(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
主面および側面を有する下地基板の前記主面及び前記側面をエッチングする工程と、
側面に｛１０−１０｝面を有する六方晶系のIII族窒化物単結晶を前記下地基板の前記主面上及び前記側面上にエピタキシャル成長させる工程と、
を有することを特徴とするIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法。
【請求項２】
前記III族窒化物単結晶をエピタキシャル成長させる工程において、
当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に垂直な断面の中心を含み、当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に延在する第１領域と、当該III族窒化物単結晶インゴットの側面を含んで前記第１領域の周囲に位置し当該第１領域とは酸素不純物濃度が異なる第２領域と、を形成し、
前記第１領域の酸素不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であり、前記第２領域の酸素不純物濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３であり、
前記第２領域の酸素不純物濃度を、前記第１領域の酸素不純物濃度よりも大きくすることを特徴とする請求項１記載のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法。
【請求項３】
前記下地基板が、シリコン、サファイア、炭化シリコン、スピネル型結晶、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項１又は２記載のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法。
【請求項４】
前記下地基板の前記主面と、前記下地基板の｛０００１｝面、｛１０−１０｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛１１−２０｝面、｛１１−２１｝面、及び｛１１−２２｝面のうちのいずれか一面とのなす角が、０°以上５°以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法。
【請求項５】
前記下地基板は、
厚さ方向に垂直な断面が円形であるか、または
側面が｛１０−１０｝面からなり、厚さ方向に垂直な断面が六角形である
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか一項に記載のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法により得られるIII族窒化物単結晶インゴットを切断してIII族窒化物単結晶基板を形成することを特徴とするIII族窒化物単結晶基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III族窒化物単結晶インゴット、III族窒化物単結晶基板、III族窒化物単結晶インゴットの製造方法、及びIII族窒化物単結晶基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイス等に用いられる基板は、一般的に、種結晶の上に単結晶をエピタキシャル成長させてインゴットを作成した後、当該インゴットをスライスする方法により製造される。この製造方法を用いる場合に、基板の製造コストを低減させる方法について、種々検討されている。
【０００３】
特許文献１では、転位による結晶欠陥を低減させる目的から、種結晶（基板）上に開口窓を有するマスク層を形成し、このマスク層を介して単結晶を成長させる方法が開示されている。また、種結晶としてＧａＮ結晶を用い、このＧａＮ結晶上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させてインゴットを形成後、当該インゴットを複数枚に切断しＧａＮ単結晶基板を得る方法が示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、低い転位密度を均一に有する大面積の基板を作製する方法として、ピット化成長条件下でIII-Ｖ族窒化物材料を成長させる第１段階と、ピット充填条件下でIII-Ｖ族窒化物材料を成長させる第２段階と、を含む方法が示されている。
【特許文献１】国際公開第９９／２３６９３号パンフレット
【特許文献２】特表２００７−５１９５９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＧａＮ等のIII族窒化物基板の製造コストを低減する方法の一つとして、インゴットの長尺化が挙げられる。しかしながら、III族窒化物単結晶の成長時に、クラックが発生することにより長尺成長が妨げられるという問題がある。
【０００６】
III族窒化物単結晶の成長工程では、成長時のガス流れ変化や、下地基板の端、角又は側面の結晶性劣化等の影響によって、III族窒化物結晶の外周に多結晶（ポリ結晶）や異面方位結晶が析出することがある。一方、III族窒化物結晶は、熱膨張係数に異方性があるという特徴がある。例えば、ＧａＮ結晶の場合は、Ａ面の熱膨張係数が５．５９×１０−６／℃であるのに対して、Ｃ面の熱膨張係数は３．１７×１０−６／℃である。したがって、III族窒化物単結晶の成長時に、単結晶の外周にポリ結晶や異面方位結晶が析出した場合、単結晶と当該単結晶の外周に析出したポリ結晶や異面方位結晶との間に、熱膨張係数の差に由来した熱応力差が発生する。この熱応力差が原因となって、結晶成長時にクラックが発生するため、インゴットの長尺成長が妨げられるという問題があった。
