(57)【要約】      （修正有）【課題】単結晶体が成長して厚くなっても、簡単に割れることがなく、転位や不純物の少ない高品質な単結晶体の成長を連続的に行うことができる単結晶体の製造方法を提供する。【解決手段】反応加熱室２ａ内に種基板３ａを配置し、反応加熱室２ａ内に腐食性ガスを原料ガス５ａ，５ｂとして導入するとともに、種基板３ａを含む領域を加熱して、種基板３ａ上に単結晶体３ｂを気相成長させる単結晶体の製造方法であって、反応加熱室２ａ内には、耐腐食処理を施した熱反射用金属板８ａ，８ｂが、反射面を、種基板３ａを含む領域に向けて配置されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応加熱室内に種基板を配置し、この反応加熱室内に腐食性ガスを原料ガスとして導入するとともに前記種基板を含む領域を加熱して、前記種基板上に単結晶体を気相成長させる単結晶体の製造方法であって、
前記反応加熱室内には、耐腐食処理を施した熱反射用金属板が、反射面を前記領域に向けて配置されている、単結晶体の製造方法。
【請求項２】
前記熱反射用金属板が、前記領域から離れる方向に沿って、複数枚が所定の間隔でスタック配置されて成る、請求項１に記載の単結晶体の製造方法。
【請求項３】
前記熱反射用金属板が、モリブデン、銀、白金、イリジウムの少なくとも１種からなる請求項１または請求項２に記載の単結晶体の製造方法。
【請求項４】
前記腐食性ガスが、塩化物ガスもしくはアンモニアガスを含有するものであり、
前記耐腐食処理が、前記熱反射用金属板の表面にＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＴａＣのいずれかをコーティングすることである、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の単結晶体の製造方法。
【請求項５】
前記気相成長法が、ハイドライド気相成長法である、請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の単結晶体の製造方法。
【請求項６】
前記単結晶体が、ＧａＮ単結晶，ＡｌＮ単結晶またはそれらの混晶から構成される、請求項１乃至請求項５のいずれかに記載の単結晶体の製造方法。
【請求項７】
前記種基板が、ＧａＮ単結晶，ＡｌＮ単結晶またはそれらの混晶から構成される、請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の単結晶体の製造方法。
【請求項８】
反応加熱室と、
前記反応加熱室内に、腐食性ガスを原料ガスとして導入するように設けられた原料ガス供給管と、
前記反応加熱室内に配設された、種基板を配置するサセプターと、
前記種基板を含む領域を加熱するヒータと、
前記反応加熱室内に配置され、耐腐食処理が施された熱反射用金属板であって、反射面が前記領域に向けて配置されている熱反射用金属板と、を具備する単結晶体の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基板の表面に、例えばＧａＮ，ＡｌＮ，ＡｌＧａＮなどの３族窒化物単結晶体（３族窒化物単結晶体）を気相成長法によって成長させるのに適した単結晶体の製造方法および単結晶体の製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化物体は、例えば、発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）などの発光素子，トランジスタ，パワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのパワーデバイスなどの電子素子などに用いられ、今後、使用の拡大が見込まれている。
【０００３】
