(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物バルク結晶から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を切り出す工程と、
前記基板の前記主面が互いに平行で、かつ、前記基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向に前記基板を互いに隣接させて配置する工程と、
前記基板の前記主面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項２】
前記基板の前記主面の面方位は、｛２０−２−１｝および｛２０−２１｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項３】
前記基板が互いに隣接する面の平均粗さＲａが、５０ｎｍ以下である請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法が、ハイドライド気相成長法である請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項５】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、前記ＩＩＩ族窒化物結晶を、その結晶成長面を平坦に保ちながら、成長させる請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項６】
前記基板の前記主面上に前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、
前記主面の面方位が｛２０−２１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき前記ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は８０μｍ／ｈｒ未満であり、
前記主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき前記ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は９０μｍ／ｈｒ未満であり、
前記主面の面方位が｛２２−４１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき前記ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は６０μｍ／ｈｒ未満であり、
前記主面の面方位が｛２２−４−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき前記ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は８０μｍ／ｈｒ未満である、請求項５に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項７】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、前記ＩＩＩ族窒化物結晶における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たす前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面を有するさらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、
前記さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板の前記主面上に、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程とを備える請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項９】
｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶であって、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たすＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項１０】
前記主面の面積が１０ｃｍ2以上である請求項９に記載のＩＩＩ族窒化物結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶およびその製造方法に関し、｛０００１｝以外の面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶は、通常、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法、フラックス法などの液相法により、（０００１）面の主面を有するサファイア基板または（１１１）Ａ面の主面を有するＧａＡｓ基板などの主面上に結晶成長させることにより製造される。このため、通常得られるＩＩＩ族窒化物結晶は、面方位が｛０００１｝の主面を有する。
【０００３】
面方位が｛０００１｝の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を基板としてその主面上にＭＱＷ（多重量子井戸）構造の発光層を形成させた発光デバイスは、ＩＩＩ族窒化物結晶が有する＜０００１＞方向の極性により、発光層内において自発分極が生じるため、発光効率が低下する。このため、｛０００１｝以外の面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造が求められている。
【０００４】
｛０００１｝以外の面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法として以下の方法が提案されている。たとえば、特開２００５−１６２５２６号公報（特許文献１）は、基板面方位に左右されずに任意の面方位を表面に有するＧａＮ結晶を作成するために以下の方法を開示する。すなわち、気相法により成長させたＧａＮ結晶から、複数個の直方体の結晶塊を切り出す。一方、別途準備したサファイア基板の表面にシリコン酸化膜を被覆し、次いで基板に達する複数個の凹部を形成する。次に、上記複数個の結晶塊を、その上部表面が同一面方位となるようにして上記凹部に埋め込む。次に、上記結晶塊を種として気相法により、任意の面方位の表面を有する窒化ガリウム結晶を成長させる。
【０００５】
また、特開２００６−３１５９４７号公報（特許文献２）は、低い転位密度と広い面積を両立可能な窒化物半導体ウエハを提供するために以下の方法を開示する。すなわち、六方晶系の窒化物半導体から成ると共に、対向する２つの主面がいずれもＣ面から成る一次ウエハとする。次いで、一次ウエハをＭ面に沿って切断して複数の窒化物半導体バーを得る。次いで、複数の窒化物半導体バーを、隣り合う窒化物半導体バーのＣ面同士が対向し、各窒化物半導体バーのＭ面が上面となるように配置する。次いで、配列された窒化物半導体バーの上面に窒化物半導体を再成長させることにより、連続したＭ面を主面に有する窒化物半導体層を形成する。
【０００６】
また、特開２００８−１４３７７２号公報（特許文献３）は、｛０００１｝以外の任意に特定される主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を製造するために、以下の方法を開示する。すなわち、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶から、特定される面方位の主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を切り出す。次いで、基板の主面が互いに平行で、かつ、基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向に基板を互いに隣接させて配置する。次いで、基板の主面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−１６２５２６号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５９４７号公報
【特許文献３】特開２００８−１４３７７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、上記の特開２００５−１６２５２６号公報（特許文献１）の方法は、サファイア基板中に埋め込まれたＧａＮの結晶の結晶塊を種としてＧａＮ結晶の成長を行なうため、サファイアとＧａＮとの熱膨張係数の相違により、結晶成長後の冷却の際にＧａＮ結晶に亀裂や歪みが生じ、結晶性の高いＧａＮ結晶が得られなかった。
【０００９】
また、上記の特開２００６−３１５９４７号公報（特許文献２）の方法は、Ｍ面を主面とする窒化物半導体ウエハしか得られない。また、Ｍ面を主面として、成長速度を早くして窒化物半導体層を成長させると、主面に多結晶が付着するため、結晶性が良好で厚い窒化物半導体層を得ることが困難であった。
【００１０】
また、上記の特開２００８−１４３７７２号公報（特許文献３）の方法は、任意に特定される面方位を有する主面でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるものであるため、特定される任意の面方位の中には結晶成長が安定な面方位と不安定な面方位とが存在し、結晶成長が安定な面方位ではＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度が低く厚いＩＩＩ族窒化物結晶を得ることが困難であり、結晶成長が不安定な面方位ではＩＩＩ族窒化物結晶を安定してエピタキシャル成長させることが困難でありまた成長させるＩＩＩ族窒化物結晶にクラックが発生し易かった。
【００１１】
本発明は、上記問題点を解決して、｛０００１｝以外の面方位の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶、およびかかるＩＩＩ族窒化物結晶を高い結晶成長速度で成長させる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】
【００１２】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を切り出す工程と、基板の主面が互いに平行で、かつ、基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向に基板を互いに隣接させて配置する工程と、基板の主面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法である。
【００１３】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、基板の主面の面方位は、｛２０−２−１｝および｛２０−２１｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角を５°以下とすることができる。また、基板が互いに隣接する面の平均粗さＲａを５０ｎｍ以下とすることができる。また、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法をハイドライド気相成長法とすることができる。
【００１４】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長面を平坦に保つことができる。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、主面の面方位が｛２０−２１｝に対して５°以下のオフ角を有するときＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を８０μｍ／ｈｒ未満とし、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するときＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を９０μｍ／ｈｒ未満とし、主面の面方位が｛２２−４１｝に対して５°以下のオフ角を有するときＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を６０μｍ／ｈｒ未満とし、主面の面方位が｛２２−４−１｝に対して５°以下のオフ角を有するときＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を８０μｍ／ｈｒ未満とすることができる。
【００１５】
また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶における不純物原子濃度は、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たすことができる。
【００１６】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶は、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物であって、かかるＩＩＩ族窒化物結晶における不純物原子濃度は、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たす。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶の主面の面積を１０ｃｍ2以上とすることができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、｛０００１｝以外の面方位の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶、およびかかるＩＩＩ族窒化物結晶を高い結晶成長速度で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の一例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の切り出し工程を示し、（Ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の配置工程を示し、（Ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示し、（Ｄ）はさらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示す。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の切り出し工程を示し、（Ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の配置工程を示し、（Ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示し、（Ｄ）はさらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示す。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の切り出し工程を示し、（Ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の配置工程を示し、（Ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示し、（Ｄ）はさらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示す。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略断面図である。ここで、（Ａ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の切り出し工程を示し、（Ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶基板の配置工程を示し、（Ｃ）はＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示し、（Ｄ）はさらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示す。
