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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024163495
(43)【公開日】2024-11-22
(54)【発明の名称】窒化ガリウム単結晶基板
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20241115BHJP
H01L 21/20 20060101ALI20241115BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20241115BHJP
C30B 25/20 20060101ALN20241115BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
H01L21/20
H01L21/205
C30B25/20
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023079178
(22)【出願日】2023-05-12
(71)【出願人】
【識別番号】000002093
【氏名又は名称】住友化学株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100145872
【弁理士】
【氏名又は名称】福岡 昌浩
(74)【代理人】
【識別番号】100187632
【弁理士】
【氏名又は名称】橘高 英郎
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 隆
(72)【発明者】
【氏名】藤本 哲爾
(72)【発明者】
【氏名】北村 寿朗
(72)【発明者】
【氏名】柴田 真佐知
【テーマコード（参考）】
4G077
5F045
5F152
【Ｆターム（参考）】
4G077AB01
4G077AB09
4G077BE15
4G077DB05
4G077EA02
4G077EA03
4G077EB01
4G077ED06
4G077FG11
5F045AB14
5F045AC03
5F045AC12
5F045AF04
5F045AF13
5F045BB12
5F152LL03
5F152LM08
5F152LN10
5F152LN18
5F152NN09
5F152NP09
5F152NP27
(57)【要約】
【課題】窒化ガリウム単結晶基板上に作製したデバイス特性を向上させる。
【解決手段】５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
【選択図】図５
【解決手段】５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項2】
径が２ａ以上のエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下である、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項3】
前記第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５０％以上である、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項4】
前記第１ピークの度数をＡとしたとき、前記ヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークは、前記第１ピークを含めて２つである、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項5】
径がａ超２ａ未満の範囲に第２ピークを有し、前記第２ピークを構成するエッチピットの数は、前記第１ピークを構成するエッチピットの数より少ない、請求項１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【請求項6】
前記エッチピットの密度およびヒストグラムは、面積が１ｍｍ２以上の領域から計測したものである、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、窒化ガリウム単結晶基板に関する。
【背景技術】
【0002】
例えば、特許文献１には、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、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、（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直接的にエピタキシャル成長させ、（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、を有し、第１工程では、単結晶の頂面に複数の凹部を生じさせ、（０００１）面を消失させることで、第１層の表面に、複数の谷部および複数の頂部を形成する窒化ガリウム単結晶基板の製造方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０２０－３３２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
本発明の目的は、窒化ガリウム単結晶基板上に作製したデバイスの特性を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様によれば、
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板が提供される。
【発明の効果】
【0006】
本発明によれば、窒化ガリウム単結晶基板上に作製したデバイスの特性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【0007】
【発明を実施するための形態】
【0008】
＜発明者の得た知見＞
まず、発明者らの得た知見について説明する。
まず、発明者らの得た知見について説明する。
【0009】
窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶基板のｃ面に対して、例えば、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した場合、転位に対応するエッチピットが形成されることが知られている。そして、エッチピットのサイズ（径）によって、転位の種類（刃状、混合、螺旋）を特定する方法も当業者に知られているが、この方法は必ずしも汎用的に適用できるとは限らない。アルカリ系のエッチングで形成されるエッチピットのサイズは、転位芯の周りの結晶格子の歪みの大きさに対応する。したがって、エッチピットのサイズは、転位の種類以外に、その転位にトラップされている不純物や転位上の析出物、近接する他の転位との距離等によっても左右されるからである。
【0010】
上述の理由から、エッチピットのサイズにより、転位の種類（刃状、混合、螺旋）を特定することは困難であるが、サイズの大きなエッチピットを形成する転位は、転位芯の周りの歪場も大きいということは言える。大きな歪場を有する転位は、大きなバーガースベクトルを有している可能性が高く、そのような転位は、転位芯が中空状（ホローコア）のマイクロパイプ欠陥のようになって、不純物の異常拡散経路になりやすい。発明者らは、この大きな歪場を有する転位が、窒化ガリウム単結晶基板上に作製したデバイスの特性に悪影響を及ぼすことを見出した。
【0011】
エッチピットのサイズは、エッチング条件にも大きく依存する。このため、エッチピットのサイズの絶対値を議論することは意味がない。しかしながら、エッチングで検出される大きさの異なる何種類かのエッチピットのうち、最もサイズの小さいエッチピットは、転位芯の周りの歪場が最も小さな刃状転位に対応している可能性が極めて高い。そこで、発明者らは、エッチピットの径のヒストグラムを調べ、このヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さいピークの径を基準とし、他のエッチピットの径および数を調べることで、窒化ガリウム単結晶基板上に作製したデバイスの特性に悪影響を及ぼす転位欠陥の有無を把握する技術を見出した。そして、基準となるエッチピットの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットは、上述の大きな歪みを蓄積した転位に対応し、このような転位がデバイス特性に悪影響を及ぼす可能性が高いことを知見した。