しかしながら、ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの３族窒化物単結晶体は、高融点であること、Ｎ（窒素）の平衡蒸気圧が高いことなどから、液相からのバルク型の単結晶の製造が困難である。そのため、サファイア（Ａｌ２Ｏ３），炭化珪素（ＳｉＣ）などの異種基板（成長する窒化物体と異なる材料から成る基板）の上に、３族窒化物体から成る薄膜を気相成長させて、その薄膜を各種デバイス用に利用することが行われている。
【０００４】
さらに、近年、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法；Hydride Vapor Phase Epitaxy 法）などの気相成長法によって自立型のＧａＮ単結晶の基板の実用化が始まっている（例えば、特許文献１参照）。また、ＡｌＮ単結晶のＨＶＰＥ法による製造方法についても研究が行われている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２０００−１２９００号公報
【特許文献２】特開２００６−１６２９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来、ＨＶＰＥ法によって製造される３族窒化物単結晶体から成る基板は、サファイアやＧａＡｓ基板を種基板として厚膜で結晶成長させた後に、この種基板を剥離して３族窒化物単結晶基板を得ている。しかしながら、サファイアなどの異種基板は、成長させるＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの３族窒化物単結晶体から成る成長との格子定数や熱膨張の差が大きい。例えば、サファイアとＧａＮとの格子不整合は１３．７％、熱膨張差は５０％もあるため、サファイア上にＧａＮのエピタキシャルに成長させると転位が多く発生しやすく、割れやすいという問題がある。
【０００６】
ＬＥＤでは高輝度化、電子デバイスではハイパワー化が必要なため、転位を低減させた基板を得る必要がある。さらに、これらの発光素子、電子素子が汎用的に用いられるためには、基板の低コスト化も不可欠であり、歩留まり向上の観点からも割れを防止する必要がある。しかしながら、厚膜成長の厚さは数ｍｍ程度が上限であり、それ以上の厚みにすると基板の割れや、膜自体の品質低下が起こりやすく、基板の低コスト化の障害となっている。さらに現在、大口径（２インチ以上）の基板が要求されているが、大口径化に伴い、基板の反りが顕著になり、反りによる割れの発生の問題も生じてきている。
【０００７】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて完成されたものであり、その目的はこれらの問題を解決した単結晶体の製造方法および製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の単結晶体の製造方法は、反応加熱室内に種基板を配置し、この反応加熱室内に腐食性ガスを原料ガスとして導入するとともに前記種基板を含む領域を加熱して、前記種基板上に単結晶体を気相成長させる単結晶体の製造方法であって、前記反応加熱室内には、耐腐食処理を施した熱反射用金属板が、反射面を前記領域に向けて配置されている。
【０００９】
また、本発明の単結晶体の製造装置は、反応加熱室と、前記反応加熱室内に、腐食性ガスを原料ガスとして導入するように設けられた原料ガス供給管と、前記反応加熱室内に配設された、種基板を配置するサセプターと、前記種基板を含む領域を加熱するヒータと、前記反応加熱室内に配置され、耐腐食処理が施された熱反射用金属板であって、反射面が前記領域に向けて配置されている熱反射用金属板と、を具備している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の単結晶体の製造方法は、反応加熱室内に種基板を配置し、この反応加熱室内に腐食性ガスを原料ガスとして導入するとともに前記種基板を含む領域を加熱して、前記種基板上に単結晶体を気相成長させる単結晶体の製造方法であって、前記反応加熱室内には、耐腐食処理を施した熱反射用金属板が、反射面を前記領域に向けて配置されている。
