(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒素ガス配管が接続された耐圧容器と、
該耐圧容器の内部に配置された加熱空間と、
該加熱空間の内部に配置された回転台と、
該回転台に載置され、前記窒素ガス配管と連結されていない窒素ガス導入部を有する反応容器と、
該反応容器の内部に配置され、種結晶基板、３Ｂ族金属及びフラックスを収容する育成容器と、
を備え、
窒素ガスは、前記窒素ガス配管から前記耐圧容器内及び前記加熱空間内に供給されたあと前記窒素ガス導入部から前記反応容器の内部を経て前記育成容器の内部へ導入され、
前記窒素ガス導入部は、前記窒素ガス配管の開口の手前まで延びるパイプであるか、又は、前記回転台が１回転するごとに前記窒素ガス配管の開口の手前に先端が達するように形成されたパイプである、
３Ｂ族窒化物結晶板製造装置。
【請求項２】
請求項１に記載の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置であって、
前記回転台に取り付けられ、内部磁石が一体化された回転シャフトと、
前記耐圧容器と一体化され、前記回転シャフトが収納された筒状のケーシングと、
該ケーシングが挿通され、モータによって回転する筒状の外部磁石と、
を備えた３Ｂ族窒化物結晶板製造装置。
【請求項３】
前記育成容器は、前記種結晶基板を嵌め込み可能なトレーと、該トレーを傾斜した状態で支持する支持台とを備えている、
請求項１又は２に記載の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置。
【請求項４】
前記３Ｂ族窒化物は、窒化ガリウムである、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置。
【請求項５】
前記フラックスが金属ナトリウムを含む、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化ガリウムなどの３Ｂ族窒化物の結晶板をフラックス法で製造する３Ｂ族窒化物製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、窒化ガリウムなどの３Ｂ族窒化物を用いて青色ＬＥＤや白色ＬＥＤ、青紫色半導体レーザなどの半導体デバイスを作製し、その半導体デバイスを各種電子機器へ応用することが活発に研究されている。従来の窒化ガリウム系半導体デバイスは、主に気相法により作製されている。具体的には、サファイア基板やシリコンカーバイド基板の上に窒化ガリウムの薄膜を有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ）などによりヘテロエピタキシャル成長させて作製される。この場合、基板と窒化ガリウムの薄膜との熱膨張係数や格子定数が大きく異なるため、高密度の転位（結晶における格子欠陥の一種）が窒化ガリウムに生じる。このため、気相法では、転位密度の低い高品質な窒化ガリウムを得ることが難しかった。一方、気相法のほかに、液相法も開発されている。フラックス法は、液相法の一つであり、窒化ガリウムの場合、フラックスとして金属ナトリウムを用いることで窒化ガリウムの結晶成長に必要な温度を８００℃程度、圧力を数ＭＰａに緩和することができる。具体的には、金属ナトリウムと金属ガリウムとの混合融液中に窒素ガスが溶解し、窒化ガリウムが過飽和状態になって結晶として成長する。こうした液相法では、気相法に比べて転位が発生しにくいため、転位密度の低い高品質な窒化ガリウムを得ることができる。【０００３】
こうしたフラックス法に関する研究開発も盛んに行われている。例えば、特許文献１には、フラックス法を採用し高品質の結晶が製造可能な３Ｂ族窒化物結晶板製造装置が開示されている。この製造装置は、窒素ガス配管が接続された耐圧容器と、該耐圧容器の内部に配置された加熱空間と、該加熱空間の内部に配置された反応容器と、該反応容器の内部に配置された育成容器としての坩堝とを備えたものである。そして、窒素ガス配管は、反応容器内に窒素ガスを直接導入可能なように接続されている。この製造装置を使用して３Ｂ族窒化物結晶板を製造する場合、種結晶基板と３Ｂ族元素とフラックスとを入れた坩堝を反応容器の内部に配置し、反応容器に窒素ガスを直接導入しながら加熱・加圧雰囲気下で結晶を成長させる。このように窒素ガスを耐圧容器を介さず反応容器に直接導入するため、耐圧容器等に付着した不純物の結晶成長の場への混入が防止され、高品質の結晶が得られるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】ＷＯ２００５／１０３３４１
