JP2005298291A - 半導体バルク結晶の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種基板から成る下地基板を用いて転位密度が低くかつ反りの小さい半導体バルク結晶を得る製造工程において、その生産性を従来よりも向上させること。
【解決手段】結晶成長温度９００℃にし、下記の結晶成長条件でＧａＮ層Ａ，Ｂをハイドライド気相成長させ（第１及び第２の結晶成長工程）、その後不要部を除去した。
（Ａ−１）ＧａＮ層Ａの結晶成長速度：１００μｍ／ｈ
（Ａ−２）ＧａＮ層Ａの結晶成長時間：１時間
（Ｂ−１）ＧａＮ層Ｂの結晶成長速度：１３０μｍ／ｈ
（Ｂ−２）ＧａＮ層Ｂの結晶成長時間：３時間５分
これらの結晶成長条件に従えば、転位密度が低くかつ反りの小さい半導体バルク結晶（即ち、自立したＧａＮ層Ｂ）を、従来よりも短い時間で得ることができる。
【選択図】図１−Ｂ

Description

本発明は、異種基板から成る下地基板の結晶成長面上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させ、この結晶成長させた半導体層からその下地基板を分離することにより、自立した半導体バルク結晶を得る方法に関する。
この方法は、例えば半導体発光素子等の半導体デバイスに用いる半導体基板の製造方法として大いに有用なものである。

下地基板の結晶成長面上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させ、この結晶成長させた半導体層からその下地基板を分離することにより、自立した半導体バルク結晶を得る方法としては、例えば下記の特許文献１に開示されている製造方法等が一般にも広く知られている。この従来技術は、特に、自立した半導体バルク結晶に生じる反りを小さくしようとするものである。この特許文献１にも記載されているように、一般に、半導体デバイスに用いられる半導体バルク結晶から成る基板の反りは小さい程望ましく、その曲率半径は、１ｍ以上であることが望ましく、更には、１０ｍ以上であることが期待されつつある。
特開２００３−２７７１９５（図３）

しかしながら、上記の従来技術においては、比較的反りの小さな自立した半導体バルク結晶を得ることは可能であるものの、所望の半導体層（例：特許文献１の図３に示される１層のＧａＮ層（３３）等）を例えば５０μｍ／ｈ程度のかなり低くかつ略一定の結晶成長速度で成長させているので、必然的に結晶成長時間が長くなってしまい、よって、高い生産性を得ることは難しい。

本発明は、上記の課題を解決するために成されたものであり、その目的は、異種基板から成る下地基板を用いて転位密度が低くかつ反りの小さい半導体バルク結晶を得る製造工程において、その生産性を従来よりも向上させることである。

上記の課題を解決するためには、以下の手段が有効である。
即ち、本発明の第１の手段は、異種基板から成る下地基板の結晶成長面上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させ、この結晶成長させた半導体層から下地基板を除去することにより自立した半導体バルク結晶を得る製造工程において、第２の半導体層Ｂよりも先に結晶成長させる第１の第１の半導体層Ａの結晶成長中における結晶成長面の転位密度ρ_A が所定の基準値ρ₀ に至るまで転位密度ρ_A を略単調に減少させつつ第１の第１の半導体層Ａを結晶成長させる第１の結晶成長工程と、その転位密度ρ_A が所定の基準値ρ₀ に至った第１の第１の半導体層Ａが供する結晶成長面上に、第２の半導体層Ｂの結晶成長中における結晶成長面の転位密度ρ_B を略維持しつつ第２の半導体層Ｂを結晶成長させる第２の結晶成長工程と、結晶成長させた半導体層から上記の下地基板を全て除去し更にこの除去処理によって露出した露出面側から少なくとも第１の第１の半導体層Ａの一部分を除去する下地除去工程とを設け、第２の結晶成長工程における第２の半導体層Ｂの厚さ方向の結晶成長速度Ｖ₂ を、第１の結晶成長工程における第１の第１の半導体層Ａの厚さ方向の結晶成長速度Ｖ₁ よりも大きくすることである。