【0012】
さらに発明者らは、上記のような大きな歪みを蓄積した転位を低減する（または無くす）方法について鋭意研究を行った。その結果、特許文献１に記載されているような、傾斜界面を成長面として成長させる工程（後述の第１工程）において、傾斜界面成長領域に高濃度にゲルマニウム（Ｇｅ）をドープすることで、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際、径が４ａを超える大きなエッチピットがほぼ無い（つまり、デバイス特性に悪影響を及ぼす可能性が高い大きな歪みを蓄積した転位が実質的に無い）窒化ガリウム単結晶基板を製造できることを見出した。
【0013】
＜本発明の一実施形態＞
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
以下、本発明の一実施形態について図面を参照しながら説明する。
【0014】
（１）窒化ガリウム単結晶基板の製造方法
図１～図４を用い、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶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ガリウム単結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図２（ａ）～（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。また、図３（ｂ）において、細実線ｓは、成長途中の結晶面を示し、図２（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）において、点線は、転位を示している。
図１～図４を用い、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶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ガリウム単結晶基板の製造方法を示すフローチャートである。図２（ａ）～（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）は、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法の一部を示す概略断面図である。また、図３（ｂ）において、細実線ｓは、成長途中の結晶面を示し、図２（ｃ）、図３（ａ）、（ｂ）、図４（ａ）、（ｂ）において、点線は、転位を示している。
【0015】
図１に示すように、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板の製造方法は、例えば、下地基板準備工程Ｓ１００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。
【0016】
（Ｓ１００：下地基板準備工程）
図２（ａ）に示すように、下地基板準備工程Ｓ１００では、窒化ガリウム単結晶からなる下地基板１０を準備する。本実施形態の下地基板準備工程Ｓ１００では、市販の窒化ガリウム単結晶基板（テンプレートではなく、自立基板）を下地基板１０として用いることができる。また、特許文献１に記載のＶＡＳ（Ｖｏｉｄ－Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法により、窒化ガリウム単結晶からなる下地基板１０を作製してもよい。
下地基板１０としては、Ｇｅドープ、Ｓｉドープ、アンドープのいずれでもよいが、特にＧｅドープＧａＮ層とすることが好ましい。これにより、下地基板１０と、後述する第１層３０とのＧｅ濃度差を低減することができる。
図２（ａ）に示すように、下地基板準備工程Ｓ１００では、窒化ガリウム単結晶からなる下地基板１０を準備する。本実施形態の下地基板準備工程Ｓ１００では、市販の窒化ガリウム単結晶基板（テンプレートではなく、自立基板）を下地基板１０として用いることができる。また、特許文献１に記載のＶＡＳ（Ｖｏｉｄ－Ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ）法により、窒化ガリウム単結晶からなる下地基板１０を作製してもよい。
下地基板１０としては、Ｇｅドープ、Ｓｉドープ、アンドープのいずれでもよいが、特にＧｅドープＧａＮ層とすることが好ましい。これにより、下地基板１０と、後述する第１層３０とのＧｅ濃度差を低減することができる。
【0017】
なお、以下では、ウルツ鉱構造を有するＧａＮ結晶において、＜０００１＞軸を「ｃ軸」といい、（０００１）面を「ｃ面」という。なお、（０００１）面を「＋ｃ面（ガリウム極性面）」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＞軸を「ａ軸」といい、｛１１－２０｝面を「ａ面」という。
【0018】
（Ｓ２００：第１工程（第１層成長工程））
下地基板準備工程Ｓ１００において準備した下地基板１０上に、図２（ｂ）に示すように、ｃ面３０ｃが露出した頂面３０ｕを有するＧａＮの単結晶を、例えば、ＨＶＰＥ法により、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、下地基板１０の主面１０ｓ上に直接的にエピタキシャル成長させる。これにより、第１層３０を成長させる。
下地基板準備工程Ｓ１００において準備した下地基板１０上に、図２（ｂ）に示すように、ｃ面３０ｃが露出した頂面３０ｕを有するＧａＮの単結晶を、例えば、ＨＶＰＥ法により、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、下地基板１０の主面１０ｓ上に直接的にエピタキシャル成長させる。これにより、第１層３０を成長させる。
【0019】
このとき、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、図２（ｃ）に示すような、表面が傾斜界面３０ｉのみで構成される第１層３０が成長する。
【0020】
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を単結晶のまま３次元成長させる。
【0021】
第１工程Ｓ２００では、例えば、所定の第１成長条件下で、第１層３０を成長させる。本実施形態の第１成長条件としては、例えば、第１工程Ｓ２００での成長温度を、後述の第２工程Ｓ３００での成長温度よりも低くする。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℃以下とする。
【0022】
また、本実施形態の第１成長条件として、例えば、第１工程Ｓ２００でのＩＩＩ族原料ガスとしてのＧａＣｌガスの供給レートに対する窒化剤ガスとしてのＮＨ３ガスの供給レートの比率（以下、「Ｖ／ＩＩＩ比」ともいう）を、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以下とする。
【0023】
本実施形態では、第１成長条件において、第１層３０（特に、後述する傾斜界面成長領域７０）に高濃度にＧｅをドープする。これにより、後述の第２層４０の表面において、大きな歪みを蓄積した転位を減らし、効果的に歪場の小さな転位の存在比率を大きくすることができる。Ｇｅドープは、例えば、テトラクロロゲルマン（ＧｅＣｌ４）ガスを用いて行う。ＧｅＣｌ４ガスは、例えば、ボンベから供給するか、原料容器を５℃程度に保持した恒温槽中に置き、ＧｅＣｌ４を液体にした状態でキャリアガスを用いてバブリングすることで供給する。キャリアガスはＨ２ガスまたはＮ２ガスのどちらか、もしくは両方を用いることができる。いずれの場合もマスフローコントローラによりＧｅＣｌ４ガスの分圧が０．３～３０Ｐａとなるように流量制御を行うことで、第１層３０（特に傾斜界面成長領域７０）のＧｅ濃度が３×１０１８～９×１０２０ｃｍ－３となるように適宜調整することが好ましい。
【0024】
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
ＧｅＣｌ４ガスの分圧：０．３～３０Ｐａ
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
ＧｅＣｌ４ガスの分圧：０．３～３０Ｐａ
【0025】
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。
