(57)【要約】【課題】ピットやクラックのないＩＩＩ族窒化物結晶を得られるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供する。【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する工程と、複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を用いて、前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長を行う工程と、を有する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する工程と、
前記複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を用いて、前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長を行う工程と、
を有する、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項２】
前記複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板の隣接する間隔ｄは、０ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍの範囲を満たす、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項３】
前記結晶成長を行う工程は、前記複数の種基板の最外周端の少なくとも一部を覆う種基板カバーを用いて行う、請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記種基板カバーは、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブの群から選ばれる少なくとも一種からなる、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項５】
前記種基板カバーは、ＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ：熱分解窒化ホウ素）、ＢＮ、ＡｌＮの群から選ばれる少なくとも一種からなる、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項６】
前記種基板カバーは、ＰＧ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ：熱分解グラファイト）でコーティングされた部材からなる、請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項７】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、ＧａＮであり、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長の主面が＋ｃ面である、
請求項１から６のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項８】
反応炉と、
前記反応炉内に設けられ、複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を前記ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように配置するトレイと、
原料ガスを前記反応炉内に供給する配管と、
を備え、
前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【請求項９】
前記トレイにおいて前記種基板の隣接する間隔ｄを、０ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍの範囲に設定する、請求項８に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【請求項１０】
前記トレイは、前記複数の種基板の最外周端の少なくとも一部を覆う種基板カバーをさらに備える、請求項８又は９に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物結晶の一例であるＧａＮ結晶は、主にハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いて気相エピタキシャル成長用基板（種基板）上に作製された窒化物（ＧａＮバルク単結晶）を加工して作製されている。数μｍ／ｈから十数μｍ／ｈの成長速度持つ有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ法）に比べ、ＨＶＰＥ法は数ｍｍ／ｈレベルの高い成長速度を持つので、厚膜ＧａＮバルク単結晶を短時間に得ることができる利点がある。ＨＶＰＥ法では、トレイの基板搭載部に位置された種基板をヒーターにより加熱し、上記加熱された種基板に対して原料ガスを吹き付けることで、種基板上に厚膜のＧａＮバルク結晶を形成する。
【０００３】
