特許 7339096 窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-08-28

(45)【発行日】2023-09-05

(54)【発明の名称】窒化物半導体基板の製造方法および窒化物半導体基板

(51)【国際特許分類】

   C30B 29/38 20060101AFI20230829BHJP

   C30B 25/18 20060101ALI20230829BHJP

【ＦＩ】

C30B29/38

C30B25/18

【請求項の数】 18

(21)【出願番号】P 2019174018

(22)【出願日】2019-09-25

(65)【公開番号】P2021050115

(43)【公開日】2021-04-01

【審査請求日】2022-07-19

(73)【特許権者】

【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】吉田 丈洋

【審査官】宮崎 園子

(56)【参考文献】

【文献】特開２００１－１０２３０７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－２５６０８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３１９７３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１４７７２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１９－１１２２６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－２０９８０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２４１３３１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ３０Ｂ ２９／３８

Ｃ３０Ｂ ２５／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

気相成長法を用いた窒化物半導体基板の製造方法であって、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１下地層を形成する工程と、
前記第１下地層上に金属層を形成する工程と、
熱処理を行い、前記第１下地層中にボイドを形成する工程と、
ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する第２下地層を、前記第１下地層の上方にエピタキシャル成長させ、該第２下地層の前記主面を鏡面化させる工程と、
（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前記第２下地層の前記主面上に直接的にエピタキシャル成長させ、前記（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、前記第２下地層の前記主面よりも上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、前記（０００１）面を前記頂面から少なくとも一度消失させ、３次元成長層を成長させる工程と、
前記３次元成長層をスライスし、前記窒化物半導体基板を形成する工程と、
を有する
窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項2】

前記３次元成長層を成長させる工程では、
前記３次元成長層において前記傾斜界面を成長面として成長させた傾斜界面成長領域を形成し、
前記３次元成長層を前記主面に沿って切った沿面断面において前記傾斜界面成長領域が占める面積割合を、８０％以上とする
請求項１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項3】

前記３次元成長層を形成する工程は、
前記（０００１）面を前記頂面から消失させた後に、前記傾斜界面成長領域が前記沿面断面の８０％以上の面積を占める状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って前記単結晶の成長を継続させ、傾斜界面維持層を形成する工程を有する
請求項２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項4】

前記３次元成長層を形成する工程では、
前記傾斜界面成長領域中に取り込まれる酸素の濃度以上の濃度で、導電型不純物を添加する
請求項２又は３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項5】

前記３次元成長層を形成する工程では、
前記（０００１）面を成長面として所定の厚さで前記単結晶を成長させた後に、該単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせる
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。

【請求項6】

前記３次元成長層を形成する工程では、
前記傾斜界面として、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせる
請求項１～５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項7】

前記３次元成長層を形成する工程では、
前記単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせ、前記（０００１）面を消失させることで、前記３次元成長層の表面に、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に、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、１００μｍ超とする
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。

【請求項8】

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前記（０００１）面の曲率半径を、前記第２下地層を前記３次元成長層と同じ厚さで成長させ、前記３次元成長層を形成する工程を行わずに前記第２下地層をスライスした場合の窒化物半導体基板の前記（０００１）面の曲率半径よりも大きくする
請求項１～７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【請求項9】

２インチ以上の直径を有し、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、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、
９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有する高酸素濃度領域を有し、
前記主面において前記高酸素濃度領域が占める面積割合は、８０％以上であり、
前記主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ ^２ 以上の密度で有し、
前記主面内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率を測定したときに、
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における前記透過率の、前記主面内のばらつきは、±０．５％以内である
窒化物半導体基板。

【請求項10】

前記主面内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の反射率を測定したときに、
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における前記反射率の、前記主面内のばらつきは、±０．５％以内である
請求項９に記載の窒化物半導体基板。

【請求項11】

２インチ以上の直径を有し、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、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、
９×１０ ^１７ ｃｍ ^－３ 以上の酸素濃度を有する高酸素濃度領域を有し、
前記主面において前記高酸素濃度領域が占める面積割合は、８０％以上であり、
前記主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ ^２ 以上の密度で有し、
前記主面内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の反射率を測定したときに、
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における前記反射率の、前記主面内のばらつきは、±０．５％以内である
窒化物半導体基板。

【請求項12】

５×１０^１６ｃｍ^－３以下の酸素濃度を有する低酸素濃度領域を有する
請求項９～１１のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。

【請求項13】

前記主面における前記低酸素濃度領域は、小さくとも５０μｍ角の無転位領域を含む
請求項１２に記載の窒化物半導体基板。

【請求項14】

平面視での前記低酸素濃度領域の大きさは、前記主面と反対の裏面から前記主面に向けて変化している
請求項１２又は１３に記載の窒化物半導体基板。

【請求項15】

前記低酸素濃度領域は、前記主面と反対の裏面から前記主面に向けて連続的に繋がっていない
請求項１２～１４のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。

【請求項16】

５×１０^１６ｃｍ^－３以下の酸素濃度を有する低酸素濃度領域を有しない
請求項９に記載の窒化物半導体基板。

【請求項17】

５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲における吸収係数は、０．１５ｃｍ^－１以下である
請求項９～１６のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。

【請求項18】

波長をλ（μｍ）、２７℃における前記窒化物半導体基板の吸収係数をα（ｃｍ^－１）、前記窒化物半導体基板中の自由電子濃度をｎ（ｃｍ^－３）、Ｋおよびａをそれぞれ定数としたときに、
少なくとも１μｍ以上２．５μｍ以下の波長範囲における前記吸収係数αは、最小二乗法で以下の式（３）により近似され、
波長２μｍにおいて、前記式（３）から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±０．１α以内である
請求項９～１７のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。
α＝ｎＫλ^ａ ・・・（３）
（ただし、１．５×１０^－１９≦Ｋ≦６．０×１０^－１９、ａ＝３）

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

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。

【背景技術】

【0002】

ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる自立基板（以下、「窒化物半導体基板」ともいう）を得るために、様々な方法が開示されている（例えば特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００３－１７８９８４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、結晶品質が良好な窒化物半導体基板を容易かつ安定的に得ることにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の一態様によれば、
気相成長法を用いた窒化物半導体基板の製造方法であって、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１下地層を形成する工程と、
前記第１下地層上に金属層を形成する工程と、
熱処理を行い、前記第１下地層中にボイドを形成する工程と、
ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する第２下地層を、前記第１下地層の上方にエピタキシャル成長させ、該第２下地層の前記主面を鏡面化させる工程と、
（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前記第２下地層の前記主面上に直接的にエピタキシャル成長させ、前記（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、前記第２下地層の前記主面よりも上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、前記（０００１）面を前記頂面から少なくとも一度消失させ、３次元成長層を成長させる工程と、
前記３次元成長層をスライスし、前記窒化物半導体基板を形成する工程と、
を有する
窒化物半導体基板の製造方法が提供される。

【0006】

本発明の他の態様によれば、
２インチ以上の直径を有し、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、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、
９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有する高酸素濃度領域を有し、
前記主面において前記高酸素濃度領域が占める面積割合は、８０％以上である
窒化物半導体基板が提供される。

【0007】

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）面である下地層と、
前記下地層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を表面に有する３次元成長層と、
を有し、
前記３次元成長層は、９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域を有し、
前記３次元成長層は、前記主面に沿って切った沿面断面であって、前記高酸素濃度領域が占める面積割合が８０％以上である断面を有する
積層構造体が提供される。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、結晶品質が良好な窒化物半導体基板を容易かつ安定的に得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一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】下地構造体作製工程を示すフローチャートである。

【図3】（ａ）～（ｅ）は、本発明の一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】（ａ）～（ｃ）は、本発明の一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5】本発明の一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。

【図6】（ａ）～（ｂ）は、本発明の一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7】本発明の一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8】（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。

【図9】（ａ）は、本発明の一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、本発明の一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、本発明の一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。

【図10】本発明の一実施形態に係る窒化物半導体基板の主面を走査型電子顕微鏡により観察したカソードルミネッセンス像を示す模式図である。

【図11】実施例の積層構造体の表面を光学顕微鏡により観察した観察像を示す図である。

【図12】実施例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13】（ａ）および（ｂ）は、実施例の積層構造体の他の部分における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14】実施例の窒化物半導体基板の主面を多光子励起顕微鏡により観察した観察像を示す図である。

【図15】図１４の点線四角部分を拡大した観察像を示す図である。

【図16】実施例の窒化物半導体基板において、厚さ方向に焦点を変化させたときの、多光子励起顕微鏡により観察した観察像を示す図である。

【図17】（ａ）は、実施例の窒化物半導体基板のｍ軸に沿った方向に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、（ｂ）は、実施例の窒化物半導体基板のｍ軸に直交するａ軸に沿った方向に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図である。

【図18】（ａ）は、サンプル１および２の吸収スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に理論式を追加した図である。

【図19】（ａ）は、サンプル１の透過スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、サンプル１の反射スペクトルを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0010】

＜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。

【0011】

上述の特許文献１における方法は、ＶＡＳ法（Ｖｏｉｄ－ａｓｓｉｓｔｅｄ Ｓｅｐａｒａｔｉｏｎ Ｍｅｔｈｏｄ）と呼ばれる。ＶＡＳ法は、例えば、以下のようにして行われる。

【0012】

まず、所定の下地基板上に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１結晶層を形成する。第１結晶層を形成したら、第１結晶層上に金属層を形成する。金属層を形成したら、所定のガスを含む雰囲気中で熱処理を行うことで、金属層中に微細な穴を形成するとともに、金属層の網目（ナノネット）を介して第１結晶層中にボイドを形成する。第１結晶層中にボイドを形成したら、第１結晶層の上方に、ＩＩＩ族窒化物半導体からなる第２結晶層を形成する。このとき、上述のボイドの一部が残存する。第２結晶層を形成したら、第２結晶層の成長温度から降温する際に、上述の残存したボイドを起因として、第２結晶層を下地基板から剥離させる。第２結晶層を剥離させたら、第２結晶層をスライスおよび研磨することで、高い結晶品質を有する窒化物半導体基板が得られる。

【0013】

ここで、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる結晶層を、ｃ面を成長面として厚く成長させると、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る。

【0014】

そこで、上述のＶＡＳ法において、第２結晶層の転位密度を低減させるため、第１結晶層の上方に第２結晶層を厚く成長させることが考えられる。

【0015】

しかしながら、上述のＶＡＳ法では、第２結晶層の下地基板側には、結晶の初期核が引き合うことで生じた引張応力が蓄積している。一方で、第２結晶層に生じた引張応力によって、第２結晶層のｃ面は、凹の球面状に湾曲している。凹に湾曲したｃ面上に第２結晶層を厚く成長させると、第２結晶層が厚くなるにしたがって、第２結晶層に加わる応力が徐々に圧縮応力に変化していく。このため、第２結晶層のうちの下地基板側と表面側との応力差が徐々に大きくなる。応力差が過大となると、第２結晶層にクラックが生じてしまう可能性がある。

【0016】

このように、ＶＡＳ法において、ｃ面を成長面として第２結晶層を厚く成長させることは困難となる。

【0017】

本発明は、発明者が見出した上記知見に基づくものである。

【0018】

＜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。

【0019】

（１）窒化物半導体基板の製造方法
図１～図８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は、下地構造体作製工程を示すフローチャートである。図３（ａ）～（ｅ）、図４（ａ）～（ｃ）、図６（ａ）～図７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５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３（ａ）～（ｅ）では、下地基板１の下側を省略している。また、図５は、図４（ｂ）の時点での斜視図に相当し、下地構造体１０上に成長する３次元成長層３０の一部を示している。また、図４（ｃ）、図６（ａ）～図７において、点線は、転位を示している。

【0020】

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。

【0021】

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、下地構造体作製工程Ｓ１００と、３次元成長工程Ｓ２００と、剥離工程Ｓ３００と、スライス工程Ｓ４００と、研磨工程Ｓ５００と、を有している。

【0022】

（Ｓ１００：下地構造体作製工程）
まず、例えば、上述のＶＡＳ法により下地構造体１０を作製する。

【0023】

具体的には、下地構造体作製工程Ｓ１００は、例えば、下地基板準備工程Ｓ１１０と、第１下地層形成工程Ｓ１２０と、金属層形成工程Ｓ１３０と、ボイド形成工程Ｓ１４０と、第２下地層形成工程Ｓ１５０と、を有している。

【0024】

（Ｓ１１０：下地基板準備工程）
まず、図３（ａ）に示すように、下地基板１を準備する。下地基板１は、例えば、ＩＩＩ族窒化物半導体と異なる材料からなっている。具体的には、下地基板１は、例えば、サファイア基板である。なお、下地基板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。

【0025】

下地基板１の直径は、例えば、２インチ（５０．８ｍｍ）以上である。また、下地基板１の厚さは、例えば、３００μｍ以上１ｍｍ以下である。

【0026】

下地基板１は、例えば、エピタキシャル成長面となる主面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面である。

【0027】

本実施形態では、下地基板１のｃ面が、主面１ｓに対して傾斜している。下地基板１のｃ軸は、主面１ｓの法線に対して所定のオフ角で傾斜している。下地基板１の主面１ｓ内でのオフ角は、主面１ｓ全体に亘って均一である。下地基板１の主面１ｓの中心におけるオフ角の大きさを、例えば、０°超１°以下とする。下地基板１の主面１ｓ内でのオフ角は、後述する第２下地層６の主面６ｓの中心におけるオフ角に影響する。

【0028】

（Ｓ１２０：第１下地層形成工程）
次に、図３（ｂ）に示すように、下地基板１の主面１ｓ上に、ＩＩＩ族窒化物からなる第１下地層（第１結晶層）２を形成する。

【0029】

具体的には、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下地基板１に対して、ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスを供給する。例えば、ＩＩＩ族原料ガスとしてのトリメチルガリウム（ＴＭＧ）ガスと、窒素原料ガスとしてのアンモニアガス（ＮＨ_３）と、を供給することで、第１下地層２として、低温成長ＧａＮバッファ層と、ＧａＮ層と、を下地基板１の主面１ｓ上にこの順で成長させる。なお、ＧａＮ層の成長時には、例えば、ｎ型ドーパントガスとしてのモノシラン（ＳｉＨ_４）ガスを供給することで、ＧａＮ層中にｎ型不純物をドーピングしてもよい。