【0026】
（Ｓ２２０：傾斜界面拡大工程）
まず、図２（ｂ）に示すように、ＧａＮの単結晶からなる第１層３０の傾斜界面拡大層３２を、上述の第１成長条件下で、下地基板１０の主面１０ｓ上に直接エピタキシャル成長させる。
まず、図２（ｂ）に示すように、ＧａＮの単結晶からなる第１層３０の傾斜界面拡大層３２を、上述の第１成長条件下で、下地基板１０の主面１０ｓ上に直接エピタキシャル成長させる。
【0027】
傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階では、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。
【0028】
第１成長条件下で傾斜界面拡大層３２を徐々に成長させることで、図２（ｂ）に示すように、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。
【0029】
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。
【0030】
第１成長条件下で傾斜界面拡大層３２をさらに成長させることで、図２（ｂ）に示すように、下地基板１０の上方に行くにしたがって、傾斜界面拡大層３２において、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、ｍ≧３の｛１１－２ｍ｝面となる。
【0031】
さらに傾斜界面拡大層３２を成長させていくと、図２（ｃ）に示すように、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。これにより、錐体を連続的に結合させた山脈状の傾斜界面拡大層３２が形成されることとなる。
【0032】
本実施形態では、傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階において、下地基板１０の主面１０ｓ上に、傾斜界面３０ｉを生じさせずにｃ面３０ｃを成長面として傾斜界面拡大層３２を所定の厚さで成長させた後、傾斜界面拡大層３２の表面に、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを生じさせる。これにより、複数の谷部３０ｖは、下地基板１０の主面１０ｓから上方に離れた位置に形成されることとなる。この際、Ｇｅドープした下地基板１０を使用する場合には、下地基板１０とｃ面３０ｃを成長面として成長した領域とのＧｅ濃度差が、例えば、１×１０１８ｃｍ－３以下となるように調整することが好ましい。
【0033】
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２（ｃ）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、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転位が伝播する。しかしながら、傾斜界面が拡大し、ｃ軸に沿った方向に伝播していた転位の成長面が、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、傾斜界面３０ｉで構成される複数の凹部３０ｐの略中央において、局所的に転位が集められることとなる。凹部３０ｐの略中央に集められた転位のうち、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。また一部は、転位ループを形成し、ｃ軸に沿った方向に伝搬することが抑制される。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。一方で、他の転位と会合しない転位はそのまま伝搬を維持し、一部の転位は他の転位と会合し、さらに大きなバーガースベクトルを形成しながら進行する。
【0034】
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。
【0035】
また、このとき、第１ｃ面成長領域６０では、傾斜界面３０ｉが発生した位置に凹部６０ａを形成し、ｃ面３０ｃが消失した位置に凸部６０ｂを形成する。また、第１ｃ面成長領域６０では、凸部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。
【0036】
（Ｓ２４０：傾斜界面維持工程）
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３（ａ）に示すように、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、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。
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３（ａ）に示すように、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、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。
【0037】
このとき、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。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。
【0038】
また、このとき、第１成長条件下で、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。
【0039】
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。
【0040】
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。傾斜界面成長領域７０に酸素が取り込まれることで、格子定数が大きくなり、結晶が凸側に変形する。ＶＡＳ法で製造されたＧａＮ基板のｃ面形状は、一般的に凹型に湾曲している。下地基板１０にＶＡＳ法で製造されたＧａＮ基板を用いると、最初は凹型であったｃ面形状が、傾斜界面成長領域７０が厚く成長していくことで徐々に凸側に変形し、平面に近づくためｃ軸分布が小さくなる。これにより、後述の本成長層４４のｃ面４０ｃの曲率半径を大きくすることができる。
【0041】
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、３×１０１８ｃｍ－３以上５×１０１９ｃｍ－３以下である。
【0042】
ここで、傾斜界面成長領域７０に高濃度にＧｅをドープすることで、後述の第２層４０の表面において、大きな歪みを蓄積した転位を減らすことができる。Ｇｅには転位の移動を妨げる効果（ピン止め効果、ピンニング）があり、また、歪場の大きな転位ほど、コットレル効果により転位芯に不純物を集めやすいという性質がある。前述の通り、凹部３０ｐには集められた転位が会合して大きなバーガースベクトルを形成した転位が存在している。傾斜界面３０ｉ（特に傾斜界面成長領域７０）に高濃度にＧｅをドープすることで、集められた転位のうち、特に歪場の大きな転位がＧｅによりピンニングされる。ピンニングされた転位は他のすべり面への進行が妨げられるため、そのままの形態で伝搬を維持することが困難になり、伝搬を維持するために２本以上の転位に分解して進行する確率が高まる。分解した個々の転位はこれまでよりも歪場の小さな転位となるため、第２層４０の表面において、歪場の小さな転位の存在比率を大きくすることができる。歪場の大きな転位を分解することで、転位の数は増加するが、元々歪場の大きな転位の絶対数は少ないので、傾斜界面３０ｉの凹部３０ｐの略中央に集められて減少する転位の数に比べて、上記の分解で増加する転位の数は無視できるほど少ない。これにより、デバイス特性に悪影響を及ぼす歪場の大きな転位を、選択的に減少させることができる。
【0043】
ｃ面３０ｃを成長面として成長した第１ｃ面成長領域６０に比べて、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には、酸素と同様にＧｅも取り込まれ易い。そのため、傾斜界面３０ｉが形成されるタイミングで、Ｇｅをドーピングし始めると、ｃ面３０ｃに比べて傾斜界面３０ｉのＧｅ濃度が高くなる。さらに傾斜界面３０ｉでは、転位はｃ軸に対して傾斜した方向に屈曲し、凹部３０ｐの略中央に集められるため、傾斜界面３０ｉが形成されるタイミングでＧｅをドープすることで、効果的に歪場の大きな転位を減少させることができる。