【発明の開示】
【０００５】
しかしながら、特許文献１では、種結晶基板と３Ｂ族元素とフラックスとを入れた坩堝を反応容器の内部に配置するたびに、窒素ガスが窒素ガス配管から反応容器に直接導入されるように組み付ける必要があり、組付作業が煩雑になるという問題があった。
【０００６】
本発明は、耐圧容器を介して窒素ガスを反応容器に導入しても高品質な３Ｂ族窒化物の結晶が得られるようにすることを主目的とする。
【０００７】
本発明の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置は、
窒素ガス配管が接続された耐圧容器と、
該耐圧容器の内部に配置された加熱空間と、
該加熱空間の内部に配置された回転台と、
該回転台に載置され、前記窒素ガス配管と連結されていない窒素ガス導入部を有する反応容器と、
該反応容器の内部に配置され、種結晶基板、３Ｂ族金属及びフラックスを収容する育成容器と、
を備え、
窒素ガスは、前記窒素ガス配管から前記耐圧容器内及び前記加熱空間内に供給されたあと前記窒素ガス導入部から前記反応容器の内部を経て前記育成容器の内部へ導入されるものである。
【０００８】
この３Ｂ族窒化物結晶板製造装置では、種結晶基板、３Ｂ族金属及びフラックスを収容する育成容器を反応容器の内部に配置し、その反応容器を回転台に載置する。この回転台は、耐圧容器内に設けられた加熱空間の内部に配置されている。そして、加圧窒素ガスの雰囲気下、加熱空間を所定温度に加熱した状態で回転台を回転させる。窒素ガスは、窒素ガス配管から耐圧容器内及び加熱空間内に供給されたあと窒素ガス導入部から反応容器の内部を経て育成容器の内部へ導入され、３Ｂ族金属及びフラックスを含む混合融液に溶け込む。その後、混合融液中で３Ｂ族窒化物が過飽和状態になって結晶として種結晶基板上で成長する。このとき、回転台に載置された反応容器は窒素ガス導入部を有しているが、この窒素ガス導入部は窒素ガス配管と連結されていないため、回転台が回転するのに伴って反応容器が回転するのを窒素ガス導入部や窒素ガス配管が妨げることはない。また、回転条件の適正化により、窒素ガス導入部が窒素ガス配管と連結されていなくても高品質な３Ｂ族窒化物の結晶を得ることができる。
【０００９】
ここで、３Ｂ族窒化物としては、窒化ホウ素（ＢＮ）、窒化アルミニウム（ＡｌＮ）、窒化ガリウム（ＧａＮ）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化タリウム（ＴｌＮ）などが挙げられるが、このうち窒化ガリウムが好ましい。種結晶基板としては、例えば、サファイア基板やシリコンカーバイド基板、シリコン基板などの表面に３Ｂ族窒化物と同じ種類の薄膜が形成されたものを用いてもよいし、３Ｂ族窒化物と同じ種類の基板を用いてもよい。
【００１０】
本発明の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置において、前記窒素ガス導入部は、前記窒素ガス配管の開口の手前まで延びるパイプであってもよい。あるいは、前記窒素ガス導入部は、前記回転台が１回転するごとに前記窒素ガス配管の開口の手前に先端が達するように形成されたパイプであってもよい。こうすれば、窒素ガス配管から供給される窒素ガスを効率よく反応容器内に取り込むことが可能となる。このとき、窒素ガス配管の開口径がパイプの先端の径よりも大きくなるように設計してもよい。こうすれば、窒素ガスがパイプの周囲にも流れるため、パイプ内に不純物が入りにくい。
【００１１】
本発明の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置は、更に、前記回転台に取り付けられ、内部磁石が一体化された回転シャフトと、前記耐圧容器と一体化され、前記回転シャフトが収納された筒状のケーシングと、該ケーシングが挿通され、モータによって回転する筒状の外部磁石と、を備えていてもよい。こうすれば、耐圧容器の内部を密閉状態に保ったまま反応容器を回転させることができる。
【００１２】
本発明の３Ｂ族窒化物結晶板製造装置において、前記育成容器は、前記種結晶基板を嵌め込み可能なトレーと、該トレーを傾斜した状態で支持する支持台とを備えていてもよい。こうすれば、種結晶基板の全面において結晶の成長が十分進みやすい。すなわち、育成容器の底面の周縁は混合融液が淀みやすいため、その付近に種結晶基板の一部が位置しているとその部分の結晶の成長が不十分になりやすい。しかし、育成容器が上述したトレーと支持台とを備えている場合には、育成容器の底面周縁付近に種結晶基板が位置することはなく、種結晶基板の全面において結晶の成長が十分進むのである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】結晶板製造装置１０の全体の構成を示す説明図（断面図）である。