【0030】

このとき、第１下地層２としての低温成長ＧａＮバッファ層の成長条件を、ＧａＮ層の所望の結晶品質が得られるよう調整する。具体的には、低温成長ＧａＮバッファ層の成長温度を、例えば、４００℃以上６００℃以下とする。

【0031】

また、このとき、第１下地層２としてのＧａＮ層の成長条件を、後述のボイド形成工程Ｓ１４０において所望のボイドが形成されるよう調整する。具体的には、ＧａＮ層の成長温度を、例えば、１，０００℃以上１，２００℃以下とする。

【0032】

また、このとき、例えば、第１下地層２の表面を鏡面化させる。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い、当該第１下地層２の表面には、ｃ面以外のファセットが露出したヒロックが生じていてもよい。具体的には、第１下地層２の表面の二乗平均平方根粗さＲＭＳを、例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満とする。このように第１下地層２の表面を鏡面化させることで、後述のボイド形成工程Ｓ１４０においてボイドの出現具合を下地基板１の主面１ｓ全体に亘って略均一にすることができる。

【0033】

（Ｓ１３０：金属層形成工程）
次に、図３（ｃ）に示すように、第１下地層２上に金属層３を形成する。例えば、真空蒸着またはスパッタにより、金属層３を形成する。

【0034】

金属層３は、後述のボイド形成工程Ｓ１４０における熱処理により、自身の中に微細な穴を形成し、第１下地層２の分解を促進させ、第１下地層２にボイドを形成するよう構成される材料からなることが好ましい。具体的には、この条件を満たす金属層３としては、例えば、チタン（Ｔｉ）、スカンジウム（Ｓｃ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ハフニウム（Ｈｆ）、バナジウム（Ｖ）、ニオブ（Ｎｂ）、タンタル（Ｔａ）、クロム（Ｃｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、レニウム（Ｒｅ）、鉄（Ｆｅ）、ルテニウム（Ｒｕ）、オスミウム（Ｏｓ）、コバルト（Ｃｏ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、ニッケル（Ｎｉ）、パラジウム（Ｐｄ）、マンガン（Ｍｎ）、銅（Ｃｕ）、白金（Ｐｔ）または金（Ａｕ）などが挙げられる。本実施形態では、金属層３を、例えば、Ｔｉ層とする。

【0035】

このとき、金属層３の厚さを、例えば、１μｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下とする。金属層３の厚さを１μｍ以下、好ましくは３００ｎｍ以下、より好ましくは１００ｎｍ以下とすることで、後述のボイド形成工程Ｓ１４０において金属層３（金属窒化層５）の平坦性の低下を抑制することができる。これにより、金属窒化層５上に形成する第２下地層６の結晶品質の低下を抑制することができる。なお、金属層３の厚さの下限値は、特に限定されない。ただし、後述のボイド形成工程Ｓ１４０において金属窒化層５を安定的に形成する観点では、金属層３の厚さは、例えば、０．５ｎｍ以上とすることが好ましい。

【0036】

（Ｓ１４０：ボイド形成工程）
金属層３を形成したら、所定の熱処理を行い、第１下地層２中にボイドを形成する。

【0037】

具体的には、上述の下地基板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下地基板１を載置する。下地基板１をサセプタ上に載置したら、ヒータにより下地基板１を加熱し、所定のガスを含む雰囲気中で熱処理を行う。

【0038】

このとき、例えば、窒素（Ｎ_２）ガスおよび窒素含有ガスのうち少なくともいずれかを含む雰囲気中で熱処理を行う。窒素含有ガスとしては、例えば、ＮＨ_３ガスおよびヒドラジン（Ｎ_２Ｈ_４）ガスのうち少なくともいずれかが挙げられる。これにより、金属層３を凝集させつつ窒化し、表面に高密度の微細な穴（貫通孔）を有する網目状の金属窒化層５（金属窒化層５のナノネットともいう）を形成することができる。

【0039】

さらに、このとき、例えば、水素（Ｈ_２）ガスおよび水素含有ガスのうち少なくともいずれかを含む雰囲気中で熱処理を行う。水素含有ガスとしては、例えば、上述のＮＨ_３ガスおよびＮ_２Ｈ_４ガスのうち少なくともいずれかが挙げられる。これにより、金属窒化層５の網目を介して第１下地層２の一部をエッチングし、該第１下地層２中に高密度のボイドを形成することができる。

【0040】

なお、このとき、金属窒化層５のナノネットを形成する工程と、第１下地層２中にボイドを形成する工程とを、同時に行ってもよいし、或いは、異なる雰囲気で分けて行ってもよい。

【0041】

また、このとき、熱処理条件を、第１下地層２の所定のボイド率が得られるように調整する。具体的には、雰囲気中の水素化物ガスの分圧比率を、例えば、１０％以上９５％以下、好ましくは５０％以下とする。また、熱処理温度を、例えば、１，０００℃以上１，１００℃以下とする。また、熱処理時間を、例えば、１分以上１００分以下とする。

【0042】

以上のボイド形成工程Ｓ１４０より、図３（ｄ）に示すように、ボイド含有第１下地層４を形成する。

【0043】

（Ｓ１５０：第２下地層形成工程）
ボイド含有第１下地層４を形成したら、図３（ｅ）に示すように、ボイド含有第１下地層４の上方に、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる第２下地層（第２結晶層）６をエピタキシャル成長させる。

【0044】

具体的には、例えば、下地基板１を所定の気相成長装置内に搬入する。次に、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下地基板１に対して、ＩＩＩ族原料ガスおよび窒素原料ガスを供給する。例えば、塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスと、ＮＨ_３ガスとを供給することで、第２下地層６としてのＧａＮ層を、ボイド含有第１下地層４および金属窒化層５上にエピタキシャル成長させる。なお、第２下地層６としてのＧａＮ層の成長時には、例えば、ｎ型ドーパントガスとしてのジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）ガスおよびテトラクロロゲルマン（ＧｅＣｌ_４）ガスの少なくともいずれかを供給することで、ＧａＮ層中にｎ型不純物をドーピングしてもよい。

【0045】

第２下地層６の成長初期では、島状結晶の初期核が生成する。このとき、第２下地層６の島状結晶の頻度は、金属窒化層５のナノネット上に成長する際の過飽和度と、当該ナノネットの開口幅のばらつきとに依存する。第２下地層６を成長させていくと、島状結晶の初期核が横方向成長する。その後、隣接する初期核との距離が近づいたときに、初期核の表面が２つ存在しているよりも、初期核の表面が１つに結合したほうが、エネルギー的に安定となる。このため、隣接する初期核同士は、強制的に引き合う（会合する）。第２下地層６の全体に亘って初期核同士が会合していくことで、第２下地層６の主面６ｓが形成される。

【0046】

このとき、例えば、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化させる。なお、ここでいう「鏡面」は、上述と同様に、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い、当該第２下地層６の主面６ｓには、ｃ面以外のファセットが露出したヒロックが生じていてもよい。具体的には、第２下地層６の主面６ｓの二乗平均平方根粗さＲＭＳを、例えば、１０ｎｍ未満、好ましくは１ｎｍ未満とする。詳細は（４）において後述するが、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化させることで、後述の３次元成長層３０の成長形態を、第２下地層６の成長初期に生じた島状結晶の成長形態から変化させることができる。これにより、後述の３次元成長層３０の最近接頂部間平均距離を３次元成長工程Ｓ２００での第１成長条件に基づいて制御し、最近接頂部間距離を長くすることができる。

【0047】

なお、このとき、下地基板１の主面１ｓに最も近い低指数の結晶面をｃ面としたことで、第２下地層６の鏡面化した主面６ｓに最も近い低指数の結晶面もｃ面となる。

【0048】

また、このとき、第２下地層６の成長条件を、島状成長する結晶の初期核を所定の頻度で生成させるよう調整する。具体的には、第２下地層６の成長温度を、例えば、１，０００℃以上１，１００℃以下とする。また、第２下地層６の成長時における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ＮＨ_３ガスの流量の分圧の比率（以下、「Ｖ／ＩＩＩ比」ともいう）を、例えば、１以上５０以下とする。

【0049】

また、このとき、第２下地層６の厚さを、例えば、１００μｍ以上１．５ｍｍ以下、好ましくは２００μｍ以上５００μｍ以下とする。

【0050】

第２下地層６の厚さが１００μｍ未満であると、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化することが困難となる。また、第２下地層６の厚さが１００μｍ未満であると、第２下地層６が堅牢となっていないため、後述の３次元成長工程Ｓ２００において、第２下地層６と３次元成長層３０との間における近距離の応力差に起因して、第２下地層６にクラックが生じてしまう可能性がある。これに対し、第２下地層６の厚さを１００μｍ以上とすることで、第２下地層６の主面６ｓを容易に鏡面化することができる。これにより、３次元成長層３０の成長形態を、第２下地層６の成長初期に生じた島状結晶の成長形態から確実に変化させ、後述の３次元成長工程Ｓ２００において３次元成長する３次元成長層３０の最近接頂部間距離を容易に長くすることができる。また、第２下地層６の厚さを１００μｍ以上とすることで、第２下地層６の所定の堅牢性を得ることができる。これにより、後述の３次元成長工程Ｓ２００において、第２下地層６と３次元成長層３０との間における近距離の応力差に起因した第２下地層６のクラックの発生を抑制することができる。さらに第２下地層６の厚さを２００μｍ以上とすることで、第２下地層６の主面６ｓを安定的に鏡面化することができる。また、第２下地層６の厚さを２００μｍ以上とすることで、第２下地層６のクラックの発生を安定的に抑制することができる。

【0051】

一方で、第２下地層６の厚さが１．５ｍｍ超であると、第２下地層６自体の厚膜化に起因して、第２下地層６にクラックが生じてしまう可能性がある。これに対し、第２下地層６の厚さを１．５ｍｍ以下とすることで、第２下地層６自体の厚膜化に起因した第２下地層６のクラックの発生を抑制することができる。さらに第２下地層６の厚さを５００μｍ以下とすることで、第２下地層６のクラックの発生を安定的に抑制することができる。

【0052】

また、このとき、第２下地層６は、ボイド含有第１下地層４から金属窒化層５の穴を介してボイド含有第１下地層４および金属窒化層５上に成長する。ボイド含有第１下地層４中のボイドの一部は、第２下地層６によって埋め込まれるが、ボイド含有第１下地層４中のボイドの他部は、残存する。第２下地層６と金属窒化層５との間には、当該ボイド含有第１下地層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。この空隙が後述の第２下地層６の剥離を生じさせることとなる。

【0053】

また、このとき、第２下地層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下地層６中に生じた引張応力に起因して、第２下地層６のｃ面が凹むように内部応力が働く。また、第２下地層６の主面６ｓ側の転位密度が低く、一方で、第２下地層６の下地基板１側の転位密度が高くなっている。このため、第２下地層６の厚さ方向の転位密度差に起因しても、第２下地層６のｃ面が凹むように内部応力が働く。このため、第２下地層６のｃ面は、主面６ｓに対して凹の球面状に湾曲する。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。上述のようにｃ面が湾曲することで、第２下地層６の主面６ｓの中心の法線に対してｃ軸がなすオフ角は、所定の分布を有する。

【0054】

また、このとき、詳細を図示していないが、第２下地層６の全体が、上述のｃ面の湾曲に倣って若干反る。具体的には、第２下地層６の主面６ｓは、（主面６ｓ側から見て）ｃ面の湾曲に倣って若干凹に湾曲する。一方で、第２下地層６の裏面（下地基板１側の面）は、上述の引張応力に起因して外周側から剥離する。これらのため、第２下地層６の裏面は、（裏面側から見て）若干凸に湾曲する。

【0055】

以上の下地構造体作製工程Ｓ１００により、下地構造体１０が得られる。

【0056】

（Ｓ２００：３次元成長工程）
その後、図４（ｂ）、図４（ｃ）、および図５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、第２下地層６の主面６ｓ上に直接的にエピタキシャル成長させる。これにより、３次元成長層３０を成長させる。

【0057】

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、第２下地層６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から少なくとも一度消失させる。その結果、表面が傾斜界面３０ｉのみで構成される３次元成長層３０を成長させる。

【0058】

また、このとき、３次元成長層３０において、ｃ面以外の傾斜界面３０ｉを成長面として成長させた傾斜界面成長領域７０（図中灰色部）を形成する。また、後述するように、３次元成長層３０のうち第２下地層６の主面６ｓに沿った沿面断面において傾斜界面成長領域７０が占める面積を、例えば、８０％以上とする。

【0059】

このように、３次元成長工程Ｓ２００では、鏡面化した第２下地層６の主面６ｓをあえて荒らすように、３次元成長層３０を３次元成長させる。なお、３次元成長層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、３次元成長層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。

【0060】

本実施形態では、３次元成長層３０として、例えば、第２下地層６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、ＨＶＰＥ法により、下地構造体１０を加熱し、当該加熱された下地構造体１０に対してＧａＣｌガスおよびＮＨ_３ガスを供給することで、３次元成長層３０としてＧａＮ層をエピタキシャル成長させる。

【0061】

ここで、３次元成長工程Ｓ２００では、上述の成長過程を発現させるために、例えば、所定の第１成長条件下で、３次元成長層３０を成長させる。

【0062】

まず、図８（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８（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。

【0063】

図８（ａ）において、太い実線は、単位時間ごとの３次元成長層３０の表面を示している。図８（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８（ａ）において、３次元成長層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートをＧ_ｃ０とし、３次元成長層３０のうちの傾斜界面３０ｉの成長レートをＧ_ｉとし、３次元成長層３０においてｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度をγとする。また、図８（ａ）において、ｃ面３０ｃと傾斜界面３０ｉとのなす角度γを維持したまま、３次元成長層３０が成長するものとする。なお、３次元成長層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γに比べて無視できるものとする。