【0044】
傾斜界面成長領域７０のＧｅ濃度は３×１０１８～９×１０２０ｃｍ－３であることが好ましい。傾斜界面成長領域７０のＯ濃度やＧｅ濃度は、例えば、２次イオン質量分析（ＳＩＭＳ）により測定することができる。歪場の小さな転位の存在比率を大きくする効果は、傾斜界面成長領域７０のＧｅ濃度が５×１０１８ｃｍ－３を超えたあたりから顕著に表れ始め、５×１０１９ｃｍ－３付近で極大を持つ。傾斜界面成長領域７０のＧｅ濃度が５×１０２１ｃｍ－３を超えると、結晶が異常成長（例えば多結晶化）してしまう。
【0045】
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。
【0046】
本実施形態の第１工程Ｓ２００では、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、以下、第１層３０の厚さともいう）を、例えば、０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下とすることが好ましい。第１層３０の厚さが０．５ｍｍ未満では、第２層４０の表面において、歪場の小さな転位の存在比率を大きくする効果が充分に得られない可能性がある。これに対し、第１層３０の厚さを０．５ｍｍ以上とすることで、歪場の小さな転位の存在比率を大きくする効果を充分に得ることができる。一方、第１層３０の厚さが３ｍｍを超えると、第２層４０の表面において、歪場の小さな転位の存在比率を大きくする効果が飽和してしまう可能性が高く、生産コスト的に不利が生じる。これに対し、第１層３０の厚さを３ｍｍ以下とすることで、歪場の小さな転位の存在比率を大きくする効果を効率よく得ることができる。
【0047】
【0048】
このとき、下地基板１０の主面１０ｓ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４０を成長させる。
【0049】
第２工程Ｓ３００では、例えば、所定の第２成長条件下で、第２層４０を成長させる。本実施形態の第２成長条件としては、第２工程Ｓ３００での成長温度を、例えば、第１工程Ｓ２００での成長温度よりも高くする。具体的には、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。
【0050】
また、本実施形態の第２成長条件として、第２工程Ｓ３００でのＶ／ＩＩＩ比を調整してもよい。例えば、第２工程Ｓ３００でのＶ／ＩＩＩ比を、第１工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比よりも小さくしてもよい。具体的には、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。
【0051】
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。
【0052】
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
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
【0053】
（Ｓ３２０：ｃ面拡大工程）
図３（ｂ）に示すように、第１層３０上に、上述の第２成長条件で、ＧａＮ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。
図３（ｂ）に示すように、第１層３０上に、上述の第２成長条件で、ＧａＮ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。
【0054】
このとき、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。
【0055】
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。
【0056】
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。
【0057】
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。
【0058】
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。
【0059】
ここで、ｃ面拡大工程Ｓ３２０においても、第２層４０（特にｃ面拡大層４２）に高濃度にＧｅをドーピングすることが好ましい。ｃ面拡大層４２のうち、傾斜界面４０ｉが成長している間は、傾斜界面成長領域７０と同様に高濃度にＧｅをドープすることで、第２層４０のｃ面４０ｃにおいて、大きな歪みを蓄積した転位の増加を抑制することができる。また、傾斜界面４０ｉが成長している間に、高濃度にＧｅをドープすることで、大きな歪を蓄積した転位をさらに減らすことができる。ｃ面拡大層４２にＧｅをドープする場合、傾斜界面成長領域７０にドープしたＧｅと同じ濃度でドープしても良いし、異なる濃度でドープしても良い。傾斜界面成長領域７０とは異なる濃度でドープする場合、第２層４０の成長中に、連続的にＧｅ濃度を変化させることが好ましい。このとき、ＧｅＣｌ４ガスの分圧は０．３～４０Ｐａの範囲で調整することが好ましい。
【0060】
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。
【0061】
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。
【0062】
（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４（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。
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４（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。
【0063】
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。
【0064】
本成長工程Ｓ３４０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てもよいし、ｎ型ドーパントガスとして、ＳｉＨ２Ｃｌ２ガスの代わりに、ＧｅＣｌ４ガスなどを供給することで、ＧｅドープＧａＮ層をエピタキシャル成長させてもよい。なお、第２層４０として、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、炭素（Ｃ）等をドープしたＧａＮ層をエピタキシャル成長させてもよい。
【0065】
本成長工程Ｓ３４０において、第２層４０にＧｅをドープする場合、ｃ面拡大工程Ｓ３２０においてｃ面拡大層４２にドープしたＧｅと同じ濃度でドープしても良いし、異なる濃度でドープしてもよい。ｃ面拡大工程Ｓ３２０とは異なる濃度でドープする場合、本成長工程Ｓ３４０の成長中に、連続的にＧｅ濃度を変化させることが好ましい。このとき、ＧｅＣｌ４ガスの分圧は０．３～５０Ｐａの範囲で調整することが好ましい。また、本成長工程Ｓ３４０において、Ｇｅ以外のドーパント（例えば、Ｓｉ）をドープする場合、本成長工程Ｓ３４０の成長中に、徐々にＧｅ濃度を減らし、Ｇｅ濃度がＳＩＭＳによる検出下限程度になってから、Ｇｅ以外のドーパント濃度を徐々に増やしていくことが好ましい。
【0066】
また、このとき、傾斜界面成長領域７０に酸素が取り込まれることで結晶の格子が伸び、第２層４０のｃ軸分布は小さくなるため、その上に成長する本成長層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。
【0067】
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。
【0068】
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以下とすることで、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。
【0069】
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。
【0070】
