density was 2.6 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 5 (b) schematically shows the manufacturing process of the gallium nitride substrate according to the first embodiment.
  • 501 is a seed substrate composed of three seed substrates having different off angles
  • 502 is a gallium nitride single crystal manufactured by growing on the seed substrate 501
  • 503 is a gallium nitride single crystal 502.
  • the three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing at a broken line are shown.
  • Example 2 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate.
  • the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged outside the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged in the center is directed from the back side to the front side with respect to the seed substrate.
  • the seed substrates were lined up so as to face outward. Specifically, as shown in FIG. 7A, the off angles in the [0001] direction of the seed substrate are ⁇ 5.28 °, ⁇ 5.03 °, and ⁇ 4.71 ° from the [0001] side. It was.
  • the half width of the X-ray rocking curve of the obtained self-supporting substrate was 47 seconds with (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 2.5 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 7.5 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 7B schematically shows a manufacturing process of the gallium nitride substrate according to the second embodiment.
  • 701 is a seed substrate composed of three seed substrates having different off angles
  • 702 is a gallium nitride single crystal manufactured by growing on the seed substrate 701
  • 703 is a gallium nitride single crystal 702.
  • the three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing at a broken line are shown.
  • Example 3 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate.
  • the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged outside the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged in the center is directed from the back side to the front side with respect to the seed substrate.
  • the seed substrates were lined up so as to face outward. Specifically, as shown in FIG. 8A, the off-angle in the [0001] direction of the seed substrate is ⁇ 5.51 °, ⁇ 5.01 °, ⁇ 4.50 ° from the [0001] side. It was.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the grown crystal is taken out.
  • the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate is bonded, and the outer periphery of the arranged seed is [11-20].
  • the direction was enlarged by 2 mm each in the direction and [ ⁇ 1-120] direction, 2 mm in the [0001] direction, and 2 mm in the [0001] direction. It grew 3.5 mm in the [10-10] direction.
  • Three free-standing substrates having a rectangular (10-10) plane of 29 mm in the [11-20] direction, 19 mm in the [0001] direction and a thickness of 330 ⁇ m as the main surface were produced by general slicing and polishing. The area of the main surface was 551 mm 2 .
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 44 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when an X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 2.8 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 7.6 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 8B schematically shows the manufacturing process of the gallium nitride substrate according to the third embodiment.
  • 801 is a seed substrate composed of three seed substrates having different off angles
  • 802 is a gallium nitride single crystal manufactured by growing on the seed substrate 801
  • 803 is a gallium nitride single crystal 802.
  • the three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing at a broken line are shown.
  • Example 4 A rectangular parallelepiped having a length of 25 mm in the [11-20] direction and 5 mm in the [0001] direction and having a thickness of 330 ⁇ m, Twenty (10-10) -plane gallium nitride seed substrates having an off angle of ⁇ 5.6 ° to ⁇ 4.4 ° in the [0001] direction were prepared.
  • the parallelism of the front and back surfaces of the seed substrate (10-10) surface was within 0.5 °.
  • (0001) plane and (000-1) plane were selected as the joining plane.
  • 20 seed substrates are arranged in 10 rows in the [0001] direction and 2 rows in the [11-20] direction, and the cross section of the (0001) plane and the cross section of the (000-1) plane face each other.
  • they were arranged on the susceptor so that the cross sections were parallel to each other within 0.5 ° so that the (11-20) plane and the (-1-120) plane face each other.
  • the M-axis ([10-10] axis) of the outer seed substrate is always outside the M-axis ([10-10] axis) of the center-side seed substrate from the back side to the front side with respect to the seed substrate.
  • the seed substrates were lined up so as to face. That is, the off-angles in the [0001] direction of the seed substrates are arranged so that the off-angle value increases (the absolute value of the off-angle decreases) as it goes from [0001] to [000-1]. It was.
  • the growth of the gallium nitride single crystal film was performed under the same conditions as in Example 1.
  • the tilt angle distribution in the C-axis ([0001] axis) direction in the obtained free-standing substrate surface was measured by an X-ray diffraction method and found to be 0.941 ° and ⁇ 0.47 ° for 2 inches.
  • the radius of curvature of the crystal axis in the C-axis direction was 3.0 m.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 45 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 2.7 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 8.1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 9B schematically shows a manufacturing process of the gallium nitride substrate according to the fourth embodiment.
  • reference numeral 901 denotes a seed substrate composed of three seed substrates having different off angles
  • 902 denotes a seed substrate.
  • a gallium nitride single crystal manufactured by growing it on 901, 903 indicates three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing the gallium nitride single crystal 902 at the broken line.
  • Example 1 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate.
  • One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of + 0.02 ° in the [0001] direction A total of three seed substrates were prepared.
  • the off-angles in the [0001] direction of the seed substrate were + 0.01 °, ⁇ 0.02 °, and + 0.02 ° from the [0001] side.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 57 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 4.6 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 2.3 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 10B schematically shows a manufacturing process of a gallium nitride substrate according to the comparative example 1.
  • 1001 is a seed substrate composed of three seed substrates whose off angles hardly change
  • 1002 is a seed substrate.
  • a gallium nitride single crystal manufactured by growing on the seed substrate 1001, and 1003 indicate three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing the gallium nitride single crystal 1002 at the broken line.
  • Example 2 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate.
  • One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of -5.00 ° in the [0001] direction A total of three seed substrates were prepared.
  • the off-angles in the [0001] direction of the seed substrate were ⁇ 4.99 °, ⁇ 5.01 °, and ⁇ 5.00 ° from the [0001] side.
  • the off-angle in the C-axis ([0001] axis) direction was measured by X-ray diffraction.
  • a in FIG. 6 was ⁇ 5.31 °
  • B was ⁇ 4.99 °
  • C was ⁇ 4.68 °. It was.
  • the tilt angle distribution in the C-axis ([0001] axis) direction in the obtained self-supporting substrate surface was 0.63 °.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 45 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 3.0 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 9.0 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 11B schematically shows a manufacturing process of a gallium nitride substrate according to the comparative example 2.
  • reference numeral 1101 denotes a seed substrate composed of three seed substrates whose off angles hardly change.
  • a gallium nitride single crystal 1103 manufactured by growing on the seed substrate 1101 indicates three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing the gallium nitride single crystal 1102 at a broken line.
  • Example 3 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate.
  • One (10-10) plane gallium nitride seed substrate having an off angle of ⁇ 4.98 ° in the [0001] direction A total of three seed substrates were prepared.
  • the seed substrates were arranged so that the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged outside faces the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged in the center.
  • the off angles in the [0001] direction of the seed substrate are ⁇ 5.01 °, ⁇ 5.00 °, and ⁇ 4.98 ° from the [0001] side. It was.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the grown crystal is taken out.
  • the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate is bonded, and the outer periphery of the arranged seed is [11-20].
  • the direction was enlarged by 2 mm each in the direction and [ ⁇ 1-120] direction, 2 mm in the [0001] direction, and 2 mm in the [0001] direction. It grew 3.5 mm in the [10-10] direction.
  • Three free-standing substrates having a rectangular (10-10) plane of 29 mm in the [11-20] direction, 19 mm in the [0001] direction and a thickness of 330 ⁇ m as the main surface were produced by general slicing and polishing. The area of the main surface was 551 mm 2 .
  • the off-angle in the C-axis ([0001] axis) direction was measured by X-ray diffraction.
  • a in FIG. 6 was ⁇ 5.25 °
  • B was ⁇ 5.00 °
  • C was ⁇ 4.77 °. It was.
  • the tilt angle distribution in the C-axis direction in the obtained free-standing substrate surface was 0.48 °.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 46 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 2.8 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 8.1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 12B schematically shows a manufacturing process of a gallium nitride substrate according to the comparative example 3.
  • reference numeral 1201 denotes a seed substrate composed of three seed substrates whose off angles hardly change
  • 1202 denotes
  • a gallium nitride single crystal 1203 manufactured by growing on the seed substrate 1201 indicates three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing the gallium nitride single crystal 1202 at a broken line.
  • Example 4 As described below, the process was performed in the same manner as in Example 1 except that a seed substrate having a different off angle from that in Example 1 was used to sequentially arrange the seed substrate. Show.
  • the seed substrates were arranged so that the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged on the outside faces the inside with respect to the M axis ([10-10] axis) of the seed substrate arranged in the center.
  • the off-angle in the [0001] direction of the seed substrate is ⁇ 4.71 °, ⁇ 5.03 °, ⁇ 5.28 ° from the [0001] side. It was.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the grown crystal is taken out.
  • the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate is bonded, and the outer periphery of the arranged seed is [11-20].
  • the direction was enlarged by 2 mm each in the direction and [ ⁇ 1-120] direction, 2 mm in the [0001] direction, and 2 mm in the [0001] direction. It grew 3.5 mm in the [10-10] direction.
