JP2008069067A - 窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、反りがない高品質の半導体用窒化ガリウム単結晶厚膜、特に、ｃ面（｛０００１｝面）窒化ガリウム単結晶厚膜を製造する方法に関する。
【解決手段】本発明は特に、ＨＶＰＥを使用して窒化ガリウム単結晶厚膜のｃ面（｛０００１｝面）を製造する方法である。窒化ガリウム膜は、塩化水素（ＨＣｌ）ガスとアンモニアガスを供給することによって基板上に成長される。基板上に窒化ガリウム膜を得て、基板上の窒化ガリウム膜上の窒化ガリウム厚膜が成長する。
【選択図】図４Ａ

Description

本発明は、曲げ変形のない高品質の半導体用窒化ガリウム単結晶厚膜、特に、ｃ面（｛０００１｝面）の窒化ガリウム単結晶厚膜を製造する方法に関する。

半導体素子の製造の際に基板として使用される窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶膜は、通常、サファイア（α−Ａｌ_２Ｏ_３）やシリコンカーバイド（ＳｉＣ）等の基板上に、有機金属化学気相法（ＭＯＣＶＤ法）（ｍｅｔａｌ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｖａｐｏｒ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）またはハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）等のような気相エピタキシーを使用することによって製造される。

窒化ガリウム膜の製造用基板として、サファイアは広く使用されている。窒化ガリウムとサファイアとの格子定数の差は約１６％であり、熱膨脹係数の差は、約３５％である。それにより、サファイア基板上に窒化ガリウム膜が成長する場合、接触面で応力が発生する。この応力により窒化ガリウム結晶の格子欠陥、曲げ変形、およびクラックが発生し、窒化ガリウム膜の成長を遅らせ、窒化ガリウム膜上に製造される素子の寿命が短くなる。

サファイアと窒化ガリウムとの間の応力は、等方性（ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ）であり、成長した窒化ガリウム膜１２によりサファイア基板１１上に発生する応力は降伏点より少ない場合、図１に示されているように、成長した窒化ガリウム膜１２がサファイア基板１１の方に反る。窒化ガリウム膜１２の膜厚が増加すると、曲率半径が減少し、曲げ変形が大きくなる。曲げ変形は、成長した窒化ガリウム厚膜を有するサファイア基板１１の中心部と周辺部との間の結晶の性質の差を誘発する。そのようなサファイア基板を用いて発光ダイオード（ＬＥＤ）素子を製造する場合、発光波長のバラつきが避けられない。

このようなサファイア基板上の窒化ガリウム単結晶の曲げ変形は、サファイア基板と窒化ガリウム膜の接触面で発生する応力によって誘発される。このような応力を減少させるために、例えば、低温窒化ガリウムバッファエピタキシー（特許文献１）、人工小胞を含むＰＥＮＤＥＯ成長法（特許文献２）、凹凸形状エピタキシー窒化アルミニウムバッファ成長法（特許文献３）、窒化アルミニウムバッファエピタキシー（非特許文献１）等のような様々な接触面状態調節方法が使用されている。ところが、前記界面状態調節方法は、数〜数十μｍの厚さの窒化ガリウム膜が成長する際に適用可能な方法である。特に、数百μｍの厚さの窒化ガリウム厚膜が成長の際には、応力は十分に緩和されず、窒化ガリウム膜にクラックが発生する。また、サファイア基板中に発生した応力は、降伏点を高くする。それにより、図２に示すように、クラック１３は、サファイア基板１１上の窒化ガリウム膜１２で発生する。このため、窒化ガリウム膜１２の厚さを最大数百μｍ未満に制限する必要があった。
ＵＳ ５，２９０，３９３（１９９４） ＵＳ ６，１７７，６８８（２００１） ＵＳ ６，５２８，３９４ Ｂ１（２００３） ＥＰ ０１９４６７１８ ＥＰ ０１１１６８２７ Ａｐｐｌｉｅｄ Ｐｈｙｓｉｃｓ Ｌｅｔｔｅｒ、Ｖｏｌ ５６、ｐ１８５（１９８８） Ｊ． ｏｆ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｇｒｏｗｔｈ、ｉｎ ｐｒｅｓｓ（２００１）