【図５】ＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長させるための下地基板を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＶＢ−ＶＢにおける概略断面図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）は、［ｈｋｉｌ］方向という。また、｛ｈｋｉｌ｝は（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味し、＜ｈｋｉｌ＞は、［ｈｋｉｋ］およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。
【００２０】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶は、＜０００１＞方向にＩＩＩ族元素原子面および窒素原子面が交互に配列するため、＜０００１＞方向に極性を有する。本願においては、ＩＩＩ族元素原子面が（０００１）面となり、窒素原子面が（０００−１）面となるように、結晶軸を設定する。
【００２１】
（実施形態１）
図１〜図４を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、以下の工程を含む。ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑを切り出す（図１〜図４の（Ａ）を参照。基板の切り出し工程ともいう。以下同じ。）。次いで、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向にＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑを互いに隣接させて配置する（図１〜図４の（Ｂ）を参照。基板配置工程ともいう。以下同じ。）。次いで、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる（図１〜図４の（Ｃ）を参照。結晶成長工程ともいう。以下同じ。）。
【００２２】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、｛０００１｝以外の面方位の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を高い結晶成長速度で成長させることができる。
【００２３】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法について、図１〜図４を用いて、さらに詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１〜図４の（Ａ）を参照して、本実施形態の基板切り出し工程において、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが切り出される。ここで、オフ角とは、一つの面方位と他の面方位とのなす角度をいい、Ｘ線回折法により測定することができる。
【００２５】
この基板切り出し工程において用いられるＩＩＩ族窒化物バルク結晶１は、特に制限はなく、通常の方法、すなわち、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相法、フラックス法などの液相法により、（０００１）の主面を有するサファイア基板または（１１１）Ａ面の主面を有するＧａＡｓ基板などの主面上に結晶成長させることにより製造されるもので足りる。したがって、このＩＩＩ族窒化物バルク結晶は、特に制限はないが、通常、｛０００１｝の主面を有する。なお、このＩＩＩ族窒化物バルク結晶１は、転位密度を低減し結晶性を高める観点から、特開２００１−１０２３０７号公報に開示されるように、結晶が成長する面（結晶成長面）にファセットを形成し、ファセットを埋め込むことなく結晶成長を行なうことを特徴とするファセット成長法により成長させることが好ましい。
【００２６】
また、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑを切り出す方法には、特に制限はなく、たとえば、図１〜図４の（Ａ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１を、＜２０−２１＞方向、＜２０−２−１＞方向、＜２２−４１＞方向および＜２２−４−１＞方向のいずれかの方向に垂直な所定の間隔を有する複数の面（これらの面の面方位は、それぞれ｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１｝のいずれかに結晶幾何学的に等価な面方位である。以下同じ。）で切ることができる。
【００２７】
次に、図１〜図４の（Ｂ）に示すように、本実施形態の基板配置工程において、切り出された複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、それらの基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向に互いに隣接させて配置される。ここで、図１〜図４の（Ｂ）には、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板のうち２つの隣接するＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑについて引用符号を付したが、他の隣接するＩＩＩ族窒化物結晶基板についても同様である。
【００２８】
複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板の主面と結晶軸とのなす角度がそれらの基板の主面内で均一でないと、それらの基板の主面上に成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の化学組成がそれらの基板の主面に平行な面内で不均一となるため、それらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、横方向に配置される。これらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行であれば足り、必ずしも同一平面上になくてもよい。しかし、隣接する２つのＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ間の高低差ΔＴ（図示せず）は、０．１ｍｍ以下が好ましく、０．０１ｍｍ以下がより好ましい。
【００２９】
また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板１０ｐ，１０ｑの結晶方位を同一にしてより均一な結晶成長を図る観点から、それらの基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向に配置される。また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、基板間に隙間があるとその隙間上に成長する結晶の結晶性が低下するため、互いに隣接させて配置される。
【００３０】
図１〜図４の（Ａ）および（Ｂ）を参照して、基板切り出し工程および基板配置工程により、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ、１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、それらの基板１０ｐ、１０ｑの［０００１］方向が同一であるように、横方向に配置された、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが得られる。
【００３１】
次に、図１〜図４の（Ｃ）を参照して、本実施形態の結晶成長工程において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ、１０ｑｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０が成長させられる。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長はエピタキシャル成長となる。
【００３２】
複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍは、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有するため、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍは、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍと同一の面方位（すなわち、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位）を有する。
【００３３】
また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させるため、それらの基板１０ｐ，１０ｑと成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０との間の熱膨張係数の差は小さいため、結晶成長後の冷却の際に成長させた結晶に亀裂や歪みが生じにくく、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。
【００３４】
上記の観点から、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑと成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０とは、同じ化学組成であることが好ましい。このようにして、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面２０ｍを有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を製造することができる。
【００３５】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍは、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する。このため、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面２０ｍを有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を安定して高い結晶成長速度で成長させることができる。
【００３６】
また、こうして得られるＩＩＩ族窒化物結晶２０は、結晶の厚さが大きいため、切り出し方向の自由度が大きく、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の他にそれらの面方位以外の任意の面方位を有するＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物結晶を基板を形成することもできる。
【００３７】
｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍの面方位のオフ角が５°より大きくなると、主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に安定して結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることが困難となる。
【００３８】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、結晶性のより高いＩＩＩ族窒化物結晶２０をより安定してより高い結晶成長速度で成長させる観点から、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍは、｛２０−２−１｝および｛２０−２１｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有することが好ましい。
【００３９】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが互いに隣接する面（隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔという、以下同じ）の平均粗さＲａは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａが５０ｎｍを超えると、ＩＩＩ族窒化物結晶２０における隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔ近傍の上方の領域（以下、基板隣接上方領域２０ｔという）の結晶性が低下する。
【００４０】