【0064】

図８（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。
Ｇ_ｃ０＝Ｇ_ｉ／ｃｏｓγ ・・・（ａ）

【0065】

次に、図８（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８（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。

【0066】

図８（ｂ）においても、図８（ａ）と同様に、太い実線は、単位時間ごとの３次元成長層３０の表面を示している。また、図８（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８（ｂ）において、３次元成長層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートをＧ_ｃ１とし、３次元成長層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Ｒ_１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γ_Ｒ１とする。Ｒ_１方向とＧ_ｉ方向とのなす角度をγ’としたとき、γ’＝γ＋９０－γ_Ｒ１である。なお、３次元成長層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γに比べて無視できるものとする。

【0067】

図８（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Ｒ_１は、以下の式（ｂ）で表される。
Ｒ_１＝Ｇ_ｉ／ｃｏｓγ’ ・・・（ｂ）

【0068】

また、３次元成長層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートＧ_ｃ１は、以下の式（ｃ）で表される。
Ｇ_ｃ１＝Ｒ_１ｓｉｎγ_Ｒ１ ・・・（ｃ）

【0069】

式（ｃ）に式（ｂ）を代入することで、Ｇ_ｃ１は、Ｇ_ｉを用いて、以下の式（ｄ）で表される。
Ｇ_ｃ１＝Ｇ_ｉｓｉｎγ_Ｒ１／ｃｏｓ（γ＋９０－γ_Ｒ１） ・・・（ｄ）

【0070】

傾斜界面３０ｉが拡大しｃ面３０ｃが縮小するためには、γ_Ｒ１＜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γ_Ｒ１＜９０°とにより、以下の式（１）を満たすことが好ましい。
Ｇ_ｃ１＞Ｇ_ｉ／ｃｏｓγ ・・・（１）
ただし、上述のように、Ｇ_ｉ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、γ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。

【0071】

または、第１成長条件下でのＧ_ｃ１が、基準成長条件下でのＧ_ｃ０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、Ｇ_ｃ１＞Ｇ_ｃ０に式（ａ）を代入することにより、式（１）が導出されうる。

【0072】

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。

【0073】

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、γ＝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。
Ｇ_ｃ１＞２．１３Ｇ_ｉ ・・・（１’）

【0074】

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、γ＝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。
Ｇ_ｃ１＞１．４７Ｇ_ｉ ・・・（１”）

【0075】

本実施形態の第１成長条件としては、例えば、３次元成長工程Ｓ２００での成長温度を、典型的にｃ面を成長面としてＩＩＩ族窒化物層を成長させる場合での成長温度よりも低くする。具体的には、３次元成長工程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。

【0076】

また、本実施形態の第１成長条件として、例えば、３次元成長工程Ｓ２００でのＶ／ＩＩＩ比を、典型的にｃ面を成長面としてＩＩＩ族窒化物層を成長させる場合でのＶ／ＩＩＩ比よりも大きくしてもよい。具体的には、３次元成長工程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。

【0077】

実際には、第１成長条件として、式（１）を満たすように、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比のうち少なくともいずれかをそれぞれ上記範囲のなかで調整する。

【0078】

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
Ｎ_２ガスの流量／Ｈ_２ガスの流量：０～１

【0079】

ここで、本実施形態の３次元成長工程Ｓ２００は、例えば、３次元成長層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３次元成長工程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、３次元成長層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。

【0080】

（Ｓ２２０：傾斜界面拡大工程）
まず、図４（ｂ）、図４（ｃ）および図５に示すように、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる３次元成長層３０の傾斜界面拡大層３２を、上述の第１成長条件下で、第２下地層６上にエピタキシャル成長させる。

【0081】

傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階では、第２下地層６の主面６ｓの法線方向（ｃ軸に沿った方向）に、ｃ面３０ｃを成長面として所定の厚さで傾斜界面拡大層３２をステップフロー成長（２次元成長）させる。すなわち、鏡面化された表面を有する傾斜界面拡大層３２を、第２下地層６の主面６ｓに沿った方向に連続的に（該主面６ｓ全体に亘って）所定の厚さで形成する。このとき、該ｃ面３０ｃを成長面として成長した傾斜界面拡大層３２の一部（「初期層」ともいう）の厚さを、例えば、１μｍ以上１００μｍ以下、好ましくは１μｍ以上２０μｍ以下とする。

【0082】

その後、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４（ｃ）および図５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。

【0083】

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。

【0084】

本実施形態では、上述の鏡面化した第２下地層６上に傾斜界面拡大層３２を成長させ、且つ、式（１）を満たすように第１成長条件を調整したことで、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。

【0085】

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４（ｃ）に示すように、第２下地層６の主面６ｓよりも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、第２下地層６の上方に行くにしたがって、該第２下地層６の主面６ｓ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。

【0086】

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から少なくとも一度消失し、傾斜界面拡大層３２の最表面（最上面）は傾斜界面３０ｉのみで構成される。

【0087】

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４（ｃ）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３２０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、第２下地層６の主面６ｓに沿った方向に交互に形成される。

【0088】

本実施形態では、上述のように、第２下地層形成工程Ｓ１５０において、下地基板１の主面１ｓ上に、鏡面化した主面６ｓを有する第２下地層６を成長させた。さらに、上述のように、傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階において、第２下地層６の主面６ｓ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。その後、当該傾斜界面拡大工程Ｓ２２０において、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、第２下地層６の主面６ｓから上方に離れた位置に形成されることとなる。

【0089】

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４（ｃ）に示すように、第２下地層６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、第２下地層６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、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、後述の傾斜界面維持層３４の表面における転位密度を低減させることができる。

【0090】

このとき、本実施形態では、第２下地層６の主面６ｓ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、第２下地層６の主面６ｓ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、１００μｍ超とする。傾斜界面拡大工程Ｓ２２０の初期段階から第２下地層６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１００μｍ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、後述の傾斜界面維持層３４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１００μｍ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５０μｍ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、後述の傾斜界面維持層３４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。

【0091】

本実施形態では、例えば、３次元成長層３０において、最近接頂部間平均距離が１００μｍ以下となる部分が無いことが好ましい。言い換えれば、第２下地層６の主面６ｓに垂直な任意の断面を見たときに、３次元成長層３０の表面全体に亘って、最近接頂部間平均距離が１００μｍ超となっていることが好ましい。これにより、後述の傾斜界面維持層３４の表面全体に亘って、転位密度を略均一に低減させることができる。

【0092】

一方で、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。最近接頂部間平均距離Ｌが８００μｍ以上であると、面内全体に亘って転位を集めるために、ｃ面３０ｃを面内全体に亘って消失させるのに時間がかかる。このため、基板５０の生産性が低下する。また、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とがある。結晶表面の谷部３０ｖは、埋め込み成長等の対策を施さない限り、基板５０をスライスしたときの貫通ピットの原因となる。このため、基板５０の取得歩留まりが低下する可能性がある。これに対し、本実施形態では、最近接頂部間平均距離Ｌを８００μｍ未満とすることで、ｃ面３０ｃを面内全体に亘って消失させる時間を短くすることができる。これにより、基板５０の生産性を向上させることができる。また、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、基板５０をスライスしたときに谷部３０ｖに起因した貫通ピットが発生して良品基板が取得できなくなる領域を極力少なくすることができる。その結果、基板５０の取得歩留まりを向上させることができる。

【0093】

また、このとき、傾斜界面拡大層３２０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ｃ面成長領域（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。

【0094】

また、このとき、ｃ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、ｃ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。

【0095】

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。

【0096】

これらの領域については、詳細を後述する。

【0097】

（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、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。

【0098】

これにより、図６（ａ）に示すように、傾斜界面成長領域７０が沿面断面の８０％以上の面積を占める状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って３次元成長層３０の成長を継続させる。その結果、傾斜界面拡大層３２上に傾斜界面維持層３４が形成される。

【0099】

ここで、３次元成長工程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、３次元成長層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、３次元成長工程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。

【0100】

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、第２下地層６の主面６ｓに沿った沿面断面（以下、単に「沿面断面」ともいう）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。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％未満となると、成長中にクラックが発生する可能性がある。また、スライスおよび研磨などの加工を施すことが困難となる可能性がある。これに対し、本実施形態では、沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合を８０％以上とすることで、成長中のクラックの発生を抑制することができ、また、スライスおよび研磨などの加工を容易に施すことができる。

【0101】

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。

【0102】

しかしながら、上述のように、３次元成長工程２００では、例えば、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、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１００％未満となることがある。この場合、３次元成長層３０の一部に、傾斜界面成長領域７０とｃ面成長領域（第２ｃ面成長領域）８０とが混在する。傾斜界面成長領域７０では、ｎ型不純物としての酸素を相対的に取り込みやすいのに対して、混在したｃ面成長領域８０では、酸素の取り込みが相対的に抑制される。このため、ｃ面成長領域８０中における酸素濃度が傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度よりも低くなり、ｃ面成長領域８０中のキャリア濃度が傾斜界面成長領域７０中のキャリア濃度よりも低くなる。その結果、傾斜界面成長領域７０とｃ面成長領域８０とが混在した領域からスライスした基板５０では、キャリア濃度の面内ばらつきが生じてしまう可能性がある。

【0103】

そこで、本実施形態の３次元成長工程Ｓ２００では、例えば、傾斜界面成長領域７０中に取り込まれる酸素の濃度以上の濃度で、導電型不純物を添加することが好ましい。導電型不純物としては、例えば、ｎ型不純物としてのＳｉまたはＧｅのうち少なくともいずれかである。例えば、３次元成長工程Ｓ２００のうちの少なくとも傾斜界面維持工程Ｓ２４０において基板５０のスライス予定位置に傾斜界面維持層３４を成長しているときに、上述の濃度で導電型不純物を添加すればよい。なお、３次元成長層３０の全体に、上述の濃度で導電型不純物を添加してもよい。このような導電型不純物の添加により、ｃ面成長領域中のキャリア濃度が相対的に低くなることを抑制することができる。その結果、基板５０において、キャリア濃度の面内ばらつきを抑制することができる。

【0104】

また、このとき、傾斜界面維持工程Ｓ２４０において、第１成長条件下で、主に傾斜界面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。これにより、傾斜界面維持層３４のうち、隣接する傾斜界面３０ｉの会合部で、局所的に転位が集められる。傾斜界面維持層３４において隣接する傾斜界面３０ｉ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３０ｉ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、傾斜界面維持層３４の表面側）に伝播することが抑制される。なお、傾斜界面維持層３４において隣接する傾斜界面３０ｉ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、傾斜界面維持層３４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、傾斜界面維持層３４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、傾斜界面維持層３４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。

【0105】

また、このとき、３次元成長工程Ｓ２００において、下地構造体１０上に、傾斜界面拡大層３２および傾斜界面維持層３４を有する３次元成長層３０を３次元成長させることで、下地構造体１０の第２下地層６に蓄積した引張応力を３次元成長層３０により相殺する応力相殺効果（応力緩和効果）を得ることができる。

【0106】

３次元成長層３０による応力相殺効果が得られる理由の１つとして、例えば、以下のような理由が考えられる。

【0107】

３次元成長工程Ｓ２００において形成される傾斜界面成長領域７０では、ｃ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、上述のｃ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。

【0108】

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））。第２下地層６、または３次元成長層３０のうちｃ面３０ｃを成長面として成長したｃ面成長領域６０には、第２下地層６のｃ面の湾曲によって、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。

【0109】

このように３次元成長層３０による応力相殺効果を得ることで、第２下地層６中に引張応力が蓄積した状態で３次元成長層３０を厚く成長させたとしても、３次元成長層３０のうちの下地構造体１０側と表面側とで応力差が生じることを抑制することができる。これにより、３次元成長層３０にクラック等が発生することを抑制することができる。

【0110】

また、このとき、上述の応力相殺効果を得ることにより、クラックを発生させることなく、傾斜界面維持層３４の厚さを厚くすることができる。具体的には、傾斜界面維持層３４の厚さを、例えば、傾斜界面拡大層３２の谷部３０ｖから頂部３０ｔまでの凹凸高さ分に、３００μｍ以上１０ｍｍ以下を加算した厚さとする。凹凸高さ分に加算する傾斜界面維持層３４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、傾斜界面維持層３４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、凹凸高さ分に加算する傾斜界面維持層３４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を傾斜界面維持層３４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。

【0111】

また、このとき、上述の応力相殺効果を得ることにより、傾斜界面維持層３４の厚さを厚くするにつれて、凹の球面状に湾曲した傾斜界面維持層３４のｃ面を、徐々に平坦にしていくことができる。すなわち、傾斜界面維持層３４のｃ面の曲率半径を徐々に大きくすることができる。

【0112】

また、このとき、３次元成長層３０の高酸素濃度領域の格子定数を相対的に大きくし、ｃ面３０ｃを徐々に平坦にしていきながら、３次元成長層３０を成長させることで、３次元成長層３０のｃ面３０ｃの平坦化に伴って、３次元成長層３０の下の第２下地層６に対してｃ面を平坦とする応力を与えることができる。これにより、ａｓ－ｇｒｏｗｎの状態で主面６ｓ側に凹に湾曲していた第２下地層６全体を、徐々に平坦に矯正していくことができる。

【0113】

また、このとき、傾斜界面維持層３４の成長の最後において、主に傾斜界面３０ｉを成長面とした成長が維持されていれば、傾斜界面維持層３４の表面において、第２下地層６の主面６ｓに対する傾斜界面３０ｉがなす傾斜角度を必ずしも維持しなくてもよい。例えば、傾斜界面維持層３４の成長の最後において、傾斜界面維持層３４の凹部３０ｐの少なくとも一部を埋め込んでもよい。この場合、傾斜界面３０ｉの傾斜角度を徐々に緩やかにし、｛１１－２ｍ｝面の指数ｍを徐々に大きくしていってもよい。

