(57)【要約】【課題】本発明は、III族窒化物半導体層に割れが生じることを抑制することを課題とする。【解決手段】本発明は、成長面に複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が存在する状態を維持して、｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板の前記主面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで、III族窒化物半導体層を形成する成長工程を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
成長面に複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が存在する状態を維持して、｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板の前記主面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで、III族窒化物半導体層を形成する成長工程を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１０｝、｛−１０１−１｝、｛−１０１−２｝、｛−１０１−３｝、｛−２０２−３｝、｛−２０２−５｝、｛−２０２−７｝、｛−３０３−４｝、｛−３０３−５｝、｛−３０３−７｝、｛−３０３−８｝、｛−３０３−１０｝、｛−３０３−１１｝及び、｛−１０１−４｝の中のいずれかであるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項３】
請求項１に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１−２｝又は｛−２０２−３｝であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体結晶の−ｃ軸方向を前記成長面に投影した−ｃ軸投影方向に沿って、互いに異なる第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項５】
請求項４に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程で前記III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が小さくなり、前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が大きくなるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項６】
請求項４又は５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程で前記III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが短くなり、前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが長くなるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項７】
請求項４から６のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１８０°未満であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体結晶のｍ軸方向を前記成長面に投影したｍ軸投影方向に沿って、互いに等価な第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項９】
請求項８に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１６０°未満であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、Ｖ／ＩＩＩ比を０．５以上２５以下とし、圧力を７０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下とし、成長温度を９７０℃以上とした成長条件でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長することで、前記凹凸が前記成長面に存在する状態を維持してIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長するIII族窒化物半導体基の製造方法。
【請求項１１】
｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板と、
前記下地基板上に位置し、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が主面に存在するIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板。
【請求項１２】
請求項１１に記載のIII族窒化物半導体基板において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１０｝、｛−１０１−１｝、｛−１０１−２｝、｛−１０１−３｝、｛−２０２−３｝、｛−２０２−５｝、｛−２０２−７｝、｛−３０３−４｝、｛−３０３−５｝、｛−３０３−７｝、｛−３０３−８｝、｛−３０３−１０｝、｛−３０３−１１｝及び、｛−１０１−４｝の中のいずれかであるIII族窒化物半導体基板。
【請求項１３】
請求項１１に記載のIII族窒化物半導体基板において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１−２｝又は｛−２０２−３｝であるIII族窒化物半導体基板。
【請求項１４】
請求項１１から１３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
III族窒化物半導体結晶の−ｃ軸方向を成長面に投影した−ｃ軸投影方向に沿って、互いに異なる第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されているIII族窒化物半導体基板。
【請求項１５】
請求項１４に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１８０°未満であるIII族窒化物半導体基板。
【請求項１６】
請求項１１から１５のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体基板において、
III族窒化物半導体結晶のｍ軸方向を成長面に投影したｍ軸投影方向に沿って、互いに等価な第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されているIII族窒化物半導体基板。
【請求項１７】
請求項１６に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１６０°未満であるIII族窒化物半導体基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物半導体基板の製造方法、及び、III族窒化物半導体基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、ｃ面を主面とする下地基板上にＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法でIII族窒化物半導体層を形成することが開示されている。
【０００３】
