(57)【要約】【課題】半極性面を主面とし、かつ、光の吸収係数の小さいＩＩＩ族窒化物半導体基板を提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で構成され、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下であり、表裏の関係にある露出した第１及び第２の主面はいずれも半極性面であり、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板（自立基板３０）を提供する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で構成され、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下であり、表裏の関係にある露出した第１及び第２の主面はいずれも半極性面であり、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項２】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が８．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項３】
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が７．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【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において、
厚さが３００μｍ以上１０００μｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項５】
請求項１から４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、
前記第１及び第２の主面各々に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣ（X-ray Rocking Curve）の半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項６】
請求項１から５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、
前記第１及び第２の主面各々に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項７】
請求項１から５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、
前記第１の主面に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【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において、
前記第１の主面に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅が１５０ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【請求項９】
請求項１から８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、
キャリア濃度が５．０×１０１７ｃｍ−３以上４．５×１０１８ｃｍ−３以下である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に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、半極性面を主面とするＩＩＩ族窒化物半導体基板が開示されている。具体的には、特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物半導体で構成された層であって、主面の法線が［１１−２２］軸から＋ｃ軸方向に５度以上１７度以下の範囲で傾斜した層を有する基板が開示されている。
【０００３】
その製造方法としては、主面が所定の面方位となった下地基板（サファイア基板、ＩＩＩ族窒化物半導体基板等）の上に、ＭＯＣＶＤ（metal organic chemical vapor deposition）法、分子線エピタキシー法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy）法等で、Ｇａ極性成分を有する半極性面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで、上述のような層を形成する方法が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、光の吸収係数の小さいＧａＮ単結晶基板が開示されている。当該ＧａＮ単結晶基板の波長５００ｎｍの光の吸収係数は、７ｃｍ−１〜１０ｃｍ−１である。なお、当該ＧａＮ単結晶基板は、＋ｃ面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させることで得られた基板である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１６−１２７１７号公報
【特許文献２】特許第４３３３３７７号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、半極性面を主面とし、かつ、光の吸収係数の小さいＩＩＩ族窒化物半導体基板を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で構成され、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下であり、表裏の関係にある露出した第１及び第２の主面はいずれも半極性面であり、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満である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、半極性面を主面とし、かつ、光の吸収係数の小さいＩＩＩ族窒化物半導体基板が実現される。
【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２】本実施形態のテンプレート基板２０の一例を模式的に示す側面図である。
【図３】本実施形態の自立基板１０の一例を模式的に示す側面図である。
【図４】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法で得られる構造体の一例を模式的に示す側面図である。
【図５】本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法で得られる構造体の一例を模式的に示す側面図である。
【図６】本実施形態の自立基板３０の一例を模式的に示す側面図である。
【図７】本実施形態の自立基板１０及びテンプレート基板２０の特性を示す図である。
【図８】本実施形態の自立基板３０の特性を示す図である。
【図９】比較例１の基板の特性を示す図である。
【図１０】比較例２の基板の製造方法を示す図である。
【図１１】比較例３の基板の製造方法を示す図である。
【図１２】光の吸収係数の結果を示す図である。
【図１３】本実施形態のIII族窒化物半導体基板の特性を示す図である。
【図１４】本実施形態のIII族窒化物半導体基板との相違を示す図である。
【図１５】Φ５０ｍｍの自立基板３０を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板、及び、ＩＩＩ族窒化物半導体基板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。
【００１１】