【0114】

以上の３次元成長工程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３次元成長層３０が形成される。

【0115】

（Ｓ３００：剥離工程）
３次元成長層３０の成長が終了した後、図６（ｂ）に示すように、第２下地層６および３次元成長層３０を有する積層構造体９０を、下地基板１から剥離させる。

【0116】

具体的には、気相成長装置のチャンバ内を冷却する過程において、上述の積層構造体９０と下地基板１との間に、これらの線膨張係数差によって、応力を発生させる。例えば、サファイアからなる下地基板１は、主にＧａＮからなる積層構造体９０よりも大きい線膨張係数を有するため、下地基板１を積層構造体９０に対して収縮させる応力を発生させる。

【0117】

これにより、金属窒化層５と第２下地層６との間に形成された平らな空隙を起因として、上述の積層構造体９０を下地基板１から自然に剥離させる。その結果、積層構造体９０にクラックを生じさせることなく、積層構造体９０を下地基板１から剥離させることができる。

【0118】

このとき、上述のように、３次元成長層３０の成長過程で、３次元成長層３０のｃ面３０ｃの平坦化に倣って、第２下地層６全体を徐々に平坦にしたことで、下地基板１から剥離した積層構造体９０において、第２下地層６の裏面を平坦にすることができる。

【0119】

以上の工程により、本実施形態の積層構造体９０が得られる。

【0120】

なお、以上の第２下地層形成工程Ｓ１５０から剥離工程Ｓ３００までの工程を、下地基板１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、第２下地層６と３次元成長層３０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。

【0121】

（Ｓ４００：スライス工程）
次に、図７に示すように、例えば、第２下地層６の主面６ｓと略平行な切断面に沿ってワイヤーソーにより３次元成長層３０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。

【0122】

このとき、例えば、傾斜界面維持層３４をスライスすることで、基板５０を形成する。また、例えば、第２下地層６から継続するｃ面成長領域６０が最後に消失した位置（すなわちｃ面成長領域６０の山部６０ｂ）から上方に離れた位置で、傾斜界面維持層３４をスライスする。これにより、転位が低減された基板５０を安定的に得ることができる。

【0123】

（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。

【0124】

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。

【0125】

（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。

【0126】

（２）積層構造体
次に、図６（ｂ）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。

【0127】

本実施形態の積層構造体９０は、例えば、第２下地層６と、３次元成長層３０と、を有している。なお、第２下地層６は、単に「下地層」と言い換えることができる。

【0128】

第２下地層６は、例えば、ＩＩＩ族窒化物の単結晶からなっている。第２下地層６は、例えば、鏡面化された主面６ｓ（の痕跡）を有している。第２下地層６の主面６ｓに対して最も近い低指数の結晶面は、例えば、ｃ面である。

【0129】

第２下地層６は、例えば、第２下地層形成工程Ｓ１５０での成長面の違いに基づいて、主面６ｓと反対の裏面側に、下地側傾斜界面成長領域（下地側高酸素濃度領域）（不図示）を有している。下地側傾斜界面成長領域は、第２下地層６の初期核が横方向成長したときに、傾斜界面を成長面として成長した領域である。下地側傾斜界面成長領域は、例えば、後述の傾斜界面成長領域７０の酸素濃度と同等の酸素濃度を有している。

【0130】

３次元成長層３０は、例えば、第２下地層６上に成長している。

【0131】

３次元成長層３０は、例えば、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。第２下地層６の主面６ｓ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、１００μｍ超である。

【0132】

また、３次元成長層３０は、例えば、成長過程での成長面の違いに基づいて、ｃ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。

【0133】

ｃ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。ｃ面成長領域６０では、上述のように、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、ｃ面成長領域６０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。具体的には、ｃ面成長領域６０中の酸素濃度は、例えば、５×１０^１６ｃｍ^－３以下、好ましくは３×１０^１６ｃｍ^－３以下である。

【0134】

ｃ面成長領域６０は、第２下地層６の主面６ｓ上に設けられている。

【0135】

ｃ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、３次元成長層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、ｃ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、第２下地層６の主面６ｓ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、ｃ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）消失した位置に形成される。谷部６０ａおよび山部６０ｂは、第２下地層６の主面６ｓに沿った方向に交互に形成される。

【0136】

第２下地層６の主面６ｓに垂直な任意の断面を見たときに、３次元成長層３０の成長過程での最近接頂部間平均距離は、ｃ面成長領域６０の山部６０ｂ間の平均距離に相当する。ｃ面成長領域６０の山部６０ｂ間の平均距離は、例えば、１００μｍ超である。

【0137】

ｃ面成長領域６０は、断面視で、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、３次元成長層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。

【0138】

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、３次元成長層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Ｇ_ｉに対する、３次元成長層３０のうちのｃ面３０ｃの成長レートＧ_ｃ１の比率Ｇ_ｃ１／Ｇ_ｉ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、第２下地層６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、第２下地層６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、３次元成長層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することができる。これにより、基板５０をスライスしたときに谷部３０ｖに起因した貫通ピットが発生して良品基板が取得できなくなる領域を極力少なくすることができる。

【0139】

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では、ｃ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、ｃ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、気相成長装置内に意図せずに混入する酸素、または気相成長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。具体的には、傾斜界面成長領域７０中の酸素濃度は、例えば、９×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下である。

【0140】

傾斜界面成長領域７０は、ｃ面成長領域６０の上に設けられている。傾斜界面成長領域７０の下面は、例えば、ｃ面成長領域６０の形状に倣って形成される。

【0141】

傾斜界面成長領域７０の少なくとも一部は、第２下地層６の主面６ｓに沿って連続して設けられている。すなわち、３次元成長層３０を第２下地層６の主面６ｓに沿って切った沿面断面を複数見たときに、ｃ面３０ｃを成長面として成長したｃ面成長領域を含まない断面が、３次元成長層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。

【0142】

主に傾斜界面３０ｉを成長面として傾斜界面維持層３４を継続的に成長させたことで、３次元成長層３０を第２下地層６の主面６ｓに沿って切った沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合は、例えば、８０％以上である。

【0143】

なお、上述のように、所定の沿面断面において、傾斜界面成長領域７０の占める面積割合が１００％未満となることがある。すなわち、傾斜界面成長領域７０とｃ面成長領域（第２低酸素濃度領域）８０とが混在した沿面断面が生じることがある。ｃ面成長領域８０は、例えば、上述のｃ面成長領域６０の酸素濃度と同等の酸素濃度を有している。

【0144】

３次元成長層３０の成長過程で、ｃ面成長領域８０が発生したり消失したりしているため、平面視でのｃ面成長領域８０の大きさは、第２下地層６から３次元成長層３０の表面に向けてランダムに変化している。

【0145】

また、３次元成長層３０の成長過程で、ｃ面３０ｃが少なくとも一度消失しているため、ｃ面成長領域８０は、第２下地層６から３次元成長層３０の表面（最上面）まで連続していない。

【0146】

また、本実施形態では、３次元成長層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、傾斜界面維持層３４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傾斜界面維持層３４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、傾斜界面維持層３４の表面における転位密度は、第２下地層６の主面６ｓにおける転位密度よりも低減されている。

【0147】

その他、本実施形態では、３次元成長層３０の表面全体は＋ｃ面に配向して構成されており、３次元成長層３０は、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。

【0148】

（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および１０を用い、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。図１０は、本実施形態に係る窒化物半導体基板の主面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により観察したカソードルミネッセンス像を示す模式図である。

【0149】

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、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。

【0150】

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。

【0151】

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。

【0152】

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。

【0153】

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。

【0154】

（不純物濃度）
次に、図１０を用い、基板５０の主面５０ｓ中の不純物濃度に関する特徴について説明する。

【0155】

図１０に示すように、基板５０は、例えば、高酸素濃度領域７０を有している。高酸素濃度領域７０は、例えば、図６（ａ）で示したような傾斜界面３０ｉを成長面として成長した傾斜界面成長領域７０である。なお、これらについて同じ符号を用いる。高酸素濃度領域７０中の酸素濃度は、上述のように、例えば、９×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下である。

【0156】

高酸素濃度領域７０は上述のように高濃度の酸素を含んでいるため、少なくともＩＩＩ族窒化物半導体のバンドギャップエネルギー付近における発光の少なくとも一部の波長を含む波長範囲で撮像したときのカソードルミネッセンス像（ＣＬ像）（または多光子励起顕微鏡像（２ＰＰＬ像））では、高酸素濃度領域７０は相対的に明るく観察される。

【0157】

高酸素濃度領域７０の平面視での形状は、例えば、３次元成長層３０の成長過程で生じた凹部３０ｐの平面視での形状を反映し、略六角形の少なくとも一部を有している。高酸素濃度領域７０の平面視での形状のうち、１つの略六角形は、他の略六角形と交差していてもよい。なお、２ＰＰＬ像では、３次元成長層３０の成長過程で生じた凹部３０ｐの稜線の痕跡が、高酸素濃度領域７０内に見えることがある。

【0158】

本実施形態では、主面５０ｓにおいて高酸素濃度領域７０が占める面積割合は、例えば、８０％以上である。言い換えれば、主面５０ｓにおいて、２０％以下の面積割合で、低酸素濃度領域８０が存在していてもよい。

【0159】

低酸素濃度領域８０は、例えば、図６（ａ）で示した傾斜界面維持層３４においてｃ面３０ｃが再度出現したｃ面成長領域８０である。なお、これらについて同じ符号を用いる。低酸素濃度領域８０中の酸素濃度は、上述のように、例えば、５×１０^１６ｃｍ^－３以下、好ましくは３×１０^１６ｃｍ^－３以下である。

【0160】

平面視での低酸素濃度領域８０の大きさは、例えば、基板５０の主面５０ｓの反対側の裏面から主面５０ｓに向けてランダムに変化している。

【0161】

低酸素濃度領域８０は、例えば、基板５０の主面５０ｓの反対側の裏面から主面５０ｓに向けて連続的に繋がっていない。

【0162】

一方で、主面５０ｓにおいて高酸素濃度領域７０が占める面積割合は、１００％であってもよく、すなわち、基板５０は低酸素濃度領域８０を有していなくてもよい。

【0163】

なお、主面５０ｓにおいて高酸素濃度領域７０が占める面積割合に基づいて、基板５０の主面５０ｓ全体を平均した酸素濃度は、例えば、７×１０^１７ｃｍ^－３以上５×１０^１９ｃｍ^－３以下である。

【0164】

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、例えば、ｎ型である。本実施形態の基板５０は、ｎ型不純物として、例えば、上述の酸素（Ｏ）だけでなく、ＳｉおよびＧｅの少なくともいずれかも含んでいる。基板５０中の合計のｎ型不純物濃度は、例えば、１．０×１０^１８ｃｍ^－３以上１．０×１０^２０ｃｍ^－３以下である。

【0165】

本実施形態の基板５０では、ＳｉおよびＧｅの少なくともいずれかだけでなく、Ｏも活性化している。このため、基板５０中の自由電子濃度は、例えば、基板５０中のＯ、ＳｉおよびＧｅの合計の濃度と同等となっている。

【0166】

なお、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ｎ型不純物（導電型不純物）以外の不純物の濃度は低くなっている。

【0167】

例えば、上述の製造方法によって得られる基板５０中の水素濃度は、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。

【0168】

具体的には、基板５０中の水素濃度は、例えば、１×１０^１７ｃｍ^－３未満、好ましくは５×１０^１６ｃｍ^－３以下である。

【0169】

（光学特性）
次に、基板５０の光学特性について説明する。

【0170】

本実施形態の基板５０は上述のように高酸素濃度領域７０を有している。しかしながら、可視光域における基板５０の吸収係数は、例えば、ＶＡＳ法で得られる高品質な窒化物半導体基板のそれと同等となっている。

【0171】

具体的には、本実施形態の基板５０では、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲における吸収係数は、例えば、０．１５ｃｍ^－１以下である。なお、当該波長範囲における基板５０の吸収係数は、例えば、従来のＶＡＳ法で得られる窒化物半導体基板の吸収係数よりも低くなることがある。

【0172】

また、本実施形態で製造される基板５０は、結晶歪みが小さく、また、導電型不純物以外の不純物（例えば、ｎ型不純物を補償する不純物等）をほとんど含んでいない状態となっている。これにより、本実施形態の基板５０では、以下のように、自由キャリア吸収に基づく赤外域の吸収係数を、自由キャリア濃度および波長の関数として近似することができる。

【0173】

具体的には、波長をλ（μｍ）、２７℃における基板５０の吸収係数をα（ｃｍ^－１）、基板５０中の自由電子濃度をｎ（ｃｍ^－３）、Ｋおよびａをそれぞれ定数としたときに、本実施形態の基板５０では、少なくとも１μｍ以上２．５μｍ以下の波長範囲における吸収係数αが、最小二乗法で以下の式（３）により近似される。
α＝ｎＫλ^ａ ・・・（３）
（ただし、１．５×１０^－１９≦Ｋ≦６．０×１０^－１９、ａ＝３）

【0174】

なお、波長２μｍにおいて、式（３）から求められる吸収係数αに対する、実測される吸収係数の誤差は、例えば、±０．１α以内、好ましくは±０．０１α以内である。

【0175】

本実施形態の基板５０では、上述のように、高酸素濃度領域７０と低酸素濃度領域８０とが混在することがある。しかしながら、この場合であっても、高酸素濃度領域７０と低酸素濃度領域８０とは、基板５０の主面５０ｓ内で均等にランダムに分散している。低酸素濃度領域８０の平面視での大きさは、厚さ方向にランダムに変化している。また、低酸素濃度領域８０は、厚さ方向に連続していない。このため、分光測定装置において、低酸素濃度領域８０の平面視での大きさよりも充分に大きい所定の光照射サイズで、基板５０の光学特性を測定したときには、基板５０中における酸素濃度の面内分布の影響および酸素濃度の厚さ方向分布の影響を平均化した情報が得られる。したがって、本実施形態の基板５０では、透過率および反射率の面内ばらつきは小さくなる。