上述したような問題点を解決するために、図３に示したような方法が慣用技術として一般に使用されている。クラックの発生を防止するために、数十〜数百μｍ程度の厚さを有する窒化ガリウム膜３１を成長させた後、窒化ガリウム膜３１をサファイア基板１１から分離させることにより、応力を排除する。そして、窒化ガリウム膜３２を分離させた窒化ガリウム３１上で再生させる（特許文献４および特許文献５参照）。しかし、前記方法は、サファイア基板のような異種基板を、レーザーを用いる複雑な分離工程で取り除くか、または複雑な機械研磨工程により除去する必要がある。また、引張応力は、窒化ガリウム膜３１を成長させる際、窒化ガリウム厚膜３２を再成長させるために分離した窒化ガリウム基板に加わり、圧縮応力は冷却時に加わる。そのため、同一基板を使用した成長方法にもかかわらず、曲げ変形またはクラックが、窒化ガリウム厚膜の再成長において発生する。

また、非特許文献２には、もう一つの窒化ガリウム膜の成長方法について開示されている。この方法では、クラックがない状態でサファイア基板上に窒化ガリウム膜を形成するために、数μｍの厚さの窒化ガリウム膜を成長させることによって窒化ガリウム膜の表面に人工的にクラックを誘発させる。この場合、窒化ガリウム膜においてケイ素（Ｓｉ）をＭＯＣＶＤによりサファイア基板にドープさせる。もう一つの窒化ガリウム膜は、クラックを人工的に誘発させ、窒化ガリウム膜上で成長する。そして、クラックのない窒化ガリウム膜を形成する。

しかし、ＭＯＣＶＤを用いる場合には、窒化ガリウム膜の成長速度が数μｍ／ｈとなる。それに応じて、数十〜数百μｍ程度の厚さの厚膜を成長させることが困難である。また、数μｍ程度の厚さのケイ素ドープされた窒化ガリウム膜が成長する構造において、接触面の応力の差は、クラックがサファイア基板に拡大するほど大きくない。この場合、接触面の応力の差は、サファイア基板と窒化ガリウムの熱膨張係数と格子定数の間の差によって誘発される。そのため、内部応力は、サファイア基板の下部までクラックの拡大を完全に取り除けない場合がある。このため、約１ｍｍよりも大きい厚さの窒化ガリウム膜を成長させることができない場合がある。そのため、曲げ変形のない高品質な半導体用の窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法が要求されている。

従って、本発明の目的は、サファイア基板上に窒化ガリウム単結晶膜に十分なクラックを誘導し応力を除去した後、サファイア基板上の窒化ガリウム単結晶膜上に窒化ガリウム単結晶膜を再成長させ、曲げ変形およびクラックのない窒化ガリウム単結晶厚膜を容易に得ることができる窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法を提供することである。なお、工程条件を調節することで、クラックの誘導のためにケイ素（Ｓｉ）をドープする工程は、窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法において適宜実施してもよい。

本発明は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いて窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法を提供することにあり、本発明は、ＨＶＰＥ反応槽に窒素源ガスと塩化水素ガス（ＨＣｌ）との混合ガスと、ガリウム源を供給し、クラックがある第一の窒化ガリウムを得て、基板上に第一の窒化ガリウム膜を成長させる工程と、基板の底部のクラックを拡大させ、基板上の第一の窒化ガリウム膜を冷却する工程と、基板上の第一の窒化ガリウム膜上に第二の窒化ガリウム厚膜を成長させる工程と、クラックが拡散している基板と、基板上の第一の窒化ガリウム膜と第二の窒化ガリウム厚膜から第一の窒化ガリウム膜との両方を取り除くことによりフリースタンディング（ｆｒｅｅｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム厚膜を得る工程と、を含むものである。