【図２】他の実施形態の結晶板製造装置１０の全体の構成を示す説明図（断面図）である。
【図３】他の実施形態の結晶板製造装置１０の部分拡大図である。
【図４】他の実施形態の結晶板製造装置１０の部分拡大図である。
【図５】実施例１で得られた窒化ガリウム結晶板の写真である。
【図６】実施例４で得られた窒化ガリウム結晶板の写真である。
【図７】実施例７で得られた窒化ガリウム結晶板の写真である。
【図８】比較例１で得られた窒化ガリウム結晶板の写真である。
【図９】比較例２で得られた窒化ガリウム結晶板の写真である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の３Ｂ族窒化物結晶板を製造するための好適な装置について、図１を用いて以下に説明する。図１は、結晶板製造装置１０の全体構成を示す説明図（断面図）である。【００１５】
結晶板製造装置１０は、図１に示すように、真空引きをしたり加圧窒素ガスを供給したりすることが可能な耐圧容器１２と、この耐圧容器１２内で回転可能な回転台３０と、この回転台３０に載置される反応容器４２とを備えている。【００１６】
耐圧容器１２は、上下面が円板である円筒形状に形成され、内部にヒータカバー１４で囲まれた加熱空間１６を有している。この加熱空間１６は、ヒータカバー１４の側面の上下方向に配置された上段ヒータ１８ａ、中段ヒータ１８ｂ及び下段ヒータ１８ｃのほか、ヒータカバー１４の底面に配置された底部ヒータ１８ｄによって内部温度が調節可能となっている。この加熱空間１６は、ヒータカバー１４の周囲を覆うヒータ断熱材２０によって断熱性が高められている。また、耐圧容器１２には、窒素ガスボンベ２２の窒素ガス配管２４が接続されると共に真空ポンプ２６の真空引き配管２８が接続されている。窒素ガス配管２４は、耐圧容器１２、ヒータ断熱材２０及びヒータカバー１４を貫通して加熱空間１６の内部に開口している。この窒素ガス配管２４は、途中で分岐して耐圧容器１２とヒータ断熱材２０との隙間にも開口している。ヒータカバー１４は、完全に密閉されているわけではないが、ヒータカバー１４の内外で大きな圧力差が生じないようにするために、窒素ガスをヒータカバー１４の内外に供給する。窒素ガス配管２４のうち加熱空間１６の内部に通じている分岐管には、流量を調節可能なマスフローコントローラ２５が取り付けられている。真空引き配管２８は、耐圧容器１２を貫通し、耐圧容器１２とヒータ断熱材２０との隙間に開口している。ヒータカバー１４の外側が真空状態になれば窒素ガス配管２４によって連結された加熱空間１６も真空状態になる。【００１７】
回転台３０は、円盤状に形成され、加熱空間１６の下方に配置されている。この回転台３０の下面には、内部磁石３２を有する回転シャフト３４が取り付けられている。この回転シャフト３４は、ヒータカバー１４及びヒータ断熱材２０を通過して、耐圧容器１２の下面と一体化された筒状のケーシング３６に挿入されている。ケーシング３６の外周には、筒状の外部磁石３８が図示しないモータによって回転可能に配置されている。この外部磁石３８は、ケーシング３６を介して回転シャフト３４の内部磁石３２と向かい合っている。このため、外部磁石３８が回転するのに伴って内部磁石３２を有する回転シャフト３４が回転し、ひいては回転台３０が回転することになる。また、外部磁石３８が上下に移動するのに伴って内部磁石３２を有する回転シャフト３４が上下に移動し、ひいては回転台３０が上下に移動することになる。【００１８】
反応容器４２は、有底筒状で金属製の反応容器本体４４と、この反応容器本体４４の上部開口を閉鎖する金属製の反応容器蓋４６とを備えている。反応容器蓋４６には、下面中心から斜め上方に窒素ガスを導入するためのインレットパイプ４８が取り付けられている。このインレットパイプ４８は、回転台３０の回転に伴って反応容器４２が回転して窒素ガス配管２４に最接近したとしても、窒素ガス配管２４に衝突しないように設計されている。具体的には、インレットパイプ４８が窒素ガス配管２４に最接近したときの両者の距離は、数ｍｍ〜数十ｃｍに設定されている。このインレットパイプ４８は、回転台３０が１回転するごとに窒素ガス配管２４の開口の手前に先端が達する。反応容器本体４４の内部には、有底筒状でアルミナ製の育成容器５０が配置されている。