【０００７】
本発明は上記を鑑みてなされたものであり、長尺成長時のクラック発生率が低減されたIII族窒化物単結晶インゴットとこのインゴットを用いて製造したIII族窒化物単結晶基板、III族窒化物単結晶インゴットの製造方法、及びIII族窒化物単結晶基板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】
【０００８】
上記目的を達成するため、本発明に係るIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法は、下地基板の側面をエッチングする工程と、側面に結晶面を有する六方晶系のIII族窒化物単結晶を下地基板上にエピタキシャル成長させる工程と、を有することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係るIII族窒化物単結晶インゴットは、六方晶系のIII族窒化物単結晶からなるIII族窒化物単結晶インゴットであって、厚さ方向に垂直な平面で切断したときの断面が六角形であり、側面が結晶面であることを特徴とする。
【００１０】
インゴットの長尺成長時におけるクラック発生を低減するために、単結晶の外周におけるポリ結晶や異面方位結晶の析出を抑制する必要がある。上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法によれば、下地基板の側面の加工変質層をあらかじめエッチングにより除去しておくことで、下地基板上に形成されるIII族窒化物単結晶インゴットの側面に結晶面が形成されるため、ポリ結晶や異面方位結晶の析出が抑制され、クラックの発生が低減される。また、上記のIII族窒化物単結晶インゴットによれば、側面においてポリ結晶や異面方位結晶の析出が抑制されることから、クラック発生が低減される。
【００１１】
上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法では、結晶面が、｛１０−１０｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛１０−１−１｝面、及び｛１０−１−２｝面のうちの少なくとも一つからであることが好ましい。
【００１２】
また上記のIII族窒化物単結晶インゴットは、結晶面が、｛１０−１０｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛１０−１−１｝面、及び｛１０−１−２｝面のうちの少なくとも一つであることが好ましい。
【００１３】
III族窒化物単結晶インゴットの側面の結晶面が上記の面であることで、ポリ結晶や異面方位結晶の析出が抑制され、クラックの発生も低減される。
【００１４】
また、上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法では、III族窒化物単結晶をエピタキシャル成長させる工程において、当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に垂直な断面の中心を含み、当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に延在する第１領域と、当該III族窒化物単結晶インゴットの側面を含んで第１領域の周囲に位置し当該第１領域とは酸素不純物濃度が異なる第２領域と、を形成し、第１領域の酸素不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であり、第２領域の酸素不純物濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３であり、第２領域の酸素不純物濃度を、第１領域の酸素不純物濃度よりも大きくすることが好ましい。
【００１５】
また、上記のIII族窒化物単結晶インゴットは、当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に垂直な断面の中心を含み、当該III族窒化物単結晶インゴットの厚さ方向に延在する第１領域と、側面を含み第１領域の周囲に配置され、第１領域とは酸素不純物濃度が異なる第２領域と、を有し、第１領域の酸素不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であり、第２領域の酸素不純物濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３であり、第２領域の酸素不純物濃度は、第１領域の酸素不純物濃度よりも大きいことが好ましい。
【００１６】
発明者等の検討によれば、側面に結晶面を有するIII族窒化物単結晶インゴットにおいて、酸素不純物濃度を当該範囲とすることで、さらにクラック発生率を低減することができることが分かった。したがって、上記の態様とすることにより、クラック発生を効果的に抑制することができる。
【００１７】
上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法は、下地基板が、シリコン、サファイア、炭化シリコン、スピネル型結晶、窒化ガリウム及び窒化アルミニウムのうちの少なくとも一つを含む態様をとることができる。
【００１８】
また、上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法は、下地基板の主面と、下地基板の｛０００１｝面、｛１０−１０｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛１１−２０｝面、｛１１−２１｝面、及び｛１１−２２｝面のうちのいずれか一面とのなす角が、０°以上５°以下である態様をとることができる。さらに、下地基板は、厚さ方向に垂直な断面が円形であるか、または側面が｛１０−１０｝面からなり、厚さ方向に垂直な断面が六角形である態様をとることができる。