ここで、基板隣接上方領域２０ｔは、基板隣接面の１０ｐｔ，１０ｑｔの一端から連続して直上に面方向に伸びる直上伸長面２０ｔｃの両側に広がっており、その広がり幅ΔＷは、隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの表面の平均粗さＲａ、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長条件および結晶性により異なり、１０μｍ以上１０００μｍ以下程度である。基板直上領域２０ｓ（複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの直上の領域であって基板隣接上方領域を除いた領域をいう。以下同じ。）および基板隣接上方領域２０ｔの区別は、それらの領域におけるＸ線回折ピークの半値幅および／または主面の貫通転位密度を対比することにより行うことが可能である。
【００４１】
また、表面の平均粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいい、具体的には、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から粗さ曲線までの距離（偏差の絶対値）を合計し基準長さで平均した値をいう。また、面の平均粗さＲａは、ＡＦＭ（分子間力顕微鏡）などを用いて測定することができる。
【００４２】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａを５０ｎｍ以下とするために、基板切り出し工程後、基板配置工程の前に、隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔとなる複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの側面を研削および／または研磨する工程（以下、研削／研磨工程ともいう）を含むことが好ましい。
【００４３】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の結晶性をさらに高める観点から、基板切り出し工程の後、基板配置工程の前に、ＩＩＩ族窒化物結晶をその上に成長させる面である複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍを研削および／または研磨する工程（研削／研磨工程）を含むことが好ましい。かかる研削／研磨工程により、主面１０ｐｍ，１０ｑｍの面粗さは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００４４】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる方法は、特に制限はなく、通常の方法、すなわち、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相法、フラックス法などの液相法が挙げられる。これらの製造方法の中で、結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法であることが好ましい。
【００４５】
図１〜図４の（Ｃ）において、中央部の波線の左側はＩＩＩ族窒化物結晶２０がその結晶成長面２０ｇを平坦に保ちながら成長して平坦な主面２０ｍを形成する場合を示し、中央部の波線の右側はＩＩＩ族窒化物結晶２０がその結晶成長面２０ｇに複数のファセット２０ｇｆを形成しながら成長して複数のファセット２０ｍｆを有する主面２０ｍを形成する場合を示す。
【００４６】
図１〜図４の（Ｃ）の中央部の波線の左側を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法におけるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を、その結晶成長面２０ｇを平坦に保ちながら、成長させることが好ましい。ここで、結晶成長面２０ｇが平坦とは、結晶成長面２０ｇが実質的に平坦であることをいい、ファセット２０ｇｆを形成しないことをいう。
【００４７】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程において、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる。かかるＩＩＩ族窒化物結晶は、＜２０−２１＞方向、＜２０−２−１＞方向、＜２２−４１＞方向および＜２２−４−１＞方向のいずれかの方向に成長する。これらの方向に結晶成長するＩＩＩ族窒化物結晶２０は、｛０００１｝面内（ここで、（０００１）面内と（０００−１）面内とは同一面内であるため、｛０００１｝面内と総称で記載した。以下同じ。）。
【００４８】
図１〜図４の（Ｃ）の中央部の波線の右側を参照して、特に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長速度が大きくなると、結晶成長面２０ｇに複数のファセット２０ｇｆが形成され、それに伴って、｛０００１｝面内に発生する面欠陥の密度が増加して、結晶性を低下させる。
【００４９】
このため、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長において、その結晶成長面２０ｇに複数のファセット２０ｇｆを形成させることなく、その結晶成長面２０ｇを平坦に保つことにより、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０の｛０００１｝面内に発生する面欠陥の密度を低減することにより、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は、たとえば、そのＩＩＩ族窒化物結晶の主面が（０００１）面または（０００−１）面からオフ（傾斜）している方向に垂直な断面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定することができる。
【００５０】
ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長速度を所定の速度未満とすることにより、結晶成長面２０ｇを平坦にすることができる。結晶成長面２０ｇを平坦にする成長速度は、用いられる複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍの面方位によって異なり、以下のとおりである。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２０−２１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は８０μｍ／ｈｒ未満である。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は９０μｍ／ｈｒ未満である。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２２−４１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は６０μｍ／ｈｒ未満である。ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２２−４−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は８０μｍ／ｈｒ未満である。
【００５１】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長速度が、上記の所定速度以上である場合は、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶成長面２０ｇに複数のファセット２０ｇｆが形成される。複数のファセット２０ｇｆは、複数のストライプの形状を有する。ストライプ形状の各ファセット２０ｇｆは、結晶成長面２０ｇが（０００１）面または（０００−１）面に対してオフ（傾斜）している方向と垂直な方向に伸びている。かかる各ファセット２０ｇｆのストライプの幅および深さは２μｍ〜３００μｍ程度である。ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の際、かかるファセット２０ｇｆが結晶成長面２０ｇに形成されると、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の｛０００１｝面内に面欠陥が発生して、結晶性が低下する。なお、かかる成長によってＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍに形成される複数のファセット２０ｍｆも、結晶成長面２０ｇに形成される複数のファセット２０ｇｆと同様の形状、方向、幅および深さを有する。また、かかるＩＩＩ族窒化物結晶２０はその主面２０ｍにおいて複数のファセット２０ｍｆにより形成された凹部２０ｖを有する。
【００５２】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たすＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることが好ましい。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶における不純物原子である酸素原子、珪素原子、水素原子および炭素原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法。以下同じ。）により測定することができる。
【００５３】
成長させるＩＩＩ族窒化物結晶における酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度の少なくともいすれかの不純物濃度が、それぞれの上記所定の濃度とすることにより、｛０００１｝面に発生する面欠陥の密度が低減され、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。その理由は、ＩＩＩ族窒化物結晶が成長すると転位が合体により減少するため、結晶の体積が減少して結晶が反り、面欠陥が増加するが、上記の不純物原子濃度を所定の濃度とすることにより、結晶の体積の減少量が少なくなるため、面欠陥の密度が低減すると考えられる。上記の不純物原子濃度がそれぞれの所定濃度より低いと、結晶の体積の減少が抑制できないため、｛０００１｝面内における面欠陥の発生を抑制することが困難となると考えられる。また、上記の不純物原子濃度がそれぞれの所定濃度より高いと、不純物原子が（０００１）面に凝集するため、｛０００１｝面における面欠陥の発生を抑制することが困難となると考えられる。
【００５４】
上記の観点から、酸素原子濃度は、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、１×１０17ｃｍ-3以上８×１０18ｃｍ-3以下がさらに好ましい。また、珪素原子濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下がさらに好ましい。また、水素原子濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上９×１０17ｃｍ-3以下がより好ましく、２×１０17ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下がさらに好ましい。炭素原子濃度は、５×１０16ｃｍ-3以上９×１０17ｃｍ-3以下がより好ましく、９×１０16ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下がさらに好ましい。
【００５５】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際の｛０００１｝面における面欠陥の発生をさらに抑制するために、上記の不純物原子濃度（すなわち、酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度）のうち、それぞれの所定濃度を満たすものは、２種類の不純物原子濃度であることがより好ましく、３種類の不純物原子濃度であることがさらに好ましく、４種類の不純物原子濃度であることが最も好ましい。
【００５６】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の不純物原子を添加する方法には、特に制限はなく、以下の方法が採用できる。酸素原子の添加には、Ｏ2ガス（酸素ガス）、Ｏ2ガスをＮ2ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスで希釈したガス、Ｈ2Ｏを含んだキャリアガス（Ｈ2ガス、Ｎ2ガスなど）またはＨ2Ｏを含んだ原料ガス（ＨＣｌガス、ＮＨ3ガスなど）などが用いられる。また、結晶成長容器として石英製容器を用いて、反応容器中の石英と原料ガスであるＮＨ3ガスを反応させることにより生成するＨ2Ｏガスを用いてもよい。珪素原子の添加には、ＳｉＨ4ガス、ＳｉＨ3Ｃｌガス、ＳｉＨ2Ｃｌ2ガス、ＳｉＨＣｌ3ガス、ＳｉＣｌ4ガス、ＳｉＦ4などの珪素化合物ガスなどが用いられる。また、結晶成長容器として石英製容器を用いて、反応容器中の石英と原料ガスであるＮＨ3ガスとを反応させることにより生成する珪素含有ガスを用いてもよい。水素原子の添加には、キャリアガスとしてＨ2ガスと、Ｎ2ガス、Ａｒガス、Ｈｅガスなどの不活性ガスとの混合ガスが用いられる。炭素原子の添加には、ＣＨ4ガスなどの炭素化合物ガスなどが用いられる。また、結晶成長容器内に炭素製材料（たとえばカーボン板）を入れて、炭素製材料中の炭素と、キャリアガスである水素ガスまたは原料ガスであるＨＮ3ガスとを反応させることにより生成する炭素含有ガスを用いてもよい。
【００５７】
なお、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶への不純物原子の混入を抑制する方法には、以下の方法がある。酸素原子および珪素原子の混入の抑制には、酸素原子および珪素原子を含有するガスを用いず、また、酸素原子および／または珪素原子を含有する結晶成長容器の内壁にＢＮなどの酸素原子および珪素原子のいずれもを含まない材料で被覆する方法がある。水素原子の混入の抑制には、水素ガスを含むキャリアガスを用いない方法がある。炭素原子の混入の抑制には、炭素製材料および炭素原子を含有するガスを用いない方法がある。
【００５８】
図１〜図４の（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、上記のようにして成長させたＩＩＩ族窒化物結晶２０から、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面２０ｐｍを有するさらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐを準備する工程と、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの主面２０ｐｍ上に、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を成長させる工程とを備えることができる。かかる工程により、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面３０ｍを有する結晶性の高いさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を製造することができる。