育成容器５０には、円板状でアルミナ製の種結晶基板トレー５２が配置されている。この種結晶基板トレー５２は、中央部分に円板状の種結晶基板５４をはめ込むための凹みを有しており、一端がトレー台５６に載せられ、他端が育成容器５０の底面に接している。種結晶基板５４は、サファイア基板の表面に３Ｂ族窒化物と同じ種類の薄膜が形成されたものを用いてもよいし、３Ｂ族窒化物と同じ種類の基板を用いてもよい。また、育成容器５０には、３Ｂ族金属やフラックスが収容されている。フラックスとしては、各種金属の中から３Ｂ族金属の種類に応じて適宜選択すればよく、例えば３Ｂ族金属がガリウムの場合にはアルカリ金属が好ましく、金属ナトリウムや金属カリウムがより好ましく、金属ナトリウムが更に好ましい。３Ｂ族金属やフラックスは加熱することにより混合融液となる。本実施形態では、反応容器４２及び育成容器５０は、回転台３０の回転中心と同軸になるように配置されている。このため、回転中は育成容器５０内の混合融液は水平方向に回転し、垂直方向に大きく揺れ動くことはない。【００１９】
このようにして構成された本実施形態の結晶板製造装置１０の使用例について説明する。この結晶板製造装置１０は、フラックス法により３Ｂ族窒化物を製造するのに用いられる。以下には、３Ｂ族窒化物結晶板として窒化ガリウム結晶板を製造する場合を例に挙げて説明する。この場合、種結晶基板５４としてはＧａＮテンプレート、３Ｂ族金属としては金属ガリウム、フラックスとしては金属ナトリウムを用意し、それらを育成容器５０に入れる。その育成容器５０を反応容器４２の内部に配置し、その反応容器４２を回転台３０に載置する。そして、真空ポンプ２６を駆動して耐圧容器１２内を真空状態にしたあと、窒素ガスボンベ２２から窒素ガス配管２４を介して耐圧容器１２の加熱空間１６に窒素ガスを供給し、加圧状態とする。そして、加圧窒素ガスの雰囲気下、加熱空間１６を所定温度に加熱した状態で回転台３０を回転させる。この間、窒素ガスは、窒素ガス配管２４から耐圧容器１２内の加熱空間１６に供給されたあとインレットパイプ４８から反応容器４２の内部を経て育成容器５０の内部へ導入され、金属ガリウム及び金属ナトリウムを含む混合融液に溶け込む。すると、混合融液中で窒化ガリウムが過飽和状態になって結晶として種結晶基板５４上で成長する。この混合融液にカーボンを適量加えると、雑晶の生成が抑制されるため好ましい。雑晶とは、種結晶基板５４以外の場所に結晶化した窒化ガリウムを意味する。育成容器５０内の混合融液中で成長した窒化ガリウム結晶板は、冷却後、容器に有機溶剤（例えばメタノールやエタノールなどの低級アルコール）を加えて該有機溶剤にフラックスなどの不要物を溶かすことにより回収することができる。また、回転条件の適正化により、インレットパイプ４８が窒素ガス配管２４と連結されていなくても高品質な窒化ガリウムの結晶を得ることができる。【００２０】
こうして得られた窒化ガリウム結晶板は、インクルージョンの含有率が１０％以下（成長条件によっては２％以下）となる。インクルージョンは、窒化ガリウムの結晶中に取り込まれた混合融液（金属ガリウムと金属ナトリウムとの融液）が固化したものである。インクルージョンの含有率は、窒化ガリウム結晶板の板面を研磨加工したあと撮影した画像に２値化処理を施すことにより得られる２値画像の黒色部分の面積の占有率である。【００２１】
上述したように窒化ガリウム結晶板を製造する場合、加熱温度は７００〜１０００℃に設定するのが好ましく、８００〜９００℃に設定するのがより好ましい。加熱空間１６の温度を均一にするには、上段ヒータ１８ａ、中段ヒータ１８ｂ、下段ヒータ１８ｃ、底部ヒータ１８ｄの順に温度が高くなるように設定したり、上段ヒータ１８ａと中段ヒータ１８ｂを同じ温度Ｔ１に設定し、下段ヒータ１８ｃと底部ヒータ１８ｄをその温度Ｔ１よりも高い温度Ｔ２に設定したりするのが好ましい。また、加圧窒素ガスの圧力は、１〜７ＭＰａに設定するのが好ましく、２〜６ＭＰａに設定するのがより好ましい。加圧窒素ガスの圧力を調整するには、まず、真空ポンプ２６を駆動して真空引き配管２８を介して耐圧容器１２の内部圧力を高真空状態（例えば１Ｐａ以下とか０．１Ｐａ以下）とし、その後、真空引き配管２８を図示しないバルブによって閉鎖し、窒素ガスボンベ２２から窒素ガス配管２４を介してヒータカバー１４の内外に窒素ガスを供給することにより行う。窒化ガリウム結晶が成長している間、窒素ガスは混合融液に溶解して消費されて加圧窒素ガスの圧力が低下するため、結晶成長中は加熱空間１６に窒素ガスをマスフローコントローラ２５により所定流量となるように供給し続ける。この間、窒素ガス配管２４のうちヒータカバー１４の外側に通じている分岐管は図示しないバルブにより閉鎖する。【００２２】