まず、本実施形態の概要について説明する。特徴的な複数の工程を含む本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体基板の製造方法によれば、ＭＯＣＶＤ法で、サファイア基板上に、Ｎ極性側の半極性面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体を成長させることができる。結果、露出面がＮ極性側の半極性面となったＩＩＩ族窒化物半導体層がサファイア基板上に位置するテンプレート基板や、当該テンプレート基板からサファイア基板を除去して得られるＩＩＩ族窒化物半導体の自立基板が得られる。
【００１２】
そして、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、上記テンプレート基板や自立基板上に、ＨＶＰＥ法で、Ｎ極性側の半極性面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体を厚膜成長させることができる。結果、露出面がＮ極性側の半極性面となったＩＩＩ族窒化物半導体のバルク結晶が得られる。
【００１３】
以下で詳細を示すが、本実施形態のＩＩＩ族窒化物半導体のバルク結晶の最大径は、５０ｍｍ以上４インチ以下と大きい。当該バルク結晶をスライス等することで、半極性面を主面とし、かつ、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下と大きいＩＩＩ族窒化物半導体の自立基板を多数得られる。この自立基板は、「波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満」と、優れた光学特性を有する。
【００１４】
なお、本実施形態では、「半極性面であって、ミラー指数（ｈｋｍｌ）で表され、ｌが０を超える面」を、「Ｇａ極性側の半極性面」と呼ぶ。また、「半極性面であって、ミラー指数（ｈｋｍｌ）で表され、ｌが０未満の面」を、「Ｎ極性側の半極性面」と呼ぶ。
【００１５】
次に、本実施形態を詳細に説明する。図１に、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。図示するように、基板準備工程Ｓ１０と、熱処理工程Ｓ２０と、先流し工程Ｓ３０と、バッファ層形成工程Ｓ４０と、第１の成長工程Ｓ５０と、第２の成長工程Ｓ６０とを有する。図示しないが、第２の成長工程Ｓ６０の後に、切出工程を有してもよい。
【００１６】
基板準備工程Ｓ１０では、サファイア基板を準備する。サファイア基板の直径は、例えば、１インチ以上である。また、サファイア基板の厚さは、例えば、２５０μｍ以上である。
【００１７】
サファイア基板の主面の面方位は、その上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の１つである。当該要素とＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。基板準備工程Ｓ１０では、主面が所望の面方位であるサファイア基板を準備する。
【００１８】
サファイア基板の主面は、例えば｛１０−１０｝面、又は、｛１０−１０｝面を所定の方向に所定角度傾斜した面である。
【００１９】
｛１０−１０｝面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、例えば、｛１０−１０｝面を任意の方向に０°より大０．５°以下の中の何れかの角度で傾斜した面であってもよい。
【００２０】
また、｛１０−１０｝面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、｛１０−１０｝面をａ面と平行になる方向に０°より大１０．５°未満の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。または、｛１０−１０｝面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、｛１０−１０｝面をａ面と平行になる方向に０°より大１０．５°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。例えば、｛１０−１０｝面を所定の方向に所定角度傾斜した面は、｛１０−１０｝面をａ面と平行になる方向に０．５°以上１．５°以下、１．５°以上２．５°以下、４．５°以上５．５°以下、６．５°以上７．５°以下、９．５°以上１０．５°以下の中のいずれかの角度で傾斜した面であってもよい。
【００２１】
熱処理工程Ｓ２０は、基板準備工程Ｓ１０の後に行われる。熱処理工程Ｓ２０では、サファイア基板に対して、以下の条件で熱処理を行う。
【００２２】
温度：８００℃以上１２００℃以下
圧力：３０ｔｏｒｒ以上７６０ｔｏｒｒ以下
熱処理時間：５分以上２０分以下
キャリアガス：Ｈ２、又は、Ｈ２とＮ２（Ｈ２比率０〜１００％）
キャリアガス供給量：３ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下（ただし、成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。）
【００２３】
なお、サファイア基板に対する熱処理は、窒化処理を行いながら行う場合と、窒化処理を行わずに行う場合とがある。窒化処理を行いながら熱処理を行う場合、熱処理時に０．５ｓｌｍ以上２０ｓｌｍ以下のＮＨ３がサファイア基板上に供給される（ただし成長装置のサイズにより供給量は変動する為、これに限定されない。）。また、窒化処理を行わずに熱処理を行う場合、熱処理時にＮＨ３が供給されない。
【００２４】
熱処理時の窒化処理の有無は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の１つとなる場合がある。当該要素とＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。
【００２５】
先流し工程Ｓ３０は、熱処理工程Ｓ２０の後に行われる。先流し工程Ｓ３０では、サファイア基板の主面上に以下の条件で金属含有ガスを供給する。先流し工程Ｓ３０は、例えばＭＯＣＶＤ装置内で行われてもよい。
【００２６】
温度：５００℃以上１０００℃以下
圧力：３０ｔｏｒｒ以上２００ｔｏｒｒ以下
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間：２０ｃｃｍ以上５００ｃｃｍ以下、１秒以上６０秒以下
キャリアガス：Ｈ２、又は、Ｈ２とＮ２（Ｈ２比率０〜１００％）
キャリアガス供給量：３ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下（ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。）
【００２７】
上記条件は、金属含有ガスとして有機金属原料である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する場合のものである。当該工程では、トリメチルアルミニウムトリエチルアルミニウムに代えて他の金属を含有する金属含有ガスを供給し、アルミニウム膜に代えて、チタン膜、バナジウム膜や銅膜等の他の金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。また、有機金属原料から生成するメタン、エチレン、エタン等の炭化水素化合物との反応膜である炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化バナジウムや炭化銅等の他の炭化金属膜をサファイア基板の主面上に形成してもよい。
【００２８】
先流し工程Ｓ３０により、サファイア基板の主面上に金属膜や炭化金属膜が形成される。当該金属膜の存在が、その上に成長させる結晶の極性を反転させるための条件となる。すなわち、先流し工程Ｓ３０の実施は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素の中の１つである。
【００２９】