ただし、上記の異種基板としては、周知の任意の結晶成長基板を用いて良い。
また、上記の転位密度ρ_B を略維持するとは、第２の半導体層Ｂの結晶成長中において、常時０．９ρ₀ ≦ρ_B ≦１．０５ρ₀ 成る状態を維持することを言うものとする。
また、上記の下地除去工程においては、上記の露出面側からは第１の第１の半導体層Ａの略全体を取り除くこと（即ち、後述の本発明の第１１の手段）が最も望ましいが、通常は、第１の半導体層Ａの厚さ方向における３／４以上が除去できていれば、十分な効果が得られる場合も少なくない。

また、その時、第２の半導体層Ｂの一部を除去してしまっても、残りの第２の半導体層Ｂの厚さが所望の厚さに至っていれば、特段の支障を来すことはない。反り及び転位密度の最小化と結晶成長時間の最小化の双方を合理的に図る上では、第１の第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ｂの境界面またはこの境界面の極近傍の位置まで、上記の除去処理を実施すること（即ち、後述の本発明の第１１の手段）が更に望ましい。

また、本発明の第２の手段は、上記の第１の手段において、結晶成長速度Ｖ₁ に対する結晶成長速度Ｖ₂ の比γ≡Ｖ₂ ／Ｖ₁ に対して、１＜γ＜３を課すことである。
ただし、このγの値は、より望ましくは、１＜γ＜２とするのが良い。

また、本発明の第３の手段は、上記の第１又は第２の手段において、上記の III族窒化物系化合物半導体をＡｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）から形成することである。ただし、結晶成長させるこれらの半導体結晶層にはｎ型またはｐ型の不純物を添加しても良い。

また、本発明の第４の手段は、上記の第３の手段において、基準値ρ₀ を３×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕未満にすることである。
ただし、上記の基準値ρ₀ は、２×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕未満にすることがより望ましく、また更には、１×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕未満にすることがなお望ましい。

また、本発明の第５の手段は、上記の第３または第４の手段における第１の結晶成長工程において、ハイドライド気相成長法により、第１の第１の半導体層Ａを８００℃以上、１１００℃以下の結晶成長温度で結晶成長させることである。

また、本発明の第６の手段は、上記の第５の手段において、上記の結晶成長速度Ｖ₁ を２０μｍ／ｈ以上、１３０μｍ／ｈ以下にすることである。この範囲はより望ましくは、５０μｍ／ｈ以上、１２０μｍ／ｈ以下である。

また、本発明の第７の手段は、上記の第３乃至第６の何れか１つの手段の第２の結晶成長工程において、ハイドライド気相成長法により、第２の半導体層Ｂを８００℃以上、１１００℃以下の結晶成長温度で結晶成長させることである。

また、本発明の第８の手段は、上記の第７の手段において、上記の結晶成長速度Ｖ₂ を１００μｍ／ｈ以上、３００μｍ／ｈ以下にすることである。この範囲はより望ましくは、１２０μｍ／ｈ以上、２００μｍ／ｈ以下である。

また、本発明の第９の手段は、上記の第３乃至第８の何れか１つの手段において、上記の第１の結晶成長工程では、ハイドライド気相成長法により、８５０℃以上、９５０℃以下の結晶成長温度で、結晶成長速度Ｖ₁ を９０μｍ／ｈ以上、１１０μｍ／ｈ以下として第１の第１の半導体層Ａを結晶成長させ、かつ、上記の第２の結晶成長工程においては、ハイドライド気相成長法により、８５０℃以上、９５０℃以下の結晶成長温度で、結晶成長速度Ｖ₂ を１２０μｍ／ｈ以上、１４０μｍ／ｈ以下として第２の半導体層Ｂを結晶成長させることである。

また、本発明の第１０の手段は、上記の第１乃至第９の何れか１つの手段において、第１の結晶成長工程における第１の第１の半導体層Ａの結晶成長開始時点での転位密度ρ_A ′に対する基準値ρ₀ の比Ｒ≡ρ₀ ／ρ_A ′を１／３未満にすることである。