また、種結晶基板５４を混合融液に浸漬した育成容器５０は、種結晶基板５４上での窒化ガリウムの結晶成長速度が５〜２５μｍ／ｈ、好ましくは１０〜２５μｍ／ｈとなるように回転させる。結晶成長速度が５μｍ／ｈを下回ると結晶育成時間が過大となり現実的に製造するのが困難になり、結晶成長速度が２５μｍ／ｈを上回るとインクルージョンの含有率が増加する傾向にあるため好ましくない。また、育成容器５０を回転させるにあたり、反転させることなく一方向に回転させるか、一方向に１分間以上回転させたあと逆方向に１分間以上回転させるという反転操作を繰り返すか、一方向に５秒間以上回転させたあと０．１秒以上停止し、その後同じ方向に５秒間以上回転させるという間欠操作を繰り返すことが好ましい。後者の場合、これより短い周期で反転操作や間欠操作を繰り返すと、結晶成長速度が速くなり過ぎ、インクルージョンの含有率が増加してしまうため好ましくない。更に、混合融液が深さ方向（垂直方向）に混ざりすぎると、結晶成長速度が速くなり過ぎ、インクルージョンの含有率が増加してしまうため好ましくない。窒化ガリウム結晶の成長時間は、加熱温度や加圧窒素ガスの圧力に応じて適宜設定すればよく、例えば数時間〜数１００時間の範囲で設定すればよい。【００２３】
以上詳述したように、本実施形態の結晶板製造装置１０によれば、密閉された耐圧容器１２内で混合融液の入った育成容器５０を穏やかに回転させながら高温下で窒素ガスを導入することにより、インレットパイプ４８が窒素ガス配管２４と連結されていなくても、インクルージョンの含有率が１０％以下、好ましくは２％以下の高品質な３Ｂ族窒化物結晶が得られる。このため、３Ｂ族窒化物結晶が高品質であることが要求される各種の技術分野、例えばポスト蛍光灯といわれている高演色性の白色ＬＥＤや高速高密度光メモリ用青紫レーザディスク、ハイブリッド自動車用のインバータに用いるパワーデバイスなどに用いることができる。【００２４】
また、中央に種結晶基板５４を嵌め込んだ種結晶基板トレー５２を用い、その一端をトレー台５６に載せて傾けた状態で育成容器５０内に配置しているため、種結晶基板５４の全面において結晶の成長が十分進みやすい。育成容器５０の底面の周縁は混合融液が淀みやすいため、その付近に種結晶基板５４の一部が位置しているとその部分の結晶の成長が不十分になりやすい。しかし、本実施形態では、種結晶基板トレー５２を用いているため、育成容器５０の底面周縁付近に種結晶基板５４が位置することはなく、種結晶基板５４の全面において結晶の成長が十分進むのである。【００２５】
更に、窒素ガス配管２４とインレットパイプ４８とを分断したため、回転台３０と共に反応容器４２が回転するのをこれらの配管２４やパイプ４８が妨げることがない。【００２６】
更にまた、上、中、下段ヒータ１８ａ〜１８ｃに加えて底部ヒータ１８ｄを配置したため、加熱空間１６のうち温度が不均一になりやすい底面付近も含めて全体を均一な温度に維持することができる。【００２７】
そしてまた、ケーシング３６の外周に配置した外部磁石３８が回転及び上下移動するのに伴って内部磁石３２と一体化された回転シャフト３４が回転及び上下移動するようにしたため、耐圧容器１２の内部を密閉状態に保ったまま反応容器４２を回転及び上下移動させることができる。【００２８】
なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得ることはいうまでもない。【００２９】
例えば、上述した実施形態では、反応容器蓋４６の下面中心から斜め上方にインレットパイプ４８を取り付けたが、図２に示すように、反応容器蓋４６の下面中心から鉛直上向きにインレットパイプ１４８を取り付け、加熱空間１６に延びた窒素ガス配管１２４の開口の手前にインレットパイプ１４８の先端が位置するように窒素ガス配管１２４を引き回してもよい。この場合も、上述した実施形態と同様の効果が得られる。また、図２では窒素ガス配管１２４の開口の径とインレットパイプ１４８の先端の径とを同じにしたが、図３及び図４に示すように、窒素ガス配管１２４の開口の径をインレットパイプ１４８の先端の径よりも大きくしてもよい。こうすれば、インレットパイプ１４８の周囲には窒素ガスの流れが生じるため、反応容器４２内に不純物が入り込むのを有効に防止することができる。このとき、窒素ガス配管１２４の開口の内側にインレットパイプ１４８の先端がオーバーラップするように配置するのが好ましい（図３及び図４参照）。【００３０】