バッファ層形成工程Ｓ４０は、先流し工程Ｓ３０の後に行われる。バッファ層形成工程Ｓ４０では、サファイア基板の主面上にバッファ層を形成する。バッファ層の厚さは、例えば、２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下である。
【００３０】
バッファ層は、例えば、ＡｌＮ層である。例えば、以下の条件でＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させ、バッファ層を形成してもよい。
【００３１】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
成長温度：８００℃以上９５０℃以下
圧力：３０ｔｏｒｒ以上２００ｔｏｒｒ以下
トリメチルアルミニウム供給量：２０ｃｃｍ以上５００ｃｃｍ以下
ＮＨ３供給量：０．５ｓｌｍ以上１０ｓｌｍ以下
キャリアガス：Ｈ２、又は、Ｈ２とＮ２（Ｈ２比率０〜１００％）
キャリアガス供給量：３ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下（ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。）
【００３２】
バッファ層形成工程Ｓ４０の成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位をコントロールする複数の要素の中の１つとなる場合がある。当該要素とＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係は、以下の実施例で示す。
【００３３】
また、バッファ層形成工程Ｓ４０における成長条件（比較的低めの所定の成長温度、具体的には８００〜９５０℃、および比較的低い圧力）は、Ｎ極性を維持しながらＡｌＮを成長させるための条件となる。すなわち、バッファ層形成工程Ｓ４０における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素の中の１つである。
【００３４】
第１の成長工程Ｓ５０は、バッファ層形成工程Ｓ４０の後に行われる。第１の成長工程Ｓ５０では、バッファ層の上に、以下の成長条件でＩＩＩ族窒化物半導体結晶（例：ＧａＮ結晶）をエピタキシャル成長させ、成長面が所定の面方位（Ｎ極性側の半極性面）となっているＩＩＩ族窒化物半導体層（第１の成長層）を形成する。第１の成長層の厚さは、例えば、１μｍ以上２０μｍ以下である。
【００３５】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
成長温度：８００℃以上１０２５℃以下 
圧力：３０ｔｏｒｒ以上２００ｔｏｒｒ以下
ＴＭＧａ供給量：２５ｓｃｃｍ以上１０００ｓｃｃｍ以下
ＮＨ３供給量：１ｓｌｍ以上２０ｓｌｍ以下
キャリアガス：Ｈ２、又は、Ｈ２とＮ２（Ｈ２比率０〜１００％）
キャリアガス供給量：３ｓｌｍ以上５０ｓｌｍ以下（ただしガスの供給量は成長装置のサイズや構成により変動する為、これに限定されない。）
成長速度：１０μｍ／ｈ以上
【００３６】
第１の成長工程Ｓ５０における成長条件（比較的低い成長温度、比較的低い圧力、比較的速い成長速度）は、Ｎ極性を維持しながらＧａＮを成長させるための条件となる。すなわち、第１の成長工程Ｓ５０における成長条件は、サファイア基板の主面上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素の中の１つである。
【００３７】
以上により、図２に示すような、サファイア基板２１と、バッファ層２２と、ＩＩＩ族窒化物半導体層（第１の成長層２３）とがこの順に積層し、第１の成長層２３の成長面２４の面方位がＮ極性側の半極性面となっているテンプレート基板２０を製造することができる。また、製造条件を上記条件の範囲で調整することで、成長面２４の面方位を所望の半極性面とすることができる。
【００３８】
また、図２に示すような、サファイア基板２１と、バッファ層２２と、ＩＩＩ族窒化物半導体層（第１の成長層）２３とがこの順に積層した積層体を得た後、サファイア基板２１及びバッファ層２２を除去することで、図３に示すような第１の成長層２３からなる自立基板１０を製造することができる。
【００３９】
サファイア基板２１及びバッファ層２２を除去する手段は特段制限されない。例えば、サファイア基板２１と第１の成長層２３との間の線膨張係数差に起因する応力を利用して、これらを分離してもよい。そして、バッファ層２２を研磨やエッチング等で除去してもよい。
【００４０】
その他の除去例として、サファイア基板２１とバッファ層２２との間に剥離層を形成してもよい。例えば、炭化物（炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル）が分散した炭素層、及び、炭化物（炭化アルミニウム、炭化チタン、炭化ジルコニウム、炭化ハフニウム、炭化バナジウムまたは炭化タンタル）の層の積層体をサファイア基板２１上に形成した後に、窒化処理を行った層を剥離層として形成してもよい。
【００４１】
このような剥離層の上にバッファ層２２及び第１の成長層２３を形成した後、当該積層体を、第１の成長層２３を形成する際の加熱温度よりも高い温度で加熱すると、剥離層の部分を境界にして、サファイア基板２１側の部分と、第１の成長層２３側の部分とに分離することができる。第１の成長層２３側の部分から、バッファ層２２等を研磨やエッチング等で除去することで、図３に示すような第１の成長層２３からなる自立基板１０を得ることができる。
【００４２】
第２の成長工程Ｓ６０は、第１の成長工程Ｓ５０の後に行われる。第２の成長工程Ｓ６０では、上述したテンプレート基板２０（図２参照）の第１の成長層２３、又は、自立基板１０（図３参照）の第１の成長層２３の主面（Ｎ極性側の半極性面）上に、以下の成長条件でＩＩＩ族窒化物半導体結晶（例：ＧａＮ結晶）をエピタキシャル成長させ、成長面が所定の面方位（Ｎ極性側の半極性面）となっているＩＩＩ族窒化物半導体層（第２の成長層）を形成する。第２の成長層の厚さは、例えば、１．０ｍｍ以上である。
【００４３】
成長方法：ＨＶＰＥ法
成長温度：９００℃以上１１００℃以下
成長時間：１時間以上
Ｖ／ＩＩＩ比：１以上２０以下
成長膜厚：１．０ｍｍ以上
【００４４】
なお、第２の成長工程Ｓ６０は、連続的に行うのでなく、複数のステップに分けて行ってもよい。例えば、ＨＶＰＥ法で所定膜厚まで成長した後、一旦冷却し、その後再びＨＶＰＥ法で所定膜厚まで成長させてもよい。第１のステップでＩＩＩ族窒化物半導体層を形成後、一旦冷却すると、当該ＩＩＩ族窒化物半導体層にクラックが発生する。これにより、内部応力が緩和される。その後、クラックを有するＩＩＩ族窒化物半導体層の上にＩＩＩ族窒化物半導体をエピタキシャル成長させると、クラックを挟んで分かれた結晶どうしは成長にしたがい互いに会合する。そして、上記冷却により内部応力が緩和されているため、厚膜化してもバルク結晶に割れが生じにくい。
【００４５】
また、第２の成長工程Ｓ６０は、テンプレート基板２０や自立基板１０をカーボンサセプター等のサセプターに固着させた状態のままで行われてもよい。これにより、第２の成長工程Ｓ６０での加熱によるテンプレート基板２０や自立基板１０の変形を抑制できる。なお、固着させる方法としては、アルミナ系の接着剤を用いる方法等が例示されるが、これに限定されない。これらの特徴的な方法により、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下と大きい大口径のバルク結晶が実現される。
【００４６】
以上により、テンプレート基板２０と第２の成長層２５とを有する積層体（図４参照）、又は、自立基板１０と第２の成長層２５とを有する積層体（図５参照）が得られる。
【００４７】
第２の成長工程Ｓ６０の後に行われる切出工程では、第１の成長層２３及び第２の成長層２５を含むバルク結晶から、スライス等でＩＩＩ族窒化物半導体層を切り取ることで、ＩＩＩ族窒化物半導体層からなる自立基板３０（図６参照）を得る。スライス等で切り取られるＩＩＩ族窒化物半導体層は、第２の成長層２５のみからなってもよいし、第１の成長層２３と第２の成長層２５とを含んでもよいし、第１の成長層２３のみからなってもよい。
