(57)【要約】      （修正有）【課題】非極性面または半極性面を成長主面とした場合に多結晶体が堆積することを防ぎ、良質な窒化物結晶を製造する方法を提供する。【解決手段】非極性面または半極性面を主面とする種結晶１１０の上に窒化物半導体結晶を成長させる方法であって、種結晶１１０は、下敷支持体１０９を介してサセプター１０７に付設され、下敷支持体１０９の外縁は種結晶１１０およびサセプター１０７の外縁よりも内側に配置され、種結晶１１０とサセプター１０７の間の距離Ｒは１〜９ｍｍである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非極性面または半極性面を主面とする種結晶の上に窒化物半導体結晶を成長させる方法であって、
前記種結晶は、下敷支持体を介してサセプターに付設され、
前記下敷支持体の外縁は前記種結晶および前記サセプターの外縁よりも内側に配置され、
前記種結晶と前記サセプターの間の距離は１〜９ｍｍであることを特徴とする窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
前記種結晶の外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離が０．１〜３０ｍｍである請求項１に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
前記サセプターの外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離が１〜４０ｍｍである請求項１又は２に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記種結晶の外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離と、前記下地基板と前記サセプターの間の距離の比が３：１〜１：１０である請求項１〜３のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
前記サセプターの外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離と、前記種結晶と前記サセプターの間の距離の比が３：１〜１：２０である請求項１〜４のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
前記種結晶の外縁は、前記サセプターの外縁よりも内側に配置される請求項１〜５のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
前記種結晶はＭ面を主面とする六方晶である請求項１〜６のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
前記窒化物半導体結晶は、２ｍｍ以上の厚さを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項９】
サセプターと、下敷支持体と、非極性面または半極性面を主面とする種結晶と、窒化物半導体結晶とを順に積層した構造を有し、
前記下敷支持体の外縁は前記種結晶および前記サセプターの外縁よりも内側に配置され、
前記下地基板と前記サセプターの間の距離は１〜９ｍｍであることを特徴とする窒化物半導体結晶含有積層体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物半導体結晶の製造方法に関する。より詳細には、本発明は、非極性面または半極性面を主面とする種結晶に窒化物半導体結晶を形成する方法であって、積層基板の周囲に多結晶体が付着し、チャッキングが起こることを抑制する窒化物半導体結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化物半導体結晶の成長方法として、気相法、液相法といった種々の製造方法が知られている。中でもハイドライド気相成長法（ＨＶＰＥ法）は成長速度が速いことから半導体結晶を得る手法として好適に用いられている。
窒化物半導体結晶として、窒化ガリウム（ＧａＮ）半導体のウエハを製造したい場合には、例えば、サファイアやＧａＮ等の基板を気相成長装置の成長室内に積置し、成長室内にガリウム化合物を含有するガスと、窒素化合物を含有するガスを供給することで、基板上に窒化ガリウム半導体結晶を数μｍ〜数ｃｍの厚さにまで成長させる。
【０００３】
特許文献１には、多結晶体の成長を抑えた窒化物半導体結晶の製造方法が開示されている。ここでは、主に極性面であるＣ面を主面とした種結晶上に半導体結晶を成長させる場合に、種結晶の裏面の一部を露出させた状態にすることにより、多結晶体の成長を抑えることができる。これにより、成長させた窒化物半導体結晶を容易に取り出すことができるとされている。
【０００４】