この熱反射用金属板の作用により、成長中若しくは取出すための冷却過程における単結晶体の温度が均一に保たれる。また、この熱反射用金属板は耐腐食処理が施されているので、使用する金属が腐食して、単結晶の温度の状態に変動を生じたり、結晶中に不純物として取り込まれたりすることを抑制できる。以上のような作用を奏するため、結晶体が成長して厚くなっても、割れにくく、不純物の混入を防止し、高品質な状態で単結晶体の成長を安定して連続的に行うことができる。
【００１１】
なお、本発明の製造方法が上述した作用効果を奏する理由については、次のように推測している。
【００１２】
まず、ＨＰＶＥ法などによりバルク状の単結晶体を気相成長させる場合、気相から供給される化学種の濃度が従来の薄膜形成の場合などと比べると極めて高い。そして、これらの高濃度の化学種が連続的に基板上の成長表面に供給され、そこで高速に移動（マイグレーション）して単結晶を形成することになる。これを可能にするのは、成長表面における十分な温度である。
【００１３】
このような高速成長に必要な温度（熱）は、基板を保持するサセプターなどから基板を介して供給されるものが主であるため、従来の開放型の反応加熱室ではサセプターに取り付けた種基板の面内や成長した結晶の厚み方向に温度差を生じ、温度差によって組成ムラや熱膨張差による応力が発生する。そのため、従来では、基板の品質低下、反りや割れの問題が生じていたものと思われる。
【００１４】
このように、単結晶を気相により高速成長を行う場合、種基板が載置される領域を均熱化することが極めて重要であり、本発明者は実験を繰り返す中で、この点を知見して本発明を案出するに至ったのである。すなわち、本発明では、反射面を種基板の領域に向けた熱反射用金属板を設けることで、反応加熱室の種基板上に単結晶体が成長する領域を均熱に保つことができる。その結果、２インチ以上の大口径の種基板であっても、反りが低減されるとともに割れにくく、高品質な状態を保った状態での成長が可能となると思われる。
【００１５】
なお、均熱領域を確保するために、単に金属板を配設したとしても、原料ガスとして用いるアンモニアや塩化水素ガスによって腐食を起こし、表面の反射状態が変動するため、均熱領域の状態に変動が生じてしまい、安定した結果が得られない。また、腐食した金属原子が気相中に拡散して結晶中に取り込まれてしまう恐れもある。これに対して、本発明に係る熱反射用金属板では、表面に耐腐食処理が行われているため、安定して良好な結果を得ることができる。
【００１６】
以上の本発明の単結晶体の製造方法および製造装置によれば、割れおよび結晶欠陥の少ない高品質な単結晶基板を得ることができる。したがって、本発明の単結晶の製造方法を用いて製造した３族窒化物単結晶基板は、発光ダイオード（ＬＥＤ），半導体レーザ（ＬＤ）などの発光素子、トランジスタ，パワーＦＥＴ（Field Effect Transistor）などのパワーデバイスなどの電子素子に好適に使用される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の単結晶体の製造方法について、実施形態の一例を説明する。なお、以下の説明に用いる図は本発明の実施形態の一例示に過ぎず、これに限定されるものではない。また、図に示す各部材の大きさも、説明のため意図的にサイズを変えて記載してある場合があり、実際の比率とは異なる。
【００１８】
図１は、本発明の単結晶体の製造装置である気相成長装置の一例を示す断面模式図である。また、図２は、図１に示した気相成長装置Ｓにおける、本発明に係る熱反射用金属板の一例を示す模式図である。図１において、Ｓは気相成長装置、１は保持体（サセプター）、２は石英管、２ａは反応加熱室、３ａは成長用の種結晶の基板（種基板）、３ｂは成長した単結晶体、４ａおよび４ｂはヒータ、５は原料ガス導入管（５ａ，５ｂは原料ガス）、６はカウンターフローのガス流、７はガリウム容器、８は反射板（熱反射用金属板）を示す。なお、この図１に示す気相成長装置Ｓでは、石英管２の内部のうち、保持体１上の種基板が配置される側と原料ガスの射出口によって挟まれた領域が、反応加熱室２ａに該当する。
