WO2020085111A1 - 窒化物半導体基板の製造方法、窒化物半導体基板および積層構造体 - Google Patents

窒化物半導体基板の製造方法、窒化物半導体基板および積層構造体 Download PDF

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丈洋 吉田
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株式会社サイオクス
住友化学株式会社
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    • H01L29/20—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by the materials of which they are formed including, apart from doping materials or other impurities, only AIIIBV compounds
    • H01L29/2003—Nitride compounds

Definitions

  • the present invention relates to a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate, a nitride semiconductor substrate, and a laminated structure.
  • a substrate made of a single crystal of a group III nitride semiconductor is used as a base substrate (seed substrate), and the group III nitride semiconductor is formed on the main surface whose closest low index crystal plane is the (0001) plane.
  • a method of further growing a crystal layer composed of the single crystal of According to this method, at least one nitride semiconductor substrate can be obtained by slicing a crystal layer grown to a predetermined thickness (for example, Patent Document 1).
  • the purpose of the present invention is to improve the crystal quality of the nitride semiconductor substrate.
  • Preparing a base substrate made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, having a mirror-finished main surface, and a crystal face of a low index closest to the main surface is a (0001) plane;
  • a single crystal of a group III nitride semiconductor having a top face with an exposed (0001) plane using the vapor phase growth apparatus while the underlying substrate on which the growth inhibition layer is formed is placed in the vapor phase growth apparatus.
  • a first step of growing the layer A second step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor single crystal on the first layer, eliminating the graded interface, and growing a second layer having a mirrored surface; A method of manufacturing a nitride semiconductor substrate having:
  • a Ge (220) -plane two-crystal monochromator and a slit When the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm, the full width at half maximum FWHMb of the (0002) plane diffraction is 38.5 arcsec or less, A difference FWHMa-FWHMb obtained by subtracting FWHMb from the full width at half maximum FWHMa of (0002) plane diffraction when the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm is 30% or less of FWHMa.
  • a base substrate made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, having a mirror-finished main surface, and a crystal face with a low index closest to the main surface is a (0001) plane;
  • the upper surface of the first low oxygen concentration region has a plurality of valleys and
  • the crystal quality of the nitride semiconductor substrate can be improved.
  • FIG. 3 is a flowchart showing a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • A)-(g) is a schematic sectional drawing which shows a part of manufacturing method of the nitride semiconductor substrate concerning 1st Embodiment of this invention.
  • A)-(d) is a schematic sectional drawing which shows a part of manufacturing method of the nitride semiconductor substrate concerning 1st Embodiment of this invention.
  • FIG. 3 is a schematic perspective view showing a part of the method for manufacturing the nitride semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic sectional drawing which shows a part of manufacturing method of the nitride semiconductor substrate concerning 1st Embodiment of this invention.
  • (A)-(b) is a schematic sectional drawing which shows a part of manufacturing method of the nitride semiconductor substrate concerning 1st Embodiment of this invention.
  • (A) is a schematic cross-sectional view showing a growth process under a standard growth condition in which the inclined interface and the c-plane are neither expanded nor contracted
  • (b) is a diagram in which the inclined interface is expanded and the c-plane is contracted. It is a schematic sectional drawing which shows the growth process on 1 growth conditions.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view showing a growth process under a second growth condition in which an inclined interface shrinks and a c-plane expands.
  • A is a schematic top view showing the nitride semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention, and (b) is along the m-axis of the nitride semiconductor substrate according to the first embodiment of the present invention. It is a schematic sectional drawing, (c) is a schematic sectional drawing along the a axis of the nitride semiconductor substrate concerning 1st Embodiment of this invention.
  • (A) is a schematic sectional view showing the diffraction of X-rays on a curved c-plane
  • (b) and (c) are diagrams showing the fluctuation of the diffraction angle of the (0002) plane with respect to the radius of curvature of the c-plane.
  • Is. (A) is a figure which shows the observation image which observed the cross section of the laminated structure of sample 1 with the fluorescence microscope
  • (b) shows the observation image which observed the cross section of the laminated structure of sample 2 with the fluorescence microscope. It is a figure. It is the figure which observed the principal surface of the nitride semiconductor substrate of sample 1 using a multiphoton excitation microscope.
  • the productivity for obtaining a nitride semiconductor substrate having a desired dislocation density on the main surface is lowered.
  • the (0001) plane may be curved into a concave spherical surface with respect to the main surface.
  • the off angle which is the angle formed by the ⁇ 0001> axis with respect to the normal to the principal surface, varies within the principal surface.
  • the off-angle of the nitride semiconductor substrate affects, for example, the surface morphology of the semiconductor functional layer grown on the substrate.
  • the surface morphology of the semiconductor functional layer may be deteriorated due to the off-angle in a part of the substrate. Therefore, when a semiconductor device as a Schottky barrier diode (SBD) is manufactured using the substrate, the breakdown voltage and the reliability of the semiconductor device cut out from the portion where the surface morphology of the semiconductor functional layer is deteriorated are reduced. There is a possibility that it will end up.
  • SBD Schottky barrier diode
  • the off-angle of the nitride semiconductor substrate affects the In content in the light emitting layer, for example, when indium (In) is doped on the substrate to form the light emitting layer.
  • the In content in the light emitting layer varies depending on the variation of the off-angle of the substrate. Therefore, in a light emitting element having the light emitting layer, variations in emission wavelength and uneven emission may occur.
  • the present invention is based on the findings (i) and (ii) found by the inventors.
  • FIG. 1 is a flowchart showing a method for manufacturing a nitride semiconductor substrate according to this embodiment.
  • 2A to 2G, 3A to 3D, and 5A to 6B show a part of the method for manufacturing the nitride semiconductor substrate according to the present embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic perspective view showing a part of the method for manufacturing the nitride semiconductor substrate according to the present embodiment. Note that FIG. 4 corresponds to a perspective view at the time of FIG. 3C and shows a part of the first layer 30 grown on the base substrate 10.
  • a thin solid line indicates a crystal plane in the middle of growth
  • FIGS. 3D and 5A to 6B a dotted line indicates a dislocation.
  • the method for manufacturing a nitride semiconductor substrate includes, for example, a base substrate preparing step S100, a growth inhibition layer forming step S190, a first step S200, and a second step S300. It has a slicing step S400 and a polishing step S500.
  • base substrate preparing step S100 base substrate 10 made of a single crystal of a group III nitride semiconductor is prepared.
  • a gallium nitride (GaN) free-standing substrate is prepared as the base substrate 10.
  • the ⁇ 0001> axis (for example, the [0001] axis) is referred to as the “c axis”, and the (0001) plane is referred to as the “c plane”.
  • the (0001) plane is sometimes referred to as "+ c plane (group III element polar plane)", and the (000-1) plane is sometimes referred to as "-c plane (nitrogen (N) polar plane)”.
  • the ⁇ 1-100> axis (for example, [1-100] axis) is referred to as “m-axis”, and the ⁇ 1-100 ⁇ plane is referred to as “m-plane”.
  • the m-axis may be described as a ⁇ 10-10> axis.
  • the ⁇ 11-20> axis (for example, the [11-20] axis) is called the “a axis”, and the ⁇ 11-20 ⁇ plane is called the “a plane”.
  • the base substrate 10 is manufactured by, for example, a VAS (Void-Assisted Separation) method.
  • VAS Vaid-Assisted Separation
  • the base substrate preparing step S100 includes, for example, a crystal growth substrate preparing step S110, a first crystal layer forming step S120, a metal layer forming step S130, a void forming step S140, and a second crystal layer forming step. It has a step S150, a peeling step S160, a slicing step S170, and a polishing step S180.
  • a crystal growth substrate 1 (hereinafter sometimes abbreviated as “substrate 1”) is prepared.
  • the substrate 1 is, for example, a sapphire substrate.
  • the substrate 1 may be, for example, a Si substrate or a gallium arsenide (GaAs) substrate.
  • the substrate 1 has, for example, a main surface 1s serving as a growth surface.
  • the closest low-index crystal plane to the main surface 1s is, for example, the c-plane 1c.
  • the c-plane 1c of the substrate 1 is inclined with respect to the main surface 1s.
  • the c-axis 1ca of the substrate 1 is inclined at a predetermined off angle ⁇ 0 with respect to the normal line of the main surface 1s.
  • the off angle ⁇ 0 within the main surface 1s of the substrate 1 is uniform over the entire main surface 1s.
  • the off-angle ⁇ 0 in the main surface 1s of the substrate 1 affects the off-angle ⁇ 3 at the center of the main surface 10s of the base substrate 10 described later.
  • TMG trimethylgallium
  • MOVPE metal organic chemical vapor deposition
  • the metal layer 3 is deposited on the first crystal layer 2.
  • the metal layer 3 is, for example, a titanium (Ti) layer. Further, the thickness of the metal layer 3 is set to, for example, 20 nm.
  • the substrate 1 described above is put into an electric furnace, and the substrate 1 is placed on a susceptor having a predetermined heater. After mounting the substrate 1 on the susceptor, the substrate 1 is heated by a heater and heat treatment is performed in an atmosphere containing hydrogen gas or hydride gas. Specifically, for example, the heat treatment is performed for 20 minutes at a predetermined temperature in a hydrogen (H 2 ) gas flow containing 20% NH 3 gas.
  • the heat treatment temperature is, for example, 850 ° C. or higher and 1100 ° C. or lower.
  • the metal layer 3 is nitrided to form the metal nitride layer 5 having high-density fine holes on the surface. Further, by performing the above-mentioned heat treatment, a part of the first crystal layer 2 is etched through the holes of the metal nitride layer 5 to form high density voids in the first crystal layer 2.
  • the void-containing first crystal layer 4 is formed.
  • a Ge-doped GaN layer may be epitaxially grown as the second crystal layer 6 by supplying tetrachlorogermane (GeCl 4 ) gas or the like instead of SiH 2 Cl 2 gas as the n-type dopant gas.
  • tetrachlorogermane (GeCl 4 ) gas or the like instead of SiH 2 Cl 2 gas as the n-type dopant gas.
  • the second crystal layer 6 grows on the void-containing first crystal layer 4 and the metal nitride layer 5 from the void-containing first crystal layer 4 through the hole of the metal nitride layer 5.
  • Some of the voids in the void-containing first crystal layer 4 are filled with the second crystal layer 6, but the other parts of the voids in the void-containing first crystal layer 4 remain.
  • a flat void is formed between the second crystal layer 6 and the metal nitride layer 5 due to the void remaining in the void-containing first crystal layer 4. This void causes peeling of the second crystal layer 6 in the peeling step S160 described later.
  • the second crystal layer 6 is grown while the orientation of the substrate 1 is inherited. That is, the off-angle ⁇ 1 in the main surface of the second crystal layer 6 is uniform over the entire main surface similarly to the off-angle ⁇ 0 in the main surface 1s of the substrate 1.
  • the thickness of the second crystal layer 6 is, for example, 600 ⁇ m or more, preferably 1 mm or more.
  • the upper limit of the thickness of the second crystal layer is not particularly limited, but the thickness of the second crystal layer 6 is preferably 50 mm or less from the viewpoint of improving productivity.
  • the second crystal layer 6 warps so that its surface side becomes concave. Therefore, the c-plane 6c of the second crystal layer 6 is curved into a concave spherical surface with respect to the plane perpendicular to the normal direction of the center of the main surface 6s of the second crystal layer 6.
  • the off angle ⁇ 2 formed by the c-axis 6ca with respect to the normal line of the center of the main surface 6s of the second crystal layer 6 has a predetermined distribution.
  • the base substrate 10 as an as-slice substrate is formed.
  • the thickness of the base substrate 10 is, eg, 450 ⁇ m.
  • the off angle ⁇ 3 of the base substrate 10 may change from the off angle ⁇ 2 of the second crystal layer 6 due to the slice direction dependency.
  • the base substrate 10 made of a GaN single crystal is obtained.
  • the diameter of the base substrate 10 is, for example, 2 inches or more.
  • the thickness of the base substrate 10 is, for example, 300 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • the main surface 10s of the base substrate 10 has, for example, a main surface (base surface) 10s that is an epitaxial growth surface.
  • the closest low-index crystal plane to the main surface 10s is, for example, the c-plane (+ c-plane) 10c.
  • the c-plane 10c of the base substrate 10 is curved in a concave spherical shape with respect to the main surface 10s.
  • the "spherical shape” here means a curved surface shape that is approximated to a spherical surface.
  • the “spherical surface approximation” here means that the spherical surface is approximated within a predetermined error range with respect to a perfect spherical surface or an elliptic spherical surface.
  • the c-plane 10f of the base substrate 10 has, for example, a curved surface that is spherically approximated in each of the cross section along the m axis and the cross section along the a axis.
  • the curvature radius of the c-plane 10c of the base substrate 10 is, for example, 1 m or more and less than 10 m.
  • the off-angle ⁇ 3 formed by the c-axis 10ca with respect to the normal line of the center of the main surface 10s of the base substrate 10 has a predetermined distribution.
  • the magnitude of the off angle ⁇ 3 at the center of the main surface 10s of the base substrate 10 is set to, for example, more than 0 ° and 1 ° or less.
  • the magnitude and direction of the off angle ⁇ 3 at the center of the main surface 10s of the base substrate 10 are, for example, the magnitude and direction of the off angle ⁇ 0 of the crystal growth substrate 1 used in the above VAS method, and the slicing step. It is possible to adjust by the slice angle and the slice direction in S170.
  • the root mean square roughness RMS of the main surface 10s of the base substrate 10 is set to, for example, less than 1 nm.
  • the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10 is low.
  • the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10 is, for example, 3 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 or more and less than 1 ⁇ 10 7 cm ⁇ 2 .
  • the base substrate 10 is carried into a predetermined vapor phase growth apparatus (for example, HVPE apparatus) for growing a first layer 30 and a second layer 40 described later.
  • a predetermined vapor phase growth apparatus for example, HVPE apparatus
  • the growth inhibition portion 20a and the opening portion 20b are formed on the main surface 10s of the base substrate 10 to prevent growth.
  • Layer 20 is formed in situ within the vapor deposition apparatus. In the growth inhibition layer 20, the growth inhibition portions 20a are randomly scattered over the entire main surface 10s of the underlying substrate 10.
  • the opening 20b is formed between the growth inhibiting portions 20a, and the main surface 10s of the base substrate 10 is exposed in the opening 20b.
  • the growth inhibition layer 20 is used as a cause (triggered by the growth inhibition layer 20) to promote three-dimensional growth of the first layer 30, and the inclined interface 30i other than the c-plane is formed.
  • a plurality of recesses 30p can be formed on the top surface 30u of the first layer 30.
  • the “growth inhibition layer 20” here is a layer that inhibits (suppresses) the crystal growth of the group III nitride semiconductor, and is stable under the condition that the group III nitride semiconductor crystal grows. It means a possible (remaining) layer.
  • the “conditions for crystal growth of the group III nitride semiconductor” means, for example, at a growth temperature of 1000 ° C. or higher in an atmosphere containing H 2 gas, hydrogen chloride (HCl) gas and NH 3 gas. . Further, the “growth inhibition layer 20” can be restated as an “antisurfactant layer” or a “mask layer”.
  • randomly intersperse the growth inhibiting portions 20 a here means that the growth inhibiting portions 20 a are randomly or irregularly formed so that the openings 20 b exposing the main surface 10 s of the base substrate 10 are formed. It means to form disorderly, discontinuously or discretely dispersed. Specifically, it means that the growth inhibition portion 20a is formed in, for example, a spot shape, an island shape, or a mesh shape.
  • a metal nitride layer is formed.
  • a silicon nitride (SiN) layer is formed.
  • the SiN layer can stably function as the growth inhibition layer 20 even under the crystal growth condition of the group III nitride semiconductor.
  • the base substrate 10 is heated to the growth temperature in the later-described first step S200, and SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 are applied to the heated base substrate 10.
  • SiH 2 Cl 2 gas and NH 3 are applied to the heated base substrate 10.
  • a SiN layer is formed as the growth inhibition layer 20. Note that no Ga raw material is supplied in this step.
  • the growth inhibition layer 20 is formed so that the first layer 30 is three-dimensionally grown in the later-described first step S200 and the c-plane 30c disappears from the top surface 30u of the first layer 30. To do.
  • the growth inhibition layer 20 is formed such that the average distance L between the closest peaks of the first layers 30 is more than 50 ⁇ m in the first step S200 described later.
  • the supply amount of the SiH 2 Cl 2 gas is, for example, 4.4 ⁇ 10 ⁇ 10 mol / min or more and 1.4 ⁇ 10 ⁇ 8 mol / min or less.
  • a method of supplying such an extremely small amount of SiH 2 Cl 2 gas for example, about 10 sccm is supplied from a cylinder diluted with H 2 gas so that the SiH 2 Cl 2 gas becomes 1 ppm or more and 30 ppm or less. Thereby, the supply amount of SiH 2 Cl 2 gas can be set within the above range.
  • the supply amount of SiH 2 Cl 2 gas is less than 4.4 ⁇ 10 ⁇ 10 mol / min, the coverage of the growth inhibition portion 20a on the main surface 10s of the underlying substrate 10 may be excessively low. . Therefore, it may not be possible to sufficiently promote the three-dimensional growth of the first layer 30.
  • the present embodiment by setting the supply amount of SiH 2 Cl 2 gas to 4.4 ⁇ 10 ⁇ 10 mol / min or more, the coverage of the growth inhibition portion 20a with respect to the main surface 10s of the base substrate 10 is increased. It can be ensured to be a predetermined value or more. Thereby, the three-dimensional growth of the first layer 30 can be promoted due to the growth inhibition layer 20.
  • the supply amount of SiH 2 Cl 2 gas is more than 1.4 ⁇ 10 ⁇ 8 mol / min, the coverage of the growth inhibition portion 20 a on the main surface 10 s of the base substrate 10 may be excessively high. is there. Therefore, in a first step S200 described below, the growth of the first layer 30 may be inhibited over the entire main surface 10s of the underlying substrate 10.
  • the supply amount of SiH 2 Cl 2 gas is set to be 1.4 ⁇ 10 ⁇ 8 mol / min or less, the growth inhibition portion 20 a is formed over the entire main surface 10 s of the base substrate 10.
  • the first layer 30 can be three-dimensionally grown on the main surface 10s of the underlying substrate 10 via the opening 20b of the growth inhibition layer 20.
  • the time for supplying the SiH 2 Cl 2 gas and the NH 3 gas is set to, for example, 30 seconds or more and 60 seconds or less. If the supply time is less than 30 sec, the coverage of the growth inhibiting portion 20a on the main surface 10s of the underlying substrate 10 may be excessively low. On the other hand, in the present embodiment, by setting the supply time to 30 sec or more, the coverage of the growth inhibiting portion 20a on the main surface 10s of the base substrate 10 can be ensured to be a predetermined value or more. On the other hand, if the supply time exceeds 60 sec, the coverage of the growth inhibiting portion 20a on the main surface 10s of the underlying substrate 10 may be excessively high.
  • the growth inhibition layer 20 can be scattered over the entire main surface 10s of the base substrate 10, and the main surface 10s of the base substrate 10 can be scattered. It is possible to suppress an excessive increase in the coverage of the growth inhibiting portion 20a with respect to.
  • the vapor deposition apparatus is used to dispose the group III substrate on the main surface 10s of the underlying substrate 10 while the underlying substrate 10 on which the growth inhibition layer 20 is formed is placed in the vapor deposition apparatus.
  • a single crystal of a nitride semiconductor is epitaxially grown.
  • the group III nitride semiconductor single crystal having the top surface 30u with the exposed c-plane 30c is formed on the main surface of the underlying substrate 10.
  • Epitaxial growth is performed on 10s through the opening 20b of the growth inhibition layer 20.
  • the first layer (three-dimensional growth layer) 30 is grown.
  • a plurality of recesses 30p surrounded by the inclined interfaces 30i other than the c-plane are formed on the top surface 30u of the single crystal, and the main surface 10s of the base substrate 10 is covered.
  • the inclined interface 30i is gradually enlarged and the c-plane 30c is gradually reduced.
  • the c-plane 30c disappears from the top surface 30u.
  • the first layer 30 whose surface is composed only of the inclined interface 30i is grown.
  • the first layer 30 is three-dimensionally grown so as to intentionally roughen the main surface 10s of the base substrate 10.
  • the first layer 30 is grown as a single crystal as described above even if such a growth form is formed.
  • the first layer 30 is different from a so-called low temperature growth buffer layer which is formed as an amorphous or polycrystal on a heterogeneous substrate such as sapphire before epitaxially growing the group III nitride semiconductor on the heterogeneous substrate. is there.
  • the first layer 30 for example, a layer made of the same group III nitride semiconductor as the group III nitride semiconductor forming the underlying substrate 10 is epitaxially grown. Specifically, for example, by heating the base substrate 10 by the HVPE method using the vapor phase growth apparatus described above and supplying GaCl gas and NH 3 gas to the heated base substrate 10, A GaN layer is epitaxially grown as the first layer 30.
  • the growth inhibition layer 20 causes One growth condition is set so as to satisfy the expression (1) described later.
  • FIG. 7A is a schematic cross-sectional view showing the growth process under the reference growth condition in which the inclined interface and the c-plane are neither expanded nor contracted.
  • a thick solid line indicates the surface of the first layer 30 for each unit time.
  • the inclined interface 30i shown in FIG. 7A is the inclined interface most inclined with respect to the c-plane 30c.
  • the growth rate of the c-plane 30c of the first layer 30 is G c0
  • the growth rate of the inclined interface 30i of the first layer 30 is G i .
  • the angle between the c-plane 30c and the inclined interface 30i is ⁇ .
  • the off-angle of the c-plane 30c of the first layer 30 is negligible compared to the angle ⁇ formed by the c-plane 30c and the inclined interface 30i.
  • FIG. 7B is a schematic cross-sectional view showing the growth process under the first growth condition in which the inclined interface expands and the c-plane shrinks.
  • a thick solid line indicates the surface of the first layer 30 for each unit time.
  • the inclined interface 30i shown in FIG. 7B is also the inclined interface most inclined with respect to the c-plane 30c.
  • the growth rate of the c-plane 30c of the first layer 30 is G c1
  • the progress rate of the locus of the intersection of the inclined interface 30i of the first layer 30 and the c-plane 30c is shown.
  • R 1 Further, of the angles formed by the intersection of the inclined interface 30i and the c-plane 30c and the c-plane 30c, the smaller angle is ⁇ R1 .
  • the growth rate G c1 of the c-plane 30c of the first layer 30 is expressed by the following equation (c).
  • G c1 R 1 sin ⁇ R1 ... (c)
  • G c1 G i sin ⁇ R1 / cos ( ⁇ + 90 ⁇ R1 ) (d)
  • the first growth condition that the inclined interface 30i expands and the c-plane 30c shrinks satisfies the following expression (1) by the expression (d) and ⁇ R1 ⁇ 90 °.
  • G i is the growth rate of the inclined interface 30i most inclined with respect to the c-plane 30c
  • ⁇ is the inclined interface 30i most inclined with respect to the c-plane 30c and the c-plane 30c. Is the angle formed by.
  • G c1 under the first growth condition is preferably larger than G c0 under the reference growth condition.
  • the expression (1) can be derived by substituting the expression (a) for G c1 > G c0 .
  • the first growth condition preferably satisfies, for example, the following expression (1 ′).
  • the first growth condition preferably satisfies, for example, the following expression (1 ′′).
  • the first growth condition can satisfy the expression (1).
  • At least one of the partial pressure ratios (hereinafter, also referred to as “V / III ratio”) and the like can be made substantially equal to, for example, the second growth condition in the second step S300 described later.
  • the growth temperature in the first step S200 is, for example, 990 ° C. or higher and 1,120 ° C. or lower, preferably 1,020 ° C. or higher as the first growth condition.
  • the temperature is set to 1,100 ° C or lower.
  • the V / III ratio in the first step S200 is, for example, 1 or more and 10 or less, preferably 1 or more and 5 or less.
  • the growth inhibition layer 20 alone is used.
  • the first growth condition such as the growth temperature in the first step S200, the V / III ratio in the first step S200, and the like are described in It may be different from the second growth condition in step S300.
  • the growth temperature in the first step S200 may be set lower than the growth temperature in the second step S300 described later, for example.
  • the growth temperature in the first step S200 may be, for example, 980 ° C. or higher and 1,020 ° C. or lower, preferably 1,000 ° C. or higher and 1,020 ° C. or lower.
  • the V / III ratio in the first step S200 may be made larger than the V / III ratio in the second step S300 described later, for example.
  • the V / III ratio in the first step S200 may be, for example, 2 or more and 20 or less, preferably 2 or more and 15 or less.
  • the other conditions of the first growth conditions of this embodiment are as follows, for example. Growth pressure: 90 to 105 kPa, preferably 90 to 95 kPa GaCl gas partial pressure: 1.5 to 15 kPa N 2 gas flow rate / H 2 gas flow rate: 0 to 1
  • the first step S200 of the present embodiment is classified into two steps, for example, based on the morphology of the first layer 30 during growth.
  • the first step S200 of the present embodiment includes, for example, an inclined interface expanding step S220 and an inclined interface maintaining step S240.
  • the first layer 30 has, for example, the graded interface expansion layer 32 and the graded interface maintenance layer 34.
  • the inclined interface expansion layer 32 of the first layer 30 made of a single crystal of a group III nitride semiconductor is provided on the main surface 10 s of the base substrate 10 as a growth inhibition layer. Epitaxial growth is performed through the opening 20b of 20.
  • the inclined interface expansion layer 32 In the initial stage of growth of the inclined interface expansion layer 32, on the main surface 10s of the base substrate 10 exposed in the opening 20b of the growth inhibition layer 20, a normal direction of the main surface 10s of the base substrate 10 (along the c-axis). Direction), the inclined interface expansion layer 32 grows with the c-plane 30c as the growth surface. On the other hand, crystal growth is suppressed on the growth inhibiting portion 20a.
  • the graded interface expansion layer 32 grows so as to cover the growth inhibition portion 20a, as shown in FIGS. 3 (c) and 4.
  • a plurality of concave portions 30p constituted by the inclined interfaces 30i other than the c-plane are formed on the top surface 30u of the inclined interface expansion layer 32 where the c-plane 30c is exposed.
  • the plurality of recesses 30p composed of the inclined interfaces 30i other than the c-plane are randomly formed on the top surface 30u.
  • the inclined interface expansion layer 32 in which the c-plane 30c and the inclined interface 30i other than the c-plane are mixed on the surface is formed.
  • the position of the recess 30p in plan view may overlap with the growth inhibiting portion 20a or may not overlap with the growth inhibiting portion 20a.
  • the “gradient interface 30i” here means a growth interface that is tilted with respect to the c-plane 30c, and has a low index facet other than the c-plane, a high index facet other than the c-plane, or a face index. It includes an inclined surface that cannot be represented by.
  • the facets other than the c-plane are, for example, ⁇ 11-2m ⁇ and ⁇ 1-10n ⁇ . However, m and n are integers other than 0.
  • the first growth condition satisfies Expression (1) due to the growth inhibition layer 20, so that a ⁇ 11-2m ⁇ plane with m ⁇ 3 can be generated as the inclined interface 30i. .
  • the inclination angle of the ⁇ 11-2m ⁇ plane with respect to the c-plane 30c can be made gentle.
  • the inclination angle can be 47.3 ° or less.
  • the graded inhibition layer 20 causes the graded interface expansion layer 32 to move upward from the base substrate 10 to form a graded interface other than the c-plane.
  • 30i is gradually enlarged, and c-plane 30c is gradually reduced.
  • the inclination angle of the inclined interface 30i with respect to the main surface 10s of the base substrate 10 gradually decreases as it goes above the base substrate 10.
  • most of the inclined interface 30i becomes the ⁇ 11-2m ⁇ plane with m ⁇ 3 described above.
  • the c-plane 30c of the inclined interface expanding layer 32 disappears from the top surface 30u, and the surface of the inclined interface expanding layer 32 is composed of only the inclined interface 30i.
  • each of the plurality of valleys 30v is a downwardly convex inflection point on the surface of the inclined interface expansion layer 32, and is formed above the position where each of the inclined interfaces 30i other than the c-plane is generated.
  • each of the plurality of tops 30t is an inflection point that is convex upward on the surface of the inclined interface expansion layer 32, and the c-plane is sandwiched by a pair of inclined interfaces 30i that expand in opposite directions. 30c disappears (finally) and is formed at or above the terminated position.
  • the valley portions 30v and the top portions 30t are alternately formed in the direction along the main surface 10s of the base substrate 10.
  • dislocations bend and propagate as follows. Specifically, as shown in FIG. 3D, a plurality of dislocations extending in the direction along the c-axis in the base substrate 10 are transferred from the base substrate 10 to the c-axis of the inclined interface expansion layer 32. Propagate in the direction along. In the region in which the c-plane 30c has grown as the growth surface in the graded interface expansion layer 32, dislocations propagate in the direction along the c-axis of the graded interface expansion layer 32.
  • the dislocation bends and propagates in a direction substantially perpendicular to the graded interface 30i. . That is, the dislocation bends and propagates in a direction inclined with respect to the c-axis. As a result, dislocations are locally collected above the center between the pair of tops 30t in the steps after the inclined interface expansion step S220. As a result, the dislocation density on the surface of the second layer 40 described later can be reduced.
  • the coverage of the growth inhibiting portion 20a with respect to the main surface 10s of the underlying substrate 10 is small, some of the plurality of dislocations extending in the direction along the c-axis within the underlying substrate 10 are growth inhibiting. It is blocked by the portion 20a, and propagation to the inclined interface expansion layer 32 is suppressed. This also makes it possible to reduce the dislocation density on the surface of the second layer 40 described later.
  • the one of the plurality of valleys 30v is sandwiched and the plurality of tops 30t are closest to each other.
  • the pair of tops 30t have an average distance L (also called “average distance between the closest tops”) L separated in the direction along the main surface 10s of the underlying substrate 10 from, for example, more than 50 ⁇ m, preferably more than 70 ⁇ m, and more preferably Is more than 100 ⁇ m.
  • the average distance L between the closest points due to the growth inhibition layer 20 is set to more than 50 ⁇ m, preferably more than 70 ⁇ m, and more preferably more than 100 ⁇ m.
  • the inclination is 50 ⁇ m or less.
  • the dislocation bends and propagates in a shorter distance. For this reason, dislocations cannot be collected sufficiently above the approximate center between the pair of tops 30t of the graded interface expansion layer 32. As a result, the dislocation density on the surface of the second layer 40 described below may not be sufficiently reduced.
  • the distance at which dislocation bends and propagates is secured to be at least 25 ⁇ m in the steps after the inclined interface expanding step S220. be able to.
  • dislocations can be sufficiently collected above the center of the inclined interface expansion layer 32 between the pair of top portions 30t.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 described below can be sufficiently reduced.