  • Three free-standing substrates having a rectangular (10-10) plane of 29 mm in the [11-20] direction, 19 mm in the [0001] direction and a thickness of 330 ⁇ m as the main surface were produced by general slicing and polishing. The area of the main surface was 551 mm 2 .
  • the off-angle in the C-axis ([0001] axis) direction was measured by X-ray diffraction. As a result, A in FIG. 6 was ⁇ 5.61 °, B was ⁇ 5.00 °, and C was ⁇ 4.42 °. It was. Further, the tilt angle distribution in the C-axis ([0001] axis) direction in the obtained free-standing substrate surface was 1.19 °.
  • the X-ray rocking curve half-value width of the obtained self-supporting substrate was 45 seconds in (10-10) plane symmetry reflection when the X-ray beam was incident perpendicularly to the [0001] direction.
  • the average dark spot density in the CL measurement in the region above the seed substrate was 2.6 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2
  • the CL measurement in the region above the boundary region between the seed substrate and the seed substrate was used.
  • the average dark spot density was 8.5 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • FIG. 13B schematically shows a manufacturing process of a gallium nitride substrate according to the comparative example 4.
  • reference numeral 1301 denotes a seed substrate composed of three seed substrates whose off angles hardly change
  • 1302 denotes
  • a gallium nitride single crystal 1303 manufactured by growing on the seed substrate 1301 indicates three (10-10) plane free-standing substrates manufactured by slicing the gallium nitride single crystal 1302 at a broken line.
  • Table 1 shows the seed substrate conditions of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4 and the evaluation results of the grown gallium nitride single crystal.
  • Example 2 As described below, unlike Example 1, it was carried out in the same manner as Example 1 except that a plurality of seed substrates were not arranged and grown on one seed.
  • the temperature is lowered to room temperature, and the grown crystal is taken out.
  • the outer periphery of the seed substrate is 2 mm in each of the [11-20] direction and the [1-1-120] direction, [0001] It was enlarged 2 mm in the direction and 2 mm in the [000-1] direction. It grew 3.5 mm in the [10-10] direction.
  • Three free-standing substrates having a rectangular (10-10) plane of 29 mm in the [11-20] direction, 9 mm in the [0001] direction, and a thickness of 330 ⁇ m as the main surface were produced by general slicing and polishing. The area of the main surface was 261 mm 2 .
  • the tilt angle distribution in the C-axis ([0001] axis) direction in the substrate plane was 0.22 °.
  • the tilt distribution in the C-axis ([0001] axis) direction was converted to 2 inches, it was ⁇ 0.61 °.
  • the off-angle change amount was 0.012 ° / mm.
  • the present application is effective for manufacturing a semiconductor substrate having a large area mainly used for mass production of semiconductor elements and reducing variations in quality of semiconductor elements mass-produced by the semiconductor substrate.

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Abstract

　シード基板上に半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得る窒化物半導体結晶製造方法において、前記シード基板は同一材料の複数のシード基板を含み、前記複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なり、前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、前記単一の半導体層のオフ角分布が前記複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、半導体結晶製造装置内に前記複数のシード基板を配置して、前記単一の半導体層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶製造方法。

Description

窒化物半導体結晶およびその製造方法
　本発明は、窒化物半導体結晶とその製造方法に関し、特に大面積で表面のオフ角のばらつきが小さい窒化物半導体結晶とその製造方法に関する。
　窒化ガリウム（ＧａＮ）に代表される窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、またバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色および緑色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子並びに電子デバイス等の半導体デバイスの基板として有望な材料である。
　窒化物半導体は、高融点であり、しかも融点付近の窒素の解離圧が高いことから、融液からのバルク成長が困難である。一方、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）および有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）等の気相成長法を用いることによって、窒化物半導体結晶を製造できることが知られている。
　このとき、下地基板を支持体上に設置したうえで原料ガスを供給することにより、下地基板表面に窒化物半導体結晶を成長させることができる。下地基板上に成長させた窒化物半導体結晶は、下地基板とともに支持体から分離し、必要に応じて下地基板を研磨等の方法により除去することにより取り出すことができる（例えば特許文献１参照）。
　下地基板としては、例えば、サファイアおよびＧａＡｓ等の異種基板が多く用いられている。異種基板上に成長した窒化物半導体結晶は、下地基板となる前記異種基板との格子定数差や熱膨張係数差に起因する反りが生じる。当該反りは、下地基板を除去した窒化物半導体自立結晶においても観察されることが知られている。
　窒化物半導体自立結晶が反っている場合、該結晶を加工して作成した窒化物半導体基板表面において、オフ角のばらつきが生じる。ここで、「オフ角」とは、低指数面に対する主面法線方向の傾き角のことである。
　窒化物半導体基板表面においてオフ角のばらつきがある場合、当該基板上に半導体素子を製造すると、例えば発光デバイスの場合、エピタキシャル層の組成がばらついてしまい、その結果、基板面内で発光波長のばらつきが生じることがある。
　このように、窒化物半導体基板表面におけるオフ角のばらつきの発生は、窒化物半導体基板を用いた半導体素子の特性への影響が考えられるため、ばらつきを抑制するための種々の研究がなされている。
　特許文献２には、窒化ガリウム基板表面において窒化ガリウム結晶のオフ角がばらつく原因として、窒化ガリウム結晶の成長方向が傾いている点について記載されている。窒化ガリウム結晶は下地基板の中心に向くように傾きながら成長する。
　このため、窒化ガリウム基板の中心付近の結晶軸が窒化ガリウム基板表面の法線と一致するように窒化ガリウム結晶を加工した場合でも、基板端部近傍では結晶軸と窒化ガリウム基板表面の法線とが一致せず、窒化ガリウム基板全体で見た場合にはオフ角のばらつきが発生することについて記載されている。そして、これらを回避するために凹型の球面状に加工する製造方法が開示されている。
　一方、大面積の窒化物半導体基板を作製する手法の一つとして、少なくとも２つ以上のシード基板を配置しその基板上に結晶成長させることにより、大面積の窒化物半導体基板を得る方法が特許文献３、４に記載されている。
　特許文献３には、複数の窒化物半導体シード基板を、隣り合う窒化物半導体シード基板の（０００１）面同士、（０００－１）面同士、または（０００１）面と（０００－１）面を対向させ、かつ、各窒化物半導体シード基板の｛１０－１０｝面が上面になるように配置し、配置された窒化物半導体シード基板の上面に窒化物半導体を再成長させることにより、連続した｛１０－１０｝面を主面に有する窒化物半導体層を形成し、大面積の｛１０－１０｝面窒化物半導体ウエハを得ることが記載されている。
　特許文献４には、複数の窒化物半導体シード基板を用意し、複数の窒化物半導体シード基板の主面が互いに平行で、かつ、それらのバーの［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらの基板を互いに隣り合わせて配置し、配置された窒化物半導体シード基板の上面に窒化物半導体を再成長させることにより、連続した｛１０－１０｝面を主面に有する窒化物半導体層を形成し、窒化物半導体基板を得ることが記載されている。
日本国特開２００６－２４０９８８号公報 日本国特開２００９－１２６７２７号公報 日本国特開２００６－３１５９４７号公報 日本国特開２００８－１４３７７２号公報
　しかし、特許文献２に記載された方法は、単に、結晶軸のばらつきにそって表面を加工してオフ角のばらつきを低減させる手法であるため、基板表面が凹形状である基板を用いてフォトリソグラフィー等の素子作製プロセスを行う場合に問題が生じることがあった。
　また、特許文献３、４には、作製した窒化物半導体の表面のオフ角のばらつきに関する記載はなく、結晶軸のばらつきをどの程度減少できるのか不明である。
　したがって、本発明は、窒化物半導体結晶の製造方法に関し、従来に比べ表面のオフ角のばらつきが小さい大面積の窒化物半導体結晶を製造することを目的とした。また、本発明は、特殊な加工方法を用いることなく結晶軸のばらつきをできるだけ減少させることにより、オフ角のばらつきが小さい窒化物半導体基板を製造することを目的とした。
　上記目的を達成するために、本発明者らが鋭意検討を進めた結果、驚くべきことに、オフ角が異なる複数のシード基板を配置し、その上に単一の窒化物半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得た場合に、得られた窒化物半導体結晶のオフ角のばらつきが減少することを見出して本発明を完成させた。
　すなわち、本発明は以下よりなる。
１．シード基板上に半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得る窒化物半導体結晶製造方法において、前記シード基板は同一材料の複数のシード基板を含み、前記複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なり、前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、前記単一の半導体層のオフ角分布が前記複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、前記複数のシード基板を配置して、前記単一の半導体層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶製造方法。