また、本発明の第１１の手段は、上記の第１乃至第１０の何れか１つの手段の下地除去工程において、上記の露出面側から少なくとも第１の半導体層Ａの略全体を除去することである。

また、本発明の第１２の手段は、上記の第１乃至第１１の何れか１つの手段において、第２の結晶成長工程における第２の半導体層Ｂの温度と、下地除去工程における第２の半導体層Ｂの温度との差を２００℃以内にすることである。
以上の本発明の手段により、前記の課題を効果的、或いは合理的に解決することができる。

以上の本発明の手段によって得られる効果は以下の通りである。
即ち、本発明の第１の手段によれば、異種基板から成る下地基板を用いて転位密度が低くかつ反りの小さい半導体バルク結晶を得る製造工程において、その生産性を従来よりも向上させることができる。

結晶成長に伴って半導体結晶の転位密度を低減させるのに効果的な結晶成長条件が存在することは周知の通りであるが、一旦、その半導体結晶の転位密度が所定の基準値ρ₀ に至った後に、その基準値ρ₀ を更に低減させる必要がなく、単にその基準値ρ₀ を維持するだけで良いのであれば、必ずしも上記の「効果的な結晶成長条件」を継続して維持する必要がない場合があることを我々は発見した。
即ち、一旦獲得された所定の転位密度ρ₀ を単に維持するだけで良いのであれば、その後は結晶成長速度を幾らか上昇させても、その結晶品質（転位密度など）を維持したままその半導体結晶を適当な所望の厚さにまで成長させることができることを我々は見い出した。

この自然現象を利用したものが本発明である。即ち、本発明の第１の手段における結晶成長速度Ｖ₁ は、上記の「結晶成長に伴って半導体結晶の転位密度を低減させるのに効果的な結晶成長条件」の一つに相当し、本発明の第１の手段における結晶成長速度Ｖ₂ （＞Ｖ₁ ）は、上記の幾らか上昇させた結晶成長速度に相当する。

したがって、この様な条件設定に従えば、上記の第１の結晶成長工程では、効果的に転位密度を低下させることができ、更に上記の第２の結晶成長工程では、その（第１の第１の第１の半導体層Ａの）良質な転位密度（基準値ρ₀ ）を引き継いだまま維持しつつ、従来よりも高速にその後の第２の半導体層Ｂを適当な所望の厚さにまで成長させることができる。
このため、本発明の第１の手段によれば、異種基板から成る下地基板を用いて転位密度が低くかつ反りの小さい半導体バルク結晶を得る製造工程において、その生産性を従来よりも大きく向上させることができる。

なお、反り及び転位密度の最小化と結晶成長時間の最小化の双方を合理的に図る上では、第１の第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ｂの境界面またはこの境界面の極近傍の位置まで、上記の除去処理を実施すること（即ち、後述の本発明の第１１の手段）が更に望ましい。

また、上記の結晶成長速度Ｖ₁ ，Ｖ₂ の比γ≡Ｖ₂ ／Ｖ₁ は、通常、概ね１＜γ＜３の範囲に設定することにより、所望の高品質の半導体バルク結晶の結晶成長速度を効果的に短縮することができる。逆に、この比が大き過ぎる場合には、次の何れかの点で不利である。
（１）Ｖ₁ が小さ過ぎる場合
第１の第１の半導体層Ａの結晶成長時間が必要以上に長くなってしまい、第１の結晶成長工程の生産性が低くなってしまう点で不利となる。
（２）Ｖ₂ が大き過ぎる場合
第２の半導体層Ｂの転位密度が所望の値（基準値ρ₀ ）に維持できなくなり、転位密度や反りが大きくなる点で不利となる。

したがって、本発明の第２の手段によれば、半導体バルク結晶の生産性と品質の両立を合理的に図ることができる。経験的には、１＜γ＜２の範囲がより望ましい場合が少なくない。即ち、この設定により、より確実に半導体バルク結晶の生産性と品質の両立を合理的に図ることができる。