なお、以上の第１工程Ｓ２００から第２工程Ｓ３００までの工程を、下地基板１０を大気暴露することなく、同一のチャンバ内で連続的に行う。これにより、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。
【0071】
（Ｓ４００：スライス工程）
次に、図４（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ガリウム単結晶基板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。
次に、図４（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ガリウム単結晶基板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。
【0072】
このとき、本成長層４４から切り出した基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径は、上述の理由で下地基板１０のｃ面１０ｃの曲率半径よりも大きくなる。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（基板面内のオフ角θの最大最小差）を、下地基板１０の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。
【0073】
（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。
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。
【0074】
以上の工程により、本実施形態に係る基板５０が製造される。
【0075】
（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してもよい。半導体積層物を作製したら、さらに半導体積層物上に電極等を形成し、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、半導体装置を作製してもよい。基板５０の表面に存在する大きな歪みを蓄積した転位を減らしたことで、基板５０上に作製した半導体装置（デバイス）の特性を向上させることができる。
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してもよい。半導体積層物を作製したら、さらに半導体積層物上に電極等を形成し、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、半導体装置を作製してもよい。基板５０の表面に存在する大きな歪みを蓄積した転位を減らしたことで、基板５０上に作製した半導体装置（デバイス）の特性を向上させることができる。
【0076】
（２）窒化ガリウム単結晶基板（窒化物半導体自立基板、窒化物結晶基板）
次に、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板５０について説明する。
次に、本実施形態に係る窒化ガリウム単結晶基板５０について説明する。
【0077】
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は、ＧａＮの単結晶からなる自立基板である。
【0078】
基板５０の直径は、例えば、５０ｍｍ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。
【0079】
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。
【0080】
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。
【0081】
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。
【0082】
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。
【0083】
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。
【0084】
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。
【0085】
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。
【0086】
（ｃ面の湾曲、およびオフ角のばらつき）
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。
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。
【0087】
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。
【0088】
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。
【0089】
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。
【0090】
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。
【0091】
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。
【0092】
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。
【0093】
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。
【0094】
（転位密度）
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。
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。
【0095】
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を製造した場合、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本願の基板５０の主面を観察したときに観察される暗点の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、転位に対応している。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。
【0096】
本実施形態では、転位の集中に起因した特段に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１×１０６ｃｍ－２を超える領域が存在せず、転位密度が５×１０５ｃｍ－２未満である領域が主面５０ｓの８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上存在する。
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１×１０６ｃｍ－２を超える領域が存在せず、転位密度が５×１０５ｃｍ－２未満である領域が主面５０ｓの８０％以上、好ましくは９０％以上、より好ましくは９５％以上存在する。
【0097】
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、５．５×１０５ｃｍ－２未満であり、より好ましくは３×１０５ｃｍ－２以下である。
【0098】
（エッチピットヒストグラム）
基板５０の主面５０ｓに対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施すと、図５に示すようなエッチピットが形成される。本実施形態では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を１：１で混合して融液（温度４７０℃）としたものの中に基板５０を２０分間浸漬させ、エッチングを行った。そして、エッチング後の基板５０の主面５０ｓを、ＳＥＭを用いて観察し、画像解析により、各エッチピットの径を算出し、得られたエッチピットの径のデータから、エッチピットの径のヒストグラムを作成した。なお、エッチピットの径とは、画像解析した各エッチピット領域の最大径としてもよいし、円相当径としてもよい。本実施形態では、エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れるピーク（以下、第１ピークともよぶ）の径をａとして規格化し、横軸の階級（刻み幅）は０．１ａ刻みとした。縦軸は計測領域内のエッチピットの個数（度数）である。