また、量産性に適した方法として、特許文献１に示される様な、ＭＯＣＶＤ法による多数枚成長法が一般に行われている。トレイに分離した複数の基板設置用の窪みが形成されており、一度に複数枚の種基板を処理できる方法である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１０−２８９８７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、枚葉処理を行うよりも、特許文献１のような種基板を多数枚配して処理する方法が量産性の観点では有効である。しかしながら、種基板をトレイに多数枚配置する方法では、隣り合う種基板のトレイ上の空間にＧａＮからなる多結晶体が生じ、その多結晶体から多量のパーティクルが発生する。発生したパーティクルは、成長途中のＧａＮバルク単結晶表面に到達する。パーティクルを起点に成長が阻害され周辺部のみ成長が始まり、Ｖ字状断面のピットが発生するという課題があった。
【０００６】
本発明は、以上の課題を解決するための手段であり、ピット、クラックのないＧａＮバルク結晶を複数同時に得られるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための、本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する工程と、
前記複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を用いて、前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長を行う工程と、
を有する。
【０００８】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、反応炉と、
前記反応炉内に設けられ、複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を前記ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように配置するトレイと、
原料ガスを前記反応炉内に供給する配管と、
を備え、
前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、ピット、クラックのない結晶を複数同時に得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である縦型ＨＶＰＥ装置である気相成長装置の構成を示す概略断面図である。
【図２】従来の多数枚搭載トレイと種基板の平面位置関係を示す概略図である。
【図３】従来の多数枚搭載トレイにおける育成中の平面位置関係（ａ）、及び断面位置関係（ｂ）を示す概略図である。
【図４】本開示の実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法による種基板とトレイ、種基板カバーとの平面位置関係（ａ）、及び断面位置関係（ｂ）を示す概略図である。
【図５】本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を用いた複数枚配置した種基板とトレイ、種基板カバーとの平面位置関係を示す概略図である。
【図６】鉛直端面を有する種基板の育成膜厚と間隔ｄとの関係（ａ）、鉛直端面の面取り加工を行った種基板の育成膜厚と間隔ｄとの関係（ｂ）を示す概略図である。
【図７】本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法による実施例の、育成前の種基板の間隙部における多結晶体の様子（ａ）、育成終了後の種基板の間隙部における多結晶体の様子（ｂ）を示す概略図である。
【図８】種基板の間隙部の間隔ｄが広すぎる場合における育成前の間隙部における多結晶体の様子（ａ）、育成終了後の間隙部における多結晶体の様子（ｂ）を示す概略図である。
【図９】実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する工程と、
前記複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を用いて、前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長を行う工程と、
を有する。
【００１２】
第２の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第１の態様において、前記複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板の隣接する間隔ｄは、０ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍの範囲を満たしてもよい。
【００１３】
第３の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第１又は第２の態様において、前記結晶成長を行う工程は、前記複数の種基板の最外周端の少なくとも一部を覆う種基板カバーを用いて行ってもよい。
【００１４】
第４の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第３の態様において、前記種基板カバーは、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブの群から選ばれる少なくとも一種からなってもよい。
【００１５】
第５の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第３の態様において、前記種基板カバーは、ＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ：熱分解窒化ホウ素）、ＢＮ、ＡｌＮの群から選ばれる少なくとも一種からなってもよい。
【００１６】