【００４８】
しかし、スライス等で切り取られるＩＩＩ族窒化物半導体層は、第１の成長層２３と第２の成長層２５とを含むバルク結晶の内の成長厚さ（第１の成長層２３の成長開始時点を０として数えた厚さ）３ｍｍ以上の部分であるのが好ましい。その理由は、結晶内の転位欠陥密度が概ね１×１０７ｃｍ−２かそれ未満となり、デバイス用基板として適切な品質となるからである。
【００４９】
次に、Ｎ極性側の半極性面を成長面とし、上記特徴的な製造方法で得られた自立基板３０の構成及び特徴を説明する。
【００５０】
自立基板３０は、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で構成され、表裏の関係にある露出した第１及び第２の主面はいずれも半極性面である。そして、大口径のバルク結晶からスライス等して得られた自立基板３０は、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下と大口径である。また、自立基板３０は、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満、好ましくは、８．０ｃｍ−１未満、さらに好ましくは７．０ｃｍ−１未満を満たす。このような光学特性を有する半極性面自立基板は、半極性面基板上の高Ｉｎ組成ＩｎＧａＮ発光層のピエゾ電界抑制による発光効率の向上に加え、緑色発光帯域の光吸収抑制の観点からも、例えば緑色レーザーダイオード、緑色発光ダイオード等の用途に使用可能である。
【００５１】
第１の主面の面方位は例えば、｛１１−２４｝面を基準に、所定方向（例：ｃ軸投影方向）に向かって±３０°の範囲で傾けた面等である。そして、第２の主面の面方位は例えば、｛−１−１２−４｝面を基準に、所定方向（例：−ｃ軸投影方向）に向かって±３０°の範囲で傾けた面等である。第１及び第２の主面の面方位がこのような範囲である場合、ピエゾ電界の抑制効果やｍ面｛１−１００｝の劈開による共振面をもつレーザーダイオードの作製が可能となる。
【００５２】
なお、ＩＩＩ族窒化物半導体層（第１の成長層２３）の結晶性を高めたテンプレート基板２０を使用することで、自立基板３０の上記波長の光の吸収係数をより小さくすることができる。これは、ＩＩＩ族窒化物半導体層（第１の成長層２３）の結晶性を高めたテンプレート基板２０を使用することで、自立基板３０の結晶性が高まったことによるものである。そのため、さらに自立基板３０の結晶性を高めるために、テンプレート基板２０上に第２の成長層２５を形成する際に選択成長などを用いたり、第１の成長層２３と第２の成長層２５とを含むバルク結晶の成長厚さをさらに増やして結晶性を高めたりすることができる。
【００５３】
また、Ｎ極性側の半極性面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体を厚膜成長させる本実施形態の製造方法によれば、成長の厚さが増すにしたがって、結晶性評価の指標の１つであるＸＲＣ（X-ray Rocking Curve）の半値幅がほとんど変化しないか、又は、ゆるやかに良好になる傾向を示す。本実施形態の自立基板３０には、当該傾向に起因した特徴が現れる。
【００５４】
具体的には、第１の成長層２３と第２の成長層２５とを含むバルク結晶の内の成長厚さ３ｍｍ以上の部分から得られた自立基板３０は、厚さを３００μｍ以上１０００μｍ以下にしても、第１及び第２の主面各々に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差を５００ａｒｃｓｅｃ以下にできる。
【００５５】
なお、第１及び第２の主面はいずれも、ｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅は５００ａｒｃｓｅｃ以下と良好な数値を示す。
【００５６】
また、第１の成長層２３と第２の成長層２５とを含むバルク結晶の内の成長厚さ３ｍｍ以上の部分から得られた自立基板３０は、厚さを３００μｍ以上１０００μｍ以下にしても、第１及び第２の主面各々に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差を５００ａｒｃｓｅｃ以下にできる。
【００５７】
なお、第１及び第２の主面はいずれも、ｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅は５００ａｒｃｓｅｃ以下と良好な数値を示す。
【００５８】
このように、本実施形態の自立基板３０は、「ｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅」及び「ｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅」の両方において、良好な数値を示す。
【００５９】
「ｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅」は、自立基板３０の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のｃ軸を上記主面に投影した投影軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定したＸＲＣの半値幅である。「ｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅」は、自立基板３０の主面に対してエックス線をIII族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し、エックス線の入射方向と上記主面のなす角度を走査して測定したＸＲＣの半値幅である。
【００６０】
なお、以下の実施例で示すが、Ｇａ極性側の半極性面を成長面としてＩＩＩ族窒化物半導体を厚膜成長させる場合、成長の厚さが増すにしたがって、結晶性評価の指標の１つであるＸＲＣの半値幅が悪くなる。そして、成長厚さ３ｍｍ以上の部分では、著しく結晶性が悪くなり、上記ＸＲＣの半値幅の算出が困難な状態となる。この理由の１つとして、Ｇａ極性側の半極性面を成長面として成長させた場合、意図しない酸素原子の取り込み量が多くなり、結晶の格子定数が変化し、転位欠陥が増加することが考えられる。
【００６１】
なお、すでに実用化されている＋ｃ面基板と半極性基板とでは、実用的なサイズΦ５０ｍｍ以上の基板化の実現の困難さ、および、光の吸収係数低減の困難さが異なる。＋ｃ面基板を作製するための＋ｃ面成長では、大面積、かつ、結晶性の良い基板が実現しており、サイズΦ５０ｍｍ以上の実用化が進んでいる。
【００６２】
一方、実用化を目指したサイズΦ５０ｍｍ以上の半極性基板を作製する方法として、＋ｃ面基板上にウェハーサイズと同等まで厚く成長して、その結晶を半極性面で切出すことが挙げられるが、成長厚さ増加による｛１−１０１｝、｛１−１０２｝ファセット面の出現によるサイズの縮径やクラックの抑制など、多くの点で困難であり、実現されていない。
【００６３】
また、半極性面成長でのアプローチを採る場合も、ある程度の厚さのｃ面結晶から切出した半極性面の小片基板を接合する技術、あるいは、予め特定の半極性面テンプレートを用意して成長する技術が挙げられるが、いずれについてもＨＶＰＥ法による半極性面を主面とした成長では、装置を構成する石英部品などが供給源となって意図しない酸素不純物ドープが非常に多くなり、高キャリア濃度による吸収係数増加が生じる。
【００６４】
一方、＋ｃ面成長では酸素不純物ドープがされにくく、高キャリア濃度による吸収係数増加は課題とならない。また、半極性面ならではの新たな欠陥の導入や接合部での欠陥導入により、結晶性の向上が難しく、クラックの抑制も難しいことなどがある。これらの理由から、実用的なサイズΦ５０ｍｍ以上を実現するアプローチ、および、光の吸収係数低減のアプローチがｃ面成長とは異なり、ｃ面基板の作製技術を使って容易にサイズΦ５０ｍｍ以上の実現と光の吸収係数低減を同時に実現できるわけではなく、実用的なサイズΦ５０ｍｍ以上を実現し、かつ、光の吸収係数低減を実現するために、ｃ面基板の技術を半極性基板に適用することはあり得ない。