また、本発明の第３の手段は、特に、半導体発光素子などの半導体デバイスの結晶成長基板の製造に好都合である。即ち、本発明の第３の手段によれば、その結晶成長基板の上に、例えばｎ型層、発光層、ｐ型層などの所望の素子機能を奏する高品質の半導体結晶層を結晶成長によって積層することが容易となることが多い。

また、本発明の第３の手段によれば、従来よりも短い時間で転位密度の低い高品質の半導体バルク結晶が得られるが、特に、その転位密度を３×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕未満としたい場合（本発明の第４の手段）に、その時間短縮効果が顕著に現れる。これは、この時間短縮効果が、上記の基準値ρ₀ が小さい場合ほど大きくなるためである。

また、本発明の第２の結晶成長工程に関する時間短縮効果は、相対的な転位密度の低減効果が大きい場合にも大きいと言える。即ち、本発明の第２の結晶成長工程に関する時間短縮効果は、上記の本発明の第１０の手段の比Ｒ≡ρ₀ ／ρ_A ′が小さい場合ほど大きくなる。

なお、上記の本発明の第５乃至第９の手段に基づく本発明の作用・効果は、以下の実施例によって例示的に説明する。これらの実施条件によれば、本発明は非常に顕著な効果を供する。

また、本発明の第１２の手段によれば、工程間の温度変動に伴って、目的の半導体バルク結晶即ち第２の半導体層Ｂの転位密度が下地除去工程の実行中又は実行前に増大したり、第２の半導体層Ｂに反りが生じたり、或いは第２の半導体層Ｂの反りが増大したりすることがない。
第１の半導体層Ａと第２の半導体層Ｂとでは、転位密度や熱膨張係数が異なるので、工程間の温度変動に伴って、目的の半導体バルク結晶に大きな反りが生じることがある。この反りは、修復不能又は修復困難なことが多い。しかし、本発明の第１２の手段によって、工程間の温度変動を予め小さく抑制しておけば、その様な問題を未然に回避することができる。

上記の異種基板としては、周知の任意の基板を用いて良い。即ち、上記の異種基板としては、例えばシリコン（Ｓｉ）、炭化シリコン（ＳｉＣ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、サファイアなどの周知の結晶成長基板を用いることができる。特に、シリコン（Ｓｉ）は、コストの面で優れており、下地除去工程で簡単なエッチングなどによって除去し易い点でも有利である。

また、上記の「 III族窒化物系化合物半導体」一般には、２元、３元、或いは４元の「Ａｌ_1-x-y Ｇａ_y Ｉｎ_x Ｎ；０≦ｘ≦１，０≦ｙ≦１，０≦１−ｘ−ｙ≦１」成る一般式で表される任意の混晶比の半導体が含まれ、更に、ｐ型或いはｎ型の不純物が添加された半導体もまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇である。
また、上記の III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）やタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）等で置換したりした半導体等をもまた、これらの「 III族窒化物系化合物半導体」の範疇とする。

また、上記のｐ型の不純物としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）や、或いはカルシウム（Ｃａ）等を添加することができる。
また、上記のｎ型の不純物としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）などを添加することができる。
また、これらの不純物は、同時に２元素以上を添加しても良いし、同時に両型（ｐ型とｎ型）を添加しても良い。

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。

図１−Ａは、ＭＯＶＰＥ法で製造されたテンプレート１０の断面図である。シリコン基板に直接形成しやすいのはＡｌＧａＮ層であるが、ＡｌＧａＮ層の表面は平坦になりにくく、また、ＭＯＶＰＥ装置からＨＶＰＥ装置へテンプレートを移動する際に、その表面が酸化されやすい。そこでシリコン基板にAlGaN層を形成したのちGaN層を形成する。これにより、テンプレート１０が供する結晶成長面が平坦となり、また更にその表面の酸化等の悪影響を回避することもできる。
このテンプレート１０のシリコン基板Ｏは（１１１）面を主面とする。
以下、このテンプレート１０の製造工程に付いて説明する。