基板５０の主面５０ｓに対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施すと、図５に示すようなエッチピットが形成される。本実施形態では、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を１：１で混合して融液（温度４７０℃）としたものの中に基板５０を２０分間浸漬させ、エッチングを行った。そして、エッチング後の基板５０の主面５０ｓを、ＳＥＭを用いて観察し、画像解析により、各エッチピットの径を算出し、得られたエッチピットの径のデータから、エッチピットの径のヒストグラムを作成した。なお、エッチピットの径とは、画像解析した各エッチピット領域の最大径としてもよいし、円相当径としてもよい。本実施形態では、エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れるピーク（以下、第１ピークともよぶ）の径をａとして規格化し、横軸の階級（刻み幅）は０．１ａ刻みとした。縦軸は計測領域内のエッチピットの個数（度数）である。
【0099】
本実施形態の基板５０の主面５０ｓに対して、上述の条件でエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度（単位面積当たりの個数）は、ほぼ転位密度に相当する。エッチピットの大きさは、エッチング条件によって変化させることができるが、あまり高密度に存在すると、隣接するエッチピット同士が重なって、エッチピットの径を計測することが難しくなるため、有意に測定を行うためには、エッチピットの密度は１×１０６ｃｍ－２未満が好ましく、より好ましくは、５．５×１０５ｃｍ－２未満であり、さらには３×１０５ｃｍ－２以下であることが好ましい。なお、エッチピットの密度およびエッチピットの径のヒストグラムは、面積が１ｍｍ２以上の領域から計測することが好ましい。
【0100】
本実施形態の基板５０は、第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数（合計数）が、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である。これは、径が４ａを超えるエッチピットが実質的に存在しないと言い換えることもできるが、基板５０上の傷や異物によって、大きなエッチピットが形成されることがあるため、１／１０００以下と表現する。このような基板５０は、デバイス特性を悪化させるような、大きい歪みを蓄積した転位が実質的に無いと言える。したがって、基板５０上に作製したデバイス特性を向上させることができる。
【0101】
本実施形態の基板５０は、径が２ａ以上のエッチピットの総数が、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下であることが好ましく、１／１００以下であることがより好ましい。径が２ａ以上のエッチピットは、基板５０のデバイス特性に影響を及ぼすような転位に対応している可能性があるため、径が２ａ以上のエッチピットの総数を、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下（より好ましくは１／１００以下）とすることで、基板５０上に作製したデバイス特性をさらに向上させることができる。
【0102】
本実施形態の基板５０は、第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５０％以上（より好ましくは７０％以上）であることが好ましい。上述したように、第１工程Ｓ２００において、傾斜界面成長領域７０に高濃度にＧｅをドープすることで、歪場の小さな転位の存在比率を大きくしているため、第１ピークを構成するエッチピットの数を増加させることができる。歪場の小さな転位は、基板５０のデバイス特性に大きな影響を及ぼさないため、第１ピークを構成するエッチピットの割合が高いということは、基板５０上に作製したデバイス特性が良好であることを意味する。
【0103】
本実施形態の基板５０は、第１ピークの度数をＡとしたとき、径のヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークは、第１ピークを含めて２つであることが好ましい。エッチピットのヒストグラムに現れるピークの数は、エッチピットに対応する転位欠陥の構成種の数に対応していると言える。ピークがたくさん観測される結晶は、単純な刃状、混合といった転位だけでなく、それらと複合的に結びついた不純物や点欠陥のバリエーションが多い、即ち、不純物準位や欠陥準位が多く発生している可能性の高い結晶であり、デバイスを作製した時の特性のばらつきが大きい、言い換えるとデバイス歩留まりの悪い可能性の高い結晶であると言える。これに対し、ヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークが第１ピークを含めて２つである結晶は、結晶中に存在している転位が単純な刃状転位と混合転位の２種類だけであることを示唆しており、即ち、デバイスを作製した時の特性のばらつきが小さく、デバイス歩留まりの良い結晶であると言える。
また、本実施形態の基板５０は、径がａ超２ａ未満の範囲に第２ピークを有し、第２ピークを構成するエッチピットの数は、第１ピークを構成するエッチピットの数より少ないことが好ましい。第２ピークを形成するエッチピットの径がａ超２ａ未満の範囲にあるということは、それが単純な混合転位に対応している可能性の高いことを意味しており、第２ピークを構成するエッチピットの数が少ないこと、言い換えると第１ピークを構成するエッチピットの数が多いことは、結晶中の転位が転位芯の周りの歪の少ない転位によって主に構成されていることを示している。これらの特徴は、基板５０上に作製したデバイス特性が良好であることを意味する。
また、本実施形態の基板５０は、径がａ超２ａ未満の範囲に第２ピークを有し、第２ピークを構成するエッチピットの数は、第１ピークを構成するエッチピットの数より少ないことが好ましい。第２ピークを形成するエッチピットの径がａ超２ａ未満の範囲にあるということは、それが単純な混合転位に対応している可能性の高いことを意味しており、第２ピークを構成するエッチピットの数が少ないこと、言い換えると第１ピークを構成するエッチピットの数が多いことは、結晶中の転位が転位芯の周りの歪の少ない転位によって主に構成されていることを示している。これらの特徴は、基板５０上に作製したデバイス特性が良好であることを意味する。
【0104】
＜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。
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。
【0105】
上述の実施形態では、下地基板１０が市販の窒化ガリウム単結晶基板、または、ＶＡＳ法により作製した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、ＶＡＳ法により作製したＧａＮ自立基板に限らず、例えば、他の方法により作製したＧａＮ自立基板であってもよい。
【0106】
上述の実施形態では、主に基板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。
【0107】
上述の実施形態では、第１工程Ｓ２００において、第１成長条件として主に成長温度を調整する場合について説明したが、成長温度以外の成長条件を調整したり、成長温度と成長温度以外の成長条件とを組み合わせて調整したりしてもよい。
【0108】
上述の実施形態では、第２工程Ｓ３００において、第２成長条件として主に成長温度を調整する場合について説明したが、成長温度以外の成長条件を調整したり、成長温度と成長温度以外の成長条件とを組み合わせて調整したりしてもよい。
【0109】
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での成長条件が第１成長条件を満たせば、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。