【0176】

具体的には、基板５０の主面５０ｓ内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率を測定したときに、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における透過率の、主面５０ｓ内のばらつきは、例えば、±０．５％以内、好ましくは±０．３％以内である。

【0177】

ただし、透過率測定の条件としては、光照射サイズは、例えば、３ｍｍ×３ｍｍとする。また、主面５０ｓの法線に対する光の入射角は、０°とする。また、透過率測定におけるリファレンスは無しとし、すなわち、光が全透過する場合に、透過率が１００％とする。測定点は、例えば、３点以上とし、５点以上とすることが好ましい。

【0178】

また、基板５０の主面５０ｓ内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の反射率を測定したときに、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における反射率の、主面５０ｓ内のばらつきは、例えば、±０．５％以内、好ましくは±０．３％以内である。

【0179】

ただし、反射率測定の条件としては、光照射サイズは、例えば、１０ｍｍ×５ｍｍとする。また、主面５０ｓの法線に対する光の入射角は、８°とする。また、反射率測定におけるリファレンスはＡｌミラーとする。測定点は、例えば、３点以上とし、５点以上とすることが好ましい。

【0180】

なお、上述の吸収係数、透過率および反射率については、実施例において詳細を後述する。

【0181】

（暗点）
次に、図１０を用い、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。

【0182】

本実施形態では、高純度のＧａＮ単結晶が得られるＶＡＳ法により作製された下地構造体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。

【0183】

したがって、図１０に示した基板５０の主面５０ｓのＣＬ像（または２ＰＰＬ像）において、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（貫通転位）ｄとなる。

【0184】

また、本実施形態では、上述の製造方法により、傾斜界面維持層３４において転位が局所的に集められ、傾斜界面維持層３４の表面における転位密度が、第２下地層６の主面６ｓにおける転位密度よりも低減されている。これにより、傾斜界面維持層３４をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓにおいても、転位密度が低減されている。

【0185】

また、本実施形態では、図１０に示すように、上述の製造方法により、高酸素濃度領域７０の略六角形の中心には、局所的に転位ｄが集中している。以下、高酸素濃度領域７０内で転位ｄが相対的に集中した領域を「転位集中領域ｄｃａ」ともいう。転位集中領域ｄｃａの外側には、低転位密度領域が広く形成されている。

【0186】

また、本実施形態では、上述の製造方法により、パターン加工を施さない状態の下地構造体１０を用いて、３次元成長工程Ｓ２００を行ったことで、３次元成長層３０をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓにおいて、下地構造体１０のパターン加工に起因して規則的に発生する高転位密度領域が形成されていない。言い換えれば、本実施形態の基板５０では、転位集中領域ｄｃａが存在したとしても、転位集中領域ｄｃａはランダムに配置される。また、本実施形態の基板５０の転位集中領域ｄｃａでの転位密度は、下地構造体１０にパターン加工を施した場合のそれよりも低くなっている。

【0187】

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３×１０^６ｃｍ^－２を超える領域が存在しない。また、転位密度が１×１０^６ｃｍ^－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。なお、カソードルミネッセンス像の観察によっても、多光子励起顕微鏡と同様の結果が得られる。

【0188】

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１×１０^６ｃｍ^－２未満である領域の割合の上限値は、例えば、主面５０ｓの９９％となることがある。

【0189】

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、１×１０^６ｃｍ^－２未満であり、好ましくは、５．５×１０^５ｃｍ^－２未満であり、より好ましくは３×１０^５ｃｍ^－２以下である。

【0190】

また、本実施形態の基板５０の主面５０ｓは、例えば、上述の３次元成長工程Ｓ２００での最近接頂部間平均距離Ｌに基づいて、小さくとも５０μｍ角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、上述の転位集中領域ｄｃａを除く基板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５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ^２以上、好ましくは８００個／ｃｍ^２以上、より好ましくは１６００個／ｃｍ^２以上の密度で有している。重ならない５０μｍ角の無転位領域の密度が１６００個／ｃｍ^２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５０μｍ角の無転位領域を有する場合に相当する。

【0191】

なお、重ならない５０μｍ角の無転位領域の密度の上限値は、例えば、３００００個／ｃｍ^２程度である。

【0192】

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５０μｍ角よりも小さいか、或いは、５０μｍ角の無転位領域の密度は１００個／ｃｍ^２よりも低くなる。また、従来のＥＬＯ法により得られる基板においても、無転位領域の大きさが５０μｍ角よりも小さいか、或いは、５０μｍ角の無転位領域の密度が１００個／ｃｍ^２よりも低くなる。

【0193】

また、本実施形態では、上述のように基板５０が低酸素濃度領域８０を有する場合であっても、３次元成長層３０の成長過程でｃ面３０ｃが少なくとも一度消失しているため、主面５０ｓ側の低酸素濃度領域８０の下方において、転位が屈曲されている。これにより、例えば、主面５０ｓにおける低酸素濃度領域８０が、上述の小さくとも５０μｍ角の無転位領域を含んでいる場合がある。

【0194】

また、本実施形態では、上述のように転位集中領域ｄｃａでの転位密度が低くなっていることで、多光子励起顕微鏡により転位集中領域ｄｃａを含む５０μｍ角の視野で主面５０ｓを観察して暗点密度から転位密度を求めたときに、転位密度は、例えば、３×１０^６ｃｍ^－２未満である。なお、転位集中領域ｄｃａを含む５０μｍ角の視野では少なくとも１つの暗点が存在すると考えられることから、転位集中領域ｄｃａを含む５０μｍ角の視野での、転位密度の下限値は、例えば、４×１０^４ｃｍ^－２である。

【0195】

（基底面転位）
次に、図１０を用い、本実施形態の基板５０の主面５０ｓにおける基底面転位ｂｐｄについて説明する。

【0196】

本実施形態では、後述の傾斜界面成長領域７０の応力相殺効果に起因して、３次元成長層３０には、結晶歪みが加わり、基底面転位が生じうる。このため、図１０に示すように、３次元成長層３０をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓのＣＬ像では、基底面転位ｂｐｄが観察されることがある。

【0197】

しかしながら、本実施形態では、マスク層を用いたＥＬＯ法などで得られる基板と比較して、基板５０の主面５０ｓにおける基底面転位ｂｐｄが少ない。

【0198】

具体的には、主面５０ｓのＣＬ像において、長さ２００μｍの任意の仮想的な線分ｌｓを引いたときに、該線分ｌｓと基底面転位ｂｐｄとの交点の数は、例えば、１０点以下、好ましくは５点以下である。なお、線分ｌｓと基底面転位ｂｐｄとの交点の数の最小値は、例えば、０点である。

【0199】

（バーガースベクトル）
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。

【0200】

本実施形態では、上述の製造方法で用いられる第２下地層６の主面６ｓにおける転位密度が低いため、第２下地層６上に３次元成長層３０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、３次元成長層３０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。

【0201】

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。

【0202】

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。

【0203】

（ｃ面の曲率半径）
次に、図９を用い、本実施形態の基板５０におけるｃ面５０ｃの曲率半径について説明する。

【0204】

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、平坦となっているか、或いは、球面状に湾曲している。なお、基板５０のｃ面５０ｃは、例えば、主面５０ｓに対して凹の球面状に湾曲していてもよいし、或いは、凸の球面状に湾曲していてもよい。または、基板５０のｃ面５０ｃは、例えば、略平坦となっていれば、主面５０ｓに対して凹の球面状に湾曲した部分と、主面５０ｓに対して凸の球面状に湾曲した部分と、を有していてもよい。

【0205】

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、平坦となっているか、或いは、球面近似される曲面状となっている。

【0206】

ここで、基板５０の主面５０ｓ内での位置のうち、ｍ軸に沿った方向の座標を「ｘ」とする。一方で、基板５０の主面５０ｓ内での位置のうち、ａ軸に沿った方向の座標を「ｙ」とする。なお、基板５０の主面５０ｓの中心の座標（ｘ，ｙ）を（０，０）とする。また、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「θ_ｍ」とし、ａ軸に沿った方向成分を「θ_ａ」とする。なお、θ^２＝θ_ｍ ^２＋θ_ａ ^２である。

【0207】

本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃが上述のように平坦となっているか、或いは、球面状に湾曲していることから、オフ角ｍ軸成分θ_ｍおよびオフ角ａ軸成分θ_ａ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。

【0208】

具体的には、例えば、主面５０ｓ内で中心を通る直線上の各位置において（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行い、主面５０ｓへ入射したＸ線と主面５０ｓとがなすピーク角度ωを、直線上の位置に対してプロットしたときに、ピーク角度ωを位置の１次関数で近似することができる。なお、ここでいう「ピーク角度ω」とは、主面５０ｓへ入射したＸ線と主面５０ｓとがなす角度であって、回折強度が最大となる角度のことをいう。上述のように近似された１次関数の傾きの逆数により、ｃ面５０ｃの曲率半径を求めることができる。

【0209】

本実施形態では、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径は、例えば、従来のＶＡＳ法で得られる窒化物半導体基板のｃ面の曲率半径よりも大きくなっている。

【0210】

具体的には、ｃ面５０ｃのＸ線ロッキングカーブ測定においてピーク角度ωを位置の１次関数で近似したときに、当該１次関数の傾きの逆数により求められるｃ面５０ｃの曲率半径は、例えば、１５ｍ以上、好ましくは２０ｍ以上、より好ましくは３０ｍ以上、さらに好ましくは４０ｍ以上である。

【0211】

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。

【0212】

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、従来のＶＡＳ法で得られる窒化物半導体基板のｃ軸のオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。

【0213】

また、本実施形態では、ｃ面５０ｃのＸ線ロッキングカーブ測定においてピーク角度ωを位置の１次関数で近似したときに、マスク層を用いたＥＬＯ法などで得られる基板と比較して、１次関数に対するωの誤差が小さい。

【0214】

具体的には、上述のように近似した１次関数に対する、測定されたピーク角度ωの誤差は、例えば、０．０５°以下、好ましくは０．０２°以下、より好ましくは０．０１°以下である。なお、少なくとも一部のピーク角度ωが１次関数と一致することがあるため、当該誤差の最小値は、０°である。

【0215】

（半導体積層物におけるフォトルミネッセンス特性）
次に、基板５０を用いて半導体積層物を作製したときの、半導体層のフォトルミネッセンス特性について説明する。

【0216】

本実施形態では、上述のように基板５０が高酸素濃度領域７０を有しているが、基板５０を用いて半導体積層物を作製したときに、基板５０上に成長させた半導体層に対して、基板５０を起因とした結晶歪みが生じることがほとんどない。このため、基板５０上に成長させた半導体層のフォトルミネッセンスにおいて、半導体層の結晶歪みに起因したピークシフトが小さいか、或いは無い。

【0217】

具体的には、以下の特性が得られる。まず、基板５０と、所定のＩＩＩ族窒化物半導体のノンドープの単結晶を基板５０の主面５０ｓ上にエピタキシャル成長させた半導体層と、を有する積層物を作製する。一方で、基板５０と同一のＩＩＩ族窒化物半導体で高酸素濃度領域７０よりも低い酸素濃度を面内均一に有する単結晶からなる基準基板と、上述の半導体層と同一の単結晶を基準基板上にエピタキシャル成長させた基準半導体層と、を有する基準積層物を作製する。なお、ここでいう「ノンドープ」とは、半導体が意図的に添加した不純物を含まないことを意味し、半導体が不可避不純物を含む場合を含んでいる。次に、本実施形態の積層物の半導体層および基準積層物の基準半導体層のそれぞれにおけるフォトルミネッセンスを温度差１℃未満で（例えば２７℃で）測定する。この場合に、本実施形態の積層物の半導体層における最大ピーク波長と、基準積層物の半導体層における最大ピーク波長との差は、例えば、１ｎｍ以下である。

【0218】

（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。

【0219】

（ａ）３次元成長工程Ｓ２００において、３次元成長層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３次元成長層３０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、３次元成長層３０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、第２下地層６の主面６ｓにおける転位密度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。

【0220】

（ｂ）３次元成長工程Ｓ２００では、３次元成長層３０の頂面３０ｕから少なくとも一度ｃ面３０ｃを消失させる。これにより、第２下地層６から伝播する転位を、３次元成長層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。

【0221】

ここで、３次元成長工程において、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、第２下地層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、３次元成長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。

【0222】

これに対し、本実施形態によれば、３次元成長工程Ｓ２００において、３次元成長層３０の頂面３０ｕから少なくとも一度ｃ面３０ｃを消失させることで、少なくとも一度、３次元成長層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る。これにより、第２下地層６から伝播する転位を、３次元成長層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３次元成長層３０の表面側に伝播し難くすることができる。その結果、３次元成長層３０から得られる基板５０の主面５０ｓ全体に亘って転位密度を低減することが可能となる。

【0223】

（ｃ）下地構造体１０上に３次元成長層３０を３次元成長させることで、上述のように、下地構造体１０の第２下地層６に蓄積した引張応力を３次元成長層３０により相殺する応力相殺効果（応力緩和効果）を得ることができる。

【0224】

このように３次元成長層３０による応力相殺効果を得ることで、第２下地層６中に引張応力が蓄積した状態で３次元成長層３０を厚く成長させたとしても、３次元成長層３０のうちの下地構造体１０側と表面側とで応力差が生じることを抑制することができる。これにより、３次元成長層３０にクラック等が発生することを抑制することができる。

【0225】

（ｄ）本実施形態では、上述した３次元成長層３０による応力相殺効果を得ることで、３次元成長層３０から得られる基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を容易に制御することができる。例えば、基板５０のｃ面５０ｃの曲率半径を、第２下地層を３次元成長層３０と同じ厚さで成長させ３次元成長工程を行わずに第２下地層をスライスした場合の窒化物半導体基板、すなわち従来のＶＡＳ法で得られる窒化物半導体基板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、従来のＶＡＳ法で得られる窒化物半導体基板のｃ軸のオフ角のばらつきよりも小さくすることができる。