（ＭＯＶＰＥ法による工程）
まず、最初にシリコン基板Ｏを用意し、これを有機洗浄及び酸処理にて洗浄し、ＭＯＶＰＥ装置のサセプタに装着して、上面の主面に常圧でＨ₂ を流しながら約１１００℃でベーキングする。
次に、このシリコン基板Ｏの上面（（１１１）面）にＭＯＶＰＥ法により膜厚０．２５μｍのAl_0.2Ga_0.8Ｎから成る第１下地層１と、膜厚０．５μｍのＧａＮから成る第２下地層２を順次積層する。このとき原料はトリメチルアルミニウム（Al(CH₃)₃）、トリメチルガリウム（Ga(CH₃)₃）、アンモニア（NH₃）を用いる。これにより、シリコン基板Ｏと保護膜Ｐと下地層（１，２）から成るテンプレート１０を得る（図１−Ａ）。

（ＨＶＰＥ法による工程）
その後、このテンプレート１０をＭＯＶＰＥ装置の反応室から取り出し、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）装置のサセプタに、第２下地層２を上にして設置する。次に、ＨＶＰＥ装置の反応室の温度を９００℃まで昇温する。このＨＶＰＥ装置には、シリコン基板Ｏの裏面が窒化されるのを防止するために、シリコン基板Ｏの裏面に窒化防止用の気体（不活性ガスなど）を常時継続的に吹き付ける機構が備えられており、この機構を各結晶成長工程に渡って稼働させる。この窒化防止処置は、後のシリコン基板Ｏの除去処理を容易にするためのものである。

そして、金属ガリウムと塩化水素により発生させるＧａＣｌとアンモニアにより、ＧａＮから成る第２下地層２の上面からＧａＮ層Ａ（第１の第１の半導体層Ａ）をハイドライド気相成長させる（第１の結晶成長工程）。これにより、厚さ約１００μｍのＧａＮ層Ａを積層する。
なお、より一般には、第１の半導体層Ａの厚さは、反り量を抑制しつつ、転位密度の低減を図るために、５０μｍ〜２００μｍ程度が望ましい。

この時の結晶成長条件は、以下の通りにする。
（１）結晶成長温度：９００℃
（２）結晶成長速度：１００μｍ／ｈ
ただし、この時、 II族元素のガス供給量〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕に対するＶ族元素のガス供給量の比（Ｖ／III 比）を３０とする。
（３）結晶成長時間：１時間

引き続き、ＨＶＰＥ装置の反応室の温度を９００℃に維持したまま、結晶成長速度を幾らか上昇させて、上記と略同様の要領でＧａＮ層Ｂ（第２の半導体層Ｂ）をハイドライド気相成長させる（第２の結晶成長工程）。
ただし、この時の結晶成長条件は、以下の通りにする。
（１）結晶成長速度：１３０μｍ／ｈ
ただし、この時、 II族元素のガス供給量〔μｍｏｌ／ｍｉｎ〕に対するＶ族元素のガス供給量の比（Ｖ／III 比）を２０とする。
（２）結晶成長時間：３時間５分
これにより、上記のＧａＮ層Ａの上に厚さ約４００μｍのＧａＮ層Ｂを積層する（図１−Ｂ）。

次に、ＨＶＰＥ装置の反応室の温度を１０００℃にして、この反応室内にて、シリコン基板Ｏと第１下地層１と第２下地層２と第１の半導体層ＡをＨＣｌガスでガスエッチして除去する（下地除去工程）。これにより、図１−ＣのＧａＮ層（第２の半導体層Ｂ）から成る厚さ約４００μｍの半導体バルク結晶を得る。

以上の様にして製造された膜厚約４００μｍのＧａＮバルク結晶（第２の半導体層Ｂ）については、次の特性が得られた。
（１）転位密度：２×１０⁶ 〔ｃｍ^-2〕
（２）曲率半径：２０〔ｍ〕
また、本実施例１では、第２の半導体層Ｂの結晶成長に約３時間の時間しか費やさなかった。即ち、本実施例１においては、従来と比較して、略同等の品質のＧａＮバルク結晶（第２の半導体層Ｂ）を得る際に、その結晶成長工程において大幅な時間短縮効果を得ている。