本発明によれば、従来の窒化ガリウム厚膜よりはるかに厚い約１ｍｍの厚さの窒化ガリウム厚膜であっても約５ｍ以上の曲率半径を有し、曲げ変形がほとんどない窒化ガリウム厚膜を製造することができる。このような窒化ガリウム厚膜は、半導体用基板として有用に使用することができる。

以下、本発明を下記の実施形態に基づいて、さらに詳しく説明する。但し、下記の実施形態は、本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれらに制限されるものではない。

本発明による窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法は、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を使用する。ＨＶＰＥは、体積比が約１：２から１：５で塩化水素ガス（ＨＣｌ）とアンモニアガス（ＮＨ_３）を供給する。この場合、アンモニアガスは、５（Ｖ）族の窒素源として使用され、塩化水素ガスは、３（ＩＩＩ）族のガリウム源である塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスを生成するために使用される。また、ＨＶＰＥにおいて、クラックを窒化ガリウム厚膜の成長の早い段階で基板の底部に誘導させ、その後窒化ガリウム厚膜の成長を続ける。

本発明の窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法は、特に、サファイア基板表面の（０００１）上に、ｃ面（｛０００１｝）の窒化ガリウム単結晶厚膜を成長させるのに好適である。

本発明で使用するＨＶＰＥの成長速度は、有機金属化学気相法（ＭＯＣＶＤ）に比べて速い。そのため、数十ないし数百μｍの厚さの窒化ガリウム厚膜を容易に得ることができる。また、クラックは、容易に厚さを増加させることによって引き起こされる応力の増加のためにサファイア基板の底部に誘導させることができる。そのため、曲げ変形がなく、数百μｍよりも厚い窒化ガリウム膜を成長させることができる。

図４は、本発明の実施形態におけるフリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）窒化ガリウム厚膜の製造方法の（Ａ）ブロック図、（Ｂ）概略図である。

まず、サファイア基板１１をＨＶＰＥ反応槽に投入し、液相または固相状態のガリウム金属（Ｇａ）をＨＶＰＥ反応槽内に置く。この場合、約６００〜９００℃の温度で保持する必要がある。塩化水素ガスをＨＶＰＥ反応槽内で供給し、ＧａＣｌガスを発生させる。また、アンモニアガスをもう一つの注入口を通して供給し、ＧａＣｌガスとアンモニアガスとの間の反応を引き起こす。クラックを有する第一の窒化ガリウム膜４１を約９３０〜１０００℃でサファイア基板１１上で成長させる。この場合、塩化水素ガスとアンモニアガスは体積比が約１：２〜１：５となるように供給する。また、クラックを誘導させるために、約５０〜３００μｍの厚さを有する第一の窒化ガリウム膜を成長させることが好ましい。第一の窒化ガリウム膜の厚さが５０μｍ未満であると、クラックが容易に発生しにくくなる。また、クラックが拡大した窒化ガリウム層を再度の製造工程で除去するので、第一の窒化ガリウムの厚さが約３００μｍ未満であることが好ましい。第一の窒化ガリウム膜４１を成長させている間、成長温度が約９３０℃未満である場合、成長表面の物質拡散（ｍａｔｅｒｉａｌ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ）が適切に行われず、結晶化度が低下する。結晶化度が著しく低下した場合、かなり粗い表面を有する多結晶相が形成される。成長温度が約１０００℃より高いと、原料原子の表面拡散が窒化ガリウム表面上に円滑に行われる。

また、表面の応力を約４００℃未満でサファイア基板上の第一の窒化ガリウム膜を冷却することによって除去する。

また、第二の窒化ガリウム厚膜４２は、ガリウム原子（ガリウム源）、塩化水素ガスおよびアンモニアガスを使用することによって約９３０から１１００℃でクラックを有するサファイア基板上に窒化ガリウム膜を好ましい厚さまで成長させる。そして、曲げ変形のないフリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム厚膜は、室温まで第二の窒化ガリウム膜４２を冷却すること、およびクラックを有するサファイア基板１１から第一の窒化ガリウム膜４１を分離することによって製造される。分離する際、一般のレーザー分離法を使用する。分離した第一の窒化ガリウム膜とサファイア基板は、クラックにより粒子形状に分離される。この場合、それぞれの粒子は、数百μｍと大きさが均一である。第二の窒化ガリウム厚膜４２の成長温度は、約９３０から１１００℃の範囲を含まない場合、優れた結晶化度を有する窒化ガリウム単結晶を得ることができない。