【0226】

以上の（ａ）～（ｄ）のように、本実施形態では、結晶品質が良好な基板５０を容易かつ安定的に得ることができる。

【0227】

（ｅ）本実施形態では、ボイド形成工程Ｓ１４０と３次元成長工程Ｓ２００との間に第２下地層形成工程Ｓ１５０を行い、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化させる。これにより、３次元成長層３０の成長形態を、第２下地層６の成長初期に生じた島状結晶の成長形態から変化させることができる。

【0228】

ここで、ボイド形成工程Ｓ１４０直後に第２下地層形成工程Ｓ１５０を行わずに３次元成長工程Ｓ２００を行うと、３次元成長層の成長初期から、ボイド含有第１下地層の上方に金属窒化層を介して、３次元成長層が島状結晶として成長する。この場合、３次元成長層の島状結晶の頻度は、上述のように、金属窒化層のナノネット上に成長する際の過飽和度と、当該ナノネットの開口幅のばらつきとに依存する。このため、３次元成長層の頂部が密に形成され、３次元成長層の最近接頂部間平均距離が短くなる。３次元成長層の最近接頂部間平均距離が短くなると、転位が充分に集められない。その結果、３次元成長層の表面における転位密度を充分に低減することができない可能性がある。

【0229】

これに対し、本実施形態では、ボイド形成工程Ｓ１４０後に、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化させることで、上述のように、３次元成長層３０の成長形態を、第２下地層６の成長初期に生じた島状結晶の成長形態から変化させることができる。

【0230】

すなわち、鏡面化した第２下地層６上に成長する３次元成長層３０を、成長初期から島状結晶として成長させるのではなく、３次元成長工程Ｓ２００での上述の第１成長条件に依存して３次元成長させることができる。このとき、３次元成長層３０の最近接頂部間平均距離は、上述の第１成長条件としての、ｃ面３０ｃのｃ軸方向の成長レートＧ_ｃ０と傾斜界面３０ｉの傾斜方向の成長レートＧ_ｉとの違いに依存する。これにより、３次元成長層３０の最近接頂部間平均距離を第１成長条件に基づいて制御し、最近接頂部間距離を長くすることができる。

【0231】

また、本実施形態では、ボイド形成工程Ｓ１４０後に、第２下地層６の主面６ｓを鏡面化させることで、ボイド含有第１下地層４および金属窒化層５の状態にかかわらず、第２下地層６の主面６ｓのモフォロジを全体に亘って略均一にすることができる。第２下地層６の主面６ｓのモフォロジを略均一にすることで、３次元成長工程Ｓ２００において傾斜界面３０ｉの発生状態を、３次元成長層３０の表面全体に亘って略均一にすることができる。これにより、３次元成長層３０の表面の一部に、最近接頂部間距離が短い領域が形成されることを抑制し、３次元成長層３０の表面全体に亘って、最近接頂部間距離を略均一に長くすることができる。

【0232】

これらの結果、本実施形態では、３次元成長層３０の表面の一部に、転位密度が過度に高い領域が形成されることを抑制し、３次元成長層３０の表面全体に亘って、転位密度を低くすることができる。

【0233】

（ｆ）本実施形態では、第２下地層６の主面６ｓの平坦化、第２下地層６の主面６ｓ上へのマスク層の形成、および主面６ｓへの凹凸パターンの形成のうち、いずれのパターン加工も施さないａｓ－ｇｒｏｗｎの状態の下地構造体１０に対して、３次元成長工程Ｓ２００を行う。

【0234】

ここでいう「マスク層」とは、例えば、いわゆるＥＬＯ（Ｅｐｉｔａｘｉａｌ Ｌａｔｅｒａｌ Ｏｖｅｒｇｒｏｗｔｈ）法において用いられ、酸化シリコンなどからなり所定の開口を有するマスク層のことを意味する。また、ここでいう「凹凸パターン」は、例えば、いわゆるペンデオエピタキシー法において用いられ、主面を直接パターニングしたトレンチおよびリッジのうち少なくともいずれかのことを意味する。ここでいう凹凸パターンの高低差は、例えば、１００ｎｍ以上である。

【0235】

上述のＥＬＯ法やペンデオエピタキシー法では、マスク層または凹凸パターンの形成のため、基板の主面上にフォトレジストをパターニングする工程を行う。このとき、基板がａｓ－ｇｒｏｗｎの状態であって、主面に凹凸が生じていると、露光ギャップにばらつきが生じ、面内でパターンばらつきが生じてしまう可能性がある。このため、上述のフォトレジストのパターニング工程を行う前に、基板の主面を平坦化しなければならない。その結果、ＥＬＯ法やペンデオエピタキシー法では、多くの工程が必要となる。

【0236】

これに対し、本実施形態では、上述の製造方法により、パターン加工を施さないａｓ－ｇｒｏｗｎの状態の下地構造体１０上に直接的に、３次元成長層３０を３次元成長させることができる。これにより、所定の加工工程（スライス工程、平坦化（研磨）工程、フォトリソグラフィ工程、マスク層形成工程、凹凸パターン加工工程など）を不要とすることができ、本実施形態の工程数を削減することができる。その結果、本実施形態の歩留まりを向上しつつ、製造コストを低減することができる。

【0237】

また、本実施形態では、上述の製造方法により、パターン加工を施さないａｓ－ｇｒｏｗｎの状態の下地構造体１０を用いて、３次元成長工程Ｓ２００を行うことで、３次元成長層３０をスライスして形成される基板５０の主面５０ｓにおいて、下地構造体１０のパターン加工に起因して規則的に発生する高転位密度領域が形成されていない。言い換えれば、本実施形態の基板５０では、転位集中領域ｄｃａが存在したとしても、転位集中領域ｄｃａをランダムに配置し、転位集中領域ｄｃａでの転位密度を低くすることができる。

【0238】

（ｇ）３次元成長工程Ｓ２００のうち、傾斜界面拡大層３２が成長する初期段階では、ｃ面３０ｃを成長面として所定の厚さで傾斜界面拡大層３２を２次元成長させた後に、該傾斜界面拡大層３２の頂面３０ｕに複数の凹部３０ｐを生じさせる。言い換えれば、傾斜界面拡大層３２が３次元成長し始める前に、鏡面化された表面を有する傾斜界面拡大層３２（初期層）を所定の厚さで形成する。これにより、３次元成長工程Ｓ２００において、３次元成長層３０における傾斜界面３０ｉの出現具合を、安定的に面内で均一にすることができる。

【0239】

（ｈ）３次元成長工程Ｓ２００では、３次元成長層３０の表面からｃ面３０ｃを消失させた後に、傾斜界面成長領域７０が沿面断面の８０％以上の面積を占める状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って３次元成長層３０の成長を継続させる。これにより、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、３次元成長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、第２下地層６側から３次元成長層３０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、３次元成長層３０における転位の集中を抑制することができる。

【0240】

（ｉ）３次元成長工程Ｓ２００では、沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合を８０％以上とすることで、上述のように３次元成長層３０の応力相殺効果を安定的に発現させることができる。これにより、３次元成長層３０の成長中におけるクラックの発生を抑制することができる。その結果、３次元成長層３０を容易に厚く成長させることが可能となる。

【0241】

（ｊ）３次元成長工程Ｓ２００では、沿面断面において傾斜界面成長領域７０の占める面積割合を８０％以上とすることで、ｃ面成長領域が広く占める場合と比較して、３次元成長層３０に対してスライスおよび研磨などの加工を容易に施すことができる。

【0242】

（ｋ）本実施形態では、上述の鏡面化した第２下地層６上に３次元成長層３０を成長させ、且つ、３次元成長工程Ｓ２００において式（１）を満たすように第１成長条件を調整することで、３次元成長工程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１の主面１ｓ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。

【0243】

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３次元成長層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。

【0244】

（ｌ）本実施形態では、下地基板１の主面１ｓ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超とすることで、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。これにより、３次元成長層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、３次元成長層３０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。

【0245】

（ｍ）本実施形態では、剥離工程Ｓ３００において、下地基板１から剥離した積層構造体９０の反りを抑制することができる。

【0246】

ここで、従来のＶＡＳ法で得られる基板を用い、３次元成長工程を行った場合について考える。従来のＶＡＳ法では、基板の主面は研磨されて平坦にされるが、基板のｃ面は、上述のように、凹の球面状に湾曲している。当該基板の平坦な主面上に、ｃ面を徐々に平坦にしていきながら３次元成長層を成長させると、３次元成長層のｃ面の平坦化に伴って、３次元成長層の下の基板に対してｃ面を平坦とする応力が働く。このため、３次元成長層の成長前では平坦であった基板が、３次元成長層の成長過程で主面側に凸に反っていくことがある。基板が主面側に凸に反ると、積層構造体の裏面が凹に反ってしまう。裏面が凹に反ると、スライス工程において、スライス用の治具に対して積層構造体を安定的に固定することができない。その結果、スライスなどの加工の歩留まりが低下してしまうおそれがある。

【0247】

これに対し、本実施形態では、３次元成長層３０の高酸素濃度領域の格子定数を相対的に大きくし、ｃ面３０ｃを徐々に平坦にしていきながら、３次元成長層３０を成長させることで、３次元成長層３０のｃ面３０ｃの平坦化に伴って、３次元成長層３０の下の第２下地層６に対してｃ面を平坦とする応力を与えることができる。これにより、ａｓ－ｇｒｏｗｎの状態で主面６ｓ側に凹に湾曲していた第２下地層６全体を、徐々に平坦に矯正していくことができる。第２下地層６全体を徐々に平坦することで、剥離工程Ｓ３００で下地基板１から剥離した積層構造体９０において、第２下地層６の裏面を平坦にすることができる。第２下地層６の裏面を平坦にすることで、スライス工程において、スライス用の治具に対して積層構造体を安定的に固定することができる。その結果、スライスなどの加工の歩留まりを向上させることが可能となる。

【0248】

（ｎ）スライス工程Ｓ４００では、傾斜界面維持層３４をスライスすることで、基板５０を形成する。また、第２下地層６から継続するｃ面成長領域６０が最後に消失した位置から上方に離れた位置で、傾斜界面維持層３４をスライスする。これにより、３次元成長層３０において転位が集められる過程の部分を避けることができる。その結果、転位が低減された基板５０を安定的に得ることができる。

【0249】

＜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。

【0250】

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、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、Ａｌ_ｘＩｎ_ｙＧａ_{１－ｘ－ｙ}Ｎ（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。

【0251】

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。

【0252】

上述の実施形態では、３次元成長工程Ｓ２００において、傾斜界面成長領域７０中に取り込まれる酸素の濃度以上の濃度で、ｎ型不純物を添加する場合について説明したが、上述のようにｐ型の基板５０を得る場合には、３次元成長工程Ｓ２００において、傾斜界面成長領域７０中に取り込まれる酸素の濃度以上の濃度で、ｐ型不純物を添加してもよい。

【0253】

上述の実施形態では、３次元成長工程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、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。

【0254】

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。

【0255】

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。

【0256】

上述の実施形態では、積層構造体９０のうちの傾斜界面維持層３４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、第２下地層６と、傾斜界面拡大層３２と、を除去する。これにより、上述の実施形態と同様に、傾斜界面維持層３４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。

【実施例】

【0257】

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。

【0258】

（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、実施例および比較例の窒化物半導体基板を作製した。なお、実施例については、窒化物半導体基板をスライスする前の積層構造体も作製した。以下、「窒化物半導体基板」を「基板」と略すことがある。

【0259】

［実施例の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
材質：サファイア
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。
（第１下地層）
・低温成長バッファ層：
材質：ＧａＮ
成長温度：５５０℃
厚さ：５０ｎｍ
・ＧａＮ層：
材質：アンドープ（アンインテンショナリドープ）ＧａＮ
成長温度：１，０５０℃
厚さ：３５０ｎｍ
なお、ＧａＮ層の表面を鏡面化させた。
（金属層）
材質：Ｔｉ
厚さ：２０ｎｍ
（熱処理条件）
２段階の熱処理を行った。
第１熱処理：
雰囲気：Ｎ_２ガス８０％、ＮＨ_３ガス２０％
温度：１，０５０℃
時間：１０分
第２熱処理：
雰囲気：Ｈ_２ガス８０％、ＮＨ_３ガス２０％
温度：１，０５０℃
時間：２０分
（第２下地層）
材質：アンドープ（アンインテンショナリドープ）ＧａＮ
成長温度：１，０５０℃
厚さ：約１０００μｍ
なお、第２下地層の主面を鏡面化させた。
主面に対するマスク層等のパターン加工なし。
（３次元成長層）
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。このとき、第１成長条件が式（１）を満たすように、成長温度およびＶ／ＩＩＩ比のうち少なくともいずれかをそれぞれ上記範囲のなかで調整した。
３次元成長層の厚さ：約１．４５ｍｍ
なお、傾斜界面維持層中に所定量のＳｉを添加した。
（スライス条件）
窒化物半導体基板の厚さ：約４００μｍ
カーフロス：２００μｍ
なお、実施例では、傾斜界面維持層から２枚の基板をスライスした。
（研磨条件）
研磨厚さ：２００μｍ

【0260】

［比較例１の窒化物半導体基板の作製条件］
比較例１では、従来のＶＡＳ法と同様の条件で基板を作製した。
（下地基板）
実施例と同じ。
（第１結晶層、金属層、および熱処理条件）
実施例の第１下地層、金属層、および熱処理条件と同じ。
（第２結晶層）
実施例の第２下地層と同じ（厚さも同じ）。
（３次元成長層）
なし。
（剥離条件）
第２結晶層成長温度からの降温時に自然剥離。
（スライスおよび研磨条件）
第２結晶層から１枚の基板をスライスした点以外の条件は、実施例と同じ。

【0261】

［比較例２の窒化物半導体基板の作製条件］
（下地基板）
実施例と同じ。
（第１結晶層、金属層、および熱処理条件）
実施例の第１下地層、金属層、および熱処理条件と同じ。
（第２結晶層）
厚さを１７００μｍとした点以外の条件は、実施例の第２下地層と同じ。
（３次元成長層）
なし。