第６の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第３の態様において、前記種基板カバーは、ＰＧ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ：熱分解グラファイト）でコーティングされた部材からなってもよい。
【００１７】
第７の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記第１から第６のいずれかの態様において、前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、ＧａＮであり、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長の主面が＋ｃ面であってもよい。
【００１８】
第８の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、反応炉と、
前記反応炉内に設けられ、複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を前記ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように配置するトレイと、
原料ガスを前記反応炉内に供給する配管と、
を備え、
前記種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる。
【００１９】
第９の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、上記第８の態様において、前記トレイにおいて前記種基板の隣接する間隔ｄを、０ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍの範囲に設定してもよい。
【００２０】
第１０の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、上記第８又は第９の態様において、前記トレイは、前記複数の種基板の最外周端の少なくとも一部を覆う種基板カバーをさらに備えてもよい。
【００２１】
以下、本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及びＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２２】
（実施の形態１）
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置＞
図１は、本実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である縦型ＨＶＰＥ装置である気相成長装置１００の模式的な構成を示す模式図である。
【００２３】
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である気相成長装置１００は、反応炉１１０と、反応炉１１０の周囲に設けられたヒーター１２０と、反応炉１１０内に設けられた基板搭載部１３０を持つトレイ１３１と、トレイ１３１に搭載された種基板カバー１３２と、トレイ１３１を搭載するサセプタ１４０と、サセプタ１４０のトレイ１３１とは反対側に配置されたヒーター１２０と回転機能を持つ支持軸１５２と、配管１６１、配管１６２、配管１６３、配管１６４および配管１６５、を備える。
特に、トレイ１３１には、ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する。このトレイ１３１を有する気相成長装置１００を用いて結晶成長を行うことによって、ピット、クラックのない結晶を複数同時に得る事ができる。
【００２４】
以下に、このＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を構成する構成部材について説明する。
【００２５】
＜反応炉＞
反応炉１１０は、ＨＶＰＥ法などによる気相成長法を行うための容器である。反応炉１１０は、耐熱性が高く、かつ導入するガスとの間で不要な反応を生じにくい、石英などの材料により形成される。
【００２６】
＜ヒータ＞
ヒーター１２０は、反応炉１１０の内部を気相成長法による結晶の成長に適した温度に加熱し、加熱された温度を維持する。加熱および維持する温度は、成長させる結晶の種類に応じて設定すればよい。
【００２７】
＜トレイ＞
トレイ１３１は、基板搭載部１３０に種基板を搭載し、種基板から結晶を成長させるための台座である。トレイ１３１には、ＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板４０１、５０１、６０１を配置する。これによって、ピット、クラックのない結晶を複数同時に得ることができる。また、種基板の隣接する間隔ｄは、例えば、０ｍｍ≦ｄ≦０．６ｍｍの範囲に設定する。本実施の形態１では、トレイ１３１は、後述する配管１６１および配管１６２からの原料ガス流入方向に対向する位置に種基板を配置する。トレイ１３１は、耐熱性が高く、かつ導入するガスとの間で不要な反応を生じにくい、石英、炭素、炭化珪素、および窒化ホウ素などの材料により形成される。
【００２８】
＜種基板カバー＞
種基板カバー４０４は、複数の種基板４０１の最外周端の少なくとも一部を覆う。この種基板カバー４０４によって、多結晶による固着防止と、パーティクル発生源となる多結晶の付着を防止する。この種基板カバー４０４は、例えば、ＧａＮからなる多結晶が付着し難い材質から構成される。
また、種基板カバー４０４は、モリブデン、タングステン、タンタル、ニオブ等の２０００℃以上の融点を持つ高融点金属からなる材質から構成されてもよい。