【００１９】
III族窒化物単結晶インゴットを製造するために用いる下地基板を上記の態様とすることにより、より効果的にポリ結晶や異面方位結晶の析出が抑制されるため、効果的にクラックの発生を抑制することができる。
【００２０】
本発明に係るIII族窒化物単結晶基板の製造方法は、上記のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法により得られるIII族窒化物単結晶インゴットを切断してIII族窒化物単結晶基板を形成することを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係るIII族窒化物単結晶基板は、上記のIII族窒化物単結晶インゴットを板状に切断することにより得られることを特徴とする。
【００２２】
このように、長尺成長時のクラック発生率が低減されたIII族窒化物単結晶インゴットを用いて、III族窒化物単結晶基板を製造することにより、III族窒化物単結晶基板を効率よく製造することができる。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、長尺成長時のクラック発生率が低減されたIII族窒化物単結晶インゴットとこのインゴットを用いて製造したIII族窒化物単結晶基板、III族窒化物単結晶インゴットの製造方法、及びIII族窒化物単結晶基板の製造方法が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、添付図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において、同一又は同等の要素には同一符号を用い、重複する説明を省略する。
【００２５】
図１（Ａ）は、本発明の好適な実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴット１を示す斜視図である。このIII族窒化物単結晶インゴット１は、六方晶系のIII族窒化物単結晶からなる。III族窒化物としては、ＧａＮからなることが好ましいが、他のIII族元素がＧａに代わって含まれていてもよい。この場合、例えばＩｎやＡｌ等を用いることができる。
【００２６】
図１（Ａ）に示すように、III族窒化物単結晶インゴット１は六角柱の形状をしていて、厚さ方向に垂直な断面での切断面は六角形をしている。また、主面１Ａの結晶面は｛０００１｝面であり、側面１Ｂの結晶面は｛１０−１０｝面である。
【００２７】
また、図１（Ｂ）に示すようにこのIII族窒化物単結晶インゴット１は、それぞれインゴット中に異なる２種類の酸素不純物濃度を有する部分を備えている。中心部（第１領域）１Ｃは、厚さ方向に垂直に切断した断面において中心部に位置し厚さ方向に延在する部分であり、側面部（第２領域）１Ｄは、中心部１Ｃの周囲に位置し、側面１Ｂを含む。中心部１Ｃの酸素不純物濃度は１×１０１６〜１×１０１８ｃｍ−３であり、側面部１Ｄの酸素不純物濃度は１×１０１７〜１×１０１９ｃｍ−３であることが好ましく、側面部１Ｄの酸素不純物濃度は中心部１Ｃの酸素不純物濃度よりも高いことが好ましい。
【００２８】
図２は、III族窒化物単結晶インゴット２の構造を示す図である。III族窒化物単結晶インゴット２は、本実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴットの別の形状であり、III族窒化物単結晶インゴット１と同様に厚さ方向に垂直な断面での切断面は六角形をしている。しかしながら、その切断面の大きさは、下面では大きく上面に向かうほど小さくなる。また、主面２Ａの結晶面は｛０００１｝面であり、側面２Ｂの結晶面は｛１０−１１｝面又は｛１０−１２｝面からなる。
【００２９】
図３は、III族窒化物単結晶インゴット３の構造を示す図である。III族窒化物単結晶インゴット３は、本実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴットの別の形状であり、III族窒化物単結晶インゴット１及び２と同様に厚さ方向に垂直な断面での切断面は六角形をしている。しかしながら、その切断面の大きさは、下面では小さく上面に向かうほど大きくなる。また、主面３Ａの結晶面は｛０００１｝面であり、側面３Ｂの結晶面は｛１０−１−１｝面又は｛１０−１−２｝面からなる。
【００３０】
図１〜図３に示すIII族窒化物単結晶インゴット１〜３の構造の違いは、当該III族窒化物単結晶のエピタキシャル成長時の成長条件等により発生する。
【００３１】
なお、上記図１〜図３に示すIII族窒化物単結晶インゴット１〜３では、主面の面方位が｛０００１｝面であるとしたが、その他の結晶面であってもよい。好適な主面の結晶面としては、｛１０−１０｝面、｛１０−１１｝面、｛１０−１２｝面、｛１１−２０｝面、｛１１−２１｝面、及び｛１１−２２｝面が挙げられる。これらの面を主面の結晶面とした場合、側面は上記図１〜３で示した結晶面とは異なる結晶面から構成される。
【００３２】
次に、本実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法及び当該III族窒化物単結晶インゴットをスライスすることにより得られるIII族窒化物単結晶基板の製造方法を説明する。なお、以下のIII族窒化物単結晶インゴットの製造方法では、下地基板としてＧａＮ結晶を用い、下地基板上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、下地基板を除去することにより得られるＧａＮ単結晶インゴットと、このＧａＮ単結晶インゴットをスライスすることにより得られるＧａＮ単結晶基板を例として説明する。