２．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０－１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１１－２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
３．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１－２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１０－１０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
４．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００－１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向および［１１－２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
５．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００－１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向と［１１－２０］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
６．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０－１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１１－２０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
７．前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１－２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする前項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
８．前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、該単一の半導体層のオフ角のばらつきが少なくなるように、徐々にオフ角を変化させて、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
９．前記複数のシード基板の中央付近から周辺部に向かうに従って徐々にオフ角が変化するように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１０．連続している複数のシード基板の結晶学的面形状が凸状となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１１．前記複数のシード基板からなるシードの両端のオフ角よりも、該シードの中間部のオフ角の方が小さくなるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１２．前記複数のシード基板のうち少なくとも一部の隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする前項１から１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１３．前記複数のシード基板は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物半導体から選ばれる少なくとも１を含むことを特徴とする前項１から１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１４．前記単一の半導体層は窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム並びにこれらの混晶から選ばれる少なくとも１であることを特徴とする前項１から１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１５．ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法およびＰＬＤ法の少なくともいずれか１により前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させることを特徴とする前項１から１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１６．前記複数のシード基板は、同一材料の複数のインゴットを用意して、前記各インゴットにおいて最もオフ角の少ない部分を各インゴットから切り出すことで製造されたシード基板であることを特徴とする前項１から１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１７．前記複数のシード基板は、結晶軸の傾きの角度が中心付近から周辺部に向かうに従って変化して行くインゴットから切り出すことで製造された、複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板であることを特徴とする前項１から１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１８．前記インゴットを、シ－ド上に半導体層を成長させる半導体結晶製造方法によって作ることを特徴とする前項１６または１７に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
１９．前項１～１８のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２０．直径２インチ内で、オフ角分布が１°以下であることを特徴とする（０００１）面以外の主面を有するＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２１．六方晶系結晶の｛１０－１０｝面に対して０°～６５°のオフ角で傾斜する主面を有し、かつ主面の表面を貫通する転位を有する、厚さが１００μｍ～５ｃｍのＩＩＩ族窒化物半導体結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の２インチあたりの［１０－１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２２．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０１５°を超える領域が存在することを特徴とする前項２０または２１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２３．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０５６°を超える領域が存在することを特徴とする前項２０から２２のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２４．結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０３°を超える領域が複数箇所存在することを特徴とする前項２０から２３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２５．前記主面の面積が７５０ｍｍ２より大きいことを特徴とする前項２０から２４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
２６．前記主面の表面を貫通する転位の転位密度が５×１０５～２×１０８ｃｍ－２であることを特徴とする前項２０から２５のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
　本発明の窒化物半導体結晶の製造方法によれば、複数のシード基板に含まれる各シード基板でのオフ角を制御し、かつ当該複数のシード基板を配置することによって、該複数のシード基板上に成長させた単一の半導体層のオフ角を制御することが可能となり、製造された窒化物半導体結晶内のオフ角のばらつきを従来よりも著しく低減することができる。
オフ角が揃っているシード基板上に半導体層を結晶成長させた場合に得られる窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 本発明の方法を適応したシード基板上に半導体層を結晶成長させた場合に得られる窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 オフ角を説明するための模式図である。 ＨＶＰＥ装置の概略図である。 （ａ）は実施例１における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例１における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 実施例１～３、および比較例１～４におけるオフ角測定箇所を説明するための模式図である。 （ａ）は実施例２における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例２における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は実施例３における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例３における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は実施例４における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は実施例４における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は比較例１における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例１における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は比較例２における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例２における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は比較例３における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例３における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。 （ａ）は比較例４における（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板配置方法、（ｂ）は比較例４における、本発明に係る窒化物半導体結晶の結晶軸の傾きを説明するための模式図である。
　以下において、本発明の窒化物半導体結晶の製造方法について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
　また、以下の説明では、窒化物半導体結晶として窒化ガリウム結晶を例として説明することがあるが、本発明で採用することができる窒化物半導体結晶はこれに限定されるものではない。
　なお、本明細書において「～」を用いて表される数値範囲は、「～」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
　（シード基板の材質、格子定数、熱膨張係数）
　シード基板は、結晶成長面上に所望の窒化物半導体結晶を成長させることができるものであれば、その種類は問わない。また、シード基板を結晶成長用の下地基板として用いてもよい。窒化物半導体結晶が六方晶系半導体であることから、シード基板は六方晶系半導体からなることが好ましい。
　また、シード基板の材質としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物半導体を挙げることができる。中でも、ＩＩＩ族窒化物半導体が好ましく、製造しようとしている窒化物半導体と同じ種類のＩＩＩ族元素を含む窒化物半導体がより好ましく、製造しようとしている窒化物半導体と同一種の窒化物半導体がさらに好ましい。
　複数のシード基板に含まれる各シード基板は、同一材料からなる。ここで、「同一材料」とは、化学的性状が同一の材料であり同一材質であることを指す。複数のシード基板に含まれる各シード基板を、同一材料とすることにより、作製される窒化物半導体結晶の特性分布を均一化することができる。
　シード基板の格子定数は、製造しようとしている窒化物半導体結晶の格子定数と近い値であることが好ましい。格子不整合に起因する欠陥発生を抑制できるからである。製造しようとしている窒化物半導体結晶とシード基板の格子定数の差は、窒化物半導体結晶の格子定数を基準に１７％以内であることが好ましく、５％以内であることがより好ましい。
　また、シード基板の熱膨張係数は、製造しようとしている窒化物半導体結晶の熱膨張係数と近い値であることが好ましい。熱膨張係数差に起因する反り発生を抑制できるからである。製造しようとしている窒化物半導体結晶とシード基板の熱膨張係数の差の絶対値は、２×１０－６／℃以下であることが好ましく、１×１０－６／℃以下であることがより好ましい。
　（シード基板の形状）
　本発明の本質から外れない限り、シード基板の形状は特に限定されるものではないが、いわゆるバー状の形状のものを用いてもよい。また、複数のシード基板が同じ形状であれば、多数枚のシード基板を配置しやすくなるため好ましい。シード基板の主面の形状は多角形であってもよく、長方形や正方形も好ましく用いることができる。
　シード基板の主面の一辺の長さは５ｍｍ以上が好ましく、１５ｍｍ以上がさらに好ましく、２０ｍｍ以上がさらに好ましい。シード基板の主面の一辺の長さを５ｍｍ以上とすることにより、大面積の窒化物半導体結晶を作製する際に、準備するシード基板の数を抑えることができる。
　また、主面の一辺の長さが５ｍｍ以上であるシード基板を用いることにより、配置したシード基板の方位合わせの精度を向上することができ、結晶性の低下を招きやすいシード基板の接合面を少なくできることからも好ましい。
　ここで、本発明におけるシード基板の主面とは、シード基板における最も広い面を指す。
　（シード基板の面方位）
　結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。
　ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝－（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、｛ｈｋｉｌ｝面は（ｈｋｉｌ）面およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味する。
　シード基板主面の面方位は（０００１）面および（０００－１）面等の極性面、｛１－１００｝面および｛１１－２０｝面等の非極性面、｛１－１０２｝面および｛１１－２２｝面等の半極性面を挙げることができる。
　シード基板の形状が長方形の場合、結晶成長の制御を行い易い点から、シード基板主面は｛１０－１０｝面、｛１１－２０｝面、{１０－１－１}面、｛２０－２－１｝面が好ましく、｛１０－１０｝面がより好ましい。また、４つの側面の面方位は（０００１）面、（０００－１）面、｛１１－２０｝面および｛１１－２０｝面、並びに（０００１）面、（０００－１）面、｛１０－１０｝面および｛１０－１０｝面が好ましく、（０００１）面、（０００－１）面、｛１１－２０｝面および｛１１－２０｝面がより好ましい。
　（シード基板の主面面積）
　複数のシード基板を含むシード基板の主面の面積は大きいほどよく、５０ｍｍ２以上であることが好ましく、７５ｍｍ２以上であることがより好ましく、１００ｍｍ２以上がさらに好ましい。
　シード基板の主面の面積を５０ｍｍ２以上とすることにより、より準備するシード基板の数を低減することができる。また、接合面の数を低減することもできるため、シード基板上に成長させた窒化物半導体結晶におけるツイスト角分布が増大を抑制することができる。なお「ツイスト角」とは、主面と平行方向の結晶軸の方位分布（面内方位分布）を示すものである。
　（接合面と主面のなす角度）
　「接合面」とは、複数のシード基板を配置する際にシード基板同士で隣接する面を指す。接合面と主面のなす角度は特に限定されないが、シード基板準備加工の行い易さを考慮すると、ほぼ直角が望ましい。接合面と主面のなす角度は、８８°～９２°が好ましく、８９°～９１°がより好ましく、８９．５°～９０．５°がさらに好ましい。
　（オフ角の表現方法）
　図３は、低指数面に対する主面法線方向の傾き（オフ角）を説明するための、シード基板の主面法線方向と、シード基板結晶軸方向との関係を示した模式図である。図３では、主面の低指数面が（１０－１０）面、接合面が（０００１）面および（１１－２０）面である場合を想定している。なお、シード基板のオフ角はＸ線解析法により測定することができる。
　シード基板主面法線方向と［１０－１０］軸とのなす角度をφとし、シード基板主面法線を［１０－１０］軸と［０００１］軸とで定義される平面に投影した投影軸と［１０－１０］軸とのなす角度をφｃ、シード基板主面法線をシード基板結晶軸の［１０－１０］軸と［１１－２０］軸とで定義される平面に投影した投影軸と［１０－１０］軸とのなす角度をφａとする。
　図３に示す場合は、シード基板の主面法線方向が主面の低指数面、つまり（１０－１０）面に対し、［０００１］方向にφｃ傾き、且つ［１１－２０］方向にφａ傾いている、と表現することができる。
　ここで、［ｈｋｉｌ］方向とは、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）のことをいい、＜ｈｋｉｌ＞方向とは、［ｈｋｉｋ］方向およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。
　（接合面法線方向の低指数面に対する傾き）
　接合面法線方向は、低指数面から傾いていてもよいし、傾いていなくてもよい。但し、配置し易さと接合後の結晶のツイスト角分布を考えると、向かい合う２つの接合面の各軸方向の低指数面からの傾きの差が小さい方が好ましい。従って、対向する２つの接合面の各軸方向の低指数面からの傾きの差は、１°以内が好ましく、０．７°以内がさらに好ましく、０．５°以下がより好ましい。
　例えば、［１１－２０］方向に＋５°、［１０－１０］方向に＋５°接合面法線方向が（０００１）面から傾いている接合面に対向する接合面は、［１１－２０］方向に＋５°、［１０－１０］方向に＋５°接合面法線方向が（０００－１）面から傾いている接合面が好ましい。
　また、シード基板間の各軸方向の低指数面からの傾きの絶対値分布は、１°以内が好ましく、０．７°以内がさらに好ましく、０．５°以内がより好ましい。シード基板間の各軸方向の低指数面からの傾きの絶対値分布を１°以内とすることにより、接合面をほぼ平行に向い合わせることができ、接合後の結晶のツイスト角分布を小さくできるからである。
　（主面の切り出し、切り出し方法）
　所望の面を有するシード基板は、必要に応じてインゴットを切り出すことにより得ることができる。例えば、（０００１）面を有するＩＩＩ族窒化物半導体インゴットを形成し、その後に｛１０－１０｝面又は｛１１－２０｝面が現れるように切り出すことによって｛１０－１０｝面又は｛１１－２０｝面を主面とするシード基板を得ることができる。
　複数のシード基板は、同一材料の複数のインゴットを用意して、各インゴットにおいて最もオフ角分布の小さい部分を各インゴットから切り出すことにより得ることが好ましい。このことにより、シード基板内のオフ角分布を小さくすることができる。
　複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板を用意する方法としては、中心付近から周辺部、すなわち内側から外側に向かうに従ってオフ角が徐々に変化したインゴットから切り出す方法が好ましい。しかし、各シード基板内でのオフ角のばらつきを少なくするには、インゴットの中で最もオフ角のばらつきの少ない部分のみを切り出すとよい。
　切り出し方法としては、鑢、研削盤、内周刃スライサーおよびワイヤーソー等で加工（研削およびスライス）する方法、研磨によって磨く方法、並びに劈開によって分割する方法などがある。中でも、劈開により｛１０－１０｝面又は｛１１－２０｝面を形成することが好ましい。
　劈開の方法については、ダイヤモンドスクライバーによって切り欠きを入れて割ってもよいし、レーザースクライバー装置を使用してもよい。そのまま手で割ってもよいし、他の土台に乗せてのブレーキング装置で行ってもよい。
　シード基板の表裏面の平行度は１°以内であることが好ましく、０．７°以内であることがより好ましく、０．５°以内であることがさらに好ましい。シード基板の平行度を１°以内とすることにより、研磨等の加工が行いにくくなるといった問題が生じるのを防ぐことができる。
　インゴットは、シード上に半導体層を成長させる半導体結晶製造方法により作られたインゴットであることが好ましい。該半導体結晶製造方法としては、例えば、ＨＶＰＥ法等が挙げられる。
　（シード基板の配置方法）
　本発明の製造方法においては、複数のシード基板を配置して、該複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させる。ここで、「単一の半導体層」とは、一体的な１つの半導体層であることを指す。
　前記複数のシード基板は、複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、該単一の半導体層のオフ角分布が該複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、配置する。このようにシード基板を配置することにより、オフ角分布の小さい窒化物半導体結晶を作製することができる。
　ここで、「オフ角分布」とは主面内におけるオフ角のばらつきを指し、主面内の複数点でＸ線回折測定を行うことにより求めることができる。前記単一の半導体層のオフ角分布と前記複数のシード基板のオフ角分布との差は、前記単一の半導体層のオフ角分布を基準に、１０％以上の差であることが好ましく、２０％～２０００％の差であることがより好ましい。
　なお、複数のシード基板は、同一平面状に隣り合うように配置してもよいし、平面状で重なり合って隣り合うように配置してもよい。
　本発明の製造方法においては、複数のシード基板のうち少なくとも１つのシード基板は、他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板を用いる。このことにより連続している複数のシード基板の結晶学的面形状を制御することができる。
　例えば、複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略｛１０－１０｝面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１１－２０］軸方向の少なくとも１のオフ角が異なっていることが好ましい。
　複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略｛１１－２０｝面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１０－１０］軸方向の少なくとも１のオフ角が異なっていることが好ましい。
　複数のシード基板が六方晶系半導体からなり、成長面が略（０００１）面または略（０００－１）面である場合、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向および［１１－２０］軸方向の少なくとも１のオフ角のみが異なっていることが好ましい。
　なお、略｛１０－１０｝面、略｛１１－２０｝面、略（０００１）面、略（０００－１｝面とは、複数の基板において、各成長面が約±１０°のオフ角のずれの範囲内で、｛１０－１０｝面、または｛１１－２０｝面、（０００１）面、（０００－１）面方向に揃っているという意味である。
　複数のシード基板は、中央付近から周辺部に向かうに従って徐々にオフ角が変化するように配置することが好ましい。このように複数のシード基板を配置することにより、連続している複数のシード基板の結晶学的面形状を制御することができる。
　ここで、「中央付近から周辺部に向かうに従って」シード基板のオフ角が徐々に変化するとは、複数のシード基板を含むシード基板の内側から外側に向かうに従ってシード基板のオフ角が徐々に変化することを示す。
　半導体の結晶構造によっては中央付近よりどの方向にも均一に反るわけではないので、半導体の結晶構造を考慮して、オフ角の変化量を決める必要がある。具体的には、例えば、成長面が｛１０－１０｝面の窒化ガリウムのシード基板上に｛１０－１０｝面が表面の窒化ガリウム層を成長する場合、［０００１］軸方向が他の方向に比べ極端に大きく反るので、［０００１］軸方向のみ、内側から外側に向かうに従ってシード基板のオフ角の角度を徐々に変化させることが好ましい。
　更に、半導体結晶製造装置の構造によっては、半導体結晶製造装置内部の温度分布に大きな偏りが生じ、成長させた半導体層の反りの中心がシード基板の中央付近より大きくずれている場合もある。
　前記の場合には、反りの中心および成長した単一の半導体層の各部分での反り量を考慮して、単一の半導体層のオフ角のばらつきが、複数のシード基板のオフ角のばらつきよりも少なくなるように、複数のシード基板に含まれる任意の１のシード基板を中心として、内側から外側に向かうに従って徐々にオフ角が変化するようにシード基板を配置するとよい。
　前記の場合、単一の半導体層のオフ角のばらつきと複数のシード基板のオフ角のばらつきとの差は１０％以上の差であることが好ましく、２０％～２０００％の差であることがより好ましい。当該範囲とすることで、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の単一の半導体層の結晶面湾曲変化量をほぼ等しくすることができる。なお、オフ角のばらつきは、Ｘ線回折測定により求めることができる。
具体的には、例えば、連続している複数のシード基板の結晶学的面形状が凸状となるように複数のシード基板を配置することが好ましい。このことにより、成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化を利用して、作製される窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができる。
　また別の具体例として、例えば、低指数面に近い主面を有する窒化物半導体結晶を作製する場合は、前記複数のシード基板からなるシードの両端のオフ角よりも、該シードの中間部のオフ角の方が小さくなるように配置することが好ましく、中間部でもっともオフ角が小さい箇所から両端に向けて連続的にオフ角が大きくなるように配置することがより好ましい。このことにより、成長中の単一の半導体層の結晶面湾曲変化を利用して、作製される低指数面に近い主面を有する窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができる。
　ここで「シード」とは、複数のシード基板を配置して単一の構造体としたもの全体のことを指す。このシードの向かい合う端部に挟まれた部分のことをシードの中間部という。よって、中間部とはシードの両端をつなぐ中央部分のみを示すのではなく、シードの両端に挟まれた部分全体のことをいう。
　また別の好ましい具体例としては、前記複数のシード基板のうち少なくとも一部の隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一となるように配置することが好ましく、オフ角の方向の差の絶対値が０．３～２．０°であることがより好ましく、０．５～１．５°であることが特に好ましい。隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一であると、シード基板の接合部上方に成長した結晶に生じやすい転位を低減することができるため好ましい。
　つまり、シード基板の主面法線方向が低指数面の方位と一致していると、シード基板における各面の法線方向への成長が支配的になる。この場合、接合部では隣り合うシード基板からの横方向成長部が隙間上で会合する。この隙間上の会合部にはＥＬＯ会合部同様に、転位が大量に発生してしまう。
　低指数面に対する主面法線方向の傾き（オフ角）を適度に付け成長させることにより、主面から傾いた低指数面が発生する。当該面は低指数面を保ちながら、主面に対し斜めに成長する。接合面の法線方向にオフ角が付いている場合、片方のシード基板から接合部上を斜めに成長し、隣のシード基板上に到達する。隣のシード基板上で会合させることにより、転位の大量発生を抑制することができる。
　シード基板のオフ角の絶対値は、０．１°以上が好ましく、１°以上がより好ましく、３°以上がさらに好ましい。シード基板のオフ角の絶対値を０．１°以上とすることにより、片方のシード基板の低指数面の成長部が隙間を跨ぐ前に、隣り合うシード基板の双方からの横方向成長部が、隙間上で会合してしまうのを抑制することができる。