【００５９】
さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐを準備する工程は、特に制限はなく、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶２０から複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍに平行な面で切り出すことにより行うことができる。こうして切り出されたさらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐは、その主面２０ｐｍ上に結晶性のよいさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を成長させる観点から、基板の主面２０ｐｍの平均粗さＲａが５０ｎｍ以下であることが好ましく５ｎｍ以下であることがより好ましい。ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの主面２０ｐｍの平均粗さＲａを５０ｎｍ以下にするために、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの切り出し後、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長の前に、ＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの主面２０ｐｍを研削および／または研磨することが好ましい。
【００６０】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を成長させる方法は、特に制限はなく、通常の方法、すなわち、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相法、フラックス法などの液相法が挙げられる。これらの製造方法の中で、結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法であることが好ましい。
【００６１】
図１〜図４の（Ｄ）において、中央部の波線の左側はＩＩＩ族窒化物結晶３０がその結晶成長面３０ｇを平坦に保ちながら成長して平坦な主面３０ｍを形成する場合を示し、中央部の波線の右側はＩＩＩ族窒化物結晶３０がその結晶成長面３０ｇに複数のファセット３０ｇｆを形成しながら成長して複数のファセット３０ｍｆを有する主面３０ｍを形成する場合を示す。
【００６２】
図１〜図４の（Ｄ）の中央部の波線の左側を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法におけるさらなるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を、その結晶成長面３０ｇを平坦に保ちながら、成長させることが好ましい。ここで、結晶成長面３０ｇが平坦とは、結晶成長面３０ｇが実質的に平坦であることをいい、ファセット３０ｇｆを形成しないことをいう。
【００６３】
本実施形態のさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長においても、＜２０−２１＞方向、＜２０−２−１＞方向、＜２２−４１＞方向および＜２２−４−１＞方向のいずれかの方向に結晶成長するさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０は、｛０００１｝面内に面欠陥が発生して、結晶性が低下する傾向がある。
【００６４】
図１〜図４の（Ｄ）の中央部の波線の右側を参照して、特に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長速度が大きくなると、結晶成長面２０ｇに複数のファセット２０ｇｆが形成され、それに伴って、｛０００１｝面内に発生する面欠陥の密度が増加して、結晶性を低下させる。
【００６５】
このため、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長において、その結晶成長面３０ｇに複数のファセット３０ｇｆを形成させることなく、その結晶成長面３０ｇを平坦に保つことにより、成長させるさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の｛０００１｝面内に発生する面欠陥の密度を低減することにより、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。
【００６６】
さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長において、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長速度を所定の速度未満とすることにより、結晶成長面３０ｇを平坦にすることができる。結晶成長面３０ｇを平坦にする成長速度は、用いられるさらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの主面２０ｐｍの面方位によって異なり、以下のとおりである。さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２０−２１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は１４０μｍ／ｈｒ未満である。さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は１５０μｍ／ｈｒ未満である。さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２２−４１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は１２０μｍ／ｈｒ未満である。さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面の面方位が｛２２−４−１｝に対して５°以下のオフ角を有するとき、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は１４０μｍ／ｈｒ未満である。
【００６７】
結晶成長速度が高くても、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる場合に比べてさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を成長させる場合に結晶成長面が平坦に保たれやすいのは、ＩＩＩ族窒化物結晶２０が互いに隣接する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に成長するのに対しさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０は１つのさらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの主面２０ｐｍ上に成長するため、基板の全面にわたってより一様な結晶成長が可能となったためと考えられる。
【００６８】
さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長において、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長速度が、上記の所定速度以上である場合は、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の結晶成長面３０ｇに複数のファセット３０ｇｆが形成される。複数のファセット３０ｇｆは、複数のストライプの形状を有する。ストライプ形状の各ファセット３０ｇｆは、結晶成長面３０ｇが（０００１）面または（０００−１）面に対してオフ（傾斜）している方向と垂直な方向に伸びている。かかる各ファセット３０ｇｆのストライプの幅および深さは２μｍ〜３００μｍ程度である。ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の際、かかるファセット２０ｇｆが結晶成長面２０ｇに形成されると、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の｛０００１｝面内に面欠陥が発生して、結晶性が低下する。なお、かかる成長によってＩＩＩ族窒化物結晶３０の主面３０ｍに形成される複数のファセット３０ｍｆも、結晶成長面３０ｇに形成される複数のファセット３０ｇｆと同様の形状、方向、幅および深さを有する。また、かかるＩＩＩ族窒化物結晶３０はその主面３０ｍにおいて複数のファセット３０ｍｆにより形成された凹部３０ｖを有する。
【００６９】
また、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０を成長させる工程において、上記のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の場合と同様の観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶３０における不純物原子濃度について、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たすＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることが好ましい。
【００７０】
ここで、上記の観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶３０における不純物原子濃度について、酸素原子濃度は、５×１０16ｃｍ-3以上１×１０19ｃｍ-3以下がより好ましく、１×１０17ｃｍ-3以上８×１０18ｃｍ-3以下がさらに好ましい。また、珪素原子濃度は、１×１０15ｃｍ-3以上３×１０18ｃｍ-3以下がより好ましく、１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下がさらに好ましい。また、水素原子濃度は、１×１０17ｃｍ-3以上９×１０17ｃｍ-3以下がより好ましく、２×１０17ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下がさらに好ましい。炭素原子濃度は、５×１０16ｃｍ-3以上９×１０17ｃｍ-3以下がより好ましく、９×１０16ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下がさらに好ましい。また、上記の不純物原子濃度（すなわち、酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度）のうち、それぞれの所定濃度を満たすものは、２種類の不純物原子濃度であることがより好ましく、３種類の不純物原子濃度であることがさらに好ましく、４種類の不純物原子濃度であることが最も好ましい。
【００７１】
さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、成長させるさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０に不純物原子を添加する方法、およびさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０への不純物原子の混入を抑制する方法は、特に制限はなく、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる場合と同様の方法を用いることができる。
【００７２】
さらなるＩＩＩ族窒化物結晶の成長において、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの基板直上領域２０ｓ上にはさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の基板直上領域３０ｓが形成され、さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板２０ｐの基板隣接上方領域２０ｔ上にはさらなるＩＩＩ族窒化物結晶３０の基板隣接上方領域３０ｔが形成される。
【００７３】
（実施形態２）
図１〜図４を参照して、本発明の他の実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶は、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶２０，３０であって、ＩＩＩ族窒化物結晶２０，３０における不純物原子濃度は、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たす。
【００７４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶２０，３０は、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位の主面２０ｍ，３０ｍを有しているため、基板としてかかる結晶の主面上にＭＱＷ（多重量子井戸）構造の発光層を形成させた発光デバイスは、発光層内における自発分極が抑制されることにより、発光効率の低下が抑制される。また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶における不純物濃度は、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下の少なくともいずれかを満たしている。このため、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶は、｛０００１｝面における面欠陥の発生が抑制され、高い結晶性を有する。
【００７５】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶２０，３０は、その主面２０ｍ，３０ｍの面積が、１０ｃｍ2以上であることが好ましく、１８ｃｍ2以上であることがより好ましく、４０ｃｍ2以上であることがさらに好ましい。大口径で結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。
【実施例】
【００７６】