種基板カバー４０４は、ＰＢＮ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｂｏｒｏｎ ｎｉｔｒｉｄｅ：熱分解窒化ホウ素）、ＢＮ、ＡｌＮなどのセラミック部材もしくはコーティング部材から構成されてもよい。
種基板カバー４０４は、ＰＧ（ｐｙｒｏｌｙｔｉｃ ｇｒａｐｈｉｔｅ：熱分解グラファイト）でコーティングされた部材から構成されてもよい。
【００２９】
＜サセプタ＞
サセプタ１４０は、トレイ１３１を搭載する、伝熱性の台座である。
【００３０】
＜ヒーター＞
ヒーター１５１は、サセプタ１４０を介してトレイ１３１を加熱し、トレイ１３１に搭載された種基板を、奇相成長法による結晶の成長に適した温度に加熱し、加熱された温度を維持する。加熱および維持する温度は、成長させる結晶の種類に応じて設定すればよい。
【００３１】
＜支持軸＞
支持軸１５２は、サセプタ１４０およびサセプタ１４０に搭載されたトレイ１３１を回転させる。支持軸１５２は、トレイ１３１を回転させることにより、トレイ１３１上での結晶成長の偏りを抑制する。
【００３２】
＜配管１６１、１６２＞
配管１６１および配管１６２は、成長させる結晶の原料を含む原料ガスを反応炉１１０の内部に流入させる。本実施の形態１では、配管１６１はＩＩＩ族元素の塩化物（塩化ガリウム（ＧａＣｌＸ）Ｘ＝１、２、３など）を、配管１６２はＶ族元素の水素化物（ＡｓＨ３、ＮＨ３（アンモニア）およびＰＨ３など）を、反応炉１１０の内部に流入させる。本実施の形態１において、配管１６１は、原料箱１６６と反応炉１１０の内部とを連通する。
【００３３】
＜原料箱＞
原料箱１６６の内部にはＩＩＩ族元素（Ｇａなど）が挿入されており、配管１６７を通じて外部から導入された塩化水素ガスとＧａとが原料箱１６６の内部で反応して生成した塩化ガリウムが、配管１６１から反応炉１１０の内部に流入する。
【００３４】
＜配管１６３、１６４＞
配管１６３および配管１６４は、キャリアガスを反応炉１１０の内部に流入させる。本実施形態では、配管１６３は水素ガス、配管１６４は窒素ガスを、反応炉１１０の内部に流入させる。
【００３５】
＜配管１６５＞
配管１６５は、反応炉１１０の内部に流入されたキャリアガスなどを、反応炉１１０の外部に排出する。
【００３６】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法＞
図９は、実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のフロー図である。このＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、以下の工程を有する。
（１）ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を配置する（Ｓ０１）。
（２）複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板を用いて、種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長を行う（Ｓ０２）。
これによって、ピット、クラックのない結晶を複数同時に得ることができる。
【００３７】
さらに、このＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法では、例えば、上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である気相成長装置１００を用いてもよい。この場合のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を具体的に説明すると、以下の通りである。
（ａ）気相成長装置１００を用いて結晶成長を行うときは、種基板をトレイ１３１に搭載する。このとき、トレイ１３１には、ＩＩＩ族窒化物結晶のｍ面（１−１００）が互いに対向するように複数のＩＩＩ族窒化物結晶からなる種基板４０１、５０１、６０１を配置する。
（ｂ）次いで、配管１６４から導入した窒素ガスによって反応炉１１０の内部を十分にパージし、反応炉１１０の内部に残留している酸素を除去する。
（ｃ）その後、ヒーター１２０およびヒーター１５１によって反応炉１１０の内部および（ｄ）種基板を結晶成長温度まで加熱し、当該温度を維持する。
（ｅ）その後、配管１６１および配管１６２から、成長させる結晶の原料を含む原料ガスを反応炉１１０の内部に流入させる。このとき、必要に応じて、配管１６３および配管１６４から、キャリアガスを反応炉１１０の内部に流入させる。
以上の工程によって、上記原料ガスに含まれる原料が種基板上で反応して、種基板上にＩＩＩ族窒化物結晶（たとえば、ＧａＮバルク単結晶）が成長していく。
【００３８】
なお、種基板は、異種単結晶またはＩＩＩ族窒化物半導体結晶とすることができる。上記異種単結晶の種基板の例には、サファイア、炭化珪素、珪素、ガリウム砒素、およびＳｃＡｌＭｇＯ４が含まれる。上記ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の種基板の例には、ＧａＮが含まれる。
【００３９】
このようなＨＶＰＥ法によると、ＭＯＣＶＤ法に比べ成長時間を１／５０〜１／４００程度に短縮できる。一般にＧａＮ基板の作製を目的としたＧａＮバルク単結晶は、１ｍｍ以上の膜厚が必要とされる。そのため、結晶の成長速度が速く、厚い膜を短時間で成膜できるＨＶＰＥ法は、ＧａＮバルク単結晶の成長などに適した方法といえる。ところで、上記ＨＶＰＥ法では、結晶の成長が終了し反応炉１１０の温度を室温まで冷却した後、トレイ１３１を反応炉１１０から取り外し、トレイ１３１上に生じた結晶をトレイ１３１から取り外して、目的とする結晶の膜を入手する。このとき、トレイ１３１には、目的とする結晶に連結して、多結晶が寄生付着することが知られている。そのため、上記連結した多結晶体は、研磨および加工により取り除いて目的とする結晶体を入手することになる。図２は、従来の多数枚搭載トレイ２０２と円形または、六角形に整形した種基板２０１の平面位置関係を表している。従来のトレイ２０２上の種基板を配置した位置を除く空間には、上記多結晶が付着する。