  • the average distance L between the closest peaks to preferably more than 70 ⁇ m, and more preferably more than 100 ⁇ m, the dislocation density on the surface of the second layer 40 described later can be more reliably reduced.
  • the average distance L between the closest points is set to less than 800 ⁇ m due to the growth inhibition layer 20.
  • the average distance L between the closest points is 800 ⁇ m or more, the height from the valley portion 30v to the top portion 30t of the inclined interface expansion layer 32 becomes excessively high. Therefore, in the second step S300 described below, the thickness until the second layer 40 becomes a mirror surface becomes thick.
  • the average distance L between the closest peaks is set to less than 800 ⁇ m, the height from the valley 30v to the peak 30t of the inclined interface expansion layer 32 can be reduced. As a result, the second layer 40 can be quickly mirror-finished in the second step S300 described below.
  • the first c-plane growth region 60 grown with the c-plane 30c as the growth surface and the inclined interface 30i other than the c-plane are formed on the basis of the difference of the growth surface in the growth process.
  • An inclined interface growth region 70 (gray portion in the figure) that has grown as a growth surface is formed.
  • the valley portion 60a is formed at the position where the inclined interface 30i is generated, and the peak portion 60b is formed at the position where the c-plane 30c disappears.
  • a pair of inclined portions 60i is formed on both sides of the crest portion 60b as a locus of the intersection of the c-plane 30c and the inclined interface 30i.
  • the angle ⁇ formed by the pair of inclined portions 60i when the cross section passing through the centers of the two adjacent valley portions 60a is viewed is, for example, , 70 ° or less.
  • the c-plane 30c can be surely eliminated over the entire surface of the first layer 30.
  • a part where the c-plane 30c is formed may be formed in a part of the growth process of the inclined interface maintaining layer 34.
  • the first step S200 in order to surely bend the dislocation propagation direction and reduce the dislocation density as described above, when looking at the history of the growth interface at an arbitrary position of the first layer 30, It is important that the c-plane 30c disappear at least once. Therefore, it is desirable that the c-plane 30c disappear at least once in the early stage of the first step S200 (for example, the above-mentioned inclined interface expanding step S220).
  • the c-plane 30c may reappear on a part of the surface of the inclined interface maintaining layer 34 after the c-plane 30c has disappeared at least once.
  • the inclined interface 30i is mainly exposed on the surface of the inclined interface maintaining layer 34 so that the area ratio of the inclined interface growth region 70 in the creeping section along the main surface 10s of the base substrate 10 is 80% or more. It is preferable.
  • the higher the area ratio of the inclined interface growth region 70 in the creeping section the better, and preferably 100%.
  • the first growth condition is maintained so as to satisfy the expression (1) due to the growth inhibition layer 20.
  • the inclined interface maintaining layer 34 can be grown using only the inclined interface 30i as a growth surface.
  • the inclined interface 30i is tilted with respect to the c-axis at the position where the inclined interface 30i is exposed.
  • the dislocations bent and propagated in the same direction continue to propagate in the same direction in the graded interface sustaining layer 34.
  • the graded interface sustaining layer 34 grows with the graded interface 30i as a growth surface, so that the graded interface sustaining layer 34 becomes a part of the graded interface growth region 70.
  • the first layer 30 having the graded interface expansion layer 32 and the graded interface maintenance layer 34 is formed.
  • the height from the main surface 10s of the base substrate 10 to the top portion 30t of the first layer 30 (the first layer 30 is three-dimensionally grown due to the growth inhibition layer 20) (first
  • the maximum height in the thickness direction of the one layer 30 is, for example, more than 100 ⁇ m and less than 1.5 mm.
  • the growth temperature in the first step S200, the V / III ratio in the first step S200, and the like, which are the first growth conditions, are substantially the same as the second growth conditions in the second step S300, which will be described later. In that case, the crystal growth mode spontaneously shifts from the first step S200 to the second step S300.
  • the inclined interface 40i is gradually contracted and the c-plane 40c is gradually expanded toward the upper side of the first layer 30.
  • the inclined interface 30i formed on the surface of the first layer 30 disappears.
  • the second layer (planarization layer) 40 having a mirror-finished surface is grown.
  • mirror surface as used herein means a surface in which the maximum height difference between adjacent irregularities on the surface is equal to or less than the wavelength of visible light.
  • the second layer 40 for example, a layer whose main component is a group III nitride semiconductor that is the same as the group III nitride semiconductor forming the first layer 30 is epitaxially grown.
  • GaCl gas, NH 3 gas, and dichlorosilane (SiH 2 Cl 2 ) gas as an n-type dopant gas are supplied to the base substrate 10 heated to a predetermined growth temperature.
  • a silicon (Si) -doped GaN layer is epitaxially grown.
  • the n-type dopant gas GeCl 4 gas or the like may be supplied instead of SiH 2 Cl 2 gas.
  • the second growth condition is expressed by, for example, the expression ( 2) be satisfied.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view showing a growth process under the second growth condition in which the inclined interface is contracted and the c-plane is expanded.
  • FIG. 8 shows a process in which the second layer 40 grows on the first layer 30 where the inclined interface 30i most inclined with respect to the c-plane 30c is exposed.
  • the thick solid line indicates the surface of the second layer 40 for each unit time.
  • the growth rate of the c-plane 40c of the second layer 40 is G c2
  • the growth rate of the inclined interface 40i of the second layer 40 is G i
  • the inclination of the second layer 40 is The progress rate of the locus of the intersection of the interface 40i and the c-plane 40c is R 2 .
  • the smaller angle is ⁇ R2 .
  • the traveling rate R 2 of the locus of the intersection of the inclined interface 40i and the c-plane 40c is expressed by the following equation (e).
  • R 2 G i / cos ⁇ ′′ (E)
  • the growth rate G c2 of the c-plane 40c of the second layer 40 is represented by the following formula (f).
  • G c2 R 2 sin ⁇ R2 ... (f)
  • G c2 is represented by the following equation (g) using G i .
  • G c2 G i sin ⁇ R2 / cos ( ⁇ + ⁇ R2 ⁇ 90) (g)
  • the second growth condition in which the inclined interface 40i shrinks and the c-plane 40c expands satisfies the following expression (2) by the expression (g) and ⁇ R2 ⁇ 90 °.
  • G i is the growth rate of the inclined interface 40i most inclined with respect to the c-plane 40c
  • ⁇ is the inclined interface 40i most inclined with respect to the c-plane 40c and the c-plane 40c. Is the angle formed by.
  • the expression (2) can be derived by substituting the expression (a) for G c2 ⁇ G c0 .
  • the growth condition for shrinking the tilted interface 40i most tilted with respect to the c-plane 40c is the most severe condition, if the second growth condition satisfies the equation (2), the other tilted interfaces 40i should also be shrunk. Is possible.
  • the second growth condition preferably satisfies the following formula (2 ′).
  • the inclined interface 30i is the ⁇ 11-2m ⁇ plane with m ⁇ 3
  • the inclined interface 30i most inclined with respect to the c-plane 30c is the ⁇ 11-23 ⁇ plane, and therefore the second growth
  • the condition preferably satisfies, for example, the following expression (2 ′′).
  • the influence of the growth inhibition layer 20 has not already been exerted. Therefore, the growth temperature in the second step S300 and the growth temperature in the second step S300 as the second growth conditions are set so that the second growth condition may satisfy Expression (2) without considering the influence of the growth inhibition layer 20. Adjust the V / III ratio etc.
  • the growth temperature in the second step S300 is, for example, 990 ° C. or higher and 1,120 ° C. or lower, preferably 1,020 ° C. or higher and 1,100 ° C. or lower.
  • the V / III ratio in the second step S300 is, for example, 1 or more and 10 or less, preferably 1 or more and 5 or less.
  • the other conditions of the second growth conditions of this embodiment are as follows, for example. Growth pressure: 90 to 105 kPa, preferably 90 to 95 kPa GaCl gas partial pressure: 1.5 to 15 kPa N 2 gas flow rate / H 2 gas flow rate: 1 to 20
  • the second step S300 of the present embodiment is classified into two steps, for example, based on the morphology of the second layer 40 during growth.
  • the second step S300 of the present embodiment includes, for example, a c-plane expansion step S320 and a main growth step S340.
  • the second layer 40 has, for example, the c-plane enlarged layer 42 and the main growth layer 44.
  • the c-plane enlarged layer 42 of the second layer 40 made of a group III nitride semiconductor single crystal is epitaxially grown on the first layer 30 under the above-described second growth condition.
  • the growth depending only on the second growth condition causes the c-plane 40c to expand as it goes above the first layer 30. , The inclined interface 40i other than the c-plane is reduced.
  • the c-plane expanded layer 42 extends from the tilted interface 30i of the tilted interface sustaining layer 34 along the direction perpendicular to the c-axis with the tilted interface 40i as the growth surface. (I.e. creeping or lateral).
  • the c-plane expanding layer 42 is laterally grown, the c-plane 40c of the c-plane expanding layer 42 starts to be exposed again above the top portion 30t of the inclined interface maintaining layer 34. Thereby, the c-plane enlarged layer 42 in which the c-plane 40c and the inclined interface 40i other than the c-plane are mixed on the surface is formed.
  • the c-plane expanded layer 42 is laterally grown, the c-plane 40c gradually expands, and the inclined interface 40i of the c-plane expanded layer 42 gradually contracts. As a result, the concave portion 30p formed by the plurality of inclined interfaces 30i is gradually filled in the surface of the first layer 30.
  • the inclined interface 40i of the c-plane enlarged layer 42 disappears completely, and the recess 30p formed by the plurality of inclined interfaces 30i is completely filled in the surface of the first layer 30. Be done. As a result, the surface of the c-plane expansion layer 42 becomes a mirror surface (flat surface) constituted only by the c-plane 40c.
  • the dislocation density can be reduced by locally collecting dislocations during the growth process of the first layer 30 and the c-plane enlarged layer 42. Specifically, the dislocations that have been bent and propagated in the first layer 30 in a direction inclined with respect to the c-axis continue to propagate in the same direction in the c-plane enlarged layer 42. Thus, in the c-plane expanded layer 42, dislocations are locally collected at the meeting portion of the adjacent inclined interfaces 40i above the center between the pair of top portions 30t. Among the plurality of dislocations collected at the meeting portion of the adjacent inclined interfaces 40i in the c-plane expanded layer 42, dislocations having mutually opposite Burgers vectors disappear during the meeting.
  • a part of the plurality of dislocations collected at the meeting portion of the adjacent inclined interfaces 40i forms a loop and propagates in the direction along the c-axis (that is, the surface side of the c-plane expansion layer 42). Suppressed.
  • the other part of the plurality of dislocations collected in the meeting part of the adjacent inclined interfaces 40i is from the direction in which the propagation direction is inclined with respect to the c-axis to the direction along the c-axis. It is changed again and propagates to the surface side of the second layer 40.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 is reduced. Can be reduced. Further, by locally collecting dislocations, a low dislocation density region can be formed above the portion of the second layer 40 where the dislocations propagate in the direction inclined with respect to the c-axis.
  • the c-plane 40c gradually expands, so that a second c-plane growth region 80, which will be described later and has grown using the c-plane 40c as a growth surface, goes upward in the thickness direction. Therefore, it is formed while gradually expanding.
  • the graded interface 40i gradually shrinks, so that the graded interface growth region 70 gradually shrinks as it goes upward in the thickness direction, and terminates at a predetermined position in the thickness direction. .
  • a valley portion 70a of the inclined interface growth region 70 is formed at a position where the c-plane 40c is generated again in a cross-sectional view.
  • the mountain portion 70b of the inclined interface growth region 70 is formed at the position where the inclined interface 40i disappears in a cross-sectional view.
  • the height of the c-plane enlarging layer 42 in the thickness direction becomes the mirror surface formed by only the c-plane 40c.
  • the height is equal to or higher than the height from the valley portion 30v to the top portion 30t of the inclined interface maintaining layer 34.
  • the growth conditions in the main growth step S340 are maintained under the second growth conditions described above, as in the c-plane expansion step S320.
  • the main growth layer 44 can be subjected to step-flow growth with the c-plane 40c as the growth surface.
  • the radius of curvature of the c-plane 40c of the main growth layer 44 can be made larger than the radius of curvature of the c-plane 10c of the underlying substrate 10.
  • the variation of the off-angle of the c-axis with respect to the normal line of the surface of the main growth layer 44 can be made smaller than the variation of the off-angle of the c-axis 10ca with respect to the normal line of the main surface 10s of the underlying substrate 10. .
  • the main growth layer 44 is grown by using only the c-plane 40c as a growth surface without exposing the inclined interface 40i, so that the entire main growth layer 44 becomes a second c-plane growth region 80 described later. Become.
  • the thickness of the main growth layer 44 is set to, for example, 300 ⁇ m or more and 10 mm or less.
  • the thickness of the main growth layer 44 is set to 300 ⁇ m or more, at least one or more substrates 50 can be sliced from the main growth layer 44 in a slicing step S400 described below.
  • the final thickness is set to 650 ⁇ m, and when slicing the 700 ⁇ m-thick substrate 50 from the main growth layer 44, even if the kerf loss is about 200 ⁇ m, It is possible to obtain at least 10 substrates 50.
  • the second layer 40 having the c-plane enlarged layer 42 and the main growth layer 44 is formed.
  • the laminated structure 90 of this embodiment is formed.
  • the above growth inhibition layer forming step S190, the first step S200, and the second step S300 are continuously performed in the same vapor phase growth apparatus without exposing the underlying substrate 10 to the atmosphere.
  • an unintended high level is formed on the interface between the main surface 10s of the underlying substrate 10 and the first layer 30 exposed in the opening 20b of the growth inhibition layer 20 and the interface between the first layer 30 and the second layer 40. It is possible to suppress the formation of an oxygen concentration region (a region having an oxygen concentration excessively higher than that of the inclined interface growth region 70).
  • the laminated structure 90 is unloaded from the vapor phase growth apparatus.
  • the main growth layer 44 is sliced by a wire saw along a cut surface substantially parallel to the surface of the main growth layer 44.
  • at least one nitride semiconductor substrate 50 also referred to as a substrate 50
  • the thickness of the substrate 50 is set to, for example, 300 ⁇ m or more and 700 ⁇ m or less.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 can be made larger than the radius of curvature of the c-plane 10c of the base substrate 10.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 can be made larger than the radius of curvature of the c-plane 40c of the main growth layer 44 before slicing.
  • the variation in the off-angle ⁇ of the c-axis 50 ca with respect to the normal to the main surface 50 s of the substrate 50 can be made smaller than the variation in the off-angle of the c-axis 10 ca of the base substrate 10.
  • both surfaces of the substrate 50 are polished by a polishing device.
  • the final thickness of the substrate 50 is, for example, 250 ⁇ m or more and 650 ⁇ m or less.
  • the substrate 50 according to the present embodiment is manufactured by the above steps S100 to S500.
  • a semiconductor functional layer made of a group III nitride semiconductor is epitaxially grown on the substrate 50 to produce a semiconductor laminate.
  • electrodes and the like are formed using the semiconductor laminated body, and the semiconductor laminated body is diced to cut a chip of a predetermined size. Thereby, a semiconductor device is manufactured.
  • the laminated structure 90 of the present embodiment includes, for example, the base substrate 10, the growth inhibiting layer 20, the first layer 30, and the second layer 40.
  • the growth inhibition layer 20 has, for example, growth inhibition portions 20 a scattered over the entire main surface 10 s of the base substrate 10.
  • the first layer 30 is, for example, grown on the main surface 10s of the base substrate 10 via the opening 20b of the growth inhibition layer 20.
  • the first layer 30 causes, for example, the growth inhibition layer 20 to cause a plurality of recesses 30p formed by the inclined interfaces 30i other than the c-plane on the top surface 30u of the group III nitride semiconductor single crystal, and c It has a plurality of valleys 30v and a plurality of tops 30t formed by eliminating the surface 30c.
  • the average distance between the closest peaks is, for example, more than 50 ⁇ m, preferably more than 70 ⁇ m.
  • the first layer 30 includes, for example, a first c-plane growth region (first low oxygen concentration region) 60, a graded interface growth region (high oxygen concentration region) 70, based on the difference in the growth surface in the growth process. ,have.
  • the first c-plane growth region 60 is a region grown with the c-plane 30c as a growth surface.
  • the first c-plane growth region 60 has, for example, a plurality of valleys 60a and a plurality of peaks 60b in a sectional view.
  • Each of the valleys 60a and the peaks 60b here means a part of the shape observed based on the difference in emission intensity when the cross section of the laminated structure 90 is observed with a fluorescence microscope or the like, and the first layer It does not mean a part of the shape of the outermost surface generated during the growth of 30.
  • Each of the plurality of valleys 60a is a downwardly convex inflection point in the first c-plane growth region 60 in a cross-sectional view, and is formed at a position where the inclined interface 30i is generated. At least one of the plurality of valleys 60a is provided at a position separated upward from the main surface 10s of the base substrate 10.
  • each of the plurality of peaks 60b is an inflection point that is convex upward in the first c-plane growth region 60 in a cross-sectional view, and has a pair of inclined interfaces 30i that expand in opposite directions.
  • the c-plane 30c is sandwiched and is formed (finally) at the position where it disappears and ends.
  • the valleys 60a and the peaks 60b are alternately formed in the direction along the main surface 10s of the base substrate 10.
  • the pair of peaks 60b closest to each other among the peaks 60b sandwiching one of the valleys 60a is
  • the average distance separated in the direction along the main surface 10s of the base substrate 10 corresponds to the average distance L between the closest points of the first layer 30 described above, and is, for example, more than 50 ⁇ m, preferably more than 70 ⁇ m, more preferably It is more than 100 ⁇ m.
  • the first c-plane growth region 60 has a pair of inclined portions 60i provided on both sides sandwiching one of the plurality of peaks 60b as a locus of intersections between the c-plane 30c and the inclined interface 30i.
  • the inclined portion 60i here means a part of the shape observed based on the difference in emission intensity when the cross section of the laminated structure 90 is observed with a fluorescence microscope or the like, and occurs during the growth of the first layer 30. It does not mean the inclined interface 30i on the outermost surface.
  • the angle ⁇ formed by the pair of inclined portions 60i when the cross section passing through the centers of the two adjacent valleys 60a is viewed is, for example, 70 ° or less, preferably 20 ° or more and 65 ° or less.
  • the fact that the angle ⁇ formed by the pair of inclined portions 60i is 70 ° or less means that for the growth rate G i of the inclined interface 30i most inclined with respect to the c-plane 30c of the first layer 30, under the first growth condition, This means that the ratio G c1 / G i of the growth rate G c1 of the c-plane 30c in the first layer 30 was high. Thereby, the inclined interface 30i other than the c-plane can be easily generated.
  • the inclined interface growth region 70 is a region that has grown using the inclined interface 30i other than the c-plane as the growth surface.
  • the lower surface of the inclined interface growth region 70 is formed, for example, following the shape of the first c-plane growth region 60.
  • the inclined interface growth region 70 is continuously provided along the main surface of the base substrate 10. That is, when a plurality of creeping cross-sections obtained by cutting the first layer 30 along the main surface 10s of the base substrate 10 are viewed, a cross section not including the first c-plane growth region 60 is at least in the thickness direction of the first layer 30. It is desirable to exist in a part.
  • the oxygen taken into the inclined interface growth region 70 is, for example, oxygen that is unintentionally mixed in the HVPE device, or oxygen released from a member (quartz member or the like) forming the HVPE device.
  • the oxygen concentration in the first c-plane growth region 60 is, for example, 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less, preferably 3 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • the oxygen concentration in the graded interface growth region 70 is, for example, 9 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 or more and 5 ⁇ 10 19 cm ⁇ 3 or less.
  • the second layer 40 has, for example, an inclined interface growth region (high oxygen concentration region) 70 and a second c-plane growth region (second low oxygen concentration region) 80 based on the difference in growth surface during the growth process.
  • the upper surface of the inclined interface growth region 70 in the second layer 40 has, for example, a plurality of valleys 70a and a plurality of peaks 70b in a sectional view.
  • Each of the valleys 70a and the peaks 70b herein means a part of the shape observed based on the difference in emission intensity when the cross section of the laminated structure 90 is observed by a fluorescence microscope or the like, and the second layer It does not mean a part of the shape of the outermost surface generated during the growth of 40.
  • the plurality of valleys 70a of the inclined interface growth region 70 are formed at the positions where the c-plane 40c is generated again in the cross-sectional view, as described above.
  • the plurality of valleys 70a of the inclined interface growth region 70 are respectively formed above the plurality of peaks 60b of the first c-plane growth region 60 in a cross-sectional view.
  • the plurality of peaks 70b of the inclined interface growth region 70 are formed at the position where the inclined interface 40i disappears and terminates in the cross-sectional view, as described above.
  • the plurality of peaks 70b of the inclined interface growth region 70 are respectively formed above the plurality of valleys 60a of the first c-plane growth region 60 in a cross-sectional view.
  • a surface of the second layer 40 that is substantially parallel to the main surface 10 s of the underlying substrate 10 at the upper end of the inclined interface growth region 70 is a boundary surface 40 b at a position where the inclined interface 40 i disappears and ends in the second layer 40.
  • the second c-plane growth region 80 is a region grown with the c-plane 40c as the growth surface.
  • oxygen uptake is suppressed as compared with the inclined interface growth region 70. Therefore, the oxygen concentration in the second c-plane growth region 80 becomes lower than the oxygen concentration in the inclined interface growth region 70.
  • the oxygen concentration in the second c-plane growth region 80 is, for example, equal to the oxygen concentration in the first c-plane growth region 60.
  • dislocations bend and propagate in a direction substantially perpendicular to the inclined interface 30i at a position where the inclined interface 30i other than the c-plane is exposed. Then, in the second layer 40, a part of the plurality of dislocations disappears or a part of the plurality of dislocations is suppressed from propagating to the surface side of the c-plane enlarged layer 42. As a result, the dislocation density on the surface of the second layer 40 is lower than the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 is sharply reduced in the thickness direction.
  • the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10 is N 0, and the dislocation density on the boundary surface 40b of the second layer 40 at the position where the inclined interface 40i disappears is N.
  • the average dislocation density at the boundary surface 40b is N.
  • the crystal layer of the group III nitride semiconductor is formed on the main surface 10s of the base substrate 10 with only the c-plane as a growth surface and has a thickness equal to the thickness from the main surface of the base substrate 10 to the boundary surface 40b of the present embodiment.
  • the dislocation density on the surface of the crystal layer when the epitaxial growth is performed (hereinafter, also referred to as “the case of limited c-plane growth”) is N ′.
  • the dislocation density on the surface of the crystal layer tended to be inversely proportional to the thickness of the crystal layer. Specifically, in the case of c-plane limited growth, when the thickness of the crystal layer was 1.5 mm, the reduction rate of dislocation density obtained by N ′ / N 0 was about 0.6.
  • the reduction ratio of the dislocation density obtained by N / N for example, smaller than reduction rate of the dislocation density obtained by N '/ N 0 in the case of c-plane limited growth.
  • the thickness of the boundary surface 40b of the second layer 40 at the position where the inclined interface 40i disappears from the main surface 10s of the underlying substrate 10 is, for example, 1.5 mm or less, preferably Is 1.2 mm or less.
  • the reduction rate of dislocation density obtained by the above N / N 0 is, for example, 0.3 or less, preferably 0.23 or less, and more preferably 0.15 or less.
  • the lower limit of the thickness from the main surface 10s of the base substrate 10 to the boundary surface 40b is better as the thickness is thinner, and is not limited.
  • the thickness from the main surface 10s of the base substrate 10 to the boundary surface 40b is , For example, more than 200 ⁇ m.
  • the lower limit of the reduction rate of dislocation density is preferably as small as possible, and is not limited. However, considering that the thickness from the main surface 10s of the base substrate 10 to the boundary surface 40b is 1.5 mm or less, the reduction rate of the dislocation density is, for example, 0.01 or more.
  • the entire surface of the second layer 40 is configured to be oriented in the + c plane, and the first layer 30 and the second layer 40 each include a polarity reversal section (inversion domain).
  • the laminated structure 90 of the present embodiment is different from the laminated structure formed by the so-called DEEP (Dislocation Elimination by the Epitaxial-growth with inverse-pyramidal Pits) method, that is, it is located at the center of the pit. This is different from the laminated structure in which the core includes the polarity reversal section.
  • FIG. 9A is a schematic top view showing the nitride semiconductor substrate according to the present embodiment
  • FIG. 9B is a schematic cross-sectional view along the m-axis of the nitride semiconductor substrate according to the present embodiment
  • (C) is a schematic sectional view along the a-axis of the nitride semiconductor substrate according to the present embodiment.
  • the substrate 50 obtained by slicing the second layer 40 by the manufacturing method described above is, for example, a free-standing substrate made of a group III nitride semiconductor single crystal.
  • the substrate 50 is, for example, a GaN free-standing substrate.
  • the diameter of the substrate 50 is, for example, 2 inches or more.
  • the thickness of the substrate 50 is, for example, 300 ⁇ m or more and 1 mm or less.
  • the conductivity of the substrate 50 is not particularly limited, but when manufacturing a semiconductor device as a vertical Schottky barrier diode (SBD) using the substrate 50, the substrate 50 is, for example, n-type,
  • the n-type impurity in the substrate 50 is, for example, Si or germanium (Ge), and the n-type impurity concentration in the substrate 50 is, for example, 1.0 ⁇ 10 18 cm ⁇ 3 or more and 1.0 ⁇ 10 20 cm ⁇ 3 or less. .
  • the substrate 50 has, for example, a main surface 50s that is an epitaxial growth surface.
  • the crystal face having a low index closest to the main surface 50s is, for example, the c-plane 50c.
  • the main surface 50s of the substrate 50 is, for example, mirror-finished, and the root-mean-square roughness RMS of the main surface 50s of the substrate 50 is, for example, less than 1 nm.
  • the impurity concentration in the substrate 50 obtained by the above manufacturing method is lower than that of the substrate obtained by the flux method or the ammonothermal method.
  • the hydrogen concentration in the substrate 50 is, for example, less than 1 ⁇ 10 17 cm ⁇ 3 , preferably 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • the substrate 50 is formed by slicing the main growth layer 44 grown using the c-plane 40c as a growth surface, and therefore the inclined interface 30i or the inclined interface growth grown using the inclined interface 40i as a growth surface.
  • the area 70 is not included. That is, the entire substrate 50 is composed of the low oxygen concentration region.
  • the oxygen concentration in the substrate 50 is, for example, 5 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less, preferably 3 ⁇ 10 16 cm ⁇ 3 or less.
  • the substrate 50 does not include the polarity reversal section (inversion domain) as described above, for example.
  • the c-plane 50c as a crystal face with a low index closest to the main surface 50s of the substrate 50 is, for example, the above-described substrate 50 manufactured. Due to the method, the main surface 50s is curved in a concave spherical shape.
  • the c-plane 50c of the substrate 50 has, for example, a curved surface that is spherically approximated in each of the cross section along the m axis and the cross section along the a axis.
  • the c-face 50f of the substrate 50 is curved in the concave spherical shape as described above, at least a part of the c-axis 50ca is inclined with respect to the normal to the main surface 50s.
  • the off-angle ⁇ which is the angle formed by the c-axis 50ca with respect to the normal to the major surface 50s, has a predetermined distribution within the major surface 50s.
  • the off-angle m-axis component ⁇ m and the off-angle a-axis component ⁇ a are respectively 1 of x. It can be approximately represented by a linear function and a linear function of y.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 is, for example, larger than the radius of curvature of the c-plane 10c of the base substrate 10 used in the method of manufacturing the substrate 50 described above.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 is, for example, 23 m or more, preferably 30 m or more, and more preferably 40 m or more.
  • the curvature of the c-plane in the substrate sliced from the crystal layer having the same thickness as the total thickness of the first layer 30 and the second layer 40 of the present embodiment.
  • the radius may be larger than the radius of curvature of the c-plane 10c of the base substrate 10.
  • the radius of curvature of the c-plane in the substrate sliced from the crystal layer is about 11 m, and the c-plane 10 c of the underlying substrate 10 It is about 1.4 times the radius of curvature.
  • the upper limit of the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 is preferably as large as possible, and is not particularly limited.
  • the c-plane 50c of the substrate 50 is substantially flat, it may be considered that the radius of curvature of the c-plane 50c is infinite.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 is large, the variation of the off-angle ⁇ of the c-axis 50ca with respect to the normal line of the main surface 50s of the substrate 50 is reduced by the c-axis 10ca of the underlying substrate 10. It can be made smaller than the variation in angle.
  • the X-ray rocking curve of the (0002) plane of the substrate 50 is measured, and the off angle ⁇ of the c-axis 50ca with respect to the normal line of the principal surface 50s is measured based on the diffraction peak angle of the (0002) plane.
  • the variation obtained by the maximum and minimum difference in the magnitude of the off angle ⁇ within the diameter of 29.6 mm from the center of the main surface 50s is, for example, 0.075 ° or less, preferably 0.057 ° or less, and further preferably Is 0.043 ° or less.
  • the variation in the off-angle of the c-axis 10ca obtained by the above-described measurement method is about 0.22 °.
  • the thickness of the crystal layer is the same as the total thickness of the first layer 30 and the second layer 40 of the present embodiment (for example, 2 mm)
  • the crystal layer is obtained.
  • the variation of the c-axis off-angle obtained by the above-described measurement method is about 0.15 °.
  • the lower limit of the variation of the off-angle ⁇ of the c-axis 50ca of the substrate 50 is preferably as small as possible, and is not particularly limited.
  • the variation of the off angle ⁇ of the c-axis 50ca of the substrate 50 is 0 °.
  • the curvature of the c-plane 50c isotropically decreases with respect to the main surface 50s of the substrate 50, and thus the radius of curvature of the c-plane 50c has little direction dependency.
  • the difference between the radius of curvature of the c-plane 50c in the direction along the a-axis and the radius of curvature of the c-plane 50c in the direction along the m-axis obtained by the above-described measurement method is, for example,
  • the radius of curvature of the larger one is 50% or less, preferably 20% or less.
  • dark spot means a point at which the emission intensity is low, which is observed in an observation image of the main surface 50s in a multiphoton excitation microscope, a cathode luminescence image of the main surface 50s, and the like, and only dislocations. In addition, it also includes non-radiative centers caused by foreign matters or point defects.
  • the "multiphoton excitation microscope” is sometimes called a two-photon excitation fluorescence microscope.
  • the substrate 50 is manufactured using the base substrate 10 made of a high-purity GaN single crystal manufactured by the VAS method, the non-emission center in the substrate 50 caused by a foreign substance or a point defect. Less is. Therefore, 95% or more, preferably 99% or more of the dark spots when the main surface of the substrate 50 is observed by a multiphoton excitation microscope or the like are dislocations, not non-emission centers caused by foreign matters or point defects.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 is lower than the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10 by the manufacturing method described above. As a result, dislocations are reduced also in the main surface 50s of the substrate 50 formed by slicing the second layer 40.