【００１９】
以下、この気相成長装置Ｓを用いて、本発明の単結晶体の製造方法を実施する方法について具体的に説明する。
【００２０】
（１）反射板８としては、０．５ｍｍ厚のモリブデン製のものを用い、反射面の表面を研磨した後に耐腐食処理として、ＳｉＯ２をスパッタ法で厚さ約５μｍのコーティングを行っている。さらに、本実施形態では、図２に示すように、この反射板８ａ，８ｂを気相成長装置の上下部フランジから、それぞれ耐熱性の金属棒８ｃで支持して配置している。図では６枚の反射板８が１０ｍｍ間隔で配置された例を示している。反射板８は、その反射面が、反応加熱室２ａ内の加熱領域（保持体１の種基板が配置される側の領域）に向けて配置されるので、加熱領域を均熱化することができる。
【００２１】
反射板８を構成する材質としては、耐熱性を有する金属を用いることが望ましく、モリブデン、銀、白金、イリジウムのうちいずれかを用いることが望ましい。中でも低コストで機械的強度に優れるモリブデンを用いることが好ましい。
【００２２】
また、反射板８の厚みは、例えば、０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度の範囲から選択することが可能である。反射面の表面は光沢を有する程度に研磨しておくことが望ましい。熱を反射して閉じ込める効果が高いからである。また、耐腐食処理としては、ＳｉＯ２、ＳｉＣおよびＴａＣのいずれかのコーティング膜をスパッタ法やＣＶＤ法により１μｍ〜１０μｍの範囲で設けることが望ましい。この膜厚の範囲とすれば、十分な耐腐食性が得られるとともに、コーティング膜表面が反射板８の反射面の研磨状態を反映した状態となり、十分な熱反射の効果が得られやすいからである。
【００２３】
反射板８は図１に示すように、ガスの流れを完全に遮断してしまわない程度に、反応管の横断面を塞ぐように設けることが望ましい。図１では反射板８ａは、保持体１の軸部がこの反射板８ａを貫装した状態となっており、反射板８ｂは２本の原料ガス導入管５がこの反射板８ｂを貫装した状態となっている。このような構成とすることで、反応加熱室２ａから外部に熱が出て行くルートを塞ぐことができるので、加熱領域の均熱化の効果が高まる。
【００２４】
また、反射板８は、図に示したように、複数枚が一枚ずつ間隔をあけて、加熱領域から離れる方向に沿ってスタック配置された構成になっていれば、熱の漏洩を防ぎ、均熱なゾーンを広げる効果が高まるので望ましい。このようなスタック構造は、図２に示すように、耐熱性の中空棒状のスペーサ８ｄと、貫通孔（不図示）を設けた反射板８とを交互に配置し、金属棒８ｃを孔部に嵌装させて組み立てればよい。なお、金属棒８ｃの表面にネジを切っておけば、各部材を組み立てた後にナットなどの締結部材８ｅ，８ｆを用いて螺合させて簡単に固定できる。反射板８をスタック配置する枚数は、２枚以上１０枚以下とすればよい。また、反射板８ａ，８ｂをスタック配置するときの間隔はスペーサ８ｄの長さにより調整可能であり、１ｍｍ以上２０ｍｍ以下の範囲とすれば良い。なお、金属棒８ｃ、スペーサ８ｄおよび締結部材８ｅ，８ｆを構成する材質は、反射板８に準ずる。
【００２５】
次に種基板３ａを保持体１で保持した状態で反射板８ａの貫通穴を通して気相成長装置Ｓの石英管２の内部に配置する。保持体１にはグラファイトを用いることができるが、後述するように原料ガスとして腐食性のアンモニアや塩化水素を使用するため、表面にＳｉＣ、ＢＮおよびＴａＣからなる群から選ばれる１種以上をコーティングしておくことが好ましい。なお、コーティング法としては、ＣＶＤ法、スパッタ法などが挙げられる。これにより保持体１の耐食性が向上する。なお、ＢＮのなかでもＰＢＮが好ましい。ＰＢＮとは、焦性窒化ホウ素（パイロリティックＢＮ（ｐ−ＢＮ））である。
【００２６】