［ＩＩＩ族窒化物バルク結晶の準備］
本願発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に用いられるＩＩＩ族窒化物バルク結晶であるＧａＮバルク結晶を、図５を参照して、以下の方法で作製した。
【００７７】
まず、下地基板９０としての（１１１）Ａ面の主面を有する直径５０ｍｍで厚さ０．８ｍｍのＧａＡｓ基板上に、スパッタ法によりマスク層９１として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2層を形成した。次いで、フォトリソグラフィ法およびエッチングにより、図５（Ａ）および（Ｂ）に示すように直径Ｄが２μｍの窓９１ｗが４μｍのピッチＰで六方稠密に配置されたパターンを形成した。ここで、各窓９１ｗには、ＧａＡｓ基板（下地基板９０）が露出している。
【００７８】
次に、複数の窓９１ｗを有するマスク層９１が形成されたＧａＡｓ基板（下地基板９０）上に、ＨＶＰＥ法により、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶であるＧａＮバルク結晶を成長させた。具体的には、ＨＶＰＥ法により、上記ＧａＡｓ基板上に、５００℃で厚さ８０ｎｍのＧａＮ低温層を成長させ、次いで、９５０℃で厚さ６０μｍのＧａＮ中間層を成長させた後、１０５０℃で厚さ５ｍｍのＧａＮバルク結晶を成長させた。
【００７９】
次に、王水を用いたエッチングにより、上記ＧａＮバルク結晶からＧａＡｓ基板を除去して、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶である直径５０ｍｍで厚さ３ｍｍのＧａＮバルク結晶を得た。
【００８０】
（実施例１）
まず、図１（Ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。ここで、表面の平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭにより行なった。
【００８１】
次に、図１（Ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜２０−２１＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３．１ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛２０−２１｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２０−２１｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛２０−２１｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２１｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【００８２】
次に、図１（Ｂ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２０−２１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図１（Ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【００８３】
次に、図１（Ｃ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２０−２１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを１０体積％の塩化水素ガスと９０体積％の窒素ガスの混合ガス雰囲気下、８００℃で２時間処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、ＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１０２０℃で４０時間、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００８４】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の厚さは、接触式厚さ計（株式会社ミツトヨ製デジマチックインジケータ）により測定したところ、２．４ｍｍであった。すなわち、結晶成長速度は６０μｍ／ｈｒであった。また、図１の（Ｃ）の中央部の左側を参照して、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔおよび基板直上領域２０ｓにおいて異常成長はなく、平坦な（２０−２１）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性を、（２０−２１）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅ΔＷが３００μｍの基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３００ａｒｃｓｅｃであった。
【００８５】
また、このＧａＮ結晶の（２０−２１）の主面２０ｍの貫通転位密度は、カソードルミネッセンス（以下、ＣＬという）により測定したところ、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは３×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は、ＧａＮ結晶の＜１−２１０＞方向に垂直な断面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定したところ、８．３ｃｍ-1であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、ホール測定から算出したところ、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定したところ、酸素原子濃度［Ｏ］が５×１０18ｃｍ-3、珪素原子濃度［Ｓｉ］が１×１０18ｃｍ-3、水素原子濃度［Ｈ］が４×１０16ｃｍ-3、および５×１０15ｃｍ-3であった。結果を表１にまとめた。
【００８６】
なお、実施例１においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（２０−２１）であったが、少なくとも一部が（−２２０１）（これは、（２０−２１）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００８７】
（実施例２）
まず、図２（Ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００８８】
次に、図２（Ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜２０−２−１＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３．１ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛２０−２−１｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２０−２−１｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛２０−２−１｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛２０−２−１｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００８９】
次に、図２（Ｂ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２０−２−１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図２（Ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【００９０】
次に、図２（Ｃ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２０−２−１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを実施例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００９１】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の厚さは、３．２ｍｍであり、結晶成長速度は８０μｍ／ｈｒであった。また、図２の（Ｃ）の中央部の左側を参照して、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔおよび基板直上領域２０ｓにおいて異常成長はなく、平坦な（２０−２−１）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性は、（２０−２−１）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価したところ、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は９０ａｒｃｓｅｃであり、（２０−２１）面を主面とした場合より結晶性は良好であった。また、広がり幅ΔＷが１００μｍの基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３６０ａｒｃｓｅｃであった。
【００９２】
また、このＧａＮ結晶の（２０−２−１）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは４×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は、ＧａＮ結晶の＜１−２１０＞方向に垂直な断面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定したところ、６．１ｃｍ-1であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、ホール測定から算出したところ、１×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定したところ、酸素原子濃度［Ｏ］が９×１０17ｃｍ-3、珪素原子濃度［Ｓｉ］が１×１０18ｃｍ-3、水素原子濃度［Ｈ］が４×１０16ｃｍ-3、および５×１０15ｃｍ-3であった。結果を表１にまとめた。
【００９３】
なお、実施例２においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（２０−２−１）であったが、少なくとも一部が（−２０２−１）（これは、（２０−２−１）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００９４】
また、実施例１で得られたＧａＮ結晶に比べて、実施例２で得られたＧａＮ結晶は、クラックの発生量が少なかった。
【００９５】
（実施例３）
まず、図３（Ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００９６】
次に、図３（Ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜２２−４１＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３．２ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛２２−４１｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２２−４１｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛２２−４１｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛２２−４１｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００９７】
次に、図３（Ｂ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２２−４１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図３（Ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【００９８】
次に、図３（Ｃ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２２−４１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを実施例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００９９】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の厚さは、３．０ｍｍであり、結晶成長速度は７５μｍ／ｈｒであった。また、図３の（Ｃ）の中央部の右側を参照して、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔおよび基板直上領域２０ｓに複数のファセット２０ｍｆによる凹部２０ｖが形成された（２２−４１）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性は、（２２−４１）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価したところ、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１２０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅ΔＷが３００μｍの基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は２２０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１００】