上述した実施形態では、結晶成長中は窒素ガス配管２４から加熱空間１６に窒素ガスをマスフローコントローラ２５により所定流量となるように供給し続けるものとしたが、インレットパイプ４８の先端が窒素ガス配管２４の開口の手前に来るタイミングに同期して窒素ガス配管２４から窒素ガスを吐出するように制御してもよい。こうすれば、新鮮な窒素ガスを効率よく反応容器４２内に供給することができる。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
図１に示す結晶板製造装置１０を用いて、窒化ガリウム結晶板を作製した。以下、その手順を詳説する。まず、アルゴン雰囲気のグローブボックス内で、内径φ１００ｍｍの育成容器５０内の一端にトレー台５６を置き、種結晶基板トレー５２をトレー台５６に立て掛けて角度が１０°になるよう育成容器５０の底面中央に斜めに置き、その種結晶基板トレー５２の中央に種結晶基板５４としてφ３インチＧａＮテンプレートを配置した。さらに金属ナトリウム１１０ｇ、金属ガリウム１３０ｇ、炭素３００ｍｇを育成容器５０内に充填した。この育成容器５０を外容器本体４４内に入れ、外容器本体４４の開口を窒素導入パイプ４８の付いた外容器蓋４６で閉じた。この外容器４２を、予め真空ベークしてある回転台３０の上に設置し、耐圧容器１２に蓋（図示せず）をして密閉した。【００３２】
そして、耐圧容器１２内を真空ポンプ２６を駆動して０．１Ｐａ以下まで真空引きした。続いて、上段ヒータ１８ａ、中段ヒータ１８ｂ、下段ヒータ１８ｃ及び底部ヒータ１８ｄをそれぞれ８５５℃、８５５℃、８８０℃、８８０℃となるように調節して加熱空間１６の温度を８７０℃に加熱しながら、４．５ＭＰａまで窒素ガスボンベ２２から窒素ガスを導入し、外容器４２を中心軸周りに３０ｒｐｍの速度で回転させた。そして、この状態で１５０時間保持した。その後、室温まで自然冷却したのち、耐圧容器１２の蓋を開けて中から育成容器５０を取り出し、育成容器５０にエタノールを投入し、金属ナトリウムをエタノールに溶かしたあと、成長した窒化ガリウム結晶板を回収した。この窒化ガリウム結晶板の大きさはφ３インチであり、厚さは約１．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１０μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板を厚さ５００μｍとなるよう研磨加工し、撮影した画像に２値化処理を施し、種結晶基板５４の外周部を除いた７０％の領域内のインクルージョンの面積（２値画像の黒色部分の面積）を求め、７０％の領域の全体に占めるインクルージョンの面積の割合すなわちインクルージョン含有率を算出した。【００３３】
具体的なインクルージョン含有率の算出法を図５を用いて以下に説明する。図５は、実施例１の窒化ガリウム結晶板の写真である。この写真は、得られた窒化ガリウム結晶板の研磨前の写真の上に研磨後に割れたかけらを元の位置に戻した合成写真である。また、写真中の点線で示した円は種結晶基板の外周部を除く７０％領域の境界を表し、この領域を縦横２本ずつの線分によって区切られた９つの分割領域のうち上中下左右の５つにつき、それぞれインクルージョン含有率を数値で示した。図２から明らかなように、インクルージョン含有率は０〜１０％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。更に、転位密度は３×１０4個／ｃｍ2であった。転位密度は以下の手順で求めた。すなわち、まず、窒化ガリウム結晶の表面（Ｇａ面）をダイヤラップして、２５０℃の酸性液（硫酸：リン酸＝１：３（体積比）の混合溶液）に約２時間浸してエッチング処理を行った。その後、光学顕微鏡を用いて微分干渉像観察を行って単位面積あたりの転位に起因するエッチピットの数を目視により求めた。【００３４】
（実施例２）
実施例１と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は１ｒｐｍとした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ３インチであり、厚さは約７５０μｍであり、結晶成長速度は約５μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１０％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。更に、転位密度は１×１０4個／ｃｍ2であった。【００３５】
（実施例３）