本発明では、任意にクラックの誘導を促進するために、第一の窒化ガリウム膜４１の成長の際に、シラン（ＳｉＨ_４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を約２×１０^１９（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）未満のＳｉ濃度によって第一の窒化ガリウム膜４１にドープさせることもできる。

本発明において、特に、シラン（ＳｉＨ_４）またはジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）を約５×１０^１８（ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３）未満のＳｉ濃度によって第一の窒化ガリウム膜４１にドープさせることが好ましい。Ｓｉを過量にドープさせる場合、第二の窒化ガリウム厚膜４２が劣化する。Ｓｉを過量にドープさせると結晶成長に関して好ましくない。

また、本発明による窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法は、Ｓｉをドープせずに行われ、Ｓｉをドープする工程は、クラックをより速く誘発させるための任意の工程である。

本発明によって製造された窒化ガリウム単結晶厚膜は、直径２インチ以上、好ましくは３インチ以上、より好ましくは、４インチ以上であり、厚さは、２００から１５００μｍの範囲である。

＜０００１＞方位に関するｃ軸方向の傾斜角は、中心から間隙を介した端（００２）と窒化ガリウム単結晶厚膜の中心のピークのＸ線回析（ＸＲＤ）の半値全幅（ＦＷＨＭ）により測定した。また、＜０００１＞方位に関するｃ軸方向の傾斜角は、中心角の動きを用いて測定した。この場合、曲げ変形による結晶格子の傾斜の程度が測定される。傾斜角の値が小さいほど屈曲が小さい。

本発明の方法によると、サファイア基板１１上に厚さ１ｍｍ以上の窒化ガリウム厚膜を成長させても、０．００２２（゜／ｍｍ）以下の＜０００１＞方位に関するｃ軸方向の傾斜角を有するフリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム厚膜を得ることができる。窒化ガリウム厚膜が、７度未満の軸外の表面と＜０００１＞方位の等価方向を有する場合、０．００２２（゜／ｍｍ）以下の＜０００１＞方位に関するｃ軸方向の傾斜角を有する窒化ガリウム厚膜を得ることができる。この場合、窒化ガリウム厚膜は、約５ｍ以上の曲率半径を有する。

このような本発明の製造方法によって製造された窒化ガリウム単結晶厚膜は、曲げ変形と厚さに関して改良され、従来の窒化ガリウム厚膜と比較して、半導体用基板として有用に使用することができる。以下、本発明の実施例についてより詳細に説明するが、本発明を限定するものではない。

直径２インチのサファイア基板をＨＶＰＥ反応槽に入れた後、約９３０から１０００℃の温度でアンモニアガスを供給しながら第１次の窒化処理を行った。熱工程は、アンモニアガスと塩化水素ガスとの混合ガスを使用して行い、第二次窒化処理をアンモニアガスを供給しながら行った。さらにアンモニア気体を流しながら第２次の窒化処理をした。そして、かなりの量のガリウムをＨＶＰＥ反応槽のガリウム容器に置き、塩化水素ガスをＨＶＰＥ反応槽に供給してＧａＣｌガスを発生させた。また、アンモニアガスをもう一つの注入口を通して供給してＧａＣｌガスとアンモニアガスとの間の反応を起こさせた。クラックを有する第一の窒化ガリウム膜を約５０から１００μｍの厚さまで成長させた。クラックは、サファイア基板と第一の窒化ガリウム膜との間の境界面周辺に起こる。この場合、塩化水素ガスとアンモニアガスの体積比は約１：２から１：５であり、成長温度は約９３０から１０００℃であった。アンモニアガスに関して塩化水素ガスの相対量が増加し、成長温度が低くなると、より多くのクラックと重度のクラックが発生する。