  • the three-dimensional growth of the first layer 30 is promoted due to the growth inhibiting portions 20a randomly scattered on the main surface 10s of the base substrate 10.
  • a region having a high dislocation density due to dislocation concentration is not formed, but a region having a low dislocation density is uniformly formed.
  • the dislocation density is 3 ⁇ 10 6 cm ⁇ 70% or more, preferably 80% or more, and more preferably 90% or more of the main surface 50s has a region in which the dislocation density is less than 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 without any region exceeding 2 .
  • the average dislocation density of the entire main surface 50s of the substrate 50 is, for example, less than 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 , and preferably less than 7.0 ⁇ 10 5 cm ⁇ 2 . , And more preferably 5 ⁇ 10 5 cm ⁇ 2 or less.
  • the upper limit of the proportion of the region having a dislocation density of less than 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 is, for example, 99% of the main surface 50s.
  • the main surface 50s of the substrate 50 of the present embodiment includes a dislocation-free region of 25 ⁇ m square or more, preferably 50 ⁇ m or more, based on the average distance L between the closest peaks in the first step S200 described above, for example. There is. Further, the 50 ⁇ m square dislocation-free regions are scattered over the entire main surface 50 s of the substrate 50, for example.
  • the main surface 50s of the substrate 50 of the present embodiment has, for example, 100 dislocation-free regions of 25 ⁇ m square which do not overlap with each other, 100 / cm 2 or more, preferably 800 / cm 2 or more, and more preferably 1600 / cm 2 or more. It has a density of.
  • the density of 25 ⁇ m square dislocation-free regions that do not overlap is 1600 pieces / cm 2 or more, for example, when the main surface 50s has at least one 25 ⁇ m square dislocation-free region in an arbitrary visual field of 250 ⁇ m square. Equivalent to.
  • the upper limit of the density of 25 ⁇ m square dislocation-free regions that do not overlap is 40,000 / cm 2 based on the measurement method.
  • the main surface 50s has, for example, 50 ⁇ m square dislocation-free regions that do not overlap with each other at a density of 100 / cm 2 or more, preferably 800 / cm 2 or more, and more preferably 1600 / cm 2 or more. It is preferable.
  • the size of the dislocation-free region is smaller than 25 ⁇ m square, or the density of the dislocation-free region of 25 ⁇ m square is It is lower than 100 pieces / cm 2 .
  • the dislocation density on the main surface 10s of the base substrate 10 used in the above-described manufacturing method is low, a plurality of dislocations are generated when the first layer 30 and the second layer 40 are grown on the base substrate 10. Less likely to combine (mix). Thereby, the generation of dislocations having a large Burgers vector can be suppressed in the substrate 50 obtained from the second layer 40.
  • the Burgers vector is any one of ⁇ 11-20> / 3, ⁇ 0001>, or ⁇ 11-23> / 3.
  • the “Burgers vector” here can be measured by, for example, a large-angle convergent electron diffraction method (LACBED method) using a transmission electron microscope (TEM).
  • LACBED method large-angle convergent electron diffraction method
  • TEM transmission electron microscope
  • the dislocation having a Burgers vector of ⁇ 11-20> / 3 is an edge dislocation
  • the dislocation having a Burgers vector of ⁇ 0001> is a screw dislocation
  • a Burgers vector of ⁇ 11-23> / 3 is a dislocation.
  • a certain dislocation is a mixed dislocation in which edge dislocations and screw dislocations are mixed.
  • the Burgers vector when 100 dislocations on the main surface 50s of the substrate 50 are randomly extracted, the Burgers vector is either ⁇ 11-20> / 3, ⁇ 0001>, or ⁇ 11-23> / 3.
  • the ratio of the number of dislocations is, for example, 50% or more, preferably 70% or more, more preferably 90% or more. It should be noted that dislocations having a Burgers vector of 2 ⁇ 11-20> / 3, ⁇ 11-20>, or the like may be present in at least a part of the main surface 50s of the substrate 50.
  • the full width at half maximum of the diffraction pattern in X-ray rocking curve measurement is, for example, high or low dislocation density, high or low disposition density, high or low stacking fault density, high or low basal plane dislocation density, high or low point defect (vacancy) density, lattice constant. It is greatly affected by the crystal quality factors such as the amount of in-plane fluctuation of A and the distribution of impurity concentration. If these crystal quality factors are not good, the fluctuation of the diffraction angle in the X-ray rocking curve measurement becomes large, and the full width at half maximum of the diffraction pattern becomes large.
  • FIG. 10A is a schematic cross-sectional view showing diffraction of X-rays on the curved c-plane.
  • the irradiation width (footprint) of the X-rays irradiated on the main surface of the substrate is b
  • the Bragg angle of the crystal is ⁇ B
  • the main surface of the substrate is The irradiation width b of X-rays.
  • FIG. 10B and 10C are diagrams showing fluctuations of the diffraction angle of the (0002) plane with respect to the radius of curvature of the c plane.
  • the vertical axis of FIG. 10B is a logarithmic scale
  • the vertical axis of FIG. 10C is a linear scale.
  • the above-mentioned crystal quality element and the curvature (warp) of the c-plane are over the area irradiated with X-ray. Both can be evaluated at the same time.
  • the main surface 50s of the substrate 50 is irradiated with X-rays of K ⁇ 1 of Cu through a Ge (220) plane two-crystal monochromator and a slit, and X-ray rocking curve measurement of (0002) plane diffraction is performed.
  • the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm
  • the full width at half maximum of the (0002) plane diffraction is “FWHMa”
  • the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm.
  • the full width at half maximum is set to “FWHMb”.
  • the “ ⁇ direction” refers to the rotation direction when the substrate 50 is rotated about the axis passing through the center of the substrate 50 and parallel to the main surface of the substrate 50 in the X-ray rocking curve measurement.
  • the dislocation density is high and low, the mosaicity is high and low, the stacking fault density is high and low, the basal plane dislocation density is high, the point defect (vacancy etc.) density is high, and the lattice constant in-plane fluctuation is high and low. All the above-mentioned crystal quality factors such as the distribution of the impurity concentration are good.
  • the half-width FWHMb of the (0002) plane diffraction when the X-ray rocking curve measurement of the (0002) plane diffraction is performed with the width of the slit in the ⁇ direction being 0.1 mm is: For example, it is 80 arcsec or less, preferably 50 arcsec or less, and more preferably 38.5 arcsec or less.
  • the substrate 50 of the present embodiment all of the above-described crystal quality factors are good over a wide range of the main surface 50s.
  • the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm
  • the (0002) plane is
  • the full width at half maximum FWHMb of the (0002) plane diffraction is 80 arcsec or less, preferably 50 arcsec or less, more preferably 38.5 arcsec or less. Is.
  • the in-plane variation of the above-mentioned crystal quality element is small. For this reason, the diffraction pattern of the (0002) plane when the slit width on the incident side is widened and the X-ray rocking curve measurement is performed, the diffraction pattern on the (0002) plane is narrowed when the slit width on the incident side is narrowed. It tends to be narrower than the diffraction pattern of the (0002) plane.
  • the full width at half maximum FWHMa of the (0002) plane diffraction when the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm is, for example, when the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm.
  • the full width at half maximum of (0002) plane diffraction may be FWHMb or more.
  • FWHMb may be FWHMb ⁇ FWHMb when FWHMb is very small.
  • the substrate 50 of the present embodiment as described above, not only are there few dislocations over a wide range of the main surface 50s, but all of the above-described crystal quality factors are in good balance. Further, the curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 is small, and the radius of curvature of the c-plane 50c is large. In the substrate 50 of the present embodiment, even when the slit width on the incident side is widened and the X-ray rocking curve measurement is performed, the above-described crystal quality factors are well balanced over the region irradiated with X-rays.
  • the half width FWHMa of (0002) plane diffraction when the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm is calculated from the FW direction of the slit.
  • the difference FWHMa-FWHMb obtained by subtracting the full width at half maximum FWHMb of the (0002) plane diffraction when the width is 0.1 mm is, for example, 30% or less (0% or more) of FWHMa, preferably 22% or less.
  • the width of the slit in the ⁇ direction is different and the (0002) plane diffraction is performed.
  • FWHMa-FWHMb is, for example, 30% or less, preferably 22% or less of FWHMa.
  • the substrate 50 of the present embodiment even if the slit width on the incident side is widened and the X-ray rocking curve measurement is performed, the above-mentioned variation of the crystal quality element is small over the region irradiated with the X-ray. As a result, the diffraction pattern has a single peak.
  • a substrate manufactured by a conventional manufacturing method (hereinafter, also referred to as a conventional substrate) will be described.
  • the conventional manufacturing method referred to here is, for example, a conventional VAS method, a method of growing a thick film with the c-plane as a growth surface, the above-mentioned DEEP method, a THVPE (Tri-halide vapor phase epitaxy) method, an ammonothermal method, Such as the flux method.
  • the FWHMb of the conventional substrate is larger than that of the substrate 50 of this embodiment.
  • the conventional substrate may satisfy FWHMa ⁇ FWHMb.
  • the radius of curvature of the c-plane of the conventional substrate is smaller than that of the substrate 50 of this embodiment.
  • at least a part of the region irradiated with X-rays necessarily includes a portion where at least one of the crystal quality elements is not better than the substrate 50 of the present embodiment. Therefore, the difference FWHMa ⁇ FWHMb in the base substrate 10 becomes larger than that of the substrate 50 of this embodiment.
  • the slit width is widened, at least part of the region irradiated with X-rays may have different diffraction angle fluctuations. Therefore, the diffraction pattern when the slit width is wide may have a plurality of peaks.
  • the conventional board may not satisfy the above-described conditions defined for the board 50 of the present embodiment.
  • the growth inhibition layer 20 having the growth inhibition portions 20a randomly scattered over the entire main surface 10s of the underlying substrate 10 is formed. Due to the layer 20, the three-dimensional growth of the first layer 30 can be promoted, and an inclined interface 30i other than the c-plane can be generated on the surface of the single crystal forming the first layer 30. By thus forming the inclined interface 30i other than the c-plane, dislocations can be bent and propagated at a position where the inclined interface 30i is exposed in a direction substantially perpendicular to the inclined interface 30i. . This allows dislocations to be locally collected. By collecting dislocations locally, dislocations having mutually opposite Burgers vectors can be eliminated.
  • dislocations that are locally collected form a loop, so that the dislocations can be suppressed from propagating to the surface side of the second layer 40.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 can be reduced.
  • the substrate 50 having a dislocation density lower than that of the base substrate 10 can be obtained.
  • the growth inhibition layer 20 causes the c-plane 30c to disappear from the top surface 30u of the first layer 30.
  • the plurality of valleys 30v and the plurality of tops 30t can be formed on the surface of the first layer 30.
  • dislocations propagating from underlying substrate 10 can be reliably bent at the position where inclined interface 30i in first layer 30 is exposed.
  • the dislocation propagated from the underlying substrate propagates in the substantially vertical direction without being bent and reaches the surface of the second layer. Therefore, dislocations are not reduced above the portion where the c-plane remains, and a high dislocation density region is formed.
  • the growth inhibition layer 20 causes the c-plane 30c to disappear from the top surface 30u of the first layer 30, so that the surface of the first layer 30 is removed. It can be configured only by the inclined interface 30i other than the c-plane, and a plurality of valleys 30v and a plurality of tops 30t can be formed on the surface of the first layer 30. Thereby, dislocations propagating from underlying substrate 10 can be reliably bent over the entire surface of first layer 30. By surely bending the dislocations, it is possible to make it easier for some of the plurality of dislocations to disappear or to make it difficult for some of the plurality of dislocations to propagate to the surface side of the second layer 40. As a result, it becomes possible to reduce the dislocation density over the entire main surface 1s of the substrate 50 obtained from the second layer 40.
  • the first growth condition is Expression (1) can be satisfied.
  • the growth temperature in the first step S200, the V / III ratio in the first step S200, and the like as the first growth conditions are set to be substantially the same as the second growth conditions in the second step S300, for example. be able to.
  • the first growth condition is set to be substantially the same as the second growth condition, a series of manufacturing steps can be easily performed.
  • the manufacturing process can be shortened.
  • the first growth condition satisfies Expression (1) due to the growth inhibition layer 20, so that in the first step S200, m ⁇ 3 as the inclined interface 30i ⁇ 11-2m ⁇ .
  • a surface can be generated.
  • the inclination angle of the ⁇ 11-2m ⁇ plane with respect to the c-plane 30c can be made gentle.
  • the inclination angle can be 47.3 ° or less.
  • etch pits when etch pits are usually formed in a nitride semiconductor substrate using a predetermined etchant, etch pits composed of ⁇ 1-10n ⁇ planes are formed on the surface of the substrate.
  • a ⁇ 11-2m ⁇ plane with m ⁇ 3 can be generated in the surface of the first layer 30 grown under the predetermined conditions in this embodiment. Therefore, it is considered that the inclined interface 30i peculiar to the manufacturing method is formed in this embodiment, as compared with the normal etch pit.
  • the average distance L between the closest apex portions is set to more than 50 ⁇ m due to the growth inhibition layer 20, The distance at which dislocations bend and propagate can be ensured at least over 25 ⁇ m.
  • dislocations can be sufficiently collected above the center of the first layer 30 between the pair of tops 30t.
  • the dislocation density on the surface of the second layer 40 can be sufficiently reduced.
  • the growth inhibition layer 20 causes the surface to be composed of only the inclined interface 30i. While maintaining the above state, the growth of the first layer 30 is continued over a predetermined thickness. Thereby, the c-plane 30c can be surely eliminated over the entire surface of the first layer 30. For example, even if the c-plane 30c disappears on the surface of the first layer 30 in the inclined interface enlargement step S220 and the c-plane 30c remains in a part of the inclined interface enlargement layer 32, the c-plane is surely left. 30c can be eliminated.
  • the dislocations near the top portion 30t of the first layer 30 are surely bent by ensuring a sufficient time for bending the dislocations at positions where the inclined interfaces 30i other than the c-plane are exposed. Therefore, it is possible to prevent the dislocation from propagating from the base substrate 10 to the surface of the second layer 40 in a substantially vertical direction. Thereby, concentration of dislocations above the top portion 30t of the first layer 30 can be suppressed.
  • the growth inhibition layer 20 is formed in situ on the main surface 10s of the underlying substrate 10 in a predetermined vapor phase growth apparatus.
  • the first step S200 and the second step S300 are performed using the vapor phase growth apparatus as it is. That is, the growth inhibition layer forming step S190, the first step S200, and the second step S300 are continuously performed in the same vapor phase growth apparatus without exposing the underlying substrate 10 to the atmosphere.
  • an unintended high level is formed on the interface between the main surface 10s of the underlying substrate 10 and the first layer 30 exposed in the opening 20b of the growth inhibition layer 20 and the interface between the first layer 30 and the second layer 40. It is possible to suppress the formation of the oxygen concentration region.
  • the growth inhibition layer 20 is formed in-situ in the vapor phase growth apparatus, and the growth inhibition portions 20a are randomly scattered over the entire main surface 10s of the underlying substrate 10, whereby photolithography for the growth inhibition layer 20 is performed.
  • the process can be omitted. Thereby, the manufacturing process can be shortened and the manufacturing cost can be reduced.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 can be made larger than the radius of curvature of the c-plane 10c of the base substrate 10.
  • the variation in the off-angle ⁇ of the c-axis 50 ca with respect to the normal to the main surface 50 s of the substrate 50 can be made smaller than the variation in the off-angle of the c-axis 10 ca of the base substrate 10.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 can be increased, the following reasons can be considered, for example.
  • the graded interface growth region 70 is formed by three-dimensionally growing the first layer 30 using the graded interface 30i other than the c-plane as a growth surface.
  • the inclined interface growth region 70 is more likely to take in oxygen. Therefore, the oxygen concentration in the inclined interface growth region 70 becomes higher than the oxygen concentration in the first c-plane growth region 60. That is, the inclined interface growth region 70 can be considered as a high oxygen concentration region.
  • the lattice constant of the high oxygen concentration region can be made larger than the lattice constant of the regions other than the high oxygen concentration region (reference: Chris G. et al. Van de Walle, Physical Review B vol.68, 165209 (2003)).
  • the curvature of the c-plane 10c of the base substrate 10 concentrates toward the center of curvature of the c-plane. It is under stress.
  • the radius of curvature of the c-plane 50c of the substrate 50 obtained from the second layer 40 is changed to the curvature of the c-plane 10c of the underlying substrate 10 obtained by the conventional VAS method. It can be larger than the radius.
  • the first step S200 is performed after the predetermined growth inhibition layer 20 is formed in the growth inhibition layer forming step S190.
  • the first step S200 is performed after the predetermined growth inhibition layer 20 is formed in the growth inhibition layer forming step S190.
  • the supply amount of the SiH 2 Cl 2 gas is adjusted in the growth inhibition layer forming step S190, many growth inhibition portions 20a are easily formed, and the coverage ratio of the growth inhibition portions 20a to the main surface 10s of the base substrate 10 is increased. There was a case where it became high. Therefore, in the inclined interface expansion step S220, the average distance L between the closest points of the inclined interface expansion layer 32 may be shortened. If the average distance L between the closest peaks is short, the distance at which dislocations bend and propagate becomes short in the steps after the inclined interface expansion step S220, and dislocations may not be collected sufficiently.
  • the method of forming the growth inhibition layer 20 may be changed as in the following embodiment.
  • the timing of the growth inhibition layer forming step S190 is different from that in the above-described first embodiment.
  • (1) Method for manufacturing nitride semiconductor substrate (S190 and S200)
  • the first step S200 is performed while the growth inhibition layer forming step S190 is performed.
  • the first layer 30 is three-dimensionally grown while forming the growth inhibition layer 20 as shown in FIG. 3C without going through the state of FIG. 3B.
  • the base substrate 10 is heated to the growth temperature in the first step S200, and GaCl gas and NH 3 gas are supplied to the heated base substrate 10. Meanwhile, a large amount of SiH 2 Cl 2 gas is supplied. Thereby, while the SiN layer is formed as the growth inhibition layer 20, the GaN layer as the first layer 30 can be three-dimensionally grown on the main surface 10s due to the growth inhibition layer 20.
  • the supply amount of the SiH 2 Cl 2 gas is set to be larger than the supply amount when the normal n-type semiconductor layer is formed, for example.
  • the ratio of the partial pressure of the SiH 2 Cl 2 gas to the partial pressure of the GaCl gas (hereinafter, also referred to as “Si / Ga partial pressure ratio”) is, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 4 or more and 6 ⁇ 10 ⁇ 4.
  • Si / Ga partial pressure ratio is, for example, 1 ⁇ 10 ⁇ 4 or more and 6 ⁇ 10 ⁇ 4.
  • the predetermined growth inhibition layer 20 is sufficiently formed on the main surface 10s of the base substrate 10 and Due to the growth inhibition layer 20, the three-dimensional growth of the first layer 30 can be promoted.
  • the Si / Ga partial pressure ratio exceeds 6 ⁇ 10 ⁇ 4 , the coverage of the growth inhibiting portion 20a on the main surface 10s of the base substrate 10 may be excessively high. Therefore, the growth of the first layer 30 may be hindered over the entire main surface 10s of the underlying substrate 10.
  • the growth inhibition portions 20a can be scattered over the entire main surface 10s of the base substrate 10, It is possible to suppress an excessive increase in the coverage of the growth inhibiting portion 20a on the main surface 10s of the base substrate 10. Thereby, a desired opening 20b can be formed in the growth inhibition layer 20, and the first layer 30 is three-dimensionally grown on the main surface 10s of the underlying substrate 10 via the opening 20b of the growth inhibition layer 20. Can be made.
  • the growth conditions other than the Si / Ga partial pressure ratio in the present embodiment can be appropriately adjusted as long as the above-described first growth condition is satisfied.
  • a large amount of SiH 2 Cl 2 gas is supplied while supplying GaCl gas and NH 3 gas for at least a predetermined time from the start of the inclined interface expansion step S220.
  • the predetermined growth inhibition layer 20 can be formed on the main surface 10s of the base substrate 10 before the GaN layer as the first layer 30 is formed over the entire main surface 10s of the base substrate 10.
  • the supply of the SiH 2 Cl 2 gas may be stopped after a predetermined time has elapsed from the start of the inclined interface expanding step S220.
  • a large amount of SiH 2 Cl 2 gas may be supplied while supplying GaCl gas and NH 3 gas.
  • a large amount of SiH 2 Cl 2 gas may be supplied from the start of the inclined interface expanding step S220 to at least a part of the inclined interface maintaining step S240.
  • a large amount of SiH 2 Cl 2 gas may be supplied from the start of the inclined interface expanding step S220 to the end of the inclined interface maintaining step S240.
  • the Si / Ga partial pressure ratio and the SiH 2 Cl 2 gas supply time (timing) described above it is possible to easily adjust the average distance L between the closest points of the inclined interface expansion layer 32.
  • the average distance L between the closest peaks of the graded interface expansion layer 32 in this embodiment can be made longer than that in the above-described embodiments.
  • the average distance L between the closest peaks of the inclined interface expansion layer 32 can be set to, for example, more than 100 ⁇ m. This makes it possible to secure a distance at which dislocations bend and propagate at least over 50 ⁇ m in the steps after the inclined interface expansion step S220. As a result, the dislocation density on the surface of the second layer 40 can be reduced more reliably. Also in this embodiment, it is preferable that the average distance L between the closest points of the inclined interface expansion layer 32 is, for example, less than 800 ⁇ m.
  • Steps after the first step S200 are the same as those in the above embodiment.
  • the average distance L between the closest points of the inclined interface expansion layer 32 can be easily increased, and can be set to, for example, more than 100 ⁇ m. Thereby, the dislocation density on the surface of the second layer 40 can be reduced more reliably.
  • the base substrate 10 is a GaN free-standing substrate.
  • the base substrate 10 is not limited to a GaN free-standing substrate, but may be, for example, aluminum nitride (AlN), aluminum gallium nitride (AlGaN), indium nitride.
  • Group III nitride semiconductors such as (InN), indium gallium nitride (InGaN), and aluminum indium gallium nitride (AlInGaN), that is, Al x In y Ga 1-xy N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ It may be a free-standing substrate made of a group III nitride semiconductor represented by a composition formula of 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1).
  • the substrate 50 is not limited to a GaN free-standing substrate, and may be, for example, a group III nitride semiconductor such as AlN, AlGaN, InN, InGaN, or AlInGaN. That is, it is a free-standing substrate made of a group III nitride semiconductor represented by a composition formula of Al x In y Ga 1-x ⁇ y N (0 ⁇ x ⁇ 1, 0 ⁇ y ⁇ 1, 0 ⁇ x + y ⁇ 1). May be.
  • the substrate 50 is n-type has been described, but the substrate 50 may be p-type or may have a semi-insulating property.
  • the substrate 50 when manufacturing a semiconductor device as a high electron mobility transistor (HEMT) using the substrate 50, the substrate 50 preferably has a semi-insulating property.
  • HEMT high electron mobility transistor
  • the growth temperature and the V / III ratio as the first growth conditions are described in the first step S200, but if the first growth conditions satisfy the expression (1), the first growth conditions are as follows.
  • the growth conditions other than the growth temperature and the V / III ratio may be adjusted, or the growth temperature and the V / III ratio may be adjusted in combination with other growth conditions.
  • the other growth condition as the first growth condition may be substantially equal to the second growth condition, or the other growth condition as the first growth condition may be different from the second growth condition, depending on the purpose. May be.
  • the second step S300 the growth temperature and the V / III ratio as the second growth conditions are described.
  • the second growth condition satisfies the formula (2)
  • the second growth condition is as follows.
  • the growth conditions other than the growth temperature and the V / III ratio may be adjusted, or the growth temperature and the V / III ratio may be adjusted in combination with other growth conditions.
  • the growth condition in the inclined interface maintaining step S240 is described as being maintained under the above-described first growth condition as in the inclined interface expanding step S220. However, the growth condition in the inclined interface maintaining step S240 is described. If the condition (1) is satisfied, the growth condition in the slope interface maintaining step S240 may be different from the growth condition in the slope interface expanding step S220. In this case, the growth condition in the inclined interface maintaining step S240 may satisfy the formula (1) without depending on only the growth inhibition layer 20.
  • the growth conditions in the main growth step S340 are maintained under the second growth conditions described above, as in the c-plane expansion step S320, has been described. If (2) is satisfied, the growth conditions in the main growth step S340 may be different from the growth conditions in the c-plane expansion step S320.
  • the wire saw is used to describe the case of slicing the second crystal layer 6 or the main growth layer 44, but for example, the outer peripheral blade slicer, the inner peripheral blade slicer, An electric discharge machine or the like may be used.
  • the laminated structure 90 may be used as it is to manufacture a semiconductor laminate for manufacturing a semiconductor device. Specifically, after the laminated structure 90 is manufactured, a semiconductor functional layer is epitaxially grown on the laminated structure 90 in a semiconductor laminated body manufacturing step to manufacture a semiconductor laminated body. After the semiconductor laminated body is produced, the back surface side of the laminated structure 90 is polished, and the base substrate 10, the growth inhibition layer 20, the first layer 30, and the c-plane enlarged layer 42 of the laminated structure 90 are removed. Remove.
  • a semiconductor laminate including the main growth layer 44 and the semiconductor functional layer is obtained.
  • the slicing step S400 and the polishing step S500 for obtaining the substrate 50 can be omitted.
  • the substrate 50 may be used as the base substrate 10 and the processes S190 to S500 may be performed again.
  • the substrate 50 having a further reduced dislocation density can be obtained.
  • the steps S190 to S500 using the substrate 50 as the base substrate 10 may be set as one cycle, and the cycle may be repeated a plurality of times. As a result, the dislocation density of the substrate 50 can be gradually reduced according to the number of times the cycle is repeated.
  • the variation in the off angle ⁇ of the c-axis 50ca of the substrate 50 can be gradually reduced according to the number of times the cycle is repeated.
  • the growth inhibition layer forming step S190 after the second cycle is performed. It may be omitted.
  • nitride semiconductor substrate may be simply abbreviated as “substrate”.
  • the “low dislocation density region” referred to here is, as will be shown by the results described later, higher than the average dislocation density in the main surface of the crystal layer of Sample 4 in which the crystal layer was grown without performing the first step. It means a region having a low dislocation density.
  • X'Pert-PRO MRD manufactured by Spectris was used for X-ray rocking curve measurement, and "Hybrid Monochromator” manufactured by the same was used as a monochromator on the incident side.
  • the hybrid monochromator has, in order from the X-ray light source side, an X-ray mirror and two crystals of Ge (220) plane. In the measurement, first, the X-ray emitted from the X-ray light source is converted into parallel light by the X-ray mirror. As a result, the number of X-ray photons used (that is, the X-ray intensity) can be increased.
  • the parallel light from the X-ray mirror is made into monochromatic light of Cu K ⁇ 1 by the two crystals of Ge (220) plane.
  • the monochromatic light from the two crystals of the Ge (220) plane is narrowed to a predetermined width through the slit and is made incident on the substrate.
  • the full width at half maximum when the rocking curve of the (0002) plane of perfectly crystalline GaN is measured by using the hybrid monochromator is 25.7 arcsec. That is, the full width at half maximum is the theoretical measurement limit when the above-mentioned optical system measures.
  • the X-rays incident on the substrate are parallel light traveling toward the substrate in the cross section along the ⁇ direction, but in the cross section along the direction orthogonal to the ⁇ direction (the rotation axis direction of the substrate). It is not parallel light. Therefore, while the width of the X-ray in the ⁇ direction is substantially constant until the X-ray reaches the substrate from the slit, the width of the X-ray in the direction orthogonal to the ⁇ direction is widened. Therefore, in the X-ray rocking curve measurement, the full width at half maximum of the X-ray diffracted by a predetermined crystal plane depends on the width of the slit on the incident side in the ⁇ direction where the X-ray becomes parallel light.
  • the light receiving side was open.
  • the window width of the detector on the light receiving side was set to 14.025 mm.
  • the gonio radius is 420 mm, it is possible to measure the variation of the Bragg angle of ⁇ 0.95 °.
  • X-ray rocking curve measurement 1 The width of the incident side slit in the ⁇ direction was set to 0.1 mm, and the X-ray rocking curve of the (0002) plane of each of the base substrate and the substrates of Samples 1, 2 and 4 was measured. At this time, the measurement was performed at a plurality of measurement points set at 5 mm intervals in the m-axis direction and the a-axis direction orthogonal to the m-axis in the main surface of each substrate.
  • the radius of curvature of the c-plane and the off-angle which is the angle formed by the c-axis with respect to the normal to the main surface, were obtained. Further, the variation of the off angle was obtained as the maximum and minimum difference in the magnitude of the off angle within the diameter of 29.6 mm from the center of the main surface. Further, at each measurement point, the full width at half maximum FWHMb of the (0002) plane diffraction when the width of the entrance side slit in the ⁇ direction was 0.1 mm was obtained.
  • X-ray rocking curve measurement 2 The width of the entrance side slit in the ⁇ direction was set to 1 mm, and the X-ray rocking curve measurement was performed on each of the base substrate and the substrate of Sample 1. The measurement was performed at the center of the main surface of each substrate. As a result of the measurement, the full width at half maximum FWHMa of the (0002) plane diffraction when the width of the entrance side slit in the ⁇ direction was 1 mm was obtained. Further, the ratio of FWHMa-FWHMb to FWHMa was determined at the center of the main surface of each substrate.
  • the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm.
  • the X-ray footprint is about 0.337 mm, and when the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm, the X-ray footprint is about 3.37 mm.
  • Example 4 As shown in Table 1, in the substrate of Sample 4 of c-plane limited growth, the average dislocation density on the main surface was lower than that of the base substrate due to the effect of thickening the crystal layer. However, when the dislocation density of the substrate of Sample 3 was N ′, the reduction rate of the dislocation density obtained by the above N ′ / N 0 was 0.5.
  • the radius of curvature of the c-plane was slightly larger than that of the base substrate, and the variation in the off angle of the c-axis was slightly smaller than that of the base substrate.
  • FIG. 11B is a diagram showing an observation image obtained by observing a cross section of the laminated structure of Sample 2 with a fluorescence microscope.
  • the first layer grows with the c-plane as the growth surface based on the difference in the growth surface in the growth process (that is, the difference in oxygen concentration).
  • the inclined interface growth region grown with the inclined interface as the growth surface.
  • the second c-plane growth region as the second layer was formed on the first layer.
  • the average distance between the closest peaks of the first layer was less than about 50 ⁇ m.
  • the inclined interface growth region was formed discontinuously, and there were many portions where the first c-plane growth region and the second c-plane growth region were connected.