特許文献２及び３には、サファイア基板上に、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層を形成する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８７０４３号公報
【特許文献２】特許第６２６６７４２号
【特許文献３】特許第６２３２１５０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の手法でIII族窒化物半導体層を厚膜成長した場合、III族窒化物半導体層に鋭角な穴（ピット）や割れが生じる場合がある。本発明は、III族窒化物半導体層に鋭角な穴や割れが生じることを抑制することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明によれば、
成長面に複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が存在する状態を維持して、｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板の前記主面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで、III族窒化物半導体層を形成する成長工程を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法が提供される。
【０００７】
また、本発明によれば、
｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板と、
前記下地基板上に位置し、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が主面に存在するIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板が提供される。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、III族窒化物半導体層に鋭角な穴や割れが生じることを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の側面模式図である。
【図２】成長面に維持される凹凸を説明するための図である。
【図３】成長面に維持される凹凸の変化を説明するための図である。
【図４】成長面に維持される凹凸を説明するための図である。
【図５】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図６】本実施形態の半極性自立基板の製造方法の処理の流れの一例を示す工程図である。
【図７】本実施形態の準備工程の処理の流れの一例を示すフローチャートである。
【図８】本実施形態の準備工程の処理の流れの一例を示す工程図である。
【図９】本実施形態の準備工程で得られた半極性種基板の一例を示す模式図である。
【図１０】本実施形態の準備工程で得られた半極性種基板の一例を示す模式図である。
【図１１】本実施形態の準備工程で得られた半極性種基板の一例を示す模式図である。
【図１２】実施例１の下地基板の表面を示す図である。
【図１３】比較例１の下地基板の表面を示す図である。
【図１４】実施例１のＧａＮ層の表面を示す図である。
【図１５】実施例１のＧａＮ層の表面を示す拡大図である。
【図１６】比較例１のＧａＮ層の表面を示す図である。
【図１７】実施例２のＧａＮ層の表面を示すＳＥＭ像である。
【図１８】比較例２のＧａＮ層の表面を示すＳＥＭ像である。
【図１９】実施例３のＧａＮ層の表面をｍ軸投影方向に沿って表面粗さ計で表面形状を測定した結果を示す図である。
【図２０】比較例３のＧａＮ層の表面をｍ軸投影方向に沿って表面粗さ計で表面形状を測定した結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明のIII族窒化物半導体基板及びその製造方法の実施形態について図面を用いて説明する。なお、図はあくまで発明の構成を説明するための概略図であり、各部材の大きさ、形状、数、異なる部材の大きさの比率などは図示するものに限定されない。また、本実施形態では、III族窒化物半導体層やIII族窒化物半導体基板を構成するIII族窒化物半導体結晶のｍ軸及び−ｃ軸を当該III族窒化物半導体層やIII族窒化物半導体基板の主面（成長面）に投影した方向を、各々、「ｍ軸投影方向」及び「−ｃ軸投影方向」と呼ぶ。
【００１１】
＜第１の実施形態＞
まず、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の概要を説明する。本発明者らは、特徴的な下地基板上に特徴的な成長条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長した場合、特徴的な凹凸が成長面に存在する状態を維持したままIII族窒化物半導体結晶が成長することを見出した。そして、このようにIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長した場合、得られた結晶に鋭角な穴や割れが生じにくいことを見出した。
【００１２】
本実施形態は当該事実に基づき完成されたものであり、特徴的な凹凸が成長面に存在する状態を維持したままIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長してIII族窒化物半導体層を形成することで、III族窒化物半導体層に鋭角な穴や割れが生じることを抑制する。
【００１３】
次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の構成を詳細に説明する。本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法は、特徴的な下地基板上に特徴的な成長条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで、ＩＩ族窒化物半導体層を形成する成長工程を有する。
【００１４】
下地基板は、｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする基板である。下地基板は、III族窒化物半導体層を含む。そして、当該III族窒化物半導体層の露出面が、上記主面となる。下地基板は、１つのIII族窒化物半導体層で構成された単層であってもよいし、複数の層が積層した積層体であってもよい。積層体の例として、サファイア基板とバッファ層とIII族窒化物半導体層とがこの順に積層した積層体が例示されるが、これに限定されない。例えば、サファイア基板を他の異種基板に代えてもよい。また、バッファ層を含まなくてもよい。また、その他の層を含んでもよい。
【００１５】
下地基板の上記主面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長する成長条件は、以下の通りである。
【００１６】
成長方法：ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法
成長温度：９７０℃以上
ＧａＣｌ分圧（Ｇａ上ＨＣｌ流量から計算）：０．１ｋＰａ以上３．４Ｐａ以下
ＮＨ３分圧  ：１．５ｋＰａ以上５１ｋＰａ以下
Ｖ／III比：０．５以上２５以下
圧力：７０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下
【００１７】
当該製造方法により、図１に示すような、下地基板１００と、III族窒化物半導体層１０１とを有するIII族窒化物半導体基板が形成される。
【００１８】
上述のような下地基板上に上述のような成長条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長した場合、III族窒化物半導体層１０１の成長面１０２に特徴的な凹凸が存在する状態を維持して、III族窒化物半導体結晶がエピタキシャル成長する。
【００１９】