【0262】

（１－２）評価
（積層構造体の観察）
蛍光顕微鏡を用い、実施例の基板をスライスする前の積層構造体の断面を観察した。なお、光学顕微鏡を用い、積層構造体の表面も観察した。

【0263】

（多光子励起顕微鏡による窒化物半導体基板の観察）
多光子励起顕微鏡を用い、実施例および比較例１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貫通転位であることは、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１×１０^６ｃｍ^－２未満である領域（低転位密度領域）の数の割合を求めた。

【0264】

また、実施例の基板において、焦点を主面からずらした観察も行った。

【0265】

（Ｘ線ロッキングカーブ測定）
実施例および比較例１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、中心を通りｍ軸方向に沿った直線上、および中心を通りｍ軸に直交するａ軸方向に沿った直線上で、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。このとき、基板の主面内の位置として正に定義している側からＸ線を入射させた。測定の結果、主面へ入射したＸ線と主面とがなすピーク角度ωを、直線上の位置に対してプロットし、ピーク角度ωを位置の１次関数で近似した。当該１次関数の傾きの逆数により、ｃ面の曲率半径を求めた。なお、本実験で用いた装置における上述の配置では、１次関数の傾きが負となったときに、ｃ面が凸であったことを意味する。

【0266】

（１－３）結果
＜実施例の積層構造体の観察結果＞
図１１は、実施例の積層構造体の表面を光学顕微鏡により観察した観察像を示す図である。図１２は、実施例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。なお、図１２は、＜１１－２０＞軸に沿った断面である。図１３（ａ）および（ｂ）は、実施例の積層構造体の他の部分における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。

【0267】

図１２、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、実施例の積層構造体では、３次元成長層は、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ｃ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。

【0268】

傾斜界面成長領域の少なくとも一部は、第２下地層の主面に沿って連続して設けられていた。すなわち、３次元成長層を第２下地層の主面に沿って切った沿面断面を複数見たときに、ｃ面を成長面として成長したｃ面成長領域を含まない断面が、３次元成長層の厚さ方向の少なくとも一部に存在していたことを確認した。

【0269】

第２下地層上のｃ面成長領域は、複数の谷部および複数の山部を有していた。ｃ面成長領域のうち一対の傾斜部のなす角度の平均値は、およそ４３°だった。また、最近接頂部間平均距離は、およそ１４５．６μｍであった。

【0270】

図１２、図１３（ａ）および（ｂ）に示すように、断面視で傾斜界面成長領域と重なる位置にも、ｃ面成長領域が存在していた。３次元成長層の成長過程で、ｃ面成長領域が発生したり消失したりしたため、断面視でｃ面成長領域の幅（言い換えれば平面視でのｃ面成長領域の大きさ）は、第２下地層から３次元成長層の表面に向けてランダムに変化していた。

【0271】

また、ｃ面が少なくとも一度消失したため、ｃ面成長領域は、第２下地層から３次元成長層の表面（最上面）まで連続していなかった。

【0272】

図１１に示すように、３次元成長層の表面には、ｃ面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部が生じていた。３次元成長層の表面に生じた凹部内には、光って見える面が６つ形成され、すなわち、凹部は６つの傾斜界面を有していた。

【0273】

剥離させた下地基板のオリエンテーションフラットの方向から考えて、凹部内の稜線は、＜１－１００＞軸方向に沿っており、また、凹部を構成する傾斜界面は、＜１１－２０＞軸から傾斜した方向を法線方向とする面（すなわち｛１１－２ｍ｝面）であった。

【0274】

図１２に示した＜１１－２０＞軸に沿った方向の断面において、３次元成長層における傾斜界面の、下地基板の主面に対する角度は、約４３°以上４７°以下であった。

【0275】

ここで、ＧａＮの｛０００１｝面に対する｛１１－２ｍ｝の角度は、以下のとおりである。
｛１１－２１｝面：７２．９°
｛１１－２２｝面：５８．４°
｛１１－２３｝面：４７．３°
｛１１－２４｝面：３９．１°

【0276】

以上のことから、３次元成長層の表面に生じた傾斜界面は、ｍ≧３の｛１１－２ｍ｝面であることを確認した。また、傾斜界面の多くは、｛１１－２３｝面であることを確認した。

【0277】

＜実施例、比較例１および２の比較＞
［実施例と比較例２との比較］
まず、実施例と比較例２とを比較する。

【0278】

第２結晶層を厚く成長させた比較例２では、結晶層成長後に室温まで降温させた状態を確認したところ、第２結晶層が微細に割れていた。また、第２結晶層の割れた断面から、結晶が異常成長していた。このことから、第２結晶層の成長中に、第２結晶層が割れていたものと考えられる。比較例２では、充分な厚さおよび直径を有する第２結晶層を得ることが出来なかったため、窒化物半導体基板の作製を行わなかった。

【0279】

これに対し、実施例では、３次元成長層の成長が終了した後に室温まで降温させたところ、金属窒化層と第２下地層との間を境に、積層構造体が下地基板から剥離していた。剥離後の積層構造体には、割れ（クラック）が見られなかった。

【0280】

［実施例と比較例１との比較］
次に、実施例と比較例１とを比較する。実施例および比較例１の結果を表１に示す。

【0281】

【表1】

【0282】

（多光子励起顕微鏡による窒化物半導体基板の観察結果）
図１４は、実施例の窒化物半導体基板の主面を多光子励起顕微鏡により観察した観察像を示す模式図である。なお、太線四角部は、５０μ角の無転位領域を示している。図１５は、図１４の点線四角部分を拡大した観察像を示す図である。図１６は、実施例の窒化物半導体基板において、厚さ方向に焦点を変化させたときの、多光子励起顕微鏡により観察した観察像を示す図である。

【0283】

図１４に示すように、実施例の基板は、相対的に明るく観察される高酸素濃度領域を有していた。実施例の基板の主面において高酸素濃度領域が占める面積割合は、８０％以上であった。

【0284】

表１に示すように、実施例の基板では、主面における平均転位密度が、比較例１の基板に比べて、大幅に低減され、５．５×１０^５ｃｍ^－２未満であった。

【0285】

また、実施例の基板では、転位密度が３×１０^６ｃｍ^－２を超える領域が存在しなかった。また、実施例の基板では、転位密度が１×１０^６ｃｍ^－２未満である領域（低転位密度領域）が主面の９０％以上存在していた。

【0286】

また、図１４に示すように、実施例の基板の主面は、小さくとも５０μｍ角の無転位領域を含んでいた。また、実施例の基板の主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ^２以上の密度で有していた。具体的には、実施例の基板の主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域の密度は、５０００個／ｃｍ^２程度であった。

【0287】

また、図１５に示すように、暗く観察された低酸素濃度領域を拡大して確認したところ、当該低酸素濃度領域が、小さくとも５０μｍ角の無転位領域を有していた。

【0288】

また、図１４において、多光子励起顕微鏡により転位集中領域を含む５０μｍ角の視野で実施例の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、転位密度は、３×１０^６ｃｍ^－２未満であった。

【0289】

図１４に示すように、実施例の基板は、基底面転位（ｂｐｄ）を有していた。実施例の基板のＣＬ像を観察したところ、当該主面のＣＬ像において、長さ２００μｍの任意の仮想的な線分を引いたときに、該線分と基底面転位との交点の数は、１０点以下であった。

【0290】

図１６に示すように、実施例の基板において、厚さ方向に焦点を変化させながら観察も行ったところ、領域Ａは、表面（主面）側で出現し、表面よりも深い位置では、消失していた。また、領域Ｂは、厚さ方向の位置に応じて、出現したり消失したりしていた。また、領域Ｃは、表面近傍で消失していた。以上のことから、平面視での低酸素濃度領域の大きさは、基板の主面の反対側の裏面から主面に向けてランダムに変化していた。また、低酸素濃度領域は、消失した部分が存在したことから、基板の主面の反対側の裏面から主面に向けて連続的に繋がっていなかった。

【0291】

（ｃ面の曲率半径）
次に、表１、図１７（ａ）および（ｂ）を用い、ｃ面の曲率半径について説明する。

【0292】

図１７（ａ）は、実施例の窒化物半導体基板のｍ軸に沿った方向に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図であり、（ｂ）は、実施例の窒化物半導体基板のｍ軸に直交するａ軸に沿った方向に対してＸ線回折のロッキングカーブ測定を行った結果を示す図である。なお、図中のＲはｃ面の曲率半径を示し、負のＲは、上述のように、ｃ面が主面に対して凸に湾曲していたことを意味している。

【0293】

表１、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、実施例の基板におけるｃ面の曲率半径（の絶対値）は、比較例１の基板におけるｃ面の曲率半径に比べて大きく、２２ｍ以上であった。

【0294】

図１７（ａ）および（ｂ）に示した基板は、実施例の積層構造体のうち表面に近い側からスライスしたものである。当該基板では、ｃ面が主面に対して凸の球面状に湾曲していた。

【0295】

一方で、図示していないが、実施例の積層構造体のうち第２下地層に近い側からスライスした基板では、ｃ面が主面に対して若干凹となっていたが、ｃ面の曲率半径が大きく、ｃ面がほぼ平坦であった。第２下地層に近い側からスライスした基板におけるｃ面の曲率半径の絶対値は、表面に近い側からスライスした基板におけるｃ面の曲率半径の絶対値よりも大きかった。当該基板におけるｃ面の曲率半径は、１０５３ｍであった。

【0296】

実施例のこれらの基板では、ｃ面のＸ線ロッキングカーブ測定においてピーク角度ωを位置の１次関数で近似したときに、１次関数に対する誤差が小さかった。具体的には、上述のように近似した１次関数に対する、測定されたピーク角度ωの誤差は、０．０１°以下であった。

【0297】

（実験１のまとめ）
以上の実施例によれば、３次元成長工程において、式（１）を満たすように第１成長条件を調整した。これにより、３次元成長層の成長過程で、ｃ面を少なくとも一度確実に消失させることができた。ｃ面を少なくとも一度消失させたことで、３次元成長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低減することができたことを確認した。

【0298】

また、実施例によれば、鏡面化した第２下地層上に３次元成長層を成長させ、かつ、式（１）を満たすように第１成長条件を調整したことで、傾斜界面として、ｍ≧３である｛１１－２ｍ｝面を生じさせることができた。これにより、３次元成長層において、最近接頂部間平均距離を１００μｍ超とすることができた。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１００μｍ超とすることで、小さくとも５０μｍ角の無転位領域を形成することができたことを確認した。

【0299】

また、実施例によれば、傾斜界面成長領域の応力相殺効果によって、３次元成長層の成長中におけるクラックの発生を抑制することができたことを確認した。

【0300】

また、実施例によれば、傾斜界面成長領域の応力相殺効果によって、実施例の基板のｃ面の曲率半径を、比較例１のｃ面の曲率半径よりも大きくすることができた。これにより、実施例の基板におけるｃ軸のオフ角のばらつきを、比較例１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。

【0301】

なお、実施例では、傾斜界面成長領域の応力相殺効果によって、ｃ面が、積層構造体の第２下地層側から表面側に向けて凹から凸へ変化していることを確認した。したがって、積層構造体からスライスする厚さ方向の位置を最適化すれば、ｃ面が極めて平坦な基板を得ることができると考えられる。

【0302】

（２）実験２
（２－１）窒化物半導体基板の作製
以下のようにして、サンプル１および２の基板を作製した。

【0303】

［サンプル１の窒化物半導体基板の作製条件］
３次元成長工程においてＳｉを添加しなかった点を除いて、実験１の実施例と同様に基板を作製した。なお、基板の厚さは、３２３μｍとした。

【0304】

［サンプル２の窒化物半導体基板の作製条件］
第２結晶層成長工程において１×１０^１８ｃｍ^－３のＳｉを添加した点を除いて、実験１の比較例１と同様に基板を作製した。

【0305】

（２－２）評価
（二次イオン質量分析法(ＳＩＭＳ)）
ＳＩＭＳにより、サンプル１の基板中の酸素濃度を測定した。

【0306】

（ホール測定）
ホール測定により、サンプル１の基板の移動度並びに比抵抗、サンプル１の基板中の自由電子濃度を測定した。

【0307】

（光学測定）
サンプル１および２の基板のそれぞれの、透過率および反射率を測定した。

【0308】

透過率および反射率の測定には、島津社製のＳｏｌｉｄＳｐｅｃ－３７００ＤＵＶ紫外可視近赤外分光光度計を用いた。測定条件は以下の通りである。
スリット幅：８ｎｍ（波長７２０ｎｍ以下）、３２ｎｍ（波長７２０ｎｍ以上）
測定速度：低速
光源：ハロゲンランプ（波長３１０ｎｍ以上）
検出器：
光電子増倍管（ＰＭＴ）（波長８７０ｎｍ以下）
ＩｎＧａＡｓ（波長８７０ｎｍ～１６５０ｎｍ）
ＰｂＳ（波長１６５０ｎｍ以上）
付属装置 大型試料室 積分球（６０ｍｍφ）スペクトラロン
入射角：（Ｇａ面から入射）
透過率測定：０°
反射率測定：８°
光照射サイズ：
透過率測定：３ｍｍ×３ｍｍ
反射率測定：１０ｍｍ×５ｍｍ
リファレンス：
透過率測定：なし
反射率測定：Ａｌミラー

【0309】

サンプル１の基板では、主面の中心と、中心からｍ軸方向およびａ軸方向のそれぞれに１５ｍｍ離れた位置の４点とにおいて、透過率および反射率を測定した。その後、基板の主面の中心における透過率および反射率に基づいて、吸収係数を求めた。