  • the average dislocation density in the main surface was lower than that of the base substrate and Sample 4, and was less than 1.2 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 .
  • the dislocation density was 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 or more.
  • Sample 2 could not sufficiently increase the radius of curvature of the c-plane of the substrate because it could not sufficiently promote the three-dimensional growth of the first layer.
  • Example 1 In the sample 1 in which the SiH 2 Cl 2 gas supply amount in the growth inhibition layer forming step was 4.4 ⁇ 10 ⁇ 10 mol / min or more and 1.4 ⁇ 10 ⁇ 8 mol / min or less, the following laminated structure was used. was gotten.
  • FIG. 11A is a diagram showing an observation image of a cross section of the laminated structure of Sample 1 observed with a fluorescence microscope.
  • FIG. 12 is a diagram in which the main surface of the substrate of Sample 1 is observed using a multiphoton excitation microscope.
  • the first layer had a first c-plane growth region and a graded interface growth region.
  • the second c-plane growth region as the second layer was formed on the first layer.
  • the inclined interface growth region was continuously formed along the main surface of the base substrate.
  • the thickness of the boundary surface of the second layer at the position where the inclined interface disappeared was about 250 ⁇ m from the main surface of the underlying substrate.
  • the average dislocation density in the main surface of the substrate of Sample 1 was significantly reduced as compared with the base substrate and the substrates of Samples 2 and 4, and was less than 6.5 ⁇ 10 5 cm ⁇ 2 . there were.
  • the substrate of Sample 1 there was no region where the dislocation density exceeded 3 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 .
  • 80% or more of the main surface had a region having a dislocation density of less than 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 (low dislocation density region).
  • the main surface of the substrate of Sample 1 contained a dislocation-free region of 50 ⁇ m square or more. Further, in the substrate of Sample 1, dislocation-free regions of 50 ⁇ m square were scattered over the entire main surface. The main surface of the substrate of Sample 1 had non-overlapping 50 ⁇ m square dislocation-free regions at a density of about 2400 pieces / cm 2 .
  • the radius of curvature of the c-plane was 22 m or more, which was larger than that of the base substrate and the substrate of Sample 4. Further, in the substrate of Sample 1, the variation in the off angle of the c-axis within the diameter of 29.6 mm was smaller than that of the base substrate and the substrate of Sample 4, and was 0.075 ° or less.
  • the full width at half maximum FWHMb of (0002) plane diffraction when the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm at all measurement points (that is, 100%) is It was 38.5 arcsec or less.
  • FWHMa-FWHMb was 30% or less of FWHMa.
  • FWHMa-FWHMb of the base substrate was 50% or more of FWHMa.
  • the first growth condition could be made to satisfy the expression (1) in the first step due to the growth inhibition layer.
  • the c-plane could be surely eliminated during the growth process of the first layer.
  • dislocations could be reliably bent at the position where the inclined interface in the first layer was exposed.
  • the dislocation density on the main surface of the substrate could be efficiently reduced.
  • the first growth condition satisfies the formula (1) due to the growth inhibition layer, and thus the average distance between the closest apexes can be set to more than 50 ⁇ m.
  • the dislocation density on the main surface of the nitride semiconductor substrate could be sufficiently reduced.
  • dislocation-free regions of 25 ⁇ m square or more could be formed by setting the average distance between the closest apexes to more than 50 ⁇ m.
  • the radius of curvature of the c-plane of the substrate can be made larger than the radius of curvature of the c-plane of the base substrate, and the variation in off-angle of the c-axis of the substrate can be compared with that of the c-axis of the base substrate. It was confirmed that the variation in the off angle could be reduced.
  • the substrate of Sample 5 is a substrate obtained from a crystal layer that was grown as a thick film with the c-plane as the growth surface.
  • the substrate of Sample 6 is a substrate manufactured by the conventional VAS method and corresponds to the base substrate.
  • a substrate of Sample 6 was manufactured by the conventional VAS method similar to that for the base substrate. In Sample 6, except that the absolute value of the off angle and the off direction were different from those of the base substrate, the radius of curvature of the c-plane and the dislocation density were the same as those of the base substrate.
  • Example 6 As shown in Table 4, in the substrate of Sample 6 manufactured by the conventional VAS method, the variation in the off angle of the c-axis within a diameter of 40 mm was about ⁇ 0.24 °. In the substrate of Sample 6, FWHMb was more than 38.5 arcsec at all measurement points. Further, in the substrate of Sample 6, (FWHMa ⁇ FWHMb) / FWHMa was more than 30% at all measurement points.
  • Example 5 As shown in Table 3, in the substrate of Sample 5 obtained from the crystal layer that was grown as a thick film with the c-plane as the growth surface, the variation in the off angle of the c-axis within a diameter of 40 mm was better than that of the substrate of Sample 5. However, it was about ⁇ 0.074 °. In addition, the FWHMb of the substrate of Sample 5 was better than the FWHMb of the substrate of Sample 5.
  • the substrate of Sample 5 having high quality as the conventional substrate had the dislocation density and the variation of the off angle improved as compared with the base substrate, but the substrate of Sample 5 had FWHMb ⁇ 38.5 arcsec and ) / FWHMa ⁇ 30%, which does not have any point satisfying the condition of full width at half maximum. It is considered that at least one of the above-mentioned crystal quality factors was not as good as that of the substrate of Sample 1 in the substrate of Sample 5.
  • FWHMb was 38.5 arcsec or less at all measurement points. Further, in the substrate of Sample 1, (FWHMa ⁇ FWHMb) / FWHMa was 30% or less at all measurement points. In the substrate of sample 1, FWHMMa ⁇ FWHMb at all measurement points.
  • the substrate of Sample 1 obtained by the above-mentioned manufacturing method not only the dislocation density can be lowered and the variation of the off angle can be reduced, but also the above-mentioned crystal quality factors that determine the half width can be reduced. It was possible to improve all of the above in good balance. Thus, it was confirmed that the substrate of Sample 1 could have FWHMb of 38.5 arcsec or less. Further, in Sample 1, even when the slit width is 1 mm, the radius of curvature of the c-plane is large over the entire region irradiated with X-rays, and the above-described crystal quality factors are well balanced. Therefore, it was confirmed that (FWHMa-FWHMb) / FWHMa could be set to 30% or less.
  • (Appendix 1) Preparing a base substrate made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, having a mirror-finished main surface, and a crystal face of a low index closest to the main surface is a (0001) plane; A growth inhibition layer forming step of forming in situ a growth inhibition layer having growth inhibition portions randomly scattered over the entire main surface of the underlying substrate in a vapor phase growth apparatus, A single crystal of a group III nitride semiconductor having a top face with an exposed (0001) plane using the vapor phase growth apparatus while the underlying substrate on which the growth inhibition layer is formed is placed in the vapor phase growth apparatus.
  • a first step of growing the layer A second step of epitaxially growing a group III nitride semiconductor single crystal on the first layer, eliminating the graded interface, and growing a second layer having a mirrored surface; A method for manufacturing a nitride semiconductor substrate having:
  • G c1 > G i / cos ⁇ (1)
  • G c2 ⁇ G i / cos ⁇ (2)
  • the growth rate of the (0001) plane of the first layer is G c1
  • the growth rate of the (0001) plane of the second layer is G c2
  • the first layer and the second layer are G i is the growth rate of the inclined interface most inclined with respect to the (0001) plane, and the inclined interface most inclined with respect to the (0001) plane in each of the first layer and the second layer.
  • the angle between the and (0001) plane is ⁇ .
  • a Ge (220) -plane two-crystal monochromator and a slit When the width of the slit in the ⁇ direction is 0.1 mm, the full width at half maximum FWHMb of the (0002) plane diffraction is 38.5 arcsec or less,
  • a difference FWHMa-FWHMb obtained by subtracting FWHMb from the full width at half maximum FWHMa of (0002) plane diffraction when the width of the slit in the ⁇ direction is 1 mm is 30% or less of FWHMa.
  • a nitride semiconductor substrate having a diameter of 2 inches or more When the dislocation density is determined from the dark spot density by observing the main surface of the nitride semiconductor substrate in a visual field of 250 ⁇ m square with a multiphoton excitation microscope, the region where the dislocation density exceeds 3 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 is the main region.
  • a nitride semiconductor substrate in which 70% or more of the main surface has a region having a dislocation density of less than 1 ⁇ 10 6 cm ⁇ 2 that does not exist on the surface.
  • Appendix 18 18. The nitride semiconductor substrate according to any one of appendices 13 to 17, wherein the main surface has 25 ⁇ m square dislocation-free regions that do not overlap each other at a density of 100 / cm 2 or more.
  • a base substrate made of a single crystal of a group III nitride semiconductor, having a mirror-finished main surface, and a crystal face with a low index closest to the main surface is a (0001) plane;
  • the upper surface of the first low oxygen concentration region has a plurality of valleys and a pluralit
  • Appendix 21 21.
  • the first low oxygen concentration region has a pair of inclined portions provided on both sides sandwiching the mountain portion, The laminated structure according to appendix 20 or 21, wherein an angle formed by the pair of inclined portions is 70 ° or less.
  • the thickness of the boundary surface along the main surface at the upper end of the high oxygen concentration region from the main surface of the underlying substrate is 1.5 mm or less,
  • the reduction rate of the dislocation density obtained by N / N 0 is 0.3 or less.
  • Base Substrate 10
  • Growth Inhibition Layer 30
  • First Layer 40
  • Second Layer 50

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Abstract

ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる下地基板を準備する工程と、下地基板の主面全体に亘って成長阻害層を気相成長装置内でその場形成する成長阻害層形成工程と、成長阻害層が形成された下地基板を気相成長装置内に配置したまま、該気相成長装置を用い、（０００１）面が露出した頂面を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を下地基板の主面上に成長阻害層の開口部を介してエピタキシャル成長させ、成長阻害層を起因として、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を頂面に生じさせ、下地基板の主面の上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、（０００１）面を頂面から消失させ、表面が傾斜界面のみで構成される第１層を成長させる第１工程と、第１層上にＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させ、傾斜界面を消失させ、鏡面化された表面を有する第２層を成長させる第２工程と、を有する。

Description

窒化物半導体基板の製造方法、窒化物半導体基板および積層構造体
　本発明は、窒化物半導体基板の製造方法、窒化物半導体基板および積層構造体に関する。
　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる基板を下地基板（種基板）として用い、当該下地基板のうち最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる結晶層をさらに成長させる手法が知られている。この手法によれば、所定の厚さで成長させた結晶層をスライスすることで、少なくとも１つの窒化物半導体基板を得ることができる（例えば特許文献１）。
特開２０１３－６０３４９号公報
　本発明の目的は、窒化物半導体基板の結晶品質を向上させることにある。
　本発明の一態様によれば、
　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板を準備する工程と、
　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層を気相成長装置内でその場形成する成長阻害層形成工程と、
　前記成長阻害層が形成された前記下地基板を前記気相成長装置内に配置したまま、該気相成長装置を用い、（０００１）面が露出した頂面を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を前記下地基板の前記主面上に前記成長阻害層の開口部を介してエピタキシャル成長させ、前記成長阻害層を起因として、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を前記頂面に生じさせ、前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、（０００１）面を前記頂面から消失させ、表面が前記傾斜界面のみで構成される第１層を成長させる第１工程と、
　前記第１層上にＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させ、前記傾斜界面を消失させ、鏡面化された表面を有する第２層を成長させる第２工程と、
　を有する
窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
　本発明の他の態様によれば、
　２インチ以上の直径を有し、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
　Ｇｅ（２２０）面の２結晶モノクロメータおよびスリットを介して前記主面に対してＣｕのＫα１のＸ線を照射し、（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行った場合に、
　前記スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは３８．５ａｒｃｓｅｃ以下であり、
　前記スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａからＦＷＨＭｂを引いた差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、ＦＷＨＭａの３０％以下であり、
　ＦＷＨＭａ≧ＦＷＨＭｂである
窒化物半導体基板が提供される。
　本発明の更に他の態様によれば、
　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板と、
　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層と、
　前記下地基板の前記主面および前記成長阻害部の上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第１低酸素濃度領域と、
　前記第１低酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域と、
　前記高酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第２低酸素濃度領域と、
　を備え、
　前記高酸素濃度領域の酸素濃度は、前記第１低酸素濃度領域および前記第２低酸素濃度領域のそれぞれの酸素濃度よりも高く、
　前記主面に垂直な任意の断面を見たときに、
　前記第１低酸素濃度領域の上面は、複数の谷部および複数の山部を有し、
　前記複数の谷部のうちの１つを挟んで前記複数の山部のうちで最も接近する一対の山部同士が前記主面に沿った方向に離間した平均距離は、５０μｍ超である
積層構造体が提供される。
　本発明によれば、窒化物半導体基板の結晶品質を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。 （ａ）～（ｇ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。 （ａ）～（ｄ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。 本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略斜視図である。 （ａ）～（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。 （ａ）～（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。 （ａ）は、傾斜界面およびｃ面のそれぞれが拡大も縮小もしない基準成長条件下での成長過程を示す概略断面図であり、（ｂ）は、傾斜界面が拡大しｃ面が縮小する第１成長条件下での成長過程を示す概略断面図である。 傾斜界面が縮小しｃ面が拡大する第２成長条件下での成長過程を示す概略断面図である。 （ａ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板を示す概略上面図であり、（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板のｍ軸に沿った概略断面図であり、（ｃ）は、本発明の第１実施形態に係る窒化物半導体基板のａ軸に沿った概略断面図である。 （ａ）は、湾曲したｃ面に対するＸ線の回折を示す概略断面図であり、（ｂ）および（ｃ）は、ｃ面の曲率半径に対する、（０００２）面の回折角度の揺らぎを示す図である。 （ａ）は、サンプル１の積層構造体の断面を蛍光顕微鏡により観察した観察像を示す図であり、（ｂ）は、サンプル２の積層構造体の断面を蛍光顕微鏡により観察した観察像を示す図である。 多光子励起顕微鏡を用い、サンプル１の窒化物半導体基板の主面を観察した図である。
＜発明者等の得た知見＞
　まず、発明者等の得た知見について説明する。
（ｉ）転位密度について
　従来では、上述のように、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる下地基板上に、さらに結晶層をエピタキシャル成長させる場合において、例えば、下地基板上の結晶層を、ｃ面以外の傾斜界面を露出させずに、ｃ面のみを成長面として成長させていた。この場合、結晶層の表面における転位密度は、当該結晶層の厚さに対して反比例する傾向があった。
　しかしながら、ｃ面のみを成長面として結晶層を成長させる場合では、結晶層を非常に厚く成長させなければ、結晶層の表面における転位密度を充分に低減させることはできなかった。このため、主面における所望の転位密度を有する窒化物半導体基板を得るための生産性が低下していた。
　したがって、低転位密度を有する窒化物半導体基板を効率よく得ることができる技術が望まれていた。
（ｉｉ）オフ角ばらつきについて
　窒化物半導体基板において、（０００１）面が主面に対して凹の球面状に湾曲することがある。（０００１）面が主面に対して湾曲すると、主面の法線に対して＜０００１＞軸のなす角度であるオフ角が、主面内でばらつくこととなる。
　窒化物半導体基板のオフ角は、例えば、該基板上に成長させる半導体機能層の表面モフォロジに影響する。例えば、基板の（０００１）面の曲率半径が小さく、基板のオフ角のばらつきが大きい場合では、基板上の一部分において、オフ角起因で、半導体機能層の表面モフォロジが悪化する場合がある。このため、該基板を用いてショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）としての半導体装置を作製した場合に、半導体機能層の表面モフォロジが悪化した部分から切り出した半導体装置において、耐圧や信頼性が低下してしまう可能性がある。
　また、窒化物半導体基板のオフ角は、例えば、該基板上にインジウム（Ｉｎ）をドープして発光層を形成した場合に、発光層中のＩｎ含有量に影響する。例えば、基板の（０００１）面の曲率半径が小さく、基板のオフ角のばらつきが大きい場合では、基板のオフ角のばらつきに依存して、発光層中のＩｎ含有量にばらつきが生じる。このため、該発光層を有する発光素子において、発光波長のばらつきや発光ムラが生じてしまう可能性がある。
　したがって、表面モフォロジの悪化や発光ムラなどの実用上の課題が生じないよう、窒化物半導体基板におけるオフ角のばらつきを小さくすることができる技術が望まれていた。
　本発明は、発明者等が見出した上記（ｉ）および（ｉｉ）の知見に基づくものである。
＜本発明の第１実施形態＞
　以下、本発明の第１実施形態について図面を参照しながら説明する。
（１）窒化物半導体基板の製造方法
　図１～図６を用い、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法について説明する。図１は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法を示すフローチャートである。図２（ａ）～（ｇ）、図３（ａ）～（ｄ）、図５（ａ）～図６（ｂ）は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。図４は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法の一部を示す概略斜視図である。なお、図４は、図３（ｃ）の時点での斜視図に相当し、下地基板１０上に成長する第１層３０の一部を示している。
また、図５（ｂ）において、細実線は、成長途中の結晶面を示し、図３（ｄ）、図５（ａ）～図６（ｂ）において、点線は、転位を示している。
　図１に示すように、本実施形態に係る窒化物半導体基板の製造方法は、例えば、下地基板準備工程Ｓ１００と、成長阻害層形成工程Ｓ１９０と、第１工程Ｓ２００と、第２工程Ｓ３００と、スライス工程Ｓ４００と、研磨工程Ｓ５００と、を有している。
（Ｓ１００：下地基板準備工程）
　まず、下地基板準備工程Ｓ１００において、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる下地基板１０を準備する。本実施形態では、下地基板１０として、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）自立基板を準備する。
　なお、以下では、ウルツ鉱構造を有するＩＩＩ族窒化物半導体の結晶において、＜０００１＞軸（例えば［０００１］軸）を「ｃ軸」といい、（０００１）面を「ｃ面」という。なお、（０００１）面を「＋ｃ面（ＩＩＩ族元素極性面）」といい、（０００－１）面を「－ｃ面（窒素（Ｎ）極性面）」ということがある。また、＜１－１００＞軸（例えば［１－１００］軸）を「ｍ軸」といい、｛１－１００｝面を「ｍ面」という。なお、ｍ軸は＜１０－１０＞軸と表記してもよい。また、＜１１－２０＞軸（例えば［１１－２０］軸）を「ａ軸」といい、｛１１－２０｝面を「ａ面」という。
　本実施形態の下地基板準備工程Ｓ１００では、例えば、ＶＡＳ（Ｖｏｉｄ－Ａｓｓｉｓｔｅｄ　Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法により下地基板１０を作製する。
　具体的には、下地基板準備工程Ｓ１００は、例えば、結晶成長用基板準備工程Ｓ１１０と、第１結晶層形成工程Ｓ１２０と、金属層形成工程Ｓ１３０と、ボイド形成工程Ｓ１４０と、第２結晶層形成工程Ｓ１５０と、剥離工程Ｓ１６０と、スライス工程Ｓ１７０と、研磨工程Ｓ１８０と、を有している。
（Ｓ１１０：結晶成長用基板準備工程）
　まず、図２（ａ）に示すように、結晶成長用基板１（以下、「基板１」と略すことがある）を準備する。基板１は、例えば、サファイア基板である。なお、基板１は、例えば、Ｓｉ基板またはガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板であってもよい。基板１は、例えば、成長面となる主面１ｓを有している。主面１ｓに対して最も近い低指数の結晶面は、例えば、ｃ面１ｃである。
　本実施形態では、基板１のｃ面１ｃが、主面１ｓに対して傾斜している。基板１のｃ軸１ｃａは、主面１ｓの法線に対して所定のオフ角θ０で傾斜している。基板１の主面１ｓ内でのオフ角θ０は、主面１ｓ全体に亘って均一である。基板１の主面１ｓ内でのオフ角θ０は、後述する下地基板１０の主面１０ｓの中心におけるオフ角θ３に影響する。
（Ｓ１２０：第１結晶層形成工程）
　次に、図２（ｂ）に示すように、例えば、有機金属気相成長（ＭＯＶＰＥ）法により、所定の成長温度に加熱された基板１に対して、ＩＩＩ族原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガス、窒素原料ガスとしてのアンモニアガス（ＮＨ３）およびｎ型ドーパントガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ４）ガスを供給することで、基板１の主面１ｓ上に、第１結晶層（下地成長層）２として、低温成長ＧａＮバッファ層およびＳｉドープＧａＮ層をこの順で成長させる。このとき、低温成長ＧａＮバッファ層の厚さおよびＳｉドープＧａＮ層の厚さを、それぞれ、例えば、２０ｎｍ、０．５μｍとする。
（Ｓ１３０：金属層形成工程）
　次に、図２（ｃ）に示すように、第１結晶層２上に金属層３を蒸着させる。金属層３としては、例えば、チタン（Ｔｉ）層とする。また、金属層３の厚さを例えば２０ｎｍとする。
（Ｓ１４０：ボイド形成工程）
　次に、上述の基板１を電気炉内に投入し、所定のヒータを有するサセプタ上に基板１を載置する。基板１をサセプタ上に載置したら、ヒータにより基板１を加熱し、水素ガスまたは水素化物ガスを含む雰囲気中で熱処理を行う。具体的には、例えば、２０％のＮＨ３ガスを含有する水素（Ｈ２）ガス気流中において、所定の温度で２０分間熱処理を行う。