ここで、III族窒化物半導体層１０１の成長面１０２に存在する凹凸について説明する。成長面１０２には、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が存在する。
【００２０】
具体的には、成長面１０２には、−ｃ軸投影方向に沿って、互いに異なる第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで構成された凹凸が存在する。第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とは、ｈ及びｌの少なくとも一方が異なる。第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、ｈ及びｌの値に応じて、また、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従い（成長が進むに従い）変化することもあるが、いずれの状態においても１００°以上１８０°未満である。
【００２１】
さらに、成長面１０２には、ｍ軸投影方向に沿って、互いに等価な第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで構成された凹凸が存在する。つまり、第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とは、ｈ及びｌが一致する。第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、ｈ及びｌの値に応じて、また、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従い（成長が進むに従い）変化することもあるが、いずれの状態においても１００°以上１６０°未満である。
【００２２】
成長面１０２に存在する凹凸の態様は、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従い（成長が進むに従い）変化する。具体的には、III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が小さくなり、第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が大きくなる。また、III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが短くなり、第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが長くなる。
【００２３】
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、例えば、｛−１０１０｝、｛−１０１−１｝、｛−１０１−２｝、｛−１０１−３｝、｛−２０２−３｝、｛−２０２−５｝、｛−２０２−７｝、｛−３０３−４｝、｛−３０３−５｝、｛−３０３−７｝、｛−３０３−８｝、｛−３０３−１０｝、｛−３０３−１１｝及び、｛−１０１−４｝の中のいずれかである。
【００２４】
ここで、具体例を用いて、成長面１０２に形成される凹凸を説明する。なお、当該説明で示す面指数はあくまで一例であり、これに限定されない。
【００２５】
III族窒化物半導体層１０１の成長面１０２には、図２に示すような凹凸が存在する。図２は、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が８０〜２３０μｍの時に成長面１０２に存在する凹凸について、表面形状測定から得られたデータを基とした模式図を示す。
【００２６】
図示する例では、第１の面の｛−１０１−２｝面と第２の面の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（０≦ｌ／ｈ＜２）とで構成された凹凸が示されている。具体的には、−ｃ軸投影方向に沿って、｛−１０１−２｝面と｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで構成された凹凸が存在する。また、ｍ軸投影方向に沿って、第３の面、第４の面として｛−１０１−２｝面の等価面同士や｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の等価面同士が交互に並んで構成された凹凸が存在する。
【００２７】
｛−１０１−２｝面の−ｃ軸投影方向の長さは２〜２０μｍであり、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（０≦ｌ／ｈ＜２）の−ｃ軸投影方向の長さは１〜５μｍである。なお、｛−１０１−２｝面の−ｃ軸投影方向の長さの方が、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さよりも長い。
【００２８】
また、ｍ軸投影方向に隣接する２つの｛−１０１−２｝面のｍ軸投影方向の長さは２〜１２μｍと１〜５μｍである。
【００２９】
当該凹凸は、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従いその態様が変化する。しかし、当該凹凸は消失せず存在し続ける。本発明者らは、III族窒化物半導体層１０１の膜厚を２３０μｍ以上１５ｍｍ以下まで厚膜化した場合においても、凹凸が消失せず存在し続けることを確認している。
【００３０】
図３に、−ｃ軸投影方向に沿った凹凸の変化の態様の一例を示す。III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従い｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面のｌ／ｈの値が大きくなり、結果、図示する（１）の矢印に示すように｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の傾斜角度が変化する。
【００３１】
図４に、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が数ｍｍの時に成長面１０２に存在する凹凸の模式図を示す。図では｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面が｛−２０２−３｝面となっている。
【００３２】
図２及び図４に示すように、当該例では、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるほど、｛−１０１−２｝面の面積が小さくなり、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるほど、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝（０≦ｌ／ｈ＜２）面の面積が大きくなる。
【００３３】
また、図２及び図４に示すように、当該例では、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるほど、｛−１０１−２｝面の−ｃ軸投影方向（第１の方向）の長さが短くなり、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるほど、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝（０≦ｌ／ｈ＜２）面の−ｃ軸投影方向の長さが長くなる。
【００３４】
なお、当該説明で示す面指数はあくまで一例であり、III族窒化物半導体層１０１の成長初期段階に構成される、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）の構成、および、面積比や、III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるに従い優勢になる面（面積が大きくなる面）と、劣勢にある面（面積が小さくなる面）とは、下地基板１００のｃ軸投影方向の傾斜角等に応じて変化すると予測される。