しかし、Ｃ面を成長主面とした場合は、窒化物半導体結晶の転位密度が高く、結晶欠陥が発生するという問題がある。また、半導体デバイス用ウエハとしてＣ面を成長主面とした場合、分極電場が生じるため、発光デバイスに用いた際に発光効率が悪くなるという問題もある。そこで、特許文献２では、非極性面であるＭ面を主面とするウエハを得るために、Ｍ面を成長主面とした半導体結晶を製造することが提案されている。
【０００５】
一般的に、Ｃ面を成長主面として結晶成長を行い、そこから大面積のＭ面を主面とするウエハを得ることは困難である。そこで、特許文献２には、Ｍ面を成長主面とした結晶を成長させる方法であって、Ｃ面を成長面として形成した一次ウエハから窒化物半導体バーを切り出し、Ｍ面が上面となるように配列した上に窒化物半導体を再成長させる方法が開示されている。特許文献２では、結晶性が良好に維持できる程度の膜厚にまで結晶を成長させることとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−４６３７７号公報
【特許文献２】特開２００６−３１５９４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献２に開示された方法で長時間に渡って結晶を成長させた場合、下地基板の周辺に空隙が少なく硬質な多結晶体が発生することが分かった。空隙が少なく硬質な多結晶体は、少量であっても成長結晶のひび割れを引き起こす原因となるため問題となる。
【０００８】
また、本発明者の検討では、非極性面または半極性面を主面として結晶を成長させた場合は、極性面を成長させた場合と比較して、結晶の成長速度が遅いことが確認された。このため、ある程度の膜厚を持つ結晶を得るためには、従来の極性面を主面とする成長以上に長時間に渡って結晶を成長させる必要がある。しかし、非極性面または半極性面を主面として長時間に渡って結晶を成長させた場合、積層基板周辺に多結晶体が堆積し、成長させた結晶にひび割れが発生したり、結晶を取り出すことができないという問題が顕著になることが見出された。
【０００９】
加えて、窒化物半導体結晶を長時間に渡って成長させた場合、随伴的に多結晶体が成長し、多結晶体が半導体結晶、種結晶およびサセプターをチャッキングするということが分かった。チャッキングが起こると、成長した半導体結晶を種結晶から取り出すことができなくなるため問題となる。加えて、高温での結晶成長中にチャッキングが起こるため、結晶成長後の冷却時にサセプター等との熱膨張係数差により半導体結晶が割れて、クラックが発生してしまうとの課題が生じた。
【００１０】
そこで本願発明者らは、このような従来技術の課題を解決するために、非極性面または半極性面を成長主面として厚膜成長を行ったときであっても、多結晶体が堆積しにくく、チャッキングが起こりにくい製造方法を提供することを目的として検討を進めた。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記の課題を解決するために鋭意検討を行った結果、本願発明者らは、下地基板とサセプターの間に特定の条件を満たす下敷支持体を設けることにより、多結晶体が堆積することを抑制できることを見出した。具体的に、本発明は、以下の構成を有する。
【００１２】
［１］非極性面または半極性面を主面とする種結晶の上に窒化物半導体結晶を成長させる方法であって、前記種結晶は、下敷支持体を介してサセプターに付設され、前記下敷支持体の外縁は前記種結晶および前記サセプターの外縁よりも内側に配置され、前記種結晶と前記サセプターの間の距離は１〜９ｍｍであることを特徴とする窒化物半導体結晶の製造方法。
［２］前記種結晶の外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離が０．１〜３０ｍｍである［１］に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［３］前記サセプターの外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離が１〜４０ｍｍである［１］又は［２］に記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［４］前記種結晶の外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離と、前記下地基板と前記サセプターの間の距離の比が３：１〜１：１０である［１］〜［３］のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［５］前記サセプターの外縁と前記下敷支持体の外縁の最短距離と、前記種結晶と前記サセプターの間の距離の比が３：１〜１：２０である［１］〜［４］のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［６］前記種結晶の外縁は、前記サセプターの外縁よりも内側に配置される［１］〜［５］のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［７］前記種結晶はＭ面を主面とする六方晶である［１］〜［６］のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［８］前記窒化物半導体結晶は、２ｍｍ以上の厚さを有する［１］〜［７］のいずれかに記載の窒化物半導体結晶の製造方法。