また、このＧａＮ結晶の（２２−４１）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは３×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは７×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は、ＧａＮ結晶の＜１０−１０＞方向に垂直な断面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定したところ、８．６ｃｍ-1であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、ホール測定から算出したところ、２×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定したところ、酸素原子濃度［Ｏ］が２×１０18ｃｍ-3、珪素原子濃度［Ｓｉ］が９×１０17ｃｍ-3、水素原子濃度［Ｈ］が４×１０16ｃｍ-3、および５×１０15ｃｍ-3であった。結果を表１にまとめた。
【０１０１】
なお、実施例３においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（２２−４１）であったが、少なくとも一部が（−４２２１）（これは、（２２−４１）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１０２】
（実施例４）
まず、図４（Ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【０１０３】
次に、図４（Ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜２２−４−１＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３．２ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛２２−４−１｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２２−４−１｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛２２−４−１｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛２２−４−１｝に対するオフ角が５°以下であった。
【０１０４】
次に、図４（Ｂ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２２−４−１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図４（Ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１０５】
次に、図４（Ｃ）を参照して、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２２−４−１）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを実施例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【０１０６】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の厚さは、４．０ｍｍであり、結晶成長速度は１００μｍ／ｈｒであった。また、図４の（Ｃ）の中央部の右側を参照して、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔおよび基板直上領域２０ｓに複数のファセット２０ｍｆによる凹部２０ｖが形成された（２２−４−１）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性は、（２２−４−１）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価したところ、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１４０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅ΔＷが５００μｍの基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は２００ａｒｃｓｅｃであった。
【０１０７】
また、このＧａＮ結晶の（２２−４−１）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは３×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは７×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は、ＧａＮ結晶の＜１０−１０＞方向に垂直な断面をＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定したところ、７．９ｃｍ-1であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、ホール測定から算出したところ、２×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子の濃度は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）により測定したところ、酸素原子濃度［Ｏ］が２×１０18ｃｍ-3、珪素原子濃度［Ｓｉ］が９×１０17ｃｍ-3、水素原子濃度［Ｈ］が４×１０16ｃｍ-3、および５×１０15ｃｍ-3であった。結果を表１にまとめた。
【０１０８】
なお、実施例４においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（２２−４−１）であったが、少なくとも一部が（−４２２−１）（これは、（２２−４−１）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１０９】
【表１】
0005446622.tif 000002
【０１１０】
表１から明らかなように、｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝および｛２２−４−１}からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下の面方位を有する主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、｛０００１｝以外の面方位の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を高い結晶成長速度で成長させることができた。
【０１１１】
（比較例１）
ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶）を＜１−１００＞方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例１と同様にして、｛１−１００｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。これらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１００｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【０１１２】
次に、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１−１００）の主面が互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の隣接面の平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１１３】
次に、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１−１００）の主面を実施例１と同様にして処理した後、それらの主面上に実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。
【０１１４】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の厚さは、０．８ｍｍであり、結晶成長速度は２０μｍ／ｈｒであった。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１００）の主面を有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の結晶性を、（１−１００）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅が３００μｍの基板隣接上方領域では、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３００ａｒｃｓｅｃであった。
【０１１５】
また、このＧａＮ結晶の（１−１００）の主面の貫通転位密度は、基板直上領域では１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域では３×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１１６】
なお、比較例１においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１−１００）であったが、少なくとも一部が（−１１００）（これは、（１−１００）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１１７】
（比較例２）
ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶）を＜１１−２０＞方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例１と同様にして、｛１１−２０｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。これらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１１−２０｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１１−２０｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【０１１８】
次に、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１１−２０）の主面が互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の隣接面の平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１１９】
次に、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１１−２０）の主面を実施例１と同様にして処理した後、それらの主面上に実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。
【０１２０】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の厚さは、０．８ｍｍであり、結晶成長速度は２０μｍ／ｈｒであった。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１１−２０）の主面を有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の結晶性を、（１１−２０）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は２５０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅が３００μｍの基板隣接上方領域では、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は６２０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１２１】
また、このＧａＮ結晶の（１１−２０）の主面の貫通転位密度は、基板直上領域では１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域では８×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１２２】
なお、比較例２においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１１−２０）であったが、少なくとも一部が（−１−１２０）（これは、（１１−２０）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１２３】
（比較例３）
ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶）を＜１−１０２＞方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例１と同様にして、｛１−１０２｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。これらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１０２｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１０２｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【０１２４】
次に、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１−１０２）の主面が互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の隣接面の平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１２５】
次に、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１−１０２）の主面を実施例１と同様にして処理した後、それらの主面上に実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。