【００４０】
図３（ａ）は、成長中のトレイ３０５およびサセプタ３０４の平面位置関係を表した模式図である。また、図３（ｂ）は、図３（ａ）のトレイ３０５およびサセプタ３０４の断面ａ−ａ‘間の断面位置関係を示した模式図である。
種基板３０３は、種基板３０３同士の間に空間を空けてそれぞれ配置されていて、成長中は一定の回転数にて図３（ａ）に示した方向に回転しながら成長を行う。上空からハの文字方向に吹き付けられた原料ガスにより種基板３０３上にＧａＮバルク単結晶３０１が成長される。図３（ａ）に示したトレイ３０５を用いて気相成長を行うと、図３（ｂ）に示すように、多結晶３０２がトレイ３０５上からサセプタ３０４へと連続して発生して、ＧａＮバルク単結晶３０１、トレイ３０５およびサセプタ３０４が連結してしまい、ＧａＮバルク単結晶３０１がトレイ３０５およびサセプタ３０４に強固に固着されて、ＧａＮバルク単結晶３０１をトレイ３０５から取り外すことが、困難となる。また、上空から吹き付けられハの文字方向に広がった原料ガスは、トレイ３０５の中央部からトレイ３０５の外周に広がりながら流れていく。図３（ａ）に示したトレイ３０５を用いて気相成長を行うと、トレイ３０５中央部に生じた多結晶３０２からパーティクル３０６が発生する。発生したパーティクル３０６は成長途中のＧａＮバルク単結晶３０１表面に到達する。そしてパーティクル３０６を起点に成長が阻害され周辺部のみ成長が始まり、Ｖ字状断面のピットが発生する。
【００４１】
図４（ａ）は、本実施形態における気相成長装置１００が備えるトレイ４０５およびサセプタ４０６の平面位置関係を示す模式図であり、図４（ｂ）はトレイ４０５およびサセプタ４０６の断面ｂ−ｂ‘間の断面位置関係を示した模式図である。
図４（ａ）に示した基板搭載部４０８に配置した種基板４０１の結晶成長させる主面はｃ面及び、数度ｍ軸または数度a軸方向に微傾斜させた面であり、側面のｍ面（１−１００）４０２同士を対向させ、間隔ｄ４０３を設けて種基板４０１を配置している。種基板４０１のｍ面（１−１００）４０２を、間隔ｄを空けて対向して配置する事により、種基板４０１同士の合体がなくなり、種基板４０１の取り外しを容易にすることができる。また、図４（ｂ）に示した種基板カバー４０４は前記複数の種基板４０１のうち対向して設置されていない外周端の一部を少なくとも覆う種基板カバー４０４であり、種基板カバー４０４外周には外部に広がって形成されたテーパ部４０７を有する。テーパ部４０７は、その上面が、基板搭載部４０８の種基板を搭載する面から連続して外部に延出する面となっており、その側面が、原料ガスの入流方向に沿って外周が縮小する、テーパ状の形状を有する。テーパ部４０７の上面では、種基板の周囲で成長した多結晶が、基板搭載部４０８に沿ってテーパ部４０７の端部まで成長できる。しかし、テーパ部４０７の側面では、配管１６１および配管１６２から流入される原料ガスが上面側面に到達しにくいため、多結晶の成長が抑制される。つまり、トレイ４０５上で成長した多結晶は、テーパ部４０７によってトレイ４０５の方向への成長を阻害される。そのため、テーパ部４０７は、トレイ４０５と種基板カバー４０４とを、成長した多結晶によって連続して被覆されにくくして、トレイ４０５と種基板カバー４０４との取り外しを容易にすることができる。
【００４２】
また、図５に示した多数枚搭載トレイに配置する種基板５０１の枚数は限定される事はなく、六角形に整形した基板を２枚、４枚、５枚、６枚、７枚と複数枚配置することができる。また、図５に示した多数枚搭載トレイに配置する種基板５０１は、六角形に加工した基板に限定される事はなく、三角形、四角形、五角形、と多角形に整形した基板を、複数枚配置をすることができる。
【００４３】
本開示のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、多結晶体の発生を抑制でき、パーティクルの発生をなくすことが可能である。また、ピットやクラックのないＧａＮバルク単結晶を複数得ることができる。
【００４４】
（本開示の実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に関する検証）
前記ＨＶＰＥ法を用いて、膜厚５ｍｍを狙いとし種基板上に主面をＧａＮの＋ｃ面（０００１）としＧａＮバルク単結晶の形成を行った。種基板にはＧａＮ基板を使用した。実験では図４に示したように、六角形のそれぞれの辺が種基板４０１のｍ面（１−１００）４０２となるように加工形成を行った種基板４０１を事前に３枚用意し、種基板４０１のｍ面（１−１００）４０２が互いに対向するように配置して結晶成長を行った。一方で、六角形の辺を種基板４０１のａ面（１１−２０）とした場合、ａ軸＜１１−２０＞方向の成長速度は、ｍ軸＜１−１００＞方向よりも速いため横方向成長が早く進み、ＧａＮバルク単結晶同士が癒着し合体する。その結果、単独でのＧａＮバルク単結晶の取り外しが極めて困難となる。初めに種基板４０１のｍ面（１−１００）４０２の端面を接触させてＧａＮバルク単結晶の形成を行った。
【００４５】
図６（ａ）、図６（ｂ）は、種基板６０１のｍ面（１−１００）６０４を接触させて、ＧａＮバルク単結晶６０５の成長を行った成長過程を表した模式図である。図６（ａ）は、間隔ｄ６０３＝０ｍｍの隙間にて種基板６０１同士を接触させて配置した直後の成長開始前の状態を示し、図６（ｂ）は、成長後の状態を示したものである。