【００６５】
＜＜実施例＞＞
＜第１の評価＞
第１の評価では、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすことで、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位をＮ極性側の半極性面にできることを確認する。また、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の少なくとも１つを満たさなかった場合、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位がＧａ極性側の面になることを確認する。
【００６６】
まず、主面の面方位がｍ面（（１０−１０）面）からａ面と平行になる方向に２°傾斜した面であるサファイア基板を用意した。サファイア基板の厚さは４３０μｍであり、直径は２インチであった。
【００６７】
そして、用意したサファイア基板に対して、以下の条件で熱処理工程Ｓ２０を実施した。
【００６８】
温度：１０００〜１０５０℃
圧力：１００ｔｏｒｒ
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
熱処理時間：１０分または１５分
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００６９】
なお、熱処理工程Ｓ２０の際に、２０ｓｌｍのＮＨ３を供給し、窒化処理を行った。
【００７０】
その後、以下の条件で先流し工程Ｓ３０を行った。
【００７１】
温度：８００〜９３０℃
圧力：１００ｔｏｒｒ
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間：９０ｓｃｃｍ、１０秒
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００７２】
その後、以下の条件でバッファ層形成工程Ｓ４０を行い、ＡｌＮ層を形成した。
【００７３】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
成長温度：８００〜９３０℃
圧力：１００ｔｏｒｒ
トリメチルアルミニウム供給量：９０ｓｃｃｍ
ＮＨ３供給量：５ｓｌｍ
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００７４】
その後、以下の条件で第１の成長工程Ｓ５０を行い、ＩＩＩ族窒化物半導体層を形成した。
【００７５】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
圧力：１００ｔｏｒｒ
ＴＭＧａ供給量：５０〜５００ｓｃｃｍ（連続変化）
ＮＨ３供給量：５〜１０ｓｌｍ（連続変化）
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
成長速度：１０μｍ／ｈ以上
【００７６】
なお、第１のサンプルの成長温度は９００℃±２５℃に制御し、第２のサンプルの成長温度は１０５０℃±２５℃に制御した。すなわち、第１のサンプルは、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たすサンプルである。第２のサンプルは、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」の中の一部（第１の成長工程Ｓ５０における成長温度）を満たさないサンプルである。
【００７７】
第１のサンプルのＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位は、（−１−１２−４）面から−ａ面方向５．０°傾斜かつ、ｍ面と平行になる方向に８．５°以下傾斜した面であった。一方、第２のサンプルのＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位は、（１１−２４）面からａ面方向５．０°傾斜かつ、ｍ面と平行になる方向に８．５°以下傾斜した面であった。すなわち、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」を満たすか否かにより、成長面の面方位がＧａ極性となるかＮ極性となるかを調整できることがわかる。
【００７８】
図７に第１のサンプルにおける、（−１−１２−４）面、又は、（１１−２４）面のＸＲＤ極点測定結果を示す。回折ピークは極点の中心点から数度ずれた位置であることが確認できる。角度のずれを詳細に測定すると−ａ面方向５．０°かつ、ｍ面と並行になる方向に８．５°又は、ａ面方向５．０°かつ、ｍ面と並行になる方向に８．５°の位置であることが確認できる。
【００７９】
なお、本発明者らは、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」の中のその他の一部を満たさない場合、また、全部を満たさない場合においても、成長面の面方位がＧａ極性となることを確認している。
【００８０】
図１３に第１のサンプルのＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位がＮ極性側の半極性面であることを確認した結果を示す。また、比較として図１４に＋ｃ面の厚膜成長ＧａＮ自立基板から第１のサンプルと同等の面方位になるようにスライスを行って作製したIII族窒化物半導体自立基板の結果を示す。第１のサンプル及び、＋ｃ面 ＧａＮ自立基板からスライスして作製した半極性自立基板ともに、両面（基板の表と裏）に１．５μｍダイヤ研磨を施し、りん酸硫酸混合液を１５０℃に保ち３０分間のエッチングを行った。
【００８１】
図１３及び図１４より、第１のサンプルの成長面と＋ｃ面ＧａＮ自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の裏面（Ｎ極性面）のエッチング表面状態が同等であることが確認できる。また、第１のサンプルの成長面に対する反対の面（裏面）と＋ｃ面ＧａＮ自立基板からスライスして作製した半極性自立基板の表面（Ｇａ極性面）のエッチング表面状態が同等であることが確認できるので、図１３に示す成長面がＮ極性であることが確認できる。
【００８２】
Ｎ極性側の半極性面のエッチング後の特徴としては、Ｎ極性側の特性によりエッチング量が多いため、ダイヤ研磨の傷が消失しやすくなり、エッチピットも存在する。また、−ｃ面の露出する端部周辺はエッチングによってギザギザになりやすい。一方、Ｇａ極性側の半極性面のエッチング後の特徴は、Ｇａ極性側の特性によってエッチング量が少ないため、ダイヤ研磨の傷が多く残る。また、＋ｃ面の露出する端部周辺はエッチングされずに形状が維持される。このような特性の違いに基づき、Ｎ極性側の半極性面及びＧａ極性側の半極性面を見分けることもできる。
【００８３】
＜第２の評価＞
第２の評価では、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整できることを確認する。
【００８４】
まず、主面の面方位が様々なサファイア基板を複数用意した。サファイア基板の厚さは４３０μｍであり、直径は２インチであった。
【００８５】
そして、用意したサファイア基板各々に対して、以下の条件で熱処理工程Ｓ２０を行った。
【００８６】
温度：１０００〜１０５０℃
圧力：２００ｔｏｒｒ
熱処理時間：１０分
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００８７】
なお、熱処理時の窒化処理の有無を異ならせたサンプルを作成した。具体的には、熱処理時に２０ｓｌｍのＮＨ３を供給し、窒化処理を行うサンプルと、熱処理時にＮＨ３を供給せず、窒化処理を行わないサンプルの両方を作成した。
【００８８】
その後、以下の条件で先流し工程Ｓ３０を行った。
【００８９】
温度：８８０〜９３０℃
圧力：１００ｔｏｒｒ
トリメチルアルミニウム供給量、供給時間：９０ｓｃｃｍ、１０秒
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００９０】