【０１２６】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の厚さは、０．８ｍｍであり、結晶成長速度は２０μｍ／ｈｒであった。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１０２）の主面を有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の結晶性を、（１−１０２）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１２０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅が３００μｍの基板隣接上方領域では、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は４８０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１２７】
また、このＧａＮ結晶の（１−１０２）の主面の貫通転位密度は、基板直上領域では１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域では６×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１２８】
なお、比較例３においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１−１０２）であったが、少なくとも一部が（−１１０２）（これは、（１−１０２）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１２９】
（比較例４）
ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶）を＜１１−２２＞方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例１と同様にして、｛１１−２２｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。これらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１１−２２｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１１−２２｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【０１３０】
次に、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１１−２２）の主面が互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の隣接面の平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１３１】
次に、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１１−２２）の主面を実施例１と同様にして処理した後、それらの主面上に実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。
【０１３２】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の厚さは、０．８ｍｍであり、結晶成長速度は２０μｍ／ｈｒであった。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１１−２２）の主面を有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の結晶性を、（１１−２２）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は９０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅が５００μｍの基板隣接上方領域では、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３８０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１３３】
また、このＧａＮ結晶の（１１−２２）の主面の貫通転位密度は、基板直上領域では１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域では４×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１３４】
なお、比較例４においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１１−２２）であったが、少なくとも一部が（−１−１２２）（これは、（１１−２２）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１３５】
（比較例５）
ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶）を＜１２−３０＞方向に垂直な複数の面でスライスしたこと以外は、実施例１と同様にして、｛１２−３０｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製した。これらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１２−３０｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１２−３０｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【０１３６】
次に、石英製の結晶成長容器内に複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１２−３０）の主面が互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の隣接面の平均粗さＲａは５ｎｍであった。こうして配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）全体の外周に内接する円の直径が５０ｍｍであった。
【０１３７】
次に、石英製の結晶成長容器内に配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板）の（１２−３０）の主面を実施例１と同様にして処理した後、それらの主面上に実施例１と同様の成長方法、成長温度および成長時間でＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。
【０１３８】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の厚さは、０．８ｍｍであり、結晶成長速度は２０μｍ／ｈｒであった。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１２−３０）の主面を有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）の結晶性を、（１２−３０）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は２８０ａｒｃｓｅｃであった。また、広がり幅が５００μｍの基板隣接上方領域では、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は６６０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１３９】
また、このＧａＮ結晶の（１２−３０）の主面の貫通転位密度は、基板直上領域では１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域では７×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、４×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１４０】
なお、比較例５においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１２−３０）であったが、少なくとも一部が（−１−２３０）（これは、（１２−３０）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１４１】
【表２】
0005446622.tif 000003
【０１４２】
表１および表２を参照して、主面の面方位が｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝、｛１１−２２｝または｛１２−３０｝である複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いた場合でも、｛０００１｝以外の面方位の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を得らたが、主面の面方位が｛２０−２１｝、｛２０−２−１｝、｛２２−４１｝または｛２２−４−１}である複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いた場合に比べて、結晶成長速度が低かった。
【０１４３】
（実施例５〜実施例８）
実施例５は、石英製の結晶成長容器の内壁をＢＮ製板で被覆したこと、結晶成長速度を７０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例１と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例６は、結晶成長速度を８０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例５と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例７は、Ｏ2ガスをＮ2ガスで希釈したもの、ＳｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、およびＣＨ4ガスを用いて、ＧａＮ結晶に酸素原子、珪素原子、水素原子および炭素原子を高濃度に添加したこと以外は、実施例５と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例８は結晶成長速度を８０μｍ／ｈｒとしたこと以外は実施例７と同様にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。結果を表３にまとめた。
【０１４４】
（実施例９〜実施例１２）
実施例９は、石英製の結晶成長容器の内壁をＢＮ製板で被覆したこと以外は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例１０は、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例９と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例１１は、Ｏ2ガスをＮ2ガスで希釈したもの、ＳｉＣｌ4ガス、Ｈ2ガス、およびＣＨ4ガスを用いて、ＧａＮ結晶に酸素原子、珪素原子、水素原子および炭素原子を高濃度に添加したこと以外は、実施例９と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。実施例１２は結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒとしたこと以外は実施例１１と同様にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させた。結果を表３にまとめた。
【０１４５】
【表３】
0005446622.tif 000004
【０１４６】
表３を参照して、主面の面方位が｛２０−２１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる実施例５〜実施例８から以下のことがわかった。成長させたＧａＮ結晶における酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3より低く、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3より低く、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3より低く、および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3より低く場合において、結晶成長速度が７０μｍ／ｈｒ（８０μｍ／ｈｒ未満）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は８．２と低くなった（実施例５）が、結晶成長速度が８０μｍ／ｈｒ（８０μｍ／ｈｒ以上）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は３５と高くなった（実施例６）。また、成長させたＧａＮ結晶における酸素原子濃度が４×１０19ｃｍ-3より高く、珪素原子濃度が５×１０18ｃｍ-3より高く、水素原子濃度が１×１０18ｃｍ-3より高く、および炭素原子濃度が１×１０18ｃｍ-3より高い場合においても、結晶成長速度が７０μｍ／ｈｒ（８０μｍ／ｈｒ未満）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は７．２と低くなった（実施例７）が、結晶成長速度が８０μｍ／ｈｒ（８０μｍ／ｈｒ以上）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は４９と高くなった（実施例８）。
【０１４７】
また、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる実施例９〜実施例１２から以下のことがわかった。成長させたＧａＮ結晶における酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3より低く、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3より低く、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3より低く、および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3より低く場合において、結晶成長速度が８０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ未満）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は７．４と低くなった（実施例９）が、結晶成長速度が９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は３７と高くなった（実施例１０）。また、成長させたＧａＮ結晶における酸素原子濃度が４×１０19ｃｍ-3より高く、珪素原子濃度が５×１０18ｃｍ-3より高く、水素原子濃度が１×１０18ｃｍ-3より高く、および炭素原子濃度が１×１０18ｃｍ-3より高い場合においても、結晶成長速度が８０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ未満）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は６．５と低くなった（実施例１１）が、結晶成長速度が９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）であるとＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は５１と高くなった（実施例１２）。