［９］サセプターと、下敷支持体と、非極性面または半極性面を主面とする種結晶と、窒化物半導体結晶とを順に積層した構造を有し、前記下敷支持体の外縁は前記種結晶および前記サセプターの外縁よりも内側に配置され、前記下地基板と前記サセプターの間の距離は１〜９ｍｍである窒化物半導体結晶含有積層体。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、非極性面または半極性面を成長主面とした種結晶を用い、種結晶とサセプターの間に特定の条件を満たす下敷支持体を設けることにより、積層基板周辺に硬質な多結晶体が発生することを抑制することができる。これにより、成長した半導体結晶のひび割れを防ぐことができる。
【００１４】
さらに、本発明によれば、下地基板の周辺に少量の多結晶体が付着した場合であっても、随伴的に多結晶体が成長することがないため、多結晶体による積層基板周辺のチャッキングを防ぐことができる。これにより、成長した半導体結晶を容易に取り出すことができ、クラックのない良質な窒化物半導体結晶を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は、従来法における種結晶、下敷支持体およびサセプターの関係を示す概略断面図である。
【図２】図２は、種結晶、下敷支持体およびサセプターの関係を示す概略断面図である。
【図３】図３は、種結晶、下敷支持体およびサセプターの関係を示す図であって、種結晶側から見た場合の概略図である。
【図４】図４は、種結晶、下敷支持体、ダミーシードおよびサセプターの関係を示す図であって、種結晶側から見た場合の概略図である。
【図５】図５は、本発明の結晶成長に好適に用いられるＨＶＰＥ装置の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下において、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、代表的な実施形態や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施形態に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は「〜」前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１７】
本発明において＋Ｃ面とは六方晶での（０００１）面をいい、−Ｃ面とは（０００−１）面をいい、これを総称してＣ面または[０００１]面と称する。また、本発明においてＭ面とは、Ｃ面に対して直角な結晶面であるため、Ｍ面の法線は、分極方向に対して直交している。このため、Ｍ面は、極性のない非極性面である。Ｍ面は、６種類の面方位（（１−１００）、（１０−１０）、（０１−１０）、（−１１００）、（−１０１０）、（０−１１０））で示されるが、これらの面方位は、幾何学的に等価な面方位であるため、これらを総称して｛１−１００｝と示す。
Ａ面とは、Ｍ面と同様に非極性面であり、六方晶での（１１−２０）面およびそれと等価な面をいう。また、＋Ｃ面、−Ｃ面、Ｍ面、Ａ面の法線方向を＋ｃ軸、−ｃ軸、ｍ軸、ａ軸方向という。
半極性面としては、具体的に[１０−１−３]面、[１０−１−１]面、[１１−２−２]、[２０−２−１]、[３０−３−１]面、[１０−１３]面、[１０−１１]面、[１１−２２]、[２０−２１]、[３０−３１]面などを挙げることができる。
本発明で用いる種結晶は、Ｍ面、Ａ面といった非極性面または半極性面を成長主面として有する六方晶系の結晶構造を有している。
【００１８】
本発明において多結晶体とは、ある結晶系（例えば六方晶系）の結晶格子を形成することができず、しかるべき位置に原子がいない状態の結晶を意味する。すなわち結晶方位が無秩序な微小な結晶の集合体をいい、非常に小さな単結晶粒の集まりを意味する。このような多結晶体でチャッキングされた場合は、多結晶体を除去する工程を行った後に、得られた窒化物半導体結晶を取り出さなければならないため、工程が煩雑になり、時間とコストがかかる。また、チャッキングは結晶成長中に起こるため、冷却時にサセプター等との熱膨張係数差により窒化物半導体結晶が割れてしまうことが最大の問題となる。
【００１９】