【0110】
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での成長条件が第２成長条件を満たせば、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。
【0111】
上述の実施形態では、スライス工程Ｓ４００において、ワイヤーソーを用い、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。
【0112】
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Ｓ２００～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、さらに大きな歪みを蓄積した転位を低減した基板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Ｓ２００～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。また、サイクルを繰り返す回数に応じて、大きな歪みを蓄積した転位を低減した基板５０を得ることができる。
【実施例0113】
次に、本発明に係る実施例を説明する。これらの実施例は本発明の一例であって、本発明はこれらの実施例により限定されない。
【0114】
（１）窒化ガリウム単結晶基板の作製
以下のようにして、実施例１、実施例２、および比較例の窒化ガリウム単結晶基板を作製した。
以下のようにして、実施例１、実施例２、および比較例の窒化ガリウム単結晶基板を作製した。
【0115】
［実施例１の窒化ガリウム単結晶基板の作製条件］
（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
主面に対するマスク層等のパターン加工なし。
主面の二乗平均粗さＲＭＳ：２ｎｍ
主面のオフ角：ｍ方向に０．４°
ＸＲＣ測定での（１０－１０）面回折のＦＷＨＭ：１００ａｒｃｓｅｃ
（第１層）
材質：ＧａＮ
成長方法：ＨＶＰＥ法
第１成長条件：
成長温度を９８０℃以上１，０２０℃以下とし、Ｖ／ＩＩＩ比を２以上２０以下とした。また、以下の条件で傾斜界面成長領域にＧｅをドープした。
Ｇｅドープ方法：ＧｅＣｌ４ガス
ＧｅＣｌ４ガスの分圧：０．３５Ｐａ
傾斜界面成長領域のＧｅ濃度：５×１０１８ｃｍ－３
下地基板の主面から第１層の表面までの厚さ：１ｍｍ
（第２層）
材質：ＧａＮ
成長方法：ＨＶＰＥ法
第２成長条件：
成長温度を１，０５０℃以上１０８０℃以下とし、Ｖ／ＩＩＩ比を２以上５以下とした。ｃ面拡大工程Ｓ３２０ではＧｅをドープせず、本成長工程Ｓ３４０において以下のｃ面Ｇｅ濃度となるようにＧｅをドープした。
下地基板の主面から第２層の表面までの厚さ：２ｍｍ
ｃ面のＧｅ濃度：３×１０１９ｃｍ－３
なお、第１層から第２層にかけて、各層のＧｅ濃度が変わる場合は、Ｇｅドープ量を徐々に増減させることで、各層のＧｅ濃度差が、１×１０１８ｃｍ－３以下となるように調整した。
（スライス条件）
窒化ガリウム単結晶基板の厚さ：４００μｍ
カーフロス：２００μｍ
（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
主面に対するマスク層等のパターン加工なし。
主面の二乗平均粗さＲＭＳ：２ｎｍ
主面のオフ角：ｍ方向に０．４°
ＸＲＣ測定での（１０－１０）面回折のＦＷＨＭ：１００ａｒｃｓｅｃ
（第１層）
材質：ＧａＮ
成長方法：ＨＶＰＥ法
第１成長条件：
成長温度を９８０℃以上１，０２０℃以下とし、Ｖ／ＩＩＩ比を２以上２０以下とした。また、以下の条件で傾斜界面成長領域にＧｅをドープした。
Ｇｅドープ方法：ＧｅＣｌ４ガス
ＧｅＣｌ４ガスの分圧：０．３５Ｐａ
傾斜界面成長領域のＧｅ濃度：５×１０１８ｃｍ－３
下地基板の主面から第１層の表面までの厚さ：１ｍｍ
（第２層）
材質：ＧａＮ
成長方法：ＨＶＰＥ法
第２成長条件：
成長温度を１，０５０℃以上１０８０℃以下とし、Ｖ／ＩＩＩ比を２以上５以下とした。ｃ面拡大工程Ｓ３２０ではＧｅをドープせず、本成長工程Ｓ３４０において以下のｃ面Ｇｅ濃度となるようにＧｅをドープした。
下地基板の主面から第２層の表面までの厚さ：２ｍｍ
ｃ面のＧｅ濃度：３×１０１９ｃｍ－３
なお、第１層から第２層にかけて、各層のＧｅ濃度が変わる場合は、Ｇｅドープ量を徐々に増減させることで、各層のＧｅ濃度差が、１×１０１８ｃｍ－３以下となるように調整した。
（スライス条件）
窒化ガリウム単結晶基板の厚さ：４００μｍ
カーフロス：２００μｍ
【0116】
［実施例２の窒化ガリウム単結晶基板の作製条件］
（下地基板）
実施例１と同じ。
（第１層）
傾斜界面成長領域のＧｅ濃度：５×１０１９ｃｍ－３
上記以外は実施例１と同じ。
（第２層）
ｃ面拡大工程Ｓ３２０において傾斜界面４０ｉのＧｅ濃度：５×１０１９ｃｍ－３となるようにＧｅをドープした。
上記以外は実施例１と同じ。
（スライス条件）
実施例１と同じ。
（下地基板）
実施例１と同じ。
（第１層）
傾斜界面成長領域のＧｅ濃度：５×１０１９ｃｍ－３
上記以外は実施例１と同じ。
（第２層）
ｃ面拡大工程Ｓ３２０において傾斜界面４０ｉのＧｅ濃度：５×１０１９ｃｍ－３となるようにＧｅをドープした。
上記以外は実施例１と同じ。
（スライス条件）
実施例１と同じ。
【0117】
［比較例の窒化ガリウム単結晶基板の作製条件］
（下地基板）
実施例１と同じ。
（第１層）
Ｇｅのドープを行わないこと以外は実施例１と同じ。
（第２層）
実施例１と同じ。
（スライス条件）
実施例１と同じ。
（下地基板）
実施例１と同じ。
（第１層）
Ｇｅのドープを行わないこと以外は実施例１と同じ。
（第２層）
実施例１と同じ。
（スライス条件）
実施例１と同じ。
【0118】
（２）エッチピットヒストグラムの評価
実施例１、実施例２、および比較例の窒化ガリウム単結晶基板の主面に対して、以下の条件でアルカリ系エッチング液によるエッチングを施し、エッチピットを形成した。
エッチング液：５００ｇのＫＯＨと５００ｇのＮａＯＨからなるアルカリ融液
融液温度：４７０℃
浸漬時間：２０分間
実施例１、実施例２、および比較例の窒化ガリウム単結晶基板の主面に対して、以下の条件でアルカリ系エッチング液によるエッチングを施し、エッチピットを形成した。
エッチング液：５００ｇのＫＯＨと５００ｇのＮａＯＨからなるアルカリ融液
融液温度：４７０℃
浸漬時間：２０分間
【0119】
エッチピットを形成した窒化ガリウム単結晶基板の主面を、ＳＥＭ（日立ハイテク社製、ＳＵ５０００）を用いて観察した。測定視野は１２７μｍ×９５．３μｍ（倍率１０００倍）とし、横９枚×縦１１枚（計９９枚）のＳＥＭ像を結合した画像（１１４３μｍ×１０４８μｍ）を画像解析してエッチピットを計測した。具体的には、画像処理ソフトウェア（Ｉｍａｇｅ Ｊ）を用いて、画像の二値化を行い、エッチピット領域を塗りつぶし、エッチピット領域の幅と高さのうち大きい方をエッチピットの径として算出した。なお、エッチピット領域を塗りつぶした際に、小さなゴミを示す領域や加工傷等に起因する線状のピット領域は除去した。
【0120】
得られたエッチピットの径のデータから、エッチピットの径のヒストグラムを作成した。本実施例では、エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れるピーク（第１ピーク）の径を１として規格化し、横軸の階級は０．１刻みとした。
【0121】
図６（ａ）、（ｂ）に実施例１のヒストグラムを、図７（ａ）、（ｂ）に実施例２のヒストグラムを、図８（ａ）、（ｂ）に比較例のヒストグラムをそれぞれ示す。図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）、図８（ａ）、（ｂ）において、横軸は規格化されたエッチピット径を示し、縦軸は計測領域内のエッチピットの個数（度数）を示している。なお、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図８（ｂ）は、図６（ａ）、図７（ａ）、図８（ａ）のヒストグラムをそれぞれ縦軸（度数）方向に拡大したものである。また、表１に実施例１、実施例２、比較例のヒストグラムにおいて観測された、第１ピークを構成するエッチピットの数、径が２未満のエッチピットの数、径が２以上４未満のエッチピットの数、および、径が４以上のエッチピットの数をまとめて示す。
【0122】
【表1】
【0123】