なお、先流し工程Ｓ３０を行うサンプルと、行わないサンプルの両方を作成した。
【００９１】
その後、サファイア基板の主面（露出面）上に、以下の条件で、約１５０ｎｍの厚さのバッファ層（ＡｌＮバッファ層）を形成した。
【００９２】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
圧力：１００ｔｏｒｒ
Ｖ／ＩＩＩ比：５１８４
ＴＭＡｌ供給量：９０ｃｃｍ
ＮＨ３供給量：５ｓｌｍ
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００９３】
なお、成長温度は、サンプルごとに、７００℃以上１１１０℃以下の範囲で異ならせた。
【００９４】
その後、バッファ層の上に、以下の条件で、約１５μｍの厚さのＩＩＩ族窒化物半導体層（ＧａＮ層）を形成した。
【００９５】
成長方法：ＭＯＣＶＤ法
成長温度：９００〜１１００℃
圧力：１００ｔｏｒｒ
Ｖ／ＩＩＩ比：３２１
ＴＭＧａ供給量：５０〜５００ｃｃｍ（ランプアップ）
ＮＨ３供給量：５〜１０ｓｌｍ（ランプアップ）
キャリアガス：Ｈ２、Ｎ２
キャリアガス供給量：１５ｓｌｍ
【００９６】
以上のようにして、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ＩＩＩ族窒化物半導体基板１を製造した。
【００９７】
表１乃至７に、「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」と、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位との関係を示す。
【００９８】
【表１】
2019085290.tif 000003
【００９９】
【表２】
2019085290.tif 000004
【０１００】
【表３】
2019085290.tif 000005
【０１０１】
【表４】
2019085290.tif 000006
【０１０２】
【表５】
2019085290.tif 000007
【０１０３】
【表６】
2019085290.tif 000008
【０１０４】
【表７】
2019085290.tif 000009
【０１０５】
表中の「サファイア主面」の欄には、サファイア基板の主面の面方位が示されている。「昇温時の窒化処理」の欄には、熱処理工程Ｓ２０の際の昇温時の窒化処理の有無（「有り」または「無し」）が示されている。「トリメチルアルミニウム先流し工程の有無」の欄には、トリメチルアルミニウム先流し工程の有無（「有り」または「無し」）が示されている。「ＡｌＮバッファ成長温度」の欄には、バッファ層形成工程における成長温度が示されている。「ＧａＮ成長温度」の欄には、ＧａＮ層形成工程における成長温度が示されている。「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面」の欄には、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位が示されている。
【０１０６】
当該結果によれば、上述した「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面を、「半極性面であって、ミラー指数（ｈｋｍｌ）で表され、ｌが０を超える面」の中で調整できることがわかる。そして、第１の評価の結果と第２の評価の結果とに基づけば、「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を、Ｎ極性側の半極性面とするための複数の要素」のすべてを満たしたうえで、「ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面の面方位を調整するための複数の要素」を調整することで、ＩＩＩ族窒化物半導体層の成長面を、「半極性面であって、ミラー指数（ｈｋｍｌ）で表され、ｌが０未満の面」の中で調整できることがわかる。
【０１０７】
＜第３の評価＞
第３の評価では、ＸＲＣの半値幅で自立基板３０の結晶性を評価する。
【０１０８】
「実施例１」
まず、ＭＯＣＶＤ法で、ａ面方向に２°のオフ角を有するｍ面サファイア基板上に、バッファ層を介して、ＧａＮ層（第１の成長層２３）を形成した。第１の成長層２３の主面（露出面）は、Ｎ極性側の半極性面（｛−１−１２−４｝面（オフ角+α°））であった。また、第１の成長層２３の厚さは約１５μｍであった。
【０１０９】
その後、第１の成長層２３の上に、ＨＶＰＥ法でＧａＮ結晶を成長し、厚さ約１１ｍｍのＧａＮ層（第２の成長層２５）を形成した。その後、第１の成長層２３及び第２の成長層２５からなるバルク結晶の内の成長厚さ３ｍｍ以上の部分を成長方向に垂直にスライスし、複数枚の半極性基板を得た。
【０１１０】
そして、各々に対して、ＧａＮ（１１−２２）面回折ＸＲＣ測定を実施した。Ｘ線をｍ軸に平行に入射したパターンと、ｃ軸の投影軸に平行に入射したパターンの２パターンで測定を行った。
【０１１１】
図８に、ＧａＮ（１１−２２）面回折ＸＲＣ測定の結果を示す。図の横軸は成長膜厚（スライスして得られた半極性基板のバルク結晶からの切り出し位置）を示す。図の縦軸は、ＧａＮ（１１−２２）ＸＲＣ半値幅を表す。
【０１１２】
実施例１では、Ｘ線をｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅、及び、Ｘ線をｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅いずれも、成長膜厚が増加するにつれてほとんど変化しないか、又は、ゆるやかに良好になる傾向がわかる。
【０１１３】
そして、成長膜厚３０００μｍ〜１００００μｍの範囲で、ｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅を、５００ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは３００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは２５０ａｒｃｓｅｃ以下に収められることがわかる。同様に、同範囲で、ｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅を、５００ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは３００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは２００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは１５０ａｒｃｓｅｃ以下に収められることがわかる。
【０１１４】
また、図より、バルク結晶の内の成長厚さ３ｍｍ以上の部分を成長方向に垂直にスライスして得られた厚さ３００μｍ以上１０００μｍ以下の半極性基板は、第１及び第２の主面（表面及び裏面）各々に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは３００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは２５０ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは１５０ａｒｃｓｅｃ以下になることがわかる。
【０１１５】
また、図より、バルク結晶の内の成長厚さ３ｍｍ以上の部分を成長方向に垂直にスライスして得られた厚さ３００μｍ以上１０００μｍ以下の半極性基板は、第１及び第２の主面（表面及び裏面）各々に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下、好ましくは３００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは２００ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは１５０ａｒｃｓｅｃ以下、さらに好ましくは１００ａｒｃｓｅｃ以下になることがわかる。