本発明においてチャッキングとは、成長工程において発生した多結晶体が、種結晶、下敷支持体又はサセプターのうち２つ以上の部材に跨がって連続的に成長し、これらの部材を固着させることを意味する。チャッキングが起こった場合、多結晶体を除去することが非常に困難となる。また、チャッキングは、下敷支持体やサセプター等の容器内の部材を痛める原因にもなる。
【００２０】
図１は、従来法における積層基板周辺を模式的に示したものであり、多結晶体が積層基板周辺に連結してチャッキングしている例を示したものである。図１では、種結晶は、下敷支持体を介してサセプターに付設されている。図１（ａ）では、下敷支持体の外縁が種結晶およびサセプターの外縁よりも外側に配置されており、図１（ｂ）では、下敷支持体の外縁がサセプターの外縁よりも外側に配置されている。このように、下敷支持体の外縁が種結晶またはサセプターの外縁よりも外側に配置される場合、積層基板に多結晶体が堆積し、チャッキングが起こる。
一方、図１（ｃ）では、下敷支持体の外縁は種結晶およびサセプターの外縁よりも内側に配置されているが、下敷支持体の厚さが厚いため、多結晶体が堆積し、チャッキングが起こる。尚、本発明においては、種結晶、下敷支持体又はサセプターを含む層構造を積層基板といい、図１において多結晶体はＰで示されている。
【００２１】
本発明は、非極性面または半極性面を主面とする種結晶の上に窒化物半導体結晶を成長させる方法であって、チャッキングの発生が抑制された製造方法に関する。本発明では、種結晶は下敷支持体を介してサセプターに付設される。下敷支持体の外縁は、種結晶およびサセプターの外縁よりも内側に配置され、下地基板とサセプターの間の距離が１〜９ｍｍとなるように各部材が配置される。
これにより、種結晶、下敷支持体およびサセプターのうち２つ以上の部材に跨って多結晶体が成長することを抑えることができる。特に、下敷支持体の側面を覆うように多結晶体が成長することを抑制することができ、チャッキングが起こることを防ぐことができる。
【００２２】
（種結晶）
本発明の窒化物半導体結晶の製造方法では、主面とその裏面を備える種結晶を用いる。種結晶としては、例えば、サファイア、ＳｉＣ、ＺｎＯ、周期表第１３族金属窒化物半導体を挙げることができる。種結晶には、製造しようとしている窒化物半導体と同じか、または異なる種類の窒化物半導体を用いることができる。中でも、製造しようとしている窒化物半導体を構成する周期表第１３族金属元素と同じ種類の周期表第１３族金属元素を少なくとも含む窒化物半導体を用いることが好ましく、製造しようとしている窒化物半導体と同一種の窒化物半導体の種結晶を用いることがさらに好ましい。別の観点から言うと、製造しようとしている窒化物半導体結晶と格子定数が近くて、熱膨張係数の差が小さい種結晶を選択することとしても良い。
【００２３】
ここでいう種結晶の主面とは、種結晶を構成する面の中で最も面積が広い面を指す。最も面積が広い面が複数存在する場合は、そのうちの１つを主面とし、その裏側の面を裏面とする。主面は、本発明の製造方法において、窒化物半導体結晶を成長させるための原料ガスの供給元に面するように配置され、原料ガスの供給を受ける面となる。
【００２４】
本発明では、六方晶の種結晶の主面を非極性面または半極性面とする。これにより、窒化物半導体結晶の転位密度が低く、結晶欠陥が生じにくい結晶体を得ることができる。また、種結晶の主面を非極性面または半極性面とすることは、Ｓなどのドーパントを用いて窒化物半導体を成長させる場合にも好適である。
本発明では、特に非極性面であるＭ面を種結晶の成長主面とすることが好ましい。Ｍ面を成長主面とした場合、より平坦でかつ結晶欠陥が少ない半導体結晶を得ることができる。
【００２５】
種結晶を構成する非極性面または半極性面などの面は、それぞれオフ角を有していてもよい。オフ角は低指数面から±１０°以内であることが好ましく、±８°以内であることがより好ましい。また、本発明において特定される結晶成長方向は、種結晶の主面から傾斜していてもよい。傾斜角度は±２５°以内であることが好ましく、±１０°以内であることがより好ましく、±５°以内であることがさらに好ましい。
【００２６】
窒化物半導体結晶を成長させる種結晶の面積は、１ｃｍ2以上であることが好ましく、２ｃｍ2以上であることがより好ましく、５ｃｍ2以上であることがさらに好ましい。このような面を有する種結晶は、Ｃ面を有する窒化物半導体結晶塊を形成し、その後に非極性面であるＭ面、Ａ面または半極性面が現れるように切り出すことによって得ることができる。切り出し方法としては、鑢、研削盤、内周刃スライサー、ワイヤーソー等で加工（研削、切断）する方法、研磨によって磨く方法、劈開によって分割する方法などがあるが、ワイヤーソー等で加工（研削、切断）する方法、および研磨によって磨く方法によりＭ面、Ａ面または半極性面を形成することが好ましい。切り出された結晶、単一の結晶を種結晶として用いても良いし、複数の結晶の非極性面または半極性面が主面となるようにタイル状に並べて一体の種結晶としても良い。
【００２７】