なお、上記の第１の結晶成長工程の完了をもって、製造工程の実行を打ち切ったサンプルを用いて、上記の膜厚約１００μｍの第１の半導体層Ａの上面の転位密度を測定した所、約５×１０⁶ 〔ｃｍ^-2〕であった。
また、上記の第１の結晶成長工程の途中で製造工程の実行を打ち切ったサンプルを用いて、膜厚約５０μｍの第１の半導体層Ａの上面の転位密度を測定した所、約１．４×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕であった。
また、上記のＨＶＰＥ法による工程を実行する前に、上記のテンプレート１０の第２下地層２の上面の転位密度を測定した所、約１×１０¹⁰〔ｃｍ^-2〕程度であった。

これらの結果から、本実施例１の第１の結晶成長工程の結晶成長条件は、成長する半導体結晶（第１の第１の半導体層Ａ）の転位密度をその成長と共に良好に低減させるのに効果的に作用しており、更に、本実施例１の第２の結晶成長工程の結晶成長条件は、成長する半導体結晶（第２の半導体層Ｂ）の転位密度を略維持しつつ、効率よく高速に成長させるのに効果的に作用していると言うことができる。

〔その他の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。

例えば、ＡｌＧａＮなどをも含む、より一般の半導体バルク結晶を製造する場合などには、上記の実施例１の各種の結晶成長条件範囲を大幅に拡げても本発明の作用・効果を有効かつ効果的に得ることができる場合がある。
即ち、例えば、上記の実施例１では、第１の第１の半導体層Ａ，Ｂの結晶成長温度を９００℃としたが、第１の半導体層Ａ，Ｂの結晶成長温度は、より一般には、８００℃以上１１００℃以下の範囲で有効である。

また、上記の実施例１では、第１の半導体層Ａの結晶成長速度を１００μｍ／ｈとしたが、第１の半導体層Ａの結晶成長速度は、より一般には、２０μｍ／ｈ以上、１３０μｍ／ｈ以下の範囲で有効である。
また、上記の実施例１では、第２の半導体層Ｂの結晶成長速度を１３０μｍ／ｈとしたが、第１の第１の半導体層Ａの結晶成長速度は、より一般には、１００μｍ／ｈ以上、３００μｍ／ｈ以下の範囲で有効である。
また、上記の第１の結晶成長工程におけるＶ／III 比の有効な適正範囲は、一般に、約２０〜５０程度である。
また、上記の第２の結晶成長工程におけるＶ／III 比の有効な適正範囲は、一般に、約１０〜４０程度である。

本発明は、例えば半導体レーザ、ＬＥＤ、半導体受光素子、半導体圧力センサなどの任意の半導体デバイスの結晶成長基板を製造する際に、大いに有用なものである。また、本発明に基づいて製造された、例えば窒化ガリウム基板などの半導体結晶は、発光素子、受光素子、圧力センサなどの任意の半導体デバイスの基板として大いに有用となり得る。

実施例１のＧａＮバルク結晶（第２の半導体層Ｂ）を得る手順を示す状態遷移図（前段） 実施例１のＧａＮバルク結晶（第２の半導体層Ｂ）を得る手順を示す状態遷移図（中段） 実施例１のＧａＮバルク結晶（第２の半導体層Ｂ）を得る手順を示す状態遷移図（後段）

符号の説明

１０ ： テンプレート
Ｏ ： シリコン基板
１ ： ＡｌＧａＮ層（第１下地層）
２ ： ＧａＮ層（第２下地層）
Ａ ： ＧａＮ層（第１の結晶成長工程で結晶成長させる第１の半導体層Ａ）
Ｂ ： ＧａＮ層（第２の結晶成長工程で結晶成長させる第２の半導体層Ｂ）

Claims (12)