　一方、シード基板のオフ角の絶対値は、１５°以下が好ましく、１０°以下がより好ましく、７°以下がさらに好ましい。シード基板のオフ角の絶対値を１５°以下とすることにより、表面ステップ密度の増加を抑制することができ、成長時にステップバンチング（ステップの粗密化）を起こしやすいといった問題を防ぐことができる。
　図１は、オフ角が揃っているシード基板上に成長を行い、結晶自体が凹状に反るとともに、結晶面も凹状に湾曲する様子を、窒化物半導体結晶の断面図を用いて模式的に示したものである。
　図１中、１０１は結晶軸が揃っているシード基板を示し、１０２は該シード基板１０１上に成長させることで製造された窒化物半導体結晶、１０３は窒化物半導体結晶１０２を破線の箇所でスライスして基板とした状態を示している。
　結晶軸が揃っているシード基板１０１上に結晶成長させると、製造された窒化物半導体結晶１０２は反ってしまい、これに伴い窒化物半導体結晶１０２の内部の結晶軸も中央付近より周辺に向かうに従って傾きが大きくなるように、結晶軸の傾き角がばらついてしまう。
　従来はこのような窒化物半導体結晶１０２を破線の箇所でスライスし、窒化物半導体基板１０３として用いていたが、窒化物半導体基板１０３の内部の結晶軸の傾きが揃っていないので、このような窒化物半導体基板１０３を用いて、例えば発光デバイスを製造すると、先に述べたように発光波長がばらついてしまうなどの問題が生じていた。
　図２は、本発明の製造方法により、複数のシード基板上に単一の窒化物半導体結晶を成長させた場合を示す。
　図２中２０１は、結晶軸の傾きが異なる複数のシード基板を、各シード基板の結晶軸が中央付近より周辺に向かうに従ってシード基板の裏面側から表面側に放射状に拡がるように配置して構成したシード基板を示す。２０２は該シード基板２０１上に成長させることで製造された窒化物半導体結晶、２０３は窒化物半導体結晶２０２を破線の箇所でスライスして基板とした状態を示している。
　図２に示す場合も、図１に示す場合と同様、製造された窒化物半導体結晶２０２は反ってしまうが、シード基板２０１の結晶軸の作用で窒化物半導体結晶２０２の内部の結晶軸は傾かず、そのため、窒化物半導体結晶２０２を破線の箇所でスライスすると、結晶軸の傾きにばらつきの無い窒化物半導体基板２０３を製造することができる。
　また、図２に示す場合、シード基板上に成長する結晶によっては、図１に示す場合とは逆に、凸状に反る結晶もあるが、この場合は、図２に示すシード基板２０１を、結晶軸の傾きが異なる複数の基板を、各シード基板の結晶軸が中央付近より周辺に向かうに従ってシード基板の表面側から裏面側に放射状に拡がるように配置することによって、結晶軸が揃っている半導体基板を製造することができる。
　（シード基板間のオフ角変化量）
　「シード基板間のオフ角変化量」とは、中央付近から周辺部に向かうに従って徐々に各シード基板のオフ角が変化するように複数のシード基板を配置して作製したシード基板に含まれる各シード基板間のオフ角の変化量を指す。
　シード基板間のオフ角変化量の好ましい範囲は、複数のシード基板上に成長させる単一の半導体層、半導体結晶膜の長さにより異なるが、複数のシード基板を配置して作製したシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量は、通常０．０２°／ｍｍ以上であることが好ましく、０．０３°／ｍｍ以上であることがより好ましく、０．０５°／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
　複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量を０．０２°／ｍｍ以上とすることで、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲より、複数のシード基板上に成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量の方が大きくなるのを防ぎ、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角の変化量を低減することができる。
　また複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量は、通常０．５°／ｍｍ以下であることが好ましく、０．３°／ｍｍ以下であることがより好ましく、０．２°／ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
　複数のシード基板を含むシード基板間の単位長さ当たりのオフ角変化量を０．５°／ｍｍ以下とすることで、複数のシード基板上に成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量より、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲の方が大きくなるのを防ぎ、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角変化量を低減させることができる。
　シード基板間のオフ角変化量は、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量が同量となるように、調整することが好ましい。このことにより、作製される窒化物半導体結晶のオフ角分布を小さくすることができるからである。
　ここで、「結晶面湾曲変化量」とは、窒化物半導体成長時における連続している複数のシード基板の結晶学的面形状の湾曲の変化の度合いを指し、作製された窒化物半導体の形状反りを測定することにより算出することができる。
　例えば、シード基板群の結晶学的面形状は凸状でオフ角分布が１．０°であって、作製された窒化物半導体結晶の結晶学的面形状は凹状でオフ角分布が０．５°である場合の結晶面湾曲変化量は１．５°である。
　複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲と成長中の半導体結晶膜の結晶面湾曲変化量は０．１°～５．０°であることが好ましく、０．５°～５．０°であることがより好ましい。
　シード基板間のオフ角変化量が小さ過ぎると、複数のシード基板からなるシード基板群の結晶面湾曲より、成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化量の方が大きくなってしまい、作製される窒化物半導体結晶におけるオフ角の変化量を低減させることができない。
　具体的には、例えば、窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、複数のシード基板を含むシード基板の単位長さ当たりのオフ角変化量は、±０．００５°／ｍｍ以上であることが好ましく、±０．００７°／ｍｍ以上であることがより好ましく、±０．０１°／ｍｍ以上であることがさらに好ましい。
　具体的には、例えば、少なくとも２インチ径相当の面積にオフ角の異なるシード基板を並べて作製した、（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板上に窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、２インチ幅でのＣ軸（［０００１］軸）方向のシード基板間のオフ角変化量は、±０．２５°以上であることが好ましく、±０．３５°以上であることがより好ましく、±０．５°以上であることがさらに好ましい。
　逆に、シード基板間のオフ角変化量が大き過ぎると、窒化ガリウム単結晶膜の成長中の窒化ガリウム単結晶膜の結晶面湾曲変化量より、シード基板群の結晶面湾曲の方が大きくなってしまい、オフ角変化量を低減させることができない。
　窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、単位長さ当たりのオフ角変化量は、±０．０４°／ｍｍ以下であることが好ましく、±０．０３°／ｍｍ以下であることがより好ましく、±０．０２°／ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
　具体的には、少なくとも２インチ径相当の面積にオフ角の異なるシード基板を並べて作製した、（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板上に窒化ガリウム単結晶膜を少なくとも０．３ｍｍ以上成長させる場合、Ｃ軸（［０００１］軸）方向のシード基板間のオフ角変化量は、±２°以下であることが好ましく、±１．５°以下であることがより好ましく、±１．０°以下であることがさらに好ましい。
　本発明の製造方法において複数のシード基板を用いる利点は、複数のシード基板を含むシード基板に任意のオフ角分布をつけることができることである。シード基板上に成長させる半導体結晶の面内オフ角変化量が異なる場合、例えば、半導体結晶の内周側での反りは小さいが外周側での反りが大きい場合は、複数のシード基板を含むシード基板を用いることが有効である。
　（製造装置）
　本発明では、シード基板に対して、原料ガスを供給することによって、シード基板の結晶成長面に対して垂直な方向へ板状結晶を成長させる。成長方法としては、例えば、有機金属化学気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ法）、昇華法およびパルスレーザー堆積法（ＰＬＤ法）等が挙げられるが、成長速度の高いＨＶＰＥ法が好ましい。
　図４は、本発明に用いられる窒化物半導体結晶の製造装置の構成例を説明するための図であるが、構成の詳細に特別な制限はない。図４に図示したＨＶＰＥ装置は、リアクター４００内に、シード基板を載置するためのサセプター４０７と、成長させる窒化物半導体の原料を入れるリザーバー４０５とを備えている。
　また、リアクター４００内にガスを導入するための導入管４０１～４０４と、排気するための排気管４０８が設置されている。さらに、リアクター４００を側面から加熱するためのヒーター４０６が設置されている。
　（リアクター材質）
　リアクター４００の材質としては、例えば、石英、焼結体窒化ホウ素およびステンレス等が挙げられる。好ましい材質は石英である。
　（雰囲気ガスのガス種）
　リアクター４００内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガス（キャリアガス）としては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
　（サセプター材質、形状、成長面からサセプターまでの距離）
　サセプター４０７の材質としてはカーボンが好ましく、ＳｉＣで表面をコーティングしているものがより好ましい。
　サセプター４０７の形状は、本発明で用いるシード基板を設置することができる形状であれば特に制限されないが、結晶成長する際に結晶成長面付近に構造物が存在しないものであることが好ましい。結晶成長面付近に成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてＨＣｌガスが発生して結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまうからである。
　シード基板とサセプター４０７の接触面は、シード基板の結晶成長面から１ｍｍ以上離れていることが好ましく、３ｍｍ以上離れていることがより好ましく、５ｍｍ以上離れていることがさらに好ましい。サセプター表面から発生した多結晶が窒化物半導体結晶の成長面に侵食するのを防ぐためである。
　（リザーバー）
　リザーバー４０５には、成長させる窒化物半導体の原料を入れる。例えば、ＩＩＩ－Ｖ族の窒化物半導体を成長させる場合は、ＩＩＩ族源となる原料を入れる。そのようなＩＩＩ族源となる原料として、例えば、Ｇａ、ＡｌおよびＩｎなどを挙げることができる。
　リザーバー４０５にガスを導入するための導入管４０３からは、リザーバー４０５に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバー４０５にＩＩＩ族源となる原料を入れた場合は、導入管４０３からＨＣｌガスを供給することができる。
　このとき、ＨＣｌガスとともに、導入管４０３からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、ＮｅおよびＡｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
　（窒素源（アンモニア）、キャリアガス、ドーパントガス）
　導入管４０４からは、窒素源となる原料ガスを供給する。通常はＮＨ３を供給する。また、導入管４０１からは、キャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、導入管４０４から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。このキャリアガスは原料ガスノズルを分離し、ノズル先端にポリ結晶が付着することを防ぐ効果もある。
　また、導入管４０２からは、ドーパントガスを供給することもできる。例えば、ＳｉＨ４、ＳｉＨ２Ｃｌ２およびＨ２Ｓ等のｎ型のドーパントガスを供給することができる。
　（ガス導入方法）
　導入管４０１～４０４から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクター４００の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。
　（排気管の設置場所）
　ガス排気管４０８は、リアクター内壁の上面、底面および側面に設置することができる。ゴミ落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図４のようにリアクター底面にガス排気管４０８が設置されていることがより好ましい。
　（結晶成長条件）
　本発明における結晶成長は、通常は９５０℃～１１２０℃で行い、９７０℃～１１００℃で行うことが好ましく、９８０℃～１０９０℃で行うことがより好ましく、９９０℃～１０８０℃で行うことがさらに好ましい。この範囲とすることにより、鏡面を有する窒化物半導体結晶が得られやすいからである。
　リアクター内の圧力は１０ｋＰａ～２００ｋＰａであるのが好ましく、３０ｋＰａ～１５０ｋＰａであるのがより好ましく、５０ｋＰａ～１２０ｋＰａであるのがさらに好ましい。この範囲とすることにより、鏡面を有する窒化物半導体結晶が得られやすいからである。
　（結晶の成長速度）
　本発明における結晶成長の成長速度は、成長方法、成長温度、原料ガス供給量および結晶成長面方位等により異なるが、一般的には５μｍ／ｈ～５００μｍ／ｈの範囲であり、１０μｍ／ｈ以上が好ましく、５０μｍ／ｈ以上がより好ましく、７０μｍ以上であることがさらに好ましい。この範囲とすることにより生産性を上げることができるからである。
　成長速度は、上記の他、キャリアガスの種類、流量、供給口－結晶成長端距離等を適宜設定することによって制御することができる。
　（窒化物半導体結晶の面積）