また、保持体１の中心軸を中心として保持した種基板３ａを回転させる機構を設け、結晶の成長中に自転させることが望ましい。これにより、種基板３ａ上に成長する結晶の均一性を向上させることができる。なお、回転数としては、例えば、２ｒｐｍ〜５０ｒｐｍ程度の範囲から選択することが可能である。
【００２７】
種基板３ａは、ここでは３族窒化物単結晶体を用いた例で説明する。具体的には、ＧａＮ，ＡｌＧａＮなどの窒化ガリウム系化合物半導体、ＡｌＮなどを用いることができる。また、３族窒化物単結晶体がＧａＮ単結晶の場合、種基板３ａとしては、サファイア、ＳｉＣ、ＧａＮ単結晶、ＡｌＮ単結晶、またはＧａＮ単結晶およびＡｌＮ単結晶の混晶などを挙げることができる。中でも、ＧａＮ単結晶やＡｌＮ単結晶またはＧａＮ単結晶およびＡｌＮ単結晶の混晶が好適に用いられる。成長用の種基板３ａの厚みは０．３〜０．６ｍｍ程度である。また、成長用の種基板３ａの直径は２０ｍｍ〜６０ｍｍである。
【００２８】
気相成長装置Ｓの本体である石英管２は、石英などからなり、形状は円筒状、角筒状などの筒状体のものが好適に用いられる。上述したように、石英管２の内部のうち、保持体１上の種基板が配置される側と原料ガスの射出口によって挟まれた領域が本発明に係る反応加熱室２ａに該当する。
【００２９】
（２）次に、保持体１の側のヒータ４ｂを７００℃以上に加熱し、原料ガス５ａや５ｂとともにカウンターフロー６を導入し、種基板３ａ上に単結晶体３ｂを成長させる。
【００３０】
このための気相成長法としては、ハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）を用いることが好ましい。なお、その他の気相成長法としては有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）、昇華法などが挙げられるが、成長速度が速く、品質も良く、窒化物体を作製させやすいという理由によりＨＶＰＥ法が好ましい。以下、ＨＶＰＥ法を用いた例で説明する。
【００３１】
原料ガス５ａや５ｂには、Ｖ族のアンモニアと３族の塩化ガリウムを用い、カウンターフロー６には窒素や水素またはこれらの混合ガスを用いる。塩化ガリウムは、金属ガリウムを石英製のガリウム容器７に充填し、約８００℃で塩化水素ガスを流して反応させることにより生成する。
【００３２】
ヒータ４ａおよび４ｂは、石英管２の外周部に周設され、例えば、抵抗加熱方式のものを用いることができる。保持体１側のヒータ４ｂは、低温バッファ層などの成膜時には５００〜１０００℃、単結晶成長開始時は１０００〜１３００℃とすることにより、保持体１と種基板３ａを加熱すると良い。なお、低温バッファ層は成長用の種基板３ａとしてサファイア基板を用いた場合に必要となり、１０〜１００ｎｍで成膜される。なお、低温バッファ層を成膜する場合、ガス組成は単結晶体３ｂを成長させるときと同じである。
【００３３】
気相成長装置Ｓ内に供給されて窒化物体を成長させる原料ガスは、アンモニア（ＮＨ３）ガス，塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガス，塩化水素（ＨＣｌ）ガスなどの金属に対する腐食性を有する腐食性ガスである。さらに窒素（Ｎ２）ガス，水素（Ｈ２）ガス，シラン（ＳｉＨ４）ガスなどを含んでいてもよい。
【００３４】
塩化水素ガスを用いる場合、塩化水素は気相成長装置Ｓのガス供給管のガリウム容器７部でガリウム金属と８００℃程度の温度で反応させて塩化ガリウム（ＧａＣｌ）ガスとして原料ガス５ｂとして供給される。このためには、原料供給側のヒータ４ａを所定の温度に加熱することにより、ガリウム容器７を加熱するとよい。このようにして生成した塩化ガリウムガスの原料ガス５ｂに、アンモニアガスを原料ガス５ａから供給して混合させて、所定の温度とした種基板３ａに供給することによって種基板３ａの表面にＧａＮの単結晶体３ｂを高速で成長させることができる。なお、反応時の圧力は、通常、ＨＰＶＥ法では大気圧（常圧）とする。
【００３５】