図８（ａ）、（ｂ）および表１に示すように、第１層（傾斜界面成長領域）にＧｅをドープしなかった比較例の基板においては、径が４を超えるエッチピットが僅かに計測された。これに対し、図６（ａ）、（ｂ）、図７（ａ）、（ｂ）、および表１に示すように、傾斜界面成長領域に高濃度にＧｅをドープした実施例１および実施例２の基板においては、径が４を超えるエッチピットは実質的に計測されなかった（径が４を超えるエッチピットの総数が、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下であった）。
【0124】
以上より、第１層（傾斜界面成長領域）に高濃度にＧｅをドープすることで、エッチピットの径のヒストグラムにおける第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数を低減できる（第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下にできる）ことを確認した。つまり、実施例１および実施例２の窒化ガリウム単結晶基板は、デバイス特性の悪化につながるような、大きい歪みを蓄積した転位が実質的に無いと言えるため、デバイス特性を向上させることができる。
【0125】
また、表１に示すように、実施例１の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの数が３８９０で、径が２以上のエッチピットの総数は３５２であった。つまり、実施例１の基板では、径が２以上のエッチピットの総数は、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下であることを確認した。実施例２の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの数が３５８２で、径が２以上のエッチピットの総数は２２であった。つまり、実施例２の基板では、径が２以上のエッチピットの総数は、第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１００以下であることを確認した。一方、比較例の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの総数が４１９２で、径が２以上のエッチピットの総数は４３５であった。
【0126】
また、実施例１の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５９％であり、実施例２の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の６４％であった。つまり、実施例１および実施例２の基板では、第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５０％以上であることを確認した。
【0127】
また、図６（ａ）、図７（ａ）から、実施例１および実施例２の基板では、第１ピークの度数をＡとしたとき、径のヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークは、第１ピークを含めて２つであることを確認した。
【0128】
また、図６（ａ）、図７（ａ）から、実施例１および実施例２の基板では、径が１超２未満の範囲に第２ピークを有し、第２ピークを構成するエッチピットの数は、第１ピークを構成するエッチピットの数より少なくなっていることを確認した。
【0129】
＜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。
以下、本発明の好ましい態様について付記する。
【0130】
（付記１）
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
５０ｍｍ以上の直径を有し、主面に最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である窒化ガリウム単結晶基板であって、
前記主面に対して、アルカリ系エッチング液によるエッチングを施した際に形成されるエッチピットの密度が１×１０６ｃｍ－２未満であり、
前記エッチピットの径のヒストグラムに現れるピークのうち、最も径が小さい側に現れる第１ピークの径をａとしたとき、径が４ａを超えるエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０００以下である、窒化ガリウム単結晶基板。
【0131】
（付記２）
径が２ａ以上のエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下である、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
より好ましくは、径が２ａ以上のエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１００以下である。
径が２ａ以上のエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１０以下である、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
より好ましくは、径が２ａ以上のエッチピットの総数が、前記第１ピークを構成するエッチピットの数の１／１００以下である。
【0132】
（付記３）
前記第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５０％以上である、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
より好ましくは、前記第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の７０％以上である。
前記第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の５０％以上である、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
より好ましくは、前記第１ピークを構成するエッチピットの数が、全体の７０％以上である。
【0133】
（付記４）
前記第１ピークの度数をＡとしたとき、前記ヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークは、前記第１ピークを含めて２つである、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
前記第１ピークの度数をＡとしたとき、前記ヒストグラムに現れる、度数がＡ／１０以上のピークは、前記第１ピークを含めて２つである、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【0134】
（付記５）
径がａ超２ａ未満の範囲に第２ピークを有し、前記第２ピークを構成するエッチピットの数は、前記第１ピークを構成するエッチピットの数より少ない、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
径がａ超２ａ未満の範囲に第２ピークを有し、前記第２ピークを構成するエッチピットの数は、前記第１ピークを構成するエッチピットの数より少ない、付記１に記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【0135】
（付記６）
前記エッチピットの密度およびヒストグラムは、面積が１ｍｍ２以上の領域から計測したものである、付記１から付記５のいずれか１つに記載の窒化ガリウム単結晶基板。
前記エッチピットの密度およびヒストグラムは、面積が１ｍｍ２以上の領域から計測したものである、付記１から付記５のいずれか１つに記載の窒化ガリウム単結晶基板。
【符号の説明】
【0136】
１０ 下地基板
３０ 第１層
３２ 傾斜界面拡大層
３４ 傾斜界面維持層
４０ 第２層
４２ ｃ面拡大層
４４ 本成長層
５０ 窒化ガリウム単結晶基板（基板）
６０ 第１ｃ面成長領域
７０ 傾斜界面成長領域
８０ 第２ｃ面成長領域
９０ 積層構造体
３０ 第１層
３２ 傾斜界面拡大層
３４ 傾斜界面維持層
４０ 第２層
４２ ｃ面拡大層
４４ 本成長層
５０ 窒化ガリウム単結晶基板（基板）
６０ 第１ｃ面成長領域
７０ 傾斜界面成長領域
８０ 第２ｃ面成長領域
９０ 積層構造体
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