【００３５】
また、図２及び図４の模式図では、便宜上、第１、第２、第３、第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面について直線的に規則正しく書かれているが、傾向を示すものであって、これに限定されず、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の各面の面積や各軸方向の長さ、配置構成などが不揃いであってもよい。
【００３６】
次に、本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の作用効果を説明する。
【００３７】
特徴的な下地基板１００上に特徴的な成長条件でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することでIII族窒化物半導体層１０１を形成する本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法の場合、特徴的な凹凸をIII族窒化物半導体層１０１の成長面に形成することができる。そして、当該特徴的な凹凸は、III族窒化物半導体層１０１の膜厚が厚くなるに従い特徴的な変化を見せるが、変化しつつも消失せず、成長面１０２に存在し続ける。III族窒化物半導体層１０１の膜厚を２３０μｍ以上１５ｍｍ以下まで厚膜化した場合においても、凹凸は消失せず存在し続けることができる。
【００３８】
そして、凹凸が成長面に存在する状態を維持してIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長し、III族窒化物半導体層１０１を形成する本実施形態のIII族窒化物半導体基板の製造方法によれば、成長面が平坦な状態でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長し、III族窒化物半導体層を形成する場合に比べて、III族窒化物半導体層１０１に割れが生じる不都合を抑制できる。
【００３９】
この理由は明らかでないが、次のように考えられる。III族窒化物半導体（例：ＧａＮ）のヘテロエピタキシャル成長では、成長前後で格子不整や熱膨張係数差により曲げ応力が発生する。また、ホモエピタキシャル成長においても、初期に３次元的な結晶成長が行われる場合が多いため、同様に応力や歪が発生する。成長面が平坦な状態で成長する結晶の場合、その一部に異常成長や欠陥集中が起こった場合、その部分が応力集中点となり、結晶に破壊が起こる（＝割れる）。一方、成長面に凹凸が存在する状態で成長する結晶の場合、応力集中が起こりにくくなり、結果として割れ難くなると考えられる。
【００４０】
また、ｃ面基板上の成長技術においては、（０００２）面以外の面として、｛１−１０１｝面、｛１−１０２｝面などのファセット面が形成されやすいが、これらファセット面のなす角（および深さ／谷幅の比）は〜５６°（０．９４）、〜９４°（０．４７）と比較的鋭角であるため深い穴を形成するとともに、これらのファセット面の谷部を起点にクラックや割れを発生することがしばしば発生する。これに対し、本実施形態では、凹凸を形成する第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角、および、第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上と比較的鈍角である。例えば、−ｃ軸投影方向の｛−１０１−４｝と｛−１０１０｝で凹凸が形成される場合のなす角（および深さ／谷幅の比）は〜１１２°（０．３４）、｛−１０１−２｝と｛−２０２−３｝で凹凸が形成される場合のなす角（および深さ／谷幅の比）は〜１７２°（０．０３）、一方、ｍ軸投影方向の｛−１０１０｝等価面で凹凸が形成される場合のなす角（および深さ／谷幅の比）は〜１００°（０．４２）、｛−１０１−２｝等価面で凹凸が形成される場合のなす角（および深さ／谷幅の比）は〜１４０°（０．１８）、｛−２０２−３｝等価面で凹凸が形成される場合のなす角は〜１３４°（０．２１）、｛−１０１−４｝等価面で凹凸が形成される場合のなす角は〜１５４°（０．１２）である。本実施形態によれば、ファセット面によるなす角を、−ｃ軸投影方向においては１００°以上１８０°未満に、ｍ軸投影方向においては１００°以上１６０°未満に鈍角化することによって深い穴を形成することを抑制するとともに、割れについては、さらに応力集中が緩和できると考えらえる。
【００４１】
＜第２の実施形態＞
本実施形態では、第１の実施形態で説明したIII族窒化物半導体基板の製造方法を利用して、半極性自立基板を製造する。
【００４２】
図５のフローチャートは、本実施形態の半極性自立基板の製造方法の処理の流れの一例を示す。図示するように、本実施形態の半極性自立基板の製造方法では、準備工程Ｓ１０と、III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０と、切出工程Ｓ３０とがこの順に行われる。
【００４３】
ここで、図６の工程図を用いて、各工程の概略を説明する。
【００４４】
準備工程Ｓ１０では、図６（１）に示すように、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板１を準備する。
【００４５】
III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０では、図６（２）に示すように、半極性種基板１の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層２を形成する。III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０において、第１の実施形態で説明した成長工程を適用する。
【００４６】
切出工程Ｓ３０では、図６（３）に示すように、半極性種基板１からIII族窒化物半導体層２の一部（III族窒化物半導体層の分離部２−２）を分離し、半極性面を主面とする半極性自立基板を得る。なお、III族窒化物半導体層の分離部２−２をスライスして複数の半極性自立基板を得てもよい。
【００４７】
次に、各工程を詳細に説明する。
【００４８】
「準備工程Ｓ１０」
準備工程Ｓ１０では、図６（１）に示すように、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板１を準備する。半極性種基板１の主面は、｛−１−１２−３｝面から１０°以内のオフ角を有する面である。
【００４９】
準備工程Ｓ１０では、図７のフローチャートに示す処理を実行することで、半極性種基板１を製造する。図７に示すように、準備工程Ｓ１０では、固着工程Ｓ１１と、第１の成長工程Ｓ１２と、冷却工程Ｓ１３と、第２の成長工程Ｓ１４と、種基板切出工程Ｓ１５とがこの順に行われる。
【００５０】
固着工程Ｓ１１では、下地基板１０をサセプターに固着させる。例えば、図８（１）に示すような下地基板１０を、図８（２）に示すようにサセプター２０に固着させる。
【００５１】
下地基板１０は、半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層１２を含む。III族窒化物半導体層１２は、例えばＧａＮ層である。
【００５２】
半極性面は、極性面及び無極性面以外の面である。III族窒化物半導体層１２の主面（図中、露出している面）は、−ｃ側の半極性面（Ｎ面側の半極性面：ミラー指数（ｈｋｍｌ）で表され、ｌが０未満の半極性面）である。
【００５３】