本発明の窒化物半導体結晶の製造方法で用いる種結晶の厚み（主面と裏面の間の距離）は、通常１００μｍ以上であり、２００μｍ以上であることが好ましく、３００μｍ以上であることがより好ましい。また、種結晶の厚みは、通常２０００μｍ以下であり、１０００μｍ以下であることが好ましく、８００μｍ以下であることがより好ましい。
【００２８】
本発明の窒化物半導体結晶の製造方法では、下敷支持体上に１つの種結晶を設置しても良いし、複数の種結晶を設置しても良い。複数の種結晶を設置する場合は、互いにサイズや形状は異なっていても良いが、サイズや形状は揃っている方が好ましい。また、複数の種結晶を設置する場合は、互いに窒化物半導体結晶の妨げにならないように、距離を離して設置することが好ましい。通常は、隣り合う種結晶の間を３ｍｍ以上空けることが好ましく、５ｍｍ以上空けることがより好ましい。
【００２９】
（下敷支持体）
下敷支持体は、種結晶とサセプターの間に設置され、種結晶を支持するための部材である。下敷支持体は、種結晶の裏面とサセプターの主面に接するように設置される。下敷支持体の形状は、種結晶を設置し、支持できる形状であれば特に制限されないが、種結晶を安定して載置できる構造であることが好ましい。例えば、円形や四角形状とすることができ、中でも四角形状とすることが好ましい。また、下敷支持体は、種結晶を安定して載置するために、平面上の種結晶の搭載面を有するものであることが好ましい。
【００３０】
下敷支持体の材質としては、例えば石英、ＳｉＣコーティングされたカーボン、パイロリティックグラファイトなどを挙げることができ、中でも石英やパイロリティックグラファイトが好ましく用いられる。下敷支持体には、耐熱性、耐アンモニア性、耐塩化水素性に優れたものを用いることが好ましい。
【００３１】
下敷支持体の厚みは１ｍｍ〜９ｍｍであることが好ましい。下敷支持体の高さは、１ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましく、２ｍｍ以上であることがさらに好ましく、３ｍｍ以上であることが特に好ましい。また、下地支持体の高さは、９ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることがより好ましく、７ｍｍ以下であることがさらに好ましく、６ｍｍ以下であることが特に好ましい。
尚、下敷支持体の厚みは、種結晶とサセプターの間の距離を示す。種結晶とサセプターの間の距離は一定であることが好ましく、下敷支持体も一定の厚さを有することが好ましい。
【００３２】
下敷支持体の外縁は種結晶およびサセプターの外縁よりも小さく、下敷支持体の外縁は種結晶およびサセプターの外縁よりも内側に配置される。下敷支持体の外縁は、種結晶とサセプターの両方の外縁の内側に配置される。また、下敷支持体の外縁はその全周が種結晶およびサセプターの外縁よりも内側に配置され、下敷支持体の外縁の一部が種結晶およびサセプターの外縁よりも外側に露出することはない。
【００３３】
下敷支持体の外形は、円形や四角形状とすることができ、その外形が特に制限されることはない。また、１つの下敷支持体に１つの種結晶を搭載しても良く、複数の下敷支持体に１つの種結晶を搭載しても良い。複数の下敷支持体に１つの種結晶を搭載する場合、種結晶を安定して支持できるように下敷支持体の配置を工夫することが好ましい。例えば、棒状の下敷支持体を種結晶の下に２つ以上配置し、種結晶の大きさや形状に合わせて間隔を空けて配置することができる。
【００３４】
（サセプター）
サセプターは種結晶を搭載した下敷支持体を載置するための部材である。サセプターの材質は特に限定されず、例えば、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、カーボン、ｐＢＮをコーティングしたカーボン、パイロリティックグラファイトなどを適宜選択することができる。サセプター上には窒化物半導体結晶が堆積しないことが好ましく、サセプターは窒化物半導体結晶が付着しにくい材質で構成されることが好ましい。
【００３５】
サセプターの形状は、下敷支持体を設置し、支持できる形状であれば特に制限されないが、下敷支持体を安定して載置できる構造であることが好ましい。例えば、円形や四角形状とすることができ、中でも円形とすることが好ましい。また、サセプターは、平面上の下敷支持体の搭載面を有するものであることが好ましい。また、結晶を成長させる際に成長している結晶の上流側に構造物を有さない構造であることが好ましい。上流側に結晶が成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着して原料ガスの流れが変化してしまうため、結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまうからである。
サセプターは、種結晶に均一な状態で窒化物半導体結晶を成長させるために、成長室内において回転機構を有することが好ましい。