【０１１６】
「比較例１」
ＭＯＣＶＤ法で、ｊｕｓｔ ｍ面サファイア基板上に、バッファ層を介してＧａＮ層を形成した。ＧａＮ層の主面（露出面）は、Ｇａ極性側の半極性面（（１１−２２）面）であった。また、ＧａＮ層の厚さは約１μｍであった。
【０１１７】
そして、上記ＧａＮ層の上に、ＨＶＰＥ法で、厚さ約１５μｍのＧａＮ層を形成した。この時、Ｘ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＧａＮ（１１−２２）ＸＲＣの半値幅は９５５ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１８】
更に、上記ＧａＮ層の上に、厚さ約１．５ｍｍのＧａＮ層を形成した。その後、ＭＯＣＶＤ法及びＨＶＰＥ法で得られたＧａＮ層からなるバルク結晶を研削研磨加工し、半極性基板を得た。
【０１１９】
ここで、図９に比較例１における、Ｘ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＧａＮ（１１−２２）ＸＲＣの測定結果を示す。図示するように、結晶軸が様々な方向を向き、マルチピークとなっている。すなわち、（１１−２２）面ＧａＮ層の結晶成長では、ＧａＮの層の膜厚が大きくなると、結晶の配向が崩れる傾向があることがわかる。また、このような結晶から切り出した基板について、第１及び第２の主面間のＸＲＣ半値幅の差は定義できないか、その差が実施例１よりも大きくなることがわかる。
【０１２０】
＜第４の評価＞
次に、本実施形態の製造方法により、半極性面を主面とし、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下と大口径の自立基板３０を得られることを確認する。
【０１２１】
まず、径がΦ４インチで、主面の面方位がｍ面のサファイア基板２１の上に、バッファ層２２を介して、ＭＯＣＶＤ法でＧａＮ層（第１の成長層２３）を形成したテンプレート２０を準備した。第１の成長層２３の主面の面方位は（−１−１２−３）、最大径はΦ４インチであった。
【０１２２】
次に、当該テンプレート基板２０をカーボンサセプターに固着した。具体的には、アルミナ系の接着剤を用いて、サファイア基板２１の裏面をカーボンサセプターの主面に貼りあわせた。
【０１２３】
次に、カーボンサセプターにテンプレート基板２０を固着させた状態で、第１の成長層２３の主面上にＨＶＰＥ法でＩＩＩ族窒化物半導体（ＧａＮ）を成長させた。これにより、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されたＧａＮ層（第２の成長層２５の一部）を形成した。成長条件は以下の通りである。
【０１２４】
成長温度：１０４０℃
成長時間：１５時間
Ｖ／ＩＩＩ比：１０
成長膜厚：４．４ｍｍ
【０１２５】
次に、カーボンサセプター、テンプレート基板２０及び第２の成長層２５の一部を含む積層体を、ＨＶＰＥ装置から取り出し、室温まで冷却した。冷却後の積層体を観察すると、表面にクラックが存在した。また、上記積層体の外周沿いに多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体が付着し、これらが互いに繋がって環状になり、その内部に上記積層体をホールドしていた。
【０１２６】
次に、多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体を残した状態で、クラックが存在するＧａＮ層（第２の成長層２５の一部）の主面上にＨＶＰＥ法でＩＩＩ族窒化物半導体（ＧａＮ）を成長させた。これにより、単結晶のＩＩＩ族窒化物半導体で構成されたＧａＮ層（第２の成長層２５の他の一部）を形成した。成長条件は以下の通りである。
【０１２７】
成長温度：１０４０℃
成長時間：１４時間
Ｖ／ＩＩＩ比：１０
成長膜厚：３．０ｍｍ（第２の成長層２５ののべ膜厚は７．４ｍｍ）
【０１２８】
第２の成長層２５の最大径はおよそΦ４インチであった。また、第２の成長層２５と、その外周沿いの多結晶のＩＩＩ族窒化物半導体とを含む面の最大径はおよそ１３０ｍｍであった。また、第２の成長層２５に割れは生じていなかった。
【０１２９】
次に、第２の成長層２５をスライスし、複数の自立基板３０を得た。自立基板３０には割れが生じておらず、最大径はおよそΦ４インチであった。
【０１３０】
＜第５の評価＞
次に、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数を評価する。
【０１３１】
「実施例２」
ＧａＮ層（第１の成長層２３）が下記の結晶性であるテンプレート基板２０を使用し、第４の評価で開示したものと同様の製造方法で、Φ５０ｍｍの自立基板３０を得た（図１５参照）。
・テンプレート基板２０のＮ極性側の半極性面（−１−１２−２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：７４９ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：７５８ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のＧａ極性側の半極性面（１１−２２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：１５９ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：９１ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のキャリア濃度：２．９×１０１８ｃｍ−３
・Φ５０ｍｍの自立基板３０の不純物濃度
０：３．７×１０１８ｃｍ−３
Ｓｉ：４．６×１０１７ｃｍ−３
【０１３２】
「実施例３」
ＧａＮ層（第１の成長層２３）が下記の結晶性であるテンプレート基板２０を使用し、第４の評価で開示したものと同様の製造方法で、Φ５０ｍｍの自立基板３０を得た。
・テンプレート基板２０のＮ極性側の半極性面（−１−１２−２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：１０５４ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：１００２ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のＧａ極性側の半極性面（１１−２２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：２９３ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：１１２ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のキャリア濃度：１．６×１０１８ｃｍ−３
【０１３３】
「実施例４」
ＧａＮ層（第１の成長層２３）が下記の結晶性であるテンプレート基板２０を使用し、第４の評価で開示したものと同様の製造方法で、Φ５０ｍｍの自立基板３０を得た。
・テンプレート基板２０のＮ極性側の半極性面（−１−１２−２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：２３３８ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：２９５２ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のＧａ極性側の半極性面（１１−２２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：３１５４ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：１２０８ａｒｃｓｅｃ
・Φ５０ｍｍの自立基板３０のキャリア濃度：３．３×１０１８ｃｍ−３
【０１３４】
「比較例２」