下地基板１０は、III族窒化物半導体層１２以外の層を含む積層体であってもよいし、III族窒化物半導体層１２のみの単層であってもよい。積層体の例としては、例えば、図８（１）に示すように、サファイア基板１１と、バッファ層（図中、省略）と、III族窒化物半導体層１２とをこの順に積層した積層体が例示されるが、これに限定されない。例えば、サファイア基板１１を他の異種基板に代えてもよい。また、バッファ層を含まなくてもよい。また、その他の層を含んでもよい。
【００５４】
下地基板１０の製造方法は特段制限されず、あらゆる技術を採用できる。例えば、所定の面方位となったサファイア基板１１上に、バッファ層を介してＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで、III族窒化物半導体層１２を形成してもよい。この場合、サファイア基板１１の主面の面方位や、バッファ層を形成する前のサファイア基板１１に対して行う熱処理時の窒化処理の有無や、バッファ層を形成する際の成長条件や、III族窒化物半導体層１２を形成する際の成長条件や、サファイア基板１１の主面上に金属含有ガス（例：トリメチルアルミニウム、トリエチルアルミニウム）を供給して金属膜及び炭化金属膜を形成する処理や、バッファ層やIII族窒化物半導体層１２を形成する際の成長条件等を調整することで、主面がＮ極性側及びＧａ極性側いずれかの所望の半極性面となったIII族窒化物半導体層１２を形成することができる。詳細は、特許文献２及び３に開示されている。
【００５５】
下地基板１０の製造方法のその他の例として、ｃ面成長して得られたIII族窒化物半導体層を加工し（例：スライス等）、所望の半極性面を主面とするIII族窒化物半導体層（下地基板１０）を得てもよい。また、加工した複数のIII族窒化物半導体層（下地基板１０）を何らかの方法で接合して面積を広くした基板を得てもよい。
【００５６】
III族窒化物半導体層１２の最大径は、例えばΦ５０ｍｍ以上Φ６インチ以下である。III族窒化物半導体層１２の厚さは、例えば５０ｎｍ以上５００μｍ以下である。サファイア基板１１の径は、例えばΦ５０ｍｍ以上Φ６インチ以下である。サファイア基板１１の厚さは、例えば１００μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００５７】
次に、サセプター２０について説明する。サセプター２０は、第１の成長工程Ｓ１２や第２の成長工程Ｓ１４での加熱で反り得る下地基板１０の当該反る力で変形しない特性等を有する。このようなサセプター２０の例として、カーボンサセプター、シリコンカーバイドコートカーボンサセプター、ボロンナイトライドコートカーボンサセプター、石英サセプター等が例示されるがこれらに限定されない。
【００５８】
次に、下地基板１０をサセプター２０に固着させる方法について説明する。本実施形態では、図８（２）に示すように、下地基板１０の裏面（サファイア基板１１の裏面）をサセプター２０の面に固着する。これにより、下地基板１０の変形を抑制する。固着する方法としては、第１の成長工程Ｓ１２や第２の成長工程Ｓ１４での加熱や、当該加熱で反り得る下地基板１０の当該反る力等により剥がれない方法が要求される。例えば、アルミナ系、カーボン系、ジルコニア系、シリカ系、ナイトライド系等の接着剤を用いて固着する方法が例示される。
【００５９】
図７に戻り、第１の成長工程Ｓ１２では、図８（３）に示すように、サセプター２０に下地基板１０を固着させた状態で、III族窒化物半導体層１２の主面上にＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第１の成長層３０を形成する。例えば、以下の成長条件でＧａＮをエピタキシャル成長させ、ＧａＮ層（第１の成長層３０）を形成する。
【００６０】
成長温度：９７０℃〜１１００℃
成長時間：１ｈ〜５０ｈ
Ｖ／III比：１〜２０
成長膜厚：１００μｍ〜１０ｍｍ
【００６１】
第１の成長工程Ｓ１２では、サセプター２０、下地基板１０及び第１の成長層３０を含む積層体の側面に沿って、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、環状となる。そして、上記積層体は、環状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
【００６２】
なお、第１の成長工程Ｓ１２では、上記積層体の側面に加えて、サセプター２０の裏面にも、多結晶のIII族窒化物半導体が形成され得る。多結晶のIII族窒化物半導体は、上記積層体の側面及びサセプター２０の裏面の全部又は大部分に付着する。付着した多結晶のIII族窒化物半導体は互いに繋がり、カップ状の形状となる。そして、上記積層体は、カップ状の多結晶のIII族窒化物半導体の内部でホールドされる。
【００６３】
図７に戻り、冷却工程Ｓ１３では、サセプター２０、下地基板１０及び第１の成長層３０を含む積層体を冷却する。ここでの冷却の目的は、第１の成長層３０とサファイア基板１１との線膨張係数差に起因して発生する歪み（応力）を利用して第１の成長層３０にクラックを発生させることで、応力を緩和することである。第２の成長工程Ｓ１４の前に、応力を緩和していることが望まれる。当該目的を達成できれば、その冷却の方法は特段制限されない。例えば、第１の成長工程Ｓ１２の後、上記積層体をＨＶＰＥ装置の外に一旦取り出し、室温まで冷却してもよい。
【００６４】
図８（３）に示すように、冷却工程Ｓ１３の後の第１の成長層３０には、クラック（裂け目、ひび割れ等）３１が存在する。クラック３１は、図示するように、第１の成長層３０の表面に存在し得る。なお、クラック３１は、第１の成長工程Ｓ１２の間に発生したものであってもよいし、冷却工程Ｓ１３の間に発生したものであってもよい。
【００６５】
図７に戻り、第２の成長工程Ｓ１４では、図８（４）に示すように、サセプター２０に下地基板１０を固着させた状態で、第１の成長層３０の上に、ＨＶＰＥ法でIII族窒化物半導体を成長させる。これにより、単結晶のIII族窒化物半導体で構成された第２の成長層４０を形成する。例えば、以下の成長条件でＧａＮをエピタキシャル成長させ、ＧａＮ層（第２の成長層４０）を形成する。第１の成長層３０を形成するための成長条件と第２の成長層４０を形成するための成長条件は、同じであってもよいし、異なってもよい。
【００６６】
成長温度：９７０℃〜１１００℃
成長時間：１ｈ〜５０ｈ
Ｖ／III比：１〜２０
成長膜厚：１００μｍ〜１０ｍｍ
【００６７】
第２の成長工程Ｓ１４では、第１の成長工程Ｓ１２で形成された環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残した状態で、第１の成長層３０の上に第２の成長層４０を形成する。環状の多結晶のIII族窒化物半導体を残す目的は、クラック３１に起因して複数の部分に分離し得る第１の成長層３０を外周からホールドすることで、当該分離を抑制することである。第１の成長層３０が複数の部分に分離してしまうと、複数の部分ごとの面方位ずれや、ハンドリング性、作業性等が悪くなる。また、一部の部品がなくなったり、粉々になったりすることで、元の形状を再現できなくなる恐れもある。本実施形態によれば面方位ずれや分離を抑制できるので、当該不都合を抑制できる。
【００６８】
なお、第１の成長工程Ｓ１２で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部をそのまま残してもよいが、上記目的を実現できればよく、必ずしも、第１の成長工程Ｓ１２で形成された多結晶のIII族窒化物半導体の全部を残さなくてもよい。すなわち、多結晶のIII族窒化物半導体の一部を除去してもよい。
【００６９】
第２の成長工程Ｓ１４においても、多結晶のIII族窒化物半導体が形成される。多結晶のIII族窒化物半導体は、サセプター２０、下地基板１０、第１の成長層３０及び第２の成長層４０を含む積層体の側面や、サセプター２０の裏面に沿って形成され得る。
【００７０】