【００３３】
本実施形態に係るＧａＮ単結晶インゴットは、下地基板をエッチング処理した後、当該下地基板上にＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法によりＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させた後、下地基板を除去することにより、作製される。ただしこれに限定されるものではなく、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical VaporDeposition：有機金属化学気相堆積）法等を用いてもよい。
【００３４】
図４は、ＧａＮ単結晶からなるインゴットの製造方法を示す図である。下地基板１０として用いるＧａＮ結晶の主面は（０００１）面からなる。まず、図４（Ａ）に示すように、下地基板１０の主面及び側面のエッチングを行う。このエッチングは、例えば、ＨＣｌ分圧０．２ａｔｍ、Ｎ２分圧０．８ａｔｍの雰囲気下で、温度１０５０℃に保持した状態で、気相エッチングを１時間実施することにより行われる。このエッチングにより、側面から少なくとも１μｍ以上の厚さの部分が除去される。上記の条件でエッチングを行うことにより、下地基板の主面のみならず、側面もエッチングが施される。このエッチングにより、下地基板の角や側面の加工変質層を除去される。これにより、後述のＧａＮ単結晶インゴットの周囲にポリ結晶や異面方位結晶が析出するのを抑制する。なお、このエッチングは、図５に示す気相成長装置３０を用いて行うことができる。
【００３５】
次に、図４（Ｂ）に示すように、エッチングが行われた下地基板１０Ａ上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させる。
【００３６】
図５はＨＶＰＥ法に使用する常圧の気相成長装置３０を示す図である。気相成長装置３０は、第１ガス導入ポート３１、第２ガス導入ポート３２、第３ガス導入ポート３３、及び排気ポート３５を有する反応チャンバ３７と、この反応チャンバ３７を過熱するための抵抗ヒータ３９と、から構成されている。また、反応チャンバ３７内には、Ｇａ金属を入れるソースボート４１と、下地基板１０を支持する回転支持部材４３とが設けられている。
【００３７】
上記の気相成長装置３０を用いて、まず、下地基板１０を気相成長装置３０の回転支持材４３上に配置する。原料ガスとして、第１ガス導入ポート３１からアンモニア（ＮＨ３）ガスを流す。また、同じく原料ガスとして第３ガス導入ポート３３から塩化水素（ＨＣｌ）ガスを流す。これらの原料ガスのキャリアガスはいずれも水素ガスである。さらにドーピングガスとして、第２ガス導入ポートからＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスを流す。このドーピングガスのキャリアガスも水素ガスである。
【００３８】
第３ガス導入ポート３３から導入される塩化水素ガスは、ソースボート４０中のＧａ金属と下記式のように反応する。
【化１】
0005560528.tif 000002
【００３９】
これによりＧａＣｌ（塩化ガリウム）ガスが生成され、キャリアガスである水素ガスとともに、下地基板１０Ａ上に供給される。一方、下地基板１０Ａは１１００℃まで昇温し、下地基板１０Ａの主面で下記式の反応が行われる。
【化２】
0005560528.tif 000003
【００４０】
これにより図４（Ｂ）に示すように、下地基板１０Ａ上及びその側面上にＧａＮ単結晶１１がエピタキシャル成長される。上記のガスの流れの制御や、成長温度や成長速度を最適化することにより、ＧａＮ単結晶１１の側面が結晶面からなる構造とすることができる。
【００４１】
その後、ＧａＮ単結晶１１を外周加工し、下地基板を除去し、研削、研磨、ドライエッチング等の加工工程を実施することで、ＧａＮ単結晶インゴットが得られる。このＧａＮ単結晶インゴットは、直径が２５〜１６０ｍｍであり、厚さが２〜１６０ｍｍであることが好ましい。
【００４２】
上記の製造方法によれば、側面が結晶面からなり、側面にポリ結晶や異面方位結晶が析出していないＧａＮ単結晶インゴットが得られる。したがって、製造時にクラック等の破損が抑制されて長尺成長が実現されるため、ＧａＮ単結晶インゴットを効率よく製造することができる。また、このインゴットを用いてＧａＮ単結晶基板を製造することにより、クラック等の破損が抑制されたＧａＮ単結晶基板を効率よく提供することができる。
【００４３】
このＧａＮ単結晶基板の主面上に半導体層や金属層等を積層することにより、さまざまなデバイスを作製することができる。
【００４４】
例えば、上記のＧａＮ単結晶基板は、発光ダイオードやレーザダイオード等の光デバイスや整流器、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor：高電子移動度トランジスタ）等の電子デバイスの基板として用いることができる。さらに、本実施形態に係るIII族窒化物単結晶基板は、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器等の半導体デバイスや、その他の用途として、ＳＡＷデバイス、振動子、共振器、発振器、ＭＥＭＳ（MicroElectro Mechanical Systems）部品、圧電アクチュエータ等の基板として用いることができる。
【００４５】