図５は、本発明の実施例の第一の窒化ガリウム膜で発生したクラックの顕微鏡写真である。この場合、塩化水素ガスとアンモニアガスは、体積比が約１：２で供給される。図５を通して、従来の窒化ガリウム膜の成長時に比べ、３（ＩＩＩ）族のガリウム源を発生させる過剰のガスを供給することにより脆性が増加するので、数十から数百μｍのクラックの一様な分布を示すクラックは第一の窒化ガリウム膜に誘発される。

図６は、本発明の実施例のサファイア基板上の窒化ガリウム膜に発生させたクラックの顕微鏡写真である。

図６に示したように、クラックは、接触面の初期の成長状況に起因して起こり、窒化ガリウムの｛１−１００｝の開裂に沿って形成される。

続いて、サファイア基板上の第一の窒化ガリウム膜を約４００℃に冷却させて、クラックをサファイア基板の底部へ拡大させる。そして、上述したような条件で、ＨＶＰＥは、ガリウム源、アンモニアガス、塩化水素ガスを用いて連続的に行われ、約１ｍｍの厚さの窒化ガリウム厚膜を成長させる。

図７は、本発明の実施例のフリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム厚膜の顕微鏡写真である。

図７に示したようなフリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム単結晶厚膜は、第二の窒化ガリウム厚膜４２からクラックを有するサファイア基板と第一の窒化ガリウム膜を分離することによって得られる。この場合、フリースタンディング（ｆｒｅｅ−ｓｔａｎｄｉｎｇ）な窒化ガリウム単結晶厚膜は約１ｍｍの厚さを有する。分離する際、エキシマレーザー（３５５ｎｍＮｄ、ＹＡＧレーザー）を使用した。

図８は、本発明の実施例の窒化ガリウム厚膜のＸ線回折（ＸＲＤ）のロッキングカーブの分析結果を示した図である。窒化ガリウム単結晶厚膜の中心部と、中心部から約１８ｍｍ離れた部分からのＸＲＤピークの半値全幅、ピークの中心部の移動を分析した。分析結果として、中心部から１８ｍｍ離れた部分の傾斜角が約０．０４０（゜／ｍｍ）であった。また、＜０００１＞方位に関するｃ軸方向の傾斜角が０．００２２（゜／ｍｍ）であった。窒化ガリウム厚膜は、約５ｍ以上の曲率半径を有し、従来の窒化ガリウム厚膜の約０．５ｍとはるかに大きい。また、本発明の窒化ガリウム厚膜は、従来の窒化ガリウムの厚さ（４００μｍ）の約２倍の約１ｍｍの厚さまで成長させていても屈曲がほとんどない。なお、人工的なクラック誘導法は、従来の窒化ガリウム厚膜に適用されていない。

上述したように、本発明の好ましい実施形態を参照して説明したが、該当の技術分野において熟練した当業者にとっては、特許請求の範囲に記載された本発明の思想および領域から逸脱しない範囲内で、本発明を多様に修正および変更させることができることを理解することができる。すなわち、本発明の技術的範囲は、特許請求の範囲に基づいて定められ、発明を実施するための最良の形態により制限されるものではない。

慣用技術でのサファイア基板上に窒化ガリウム膜で起こる曲げ変形を示す図である。 慣用技術でのサファイア基板上の窒化ガリウム膜で起こるクラックを示す図である。 慣用技術でのクラック防止型ＧａＮ厚膜成長方法を示す図である。 本発明の実施例による、人工的にクラックを誘導させる方法を使用して窒化ガリウム厚膜の製造方法を示したブロック図である。 本発明の実施例による、人工的にクラックを誘導させる方法を使用して窒化ガリウム厚膜の製造方法を示した概略図である。 本発明の実施例において、第１の窒化ガリウム膜に発生したクラックを観察した顕微鏡写真である。 本発明の実施例において、サファイア基板上の窒化ガリウム膜で発生したクラックを観察した微細顕微鏡写真である。 本発明の実施例において、フリースタンディングな窒化ガリウム厚膜の顕微鏡観察写真である。 本発明の実施例において、窒化ガリウム厚膜のＸ線回折（ＸＲＤ）ロッキングカーブの分析結果を示す図である。