また、第２の成長工程Ｓ１４では、クラック３１が存在する第１の成長層３０の表面上に、ＨＶＰＥ法でIII族窒化物半導体を成長させ、第２の成長層４０を形成する。この場合、成長面（第１の成長層３０の表面）は、クラック３１部分において不連続となる。クラック３１を境に互いに分かれた第１の表面領域及び第２の表面領域各々から成長したIII族窒化物半導体は、成長が進むと互いに接合し、一体化する。
【００７１】
当該第２の成長工程Ｓ１４において、第１の実施形態で説明した成長工程を適用してもよい。すなわち、成長条件や下地基板１０の主面の面方位を、第１の実施形態で説明した条件にしてもよい。
【００７２】
図７に戻り、種基板切出工程Ｓ１５では、第２の成長層４０の少なくとも一部を半極性種基板１として切り出す。
【００７３】
例えば、図８（５）に示すように、サセプター２０、下地基板１０、第１の成長層３０及び第２の成長層４０を含む積層体をスライスして第２の成長層４０の少なくとも一部をサセプター２０から分離し、半極性種基板１とする。なお、サセプター２０から分離した第２の成長層４０の少なくとも一部をスライスして、複数の半極性種基板１を得てもよい。また、スライスの他、研削、研磨、燃焼、分解、溶解などの方法を利用して、第２の成長層４０の少なくとも一部をサセプター２０から分離してもよい。
【００７４】
以上により、半極性面を主面とし、III族窒化物半導体からなる半極性種基板１が得られる。
【００７５】
当該準備工程Ｓ１０によれば、応力を緩和した第１の成長層３０の上に半導体をエピタキシャル成長させ、第２の成長層４０を形成することができる（第２の成長工程Ｓ１４）。このため、応力を緩和せずに第１の成長層３０を厚膜化して同等の厚さにした場合に比べて、第２の成長層４０にクラックや割れが生じにくい。
【００７６】
このため、当該準備工程Ｓ１０によれば、半極性面を主面とし、かつ、十分な口径のIII族窒化物半導体を厚膜成長させることが可能となる。結果、第１の成長層３０及び第２の成長層４０を含むバルク結晶が得られる。例えば、第２の成長層４０の膜厚は５００μｍ以上２０ｍｍ以下であり、その最大口径はΦ５０ｍｍ以上Φ６インチ以下である。また、第１の成長層３０の膜厚は、１００μｍ以上１０ｍｍ以下である。第１の成長層３０と第２の成長層４０をあわせると、その膜厚は６００μｍ以上３０ｍｍ以下となる。第２の成長層４０の表面は凹凸になっており、｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）ファセットが存在する。
【００７７】
上述のように十分な口径及び十分な膜厚のバルク結晶を製造できる当該準備工程Ｓ１０によれば、当該バルク結晶から一部（III族窒化物半導体層）を切り出したりすることで、半極性面を主面とし、かつ、十分な口径及び厚さを有する半極性種基板１を効率的に製造することができる。例えば、半極性種基板１の最大径はΦ５０ｍｍ以上Φ６インチ以下であり、半極性種基板１の厚さは１００μｍ以上１０ｍｍ以下である。
【００７８】
なお、応力を緩和する際に第１の成長層３０にはクラック３１が発生する。そして、このような第１の成長層３０の上に成長する第２の成長層４０は、クラック３１を境に互いに分かれた第１の成長層３０の第１の表面領域及び第２の表面領域各々から成長した結晶が互いに接合することで形成される。ここで、第１の表面領域及び第２の表面領域の界面上には、転位が生じ得る。そして、第１の表面領域及び第２の表面領域の面方位がずれていると、上記界面上の転位が増加する。本実施形態では、環状の多結晶のIII族窒化物半導体により、第１の成長層３０を外周からホールドする。このため、上記面方位のずれを抑制できる。結果、上記界面上における転位増加を抑制することができる。
【００７９】
また、下地基板１０をサセプター２０で拘束した状態で第１の成長工程Ｓ１２、冷却工程Ｓ１３を行う当該準備工程Ｓ１０によれば、当該拘束がない状態で同様の処理を行う場合に比べて、第１の成長層３０に発生するクラック３１の数を減らすことができる。
【００８０】
また、下地基板１０及び第１の成長層３０を含む積層体をサセプター２０で拘束した状態で第２の成長工程Ｓ１４を行う当該準備工程Ｓ１０によれば、当該拘束がない状態で同様の処理を行う場合に比べて、第１の成長層３０や第２の成長層４０に発生するクラックの数を減らすこと、分離することを抑制することができる。
【００８１】
また、当該準備工程Ｓ１０によれば、図９（１）及び（２）に示すように、単結晶で構成された第１の部分５１と、多結晶で構成された第２の部分５２とで構成された半極性種基板１を製造することができる。図９（１）及び（２）は、半極性種基板１の平面図であり、主面が示されている。
【００８２】
第２の部分５２は、第１の部分５１の外周に付着している。第２の部分５２は環状となり、その内部に第１の部分５１をホールドする。第２の部分５２は、図９（１）に示すようにランダムに付着した状態そのままであってもよいし、図９（２）に示すように研磨や研削等により整えられてもよい。
【００８３】
このような本実施形態の半極性種基板１によれば、第２の部分５２により径を稼ぐことができる。結果、ハンドリング性や作業性が向上すること、また、半極性種基板１を種基板として利用する際に、単結晶で構成された第１の部分５１の成長面積を大きく確保することができる。例えば、第１の部分５１の最大径はΦ５０ｍｍ以上Φ６インチ以下であり、第１の部分５１及び第２の部分５２を有するIII族窒化物半導体層の最大径はΦ５１ｍｍ以上Φ６．５インチ以下である。
【００８４】
なお、多結晶で構成された第２の部分５２を除去し、単結晶で構成された第１の部分５１のみからなる半極性種基板１を得てもよい。
【００８５】
また、本実施形態の当該準備工程Ｓ１０によれば、図１０及び図１１に示すように、結晶軸の向きが互いに異なる複数の部分を含む半極性種基板１が製造される。図１１は、図１０のＡ−Ａ´の断面図である。図示する領域Ａ及び領域Ｂ各々は、クラック３１を境に互いに分かれた第１の成長層３０の第１の表面領域及び第２の表面領域各々から成長した部分である。
【００８６】
領域Ａ及び領域Ｂの結晶は、第１の成長層３０の第１の表面領域及び第２の表面領域間の結晶軸のずれ（クラック３１に起因するずれ）等に起因して、結晶軸の向きが互いに異なる。図示する領域Ａの結晶軸の向きＹと領域Ｂの結晶軸の向きＺは、同じ結晶軸の向きを示している。当該特徴は、当該準備工程で製造された半極性種基板１に現れる特徴である。なお、上述の通り、本実施形態では、第１の成長層３０を外周からホールドする環状の多結晶のIII族窒化物半導体の存在により、面方位のずれを抑制できる。結果、領域Ａの結晶軸の向きＹと領域Ｂの結晶軸の向きＺとのなす角を２°以下に抑えることができる。
【００８７】
また、第２の成長工程Ｓ１４において、第１の実施形態で説明した成長工程を適用した場合、第２の成長層４０に割れが生じる不都合を抑制できる。
【００８８】
「III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０」
図５に戻り、III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０では、図６（２）に示すように、半極性種基板１の上にIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長して、III族窒化物半導体層２を形成する。III族窒化物半導体層形成工程Ｓ２０において、第１の実施形態で説明した成長工程を適用する。準備工程Ｓ１０で準備した半極性種基板１が、第１の実施形態で説明した下地基板１００となる。結果、III族窒化物半導体層２に割れが生じる不都合を抑制できる。
【００８９】
「切出工程Ｓ３０」
図５に戻り、切出工程Ｓ３０では、III族窒化物半導体層２から、半極性面を主面とする半極性自立基板を切り出す。
【００９０】