実施例１と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は５ｒｐｍとした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ３インチであり、厚さは約１ｍｍであり、結晶成長速度は約７μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。更に、転位密度は２×１０4個／ｃｍ2であった。【００３６】
（実施例４）
実施例１と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、種結晶基板トレー５２は用いず、種結晶基板５４を直接トレー台５６に載せた。また、種結晶基板５４はφ２インチＧａＮテンプレートを用い、育成容器５０は内径φ７０のアルミナ容器を用い、金属ナトリウム６０ｇ、金属ガリウム４０ｇ、炭素１５０ｍｇを育成容器５０内に充填した。外容器４２の回転速度は１５ｒｐｍとした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約１．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１０μｍ／ｈであった。図６は、実施例４の窒化ガリウム結晶板の写真である。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００３７】
（実施例５）
実施例４と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は６０ｒｐｍとした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約１．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１０μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜５％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００３８】
（実施例６）
実施例４と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は１００ｒｐｍとした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約１．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１０μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１０％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００３９】
（実施例７）
実施例４と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は３０ｒｐｍで５分毎に反転させた。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約２ｍｍであり、結晶成長速度は約１３μｍ／ｈであった。図７は、実施例７の窒化ガリウム結晶板の写真である。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。更に、転位密度は５×１０4個／ｃｍ2であった。【００４０】
（実施例８）
実施例７と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は３０ｒｐｍで３分毎に反転させた。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約２．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１７μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００４１】
（実施例９）
実施例７と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は３０ｒｐｍで１分毎に反転させた。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約３．８ｍｍであり、結晶成長速度は約２５μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜１０％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００４２】
（実施例１０）