なお、熱処理温度を、例えば、８５０℃以上１，１００℃以下とする。このような熱処理を行うことで、金属層３を窒化し、表面に高密度の微細な穴を有する金属窒化層５を形成する。また、上述の熱処理を行うことで、金属窒化層５の穴を介して第１結晶層２の一部をエッチングし、該第１結晶層２中に高密度のボイドを形成する。
　これにより、図２（ｄ）に示すように、ボイド含有第１結晶層４を形成する。
（Ｓ１５０：第２結晶層形成工程）
　次に、例えば、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法により、所定の成長温度に加熱された基板１に対して、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガス、ＮＨ３ガスおよびｎ型ドーパントガスとしてのジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給することで、ボイド含有第１結晶層４および金属窒化層５上に第２結晶層（本格成長層）６としてＳｉドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。なお、ｎ型ドーパントガスとして、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの代わりに、テトラクロロゲルマン（ＧｅＣｌ４）ガスなどを供給することで、第２結晶層６としてＧｅドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させてもよい。
　このとき、第２結晶層６は、ボイド含有第１結晶層４から金属窒化層５の穴を介してボイド含有第１結晶層４および金属窒化層５上に成長する。ボイド含有第１結晶層４中のボイドの一部は、第２結晶層６によって埋め込まれるが、ボイド含有第１結晶層４中のボイドの他部は、残存する。第２結晶層６と金属窒化層５との間には、当該ボイド含有第１結晶層４中に残存したボイドを起因として、平らな空隙が形成される。この空隙が後述の剥離工程Ｓ１６０での第２結晶層６の剥離を生じさせることとなる。
　また、このとき、第２結晶層６は、基板１の配向性が引き継がれて成長される。すなわち、第２結晶層６の主面内でのオフ角θ１は、基板１の主面１ｓ内でのオフ角θ０と同様に、主面全体に亘って均一となる。
　また、このとき、第２結晶層６の厚さを、例えば、６００μｍ以上、好ましくは１ｍｍ以上とする。なお、第２結晶層の厚さの上限値は特に限定されるものではないが、生産性向上の観点から、第２結晶層６の厚さを５０ｍｍ以下とすることが好ましい。
（Ｓ１６０：剥離工程）
　第２結晶層６の成長が終了した後、第２結晶層６を成長させるために用いたＨＶＰＥ装置を冷却する過程において、第２結晶層６は、ボイド含有第１結晶層４および金属窒化層５を境に基板１から自然に剥離する。
　このとき、第２結晶層６には、その成長過程で生じる初期核同士が引き合うことによって、引張応力が導入されている。このため、第２結晶層６中に生じた引張応力に起因して、第２結晶層６には、その表面側が凹むように内部応力が働く。また、第２結晶層６の主面（表面）側の転位密度が低く、一方で、第２結晶層６の裏面側の転位密度が高くなっている。このため、第２結晶層６の厚さ方向の転位密度差に起因しても、第２結晶層６には、その表面側が凹むように内部応力が働く。
　その結果、図２（ｆ）に示すように、第２結晶層６は、基板１から剥離された後に、その表面側が凹となるように反ってしまう。このため、第２結晶層６のｃ面６ｃは、第２結晶層６の主面６ｓの中心の法線方向に垂直な面に対して凹の球面状に湾曲する。第２結晶層６の主面６ｓの中心の法線に対してｃ軸６ｃａがなすオフ角θ２は、所定の分布を有する。
（Ｓ１７０：スライス工程）
　次に、図２（ｆ）に示すように、例えば、第２結晶層６の主面６ｓの中心の法線方向に対して略垂直な切断面ＳＳに沿って、ワイヤーソーにより、第２結晶層６をスライスする。
　これにより、図２（ｇ）に示すように、アズスライス基板としての下地基板１０を形成する。このとき、下地基板１０の厚さを、例えば、４５０μｍとする。なお、下地基板１０のオフ角θ３は、スライス方向依存性により、第２結晶層６のオフ角θ２から変化する可能性がある。
（Ｓ１８０：研磨工程）
　次に、研磨装置により下地基板１０の両面を研磨する。これにより、下地基板１０の主面１０ｓは、鏡面化される。
　以上の下地基板準備工程Ｓ１００により、ＧａＮの単結晶からなる下地基板１０が得られる。
　下地基板１０の直径は、例えば、２インチ以上である。また、下地基板１０の厚さは、例えば、３００μｍ以上１ｍｍ以下である。
　下地基板１０の主面１０ｓは、例えば、エピタキシャル成長面となる主面（下地表面）１０ｓを有している。本実施形態において、主面１０ｓに対して最も近い低指数の結晶面は、例えば、ｃ面（＋ｃ面）１０ｃである。
　下地基板１０におけるｃ面１０ｃは、主面１０ｓに対して凹の球面状に湾曲している。ここでいう「球面状」とは、球面近似される曲面状のことを意味している。また、ここでいう「球面近似」とは、真円球面または楕円球面に対して所定の誤差の範囲内で近似されることを意味している。
　本実施形態では、下地基板１０のｃ面１０ｆは、例えば、ｍ軸に沿った断面およびａ軸に沿った断面のそれぞれにおいて球面近似される曲面状となっている。下地基板１０でのｃ面１０ｃの曲率半径は、例えば、１ｍ以上１０ｍ未満である。
　下地基板１０におけるｃ面１０ｃが湾曲していることで、下地基板１０の主面１０ｓの中心の法線に対してｃ軸１０ｃａのなすオフ角θ３は、所定の分布を有している。
　本実施形態では、下地基板１０の主面１０ｓの中心におけるオフ角θ３の大きさを、例えば、０°超１°以下とする。
　なお、下地基板１０の主面１０ｓの中心におけるオフ角θ３の大きさおよび方向は、例えば、上述のＶＡＳ法で用いる結晶成長用基板１のオフ角θ０の大きさおよび方向と、スライス工程Ｓ１７０でのスライス角度およびスライス方向とによって調整することが可能である。
　また、本実施形態では、下地基板１０の主面１０ｓの二乗平均粗さＲＭＳを、例えば、１ｎｍ未満とする。
　また、本実施形態では、下地基板１０が上述のＶＡＳ法により作製されるため、下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度が低くなっている。具体的には、下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度は、例えば、３×１０６ｃｍ－２以上１×１０７ｃｍ－２未満である。
（Ｓ１９０：成長阻害層形成工程（アンチサーファクタント工程、成長阻害工程））
　下地基板１０を準備したら、後述の第１層３０および第２層４０を成長させる所定の気相成長装置（例えばＨＶＰＥ装置）内に、下地基板１０を搬入する。下地基板１０を搬入したら、後述の第１工程Ｓ２００の前に、図３（ｂ）に示すように、下地基板１０の主面１０ｓ上に、成長阻害部２０ａと開口部２０ｂとを有する成長阻害層２０を該気相成長装置内でその場形成する。成長阻害層２０では、成長阻害部２０ａを下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘ってランダムに散在させる。一方で、成長阻害部２０ａの間に開口部２０ｂを形成し、開口部２０ｂにおいて下地基板１０の主面１０ｓを露出させる。これにより、後述の第１工程Ｓ２００において、成長阻害層２０を起因として（成長阻害層２０をきっかけとして）、第１層３０の３次元成長を促し、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐを、第１層３０の頂面３０ｕに生じさせることができる。
　なお、ここでいう「成長阻害層２０」とは、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長を阻害（抑制）する層であり、且つ、ＩＩＩ族窒化物半導体が結晶成長する条件下で安定的に存在しうる（残存する）層のことを意味する。なお、「ＩＩＩ族窒化物半導体が結晶成長する条件」とは、例えば、１０００℃以上の成長温度で、Ｈ２ガス、塩化水素（ＨＣｌ）ガスおよびＮＨ３ガスを含む雰囲気中のことを意味する。また、「成長阻害層２０」は、「アンチサーファクタント層」または「マスク層」と言い換えることができる。また、ここでいう「成長阻害部２０ａをランダムに散在させる」とは、下地基板１０の主面１０ｓが露出した開口部２０ｂが形成されるように、成長阻害部２０ａを、ランダム、不規則、無秩序、不連続または離散的に分散させて形成することを意味する。具体的には、成長阻害部２０ａを、例えば、斑状、島状、または網目状に形成することを意味する。
　成長阻害層２０としては、例えば、金属窒化層を形成する。具体的には、成長阻害層２０として、例えば、窒化シリコン（ＳｉＮ）層を形成する。ＳｉＮ層は、ＩＩＩ族窒化物半導体の結晶成長条件下であっても安定的に成長阻害層２０として機能させることができる。
　本実施形態では、例えば、気相成長装置内で、下地基板１０を後述の第１工程Ｓ２００での成長温度まで加熱し、当該加熱された下地基板１０に対してＳｉＨ２Ｃｌ２ガスおよびＮＨ３ガスを供給することで、成長阻害層２０としてＳｉＮ層を形成する。なお、当該工程では、Ｇａ原料を供給しない。
　また、本実施形態では、例えば、後述の第１工程Ｓ２００において第１層３０を３次元成長させ、第１層３０の頂面３０ｕからｃ面３０ｃを消失させるように、成長阻害層２０を形成する。また、本実施形態では、例えば、後述の第１工程Ｓ２００において第１層３０の最近接頂部間平均距離Ｌが５０μｍ超となるように、成長阻害層２０を形成する。
　具体的には、このとき、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を、例えば、４．４×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ以上１．４×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ以下とする。このような極少量のＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを供給する方法としては、例えば、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスが１ｐｐｍ以上３０ｐｐｍ以下となるようにＨ２ガスで希釈されたボンベから、１０ｓｃｃｍ程度供給する。これにより、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を上記範囲内とすることができる。
　ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量が４．４×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ未満であると、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に低くなってしまう可能性がある。このため、第１層３０の３次元成長を充分に促すことができない可能性がある。これに対し、本実施形態では、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を４．４×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ以上とすることで、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率を所定値以上に確保することができる。これにより、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の３次元成長を促すことができる。一方で、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量が１．４×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ超であると、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に高くなる可能性がある。このため、後述の第１工程Ｓ２００において、第１層３０の成長が下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って阻害されてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を１．４×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ以下とすることにより、下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って、成長阻害部２０ａを散在させることができ、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、成長阻害層２０において、ランダムに開口部２０ｂを形成し、該開口部２０ｂに下地基板１０の主面１０ｓを露出させることができる。その結果、後述の第１工程Ｓ２００において、下地基板１０の主面１０ｓ上に、成長阻害層２０の開口部２０ｂを介して、第１層３０を３次元成長させることができる。
　また、このとき、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスおよびＮＨ３ガスを供給する時間を、例えば、３０ｓｅｃ以上６０ｓｅｃ以下とする。該供給時間が３０ｓｅｃ未満であると、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に低くなってしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、該供給時間を３０ｓｅｃ以上とすることで、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率を所定値以上に確保することができる。一方で、該供給時間が６０ｓｅｃ超であると、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に高くなる可能性がある。これに対し、本実施形態では、該供給時間を６０ｓｅｃ以下とすることで、下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って、成長阻害層２０を散在させることができ、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率の過剰な上昇を抑制することができる。
（Ｓ２００：第１工程（第１層成長工程、３次元成長工程））
　成長阻害層２０を形成したら、成長阻害層２０が形成された下地基板１０を気相成長装置内に配置したまま、該気相成長装置を用い、下地基板１０の主面１０ｓ上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させる。
　このとき、図３（ｃ）、図３（ｄ）、および図４に示すように、ｃ面３０ｃが露出した頂面３０ｕを有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を、下地基板１０の主面１０ｓ上に成長阻害層２０の開口部２０ｂを介してエピタキシャル成長させる。これにより、第１層（３次元成長層）３０を成長させる。
　また、このとき、成長阻害層２０を起因として、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉで囲まれて構成される複数の凹部３０ｐを単結晶の頂面３０ｕに生じさせ、下地基板１０の主面１０ｓの上方に行くにしたがって、該傾斜界面３０ｉを徐々に拡大させ、ｃ面３０ｃを徐々に縮小させる。これにより、ｃ面３０ｃを頂面３０ｕから消失させる。その結果、表面が傾斜界面３０ｉのみで構成される第１層３０を成長させる。
　すなわち、第１工程Ｓ２００では、下地基板１０の主面１０ｓをあえて荒らすように、第１層３０を３次元成長させる。なお、第１層３０は、このような成長形態を形成したとしても、上述のように、単結晶で成長させる。この点において、第１層３０は、サファイアなどの異種基板上にＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させる前に該異種基板上にアモルファスまたは多結晶として形成されるいわゆる低温成長バッファ層とは異なるものである。
　本実施形態では、第１層３０として、例えば、下地基板１０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体と同じＩＩＩ族窒化物半導体からなる層をエピタキシャル成長させる。具体的には、例えば、上述の気相成長装置を用いたＨＶＰＥ法により、下地基板１０を加熱し、当該加熱された下地基板１０に対してＧａＣｌガスおよびＮＨ３ガスを供給することで、第１層３０としてＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。
　ここで、第１工程Ｓ２００において、第１層３０を成長させる成長条件を「第１成長条件」としたとき、上述の成長過程を発現させるために、例えば、成長阻害層２０を起因として、第１成長条件が後述の式（１）を満たすようにする。
　まず、図７（ａ）を用い、傾斜界面３０ｉおよびｃ面３０ｃのそれぞれが拡大も縮小もしない基準成長条件について説明する。図７（ａ）は、傾斜界面およびｃ面のそれぞれが拡大も縮小もしない基準成長条件下での成長過程を示す概略断面図である。
　図７（ａ）において、太い実線は、単位時間ごとの第１層３０の表面を示している。図７（ａ）で示されている傾斜界面３０ｉは、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面とする。また、図７（ａ）において、第１層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートをＧｃ０とし、第１層３０のうちの傾斜界面３０ｉの成長レートをＧｉとし、第１層３０においてｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度をαとする。また、図７（ａ）において、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度αを維持したまま、第１層３０が成長するものとする。なお、第１層３０のｃ面３０ｃのオフ角が、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度αに比べて無視できるものとする。
　図７（ａ）に示すように、傾斜界面３０ｉおよびｃ面３０ｃのそれぞれが拡大も縮小もしないとき、傾斜界面３０ｉとｃ面３０ｃとの交点の軌跡は、ｃ面３０ｃに対して垂直となる。このことから、傾斜界面３０ｉおよびｃ面３０ｃのそれぞれが拡大も縮小もしない基準成長条件は、以下の式（ａ）を満たす。
　Ｇｃ０＝Ｇｉ／ｃｏｓα　・・・（ａ）
　次に、図７（ｂ）を用い、傾斜界面３０ｉが拡大しｃ面３０ｃが縮小する第１成長条件について説明する。図７（ｂ）は、傾斜界面が拡大しｃ面が縮小する第１成長条件下での成長過程を示す概略断面図である。
　図７（ｂ）においても、図７（ａ）と同様に、太い実線は、単位時間ごとの第１層３０の表面を示している。また、図７（ｂ）で示されている傾斜界面３０ｉも、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面とする。また、図７（ｂ）において、第１層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートをＧｃ１とし、第１層３０のうちの傾斜界面３０ｉとｃ面３０ｃとの交点の軌跡の進行レートをＲ１とする。また、傾斜界面３０ｉとｃ面３０ｃとの交点の軌跡と、ｃ面３０ｃとのなす角度のうち、狭いほうの角度をαＲ１とする。Ｒ１方向とＧｉ方向とのなす角度をα’としたとき、α’＝α＋９０－αＲ１である。なお、第１層３０のｃ面３０ｃのオフ角が、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度αに比べて無視できるものとする。
　図７（ｂ）に示すように、傾斜界面３０ｉとｃ面３０ｃとの交点の軌跡の進行レートＲ１は、以下の式（ｂ）で表される。
　Ｒ１＝Ｇｉ／ｃｏｓα’　・・・（ｂ）
　また、第１層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートＧｃ１は、以下の式（ｃ）で表される。
　Ｇｃ１＝Ｒ１ｓｉｎαＲ１　・・・（ｃ）
　式（ｃ）に式（ｂ）を代入することで、Ｇｃ１は、Ｇｉを用いて、以下の式（ｄ）で表される。
　Ｇｃ１＝ＧｉｓｉｎαＲ１／ｃｏｓ（α＋９０－αＲ１）　・・・（ｄ）
　傾斜界面３０ｉが拡大しｃ面３０ｃが縮小するためには、αＲ１＜９０°となることが好ましい。したがって、傾斜界面３０ｉが拡大しｃ面３０ｃが縮小する第１成長条件は、式（ｄ）とαＲ１＜９０°とにより、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ１＞Ｇｉ／ｃｏｓα　・・・（１）
　ただし、上述のように、Ｇｉは、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉの成長レートであり、αは、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉと、ｃ面３０ｃとのなす角度である。
　または、第１成長条件下でのＧｃ１が、基準成長条件下でのＧｃ０よりも大きいことが好ましいと考えることもできる。このことからも、Ｇｃ１＞Ｇｃ０に式（ａ）を代入することにより、式（１）が導出されうる。
　なお、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉを拡大させる成長条件が最も厳しい条件となることから、第１成長条件が式（１）を満たせば、他の傾斜界面３０ｉも拡大させることが可能となる。
　具体的には、例えば、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉが｛１０－１１｝面であるとき、α＝６１．９５°である。したがって、第１成長条件は、例えば、以下の式（１’）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ１＞２．１３Ｇｉ　・・・（１’）
　または、後述するように、例えば、傾斜界面３０ｉがｍ≧３の｛１１－２ｍ｝面である場合には、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉが｛１１－２３｝面であるため、α＝４７．３°である。したがって、第１成長条件は、例えば、以下の式（１”）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ１＞１．４７Ｇｉ　・・・（１”）
　本実施形態では、上述のように、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の自発的な３次元成長を促すことができる。これにより、第１成長条件の範囲を広くしても、該第１成長条件が式（１）を満たすことができる。具体的には、第１成長条件としての、第１工程Ｓ２００での成長温度、および第１工程Ｓ２００でのＩＩＩ族原料ガスとしてのＧａＣｌガスの分圧に対する窒素原料ガスとしてのＮＨ３ガスの流量の分圧の比率（以下、「Ｖ／ＩＩＩ比」ともいう）などのうち少なくともいずれかを、例えば、後述の第２工程Ｓ３００における第２成長条件と略同等とすることができる。
　第１成長条件を第２成長条件と略同等とする場合、第１成長条件として、第１工程Ｓ２００での成長温度を、例えば、９９０℃以上１，１２０℃以下、好ましくは１，０２０℃以上１，１００℃以下とする。
　また、この場合、第１成長条件として、第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比を、例えば、１以上１０以下、好ましくは、１以上５以下とする。
　ただし、第１層３０の３次元成長を促す成長阻害層２０による効果が不充分であったり、第１層３０の３次元成長をさらに促進させたりする場合には、成長阻害層２０だけに依存せずに第１成長条件が式（１）を満たすように、第１成長条件としての、第１工程Ｓ２００での成長温度および第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比などを、後述の第２工程Ｓ３００における第２成長条件と異ならせてもよい。
　この場合、第１成長条件として、第１工程Ｓ２００での成長温度を、例えば、後述の第２工程Ｓ３００での成長温度よりも低くしてもよい。具体的には、第１工程Ｓ２００での成長温度を、例えば、９８０℃以上１，０２０℃以下、好ましくは１，０００℃以上１，０２０℃以下としてもよい。
　また、この場合、第１成長条件として、第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比を、例えば、後述の第２工程Ｓ３００でのＶ／ＩＩＩ比よりも大きくしてもよい。具体的には、第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比を、例えば、２以上２０以下、好ましくは、２以上１５以下としてもよい。
　なお、本実施形態の第１成長条件のうちの他の条件は、例えば、以下のとおりである。
　成長圧力：９０～１０５ｋＰａ、好ましくは、９０～９５ｋＰａ
　ＧａＣｌガスの分圧：１．５～１５ｋＰａ
　Ｎ２ガスの流量／Ｈ２ガスの流量：０～１
　ここで、本実施形態の第１工程Ｓ２００は、例えば、第１層３０の成長中の形態に基づいて、２つの工程に分類される。具体的には、本実施形態の第１工程Ｓ２００は、例えば、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０と、傾斜界面維持工程Ｓ２４０と、を有している。これらの工程により、第１層３０は、例えば、傾斜界面拡大層３２と、傾斜界面維持層３４と、を有することとなる。
（Ｓ２２０：傾斜界面拡大工程）
　まず、図３（ｃ）および図４に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第１層３０の傾斜界面拡大層３２を、下地基板１０の主面１０ｓ上に、成長阻害層２０の開口部２０ｂを介してエピタキシャル成長させる。
　傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階では、成長阻害層２０の開口部２０ｂに露出した下地基板１０の主面１０ｓ上に、下地基板１０の主面１０ｓの法線方向（ｃ軸に沿った方向）に、ｃ面３０ｃを成長面として傾斜界面拡大層３２が成長する。一方で、成長阻害部２０ａ上では、結晶成長が抑制される。
　傾斜界面拡大層３２を徐々に成長させることで、図３（ｃ）および図４に示すように、傾斜界面拡大層３２は成長阻害部２０ａを覆うように成長する。このとき、成長阻害層２０を起因として、傾斜界面拡大層３２のうちｃ面３０ｃを露出させた頂面３０ｕに、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐを生じさせる。ｃ面以外の傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐは、当該頂面３０ｕにランダムに形成される。これにより、ｃ面３０ｃとｃ面以外の傾斜界面３０ｉとが表面に混在する傾斜界面拡大層３２が形成される。なお、凹部３０ｐの平面視での位置は、成長阻害部２０ａと重なっていてもよいし、成長阻害部２０ａと重なっていなくてもよい。
　なお、ここでいう「傾斜界面３０ｉ」とは、ｃ面３０ｃに対して傾斜した成長界面のことを意味し、ｃ面以外の低指数のファセット、ｃ面以外の高指数のファセット、または面指数で表すことができない傾斜面を含んでいる。なお、ｃ面以外のファセットは、例えば、｛１１－２ｍ｝、｛１－１０ｎ｝などである。ただし、ｍおよびｎは０以外の整数である。
　本実施形態では、成長阻害層２０を起因として第１成長条件が式（１）を満たすことで、傾斜界面３０ｉとして、例えば、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせることができる。これにより、ｃ面３０ｃに対する｛１１－２ｍ｝面の傾斜角度を緩やかにすることができる。具体的には、該傾斜角度を４７．３°以下とすることができる。
　傾斜界面拡大層３２をさらに成長させることで、図３（ｃ）および（ｄ）に示すように、成長阻害層２０を起因として、下地基板１０の上方に行くにしたがって、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを徐々に拡大させ、ｃ面３０ｃを徐々に縮小させる。なお、このとき、下地基板１０の上方に行くにしたがって、該下地基板１０の主面１０ｓに対する、傾斜界面３０ｉがなす傾斜角度が徐々に小さくなっていく。これにより、最終的に、傾斜界面３０ｉのほとんどが、上述したｍ≧３の｛１１－２ｍ｝面となる。
　さらに傾斜界面拡大層３２を成長させていくと、傾斜界面拡大層３２のｃ面３０ｃは頂面３０ｕから消失し、傾斜界面拡大層３２の表面は傾斜界面３０ｉのみで構成される。
　このように、傾斜界面拡大層３２の頂面３０ｕにｃ面以外の傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐを生じさせ、ｃ面３０ｃを消失させることで、図３（ｄ）に示すように、該傾斜界面拡大層３２の表面に、複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔを形成する。複数の谷部３０ｖのそれぞれは、傾斜界面拡大層３２の表面のうち下に凸の変曲点であって、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉのそれぞれが発生した位置の上方に形成される。一方で、複数の頂部３０ｔのそれぞれは、傾斜界面拡大層３２の表面のうち上に凸の変曲点であって、互いに相反する方向を向いて拡大した一対の傾斜界面３０ｉを挟んでｃ面３０ｃが（最後に）消失して終端した位置またはその上方に形成される。谷部３０ｖおよび頂部３０ｔは、下地基板１０の主面１０ｓに沿った方向に交互に形成される。
　以上のような傾斜界面拡大層３２の成長過程により、転位は、以下のように屈曲して伝播する。具体的には、図３（ｄ）に示すように、下地基板１０内においてｃ軸に沿った方向に延在していた複数の転位は、下地基板１０から傾斜界面拡大層３２のｃ軸に沿った方向に向けて伝播する。傾斜界面拡大層３２のうちｃ面３０ｃを成長面として成長した領域では、傾斜界面拡大層３２のｃ軸に沿った方向に向けて転位が伝播する。しかしながら、傾斜界面拡大層３２において、転位が露出した成長界面がｃ面３０ｃから傾斜界面３０ｉに変化すると、当該転位は、該傾斜界面３０ｉに対して略垂直な方向に向けて屈曲して伝播する。すなわち、転位は、ｃ軸に対して傾斜した方向に屈曲して伝播する。これにより、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０以降の工程において、一対の頂部３０ｔ間での略中央の上方において、局所的に転位が集められることとなる。その結果、後述の第２層４０の表面における転位密度を低減させることができる。
　なお、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率は小さいが、下地基板１０内においてｃ軸に沿った方向に延在していた複数の転位のうちの一部は、成長阻害部２０ａによって遮断され、傾斜界面拡大層３２への伝播が抑制される。これによっても、後述の第２層４０の表面における転位密度を低減させることができる。
　このとき、本実施形態では、下地基板１０の主面１０ｓに垂直な任意の断面を見たときに、複数の谷部３０ｖのうちの１つを挟んで複数の頂部３０ｔのうちで最も接近する一対の頂部３０ｔ同士が、下地基板１０の主面１０ｓに沿った方向に離間した平均距離（「最近接頂部間平均距離」ともいう）Ｌを、例えば、５０μｍ超、好ましくは７０μｍ超、より好ましくは１００μｍ超とする。なお、このとき、成長阻害層２０を起因として最近接頂部間平均距離Ｌを５０μｍ超、好ましくは７０μｍ超、より好ましくは１００μｍ超とする。傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の初期段階から下地基板１０の主面１０ｓ上に微細な六角錐状の結晶核を生じさせる場合などのように、最近接頂部間平均距離Ｌが５０μｍ以下であると、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０以降の工程において、転位が屈曲して伝播する距離が短くなる。このため、傾斜界面拡大層３２のうち一対の頂部３０ｔ間の略中央の上方で充分に転位が集められない。その結果、後述の第２層４０の表面における転位密度が充分に低減されない可能性がある。これに対し、本実施形態では、最近接頂部間平均距離Ｌを５０μｍ超とすることで、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０以降の工程において、転位が屈曲して伝播する距離を、少なくとも２５μｍ超、確保することができる。これにより、傾斜界面拡大層３２のうち一対の頂部３０ｔ間の略中央の上方に、充分に転位を集めることができる。その結果、後述の第２層４０の表面における転位密度を充分に低減させることができる。さらに最近接頂部間平均距離Ｌを好ましくは７０μｍ超、より好ましくは１００μｍ超とすることで、後述の第２層４０の表面における転位密度をより確実に低減させることができる。
　一方で、本実施形態では、成長阻害層２０を起因として、最近接頂部間平均距離Ｌを８００μｍ未満とする。最近接頂部間平均距離Ｌが８００μｍ以上であると、傾斜界面拡大層３２の谷部３０ｖから頂部３０ｔまでの高さが過剰に高くなる。このため、後述の第２工程Ｓ３００において、第２層４０が鏡面化するまでの厚さが厚くなる。これに対し、本実施形態では、最近接頂部間平均距離Ｌを８００μｍ未満とすることで、傾斜界面拡大層３２の谷部３０ｖから頂部３０ｔまでの高さを低くすることができる。これにより、後述の第２工程Ｓ３００において、第２層４０を早く鏡面化させることができる。
　また、このとき、傾斜界面拡大層３２には、成長過程での成長面の違いに基づいて、ｃ面３０ｃを成長面として成長した第１ｃ面成長領域６０と、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを成長面として成長した傾斜界面成長領域７０（図中灰色部）とが形成される。
　また、このとき、第１ｃ面成長領域６０では、傾斜界面３０ｉが発生した位置に谷部６０ａを形成し、ｃ面３０ｃが消失した位置に山部６０ｂを形成する。また、第１ｃ面成長領域６０では、山部６０ｂを挟んだ両側に、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとの交点の軌跡として、一対の傾斜部６０ｉを形成する。
　また、このとき、第１成長条件が式（１）を満たすことで、隣接する２つの谷部６０ａのそれぞれの中心を通る断面を見たときの一対の傾斜部６０ｉのなす角度βを、例えば、７０°以下とする。
　これらの領域については、詳細を後述する。
（Ｓ２４０：傾斜界面維持工程）
　成長阻害層２０を起因として傾斜界面拡大層３２の表面からｃ面３０ｃを消失させた後に、図５（ａ）に示すように、さらに成長阻害層２０を起因として、表面において傾斜界面３０ｉがｃ面３０ｃよりも多く占める状態、好ましくは表面が傾斜界面３０ｉのみで構成された状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って第１層３０の成長を継続させる。これにより、傾斜界面拡大層３２上に、傾斜界面３０ｉがｃ面３０ｃよりも多く占める表面、好ましくはｃ面を有さず傾斜界面３０ｉのみを表面に有する傾斜界面維持層３４を形成する。傾斜界面維持層３４を形成することで、第１層３０の表面全体に亘って確実にｃ面３０ｃを消失させることができる。なお、傾斜界面維持層３４の成長過程での一部にｃ面３０ｃが生じた部分が形成されていてもよい。
　ここで、第１工程Ｓ２００において、上述のように転位の伝播方向を確実に曲げて転位密度を低減させるためには、第１層３０の任意の位置で成長界面の履歴を見たときに、少なくとも一度はｃ面３０ｃが消失していることが重要となる。このため、第１工程Ｓ２００の早い段階（例えば上述の傾斜界面拡大工程Ｓ２２０）で、少なくとも一度はｃ面３０ｃが消失することが望ましい。
　しかしながら、傾斜界面維持工程Ｓ２４０では、ｃ面３０ｃを少なくとも一度消失させた後であれば、傾斜界面維持層３４の表面の一部においてｃ面３０ｃが再度出現してもよい。ただし、下地基板１０の主面１０ｓに沿った沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合が８０％以上となるように、傾斜界面維持層３４の表面において、主に傾斜界面３０ｉを露出させることが好ましい。なお、沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合は、高ければ高いほどよく、１００％であることが好ましい。
　このとき、傾斜界面維持工程Ｓ２４０においても、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０と同様に、成長阻害層２０を起因として、第１成長条件が式（１）を満たすように維持する。これにより、傾斜界面３０ｉのみを成長面として傾斜界面維持層３４を成長させることができる。
　また、このとき、傾斜界面３０ｉを成長面として傾斜界面維持層３４を成長させることで、上述のように、傾斜界面拡大層３２において傾斜界面３０ｉが露出した位置で、ｃ軸に対して傾斜した方向に向けて屈曲して伝播した転位は、傾斜界面維持層３４においても同じ方向に伝播し続ける。
　また、このとき、傾斜界面維持層３４は、傾斜界面３０ｉを成長面として成長することで、傾斜界面維持層３４の全体が、傾斜界面成長領域７０の一部となる。
　以上の第１工程Ｓ２００により、傾斜界面拡大層３２および傾斜界面維持層３４を有する第１層３０が形成される。
　本実施形態の第１工程Ｓ２００では、成長阻害層２０を起因として第１層３０を３次元成長させることにより、下地基板１０の主面１０ｓから第１層３０の頂部３０ｔまでの高さ（第１層３０の厚さ方向の最大高さ）は、例えば、１００μｍ超１．５ｍｍ未満となる。
　なお、上述のように、第１成長条件としての、第１工程Ｓ２００での成長温度および第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比などを、後述の第２工程Ｓ３００における第２成長条件と略同等した場合には、結晶成長モードが自発的に第１工程Ｓ２００から第２工程Ｓ３００へと移行することとなる。
（Ｓ３００：第２工程（第２層成長工程、平坦化工程））
　ｃ面３０ｃを消失させた第１層３０を成長させたら、図５（ｂ）および図６（ａ）に示すように、第１層３０上に、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をさらにエピタキシャル成長させる。
　このとき、第１層３０の上方に行くにしたがって、傾斜界面４０ｉを徐々に縮小させ、ｃ面４０ｃを徐々に拡大させる。これにより、第１層３０の表面に形成されていた傾斜界面３０ｉを消失させる。その結果、鏡面化された表面を有する第２層（平坦化層）４０を成長させる。なお、ここでいう「鏡面」とは、表面における隣り合う凹凸の高低差の最大値が可視光の波長以下である面のことをいう。
　本実施形態では、第２層４０として、例えば、第１層３０を構成するＩＩＩ族窒化物半導体と同じＩＩＩ族窒化物半導体を主成分とする層をエピタキシャル成長させる。なお、第２工程Ｓ３００では、所定の成長温度に加熱された下地基板１０に対して、ＧａＣｌガス、ＮＨ３ガスおよびｎ型ドーパントガスとしてのジクロロシラン（ＳｉＨ２Ｃｌ２）ガスを供給することで、第２層４０として、シリコン（Ｓｉ）ドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。なお、ｎ型ドーパントガスとして、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの代わりに、ＧｅＣｌ４ガスなどを供給してもよい。
　ここで、第２工程Ｓ３００において、第２層４０を成長させる成長条件を「第２成長条件」としたとき、上述の成長過程を発現させるために、例えば、第２成長条件が後述の式（２）を満たすようにする。