【００３６】
（種結晶、下敷支持体およびサセプターの関係）
図２に示すように、本発明の窒化物半導体結晶の製造方法では、種結晶１１０は下敷支持体１０９を介してサセプター１０７に付設される。種結晶１１０の裏面が下敷支持体１０９の主面に接するように設置され、種結晶１１０の主面には窒化物半導体結晶が成長する。
下敷支持体１０９の外縁は種結晶１１０およびサセプター１０７の外縁よりも小さく、下敷支持体１０９の外縁は種結晶１１０およびサセプター１０７の外縁よりも内側にくるように配置される。これにより、下敷支持体１０９の外縁の全周が種結晶１１０およびサセプター１０７の外縁の内側に入るようになる。すなわち、種結晶１１０の主面側から見た場合、下敷支持体１０９は種結晶１１０によって隠された状態になっている。また、サセプター１０７の裏面側から見た場合、下敷支持体１０９はサセプター１０７によって隠された状態になっている。
【００３７】
図２では、種結晶とサセプターの間の距離をＲで示している。本発明では、Ｒは１ｍｍ〜９ｍｍである。Ｒは、１ｍｍ以上であり、１．５ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｒは、９ｍｍ以下であり、８ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましく、６ｍｍ以下であることが好ましい。Ｒを上記範囲内とすることにより、多結晶体が積層基板で成長し、チャッキングが起こることを防ぐことができる。
【００３８】
上述したように、下敷支持体の外縁は種結晶の外縁よりも小さく、下敷支持体の外縁は種結晶の外縁よりも内側にくるように配置される。本発明では、種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離は、０．１〜３０ｍｍであることが好ましい。種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離は、種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の距離が最も近づいている点の間の距離を意味する。
【００３９】
図３は、種結晶の主面側から、種結晶、下敷支持体、サセプターを重ねて見た場合の概要図である。図３では、種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離をＳで示している。Ｓは、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｓは、３０ｍｍ以下であることが好ましく、２５ｍｍ以下であることがより好ましく、２０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４０】
図３で示されているように、下敷支持体の外縁はその全周が種結晶の外縁の内側に存在している。種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の距離は、その全周に渡って、０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の間の距離は、その全周に渡って、４０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、２５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４１】
また、下敷支持体の外縁はサセプターの外縁よりも小さく、下敷支持体の外縁はサセプターの外縁よりも内側にくるように配置される。本発明では、サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離は、１〜４０ｍｍであることが好ましい。サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離は、サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の距離が最も近づいている点の間の距離を意味する。
【００４２】
図３では、サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の最短距離をＴで示している。Ｔは、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、Ｔは、４０ｍｍ以下であることが好ましく、３０ｍｍ以下であることがより好ましく、２０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４３】