　本発明の製造方法によれば、主面の面積が大きな窒化物半導体結晶を容易に得ることができる。窒化物半導体結晶の主面の面積は、シード基板の結晶成長面のサイズや結晶成長時間により適宜調整することが可能である。
　本発明の製造方法によれば、例えば、窒化物半導体結晶の主面の面積を５００ｍｍ２以上にすることができ、７５０ｍｍ２より大きくすることが可能であり、１５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、２５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、さらには１００００ｍｍ２以上にすることが可能である。
　（窒化物半導体結晶）
　本発明により提供される窒化物半導体結晶の種類は特に制限されない。具体的には、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を挙げることができ、より具体的には、例えば、窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム、並びにこれらの混晶を挙げることができる。
　本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、直径２インチ内で、オフ角分布が１°以下である、（０００１）面以外の主面を有する結晶である。（０００１）面以外の主面としては、例えば、｛１０－１０｝面、｛１１－２０｝面、（１０－１１）面および（２０－２１）面が挙げられる。
　また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、六方晶系結晶の｛１０－１０｝面に対して０°～６５°のオフ角で傾斜する主面を有し、かつ主面の表面を貫通する転位を有する、厚さが１００μｍ～５ｃｍのＩＩＩ族窒化物半導体結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の２インチあたりの［１０－１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内である。
　本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶の主面とは、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で最も広い面のことを指し、六方晶系結晶の｛１０－１０｝面に対して０°～６５°のオフ角で傾斜する面であれば特に限定されない。
　例えば、｛１０－１０｝面に対して２８°のオフ角を有する（１０－１１）面および（１０－１－１）面；｛１０－１０｝面に対して４７°のオフ角を有する（１０－１２）面および（１０－１－２）面；｛１０－１０｝面に対して５８°のオフ角を有する（１０－１３）面および（１０－１－３）面；｛１０－１０｝面に対して６５°のオフ角を有する（１０－１４）面および（１０－１－４）面；｛１０－１０｝面に対して１５°のオフ角を有する（２０－２１）面および（２０－２－１）面などが挙げられる。
　また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、主面方向に成長を行っているため、主面の表面を貫通する転位を有する特徴がある。主面の表面を貫通する転位は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）測定で観察した際に見られる暗点に相当する。よって、結晶の主面をＣＬ観察した際の平均暗転点密度が主面の表面を貫通する転位密度であるといえる。
　主面の表面を貫通する転位の転位密度は特に限定されないが、５×１０４ｃｍ－２以上であることが好ましく、５×１０５ｃｍ－２以上であることがより好ましく、さらに好ましくは７×１０５ｃｍ－２以上であって、好ましくは２×１０８ｃｍ－２以下である。この範囲とすることにより、結晶の残留歪を小さくし、且つ転位による発光効率低下を抑制することができるからである。
　通常、転位は結晶の成長方向に平行に伸びるため、例えば成長方向に平行な方向にスライスして得られた結晶の主面表面には、貫通する転位が存在する割合は極めて低いと考えられる。
　また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、厚さが１００μｍ以上であることが好ましく、１ｍｍ以上であることがより好ましく、５ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、通常５ｃｍ以下であることが好ましい。
　また、結晶の主面の面積は大きいほど良く、例えば、１００ｍｍ２以上にすることができ、５００ｍｍ２以上にすることが好ましく、７５０ｍｍ２より大きくすることがより好ましく、１５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、２５００ｍｍ２以上にすることが可能であり、さらには１００００ｍｍ２以上にすることが可能である。
　また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、２インチあたりの［１０－１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内であり、好ましくは±０．７５°以内、より好ましくは±０．５０°以内、さらに好ましくは±０．３０°以内である。
　つまり、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、単一の結晶中で結晶軸が揃っており、このようなＩＩＩ族窒化物半導体結晶をスライスして得られる、ＩＩＩ族窒化物半導体基板は内部の結晶軸の傾きが揃っているので、例えば発光デバイスを製造すると、先に述べたように発光波長がばらついてしまうなどの問題が解消される。
　また、例えば複数のシード基板上に結晶成長させて得られるような本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶の場合には、特に大面積の結晶を得ることができる点で好ましく、さらにはシード基板の配置方法を上述のようにすることで、大面積で得られる結晶全体の結晶軸を広い範囲にわたって傾きが揃うようにすることができる点で好ましい。
　このような場合の特徴として、例えばシード基板の接合部上方に成長した結晶においては、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が単一のシード基板上に成長した結晶よりも大きくなる傾向がある。
　よって、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶では、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０１５°を超える領域が存在することが好ましく、０．０３°を超える領域が存在することがより好ましく、さらに０．０５６°を超える領域が存在することがさらに好ましい。
また、本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶では、結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０３°を超える領域が複数箇所存在することが好ましい。
　また本発明のＩＩＩ族窒化物半導体結晶は、キャリア濃度が１×１０１８～５×１０１８ｃｍ－３であることが好ましい。
　（窒化物半導体結晶の用途）
　本発明の製造方法により得られた窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に、紫外、青色および緑色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子、並びに電子デバイス等の半導体デバイスの基板として有用である。また、本発明の製造方法により製造した窒化物半導体結晶をシード基板として用いて、さらに大きな窒化物半導体結晶を得ることも可能である。
　以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容および処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
〔実施例１〕
　［１１－２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、
　［０００１］方向に－０．３０°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－０．０１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に＋０．３０°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
　シード基板（１０－１０）面の表裏面の平行度は０．５°以内であった。接合面として、（０００１）面と（０００－１）面を選択した。
　図５（ａ）に示すように、３枚のシード基板を［０００１］方向に３列、（０００１）面の断面と（０００－１）面の断面が対向するように、また断面同士が０．５°以内の平行度になるようにサセプター上に並べた。中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－０．３０°、－０．０１°、＋０．３０°とした。
　サセプターをリアクター４００内に配置して、反応室の温度を１０２０℃まで上げ、窒化ガリウム単結晶膜を４０時間成長させた。この単結晶成長工程においては成長圧力を１．０１×１０５Ｐａとし、ＧａＣｌガスＧ３の分圧を１．８５×１０２Ｐａとし、ＮＨ３ガスＧ４の分圧を７．０５×１０３Ｐａとした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｍ軸（［１０－１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－０．２２°、Ｂで－０．１０°、Ｃで＋０．１６°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．３７°であった。ここで、チルト角分布とはオフ角のばらつきのことである。また、２インチは５０ｍｍとして換算を行った。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．９３°であった。シード基板とシード基板間の境界領域の上方の領域でのオフ角変化量を測定したところ、＋Ｃ側の境界領域で０．１３°／ｍｍ、－Ｃ側の境界領域で０．０７°／ｍｍであった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．５ｍであった。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で５６秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は４．８×１０６ｃｍ－２、シードとシードの間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、２．６×１０７ｃｍ－２であった。
　図５（ｂ）は上記実施例１により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図５（ｂ）中で、５０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、５０２はシード基板５０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、５０３は窒化ガリウム単結晶５０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔実施例２〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［０００１］方向に－５．２８°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．０３°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－４．７１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
　中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、図７（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－５．２８°、－５．０３°、－４．７１°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｍ軸（［１０－１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－４．９８°、Ｂで－４．８２°、Ｃで－４．６２°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．３６°であった。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．９０°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．５ｍであった。この結果から、実施例１と表面のオフ角のばらつきが同程度の自立基板が得られたことが分かった。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４７秒であった。
　得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．５×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、７．５×１０６ｃｍ－２であった。
　図７（ｂ）は上記実施例２による窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図７（ｂ）中で、７０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、７０２はシード基板７０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、７０３は窒化ガリウム単結晶７０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔実施例３〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［０００１］方向に－５．５１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．０１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－４．５０°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