　図８を用い、傾斜界面４０ｉが縮小しｃ面４０ｃが拡大する第２成長条件について説明する。図８は、傾斜界面が縮小しｃ面が拡大する第２成長条件下での成長過程を示す概略断面図である。図８は、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉが露出した第１層３０上に、第２層４０が成長する過程を示している。
　図８においても、図７（ａ）と同様に、太い実線は、単位時間ごとの第２層４０の表面を示している。また、図８において、第２層４０のうちのｃ面４０ｃの成長レートをＧｃ２とし、第２層４０のうちの傾斜界面４０ｉの成長レートをＧｉとし、第２層４０のうちの傾斜界面４０ｉとｃ面４０ｃとの交点の軌跡の進行レートをＲ２とする。また、傾斜界面４０ｉとｃ面４０ｃとの交点の軌跡と、ｃ面３０ｃとのなす角度のうち、狭いほうの角度をαＲ２とする。Ｒ２方向とＧｉ方向とのなす角度をα”としたとき、α”＝α－（９０－αＲ２）である。また、図８において、第１層３０におけるｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度αを維持したまま、第２層４０が成長するものとする。なお、第２層４０のｃ面４０ｃのオフ角が、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度αに比べて無視できるものとする。
　図８に示すように、傾斜界面４０ｉとｃ面４０ｃとの交点の軌跡の進行レートＲ２は、以下の式（ｅ）で表される。
　Ｒ２＝Ｇｉ／ｃｏｓα”　・・・（ｅ）
　また、第２層４０のうちのｃ面４０ｃの成長レートＧｃ２は、以下の式（ｆ）で表される。
　Ｇｃ２＝Ｒ２ｓｉｎαＲ２　・・・（ｆ）
　式（ｆ）に式（ｅ）を代入することで、Ｇｃ２は、Ｇｉを用いて、以下の式（ｇ）で表される。
　Ｇｃ２＝ＧｉｓｉｎαＲ２／ｃｏｓ（α＋αＲ２－９０）　・・・（ｇ）
　傾斜界面４０ｉが縮小しｃ面４０ｃが拡大するためには、αＲ２＜９０°となることが好ましい。したがって、傾斜界面４０ｉが縮小しｃ面４０ｃが拡大する第２成長条件は、式（ｇ）とαＲ２＜９０°とにより、以下の式（２）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ２＜Ｇｉ／ｃｏｓα　・・・（２）
　ただし、上述のように、Ｇｉは、ｃ面４０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面４０ｉの成長レートであり、αは、ｃ面４０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面４０ｉと、ｃ面４０ｃとのなす角度である。
　または、基準成長条件下での第２層４０のうちのｃ面３０ｃの成長レートをＧｃ０としたとき、第２成長条件下でのＧｃ２が、基準成長条件下でのＧｃ０よりも小さいことが好ましいと考えることもできる。このことからも、Ｇｃ２＜Ｇｃ０に式（ａ）を代入することにより、式（２）が導出されうる。
　なお、ｃ面４０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面４０ｉを縮小させる成長条件が最も厳しい条件となることから、第２成長条件が式（２）を満たせば、他の傾斜界面４０ｉも縮小させることが可能となる。
　具体的には、ｃ面４０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面４０ｉが｛１０－１１｝面であるとき、第２成長条件は、以下の式（２’）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ２＜２．１３Ｇｉ　・・・（２’）
　または、例えば、傾斜界面３０ｉがｍ≧３の｛１１－２ｍ｝面である場合には、ｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉが｛１１－２３｝面であるため、第２成長条件は、例えば、以下の式（２”）を満たすことが好ましい。
　Ｇｃ２＜１．４７Ｇｉ　・・・（２”）
　本実施形態の第２工程Ｓ３００では、すでに成長阻害層２０の影響が及ばないようになっている。このため、第２成長条件が成長阻害層２０の影響を考慮せずに式（２）を満たすように、第２成長条件としての、第２工程Ｓ３００での成長温度および第２工程Ｓ３００でのＶ／ＩＩＩ比などを調整する。
　具体的には、第２成長条件として、第２工程Ｓ３００での成長温度を、例えば、９９０℃以上１，１２０℃以下、好ましくは１，０２０℃以上１，１００℃以下とする。
　また、第２成長条件として、第２工程Ｓ３００でのＶ／ＩＩＩ比を、例えば、１以上１０以下、好ましくは、１以上５以下とする。
　なお、本実施形態の第２成長条件のうちの他の条件は、例えば、以下のとおりである。
　成長圧力：９０～１０５ｋＰａ、好ましくは、９０～９５ｋＰａ
　ＧａＣｌガスの分圧：１．５～１５ｋＰａ
　Ｎ２ガスの流量／Ｈ２ガスの流量：１～２０
　ここで、本実施形態の第２工程Ｓ３００は、例えば、第２層４０の成長中の形態に基づいて、２つの工程に分類される。具体的には、本実施形態の第２工程Ｓ３００は、例えば、ｃ面拡大工程Ｓ３２０と、本成長工程Ｓ３４０と、を有している。これらの工程により、第２層４０は、例えば、ｃ面拡大層４２と、本成長層４４と、を有することとなる。
（Ｓ３２０：ｃ面拡大工程）
　図５（ｂ）に示すように、第１層３０上に、上述の第２成長条件で、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第２層４０のｃ面拡大層４２をエピタキシャル成長させる。
　このとき、上述のようにすでに成長阻害層２０の影響が及ばなくなっているため、第２成長条件のみに依存した成長により、第１層３０の上方に行くにしたがって、ｃ面４０ｃを拡大させつつ、ｃ面以外の傾斜界面４０ｉを縮小させる。
　具体的には、第２成長条件下での成長により、ｃ面拡大層４２は、傾斜界面維持層３４の傾斜界面３０ｉから、傾斜界面４０ｉを成長面としてｃ軸に垂直な方向に沿った方向（すなわち沿面方向または横方向）に成長する。ｃ面拡大層４２を横方向成長させていくと、傾斜界面維持層３４の頂部３０ｔの上方で、ｃ面拡大層４２のｃ面４０ｃが再度露出し始める。これにより、ｃ面４０ｃとｃ面以外の傾斜界面４０ｉとが表面に混在するｃ面拡大層４２が形成される。
　さらにｃ面拡大層４２を横方向成長させていくと、ｃ面４０ｃが徐々に拡大し、ｃ面拡大層４２の傾斜界面４０ｉが徐々に縮小する。これにより、第１層３０の表面において複数の傾斜界面３０ｉにより構成された凹部３０ｐが徐々に埋め込まれる。
　その後、さらにｃ面拡大層４２を成長させると、ｃ面拡大層４２の傾斜界面４０ｉが完全に消失し、第１層３０の表面において複数の傾斜界面３０ｉにより構成された凹部３０ｐが完全に埋め込まれる。これにより、ｃ面拡大層４２の表面が、ｃ面４０ｃのみにより構成される鏡面（平坦面）となる。
　このとき、第１層３０およびｃ面拡大層４２の成長過程で、転位を局所的に集めることで、転位密度を低減させることができる。具体的には、第１層３０においてｃ軸に対して傾斜した方向に向けて屈曲して伝播した転位は、ｃ面拡大層４２においても同じ方向に伝播し続ける。これにより、ｃ面拡大層４２のうち、一対の頂部３０ｔ間での略中央の上方において、隣接する傾斜界面４０ｉの会合部で、局所的に転位が集められる。ｃ面拡大層４２において隣接する傾斜界面４０ｉの会合部に集められた複数の転位のうち、互いに相反するバーガースベクトルを有する転位同士は、会合時に消失する。また、隣接する傾斜界面４０ｉの会合部に集められた複数の転位の一部は、ループを形成し、ｃ軸に沿った方向（すなわち、ｃ面拡大層４２の表面側）に伝播することが抑制される。なお、ｃ面拡大層４２において隣接する傾斜界面４０ｉの会合部に集められた複数の転位のうちの他部は、その伝播方向をｃ軸に対して傾斜した方向からｃ軸に沿った方向に再度変化させ、第２層４０の表面側まで伝播する。このように複数の転位の一部を消失させたり、複数の転位の一部をｃ面拡大層４２の表面側に伝播することを抑制したりすることで、第２層４０の表面における転位密度を低減することができる。また、転位を局所的に集めることで、第２層４０のうち、転位がｃ軸に対して傾斜した方向に向けて伝播した部分の上方に、低転位密度領域を形成することができる。
　また、このとき、ｃ面拡大層４２では、ｃ面４０ｃが徐々に拡大することで、ｃ面４０ｃを成長面として成長した後述の第２ｃ面成長領域８０が、厚さ方向の上方に行くにしたがって徐々に拡大しながら形成される。
　一方で、ｃ面拡大層４２では、傾斜界面４０ｉが徐々に縮小することで、傾斜界面成長領域７０が厚さ方向の上方に行くにしたがって徐々に縮小し、厚さ方向の所定位置で終端する。このようなｃ面拡大層４２の成長過程により、断面視で、ｃ面４０ｃが再度発生した位置に、傾斜界面成長領域７０の谷部７０ａが形成される。また、傾斜界面４０ｉにより構成された凹部が徐々に埋め込まれる過程で、断面視で、傾斜界面４０ｉが消失した位置に、傾斜界面成長領域７０の山部７０ｂが形成される。
　ｃ面拡大工程Ｓ３２０では、ｃ面拡大層４２の表面がｃ面４０ｃのみにより構成される鏡面となるため、ｃ面拡大層４２の厚さ方向の高さ（厚さ方向の最大高さ）は、例えば、傾斜界面維持層３４の谷部３０ｖから頂部３０ｔまでの高さ以上となる。
（Ｓ３４０：本成長工程（ｃ面成長工程））
　ｃ面拡大層４２において傾斜界面４０ｉが消失し、表面が鏡面化されたら、図６（ａ）に示すように、ｃ面拡大層４２上に、ｃ面４０ｃを成長面として所定の厚さに亘って本成長層４４を形成する。これにより、傾斜界面４０ｉを有さずｃ面４０ｃのみを表面に有する本成長層４４を形成する。
　このとき、本成長工程Ｓ３４０での成長条件を、ｃ面拡大工程Ｓ３２０と同様に、上述の第２成長条件で維持する。これにより、ｃ面４０ｃを成長面として本成長層４４をステップフロー成長させることができる。
　また、このとき、本成長層４４のｃ面４０ｃの曲率半径を、下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくすることができる。これにより、本成長層４４のうち表面の法線に対するｃ軸のオフ角のばらつきを、下地基板１０のうち主面１０ｓの法線に対するｃ軸１０ｃａのオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。
　また、このとき、傾斜界面４０ｉを露出させることなく、ｃ面４０ｃのみを成長面として、本成長層４４を成長させることで、本成長層４４の全体が、後述の第２ｃ面成長領域８０となる。
　本成長工程Ｓ３４０では、本成長層４４の厚さを、例えば、３００μｍ以上１０ｍｍ以下とする。本成長層４４の厚さを３００μｍ以上とすることで、後述のスライス工程Ｓ４００において、本成長層４４から少なくとも１枚以上の基板５０をスライスすることができる。一方で、本成長層４４の厚さを１０ｍｍとすることで、最終的な厚さを６５０μｍとし、７００μｍ厚の基板５０を本成長層４４からスライスする場合に、カーフロス２００μｍ程度を考慮しても、少なくとも１０枚の基板５０を得ることができる。
　以上の第２工程Ｓ３００により、ｃ面拡大層４２および本成長層４４を有する第２層４０が形成される。その結果、本実施形態の積層構造体９０が形成される。
　なお、以上の成長阻害層形成工程Ｓ１９０、第１工程Ｓ２００および第２工程Ｓ３００を、下地基板１０を大気暴露することなく、同一の気相成長装置内で連続的に行う。これにより、成長阻害層２０の開口部２０ｂに露出した下地基板１０の主面１０ｓと第１層３０との界面、および第１層３０と第２層４０との間の界面に、意図しない高酸素濃度領域（傾斜界面成長領域７０よりも過剰に高い酸素濃度を有する領域）が形成されることを抑制することができる。
　第２工程Ｓ３００が完了したら、積層構造体９０を気相成長装置から搬出する。
（Ｓ４００：スライス工程）
　次に、図６（ｂ）に示すように、例えば、本成長層４４の表面と略平行な切断面に沿ってワイヤーソーにより本成長層４４をスライスする。これにより、アズスライス基板としての窒化物半導体基板５０（基板５０ともいう）を少なくとも１つ形成する。このとき、基板５０の厚さを、例えば、３００μｍ以上７００μｍ以下とする。
　このとき、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を、下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくすることができる。なお、このとき、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を、スライス前の本成長層４４のｃ面４０ｃの曲率半径よりも大きくすることができる。これにより、基板５０の主面５０ｓの法線に対するｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきを、下地基板１０のｃ軸１０ｃａオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。
（Ｓ５００：研磨工程）
　次に、研磨装置により基板５０の両面を研磨する。なお、このとき、最終的な基板５０の厚さを、例えば、２５０μｍ以上６５０μｍ以下とする。
　以上の工程Ｓ１００～Ｓ５００により、本実施形態に係る基板５０が製造される。
（半導体積層物の作製工程および半導体装置の作製工程）
　基板５０が製造されたら、例えば、基板５０上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する。半導体積層物を作製したら、半導体積層物を用いて電極等を形成し、半導体積層物をダイシングし、所定の大きさのチップを切り出す。これにより、半導体装置を作製する。
（２）積層構造体
　次に、図６（ａ）を用い、本実施形態に係る積層構造体９０について説明する。
　本実施形態の積層構造体９０は、例えば、下地基板１０と、成長阻害層２０と、第１層３０と、第２層４０と、を有している。
　成長阻害層２０は、例えば、下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って散在した成長阻害部２０ａを有している。
　第１層３０は、例えば、下地基板１０の主面１０ｓ上に成長阻害層２０の開口部２０ｂを介して成長している。
　第１層３０は、例えば、成長阻害層２０を起因として、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶の頂面３０ｕに、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐを生じさせ、ｃ面３０ｃを消失させることで形成される複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔを有している。下地基板１０の主面に垂直な任意の断面を見たときに、最近接頂部間平均距離は、例えば、５０μｍ超、好ましくは７０μｍ超である。
　また、第１層３０は、例えば、成長過程での成長面の違いに基づいて、第１ｃ面成長領域（第１低酸素濃度領域）６０と、傾斜界面成長領域（高酸素濃度領域）７０と、を有している。
　第１ｃ面成長領域６０は、ｃ面３０ｃを成長面として成長した領域である。第１ｃ面成長領域６０は、例えば、断面視で、複数の谷部６０ａおよび複数の山部６０ｂを有する。なお、ここでいう谷部６０ａおよび山部６０ｂのそれぞれは、積層構造体９０の断面を蛍光顕微鏡等で観察したときに発光強度差に基づいて観察される形状の一部分を意味し、第１層３０の成長途中で生じる最表面の形状の一部分を意味するものではない。複数の谷部６０ａのそれぞれは、断面視で、第１ｃ面成長領域６０のうち下に凸の変曲点であって、傾斜界面３０ｉが発生した位置に形成される。複数の谷部６０ａのうち少なくとも１つは、下地基板１０の主面１０ｓから上方に離れた位置に設けられている。一方で、複数の山部６０ｂのそれぞれは、断面視で、第１ｃ面成長領域６０のうち上に凸の変曲点であって、互いに相反する方向を向いて拡大した一対の傾斜界面３０ｉを挟んでｃ面３０ｃが（最後に）消失して終端した位置に形成される。谷部６０ａおよび山部６０ｂは、下地基板１０の主面１０ｓに沿った方向に交互に形成される。
　下地基板１０の主面１０ｓに垂直な任意の断面を見たときに、複数の谷部６０ａのうちの１つを挟んで複数の山部６０ｂのうちで最も接近する一対の山部６０ｂ同士が、下地基板１０の主面１０ｓに沿った方向に離間した平均距離は、上述の第１層３０の最近接頂部間平均距離Ｌに相当し、例えば、５０μｍ超、好ましくは７０μｍ超、より好ましくは１００μｍ超である。
　第１ｃ面成長領域６０は、複数の山部６０ｂのうちの１つを挟んだ両側に、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとの交点の軌跡として設けられる一対の傾斜部６０ｉを有している。なお、ここでいう傾斜部６０ｉは、積層構造体９０の断面を蛍光顕微鏡等で観察したときに発光強度差に基づいて観察される形状の一部分を意味し、第１層３０の成長途中で生じる最表面の傾斜界面３０ｉを意味するものではない。
　隣接する２つの谷部６０ａのそれぞれの中心を通る断面を見たときの一対の傾斜部６０ｉのなす角度βは、例えば、７０°以下、好ましくは、２０°以上６５°以下である。一対の傾斜部６０ｉのなす角度βが７０°以下であることは、第１成長条件において、第１層３０のうちのｃ面３０ｃに対して最も傾斜した傾斜界面３０ｉの成長レートＧｉに対する、第１層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートＧｃ１の比率Ｇｃ１／Ｇｉが高かったことを意味する。これにより、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを容易に生じさせることができる。その結果、傾斜界面３０ｉが露出した位置で、転位を容易に屈曲させることが可能となる。また、一対の傾斜部６０ｉのなす角度βを７０°以下とすることで、下地基板１０の主面１０ｓの上方に、複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔを容易に生じさせることができる。さらに、一対の傾斜部６０ｉのなす角度βを６５°以下とすることで、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉをさらに容易に生じさせることができ、下地基板１０の主面１０ｓの上方に、複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔをさらに容易に生じさせることができる。なお、一対の傾斜部６０ｉのなす角度βを２０°以上とすることで、第１層３０の谷部３０ｖから頂部３０ｔまでの高さが高くなることを抑制し、第２層４０が鏡面化するまでの厚さが厚くなることを抑制することができる。
　一方で、傾斜界面成長領域７０は、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを成長面として成長した領域である。傾斜界面成長領域７０の下面は、例えば、第１ｃ面成長領域６０の形状に倣って形成される。
　傾斜界面成長領域７０は、下地基板１０の主面に沿って連続して設けられている。すなわち、第１層３０を下地基板１０の主面１０ｓに沿って切った沿面断面を複数見たときに、第１ｃ面成長領域６０を含まない断面が、第１層３０の厚さ方向の少なくとも一部に存在していることが望ましい。
　傾斜界面成長領域７０では、第１ｃ面成長領域６０と比較して、酸素を取り込みやすい。このため、傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度は、第１ｃ面成長領域６０中の酸素濃度よりも高くなる。なお、傾斜界面成長領域７０中に取り込まれる酸素は、例えば、ＨＶＰＥ装置内に意図せずに混入する酸素、またはＨＶＰＥ装置を構成する部材（石英部材等）から放出される酸素等である。
　なお、第１ｃ面成長領域６０中の酸素濃度は、例えば、５×１０１６ｃｍ－３以下、好ましくは３×１０１６ｃｍ－３以下である。一方で、傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度は、例えば、９×１０１７ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下である。
　第２層４０は、例えば、成長過程での成長面の違いに基づいて、傾斜界面成長領域（高酸素濃度領域）７０と、第２ｃ面成長領域（第２低酸素濃度領域）８０と、を有している。
　第２層４０における傾斜界面成長領域７０の上面は、例えば、断面視で、複数の谷部７０ａおよび複数の山部７０ｂを有している。なお、ここでいう谷部７０ａおよび山部７０ｂのそれぞれは、積層構造体９０の断面を蛍光顕微鏡等で観察したときに発光強度差に基づいて観察される形状の一部分を意味し、第２層４０の成長途中で生じる最表面の形状の一部分を意味するものではない。傾斜界面成長領域７０の複数の谷部７０ａは、上述のように、断面視で、ｃ面４０ｃが再度発生した位置に形成されている。また、傾斜界面成長領域７０の複数の谷部７０ａは、それぞれ、断面視で、第１ｃ面成長領域６０の複数の山部６０ｂの上方に形成されている。一方で、傾斜界面成長領域７０の複数の山部７０ｂは、上述のように、断面視で、傾斜界面４０ｉが消失して終端した位置に形成されている。また、傾斜界面成長領域７０の複数の山部７０ｂは、それぞれ、断面視で、第１ｃ面成長領域６０の複数の谷部６０ａの上方に形成されている。
　また、第２層４０のうち傾斜界面成長領域７０の上端で下地基板１０の主面１０ｓに略平行な面が、第２層４０で傾斜界面４０ｉが消失して終端した位置の境界面４０ｂとなる。
　第２ｃ面成長領域８０は、ｃ面４０ｃを成長面として成長した領域である。第２ｃ面成長領域８０では、傾斜界面成長領域７０と比較して、酸素の取り込みが抑制される。このため、第２ｃ面成長領域８０中の酸素濃度は、傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度よりも低くなる。第２ｃ面成長領域８０中の酸素濃度は、例えば、第１ｃ面成長領域６０中の酸素濃度と同等である。
　本実施形態では、第１層３０の成長過程で、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉが露出した位置で、該傾斜界面３０ｉに対して略垂直な方向に向けて、転位が屈曲して伝播することで、第２層４０では、複数の転位の一部が消失したり、複数の転位の一部がｃ面拡大層４２の表面側に伝播することが抑制されたりしている。これにより、第２層４０の表面における転位密度は、下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度よりも低減されている。
　また、本実施形態では、第２層４０の表面における転位密度は、厚さ方向に急激に低減される。
　ここで、下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度をＮ０とし、第２層４０のうち傾斜界面４０ｉが消失した位置の境界面４０ｂにおける転位密度をＮとする。なお、境界面４０ｂにおける平均転位密度をＮとする。一方で、下地基板１０の主面１０ｓ上にｃ面のみを成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体の結晶層を、本実施形態の下地基板１０の主面から境界面４０ｂまでの厚さと等しい厚さでエピタキシャル成長させた場合（以下、「ｃ面限定成長の場合」ともいう）の、結晶層の表面における転位密度をＮ’とする。
　ｃ面限定成長の場合では、結晶層の表面における転位密度は、当該結晶層の厚さに対して反比例する傾向があった。具体的には、ｃ面限定成長の場合では、結晶層の厚さが１．５ｍｍのときに、Ｎ’／Ｎ０で求められる転位密度の減少率は、およそ０．６であった。
　これに対し、本実施形態では、Ｎ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率が、例えば、ｃ面限定成長の場合におけるＮ’／Ｎ０で求められる転位密度の低減率よりも小さい。
　具体的には、本実施形態では、第２層４０のうち傾斜界面４０ｉが消失した位置の境界面４０ｂの、下地基板１０の主面１０ｓからの厚さは、例えば、１．５ｍｍ以下、好ましくは１．２ｍｍ以下である。また、本実施形態では、上述のＮ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率は、例えば、０．３以下、好ましくは０．２３以下、より好ましくは０．１５以下である。
　なお、本実施形態において、下地基板１０の主面１０ｓから境界面４０ｂまでの厚さの下限値は、薄ければ薄いほどよいため、限定されるものではない。しかしながら、第１工程Ｓ２００および第２工程Ｓ３００において、傾斜界面３０ｉを生じさせてから傾斜界面４０ｉを消失させるまでの過程を考慮すると、下地基板１０の主面１０ｓから境界面４０ｂまでの厚さは、例えば、２００μｍ超である。
　また、本実施形態において、転位密度の低減率の下限値は、小さければ小さいほどよいため、限定されるものではない。しかしながら、下地基板１０の主面１０ｓから境界面４０ｂまでの厚さが１．５ｍｍ以下であることを考慮すると、転位密度の低減率は、例えば、０．０１以上である。
　その他、本実施形態では、第２層４０の表面全体は＋ｃ面に配向して構成されており、第１層３０および第２層４０は、それぞれ、極性反転区（インバージョンドメイン）を含んでいない。この点において、本実施形態の積層構造体９０は、いわゆるＤＥＥＰ（Ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ　Ｅｌｉｍｉｎａｔｉｏｎ　ｂｙ　ｔｈｅ　Ｅｐｉｔａｘｉａｌ－ｇｒｏｗｔｈ　ｗｉｔｈ　ｉｎｖｅｒｓｅ－ｐｙｒａｍｉｄａｌ　Ｐｉｔｓ）法により形成された積層構造体とは異なり、すなわち、ピットの中心に位置するコアに極性反転区を含む積層構造体とは異なっている。
（３）窒化物半導体基板（窒化物半導体自立基板、窒化物結晶基板）
　次に、図９を参照し、本実施形態に係る窒化物半導体基板５０について説明する。図９（ａ）は、本実施形態に係る窒化物半導体基板を示す概略上面図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る窒化物半導体基板のｍ軸に沿った概略断面図であり、（ｃ）は、本実施形態に係る窒化物半導体基板のａ軸に沿った概略断面図である。
　本実施形態において、上述の製造方法によって第２層４０をスライスすることで得られる基板５０は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる自立基板である。本実施形態では、基板５０は、例えば、ＧａＮ自立基板である。
　基板５０の直径は、例えば、２インチ以上である。また、基板５０の厚さは、例えば、３００μｍ以上１ｍｍ以下である。
　基板５０の導電性は特に限定されるものではないが、基板５０を用いて縦型のショットキーバリアダイオード（ＳＢＤ）としての半導体装置を製造する場合には、基板５０は例えばｎ型であり、基板５０中のｎ型不純物は例えばＳｉまたはゲルマニウム（Ｇｅ）であり、基板５０中のｎ型不純物濃度は例えば１．０×１０１８ｃｍ－３以上１．０×１０２０ｃｍ－３以下である。
　基板５０は、例えば、エピタキシャル成長面となる主面５０ｓを有している。本実施形態において、主面５０ｓに対して最も近い低指数の結晶面は、例えば、ｃ面５０ｃである。
　なお、基板５０の主面５０ｓは、例えば、鏡面化されており、基板５０の主面５０ｓの二乗平均粗さＲＭＳは、例えば、１ｎｍ未満である。
　また、本実施形態において、上述の製造方法によって得られる基板５０中の不純物濃度は、フラックス法またはアモノサーマル法などによって得られる基板よりも低くなっている。
　具体的には、基板５０中の水素濃度は、例えば、１×１０１７ｃｍ－３未満、好ましくは５×１０１６ｃｍ－３以下である。
　また、本実施形態では、基板５０は、ｃ面４０ｃを成長面として成長した本成長層４４をスライスすることで形成されるため、傾斜界面３０ｉまたは傾斜界面４０ｉを成長面として成長した傾斜界面成長領域７０を含んでいない。すなわち、基板５０の全体は、低酸素濃度領域により構成されている。
　具体的には、基板５０中の酸素濃度は、例えば、５×１０１６ｃｍ－３以下、好ましくは３×１０１６ｃｍ－３以下である。
　また、本実施形態では、基板５０は、例えば、上述のように、極性反転区（インバージョンドメイン）を含んでいない。
（ｃ面の湾曲、およびオフ角のばらつき）
　図９（ｂ）および（ｃ）に示すように、本実施形態では、基板５０の主面５０ｓに対して最も近い低指数の結晶面としてのｃ面５０ｃは、例えば、上述した基板５０の製造方法に起因して、主面５０ｓに対して凹の球面状に湾曲している。
　本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃは、例えば、ｍ軸に沿った断面およびａ軸に沿った断面のそれぞれにおいて球面近似される曲面状となっている。
　本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｆが上述のように凹の球面状に湾曲していることから、少なくとも一部のｃ軸５０ｃａは、主面５０ｓの法線に対して傾斜している。主面５０ｓの法線に対してｃ軸５０ｃａがなす角度であるオフ角θは、主面５０ｓ内で所定の分布を有している。
　なお、主面５０ｓの法線に対するｃ軸５０ｃａのオフ角θのうち、ｍ軸に沿った方向成分を「θｍ」とし、ａ軸に沿った方向成分を「θａ」とする。なお、θ２＝θｍ ２＋θａ ２である。
　本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃが上述のように凹の球面状に湾曲していることから、オフ角ｍ軸成分θｍおよびオフ角ａ軸成分θａは、それぞれ、ｘの１次関数およびｙの１次関数で近似的に表すことができる。
　本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径は、例えば、上述した基板５０の製造方法で用いる下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくなっている。
　具体的には、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径は、例えば、２３ｍ以上、好ましくは３０ｍ以上、さらに好ましくは４０ｍ以上である。
　なお、参考までに、ｃ面限定成長の場合であっても、本実施形態の第１層３０および第２層４０の合計厚さと同じ厚さを有する結晶層からスライスした基板におけるｃ面の曲率半径は、下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくなることがある。しかしながら、ｃ面限定成長の場合において、結晶層の厚さを２ｍｍとしたときの、該結晶層からスライスした基板におけるｃ面の曲率半径は、約１１ｍであり、下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径の約１．４倍程度である。
　本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径の上限値は、大きければ大きいほどよいため、特に限定されるものではない。基板５０のｃ面５０ｃが略平坦となる場合は、該ｃ面５０ｃの曲率半径が無限大であると考えればよい。
　また、本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径が大きいことにより、基板５０の主面５０ｓの法線に対するｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきを、下地基板１０のｃ軸１０ｃａオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。
　具体的には、基板５０の（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行い、該（０００２）面の回折ピーク角度に基づいて、主面５０ｓの法線に対するｃ軸５０ｃａのオフ角θを測定したときに、主面５０ｓの中心から直径２９．６ｍｍ内におけるオフ角θの大きさの最大最小差で求められるばらつきは、例えば、０．０７５°以下、好ましくは０．０５７°以下、さらに好ましくは０．０４３°以下である。
　なお、参考までに、上述のＶＡＳ法で作製された下地基板１０において、上述の測定方法によって求められるｃ軸１０ｃａのオフ角のばらつきは、およそ０．２２°である。また、ｃ面限定成長の場合に、結晶層の厚さを本実施形態の第１層３０および第２層４０の合計厚さと同じ厚さ（例えば２ｍｍ）としたときに、該結晶層から得られる窒化物半導体基板において、上述の測定方法によって求められるｃ軸のオフ角のばらつきは、およそ０．１５°である。
　本実施形態では、基板５０のｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきの下限値は、小さければ小さいほどよいため、特に限定されるものではない。基板５０のｃ面５０ｃが略平坦となる場合は、基板５０のｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきが０°であると考えればよい。
　また、本実施形態では、基板５０の主面５０ｓに対して等方的にｃ面５０ｃの湾曲が小さくなるため、ｃ面５０ｃの曲率半径には、方向依存性が小さい。
　具体的には、上述の測定方法で求められるａ軸に沿った方向におけるｃ面５０ｃの曲率半径と、ｍ軸に沿った方向におけるｃ面５０ｃの曲率半径との差は、例えば、これらのうち大きいほうの曲率半径の５０％以下、好ましくは２０％以下である。
（暗点）
　次に、本実施形態の基板５０の主面５０ｓにおける暗点について説明する。なお、ここでいう「暗点」とは、多光子励起顕微鏡における主面５０ｓの観察像や、主面５０ｓのカソードルミネッセンス像などにおいて観察される発光強度が低い点のことを意味し、転位だけでなく、異物または点欠陥を起因とした非発光中心も含んでいる。なお、「多光子励起顕微鏡」とは、二光子励起蛍光顕微鏡と呼ばれることもある。
　本実施形態では、ＶＡＳ法により作製された高純度のＧａＮ単結晶からなる下地基板１０を用いて基板５０が製造されているため、基板５０中に、異物または点欠陥を起因とした非発光中心が少ない。したがって、多光子励起顕微鏡等により基板５０の主面を観察したときの暗点の９５％以上、好ましくは９９％以上は、異物または点欠陥を起因とした非発光中心ではなく、転位となる。
　また、本実施形態では、上述の製造方法により、第２層４０の表面における転位密度が、下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度よりも低減されている。これにより、第２層４０をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓにおいても、転位が低減されている。
　また、本実施形態では、上述の製造方法により、下地基板１０の主面１０ｓ上にランダムに散在した成長阻害部２０ａを起因として、第１層３０の３次元成長を促したことで、第２層４０をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓにおいて、転位の集中に起因した転位密度が高い領域が形成されておらず、転位密度が低い領域が均一に形成されている。
　具体的には、本実施形態では、多光子励起顕微鏡により視野２５０μｍ角で基板５０の主面５０ｓを観察して暗点密度から転位密度を求めたときに、転位密度が３×１０６ｃｍ－２を超える領域が存在せず、転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域が主面５０ｓの７０％以上、好ましくは８０％以上、より好ましくは９０％以上存在する。
　言い換えれば、本実施形態では、基板５０の主面５０ｓ全体を平均した転位密度は、例えば、１×１０６ｃｍ－２未満であり、好ましくは、７．０×１０５ｃｍ－２未満であり、より好ましくは５×１０５ｃｍ－２以下である。
　なお、本実施形態の製造方法を用いた場合では、転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域の割合の上限値は、例えば、主面５０ｓの９９％となる。
　また、本実施形態の基板５０の主面５０ｓは、例えば、上述の第１工程Ｓ２００での最近接頂部間平均距離Ｌに基づいて、２５μｍ角以上、好ましくは５０μｍ以上の無転位領域を含んでいる。また、５０μｍ角の無転位領域は、例えば、基板５０の主面５０ｓ全体に亘って散在している。
　また、本実施形態の基板５０の主面５０ｓは、例えば、重ならない２５μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ２以上、好ましくは８００個／ｃｍ２以上、より好ましくは１６００個／ｃｍ２以上の密度で有している。なお、重ならない２５μｍ角の無転位領域の密度が１６００個／ｃｍ２以上である場合は、例えば、主面５０ｓが２５０μｍ角の任意の視野内に少なくとも１つの２５μｍ角の無転位領域を有する場合に相当する。なお、重ならない２５μｍ角の無転位領域の密度の上限値は、その計測方法に基づいて、４００００個／ｃｍ２である。
　さらに、主面５０ｓは、例えば、重ならない５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ２以上、好ましくは８００個／ｃｍ２以上、より好ましくは１６００個／ｃｍ２以上の密度で有していることが好ましい。
　なお、参考までに、転位を集める特段の工程を行わない従来の製造方法で得られる基板では、無転位領域の大きさが２５μｍ角よりも小さいか、或いは、２５μｍ角の無転位領域の密度は１００個／ｃｍ２よりも低くなる。
　次に、本実施形態の基板５０における転位のバーガースベクトルについて説明する。
　本実施形態では、上述の製造方法で用いられる下地基板１０の主面１０ｓにおける転位密度が低いため、下地基板１０上に第１層３０および第２層４０を成長させる際に、複数の転位が結合（混合）することが少ない。これにより、第２層４０から得られる基板５０内において、大きいバーガースベクトルを有する転位の生成を抑制することができる。
　具体的には、本実施形態の基板５０では、例えば、バーガースベクトルが＜１１－２０＞／３、＜０００１＞、または＜１１－２３＞／３のうちいずれかである転位が多い。なお、ここでの「バーガースベクトル」は、例えば、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）を用いた大角度収束電子回折法（ＬＡＣＢＥＤ法）により測定可能である。また、バーガースベクトルが＜１１－２０＞／３である転位は、刃状転位であり、バーガースベクトルが＜０００１＞である転位は、螺旋転位であり、バーガースベクトルが＜１１－２３＞／３である転位は、刃状転位と螺旋転位とが混合した混合転位である。
　本実施形態では、基板５０の主面５０ｓにおける転位を無作為に１００個抽出したときに、バーガースベクトルが＜１１－２０＞／３、＜０００１＞または＜１１－２３＞／３のうちいずれかである転位の数の割合は、例えば、５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは９０％以上である。なお、基板５０の主面５０ｓ内の少なくとも一部において、バーガースベクトルが２＜１１－２０＞／３または＜１１－２０＞などである転位が存在していてもよい。
（スリット幅を異ならせたＸ線ロッキングカーブ測定について）
　ここで、発明者は、入射側のスリット幅を異ならせてＸ線ロッキングカーブ測定を行うことにより、本実施形態の基板５０を構成する結晶品質要素と、上述のｃ面５０ｃの湾曲（反り）と、の両方を同時に評価することができることを見出した。
　まず、Ｘ線ロッキングカーブ測定における結晶品質要素の影響について説明する。
　Ｘ線ロッキングカーブ測定における回折パターンの半値幅は、例えば、転位密度の高低、モザイシティの高低、積層欠陥密度の大小、基底面転位密度の大小、点欠陥（空孔など）密度の大小、格子定数の面内揺らぎ量の大小、不純物濃度の分布などの結晶品質要素によって、大きく影響を受ける。これらの結晶品質要素が良好でない場合には、Ｘ線ロッキングカーブ測定における回折角度の揺らぎが大きくなり、回折パターンの半値幅が大きくなる。
　次に、図１０（ａ）を用い、Ｘ線ロッキングカーブ測定におけるｃ面５０ｃの湾曲の影響について説明する。図１０（ａ）は、湾曲したｃ面に対するＸ線の回折を示す概略断面図である。
　Ｘ線の入射側のスリットの幅をａとし、基板の主面に照射されるＸ線の照射幅（フットプリント）をｂとし、結晶のブラッグ角度をθＢとしたとき、基板の主面におけるＸ線の照射幅ｂは、以下の式（ｈ）で求められる。
　ｂ＝ａ／ｓｉｎθＢ　・・・（ｈ）
　図１０（ａ）に示すように、基板のｃ面が湾曲している場合では、ｃ面の曲率半径をＲとし、Ｘ線の照射幅ｂの範囲において湾曲したｃ面が形成する中心角度の半分をγとしたときに、ｃ面の曲率半径Ｒは、Ｘ線の照射幅ｂに対して非常に大きい。このことから、角度γは、以下の式（ｉ）で求められる。