図１０に示すように、＋ｃ面ＧａＮ自立基板１００の上に、ＨＶＰＥ法でＧａＮをエピタキシャル成長させることで、ＧａＮ層２００を形成した。ＧａＮ層２００の厚さはおよそ１０ｍｍだった。その後、図示するように、＋ｃ面ＧａＮ自立基板１００とＧａＮ層２００とを含む積層体から、半極性面が露出するように基板を切り出し、それを加工することで、□１０ｍｍの半極性基板２０１を得た。
・□１０ｍｍの半極性基板２０１のＧａ極性側の半極性面（１１−２２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：４２ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：４４ａｒｃｓｅｃ
・□１０ｍｍの半極性基板２０１のキャリア濃度：４．７×１０１８ｃｍ−３
【０１３５】
「比較例３」
比較例２の□１０ｍｍの半極性基板２０１をＧａ極性側の半極性面が成長面となるよう３列×３行に並べ、その上に、ＨＶＰＥ法でＧａＮをエピタキシャル成長させることで、ＧａＮ層３００を形成した（図１１参照）。ＧａＮ層３００の厚さは１．２ｍｍだった。その後、図示するように、半極性基板２０１を除去することで、□３０ｍｍの半極性基板３０１を得た。
・□３０ｍｍの半極性基板３０１のＧａ極性側の半極性面（１１−２２）ロッキングカーブ半値幅
ｍ軸に平行に入射：５３ａｒｃｓｅｃ
ｃ軸を成長面に投影した投影軸に平行に入射：４３ａｒｃｓｅｃ
・□３０ｍｍの半極性基板３０１のキャリア濃度：７．７×１０１８ｃｍ−３
【０１３６】
「光の吸収係数の評価」
実施例２乃至４、比較例２及び３各々における光の吸収係数を測定した。光の吸収係数は分光光度計を用いて測定した。結果を図１２に示す。また、各半極性基板のサイズ、ロッキングカーブ半値幅、キャリア濃度と波長５００ｎｍ、５３０ｎｍ、５５０ｎｍ各々の光の吸収係数をまとめたものを表８に示す。
【０１３７】
【表８】
2019085290.tif 000010
【０１３８】
これらの結果より、キャリア濃度を比較的低く抑える効果によって、実施例の方が比較例よりも光の吸収係数が小さいことがわかる。具体的には、本実施例では、キャリア濃度を５．０×１０１７ｃｍ−３以上４．５×１０１８ｃｍ−３以下にでき、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数を９．０ｃｍ−１未満、好ましくは８．０ｃｍ−１未満、さらに好ましくは７．０ｃｍ−１未満、さらに好ましくは６．０ｃｍ−１未満、さらに好ましくは５．０ｃｍ−１未満にできることが分かる。
【０１３９】
また、本実施例では、上述のようなキャリア濃度や光の吸収係数を実現しつつ、好ましいＸＲＣの半値幅を実現できることが分かる。具体的には、実施例２及び３によれば、Ｇａ極性面側の半極性面に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅を３００ａｒｃｓｅｃ以下にできることが分かる。また、実施例２及び３によれば、Ｇａ極性面側の半極性面に対してＸ線をＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅を１５０ａｒｃｓｅｃ以下にできることが分かる。なお、例えば、テンプレート基板２０のＧａＮ層（第１の成長層２３）の結晶性（Ｎ極性側の半極性面（−１−１２−２）ロッキングカーブ半値幅）をコントロールすることで、実施例２及び３と、実施例４とを作り分けることができる。テンプレート基板２０のＧａＮ層（第１の成長層２３）の結晶性のコントロールは、テンプレート基板２０の作製工程の各温度や各原料供給量などの調整により実現できる。
【０１４０】
また、本実施例では、上述のようなキャリア濃度、光の吸収係数及びＸＲＣの半値幅を実現しつつ、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下と大口径を実現できることが分かる。
【０１４１】
以下、参考形態の例を付記する。
１．  ＩＩＩ族窒化物半導体結晶で構成され、最大径が５０ｍｍ以上４インチ以下であり、表裏の関係にある露出した第１及び第２の主面はいずれも半極性面であり、波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が９．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
２．  １に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が８．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
３．  １に記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
波長５００ｎｍ以上５５０ｎｍ以下の光の吸収係数が７．０ｃｍ−１未満であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
４．  １から３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
厚さが３００μｍ以上１０００μｍ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
５．  １から４のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記第１及び第２の主面各々に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣ（X-ray Rocking Curve）の半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
６．  １から５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記第１及び第２の主面各々に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅の差が５００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
７．  １から５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記第１の主面に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｍ軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅が３００ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
８．  １から７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
前記第１の主面に対してエックス線を前記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶のｃ軸の投影軸に平行に入射し測定したＸＲＣの半値幅が１５０ａｒｃｓｅｃ以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
９．  １から８のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物半導体基板において、
キャリア濃度が５．０×１０１７ｃｍ−３以上４．５×１０１８ｃｍ−３以下であるＩＩＩ族窒化物半導体基板。
【符号の説明】
【０１４２】
１０    自立基板
２０    テンプレート基板
２１    サファイア基板
２２    バッファ層
２３    第１の成長層
２４    成長面
２５    第２の成長層
３０    自立基板
【図１】
2019085290.tif 000011
【図２】
2019085290.tif 000012
【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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