例えば、切出工程Ｓ３０では、図６（３）に示すように、半極性種基板１及びIII族窒化物半導体層２からなる積層体をスライスし、半極性種基板１からIII族窒化物半導体層２の一部（III族窒化物半導体層の分離部２−２）を分離することで、半極性面を主面とする半極性自立基板を得ることができる。なお、III族窒化物半導体層の分離部２−２をスライスして複数の半極性自立基板を得てもよい。III族窒化物半導体層の分離部２−２を得るためのスライス位置は、例えば、半極性種基板１とIII族窒化物半導体層２との界面から積層方向に沿ってIII族窒化物半導体層２の方に１００μｍ以上５００μｍ以下移動した位置とすることができる。
【００９１】
半極性自立基板の主面の面方位は半極性種基板１の主面の面方位と同じであってもよい。その他、半極性自立基板の主面の面方位は半極性種基板１の主面の面方位と異なってもよい。いずれも、上記スライスにおけるスライス面の傾きの調整により実現することができる。例えば、半極性種基板１の主面が｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面（例：｛−１−１２−３｝面）から１０°以内のオフ角を有する面である場合、半極性自立基板の主面は｛ｈｋ−（ｈ＋ｋ）ｌ｝面であってもよい。
【００９２】
次に、本実施形態の半極性自立基板の製造方法の作用効果を説明する。本実施形態の半極性自立基板の製造方法では、第１の実施形態と同様な作用効果が実現される。すなわち、III族窒化物半導体層に割れが生じる不都合を抑制できる。また、III族窒化物半導体層に深い穴が生じる不都合を抑制できる。また、本実施形態の半極性自立基板の製造方法によれば、主面が半極性面となった半極性自立基板を製造できるので、自立基板上に形成されるデバイスの内部量子効率の向上等が実現される。
【実施例】
【００９３】
＜深い穴と割れについて＞
複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面で構成された凹凸が成長面に存在する状態を維持してIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで生成したIII族窒化物半導体層は、成長面が平坦な状態でIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで生成したIII族窒化物半導体層よりも割れが生じ難いことを示す。また、深い穴が生じ難いことを示す。
【００９４】
「実施例１」
図１２に、実施例１の下地基板を示す。実施例１の下地基板は、ＧａＮで構成され、一部に割れがあるが（基板の外周付近に位置する図中縦方向に伸びる割れ）、貫通孔がない。主面は｛−１−１２−３｝面を＋ｃ軸投影方向に３°程度、ｍ軸投影方向に８°程度傾けた面であり、径はΦ６０ｍｍであり、厚さは８００μｍであった。
【００９５】
当該下地基板上に、以下の成長条件でＧａＮをエピタキシャル成長して、厚さ５ｍｍ程度のＧａＮ層を形成した。
【００９６】
成長方法：ＨＶＰＥ法
成長温度：１０４０℃
Ｖ／III比：１０
ＧａＣｌ分圧：１．９ｋＰａ
ＮＨ３分圧  ：１９ｋＰａ
不純物：アンドープ
成長時間：２０ｈ
【００９７】
「比較例１」
図１３に、比較例１の下地基板を示す。比較例１の下地基板は、ＧａＮで構成され、クラックは存在せず、表面にくぼみの穴がある。主面はｃ面であり、径はΦ５０ｍｍであり、厚さは４００μｍであった。
【００９８】
当該下地基板上に、ＧａＮをエピタキシャル成長して、厚さ５ｍｍ程度のＧａＮ層を形成した。成長条件は、成長時間を２５ｈとした点を除き、実施例１と同様である。
【００９９】
「実施例１と比較例１との対比」
図１４は、実施例１のＧａＮ層の表面写真を示す。ＧａＮ層の表面にはクラックが存在しなかった。また、半極性種基板１の表面に存在したクラックがＧａＮ層の表面では消滅していた。表面形状測定を行った結果、ＧａＮ層の表面凹凸の深さは６００μｍ以下であった。厚さ５ｍｍのＧａＮ層をスライス加工したところ、表層部以外のスライスした基板にへこみの穴や貫通穴は存在しなかった。
【０１００】
図１５は、実施例１のＧａＮ層の表面を実体顕微鏡で観察した図である。図示するように、実施例１のＧａＮ層の表面には第１の実施形態で説明した特徴的なファセット面｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）から構成される凹凸が存在した。
【０１０１】
図１６は、比較例１のＧａＮ層の表面を示す。下地基板上になかったクラックがＧａＮ層に存在することが確認できる。比較例１のＧａＮ層の表面は、深い穴部以外は平坦であり、第１の実施形態で説明した特徴的なファセット面から構成される凹凸は存在しなかった。また、深さ４ｍｍ前後の深い穴が存在しており、厚さ５ｍｍのＧａＮ層をスライス加工したところ、スライスした複数の基板には、幅がｍｍサイズの複数の貫通穴が生じた。
【０１０２】
＜ファセット面から構成される凹凸維持について＞
III族窒化物半導体結晶の成長条件を最適化しなければ、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面で構成された凹凸を維持した結晶成長が実現できないことを示す。
【０１０３】
「実施例２」
下地基板上に、ＧａＮをエピタキシャル成長して、厚さ２００μｍ程度のＧａＮ層を形成した。成長条件は、成長時間を４５ｍｉｎとした点を除き、実施例１と同様である。
【０１０４】
「比較例２」
下地基板上に、ＧａＮをエピタキシャル成長して、厚さ２５０μｍ程度のＧａＮ層を形成した。成長条件は、成長温度を９６０℃とした点を除き、実施例２と同様である。
【０１０５】
「実施例３」
図７のフローチャートで示される製造方法で、下地基板上に、第１の成長層３０（ＧａＮ）と第２の成長層４０（ＧａＮ）をエピタキシャル成長して、厚さ４ｍｍ程度のＧａＮ層（第１の成長層３０及び第２の成長層を含む）を形成した。第１の成長層３０及び第２の成長層４０の成長条件は、各々の成長時間を８時間とした点を除き、実施例１のＧａＮ層の成長条件と同じである。そして、第２の成長層４０上に厚さ０．８ｍｍ程度のＧａＮ層を形成した。当該ＧａＮ層の成長条件は、成長時間を４ｈとした点を除き、実施例１と同様である。
「比較例３」
実施例３と同一の第２の成長層４０上に、厚さ０．８ｍｍ程度のＧａＮ層を形成した。成長条件は、ＧａＣｌ分圧を３．５ｋＰａ、ＮＨ３分圧を５２ｋＰａ、成長時間を１ｈとした点を除き、実施例１と同様である。
【０１０６】
「実施例１乃至３と、比較例１乃至３との対比」
図１７に、実施例２のＧａＮ層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した像を示す。また、図１８に、比較例２のＧａＮ層の表面を走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察した像を示す。図より、実施例２ではＧａＮ層の表面にファセット面で形成された凹凸が存在するが、比較例２ではＧａＮ層の表面に凹凸が存在しないことが分かる。
【０１０７】
次に、図１９に、実施例３のＧａＮ層の表面について、ｍ軸投影方向に沿って表面粗さ計で表面粗さを測定した結果を示す。また、図２０に、比較例３のＧａＮ層の表面について、ｍ軸投影方向に沿って表面粗さ計で表面粗さを測定した結果を示す。図より、実施例３ではＧａＮ層の表面に主面から規則的な角度で傾いたファセット面から成る凹凸が存在するが、比較例３ではＧａＮ層の表面に、規則的な角度で傾いたファセット面による凹凸がほとんど存在しないことが分かる。
【０１０８】
以上、ｃ面を成長面として結晶成長した比較例１、及び、半極性面を成長面として結晶成長したが成長条件を最適化しなかった比較例２及び３は、特徴的なファセット面から構成される凹凸を維持した結晶成長が実現できなかった。しかし、半極性面を成長面として結晶成長し、かつ、成長条件を最適化した実施例１は、特徴的なファセット面から構成される凹凸を維持した結晶成長が実現できた。
【０１０９】
以下、参考形態の例を付記する。