成長初期の段階でＧａＮバルク単結晶６０５は種基板６０１表面からｃ軸＜０００１＞方向に成長が始まる。また種基板６０１同士が接触している部分では、図に示したテーパ状にＧａＮバルク単結晶６０５の成長が始まり、成長後には図６（ｂ）の状態となる。成長後は隣り合うＧａＮバルク単結晶６０５が癒着して合体し、単独での取り外しが出来なかったが、ＧａＮバルク単結晶６０５にはピットやクラックの発生はなかった。また六方晶系の結晶であるＧａＮなどＩＩＩ族窒化物結晶は、ｍ面（１−１００）６０４にてへき開する性質を持っているので、この性質を利用すれば整形加工により単独での分離は可能である。
【００４６】
図７（ａ）、図７（ｂ）は、種基板７０１のｍ面（１−１００）７０４を接触させずに間隔ｄ７０３＝０．２ｍｍを空けて配置し、ＧａＮバルク単結晶７０５の成長を行った成長過程を表した模式図である。図７（ａ）は、間隔ｄ７０３＝０．２ｍｍの隙間にて種基板７０１同士を接触させて配置した直後の成長開始前の状態を示し、図７（ｂ）は成長後の状態を示したものである。
成長中は図６（ａ）、図６（ｂ）に示した図と同様の成長過程を経て、ＧａＮバルク単結晶７０５は隣り合うＧａＮバルク単結晶７０５と合体することなく、隙間を空けたまま成長を終えることが出来た。また、間隔ｄ７０３には図３（ｂ）に示した多結晶３０２の発生もなく、ピットやクラックのないＧａＮバルク単結晶７０５を単独で取り外すことができ、ＧａＮバルク単結晶７０５、３つすべてを取り外すことが出来た。
【００４７】
図８（ａ）、図８（ｂ）は、種基板８０１のｍ面（１−１００）８０４を接触させずに間隔ｄ８０３＝０．８ｍｍを空けて配置し、ＧａＮバルク単結晶８０５の成長を行った成長過程を表した模式図である。図８（ａ）は、間隔ｄ８０３の隙間を置いた場合において、種基板８０１を配置した直後の成長開始前の状態を示し、図８（ｂ）は成長後の状態を示したものである。
成長初期は、図６（ａ）、図６（ｂ）に示した図と同様の成長過程を経て行くが、ＧａＮバルク単結晶８０５の成長と同時に間隔ｄ８０３では、ＧａＮバルク単結晶８０５の成長に寄与できず、行き場を失った原料が留まり、多結晶８０６を形成する。成長中、多結晶８０６は、ＧａＮバルク単結晶８０５と同じ成長速度にて成長し、成長途中に多結晶８０６とＧａＮバルク単結晶８０５は合体してしまう。
成長後は、成長中に多結晶８０６から生じたパーティクルでピット、クラックが散見され、単独での取り外しも出来なかった。Ｖ字状の断面形状をしたピットがＧａＮバルク単結晶８０５中に存在したまま、整形加工によりＧａＮ基板を作製した場合、ＧａＮ基板に穴が空いてしまう恐れがあり、ＧａＮ基板の量産歩留を下げる一要因になりかねない。
【００４８】
本開示のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を用いて、間隔ｄ８０３と、間隔ｄ８０３上に発生する多結晶８０６の発生状況との関係を調査した。鋭意に実験を重ねた結果、表１に示した実験結果を得た。
【００４９】
【表１】
2020125217.tif 000003
【００５０】
表1の結果より、間隔ｄ８０３に多結晶８０６が発生しない間隔ｄ８０３の範囲は、０ｍｍから、０．６ｍｍである。この範囲においては、ＧａＮバルク単結晶８０５にピットやクラックの発生はなく単独での取り外しも容易であった。本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を用いれば、一度に複数のピット、クラックのないＧａＮバルク単結晶８０５を同時に得る事が可能である。
【００５１】
尚、種基板４０１は、ＧａＮ基板、ＡｌＮ基板、ＡｌＧａＮ基板等、他のＩＩＩ族窒化物結晶からなる基板でもよい。
【００５２】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、照明用、車載用向けの発光ダイオードなどの光デバイスや、高周波向けの電子デバイス等にエピタキシャル成長用基板として使用されるＩＩＩ族窒化物半導体下地基板、もしくはＩＩＩ族窒化物半導体自立基板として有用である。
【符号の説明】
【００５４】
１００  気相成長装置
１１０  反応炉
１２０  ヒーター
１３０  基板搭載部
１３１  トレイ
１３２  種基板カバー
１４０  サセプタ
１５１  ヒーター
１５２  支持軸
１６１  配管
１６２  配管
１６３  配管
１６４  配管
１６５  配管
１６６  原料箱
１６７  配管
２０１  種基板
２０２  トレイ
３０１  ＧａＮバルク単結晶
３０２  多結晶
３０３  種基板
３０４  サセプタ
３０５  トレイ
３０６  パーティクル
４０１  種基板
４０２  ｍ面（１−１００）
４０３  間隔ｄ
４０４  種基板カバー
４０５  トレイ
４０６  サセプタ
４０７  テーパ部
４０８  基板搭載部
５０１  種基板
５０２  種基板カバー
５０３  トレイ
６０１  種基板
６０２  トレイ
６０３  間隔ｄ
６０４  ｍ面（１−１００）
６０５  ＧａＮバルク単結晶
７０１  種基板
７０２  トレイ
７０３  間隔ｄ
７０４  ｍ面（１−１００）
７０５  ＧａＮバルク単結晶
８０１  種基板
８０２  トレイ
８０３  間隔ｄ
８０４  ｍ面（１−１００）
８０５  ＧａＮバルク単結晶
８０６  多結晶
【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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