　中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が、シード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。具体的には、図８（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－５．５１°、－５．０１°、－４．５０°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｍ軸（［１０－１０］軸）のＣ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－４．９５°、Ｂで－５．００°、Ｃで－５．０４°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．０９°であった。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±０．２３°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は６．０ｍであった。この結果から、実施例１より表面のオフ角のばらつきがさらに小さい自立基板が得られたことが分かった。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４４秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．８×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、７．６×１０６ｃｍ－２であった。
　図８（ｂ）は上記実施例３による窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すものである。図８（ｂ）中で、８０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、８０２はシード基板８０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、８０３は窒化ガリウム単結晶８０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔実施例４〕
　［１１－２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、
　［０００１］方向に－５．６°～－４．４°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板を２０枚用意した。
　シード基板（１０－１０）面の表裏面の平行度は０．５°以内であった。
　接合面として、（０００１）面と（０００－１）面を選択した。
　図９（ａ）に示すように、２０枚のシード基板を［０００１］方向１０列、［１１－２０］方向２列並べ、（０００１）面の断面と（０００－１）面の断面が対向、または（１１－２０）面と（－１－１２０）面が対向するように、さらに断面同士が０．５°以内の平行度になるようにサセプター上に並べた。
　中央側のシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側のシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が、常にシード基板に対し裏面側から表面側に向かうに従って外側へ向くようにシード基板を並べた。つまり、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］から［０００－１］にいくにつれ、オフ角の値が大きくなるように（オフ角の絶対値は小さくなるように）、並べた。
　窒化ガリウム単結晶膜の成長は実施例１と同じ条件で実施した。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。直径２インチ、厚さ４４０ｕｍの（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。当該主面の面積は、１９６３ｍｍ２であった。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布をＸ線回折法により測定したところ、０．９４１°であり、２インチで±０．４７°であった。Ｃ軸方向の結晶軸の曲率半径は３．０ｍであった。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．７×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．１×１０６ｃｍ－２であった。
　図９（ｂ）は上記実施例４により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、９０１はオフ角が異なる３枚のシード基板で構成したシード基板、９０２はシード基板９０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、９０３は窒化ガリウム単結晶９０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔比較例１〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［０００１］方向に＋０．０１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－０．０２°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に＋０．０２°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　計３枚のシード基板を用意した。
　図１０（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、＋０．０１°、－０．０２°、＋０．０２°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－０．３６°、Ｂで－０．０３°、Ｃで＋０．３０°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．６６°であった。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．６５°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．８ｍであった。この結果から、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られたことが分かった。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で５７秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は４．６×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、２．３×１０７ｃｍ－２であった。
　図１０（ｂ）は上記比較例１により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１００１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１００２はシード基板１００１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１００３は窒化ガリウム単結晶１００２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔比較例２〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［０００１］方向に－４．９９°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．０１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．００°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　計３枚のシード基板を用意した。
　図１１（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－４．９９°、－５．０１°、－５．００°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シード基板の外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－５．３１°、Ｂで－４．９９°、Ｃで－４．６８°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．６３°であった。
　得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．５８°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．９ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は３．０×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、９．０×１０７ｃｍ－２であった。
　図１１（ｂ）は上記比較例２により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１１０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１１０２はシード基板１１０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１１０３は窒化ガリウム単結晶１１０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔比較例３〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［０００１］方向に－５．０１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．００°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－４．９８°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　計３枚のシード基板を用意した。
　中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が外側を向くようにシード基板を並べた。具体的には、図１２（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－５．０１°、－５．００°、－４．９８°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－５．２５°、Ｂで－５．００°、Ｃで－４．７７°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸方向のチルト角分布は０．４８°であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±１．２０°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は１．１ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４６秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．８×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．１×１０７ｃｍ－２であった。
　図１２（ｂ）は上記比較例３により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１２０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１２０２はシード基板１２０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１２０３は窒化ガリウム単結晶１２０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
〔比較例４〕
　以下の通り、実施例１とはオフ角の異なるシード基板を用いて順次シード基板を配置した以外は、実施例１と同様に実施した。
示す。
　［０００１］方向に－４．７１°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．０３°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚と、
　［０００１］方向に－５．２８°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚の、
　オフ角の異なる計３枚のシード基板を用意した。
　中央に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）に対し、外側に配置したシード基板のＭ軸（［１０－１０］軸）が内側を向くようにシード基板を並べた。具体的には、図１３（ａ）に示すように、シード基板の［０００１］方向のオフ角は、［０００１］側から、－４．７１°、－５．０３°、－５．２８°とした。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板とシード基板の間の境界領域上方の領域が結合し、さらに配置シードの外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００１］方向に２ｍｍ拡大した。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に１９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、５５１ｍｍ２であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、図６におけるＡで－５．６１°、Ｂで－５．００°、Ｃで－４．４２°であった。また、得られた自立基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は１．１９°であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布を２インチ換算になおすと、±２．９８°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向の結晶軸の曲率半径は０．５ｍであった。以上、実施例１より表面のオフ角のばらつきが大きい自立基板が得られた。