【0310】

なお、サンプル２の基板では、主面の中心において、透過率および反射率を測定し、その結果に基づいて、吸収係数を求めた。

【0311】

（２－３）結果
＜ＳＩＭＳ測定結果＞
ＳＩＭＳ測定の結果、サンプル１の基板中の酸素濃度は、１×１０^１８ｃｍ^－３であった。

【0312】

＜ホール測定結果＞
ホール測定の結果、サンプル１の基板の移動度は２５４ｃｍ^２／Ｖ・ｓであった。サンプル１の基板の比抵抗は０．０２３２Ω・ｃｍであった。

【0313】

また、サンプル１の基板中の自由電子濃度は、１．０６×１０^１８ｃｍ^－３であった。サンプル１の基板中の自由電子濃度は、基板中の酸素濃度とほぼ同等であった。

【0314】

このことから、サンプル１の基板中の自由電子濃度は、サンプル２の基板中の自由電子濃度とほぼ同等であったと考えられる。

【0315】

＜光学測定結果＞
図１８（ａ）および（ｂ）を用い、サンプル１および２の基板のそれぞれにおける吸収係数について説明する。図１８（ａ）は、サンプル１および２の吸収スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、（ａ）に理論式を追加した図である。なお、図１８（ｂ）における理論式は、Ｋ＝２．２×１０^－１９、ａ＝３としたときの上述の式（３）である。

【0316】

図１８（ａ）に示すように、可視光域では、サンプル１の基板の吸収係数は、サンプル２の基板の吸収係数と同等以下であった。具体的には、サンプル１の基板では、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲における吸収係数は、０．１５ｃｍ^－１以下であった。

【0317】

赤外域では、自由キャリア吸収によるサンプル１の基板の吸収係数は、サンプル２の基板の吸収係数とほぼ一致していた。このことから、サンプル１の基板の自由電子濃度がサンプル２の基板中の自由電子濃度とほぼ同等であったことが裏付けられた。

【0318】

さらに、図１８（ｂ）に示すように、サンプル１（および２）の基板では、Ｋ＝２．２×１０^－１９、ａ＝３としたときに、少なくとも１μｍ以上２．５μｍ以下の波長範囲における吸収係数αが、最小二乗法で上述の式（３）により近似することができた。このとき、波長２μｍにおいて、式（３）から求められる吸収係数αに対する、実測される吸収係数の誤差は、例えば、±０．１α以内であった。

【0319】

次に、図１９（ａ）および（ｂ）を用い、サンプル１の基板における透過率および反射率の面内分布について説明する。図１９（ａ）は、サンプル１の透過スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、サンプル１の反射スペクトルを示す図である。なお、図１９（ａ）は、サンプル１の５つの測定点のうち、最も透過率の差が大きかった２点の透過スペクトルを示している。図１９（ｂ）は、サンプル１の５つの測定点のうち、最も反射率の差が大きかった２点の反射スペクトル（実線および破線）を示している。

【0320】

図１９（ａ）に示すように、サンプル１の透過率の面内ばらつきは小さかった。具体的には、サンプル１の基板では、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における透過率の、主面内のばらつきは、±０．３％以内であった。

【0321】

また、図１９（ｂ）に示すように、サンプル１の反射率の面内ばらつきは小さかった。具体的には、サンプル１の基板では、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における反射率の、主面内のばらつきは、±０．３％以内であった。

【0322】

（実験２のまとめ）
以上の実験２によれば、可視光域では、サンプル１の基板の吸収係数は、サンプル２の基板の吸収係数と同等以下であった。サンプル１の基板は高酸素濃度領域を有しているが、特異な吸収が生じておらず、サンプル１の基板は、サンプル２のようなＶＡＳ法で得られる基板と同等の高い結晶品質を有していたことを確認した。つまり、サンプル１の基板を、ＬＥＤ用基板として充分に適用可能であることを確認した。

【0323】

また、実験２によれば、自由キャリア吸収によるサンプル１の基板の吸収係数は、サンプル２の基板の吸収係数とほぼ一致していた。また、サンプル１の基板において、自由キャリア吸収に基づく赤外域の吸収係数を、自由キャリア濃度および波長の関数として近似することができた。これらのことからも、サンプル１の基板は、サンプル２のようなＶＡＳ法で得られる基板と同等の高い結晶品質を有していたことを確認した。また、サンプル１の基板では、赤外域における吸収係数が、ばらつくことなく、式（３）により近似可能であることで、赤外線照射によりサンプル１の基板を加熱したときに、該基板を精度良くかつ再現性良く加熱することが可能となることを確認した。

【0324】

上述の実験１の結果によれば、実施例の基板において、高酸素濃度領域と低酸素濃度領域とは、基板の主面内で均等にランダムに分散していた。低酸素濃度領域の平面視での大きさは、厚さ方向にランダムに変化していた。また、低酸素濃度領域は、厚さ方向に連続していなかった。実験２の結果は当該実験１の結果を支持し、サンプル１の基板では、透過率および反射率の面内ばらつきは小さかったことを確認した。

【0325】

＜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。

【0326】

（付記１）
気相成長法を用いた窒化物半導体基板の製造方法であって、
下地基板を準備する工程と、
前記下地基板上にＩＩＩ族窒化物半導体からなる第１下地層を形成する工程と、
前記第１下地層上に金属層を形成する工程と、
熱処理を行い、前記第１下地層中にボイドを形成する工程と、
ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、最も近い低指数の結晶面が（０００１）面である主面を有する第２下地層を、前記第１下地層の上方にエピタキシャル成長させ、該第２下地層の前記主面を鏡面化させる工程と、
（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前記第２下地層の前記主面上に直接的にエピタキシャル成長させ、前記（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、前記第２下地層の前記主面よりも上方に行くにしたがって該傾斜界面を徐々に拡大させ、前記（０００１）面を前記頂面から少なくとも一度消失させ、３次元成長層を成長させる工程と、
前記３次元成長層をスライスし、前記窒化物半導体基板を形成する工程と、
を有する
窒化物半導体基板の製造方法。

【0327】

（付記２）
前記３次元成長層を成長させる工程では、
前記３次元成長層において前記傾斜界面を成長面として成長させた傾斜界面成長領域を形成し、
前記３次元成長層を前記主面に沿って切った沿面断面において前記傾斜界面成長領域が占める面積割合を、８０％以上とする
付記１に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0328】

（付記３）
前記３次元成長層を形成する工程は、
前記（０００１）面を前記頂面から消失させた後に、前記傾斜界面成長領域が前記沿面断面の８０％以上の面積を占める状態を維持しつつ、所定の厚さに亘って前記単結晶の成長を継続させ、傾斜界面維持層を形成する工程を有する
付記２に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0329】

（付記４）
前記３次元成長層をスライスする工程では、
前記傾斜界面維持層をスライスする
付記３に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0330】

（付記５）
前記３次元成長層を形成する工程では、
前記傾斜界面成長領域中に取り込まれる酸素の濃度以上の濃度で、導電型不純物を添加する
付記２～４のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0331】

（付記６）
前記３次元成長層を形成する工程では、
前記（０００１）面を成長面として所定の厚さで前記単結晶を成長させた後に、該単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせる
付記１～５のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0332】

（付記７）
前記３次元成長層を形成する工程では、
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１～６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0333】

（付記８）
前記３次元成長層を形成する工程では、
前記単結晶の前記頂面に前記複数の凹部を生じさせ、前記（０００１）面を消失させることで、前記３次元成長層の表面に、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に、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、１００μｍ超とする
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。

【0334】

（付記９）
前記３次元成長層を形成する工程では、
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８に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0335】

（付記１０）
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前記（０００１）面の曲率半径を、前記第２下地層を前記３次元成長層と同じ厚さで成長させ、前記３次元成長層を形成する工程を行わずに前記第２下地層をスライスした場合の窒化物半導体基板の前記（０００１）面の曲率半径よりも大きくする
付記１～９のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0336】

（付記１１）
前記窒化物半導体基板の前記（０００１）面の曲率半径を、１５ｍ以上とする
付記１０に記載の窒化物半導体基板の製造方法。

【0337】

（付記１２）
２インチ以上の直径を有し、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、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、
９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有する高酸素濃度領域を有し、
前記主面において前記高酸素濃度領域が占める面積割合は、８０％以上である
窒化物半導体基板。

【0338】

（付記１３）
５×１０^１６ｃｍ^－３以下の酸素濃度を有する低酸素濃度領域を有する
付記１２に記載の窒化物半導体基板。

【0339】

（付記１４）
前記主面における前記低酸素濃度領域は、小さくとも５０μｍ角の無転位領域を含む
付記１３に記載の窒化物半導体基板。

【0340】

（付記１５）
平面視での前記低酸素濃度領域の大きさは、前記主面と反対の裏面から前記主面に向けて変化している
付記１３又は１４に記載の窒化物半導体基板。

【0341】

（付記１６）
前記低酸素濃度領域は、前記主面と反対の裏面から前記主面に向けて連続的に繋がっていない
付記１３～１５のいずれか１項に記載の窒化物半導体基板。

【0342】

（付記１７）
５×１０^１６ｃｍ^－３以下の酸素濃度を有する低酸素濃度領域を有しない
付記１３～１６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0343】

（付記１８）
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲における吸収係数は、０．１５ｃｍ^－１以下である
付記１２～１７のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0344】

（付記１９）
波長をλ（μｍ）、２７℃における前記窒化物半導体基板の吸収係数をα（ｃｍ^－１）、前記窒化物半導体基板中の自由電子濃度をｎ（ｃｍ^－３）、Ｋおよびａをそれぞれ定数としたときに、
少なくとも１μｍ以上２．５μｍ以下の波長範囲における前記吸収係数αは、最小二乗法で以下の式（３）により近似され、
波長２μｍにおいて、前記式（３）から求められる前記吸収係数αに対する、実測される前記吸収係数の誤差は、±０．１α以内である
付記１２～１８のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。
α＝ｎＫλ^ａ ・・・（３）
（ただし、１．５×１０^－１９≦Ｋ≦６．０×１０^－１９、ａ＝３）

【0345】

（付記２０）
前記主面内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の透過率を測定したときに、
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における前記透過率の、前記主面内のばらつきは、±０．５％以内である
付記１２～１９のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0346】

（付記２１）
前記主面内の異なる複数点で、５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲の光の反射率を測定したときに、
５００ｎｍ以上７００ｎｍ以下の波長範囲内のそれぞれの波長における前記反射率の、前記主面内のばらつきは、±０．５％以内である
付記１２～２０のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0347】

（付記２２）
前記主面内で中心を通る直線上の各位置において（０００２）面のＸ線ロッキングカーブ測定を行い、前記主面へ入射したＸ線と前記主面とがなすピーク角度ωを、前記直線上の位置に対してプロットし、前記ピーク角度ωを前記位置の１次関数で近似したときに、
前記１次関数の傾きの逆数により求められる前記（０００１）面の曲率半径は、１５ｍ以上であり、
前記１次関数に対する、測定された前記ピーク角度ωの誤差は、０．０５°以下である
付記１２～２１のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0348】

（付記２３）
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、転位密度が３×１０^６ｃｍ^－２を超える領域が前記主面に存在せず、転位密度が１×１０^６ｃｍ^－２未満である領域が前記主面の８０％以上存在する
付記１２～２２のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0349】

（付記２４）
前記主面は、重ならない５０μｍ角の無転位領域を１００個／ｃｍ^２以上の密度で有する
付記１２～２３のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0350】

（付記２５）
前記主面は、転位が相対的に集中した転位集中領域を有し、
多光子励起顕微鏡により前記転位集中領域を含む５０μｍ角の視野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、転位密度は、３×１０^６ｃｍ^－２未満である
付記１２～２４のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0351】

（付記２６）
前記主面のカソードルミネッセンス像において長さ２００μｍの任意の仮想的な線分を引いたときに、該線分と基底面転位との交点の数は、１０点以下である
付記１２～２５のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0352】

（付記２７）
前記窒化物半導体基板と、所定のＩＩＩ族窒化物半導体のノンドープの単結晶を前記主面上にエピタキシャル成長させた半導体層と、を有する積層物を作製し、
前記窒化物半導体基板と同一のＩＩＩ族窒化物半導体で前記高酸素濃度領域よりも低い酸素濃度を有する単結晶からなる基準基板と、前記半導体層と同一の単結晶を前記基準基板上にエピタキシャル成長させた基準半導体層と、を有する基準積層物を作製し、
前記積層物の前記半導体層と前記基準積層物の前記基準半導体層とのそれぞれにおけるフォトルミネッセンスを温度差１℃未満で測定した場合に、
前記積層物の前記半導体層における最大ピーク波長と、前記基準積層物の前記基準半導体層における最大ピーク波長との差は、１ｎｍ以下である
付記１２～２６のいずれか１つに記載の窒化物半導体基板。

【0353】

（付記２８）
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）面である下地層と、
前記下地層上に設けられ、ＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなり、（０００１）面以外の傾斜界面で構成される複数の凹部を表面に有する３次元成長層と、
を有し、
前記３次元成長層は、９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域を有し、
前記３次元成長層は、前記主面に沿って切った沿面断面であって、前記高酸素濃度領域が占める面積割合が８０％以上である断面を有する
積層構造体。

【0354】

（付記２９）
前記３次元成長層は、前記下地層の前記主面上に設けられ、５×１０^１６ｃｍ^－３以下の酸素濃度を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる低酸素濃度領域を有し、
前記低酸素濃度領域は、前記下地層から前記３次元成長層の前記表面まで連続していない
付記２８に記載の積層構造体。

【0355】

（付記３０）
前記沿面断面を複数見たときに、前記低酸素濃度領域を含まない断面が、前記３次元成長層の厚さ方向の少なくとも一部に存在する
付記２９に記載の積層構造体。

【0356】

（付記３１）
前記主面に垂直な任意の断面を見たときに、
前記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、１００μｍ超である
付記２９又は３０に記載の積層構造体。

【0357】

（付記３２）
前記下地層は、前記主面と反対側に、９×１０^１７ｃｍ^－３以上の酸素濃度を有するＩＩＩ族窒化物半導体の単結晶からなる高酸素濃度領域を有する
付記２８～３０のいずれか１つに記載の積層構造体。

【符号の説明】

【0358】

１ 下地基板
２ 第１下地層
３ 金属層
４ ボイド含有第１下地層
５ 金属窒化層
６ 第２下地層
１０ 下地構造体
３０ ３次元成長層
５０ 窒化物半導体基板（基板）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】