１．  成長面に複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が存在する状態を維持して、｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板の前記主面上にIII族窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長することで、III族窒化物半導体層を形成する成長工程を有するIII族窒化物半導体基板の製造方法。
２．  １に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１０｝、｛−１０１−１｝、｛−１０１−２｝、｛−１０１−３｝、｛−２０２−３｝、｛−２０２−５｝、｛−２０２−７｝、｛−３０３−４｝、｛−３０３−５｝、｛−３０３−７｝、｛−３０３−８｝、｛−３０３−１０｝、｛−３０３−１１｝及び、｛−１０１−４｝の中のいずれかであるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
３．  １に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１−２｝又は｛−２０２−３｝であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
４．  １から３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体結晶の−ｃ軸方向を前記成長面に投影した−ｃ軸投影方向に沿って、互いに異なる第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
５．  ４に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程で前記III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が小さくなり、前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の面積が大きくなるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
６．  ４又は５に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程で前記III族窒化物半導体層の膜厚が厚くなるほど、前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが短くなり、前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面の−ｃ軸投影方向の長さが長くなるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
７．  ４から６のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１８０°未満であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
８．  １から７のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記III族窒化物半導体結晶のｍ軸方向を前記成長面に投影したｍ軸投影方向に沿って、互いに等価な第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
９．  ８に記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１６０°未満であるIII族窒化物半導体基板の製造方法。
１０．  １から９のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板の製造方法において、
前記成長工程では、Ｖ／ＩＩＩ比を０．５以上２５以下とし、圧力を７０ｋＰａ以上１５０ｋＰａ以下とし、成長温度を９７０℃以上とした成長条件でIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長することで、前記凹凸が前記成長面に存在する状態を維持してIII族窒化物半導体をエピタキシャル成長するIII族窒化物半導体基の製造方法。
１１．  ｛−１−１２−３｝面を１０°以内傾けた面を主面とする下地基板と、
前記下地基板上に位置し、複数の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面（ｈは自然数、ｌは０あるいは自然数で０≦ｌ／ｈ≦４の関係を満たす）で構成された凹凸が主面に存在するIII族窒化物半導体層と、
を有するIII族窒化物半導体基板。
１２．  １１に記載のIII族窒化物半導体基板において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１０｝、｛−１０１−１｝、｛−１０１−２｝、｛−１０１−３｝、｛−２０２−３｝、｛−２０２−５｝、｛−２０２−７｝、｛−３０３−４｝、｛−３０３−５｝、｛−３０３−７｝、｛−３０３−８｝、｛−３０３−１０｝、｛−３０３−１１｝及び、｛−１０１−４｝の中のいずれかであるIII族窒化物半導体基板。
１３．  １１に記載のIII族窒化物半導体基板において、
｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面は、｛−１０１−２｝又は｛−２０２−３｝であるIII族窒化物半導体基板。
１４．  １１から１３のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
III族窒化物半導体結晶の−ｃ軸方向を成長面に投影した−ｃ軸投影方向に沿って、互いに異なる第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されているIII族窒化物半導体基板。
１５．  １４に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第１の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第２の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１８０°未満であるIII族窒化物半導体基板。
１６．  １１から１５のいずれかに記載のIII族窒化物半導体基板において、
III族窒化物半導体結晶のｍ軸方向を成長面に投影したｍ軸投影方向に沿って、互いに等価な第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とが交互に並んで前記凹凸が形成されているIII族窒化物半導体基板。
１７．  １６に記載のIII族窒化物半導体基板において、
前記第３の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面と前記第４の｛−ｈ０ｈ−ｌ｝面とのなす角は、１００°以上１６０°未満であるIII族窒化物半導体基板。
【符号の説明】
【０１１０】
１      半極性種基板
２      III族窒化物半導体層
２−１  III族窒化物半導体層の残存部
２−２  III族窒化物半導体層の分離部
１０    下地基板
１１    サファイア基板
１２    III族窒化物半導体層
２０    サセプター
３０    第１の成長層
３１    クラック
４０    第２の成長層
５１    第１の部分
５２    第２の部分
１００  下地基板
１０１  III族窒化物半導体層
１０２  成長面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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