　得られた自立基板のＸ線ロッキングカーブ半値幅は、［０００１］方向に垂直にＸ線ビームを入射した場合の（１０－１０）面対称反射で４５秒であった。得られた自立基板について、シード基板上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は２．６×１０６ｃｍ－２、シード基板とシード基板の間の境界領域の上方の領域のＣＬ測定での平均暗点密度は、８．５×１０７ｃｍ－２であった。
　図１３（ｂ）は上記比較例４により窒化ガリウム基板の製造工程を模式的に示すもので、図中で、１３０１はオフ角がほとんど変わらない３枚のシード基板で構成したシード基板、１３０２はシード基板１３０１上に成長させることで製造した窒化ガリウム単結晶、１３０３は窒化ガリウム単結晶１３０２を破線の箇所でスライスして製造した３枚の（１０－１０）面自立基板を示す。
　実施例１～４、比較例１～４のシード基板条件及び成長させた窒化ガリウム単結晶の評価の結果を表１に示す。実施例１～４のシード基板条件を用いることにより、表面のオフ角のばらつきが小さい窒化物半導体結晶を得ることができた。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
〔参考例〕
　以下の通り、実施例１とは異なり複数のシード基板を並べずに、１枚のシード上に成長した以外は、実施例１と同様に実施した。
　［１１－２０］方向に２５ｍｍ、［０００１］方向に５ｍｍの長さを有し、厚さ３３０ｕｍの直方体で、［０００１］方向に－０．２４０°のオフ角を有している（１０－１０）面窒化ガリウムシード基板１枚を用意した。
　単結晶成長工程が終了後、室温まで降温し、成長した結晶を取り出したところ、シード基板の外周部が［１１－２０］方向、［－１－１２０］方向にはそれぞれ２ｍｍずつ、［０００１］方向に２ｍｍ、［０００－１］方向に２ｍｍ拡大していた。［１０－１０］方向には３．５ｍｍ成長した。［１１－２０］方向に２９ｍｍ、［０００１］方向に９ｍｍ、厚さ３３０ｕｍの長方形の（１０－１０）面を主面とする自立基板を一般的なスライスと研磨により３枚作製した。主面の面積は、２６１ｍｍ２であった。
　Ｃ軸（［０００１］軸）方向のオフ角をＸ線回折法により測定したところ、基板面内におけるＣ軸（［０００１］軸）方向のチルト角分布は０．２２°であった。Ｃ軸（［０００１］軸）方向のチルト分布を２インチ換算になおすと、±０．６１°であった。また、オフ角変化量は０．０１２°／ｍｍであった。
　本出願は、２００９年６月１日出願の日本特許出願（特願２００９－１３２２６４）、２００９年８月１９日出願の日本特許出願（特願２００９－１９００７０）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
　本願は、主に半導体素子の量産に用いられる面積の広い半導体基板の製造およびその半導体基板によって量産された半導体素子の品質のばらつきの削減に有効である。
１０１　オフ角が揃っているシード基板
１０２　１０１上に成長させた窒化物半導体結晶
１０３　１０２の破線でスライスして製造した基板
２０１　オフ角の異なる複数のシード基板
２０２　２０１上に成長させた窒化物半導体結晶
２０３　２０２の破線でスライスして製造した基板
４００　リアクター
４０１　キャリアガス用配管
４０２　ドーパントガス用配管
４０３　ＩＩＩ族原料用配管
４０４　Ｖ族原料用配管
４０５　ＨＣｌガス用配管
４０５　ＩＩＩ族原料用リザーバー
４０６　ヒーター
４０７　サセプター
４０８　排気管
５０１　実施例１におけるシード基板、およびその配置
５０２　５０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
５０３　５０２の破線でスライスして製造した基板
７０１　実施例２におけるシード基板、およびその配置
７０２　７０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
７０３　７０２の破線でスライスして製造した基板
８０１　実施例３におけるシード基板、およびその配置
８０２　８０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
８０３　８０２の破線でスライスして製造した基板
９０１　実施例４におけるシード基板、およびその配置
９０２　９０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
９０３　９０２の破線でスライスして製造した基板
１００１　比較例１におけるシード基板、およびその配置
１００２　１００１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１００３　１００２の破線でスライスして製造した基板
１１０１　比較例２におけるシード基板、およびその配置
１１０２　１１０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１１０３　１１０２の破線でスライスして製造した基板
１２０１　比較例３におけるシード基板、およびその配置
１２０２　１２０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１２０３　１２０２の破線でスライスして製造した基板
１３０１　比較例４におけるシード基板、およびその配置
１３０２　１３０１上で成長させた窒化ガリウム単結晶
１３０３　１３０２の破線でスライスして製造した基板
Ｇ１　キャリアガス
Ｇ２　ドーパントガス
Ｇ３　ＩＩＩ族原料ガス
Ｇ４　Ｖ族原料ガス

Claims (26)

  1. 　シード基板上に半導体層を成長させて窒化物半導体結晶を得る窒化物半導体結晶製造方法において、前記シード基板は同一材料の複数のシード基板を含み、前記複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なり、前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、前記単一の半導体層のオフ角分布が前記複数のシード基板のオフ角分布よりも少なくなるように、前記複数のシード基板を配置して、前記単一の半導体層を成長させることを特徴とする窒化物半導体結晶製造方法。
  2. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０－１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１１－２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  3. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１－２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［０００１］軸方向および［１０－１０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  4. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００－１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向および［１１－２０］軸方向のいずれかのオフ角のみが異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  5. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略（０００１）面または略（０００－１）面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向と［１１－２０］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  6. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１０－１０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１１－２０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  7. 　前記複数のシード基板は六方晶系半導体からなり、成長面は略｛１１－２０｝面であり、複数のシード基板のうちの少なくとも１つのシード基板は前記他のシード基板に対し、［１０－１０］軸方向と［０００１］軸方向の両方のオフ角が異なっていることを特徴とする請求項１に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  8. 　前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させたときに、該単一の半導体層のオフ角のばらつきが少なくなるように、徐々にオフ角を変化させて、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  9. 　前記複数のシード基板の中央付近から周辺部に向かうに従って徐々にオフ角が変化するように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  10. 　連続している複数のシード基板の結晶学的面形状が凸状となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  11. 　前記複数のシード基板からなるシードの両端のオフ角よりも、該シードの中間部のオフ角の方が小さくなるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  12. 　前記複数のシード基板のうち少なくとも一部の隣接するシード基板のオフ角の方向がほぼ同一となるように、前記複数のシード基板を配置することを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  13. 　前記複数のシード基板は、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯおよびＩＩＩ族窒化物半導体から選ばれる少なくとも１を含むことを特徴とする請求項１から１２のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  14. 　前記単一の半導体層は窒化ガリウム、窒化アルミニウムおよび窒化インジウム並びにこれらの混晶から選ばれる少なくとも１であることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  15. 　ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法およびＰＬＤ法の少なくともいずれか１により前記複数のシード基板上に単一の半導体層を成長させることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  16. 　前記複数のシード基板は、同一材料の複数のインゴットを用意して、前記各インゴットにおいて最もオフ角の少ない部分を各インゴットから切り出すことで製造されたシード基板であることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  17. 　前記複数のシード基板は、結晶軸の傾きの角度が中心付近から周辺部に向かうに従って変化して行くインゴットから切り出すことで製造された、複数のシード基板のうち少なくとも１つは他のシード基板とオフ角が異なる複数のシード基板であることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  18. 　前記インゴットを、シ－ド上に半導体層を成長させる半導体結晶製造方法によって作ることを特徴とする請求項１６または１７に記載の窒化物半導体結晶製造方法。
  19. 　請求項１～１８のいずれか１項に記載の製造方法で製造されたＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  20. 　直径２インチ内で、オフ角分布が１°以下であることを特徴とする（０００１）面以外の主面を有するＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  21. 　六方晶系結晶の｛１０－１０｝面に対して０°～６５°のオフ角で傾斜する主面を有し、かつ主面の表面を貫通する転位を有する、厚さが１００μｍ～５ｃｍのＩＩＩ族窒化物半導体結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の２インチあたりの［１０－１０］軸の［０００１］軸方向へのオフ角分布が±０．９３°以内であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  22. 　結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０１５°を超える領域が存在することを特徴とする請求項２０または２１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  23. 　結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０５６°を超える領域が存在することを特徴とする請求項２０から２２のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  24. 　結晶１ｍｍあたりのオフ角変化量が０．０３°を超える領域が複数箇所存在することを特徴とする請求項２０から２３のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  25. 　前記主面の面積が７５０ｍｍ２より大きいことを特徴とする請求項２０から２４のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
  26. 　主面の表面を貫通する転位の転位密度が５×１０５～２×１０８ｃｍ－２であることを特徴とする請求項２０から２５のいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物半導体結晶。
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