アンモニアガスと塩化水素ガスの流量比は、アンモニアガスの流量が塩化水素ガスの流量の１５〜３０倍程度とするとよい。この比率とすることによって、ＧａＮ単結晶体の成長速度を高めることができ、ＧａＮ単結晶体中の転位を増加させる柱状結晶の成長を抑えることができる。
【００３６】
カウンターフロー６は、原料ガスを乱流の起こらないように層流にしたり、成長に寄与できなかった反応生成物を装置の外部に運んだり、石英管２の内側に付着物が付着することを防止したりするために導入されるガス流である。上述したように、窒素や水素またはこれらの混合ガスを用いることができ、原料ガス５ａ，５ｂの数倍〜数十倍の流量とする。具体的には、３〜２０倍程度の流量とすることが望ましい。
【００３７】
従来、結晶成長時の温度は、成長開始時に１０００〜１３００℃の特定の温度で行い、同一の温度を保持した状態で結晶成長が行われ、反射板８は用いられていなかった。このような従来の方法では、単結晶体の成長に応じて転位が発生したり割れたりする傾向があった。これに対して、本発明では、上述したように、耐腐食処理を施した熱反射用金属板である反射板８を設けた。これにより、反応管内の温度、特にサセプターに固定された種基板の面内温度や厚く成長させた結晶の厚み方向の均熱性が確保され、割れにくく、転位や不純物の少ない高品質な結晶成長が可能となる。
【００３８】
ＧａＮの単結晶体３ｂから基板形状に加工するには、半導体シリコンなどの一般的なウェハ加工工程を適用することができ、概ね以下のような工程を経れば良い。
【００３９】
（ａ）ダイアモンド砥石を使用して成長させたＧａＮの単結晶体を外周研削して所定の外径とする。
【００４０】
（ｂ）ＧａＮの単結晶体を、ダイアモンド砥粒などを固着させたワイヤ、または、真鍮ワイヤにダイアモンドやＳｉＣ砥粒をスラリーで滴下しながら、ワイヤの往復運動で結晶を切断するワイヤーソーにより、所定厚み（例えば０．６ｍｍ）のウェハ形状に切り出す。
【００４１】
（ｃ）ＧａＮの単結晶ウェハの両面をダイアモンド砥粒、または、ＳｉＣ砥粒を用いて粗研磨した後に、コロイダルシリカを用いてデバイス工程で使用する表面を鏡面研磨することにより、ＧａＮの単結晶ウェハ基板を得る。
【００４２】
以上より、光学素子、電子素子に適用される窒化ガリウム系化合物半導体をエピタキシャル成長するのに好適なＧａＮ単結晶などから成る窒化物体の基板が製造可能となる。
【００４３】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の変更を施すことは何等差し支えない。
【００４４】
例えば、ＡｌＮ単結晶から成る種基板３ａを用い、ガリウムに替えてアルミニウムを使用し、ヒータ４ａ，４ｂとして高周波誘導加熱コイルを用い、アンモニア（ＮＨ３）ガスと塩化水素（ＨＣｌ）ガスを主成分とする原料ガスを供給することによって、ＡｌＮ単結晶の成長が可能となる。また、原料ガスの塩化水素に変えて金属アルミニウムを用いずに、有機金属ガスのトリメチルアルミニウムを用いても同様である。
【００４５】
また、図１では、種基板３ａに対して、単結晶体３ｂの成長面を鉛直方向に対して下向きとなるように配置して成長させた場合について説明した。この場合、成長面に対してゴミなどが落下することを低減できるので好ましい。しかしながら、成長面が鉛直方向に対して上向き、あるいは鉛直方向に対して横向きになるように、単結晶体３ｂを配置しても構わない。
【００４６】
さらに、気相成長装置Ｓは、図１のような形状に限定されるものではなく、気相中で窒化物体を成長させる装置に適用可能であり、原料ガスも実施例に示した材料に限定されず、窒化物体を成長可能な原料ガスに応用可能である。
【実施例】
【００４７】
本発明の窒化物体の製造方法の実施例について以下に説明する。
【００４８】
図１に示す気相成長装置Ｓを用いてＧａＮ単結晶体を製造した。まず、ＳｉＯ２を５μｍコーティングした直径９０ｍｍ、厚み０．５ｍｍのモリブデン製の反射板８ａおよび８ｂを用い、種基板３ａとして、直径５２ｍｍ、厚み０．４ｍｍの円板状のＧａＮ単結晶から成るものを用いた。気相成長装置Ｓである石英管２内（内径９５ｍｍ）に設置された、外径６０ｍｍ、厚さ２０ｍｍの円筒状でＳｉＣを０．２ｍｍコーティングしたグラファイトから成る保持体１に、種基板３ａの成長面が下向きになるように外周部を挟持して固定した。