　γ＝ｓｉｎ－１（ｂ／２Ｒ）≒ｂ／２Ｒ　・・・（ｉ）
　このとき、基板のｃ面のうちＸ線が照射される領域の入射側の端部（図中右側端部）では、基板の主面に対する回折角度は、θＢ＋γ＝θＢ＋ｂ／２Ｒとなる。
　一方、基板のｃ面のうちＸ線が照射される領域の受光側の端部（図中左側端部）では、基板の主面に対する回折角度は、θＢ－γ＝θＢ－ｂ／２Ｒとなる。
　したがって、基板のｃ面のうち上記入射側の端部における基板の主面に対する回折角度と、基板のｃ面のうち上記受光側の端部における基板の主面に対する回折角度との差分により、湾曲したｃ面に対するＸ線の回折角度の揺らぎは、ｂ／Ｒとなる。
　図１０（ｂ）および（ｃ）は、ｃ面の曲率半径に対する、（０００２）面の回折角度の揺らぎを示す図である。なお、図１０（ｂ）の縦軸が対数スケールとなっており、図１０（ｃ）の縦軸がリニアスケールとなっている。
　図１０（ｂ）および（ｃ）に示すように、Ｘ線の入射側のスリットの幅ａを大きくし、すなわちＸ線の照射幅ｂを大きくした場合では、Ｘ線の照射幅ｂに応じて、（０００２）面の回折角度の揺らぎが大きくなる。また、ｃ面の曲率半径Ｒが小さくなるにつれて、（０００２）面の回折角度の揺らぎは徐々に大きくなる。また、Ｘ線の照射幅ｂを異ならせたときの、（０００２）面の回折角度の揺らぎの差は、ｃ面の曲率半径Ｒが小さくなるにつれて、大きくなる。
　入射側のスリットの幅ａが狭いときには、（０００２）面の回折角度の揺らぎのうち、ｃ面の湾曲による影響が小さく、上述の結晶品質要素による影響が支配的となる。しかしながら、入射側のスリットの幅ａが広いときには、（０００２）面の回折角度の揺らぎにおいて、上述の結晶品質要素による影響と、ｃ面の湾曲による影響との両方が重畳されることとなる。したがって、入射側のスリットの幅ａを異ならせてＸ線ロッキングカーブ測定を行えば、Ｘ線が照射される領域に亘って、上述の結晶品質要素と、ｃ面の湾曲（反り）と、の両方を同時に評価することが可能となる。
　ここで、本実施形態の基板５０についてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの特徴について説明する。
　以下において、Ｇｅ（２２０）面の２結晶モノクロメータおよびスリットを介して基板５０の主面５０ｓに対してＣｕのＫα１のＸ線を照射し、（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行った場合に、スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅を「ＦＷＨＭａ」とし、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅を「ＦＷＨＭｂ」とする。なお、「ω方向」とは、Ｘ線ロッキングカーブ測定において、基板５０の中心を通り基板５０の主面に平行な軸を中心軸として基板５０を回転させたときの回転方向のことをいう。
　本実施形態の基板５０では、転位密度の高低、モザイシティの高低、積層欠陥密度の大小、基底面転位密度の大小、点欠陥（空孔など）密度の大小、格子定数の面内揺らぎ量の大小、不純物濃度の分布などの上述の結晶品質要素の全てが良好となっている。
　その結果、本実施形態の基板５０では、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとして（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの、（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは、例えば、８０ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは５０ａｒｃｓｅｃ以下、より好ましくは３８．５ａｒｃｓｅｃ以下である。
　また、本実施形態の基板５０では、主面５０ｓの広い範囲に亘って、上述の結晶品質要素の全てが良好となっている。
　その結果、本実施形態の基板５０の主面５０ｓ内に（中心から外縁までの間で）５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとして（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときに、例えば、全測定点の９０％以上において、（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは、８０ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは５０ａｒｃｓｅｃ以下、より好ましくは３８．５ａｒｃｓｅｃ以下である。
　また、本実施形態の基板５０では、上述の結晶品質要素の面内ばらつきが小さい。このため、入射側のスリット幅を広くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの（０００２）面の回折パターンが、入射側のスリット幅を狭くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの（０００２）面の回折パターンよりも狭くなり難い傾向がある。
　その結果、本実施形態の基板５０では、スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａは、例えば、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂ以上となりうる。
　なお、基板５０の結晶品質要素が良好である場合であっても、ＦＷＨＭｂが非常に小さい状態で、ＦＷＨＭａ＜ＦＷＨＭｂとなる場合がある。
　また、本実施形態の基板５０では、上述のように、主面５０ｓの広い範囲に亘って、転位が少ないだけでなく、上述の結晶品質要素の全てがバランスよく良好である。さらに、基板５０のｃ面５０ｃの湾曲が小さく、ｃ面５０ｃの曲率半径が大きい。本実施形態の基板５０において、入射側のスリット幅を広くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったとしても、Ｘ線が照射される領域に亘って、上述の結晶品質要素がバランスよく良好で、且つ、ｃ面の曲率半径が大きいことで、（０００２）面の回折角度の揺らぎは大きくならい。そのため、入射側のスリット幅を異ならせてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったとしても、（０００２）面の回折角度の揺らぎの差は小さくなる。
　その結果、本実施形態の基板５０の所定の測定点（例えば主面の中心）において、スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａから、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂを引いた差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、例えば、ＦＷＨＭａの（０％以上）３０％以下、好ましくは２２％以下である。
　また、本実施形態の基板５０の主面５０ｓ内に（中心から外縁までの間で）５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、スリットのω方向の幅を異ならせて（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときに、例えば、全測定点の９５％以上、好ましくは１００％において、ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、例えば、ＦＷＨＭａの３０％以下、好ましくは２２％以下である。
　なお、本実施形態の基板５０では、ＦＷＨＭａ＜ＦＷＨＭｂとなったとしても、｜ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ｜／ＦＷＨＭａは３０％以下となる。
　また、本実施形態の基板５０では、入射側のスリット幅を広くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったとしても、Ｘ線が照射される領域に亘って、上述の結晶品質要素のばらつきが小さいことで、回折パターンが単一ピークを有することとなる。
　なお、参考までに、従来の製造方法により作製された基板（以下、従来基板ともいう）について説明する。ここでいう従来の製造方法とは、例えば、従来のＶＡＳ法、ｃ面を成長面として厚膜成長させる方法、上述のＤＥＥＰ法、ＴＨＶＰＥ（Ｔｒｉ－ｈａｌｉｄｅ　ｖａｐｏｒ　ｐｈａｓｅ　ｅｐｉｔａｘｙ）法、アモノサーマル法、フラックス法などである。
　従来基板では、上述の結晶品質要素の少なくともいずれかが、本実施形態の基板５０よりも良好とならない。このため、従来基板におけるＦＷＨＭｂは、本実施形態の基板５０のそれよりも大きくなる。
　従来基板では、上述の結晶品質要素の少なくともいずれかの面内ばらつきが生じる可能性がある。このため、入射側のスリット幅を広くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの（０００２）面の回折パターンが、入射側のスリット幅を狭くしてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの（０００２）面の回折パターンよりも広くなることがある。その結果、従来基板では、ＦＷＨＭａ＜ＦＷＨＭｂとなることがある。
　従来基板では、ｃ面の曲率半径が本実施形態の基板５０よりも小さい。スリット幅を広くしたときに、Ｘ線が照射される領域の少なくとも一部において、結晶品質要素の少なくともいずれかが本実施形態の基板５０よりも良好ではない箇所が必然的に含まれる。このため、下地基板１０における差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、本実施形態の基板５０のそれよりも大きくなる。
　従来基板では、上述の結晶品質要素の少なくともいずれかの面内ばらつきが生じる可能性がある。スリット幅を広くしたときに、Ｘ線が照射される領域の少なくとも一部において、回折角度の揺らぎが異なる箇所が生じうる。このため、スリット幅を広くしたときの回折パターンが複数のピークを有することがある。
　以上のように、従来基板は、本実施形態の基板５０について規定される上述の条件を満たさない可能性がある。
（４）本実施形態により得られる効果
　本実施形態によれば、以下に示す１つまたは複数の効果が得られる。
（ａ）成長阻害層形成工程Ｓ１９０において、下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部２０ａを有する成長阻害層２０を形成することで、第１工程Ｓ２００において、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の３次元成長を促すことができ、該第１層３０を構成する単結晶の表面にｃ面以外の傾斜界面３０ｉを生じさせることができる。このようにｃ面以外の傾斜界面３０ｉを生じさせることで、傾斜界面３０ｉが露出した位置で、該傾斜界面３０ｉに対して略垂直な方向に向けて、転位を屈曲させて伝播させることができる。これにより、転位を局所的に集めることができる。転位を局所的に集めることで、互いに相反するバーガースベクトルを有する転位同士を消失させることができる。または、局所的に集められた転位がループを形成することで、転位が第２層４０の表面側に伝播することを抑制することができる。このようにして、第２層４０の表面における転位密度を低減することができる。その結果、下地基板１０よりも転位密度を低減させた基板５０を得ることができる。
（ｂ）上述のように、第２層４０の成長過程で、複数の転位の一部を消失させたり、複数の転位の一部を第２層４０の表面側に伝播することを抑制したりすることで、ｃ面限定成長の場合よりも、急激に早く、転位密度を低減することができる。すなわち、本実施形態におけるＮ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率を、ｃ面限定成長の場合におけるＮ’／Ｎ０で求められる転位密度の減少率よりも小さくすることができる。その結果、下地基板１０よりも転位密度を低減させた基板５０を効率よく得ることができ、その生産性を向上させることが可能となる。
（ｃ）第１工程Ｓ２００では、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の頂面３０ｕからｃ面３０ｃを消失させる。これにより、第１層３０の表面に、複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔを形成することができる。その結果、下地基板１０から伝播する転位を、第１層３０における傾斜界面３０ｉが露出した位置で、確実に屈曲させることができる。
　ここで、第１工程において、ｃ面が残存した場合について考える。この場合、ｃ面が残存した部分では、下地基板から伝播した転位が、屈曲されずに略鉛直上方向に伝播し、第２層の表面にまで到達する。このため、ｃ面が残存した部分の上方では、転位が低減されず、高転位密度領域が形成されてしまう。
　これに対し、本実施形態によれば、第１工程Ｓ２００において、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の頂面３０ｕからｃ面３０ｃを消失させることで、第１層３０の表面をｃ面以外の傾斜界面３０ｉのみにより構成することができ、第１層３０の表面に、複数の谷部３０ｖおよび複数の頂部３０ｔを形成することができる。これにより、下地基板１０から伝播する転位を、第１層３０の表面全体に亘って、確実に屈曲させることができる。転位を確実に屈曲させることで、複数の転位の一部を消失させ易くし、または、複数の転位の一部を第２層４０の表面側に伝播し難くすることができる。その結果、第２層４０から得られる基板５０の主面１ｓ全体に亘って転位密度を低減することが可能となる。
（ｄ）本実施形態では、成長阻害層２０を起因として、第１層３０の自発的な３次元成長を促すことで、第１成長条件の範囲を広くしても、該第１成長条件が式（１）を満たすことができる。具体的には、第１成長条件としての、第１工程Ｓ２００での成長温度および第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比などを、例えば、第２工程Ｓ３００における第２成長条件と略同等とすることができる。第１成長条件を第２成長条件と略同等とすることで、一連の製造工程を容易に行うことができる。また、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比の調整が不要となることで、製造工程を短縮することができる。
（ｅ）本実施形態では、成長阻害層２０を起因として第１成長条件が式（１）を満たすことで、第１工程Ｓ２００において、傾斜界面３０ｉとして、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせることができる。これにより、ｃ面３０ｃに対する｛１１－２ｍ｝面の傾斜角度を緩やかにすることができる。具体的には、該傾斜角度を４７．３°以下とすることができる。ｃ面３０ｃに対する｛１１－２ｍ｝面の傾斜角度を緩やかにすることとで、複数の頂部３０ｔの周期を長くすることができる。具体的には、下地基板１０の主面１０ｓに垂直な任意の断面を見たときに、最近接頂部間平均距離Ｌを１００μｍ超とすることができる。
　なお、参考までに、通常、所定のエッチャントを用い窒化物半導体基板にエッチピットを生じさせると、該基板の表面に、｛１－１０ｎ｝面により構成されるエッチピットが形成される。これに対し、本実施形態において所定の条件で成長させた第１層３０の表面では、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせることができる。したがって、通常のエッチピットに比較して、本実施形態では、製法特有の傾斜界面３０ｉが形成されると考えられる。
（ｆ）本実施形態では、下地基板１０の主面１０ｓに垂直な任意の断面を見たときに、成長阻害層２０を起因として、最近接頂部間平均距離Ｌを５０μｍ超とすることで、転位が屈曲して伝播する距離を、少なくとも２５μｍ超、確保することができる。これにより、第１層３０のうち一対の頂部３０ｔ間の略中央の上方に、充分に転位を集めることができる。その結果、第２層４０の表面における転位密度を充分に低減させることができる。
（ｇ）第１工程Ｓ２００では、成長阻害層２０を起因として第１層３０の表面からｃ面３０ｃを消失させた後に、さらに成長阻害層２０を起因として、該表面が傾斜界面３０ｉのみで構成された状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って第１層３０の成長を継続させる。これにより、第１層３０の表面全体に亘って確実にｃ面３０ｃを消失させることができる。例えば、たとえ傾斜界面拡大工程Ｓ２２０において第１層３０の表面でｃ面３０ｃが消失するタイミングがずれ、傾斜界面拡大層３２の一部にｃ面３０ｃが残存していたとしても、確実にｃ面３０ｃを消失させることができる。
　また、ｃ面３０ｃが消失した後に、第１層３０の傾斜界面３０ｉによる成長を継続することで、傾斜界面３０ｉが露出した位置で転位を屈曲させる時間を充分に確保することができる。ここで、ｃ面が消失してから直ぐにｃ面成長をさせると、転位が充分に屈曲されずに、第２層の表面に向けて略鉛直方向に伝播してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉが露出した位置で転位を屈曲させる時間を充分に確保することで、特に第１層３０の頂部３０ｔ付近の転位を確実に屈曲させることができ、下地基板１０から第２層４０の表面に向けて略鉛直方向に転位が伝播することを抑制することができる。これにより、第１層３０の頂部３０ｔの上方における転位の集中を抑制することができる。
（ｈ）成長阻害層形成工程Ｓ１９０では、所定の気相成長装置内で、下地基板１０の主面１０ｓ上に成長阻害層２０をその場形成する。成長阻害層２０をその場形成したら、そのまま気相成長装置を用い、第１工程Ｓ２００および第２工程Ｓ３００を行う。つまり、成長阻害層形成工程Ｓ１９０、第１工程Ｓ２００および第２工程Ｓ３００を、下地基板１０を大気暴露することなく、同一の気相成長装置内で連続的に行う。これにより、成長阻害層２０の開口部２０ｂに露出した下地基板１０の主面１０ｓと第１層３０との界面、および第１層３０と第２層４０との間の界面に、意図しない高酸素濃度領域が形成されることを抑制することができる。
　また、気相成長装置内で成長阻害層２０をその場形成し、下地基板１０の主面１０ｓ全面に亘ってランダムに成長阻害部２０ａを散在させることで、成長阻害層２０のためのフォトリソグラフィ工程を省くことができる。これにより、製造工程を短縮することができ、製造コストを削減することができる。
（ｉ）本実施形態の製造方法により、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を、下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくすることができる。これにより、基板５０の主面５０ｓの法線に対するｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきを、下地基板１０のｃ軸１０ｃａオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。
　基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を大きくすることができる理由の１つとして、例えば、以下のような理由が考えられる。
　上述のように、第１工程Ｓ２００において、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを成長面として第１層３０を３次元成長させることで、傾斜界面成長領域７０が形成される。傾斜界面成長領域７０では、第１ｃ面成長領域６０と比較して、酸素を取り込みやすい。このため、傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度は、第１ｃ面成長領域６０中の酸素濃度よりも高くなる。つまり、傾斜界面成長領域７０は、高酸素濃度領域として考えることができる。
　このように、高酸素濃度領域中に酸素を取り込むことで、高酸素濃度領域の格子定数を、高酸素濃度領域以外の他の領域の格子定数よりも大きくすることができる（参考：Ｃｈｒｉｓ　Ｇ．　Ｖａｎ　ｄｅ　Ｗａｌｌｅ，　Ｐｈｙｓｉｃａｌ　Ｒｅｖｉｅｗ　Ｂ　ｖｏｌ．６８，　１６５２０９　（２００３））。下地基板１０、または第１層３０のうちｃ面３０ｃを成長面として成長した第１ｃ面成長領域６０には、下地基板１０のｃ面１０ｃの湾曲によって、ｃ面の曲率中心に向かって集中する応力が加わっている。これに対して、高酸素濃度領域の格子定数を相対的に大きくすることで、高酸素濃度領域には、ｃ面３０ｃを沿面方向の外側に広げる応力を生じさせることができる。これにより、高酸素濃度領域よりも下側でｃ面３０ｃの曲率中心に向かって集中する応力と、高酸素濃度領域のｃ面３０ｃを沿面方向の外側に広げる応力とを相殺させることができる。
　このように第１層３０による応力相殺効果を得ることで、第２層４０から得られる基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を、従来のＶＡＳ法で得られる下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくすることができる。
（ｊ）本実施形態の製造方法により得られる基板５０では、転位密度を低くすることができ、オフ角ばらつきを小さくできるだけでなく、Ｘ線ロッキングカーブ測定の半値幅を決定する上述の各結晶品質要素の全てをバランスよく良好にすることができる。これにより、本実施形態の基板５０では、ＦＷＨＭｂを３８．５ａｒｃｓｅｃ以下とすることができる。さらに、本実施形態の基板５０では、スリット幅を１ｍｍとした場合であっても、Ｘ線が照射される領域の全体に亘って、ｃ面の曲率半径が大きく、且つ、上述の結晶品質要素がバランスよく良好であることで、（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａを３０％以下とすることができる。
＜本発明の第２実施形態＞
　次に、本発明の第２実施形態について説明する。
　上述の第１実施形態では、成長阻害層形成工程Ｓ１９０において所定の成長阻害層２０が形成された後に、第１工程Ｓ２００を行っていた。この場合、成長阻害層形成工程Ｓ１９０においてＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を調整したとしても、成長阻害部２０ａが多く形成され易く、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が高くなってしまう場合があった。このため、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０において、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌが短くなってしまう可能性があった。最近接頂部間平均距離Ｌが短いと、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０以降の工程において、転位が屈曲して伝播する距離が短くなり、転位が充分に集められない可能性があった。
　そこで、以下の本実施形態のように、成長阻害層２０の形成方法を変更してもよい。本実施形態では、成長阻害層形成工程Ｓ１９０のタイミングが上述の第１実施形態と異なる。
　以下、上述の実施形態と異なる要素についてのみ説明し、上述の実施形態で説明した要素と実質的に同一の要素には、同一の符号を付してその説明を省略する。
（１）窒化物半導体基板の製造方法
（Ｓ１９０およびＳ２００）
　本実施形態では、例えば、成長阻害層形成工程Ｓ１９０を行いつつ、第１工程Ｓ２００を行う。
　すなわち、本実施形態では、図３（ｂ）の状態を経ずに、図３（ｃ）に示すように、成長阻害層２０を形成しつつ、第１層３０を３次元成長させ始める。
　具体的には、例えば、気相成長装置内で、下地基板１０を第１工程Ｓ２００での成長温度まで加熱し、当該加熱された下地基板１０に対して、ＧａＣｌガスおよびＮＨ３ガスを供給しつつ、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを多量に供給する。これにより、成長阻害層２０としてＳｉＮ層を形成しつつ、当該成長阻害層２０を起因として、第１層３０としてのＧａＮ層を主面１０ｓ上に３次元成長させることができる。
　このとき、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給量を、例えば、通常のｎ型半導体層を形成する際の供給量よりも多くする。具体的には、ＧａＣｌガスの分圧に対するＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの分圧の比率（以下、「Ｓｉ／Ｇａ分圧比率」ともいう）を、例えば、１×１０－４以上６×１０－４以下とする。Ｓｉ／Ｇａ分圧比率が１×１０－４未満であると、第１層３０としてのＧａＮ層が下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って形成されてしまう。つまり、成長阻害層２０が充分に形成されなくなる。これに対し、本実施形態では、Ｓｉ／Ｇａ分圧比率を１×１０－４以上とすることで、所定の成長阻害層２０を下地基板１０の主面１０ｓ上に充分に形成しつつ、当該成長阻害層２０を起因として第１層３０の３次元成長を促すことができる。一方で、Ｓｉ／Ｇａ分圧比率が６×１０－４超であると、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に高くなる可能性がある。このため、第１層３０の成長が下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って阻害されてしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、Ｓｉ／Ｇａ分圧比率を６×１０－４以下とすることで、下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って、成長阻害部２０ａを散在させることができ、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率の過剰な上昇を抑制することができる。これにより、成長阻害層２０において所望の開口部２０ｂを形成することができ、下地基板１０の主面１０ｓ上に、成長阻害層２０の開口部２０ｂを介して、第１層３０を３次元成長させることができる。
　なお、本実施形態におけるＳｉ／Ｇａ分圧比率以外の成長条件は、上述の第１成長条件を満たせば、適宜調整することができる。
　また、本実施形態では、例えば、第１工程Ｓ２００のうち、少なくとも傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の開始から所定時間、ＧａＣｌガスおよびＮＨ３ガスを供給しつつ、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを多量に供給する。これにより、第１層３０としてのＧａＮ層が下地基板１０の主面１０ｓ全体に亘って形成される前に、所定の成長阻害層２０を下地基板１０の主面１０ｓ上に形成することができる。なお、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の開始から所定時間経過した後には、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給を停止してもよい。
　一方で、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の開始から終了まで（すなわちｃ面３０ｃを消失させるまで）の間、ＧａＣｌガスおよびＮＨ３ガスを供給しつつ、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを多量に供給してもよい。また、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の開始から傾斜界面維持工程Ｓ２４０の少なくとも一部までの間、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを多量に供給してもよい。さらに、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の開始から傾斜界面維持工程Ｓ２４０の終了までの間、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスを多量に供給してもよい。
　上述したＳｉ／Ｇａ分圧比率およびＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの供給時間（タイミング）を調整することで、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを容易に調整することができる。例えば、本実施形態における傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを、上述の実施形態のそれよりも長くすることができる。
　具体的には、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを、例えば、１００μｍ超とすることができる。これにより、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０以降の工程において、転位が屈曲して伝播する距離を、少なくとも５０μｍ超、確保することができる。その結果、第２層４０の表面における転位密度をより確実に低減させることができる。なお、本実施形態においても、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを、例えば、８００μｍ未満とすることが好ましい。
　第１工程Ｓ２００以降の工程は、上述の実施形態と同様である。
（２）本実施形態により得られる効果
　本実施形態では、成長阻害層形成工程Ｓ１９０を行いつつ、第１工程Ｓ２００を行うことで、成長阻害層２０を形成しつつ、第１層３０を３次元成長させ始めることができる。成長阻害層２０の形成と、第１層３０の３次元成長とを互いに重なるタイミングで行うことで、成長阻害部２０ａの過剰形成を抑制することができ、下地基板１０の主面１０ｓに対する成長阻害部２０ａの被覆率が過剰に高くなることを抑制することができる。これにより、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０において、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを容易に調整することができる。
　本実施形態では、傾斜界面拡大層３２の最近接頂部間平均距離Ｌを容易に長くすることができ、例えば、１００μｍ超とすることができる。これにより、第２層４０の表面における転位密度をより確実に低減させることができる。
＜他の実施形態＞
　以上、本発明の実施形態を具体的に説明した。しかしながら、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
　上述の実施形態では、下地基板１０がＧａＮ自立基板である場合について説明したが、下地基板１０は、ＧａＮ自立基板に限らず、例えば、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化アルミニウムガリウム（ＡｌＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化インジウムガリウム（ＩｎＧａＮ）、窒化アルミニウムインジウムガリウム（ＡｌＩｎＧａＮ）等のＩＩＩ族窒化物半導体、すなわち、ＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物半導体からなる自立基板であってもよい。
　上述の実施形態では、基板５０がＧａＮ自立基板である場合について説明したが、基板５０は、ＧａＮ自立基板に限らず、例えば、ＡｌＮ、ＡｌＧａＮ、ＩｎＮ、ＩｎＧａＮ、ＡｌＩｎＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物半導体、すなわち、ＡｌｘＩｎｙＧａ１－ｘ－ｙＮ（０≦ｘ≦１、０≦ｙ≦１、０≦ｘ＋ｙ≦１）の組成式で表されるＩＩＩ族窒化物半導体からなる自立基板であってもよい。
　上述の実施形態では、基板５０がｎ型である場合について説明したが、基板５０はｐ型であったり、または半絶縁性を有していたりしてもよい。例えば、基板５０を用いて高電子移動度トランジスタ（ＨＥＭＴ）としての半導体装置を製造する場合には、基板５０は、半絶縁性を有していることが好ましい。
　上述の実施形態では、第１工程Ｓ２００において、第１成長条件としての成長温度およびＶ／ＩＩＩ比について説明したが、第１成長条件が式（１）を満たせば、当該第１成長条件として、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比以外の他の成長条件を調整したり、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比と他の成長条件とを組み合わせて調整したりしてもよい。これらの場合、目的に応じて、第１成長条件としての他の成長条件を第２成長条件と略同等としてもよいし、第１成長条件としての他の成長条件を第２成長条件と異ならせてもよい。
　上述の実施形態では、第２工程Ｓ３００において、第２成長条件としての成長温度およびＶ／ＩＩＩ比について説明したが、第２成長条件が式（２）を満たせば、当該第２成長条件として、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比以外の他の成長条件を調整したり、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比と他の成長条件とを組み合わせて調整したりしてもよい。
　上述の実施形態では、傾斜界面維持工程Ｓ２４０での成長条件を、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０と同様に、上述の第１成長条件で維持する場合について説明したが、傾斜界面維持工程Ｓ２４０での成長条件が式（１）を満たせば、該傾斜界面維持工程Ｓ２４０での成長条件を、傾斜界面拡大工程Ｓ２２０での成長条件と異ならせてもよい。この場合、成長阻害層２０だけに依存せずに、該傾斜界面維持工程Ｓ２４０での成長条件が式（１）を満たすようにしてもよい。
　上述の実施形態では、本成長工程Ｓ３４０での成長条件を、ｃ面拡大工程Ｓ３２０と同様に、上述の第２成長条件で維持する場合について説明したが、本成長工程Ｓ３４０での成長条件が式（２）を満たせば、該本成長工程Ｓ３４０での成長条件を、ｃ面拡大工程Ｓ３２０での成長条件と異ならせてもよい。
　上述の実施形態では、スライス工程Ｓ１７０およびスライス工程Ｓ４００において、ワイヤーソーを用い、第２結晶層６または本成長層４４をスライスする場合について説明したが、例えば、外周刃スライサー、内周刃スライサー、放電加工機等を用いてもよい。
　上述の実施形態では、積層構造体９０のうちの本成長層４４をスライスすることで、基板５０を得る場合について説明したが、この場合に限られない。例えば、積層構造体９０をそのまま用いて、半導体装置を作製するための半導体積層物を製造してもよい。具体的には、積層構造体９０を作製したら、半導体積層物作製工程において、積層構造体９０上に半導体機能層をエピタキシャル成長させ、半導体積層物を作製する。半導体積層物を作製したら、積層構造体９０の裏面側を研磨し、積層構造体９０のうち、下地基板１０と、成長阻害層２０と、第１層３０と、ｃ面拡大層４２と、を除去する。これにより、上述の実施形態と同様に、本成長層４４と、半導体機能層と、を有する半導体積層物が得られる。この場合によれば、基板５０を得るためのスライス工程Ｓ４００および研磨工程Ｓ５００を省略することができる。
　上述の実施形態では、基板５０を製造したら、製造工程を終了する場合について説明したが、当該基板５０を下地基板１０として用い、工程Ｓ１９０～Ｓ５００を再度行ってもよい。これにより、さらに転位密度を低減させた基板５０を得ることができる。また、さらにｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきを小さくした基板５０を得ることができる。また、基板５０を下地基板１０として用いた工程Ｓ１９０～Ｓ５００を１サイクルとして、当該サイクルを複数回繰り返してもよい。これにより、サイクルを繰り返す回数に応じて、基板５０の転位密度を徐々に低減させていくことができる。また、サイクルを繰り返す回数に応じて、基板５０におけるｃ軸５０ｃａのオフ角θのばらつきも徐々に小さくしていくことができる。なお、２サイクル以降において、成長阻害層２０に依存せずに第１成長条件を調整することで第１層３０を３次元成長させる場合には、該２サイクル以降の成長阻害層形成工程Ｓ１９０を省略してもよい。
　以下、本発明の効果を裏付ける各種実験結果について説明する。なお、以下において、「窒化物半導体基板」を単に「基板」と略すことがある。
（１）実験１
（１－１）窒化物半導体基板の作製
　以下のようにして、サンプル１～３の基板を作製した。なお、サンプル１および２については、基板をスライスする前の積層構造体も作製した。
［サンプル１の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
　材質：ＧａＮ
　作製方法：ＶＡＳ法
　直径：２インチ
　厚さ：４００μｍ
　主面に対して最も近い低指数の結晶面：ｃ面
（成長阻害層）
　材質：ＳｉＮ
　装置：ＨＶＰＥ装置
　形成条件：
　ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量：８．９×１０－９ｍｏｌ／ｍｉｎ
　ＮＨ３ガスの分圧：４．６２ｋＰａ
　温度：１，０５０℃（第１層と同じ）
　供給時間：３０ｓｅｃ
（第１層）
　材質：ＧａＮ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　第１成長条件：
　ＧａＣｌガスの分圧：９．５ｋＰａ
　ＮＨ３ガスの分圧：１５ｋＰａ
　Ｈ２ガスの分圧：５５ｋＰａ
　成長温度：１，０５０℃
（第２層）
　材質：ＧａＮ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　第２成長条件：第１成長条件と同等とした。
　下地基板の主面から第２層の表面までの厚さ：約２ｍｍ（スライス条件）
　基板の厚さ：４００μｍ
　カーフロス：２００μｍ
　なお、サンプル１では、複数の積層構造体を作製し、複数の基板を作製した。
［サンプル２の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
　サンプル１と同じ。
（成長阻害層）
　材質：サンプル１と同じ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　形成条件：
　ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量：２．２×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ
　ＮＨ３ガスの分圧、温度および供給時間は、サンプル１と同じ。
（第１層）
　サンプル１と同じ。
（第２層）
　サンプル１と同じ。
（スライス条件）
　サンプル１と同じ。
［サンプル３の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
　サンプル１と同じ。
（成長阻害層）
　材質：サンプル１と同じ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　形成条件：
　ＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量：１．５×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ
　ＮＨ３ガスの分圧、温度および供給時間は、サンプル１と同じ。
（第１層）
　サンプル１と同じ。
（第２層）
　サンプル１と同じ。
（スライス）