図３で示されているように、下敷支持体の外縁はその全周がサセプターの外縁の内側に存在している。サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の距離は、その全周に渡って、１ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の間の距離は、その全周に渡って、５０ｍｍ以下であることが好ましく、４０ｍｍ以下であることがより好ましく、３０ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
【００４４】
下敷支持体の外縁の全周を種結晶およびサセプターの外縁よりも内側にくるように配置し、種結晶とサセプターの間の距離Ｒを１ｍｍ〜９ｍｍとすることにより、積層基板の各部材に跨って、多結晶体が形成されることを抑制することができる。これは、種結晶とサセプターの間に、窒化物半導体結晶を形成するためのガス原料が入り込みにくいスペースが生じるためであると考えられる。ガス原料が入り込みにくいスペースが生じることによって、多結晶体が種結晶とサセプターを連結するように成長しチャッキングすることを防止することができる。
【００４５】
種結晶の外縁と下敷支持体の外縁の最短距離を示すＳと、下地基板とサセプター間の距離を示すＲの比は、３：１〜１：１０であることが好ましく、２：１〜１：８であることがより好ましく、１：１〜１：５であることがさらに好ましい。ＳとＲの比を上記範囲内とすることにより、より効果的にガス原料が入り込みにくいスペースを作ることができ、チャッキングが起こることを防ぐことができる。
【００４６】
サセプターの外縁と下敷支持体の外縁の最短距離を示すＴと、下地基板とサセプター間の距離を示すＲの比は、３：１〜１：２０であることが好ましく、２：１〜１：１５であることがより好ましく、１：１〜１：１０であることがさらに好ましい。ＴとＲの比を上記範囲内とすることにより、より効果的にガス原料が入り込みにくいスペースを作ることができ、チャッキングが起こることを防ぐことができる。
【００４７】
さらに、種結晶の外縁は、サセプターの外縁よりも内側に配置されることが好ましい。図３に示すように、種結晶の外縁はサセプターの外縁からはみ出ることなく、その内側に配置されることが好ましい。図３では、種結晶の外縁とサセプターの外縁の最短距離をＵで表した。種結晶が四角形状であって、サセプターが円形の場合、Ｕは、四角形の角を示す点から、サセプターの円周までの最短距離を示す。Ｕは０．１ｍｍ以上であることが好ましく、０．５ｍｍ以上であることがより好ましく、１．０ｍｍ以上であることがさらに好ましく、２５ｍｍ以下であることが好ましく、２０ｍｍ以下であることがより好ましく、１５ｍｍ以下であることがさらに好ましい。
種結晶の外縁がサセプターの外縁よりも内側に配置されることにより、原料ガスが種結晶の裏側に回りこむことを避け、チャッキングを防ぐことができる。
【００４８】
（ダミーシード）
図４に示すように、本発明では、サセプター１０７の上にダミーシード１１１が設置されても良い。ダミーシード１１１は、サセプター１０７の上であって、種結晶１１０の外縁の外側の周辺領域に設置される。ダミーシード１１１は、種結晶１１０の主面側から見た場合に、種結晶１１０の一部と重なった重複領域を有することが好ましい。一方で、ダミーシード１１１を、種結晶１１０の主面側から見た場合に種結晶１１０と重ならないように、種結晶１１０の外縁の外側に配置する場合には、ダミーシードとサセプターとの間にも下敷支持体を使用しても良い。
また、ダミーシード１１１は、複数個から形成されても良く、例えば、４〜１６個のダミーシード１１１がサセプター１０７の上に設置されても良い。
【００４９】
ダミーシード１１１は、窒化物半導体結晶を形成するためのガス原料を取り込む性質を有する。このため、ダミーシード１１１がサセプター１０７上に設置されることによって、窒化物半導体結晶を形成するためのガス原料が下敷支持体１０９の側面に到達することを防ぐことができる。つまり、ダミーシード１１１は、種結晶１１０とサセプター１０７の間のスペースに窒化物半導体結晶を形成するためのガス原料が侵入することを防ぐ働きをする。つまり、種結晶１１０とサセプター１０７の間のスペースに入り込み得る原料ガスが、ダミーシード１１１上で単結晶成長に利用されるため、種結晶１１０とサセプター１０７の間のスペースに少量の原料ガスが入り込んできた場合であっても、下敷支持体１０９の側面に到達して、多結晶となることを効果的に防ぐことができ、チャッキングの発生を効果的に抑制することができる。
【００５０】
ダミーシード１１１がサセプター１０７上に設置された場合、ダミーシード１１１の表面と種結晶１１０の表面間の距離は１ｍｍ以上であることが好ましく、１．５ｍｍ以上であることがより好ましく、２ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、ダミーシード１１１と種結晶１１０の間の距離は、９ｍｍ以下であることが好ましく、８ｍｍ以下であることがより好ましく、７ｍｍ以下であることがさらに好ましい。ダミーシード１１１を設けた場合であっても、種結晶１１０とダミーシード１１１の間には上記範囲内の距離があることが好ましい。これにより、多結晶体が積層基板で成長し、チャッキングが起こることを防ぐことができる。