【００４９】
次に、ガリウムをガリウム容器７に収容し、抵抗型のヒータ４ａに通電して石英管内を加熱し、ガリウムの温度をヒータ４ａにより８００℃程度に制御しながら、塩化水素ガスを３０ｃｃ／分の量で供給し、塩化ガリウムを３族の原料ガスとして５ｂから供給した。また、ほぼ同時にアンモニアガスを７５０ｃｃ／分の量でＶ族の原料ガス５ａとして供給した。さらに、種基板３ａの温度は１０００℃になるようにヒータ４ｂを１１００℃に制御した。これにより、保持体１を２０ｒｐｍで回転させながらＧａＮの単結晶体３ｂの成長を開始し、成長厚み２５ｍｍまで結晶成長を行った。
【００５０】
結晶成長終了後、気相成長装置ＳからＧａＮの単結晶体を取り出し、ダイアモンド砥石を使用して外径５０．８ｍｍとなるように外周研削した。その後、外周研削したＧａＮの単結晶体をダイアモンド砥粒が固着したワイヤを用いて、ワイヤーソーにより厚み０．６ｍｍに複数枚切断し、ＧａＮの単結晶基板を得た。
【００５１】
次に、ワイヤーソーにより切り出したＧａＮ単結晶基板の両面を、ダイアモンド砥粒を用いて粗研磨し、さらに、コロイダルシリカを用いて、結晶成長に用いる面をメカノケミカル研磨して鏡面加工し、直径５０．８ｍｍ、厚み０．４ｍｍのＧａＮ単結晶基板のウェハを作製した。
【００５２】
以上のようにして作製した、ＧａＮ単結晶基板のウェハ表面をＸ線トポグラフ像で観察したところ、平均転位密度は５×１０４ｃｍ−２であった。また、反射板８に使用したモリブデンが結晶中へ混入したかどうか、ＳＩＭＳ分析で結晶の分析を行ったところ、モリブデンは検出されなかった。
【００５３】
なお、比較例１として、反射板８を用いない以外は全く実施例と同じの工程でＧａＮの単結晶種基板上にＧａＮ単結晶体を作製したところ、成長厚みが５ｍｍ程度のところで割れの発生が起こった。また、この比較例のＧａＮ単結晶体からウェハを作製し、５ｍｍまでの平均転位密度を測定したところ、２×１０５ｃｍ−２であり、割れや品質の点で本発明の有効性が確認された。
【００５４】
さらに、比較例２として、種基板として、サファイアを用いた以外は比較例１と同じとしたところ、成長させたＧａＮ単結晶体は成長厚みが１ｍｍを超えると割れを生じた。また、割れた部分を避けて測定した平均転位密度は２×１０８ｃｍ−２程度であり、比較例１と同様に、割れの発生や品質面での本発明の有効性が確認された。
【００５５】
さらに、比較例３として、ＳｉＯ２コーティングしないモリブデン製の反射板を設けた点以外は全く実施例と同じ工程でＧａＮの単結晶種基板上にＧａＮ単結晶体を作製したところ、２５ｍｍ厚みでも割れは発生しなかった。また、この比較例のＧａＮ単結晶体からウェハを作製し、５ｍｍまでの平均転位密度を測定したところ、２×１０５ｃｍ−２であった。しかしながら、モリブデンの混入をＳＩＭＳで分析したところ、３×１０１８ａｔｏｍｓ／ｃｃの量が検出された。以上のように、不純物混入の点で本発明の有効性が確認された。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の単結晶体の製造装置である気相成長装置の一例を示す断面模式図である。
【図２】図１に示した気相成長装置Ｓにおける、本発明に係る熱反射用金属板の一例を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｓ：気相成長装置
１：保持体
２：石英管
２ａ：反応加熱室
３ａ：種基板
３ｂ：（成長した）単結晶体
４ａ，４ｂ：ヒータ
５：原料ガスの導入管
５ａ，５ｂ：原料ガス
６：カウンターフローのガス流
７：ガリウム容器
８：反射板（熱反射用金属板）
８ａ，８ｂ：反射板
８ｃ：金属棒
８ｄ：スペーサ
８ｅ，８ｆ：締結部材
【図１】
2010083683.tif 000003
【図２】
2010083683.tif 000004