符号の説明

１１：サファイア基板
１２：ＧａＮ膜
１３：クラック
３１：再成長基板用窒化ガリウム膜
３２：再成長された窒化ガリウム厚膜
４１：第一の窒化ガリウム膜
４２：第二の窒化ガリウム厚膜

Claims (15)

1. ＨＶＰＥ反応槽内に、ガリウム源および塩化水素（ＨＣｌ）ガスと窒素源ガスの混合ガスを供給することによって、クラックを有する第一の窒化ガリウム膜を得て、基板上に前記第一の窒化ガリウム膜を成長させる工程と、
   基板上の前記第一の窒化ガリウム膜を冷却し、前記基板の底部のクラックを拡大させる工程と、
   前記基板上の前記第一の窒化ガリウム膜上に第二の窒化ガリウム厚膜を成長させる工程と、
   前記基板上の前記第一の窒化ガリウムと前記第二の窒化ガリウムから、前記クラックが拡大した前記基板と前記第一の窒化ガリウム膜の両方を除去することにより、フリースタンディングな窒化ガリウム厚膜を得る工程と、を備えるハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
2. 前記ＨＣｌガスと前記窒素源ガスは、体積比が１：２から１：５となるように混合されることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
3. 前記基板は、サファイア単結晶基板であることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
4. 前記第一の窒化ガリウム膜および前記第二の窒化ガリウム厚膜は、前記基板のｃ面（｛０００１｝）で成長することを特徴とする請求項３に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
5. 前記第一の窒化ガリウム膜および前記第２窒化ガリウム厚膜は、ｃ面（｛０００１｝）を通じて成長することを特徴とする請求項４に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
6. 前記第一の窒化ガリウム膜が、５０から３００μｍの厚さに成長されることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
7. 前記第一の窒化ガリウム膜は、前記ＨＶＰＥにより９３０から１０００℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
8. 前記基板上の前記第一の窒化ガリウムは、４００℃未満で冷却されることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
9. さらに、前記第一の窒化ガリウム膜を成長させる際に、シラン（ＳｉＨ_４）とジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）いずれか一つを使用することによって前記第一の窒化ガリウムをドープする工程を含むことを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
10. 前記シラン（ＳｉＨ_４）または前記ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）のいずれか一つは、２×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満の濃度で前記第一の窒化ガリウムにドープさせることを特徴とする請求項９に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
11. 前記シラン（ＳｉＨ_４）または前記ジクロロシラン（ＳｉＨ_２Ｃｌ_２）のいずれか一つは、５×１０^１８ａｔｏｍｓ／ｃｍ^３未満の濃度で前記第一の窒化ガリウムにドープさせることを特徴とする請求項１０に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
12. 前記第二の窒化ガリウム厚膜は、前記ＨＶＰＥにより、９３０から１０００℃の範囲の温度で行われることを特徴とする請求項１に記載のハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ）を用いた窒化ガリウム単結晶厚膜の製造方法。
13. 請求項１ないし請求項１２のいずれか１項に記載の製造方法によって製造され、ａ軸方向（＜０００１＞方位）に関するｃ軸方向の軸外（傾斜角）が０．００２２（゜／ｍｍ）未満であり、直径が２インチ以上であり、厚さが２００から１５００μｍの範囲である窒化ガリウム単結晶厚膜。
14. 前記窒化ガリウム厚膜の結晶表面は、ｃ面（｛０００１｝）であることを特徴とする請求項１３に記載の窒化ガリウム単結晶厚膜。
15. 請求項１３または請求項１４に記載の窒化ガリウム単結晶厚膜からなる半導体素子。