　後述のように第２層が連続膜とならなかったため、スライスを行わなかった。
［サンプル４の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
　サンプル１と同じ。
（結晶層）
　材質：ＧａＮ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　成長条件：サンプル１の第１層および第２層と同じ
　ＧａＣｌガスの分圧：９．５ｋＰａ
　ＮＨ３ガスの分圧：１５ｋＰａ
　Ｈ２ガスの分圧：５５ｋＰａ
　成長温度：１，０５０℃
　下地基板の主面から結晶層の表面までの厚さ：約２ｍｍ
（スライス条件）
　サンプル１と同じ。
（１－２）評価
（蛍光顕微鏡による観察）
　蛍光顕微鏡を用い、サンプル１および２のそれぞれにおいて、基板をスライスする前の積層構造体の断面を観察した。
（多光子励起顕微鏡による観察）
　多光子励起顕微鏡を用い、下地基板、サンプル１、２および４の基板のそれぞれの主面を観察した。このとき、視野２５０μｍごとに主面全体に亘って暗点密度を測定することで、転位密度を測定した。なお、これらの基板における暗点の全てが転位であることは、厚さ方向に焦点をずらして測定することにより確認している。また、このとき、視野２５０μｍでの全測定領域数に対する、転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域（低転位密度領域）の数の割合を求めた。なお、ここでいう「低転位密度領域」とは、後述の結果で示すように、第１工程を行わずに結晶層を成長させたサンプル４の、結晶層の主面における平均転位密度よりも低い転位密度を有する領域のことを意味する。
（Ｘ線ロッキングカーブ測定）
　下地基板、サンプル１、２および４の基板のそれぞれについて、以下の２種類のＸ線ロッキングカーブ測定を行った。
　Ｘ線ロッキングカーブ測定には、スペクトリス社製「Ｘ’Ｐｅｒｔ－ＰＲＯ　ＭＲＤ」を用い、入射側のモノクロメータとしては、同社製「ハイブリッドモノクロメータ」を用いた。ハイブリッドモノクロメータは、Ｘ線光源側から順に、Ｘ線ミラーと、Ｇｅ（２２０）面の２結晶と、を有する。当該測定では、まず、Ｘ線光源から放射されるＸ線を、Ｘ線ミラーにより平行光とする。これにより、使用されるＸ線のフォトン数（すなわちＸ線強度）を増加させることができる。次に、Ｘ線ミラーからの平行光を、Ｇｅ（２２０）面の２結晶により、ＣｕのＫα１の単色光とする。次に、Ｇｅ（２２０）面の２結晶からの単色光を、スリットを介して所定の幅に狭め、基板に入射させる。なお、当該ハイブリッドモノクロメータを用いて完全結晶のＧａＮの（０００２）面のロッキングカーブを測定した場合の半値幅をシミュレーションにより求めると２５．７ａｒｃｓｅｃとなる。すなわち、当該半値幅が上述の光学系で測定する場合の理論上の測定限界である。
　なお、当該測定において基板に入射されるＸ線は、ω方向に沿った断面では基板側に向かう平行光とされるが、ω方向に直交する方向（基板の回転軸方向）に沿った断面では平行光になっていない。このため、Ｘ線がスリットから基板に到達するまでの間において、Ｘ線のω方向の幅はほぼ一定であるが、Ｘ線のω方向に直交する方向の幅は広がる。したがって、Ｘ線ロッキングカーブ測定において、所定の結晶面で回折されるＸ線の半値幅は、入射側のスリットのうち、Ｘ線が平行光となったω方向の幅に依存するものとなる。
　一方で、受光側は、ｏｐｅｎとした。受光側の検出器の窓幅を１４．０２５ｍｍとした。上述の光学系では、ゴニオ半径が４２０ｍｍであるので、±０．９５°のブラッグ角の変動を測定可能である。
（Ｘ線ロッキングカーブ測定１）
　入射側スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとし、下地基板、サンプル１、２および４の基板のそれぞれの、（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行った。このとき、それぞれの基板の主面内のうちｍ軸方向およびｍ軸に直交するａ軸方向のそれぞれに５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、該測定を行った。測定の結果、各測定点における（０００２）面の回折ピーク角度に基づいて、ｃ面の曲率半径と、主面の法線に対するｃ軸のなす角度であるオフ角と、を求めた。また、主面の中心から直径２９．６ｍｍ内におけるオフ角の大きさの最大最小差として、オフ角のばらつきを求めた。また、各測定点において、入射側スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂを求めた。
（Ｘ線ロッキングカーブ測定２）
　入射側スリットのω方向の幅を１ｍｍとし、下地基板およびサンプル１の基板のそれぞれについて、Ｘ線ロッキングカーブ測定を行った。なお、該測定は、それぞれの基板における主面の中心で行った。測定の結果、入射側スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａを求めた。さらに、それぞれの基板における主面の中心において、ＦＷＨＭａに対するＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂの割合を求めた。
　なお、Ｘ線ロッキングカーブ測定１および２において、それぞれの基板の主面に対して（０００２）面のブラッグ角１７．２８°でＸ線が入射した場合、スリットのω方向の幅が０．１ｍｍのとき、Ｘ線のフットプリントは約０．３３７ｍｍとなり、スリットのω方向の幅が１ｍｍのとき、Ｘ線のフットプリントは約３．３７ｍｍとなる。
（１－３）結果
　結果を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
（サンプル４）
　表１に示すように、ｃ面限定成長のサンプル４の基板では、結晶層の厚膜化の効果により、主面における平均転位密度が下地基板よりも低減されていた。ただし、サンプル３の基板の転位密度をＮ’としたときに、上述のＮ’／Ｎ０で求められる転位密度の低減率は、０．５であった。
　また、サンプル４の基板では、結晶層の厚膜化の効果により、ｃ面の曲率半径が下地基板よりも若干大きくなり、ｃ軸のオフ角のばらつきが下地基板よりも若干小さくなっていた。
（サンプル３）
　成長阻害層形成工程でのＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量を１．４×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ超としたサンプル３では、第２層の表面が鏡面化されていなかった。
　サンプル３では、成長阻害層形成工程でのＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量が多かったため、下地基板の主面に対する成長阻害部の被覆率が過剰に高くなっていた。このため、第１工程において、第１層の成長が下地基板の主面全体に亘って阻害されてしまった。その結果、第２層が連続膜となっておらず、第２層の表面が鏡面化されなかったと考えられる。
　このため、サンプル３では、各種評価を行わなかった。
（サンプル２）
　成長阻害層形成工程でのＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量を４．４×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ未満としたサンプル３では、以下のような積層構造体が得られた。
　図１１（ｂ）は、サンプル２の積層構造体の断面を蛍光顕微鏡により観察した観察像を示す図である。図１１（ｂ）に示すように、サンプル２の積層構造体では、第１層は、成長過程での成長面の違い（すなわち、酸素濃度の違い）に基づいて、ｃ面を成長面として成長した第１ｃ面成長領域と、傾斜界面を成長面として成長した傾斜界面成長領域と、を有していた。第１層の上には、第２層としての第２ｃ面成長領域が形成されていた。
　サンプル２では、第１層の最近接頂部間平均距離は、およそ５０μｍ未満であった。また、傾斜界面成長領域は、不連続に形成されており、第１ｃ面成長領域と第２ｃ面成長領域とが繋がった部分が多く存在していた。
　表１に示すように、サンプル２の基板では、主面における平均転位密度が、下地基板およびサンプル４よりも低減され、１．２×１０６ｃｍ－２未満であった。
　また、サンプル２の基板では、転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域（低転位密度領域）が主面５０ｓの３７％存在していた。しかしながら、主面５０ｓのうち残りの６３％の領域では、転位密度が１×１０６ｃｍ－２以上であった。
　また、表１に示すように、サンプル２の基板では、ｃ面の曲率半径、および直径２９．６ｍｍ内でのｃ軸のオフ角のばらつきが、サンプル４の基板のそれらとほぼ同等であった。
　以上のサンプル２では、成長阻害層形成工程でのＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量が少なかったため、下地基板の主面に対する成長阻害部の被覆率が過剰に低くなってしまった。このため、第１層の３次元成長を充分に促すことができず、第１成長条件が式（１）を満たしていなかった。その結果、第１層の最近接頂部間平均距離が短くなっていたと考えられる。また、第１層の３次元成長を充分に促すことができなかったため、第１工程においてｃ面が残存していたと考えられる。
　サンプル２では、第１層の最近接頂部間平均距離が短くなっていたため、転位が充分に集められなかった。また、第１工程においてｃ面が残存していたため、ｃ面が残存した部分の上方において、転位が低減されなかった。これらの結果、サンプル２の基板の主面のうち６３％の領域で、高転位密度領域が形成されていたと考えられる。
　また、サンプル２では、第１層の３次元成長を充分に促すことができなかったため、基板のｃ面の曲率半径を充分に大きくすることができなかったと考えられる。
（サンプル１）
　成長阻害層形成工程でのＳｉＨ２Ｃｌ２ガス供給量を４．４×１０－１０ｍｏｌ／ｍｉｎ以上１．４×１０－８ｍｏｌ／ｍｉｎ以下としたサンプル１では、以下のような積層構造体が得られた。
　図１１（ａ）は、サンプル１の積層構造体の断面を蛍光顕微鏡により観察した観察像を示す図である。図１２は、多光子励起顕微鏡を用い、サンプル１の基板の主面を観察した図である。
　図１１（ａ）に示すように、サンプル１の積層構造体でも、第１層は、第１ｃ面成長領域と、傾斜界面成長領域と、を有していた。第１層の上には、第２層としての第２ｃ面成長領域が形成されていた。
　サンプル１では、第１層の最近接頂部間平均距離は、サンプル２よりも長く、およそ７４μｍであった。
　また、サンプル１では、傾斜界面成長領域は、下地基板の主面に沿って連続して形成されていた。また、第２層のうち傾斜界面が消失した位置の境界面の、下地基板の主面からの厚さは、およそ２５０μｍであった。
　表１に示すように、サンプル１の基板では、主面における平均転位密度が、下地基板、サンプル２および４の基板に比べて、大幅に低減され、６．５×１０５ｃｍ－２未満であった。
　また、サンプル１の基板の転位密度をＮとしたときに、上述のＮ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率は、０．２１６であった。
　また、サンプル１の基板では、転位密度が３×１０６ｃｍ－２を超える領域が存在しなかった。また、サンプル１の基板では、転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域（低転位密度領域）が主面の８０％以上存在していた。
　また、図１２において四角枠で示したように、サンプル１の基板の主面は、５０μｍ角以上の無転位領域を含んでいた。また、サンプル１の基板では、５０μｍ角の無転位領域が、主面の全体に亘って散在していた。サンプル１の基板の主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域をおよそ２４００個／ｃｍ２の密度で有していた。
　また、表１に示すように、サンプル１の基板では、ｃ面の曲率半径が、下地基板およびサンプル４の基板よりも大きくなり、２２ｍ以上であった。また、サンプル１の基板では、直径２９．６ｍｍ内でのｃ軸のオフ角のばらつきが、下地基板およびサンプル４の基板よりも低減され、０．０７５°以下であった。
　また、表１に示すように、サンプル１の基板では、全測定点（すなわち１００％）において、スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは、３８．５ａｒｃｓｅｃ以下であった。
　また、表１に示すように、サンプル１の基板では、ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、ＦＷＨＭａの３０％以下であった。なお、参考までに、下地基板では、ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、ＦＷＨＭａの５０％以上であった。
　以上のサンプル１によれば、第１工程において、成長阻害層を起因として、第１成長条件が式（１）を満たすようにすることができた。これにより、第１層の成長過程で、ｃ面を確実に消失させることができた。ｃ面を確実に消失させたことで、第１層における傾斜界面が露出した位置で、転位を確実に屈曲させることができた。その結果、基板の主面における転位密度を効率よく低減することができたことを確認した。
　また、サンプル１によれば、成長阻害層を起因として第１成長条件が式（１）を満たしたことで、最近接頂部間平均距離を５０μｍ超とすることができた。これにより、窒化物半導体基板の主面における転位密度を充分に低減させることができたことを確認した。また、最近接頂部間平均距離を５０μｍ超とすることで、２５μｍ角以上の無転位領域を形成することができたことを確認した。
　また、サンプル１によれば、基板のｃ面の曲率半径を、下地基板のｃ面の曲率半径よりも大きくすることができ、基板におけるｃ軸のオフ角のばらつきを、下地基板におけるｃ軸のオフ角のばらつきを小さくすることができたことを確認した。
　また、サンプル１によれば、上述のように、基板の主面の広い範囲に亘って、転位が少なく、該基板における結晶品質要素の全てがバランスよく良好であった。これにより、サンプル１の基板では、主面の広い範囲に亘って、ＦＷＨＭｂが３８．５ａｒｃｓｅｃ以下となることを確認した。
　また、サンプル１によれば、上述のように、結晶品質要素の全てがバランスよく良好であり、且つ、基板のｃ面の曲率半径が大きかった。これらにより、サンプル１では、入射側のスリットの幅を異ならせてＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときの、半値幅の差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂが、ＦＷＨＭａの３０％以下となることを確認した。
（２）実験２
（２－１）窒化物半導体基板の作製
　Ｘ線ロッキングカーブ測定における面内分布について、上述の実験１のサンプル１と比較するため、以下のサンプル５および６を作製した。サンプル５の基板は、ｃ面を成長面として厚膜成長させた結晶層から得た基板である。また、サンプル６の基板は、従来のＶＡＳ法により作製した基板であり、下地基板に相当するものである。
［サンプル５の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
　材質：ＧａＮ
　作製方法：ＶＡＳ法
　直径：６２ｍｍ
　厚さ：４００μｍ
　主面に対して最も近い低指数の結晶面：ｃ面
　オフ角：ｍ軸方向０．５°
　主面に対するマスク層等のパターン加工なし。
（結晶層）
　材質：ＧａＮ
　成長方法：ＨＶＰＥ法
　成長温度：１０５０℃
　Ｖ／ＩＩＩ比：２．８
　成長時間：１５時間
（加工）
　研削：円筒状領域を除去し、直径５６ｍｍの円柱状領域を得た。
　スライス：６３０μｍ厚、５枚
　べべリング加工：直径５０．８ｍｍとした。
　研磨加工：４００～４５０μｍ厚とした。
［サンプル６の窒化物半導体基板の作製条件］
　下地基板と同様の従来のＶＡＳ法により、サンプル６の基板を作製した。なお、サンプル６については、オフ角の絶対値およびオフ方向が下地基板と異なる点を除いて、ｃ面の曲率半径や転位密度などは下地基板と同等とした。
（２－２）評価
（Ｘ線ロッキングカーブ測定）
　サンプル１、５および６の基板のそれぞれについて、実験１と同様の２種類のＸ線ロッキングカーブ測定を行った。このとき、主面内のうちｍ軸方向およびｍ軸に直交するａ軸方向のそれぞれに５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、該測定を行った。これにより、各サンプルの複数の測定点において、ＦＷＨＭａに対するＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂの割合を求めた。
（２－３）結果
　サンプル１、５および６の結果を、それぞれ、表２、３および４に示す。以下の表において、「ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ」とは、（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａ（％）のことである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
［サンプル６］
　表４に示すように、従来のＶＡＳ法により作製されたサンプル６の基板では、直径４０ｍｍ内でのｃ軸のオフ角のばらつきが、±０．２４°程度であった。また、サンプル６の基板では、すべての測定点においてＦＷＨＭｂが３８．５ａｒｃｓｅｃ超であった。また、サンプル６の基板では、すべての測定点において、（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａが３０％超であった。
［サンプル５］
　表３に示すように、ｃ面を成長面として厚膜成長させた結晶層から得られるサンプル５の基板では、直径４０ｍｍ内でのｃ軸のオフ角のばらつきが、サンプル５の基板よりも改善し、±０．０７４°程度であった。また、サンプル５の基板のＦＷＨＭｂは、サンプル５の基板のＦＷＨＭｂよりも改善していた。
　しかしながら、サンプル５の基板では、すべての測定点において（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａが３０％を大きく超えていた。
　このように、従来の基板として高品質なサンプル５の基板は、転位密度やオフ角ばらつきが下地基板よりも改善していたが、サンプル５の基板は、ＦＷＨＭｂ≦３８．５ａｒｃｓｅｃ且つ（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａ≦３０％という半値幅の条件を満たす点を、一点も有していなかった。サンプル５の基板では、上述の結晶品質要素の少なくともいずれかが、サンプル１の基板ほどには良好となっていなかったためと考えられる。
　このため、従来の基板として比較的高品質なサンプル５の基板ですら、上述の半値幅の条件を満たさないことから、従来の他の製造方法により作製した基板も、上述の半値幅の条件を満たさないと考えられる。
［サンプル１］
　これに対し、表２に示すように、サンプル１の基板では、直径４０ｍｍ内でのｃ軸のオフ角のばらつきが、サンプル４および５の基板よりも小さく、±０．０３０°程度であった。
　また、サンプル１の基板では、すべての測定点において、ＦＷＨＭｂが３８．５ａｒｃｓｅｃ以下であった。また、サンプル１の基板では、すべての測定点において（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａが３０％以下であった。なお、サンプル１の基板では、すべての測定点においてＦＷＨＭａ≧ＦＷＨＭｂであった。
　以上のことから、上述の製造方法により得られたサンプル１の基板では、転位密度を低くすることができ、オフ角ばらつきを小さくできただけでなく、半値幅を決定する上述の各結晶品質要素の全てをバランスよく良好にすることができた。これにより、サンプル１の基板では、ＦＷＨＭｂを３８．５ａｒｃｓｅｃ以下とすることができたことを確認した。さらに、サンプル１では、スリット幅を１ｍｍとした場合であっても、Ｘ線が照射される領域の全体に亘って、ｃ面の曲率半径が大きく、且つ、上述の結晶品質要素がバランスよく良好であることで、（ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂ）／ＦＷＨＭａを３０％以下とすることができたことを確認した。
＜本発明の好ましい態様＞
　以下、本発明の好ましい態様について付記する。
（付記１）
　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板を準備する工程と、
　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層を気相成長装置内でその場形成する成長阻害層形成工程と、
　前記成長阻害層が形成された前記下地基板を前記気相成長装置内に配置したまま、該気相成長装置を用い、（０００１）面が露出した頂面を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を前記下地基板の前記主面上に前記成長阻害層の開口部を介してエピタキシャル成長させ、前記成長阻害層を起因として、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を前記頂面に生じさせ、前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、（０００１）面を前記頂面から消失させ、表面が前記傾斜界面のみで構成される第１層を成長させる第１工程と、
　前記第１層上にＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させ、前記傾斜界面を消失させ、鏡面化された表面を有する第２層を成長させる第２工程と、
　を有する
窒化物半導体基板の製造方法。
（付記２）
　前記第１工程では、
　前記成長阻害層を起因として、前記単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせ、（０００１）面を消失させることで、前記第１層の表面に、複数の谷部および複数の頂部を形成し、
　前記主面に垂直な任意の断面を見たときの、前記複数の谷部のうちの１つを挟んで前記複数の頂部のうちで最も接近する一対の頂部同士が前記主面に沿った方向に離間した平均距離を、５０μｍ超とする
付記１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記３）
　前記第１工程では、
　最も接近する前記一対の頂部同士の前記平均距離を、８００μｍ未満とする
付記２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記４）
　前記第１工程では、
　（０００１）面を前記表面から消失させた後に、前記表面が前記傾斜界面のみで構成された状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って前記第１層の成長を継続させる
付記１～３のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記５）
　前記第２工程の後に、前記第２層から少なくとも１つの窒化物半導体基板をスライスする工程を有する
付記１～４のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記６）
　前記下地基板を準備する工程では、
　前記（０００１）面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した前記下地基板を準備し、
　前記窒化物半導体基板をスライスする工程では、
　前記窒化物半導体基板のうち主面の法線に対する＜０００１＞軸のなす角度であるオフ角のばらつきを、前記下地基板のうち前記主面の法線に対する＜０００１＞軸のなす角度であるオフ角のばらつきよりも小さくする
付記５に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記７）
　前記第１工程では、
　前記第１層に、（０００１）面を成長面として成長した第１ｃ面成長領域を形成し、
　前記第１ｃ面成長領域のうち（０００１）面が消失した位置に凸部を形成するとともに、前記第１ｃ面成長領域のうち前記凸部を挟んだ両側に、（０００１）面と前記傾斜界面との交点の軌跡として一対の傾斜部を形成し、
　前記一対の傾斜部のなす角度を７０°以下とする
付記１～６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記８）
　前記第１工程では、
　前記傾斜界面として、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせる
付記１～７のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記９）
　前記第１工程では、式（１）を満たす第１成長条件下で、前記第１層を成長させ、
　前記第２工程では、式（２）を満たす第２成長条件下で、前記第２層を成長させる
付記１～８のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
　Ｇｃ１＞Ｇｉ／ｃｏｓα　・・・（１）
　Ｇｃ２＜Ｇｉ／ｃｏｓα　・・・（２）
（ただし、前記第１層のうちの（０００１）面の成長レートをＧｃ１とし、前記第２層のうちの（０００１）面の成長レートをＧｃ２とし、前記第１層および前記第２層のそれぞれのうち（０００１）面に対して最も傾斜した前記傾斜界面の成長レートをＧｉとし、前記第１層および前記第２層のそれぞれにおいて（０００１）面に対して最も傾斜した前記傾斜界面と（０００１）面とのなす角度をαとする。）
（付記１０）
　前記第１工程では、
　前記成長阻害層を起因として、前記第１成長条件が前記式（１）を満たすようにする
付記９に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記１１）
　前記成長阻害層形成工程では、
　前記成長阻害層として、窒化シリコン層を形成する
付記１～１０のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記１２）
　前記成長阻害層形成工程を行いつつ、前記第１工程を行う
付記１～１１のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。
（付記１３）
　２インチ以上の直径を有し、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
　Ｇｅ（２２０）面の２結晶モノクロメータおよびスリットを介して前記主面に対してＣｕのＫα１のＸ線を照射し、（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行った場合に、
　前記スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは３８．５ａｒｃｓｅｃ以下であり、
　前記スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａからＦＷＨＭｂを引いた差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、ＦＷＨＭａの３０％以下であり、
　ＦＷＨＭａ≧ＦＷＨＭｂである
窒化物半導体基板。
（付記１４）
　前記主面内に５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、前記スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとして前記（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときに、全測定点の９０％以上において、前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは、３８．５ａｒｃｓｅｃ以下である
付記１３に記載の窒化物半導体基板。
（付記１５）
　多光子励起顕微鏡により視野２５０μｍ角で前記主面を観察して暗点密度から転位密度を求めたときに、前記転位密度が３×１０６ｃｍ－２を超える領域が前記主面に存在せず、前記転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域が前記主面の７０％以上存在する
付記１３又は１４に記載の窒化物半導体基板。
（付記１６）
　２インチ以上の直径を有する窒化物半導体基板であって、
　多光子励起顕微鏡により視野２５０μｍ角で前記窒化物半導体基板の主面を観察して暗点密度から転位密度を求めたときに、前記転位密度が３×１０６ｃｍ－２を超える領域が前記主面に存在せず、前記転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域が前記主面の７０％以上存在する
窒化物半導体基板。
（付記１７）
　前記主面は、２５μｍ角以上の無転位領域を含んでいる
付記１３～１６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。
（付記１８）
　前記主面は、重ならない２５μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ２以上の密度で有する
付記１３～１７のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。
（付記１９）
　酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ－３以下である
付記１３～１８のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。
（付記２０）
　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板と、
　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層と、
　前記下地基板の前記主面および前記成長阻害部の上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第１低酸素濃度領域と、
　前記第１低酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域と、
　前記高酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第２低酸素濃度領域と、
　を備え、
　前記高酸素濃度領域の酸素濃度は、前記第１低酸素濃度領域および前記第２低酸素濃度領域のそれぞれの酸素濃度よりも高く、
　前記主面に垂直な任意の断面を見たときに、
　前記第１低酸素濃度領域の上面は、複数の谷部および複数の山部を有し、
　前記複数の谷部のうちの１つを挟んで前記複数の山部のうちで最も接近する一対の山部同士が前記主面に沿った方向に離間した平均距離は、５０μｍ超である
積層構造体。
（付記２１）
　前記高酸素濃度領域は、前記下地基板の前記主面に沿って連続して設けられる
付記２０に記載の積層構造体。
（付記２２）
　前記第１低酸素濃度領域は、前記山部を挟んだ両側に設けられる一対の傾斜部を有し、
　前記一対の傾斜部のなす角度は、７０°以下である
付記２０又は２１に記載の積層構造体。
（付記２３）
　前記下地基板の前記主面における転位密度をＮ０とし、前記高酸素濃度領域の上端で前記主面に沿った境界面における転位密度をＮとしたときに、Ｎ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率は、前記下地基板の前記主面上に（０００１）面のみを成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体の結晶層を、前記下地基板の前記主面から前記境界面までの厚さと等しい厚さでエピタキシャル成長させた場合の、前記結晶層の表面における転位密度をＮ’としたときに、Ｎ’／Ｎ０で求められる転位密度の低減率よりも小さい
付記２０～２２のいずれか１つに記載の積層構造体。
（付記２４）
　前記高酸素濃度領域の上端で前記主面に沿った境界面の、前記下地基板の前記主面からの厚さは、１．５ｍｍ以下であり、
　前記下地基板の前記主面における転位密度をＮ０とし、前記境界面における転位密度をＮとしたときに、Ｎ／Ｎ０で求められる転位密度の低減率は、０．３以下である
付記２０～２３のいずれか１つに記載の積層構造体。
１０　下地基板
２０　成長阻害層
３０　第１層
４０　第２層
５０　窒化物半導体基板（基板）

Claims (13)

  1. 　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板を準備する工程と、
    　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層を気相成長装置内でその場形成する成長阻害層形成工程と、
    　前記成長阻害層が形成された前記下地基板を前記気相成長装置内に配置したまま、該気相成長装置を用い、（０００１）面が露出した頂面を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶を前記下地基板の前記主面上に前記成長阻害層の開口部を介してエピタキシャル成長させ、前記成長阻害層を起因として、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を前記頂面に生じさせ、前記下地基板の前記主面の上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、（０００１）面を前記頂面から消失させ、表面が前記傾斜界面のみで構成される第１層を成長させる第１工程と、
    　前記第１層上にＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶をエピタキシャル成長させ、前記傾斜界面を消失させ、鏡面化された表面を有する第２層を成長させる第２工程と、
    　を有する
    窒化物半導体基板の製造方法。
  2. 　前記第１工程では、
    　前記成長阻害層を起因として、前記単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせ、（０００１）面を消失させることで、前記第１層の表面に、複数の谷部および複数の頂部を形成し、
    　前記主面に垂直な任意の断面を見たときの、前記複数の谷部のうちの１つを挟んで前記複数の頂部のうちで最も接近する一対の頂部同士が前記主面に沿った方向に離間した平均距離を、５０μｍ超とする
    請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  3. 　前記第１工程では、
    　最も接近する前記一対の頂部同士の前記平均距離を、８００μｍ未満とする
    請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  4. 　前記第１工程では、
    　（０００１）面を前記表面から消失させた後に、前記表面が前記傾斜界面のみで構成された状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って前記第１層の成長を継続させる
    請求項１～３のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  5. 　前記第２工程の後に、前記第２層から少なくとも１つの窒化物半導体基板をスライスする工程を有する
    請求項１～４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  6. 　前記下地基板を準備する工程では、
    　前記（０００１）面が前記主面に対して凹の球面状に湾曲した前記下地基板を準備し、
    　前記窒化物半導体基板をスライスする工程では、
    　前記窒化物半導体基板のうち主面の法線に対する＜０００１＞軸のなす角度であるオフ角のばらつきを、前記下地基板のうち前記主面の法線に対する＜０００１＞軸のなす角度であるオフ角のばらつきよりも小さくする
    請求項５に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  7. 　前記成長阻害層形成工程を行いつつ、前記第１工程を行う
    請求項１～６のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。
  8. 　２インチ以上の直径を有し、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する窒化物半導体基板であって、
    　Ｇｅ（２２０）面の２結晶モノクロメータおよびスリットを介して前記主面に対してＣｕのＫα１のＸ線を照射し、（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行った場合に、
    　前記スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは３８．５ａｒｃｓｅｃ以下であり、
    　前記スリットのω方向の幅を１ｍｍとしたときの前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭａからＦＷＨＭｂを引いた差ＦＷＨＭａ－ＦＷＨＭｂは、ＦＷＨＭａの３０％以下であり、
    　ＦＷＨＭａ≧ＦＷＨＭｂである
    窒化物半導体基板。
  9. 　前記主面内に５ｍｍ間隔で設定した複数の測定点において、前記スリットのω方向の幅を０．１ｍｍとして前記（０００２）面回折のＸ線ロッキングカーブ測定を行ったときに、全測定点の９０％以上において、前記（０００２）面回折の半値幅ＦＷＨＭｂは、３８．５ａｒｃｓｅｃ以下である
    請求項８に記載の窒化物半導体基板。
  10. 　多光子励起顕微鏡により視野２５０μｍ角で前記主面を観察して暗点密度から転位密度を求めたときに、前記転位密度が３×１０６ｃｍ－２を超える領域が前記主面に存在せず、前記転位密度が１×１０６ｃｍ－２未満である領域が前記主面の７０％以上存在する
    請求項８又は９に記載の窒化物半導体基板。
  11. 　前記主面は、重ならない２５μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ２以上の密度で有する
    請求項８～１０のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
  12. 　酸素濃度は、５×１０１６ｃｍ－３以下である
    請求項８～１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
  13. 　ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、鏡面化された主面を有し、前記主面に対して最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である下地基板と、
    　前記下地基板の前記主面全体に亘ってランダムに散在した成長阻害部を有する成長阻害層と、
    　前記下地基板の前記主面および前記成長阻害部の上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第１低酸素濃度領域と、
    　前記第１低酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域と、
    　前記高酸素濃度領域上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第２低酸素濃度領域と、
    　を備え、
    　前記高酸素濃度領域の酸素濃度は、前記第１低酸素濃度領域および前記第２低酸素濃度領域のそれぞれの酸素濃度よりも高く、
    　前記主面に垂直な任意の断面を見たときに、
    　前記第１低酸素濃度領域の上面は、複数の谷部および複数の山部を有し、
    　前記複数の谷部のうちの１つを挟んで前記複数の山部のうちで最も接近する一対の山部同士が前記主面に沿った方向に離間した平均距離は、５０μｍ超である
    積層構造体。
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