【０１４８】
（実施例１３〜実施例２０）
実施例１３〜実施例１９は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する酸素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。実施例２０は、結晶成長速度を２５０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例１６と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表４にまとめた。
【０１４９】
【表４】
0005446622.tif 000005
【０１５０】
表４を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子のひとつである酸素原子の濃度を、好ましくは１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下（実施例１４〜実施例１８）、より好ましくは５×１０16ｃｍ-3以上１×１０19以下（実施例１５〜実施例１７）、さらに好ましくは１×１０17ｃｍ-3以上８×１０18ｃｍ-3以下（実施例１６）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は低減した。また、ＧａＮ結晶に含まれる酸素原子濃度が１×１０17ｃｍ-3以上８×１０18ｃｍ-3以下であると、結晶成長速度を２５０μｍ／ｈｒと高くしても、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は低かった。
【０１５１】
（実施例２１〜実施例２７）
実施例２１〜実施例２７は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する珪素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表５にまとめた。
【０１５２】
【表５】
0005446622.tif 000006
【０１５３】
表５を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子のひとつである珪素原子の濃度を、好ましくは６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下（実施例２２〜実施例２６）、より好ましくは１×１０15ｃｍ-3以上３×１０18以下（実施例２３〜実施例２５）、さらに好ましくは１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下（実施例２４）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は低減した。
【０１５４】
（実施例２８〜実施例３４）
実施例２８〜実施例３４は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する水素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表６にまとめた。
【０１５５】
【表６】
0005446622.tif 000007
【０１５６】
表６を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子のひとつである水素原子の濃度を、好ましくは６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下（実施例２９〜実施例３３）、より好ましくは１×１０17ｃｍ-3以上９×１０17以下（実施例３０〜実施例３２）、さらに好ましくは２×１０17ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下（実施例３１）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は低減した。
【０１５７】
（実施例３５〜実施例４１）
実施例３５〜実施例４１は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する炭素原子の濃度を調節したこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表７にまとめた。
【０１５８】
【表７】
0005446622.tif 000008
【０１５９】
表７を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子のひとつである炭素原子の濃度を、好ましくは１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下（実施例３６〜実施例４０）、より好ましくは５×１０16ｃｍ-3以上９×１０17以下（実施例３７〜実施例３９）、さらに好ましくは９×１０16ｃｍ-3以上７×１０17ｃｍ-3以下（実施例３８）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は低減した。
【０１６０】
（実施例４２〜実施例４７）
実施例４２〜実施例４７は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のうちいずれか２つを満たすようにしたこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表８にまとめた。
【０１６１】
【表８】
0005446622.tif 000009
【０１６２】
表８を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子濃度である酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度のいずれか２つを上記所定の範囲内（実施例４２〜実施例４７）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度が大きく低減した。
【０１６３】
（実施例４８〜実施例５１）
実施例４８〜実施例５１は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のうちいずれか３つを満たすようにしたこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表９にまとめた。
【０１６４】
（実施例５２、実施例５３）
実施例５２は、成長させるＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）に添加する不純物原子濃度を調節して、酸素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上４×１０19ｃｍ-3以下、珪素原子濃度が６×１０14ｃｍ-3以上５×１０18ｃｍ-3以下、水素原子濃度が６×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下および炭素原子濃度が１×１０16ｃｍ-3以上１×１０18ｃｍ-3以下のうちのすべて（４つ）を満たすようにしたこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。実施例５３は、結晶成長速度を２５０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例５２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表９にまとめた。
【０１６５】
【表９】
0005446622.tif 000010
【０１６６】
表９を参照して、主面の面方位が｛２０−２−１｝に対して５°以下のオフ角を有するＧａＮ結晶基板上にＧａＮ結晶を成長させる場合、結晶成長速度を９０μｍ／ｈｒ（９０μｍ／ｈｒ以上）としても、ＧａＮ結晶における不純物原子濃度である酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度のいずれか３つを上記所定の範囲内（実施例４８〜実施例５１）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度がより大きく低減した。さらに、ＧａＮ結晶における不純物原子濃度である酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度のすべて（４つ）を上記所定の範囲内（実施例５２）とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度がさらに大きく低減した。また、ＧａＮ結晶における不純物原子濃度である酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度のすべて（４つ）を上記所定の範囲内とすることにより、結晶成長速度を２５０μｍ／ｈｒと高くしても、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度は極めて低かった。
【０１６７】
（実施例５４、実施例５５）
実施例５４は、実施例５２で得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）からＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物基板）の主面に平行な面でスライスして、それらの主面を研削および研磨加工して、厚さ１ｍｍで主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のさらなるＧａＮ結晶基板（さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製し、これらのさらなるＧａＮ結晶基板の内下から２枚目のさらなるＧａＮ結晶基板の（２０−２１）の主面上に結晶成長させたこと、および結晶成長速度を１４０μｍ／ｈｒとしたこと以外は、実施例１２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。実施例５５は、実施例５２で得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）からＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物基板）の主面に平行な面でスライスして、それらの主面を研削および研磨加工して、厚さ１ｍｍで主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のさらなるＧａＮ結晶基板（さらなるＩＩＩ族窒化物結晶基板）を作製し、これらのさらなるＧａＮ結晶基板の内下から２枚目のさらなるＧａＮ結晶基板の（２０−２１）の主面上に結晶成長させたこと、および結晶成長速度を１５０μｍ／ｈｒとしたこと以外は実施例５２と同様にしてＧａＮ結晶を成長させた。結果を表１０にまとめた。
【０１６８】
【表１０】
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【０１６９】
表１０を参照して、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶）から作製したさらなるＧａＮ結晶基板（さらなるＩＩＩ族窒化物結晶）を用いて、さらなるＧａＮ結晶（さらなるＩＩＩ族窒化物結晶）を成長させる場合は、ＧａＮ結晶を成長させる場合に比べて、より高い結晶成長速度（１５０μｍ／ｈｒ未満）まで結晶成長面を平坦にして、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度を極めて大きく低減できた（実施例５４）。また、結晶成長面にファセットが形成される結晶成長速度であっても、ＧａＮ結晶における不純物原子濃度である酸素原子濃度、珪素原子濃度、水素原子濃度および炭素原子濃度のすべて（４つ）を上記所定の範囲内とすることにより、ＧａＮ結晶の｛０００１｝面内の面欠陥密度が極めて大きく低減できた。
【０１７０】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【産業上の利用可能性】
【０１７１】
本発明にかかる製造方法により製造されるＩＩＩ族窒化物結晶は、発光素子（発光ダイオード、レーザダイオードなど）、電子デバイス（整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）など）、半導体センサ（温度センサ、圧力センサ、放射センサまたは可視−紫外光検出器など）、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、加速度センサ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品、圧電振動子、共振器または圧電アクチュエータなどに利用される。
【符号の説明】
【０１７２】
１  ＩＩＩ族窒化物バルク結晶、１０ｐ，１０ｑ，２０ｐ  ＩＩＩ族窒化物結晶基板、１０ｐｍ，１０ｑｍ，２０ｍ，２０ｐｍ，３０ｍ  主面、１０ｐｔ，１０ｑｔ  隣接面、２０，３０  ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｇ，３０ｇ  結晶成長面、２０ｇｆ，２０ｍｆ，３０ｇｆ，３０ｍｆ  ファセット、２０ｓ，３０ｓ  基板直上領域、２０ｔ，３０ｔ  基板隣接上方領域、２０ｔｃ  直上伸長面、２０ｖ，３０ｖ  凹部、９０  下地基板、９１  マスク層、９１ｗ  窓。
【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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