以上、本発明における好適な実施形態を具体的に示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、種々の変更が可能である。例えば、図５に示した気相成長装置３０は、横向きの構造であるが、縦方向に伸びる構造をもつ気相成長装置を用いることも可能である。また、複数枚の下地基板を同時に気相成長装置へ載置して製造工程を実施することもできる。さらに、本実施形態ではキャリアガスとして水素ガスを用いているが、その他のキャリアガスを用いることもできる。
【実施例】
【００４６】
以下、上記製造方法に基づいて作製したIII族窒化物単結晶インゴットを実施例として、従来の製造方法に基づいて作製したIII族窒化物単結晶インゴットを比較例として、本発明を更に詳細に説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
【００４７】
＜実施例１＞
直径１０５ｍｍの円形状であり、４００μｍの厚さで主面が（０００１）面である窒化ガリウム（ＧａＮ）から成る下地基板を準備した。この下地基板を、図２で示す気相成長装置３０の回転支持材４３上に配置した。まず前処理として、基板温度を８００℃まで加熱し、ＨＣｌ分圧０．２ａｔｍ、Ｎ２分圧０．８ａｔｍの雰囲気下で、下地基板の主面と側面とを、気相エッチング処理を行った。この結果、下地基板の主面及び側面は、少なくとも１μｍ以上の厚さの領域をエッチングされた。その後、原料ガスとして、第１ガス導入ポート３１からアンモニア（ＮＨ３）ガスを流した。また、同じく原料ガスとして第３ガス導入ポート３３から塩化水素（ＨＣｌ）ガスを流した。これらの原料ガスのキャリアガスはいずれも水素ガスである。さらにドーピングガスとして、第２ガス導入ポート３２からＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスを、水素ガスをキャリアガスとして流した。あわせて基板温度を１１００℃まで昇温して、原料ガスを反応させた。
【００４８】
回転支持材４３の下地基板上にＧａＮ単結晶を、上記の方法で、成長速度１００μｍ／時間で、厚さ約２０ｍｍとなるまでエピタキシャル成長させ、実施例１に係るＧａＮ単結晶インゴットを得た。成長したＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には｛１０−１０｝面からなる結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が析出されておらず、クラックの発生もなかった。
【００４９】
このようにして得られたＧａＮ単結晶インゴットの酸素不純物濃度をＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析）で測定したところ、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は１×１０１８ｃｍ−３であった。なお、１×１０１６ｃｍ−３は、ＳＩＭＳによる酸素不純物濃度の測定限界であるため、１×１０１６ｃｍ−３以下の濃度は測定することができなかった。
【００５０】
＜実施例２＞
実施例２のＧａＮ単結晶インゴットは、下地基板の形状を除いて実施例１のＧａＮ単結晶インゴットと同様である。すなわち、下地基板として、主面の一辺が６２ｍｍの六角形状であり、４００μｍの厚さで主面が（０００１）面であり、側面の結晶面が｛１０−１０｝面である、窒化ガリウムから成る下地基板を準備した。実施例１と同様に、この下地基板を気相成長装置３０中の回転支持材４３上に配置した後、前処理として下地基板の主面及び側面を厚さ１μｍ以上気相エッチングした。前処理後、下地基板の主面上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、実施例２に係るＧａＮ単結晶インゴットを得た。
【００５１】
実施例２のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。側面の結晶面の形成は、実施例１よりもスムーズに行われていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が析出されておらず、クラックの発生もなかった。酸素不純物濃度は、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は１×１０１８ｃｍ−３であった。
【００５２】
＜実施例３＞
実施例３のＧａＮ単結晶インゴットは、前処理の方法を除いて実施例１のＧａＮ単結晶インゴットと同様である。すなわち、窒化ガリウムからなる下地基板を準備した。この下地基板の裏面をコートし、３２０℃に加熱した溶融ＫＯＨ溶液中で液相エッチングを施した。この結果、下地基板の主面と裏面を厚さ１μｍ以上エッチングした。このように前処理を施した下地基板を、気相成長装置３０中の回転支持材４３上に配置し、下地基板の主面上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、実施例３に係るＧａＮ単結晶インゴットを得た。
【００５３】
実施例３のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が極微少に析出しているのが確認できたが、クラックの発生はなかった。酸素不純物濃度は、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は１×１０１８ｃｍ−３であった。
【００５４】
＜実施例４、５＞
実施例４及び実施例５のＧａＮ単結晶インゴットは、ＧａＮ単結晶インゴットの酸素不純物濃度を除いて実施例１のＧａＮ単結晶インゴットと同様である。図２で示す気相成長装置３０の回転支持材４３上に配置し、前処理を施した後の下地基板の主面上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させる際に第２ガス導入ポート３２から流すドーピングガスに含まれるＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの比率を調整した。このようにしてＧａＮ単結晶インゴットにドープする酸素量を変化させ、ＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、実施例４及び実施例５のＧａＮ単結晶インゴットを得た。