1. 異種基板から成る下地基板の結晶成長面上に III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させ、この結晶成長させた半導体層から前記下地基板を除去することにより、自立した半導体バルク結晶を得る方法であって、
   第２の半導体層Ｂよりも先に結晶成長させる第１の半導体層Ａの結晶成長中における結晶成長面の転位密度ρ_A が所定の基準値ρ₀ に至るまで、前記転位密度ρ_A を略単調に減少させつつ前記第１の半導体層Ａを結晶成長させる第１の結晶成長工程と、
   前記転位密度ρ_A が所定の基準値ρ₀ に至った前記第１の半導体層Ａが供する結晶成長面上に、前記第２の半導体層Ｂの結晶成長中における結晶成長面の転位密度ρ_B を略維持しつつ前記第２の半導体層Ｂを結晶成長させる第２の結晶成長工程と、
   結晶成長させた前記半導体層から前記下地基板を全て除去し、更にこの除去処理によって露出した露出面側から少なくとも前記第１の半導体層Ａの一部分を除去する下地除去工程と
   を有し、
   前記第２の結晶成長工程における前記第２の半導体層Ｂの厚さ方向の結晶成長速度Ｖ₂ は、
   前記第１の結晶成長工程における前記第１の半導体層Ａの厚さ方向の結晶成長速度Ｖ₁ よりも大きい
   ことを特徴とする半導体バルク結晶の製造方法。
2. 前記結晶成長速度Ｖ₁ に対する前記結晶成長速度Ｖ₂ の比γ≡Ｖ₂ ／Ｖ₁ は、
   １＜γ＜３を満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
3. 前記 III族窒化物系化合物半導体は、
   Ａｌ_x Ｇａ_1-x Ｎ（０≦ｘ＜１）から成る
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
4. 前記基準値ρ₀ は、
   ３×１０⁷ 〔ｃｍ^-2〕未満である
   ことを特徴とする請求項３に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
5. 前記第１の結晶成長工程において、
   ハイドライド気相成長法により、前記第１の半導体層Ａを８００℃以上、１１００℃以下の結晶成長温度で結晶成長させる
   ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
6. 前記結晶成長速度Ｖ₁ は、
   ２０μｍ／ｈ以上、１３０μｍ／ｈ以下である
   ことを特徴とする請求項５に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
7. 前記第２の結晶成長工程において、
   ハイドライド気相成長法により、前記第２の半導体層Ｂを８００℃以上、１１００℃以下の結晶成長温度で結晶成長させる
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項６の何れか１項に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
8. 前記結晶成長速度Ｖ₂ は、
   １００μｍ／ｈ以上、３００μｍ／ｈ以下である
   ことを特徴とする請求項７に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
9. 前記第１の結晶成長工程において、
   ハイドライド気相成長法により、
   ８５０℃以上、９５０℃以下の結晶成長温度で、
   前記結晶成長速度Ｖ₁ を９０μｍ／ｈ以上、１１０μｍ／ｈ以下として
   前記第１の半導体層Ａを結晶成長させ、かつ、
   前記第２の結晶成長工程において、
   ハイドライド気相成長法により、
   ８５０℃以上、９５０℃以下の結晶成長温度で、
   前記結晶成長速度Ｖ₂ を１２０μｍ／ｈ以上、１４０μｍ／ｈ以下として
   前記第２の半導体層Ｂを結晶成長させる
   ことを特徴とする請求項３乃至請求項８の何れか１項に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
10. 前記第１の結晶成長工程における前記第１の半導体層Ａの結晶成長開始時点での転位密度ρ_A ′に対する前記基準値ρ₀ の比Ｒ≡ρ₀ ／ρ_A ′は１／３未満である
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項９の何れか１項に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
11. 前記下地除去工程において、
    前記露出面側から少なくとも前記第１の半導体層Ａの略全体を除去する
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１０の何れか１項に記載の半導体バルク結晶の製造方法。
12. 前記第２の結晶成長工程における前記第２の半導体層Ｂの温度と、
    前記下地除去工程における前記第２の半導体層Ｂの温度との差を２００℃以内とする
    ことを特徴とする請求項１乃至請求項１１の何れか１項に記載の半導体バルク結晶の製造方法。

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