実施例７と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２は回転速度３０ｒｐｍで５秒回転しそののち１秒停止しそののち同方向に５秒回転させる間欠運動を繰り返した。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約３ｍｍであり、結晶成長速度は約２０μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜５％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。【００４３】
（比較例１）
実施例４と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２は回転させなかった。得られた窒化ガリウム結晶の大きさはφ２インチであり、厚さは約１．５ｍｍであり、結晶成長速度は約１０μｍ／ｈであり、色は部分的に褐色に着色していた。図８は、比較例１の窒化ガリウム結晶板の写真である。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜４２％であった。また、転位密度は５×１０4個／ｃｍ2であった。【００４４】
（比較例２）
実施例１と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２の回転速度は３０ｒｐｍで１５秒毎に反転させ、結晶育成時間は１００時間とした。得られた窒化ガリウム結晶の大きさはφ３インチであり、厚さは約３ｍｍであり、結晶成長速度は約３０μｍ／ｈであった。図９は、比較例２の窒化ガリウム結晶板の写真である。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、６〜３０％であった。また、転位密度は１×１０5個／ｃｍ2であった。【００４５】
（比較例３）
実施例１０と同様の条件で窒化ガリウム結晶の育成を行った。但し、外容器４２は回転速度３０ｒｐｍで３秒回転しそののち１秒停止しそののち同方向に３秒回転させる間欠運動を繰り返した。また、結晶育成時間は１００時間とした。得られた窒化ガリウム結晶板の大きさはφ２インチであり、厚さは約３ｍｍであり、結晶成長速度は約３０μｍ／ｈであった。この窒化ガリウム結晶板についても実施例１と同様にして５つの分割領域のインクルージョン含有率を測定したところ、０〜２０％であった。また、水銀ランプの光を照射したところ、青色の蛍光を発した。更に、転位密度は１×１０5個／ｃｍ2であった。【００４６】
なお、実施例１〜１０及び比較例１〜３の結晶成長条件及び結果を表１に示した。表１から明らかなように、比較例１（回転なし）に比べて、実施例１〜１０（回転あり）ではインクルージョン含有率を１０％以下に抑えることができた。また、比較例２（３０ｒｐｍで１５秒毎に反転）では、回転させたにもかかわらずインクルージョン含有率が高かったが、これは混合融液の深さ方向（垂直方向）に混ざりすぎて結晶成長速度が速くなりすぎたことによると考えられる。これに対して、実施例７〜９（３０ｒｐｍで５〜１分毎に反転）では、反転させるものの、周期が長いため、結晶成長速度が穏やかになりインクルージョン含有率が低くなったと考えられる。また、比較例３（３０ｒｐｍで３秒毎に間欠動作）では、回転させたにもかかわらずインクルージョン含有率が高かったが、これは混合融液の深さ方向（垂直方向）に混ざりすぎて結晶成長速度が速くなりすぎたことによると考えられる。これに対して、実施例１０（５秒毎に間欠動作）では、間欠周期が長いため、結晶成長速度が穏やかになりインクルージョン含有率が低くなったと考えられる。【００４７】
【表１】
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【００４８】
本出願は、２００９年１月２８日に出願された日本国特許出願第２００９−０１７２８９号及び２００９年１月２１日に出願された日本国特許出願第２００９−０１１２６４号を優先権主張の基礎としており、その内容の全てが引用により本明細書に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
本発明は、パワーアンプに代表される高周波デバイスのほか、青色ＬＥＤや白色ＬＥＤ、青紫色半導体レーザなどの半導体デバイスに利用可能である。
【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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