【００５５】
実施例４のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が極微少に析出しているのが確認できたが、クラックの発生はなかった。酸素不純物濃度は、中央部は５×１０１７ｃｍ−３であり、側面部は５×１０１９ｃｍ−３であった。
【００５６】
また、実施例５のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が析出されておらず、クラックの発生もなかった。酸素不純物濃度は、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は３×１０１７ｃｍ−３であった。
【００５７】
＜実施例６、７＞
実施例６及び実施例７のＧａＮ単結晶インゴットは、ＧａＮ単結晶インゴットの酸素不純物濃度を除いて実施例２のＧａＮ単結晶インゴットと同様である。図２で示す気相成長装置３０の回転支持材４３上に配置し、前処理を施した後の下地基板の主面上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させる際に第２ガス導入ポート３２から流すドーピングガスに含まれるＳｉＦ４ガス及びＯ２ガスの比率を調整した。このようにしてＧａＮ単結晶インゴットにドープする酸素量を変化させ、ＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、実施例６及び実施例７のＧａＮ単結晶インゴットを得た。
【００５８】
実施例６のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が極微少に析出していて、クラックも少数発生しているのが確認された。酸素不純物濃度は、中央部は８×１０１７ｃｍ−３であり、側面部は８×１０１９ｃｍ−３であった。
【００５９】
また、実施例７のＧａＮ単結晶インゴットは、厚さ方向に垂直な方向の断面が六角形となっており、側面には結晶面が形成されていた。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が析出されていなかったが、クラックが少数発生しているのが確認された。酸素不純物濃度は、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は１×１０１７ｃｍ−３であった。
【００６０】
＜比較例１＞
比較例１のＧａＮ単結晶インゴットは、前処理を行わない点を除いて実施例２のＧａＮ単結晶インゴットと同様である。主面の一辺が６２ｍｍの六角形状であり、４００μｍの厚さで主面が（０００１）面であり、側面の結晶面が｛１０−１０｝面である、窒化ガリウムから成る下地基板を準備した。この下地基板を、図２で示す気相成長装置３０の回転支持材４３上に配置した。下地基板の主面上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させ、比較例１に係るＧａＮ単結晶インゴットを得た。
【００６１】
比較例１のＧａＮ単結晶インゴットの側面には結晶面が形成されていなかった。また、ＧａＮ単結晶インゴットの側面にはポリ結晶が多量に析出されており、多数のクラックが発生した。酸素不純物濃度は、中央部は１×１０１６ｃｍ−３以下であり、側面部は１×１０１８ｃｍ−３であった。
【００６２】
上記の実施例１〜７及び比較例１について、下地基板の形状、成長前処理の有無及び方法、酸素不純物濃度、側面の結晶面、側面のポリ結晶析出、及びクラックの有無を表１にまとめる。この結果、表１に示すように、下地基板上にＧａＮ単結晶をエピタキシャル成長させる前に、下地基板に前処理を行うことで、下地基板上に側面に結晶面をもち、六角形の断面を有するＧａＮ単結晶インゴットを形成することができた。また、側面でのポリ結晶や異面方位結晶の析出が抑制された。また、ＧａＮ単結晶インゴットの中央部及び側面部の酸素不純物濃度を、ドーピングガスにより調整することで、側面のポリ結晶析出やクラック発生がさらに制御され、長尺のＧａＮ単結晶インゴットを効率よく製造することが可能となった。
【表１】
0005560528.tif 000004
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の好適な実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴット１を示す斜視図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴット２を示す斜視図である。
【図３】本発明の好適な実施形態に係るIII族窒化物単結晶インゴット３を示す斜視図である。
【図４】ＧａＮ単結晶からなるインゴットの製造方法を示す図である。
【図５】ＨＶＰＥ法に使用する常圧の気相成長装置３０を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１、２、３…III族窒化物単結晶インゴット、１０…下地基板、１１…ＧａＮ単結晶、３０…気相成長装置。
【図１】
0005560528.tif 000005
【図２】
0005560528.tif 000006
【図３】
0005560528.tif 000007
【図４】
0005560528.tif 000008
【図５】
0005560528.tif 000009