尚、ダミーシード１１１の厚さは、５００ｎｍ〜１０００μｍであることが好ましい。
【００５１】
（窒化物半導体結晶の成長工程）
次に、窒化物半導体結晶の成長工程について説明する。
成長させる窒化物半導体結晶は、周期表第１３族金属元素を含む窒化物半導体結晶であることが好ましく、ガリウム含有窒化物半導体結晶であることがより好ましく、Ａｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）である窒化物半導体結晶であることがさらに好ましく、窒化ガリウム半導体結晶であることが特に好ましい。
ここで用いることができる結晶成長法として、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法等を挙げることができる。好ましいのはＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法であり、最も好ましいのはＨＶＰＥ法である。
【００５２】
結晶成長に用いる装置の詳細は特に制限されない。例えば、図５に示すようなＨＶＰＥ装置を用いることができる。図５のＨＶＰＥ装置は、リアクター１００内に、種結晶１１０や、種結晶１１０を搭載した下敷支持体１０９を載置するためのサセプター１０７と、成長させる窒化物半導体の原料を入れるリザーバー１１３とを備えている。また、リアクター１００内にガスを導入するための導入管１０１〜１０５と、排気するための排気管１０８が設置されている。さらに、リアクター１００を側面から加熱するためのヒーター１０６が設置されている。
【００５３】
リアクター１００の材質としては、石英、多結晶ＢＮ、ステンレス等が用いられる。好ましい材質は石英である。リアクター１００内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガスとしては、例えばＨ2ガス、Ｎ2ガス、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【００５４】
種結晶１１０をサセプター１０７に載置するとき、結晶成長させる種結晶１１０の主面はガス流れの上流側（図５ではリアクターの上方）を向くように設置する。すなわち、ガスが主面に向かって流れるように載置し、ガスが主面に垂直な方向から主面に向かって流れるようにすることがより好ましい。
【００５５】
リザーバー１１３には、成長させる窒化物半導体の原料を入れる。例えば、周期表第１３族と窒素原料を反応させて窒化物半導体結晶を成長させる場合は、周期表第１３族源となる原料を入れる。そのような周期表第１３族源となる原料として、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎなどを挙げることができる。
【００５６】
リザーバー１１３にガスを導入するための導入管１０３からは、リザーバー１１３に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバー１１３に周期表第１３族源となる原料を入れた場合は、導入管１０３からＨＣｌガスを供給することができる。このとき、ＨＣｌガスとともに、導入管１０３からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えばＨ2ガス、Ｎ2ガス、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。キャリアガスは雰囲気ガスと同一であっても異なっていても良いが、同一であることが好ましい。
【００５７】
導入管１０１および１０２からは、キャリアガスを供給する。このとき、導入管１０２からは、例えばシリコン原子や硫黄原子のようなドーパントを含む原料を供給してもよい。導入管１０１および１０２から供給するキャリアガスとしては、導入管１０３から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。例えば、導入管１０１からＮ2ガスを供給し、導入管１０２からＨ2ガスを供給することができる。導入管１０１または１０２から供給するキャリアガスと導入管１０３から供給するキャリアガスは同じものであることが好ましい。
導入管１０４からは、窒素源となる原料ガスを供給する。通常はＮＨ3ガスを供給する。
【００５８】
導入管１０５からは、必要に応じてエッチングガスを供給することができる。エッチングガスとしては、塩素系のガスを挙げることができ、ＨＣｌガスを用いることが好ましい。エッチングガスの供給は、断続的（パルス的）に行うことが好ましい。ここでいう断続的とは、エッチングガスを供給するステップ（供給ステップ）とエッチングガスを供給しないステップ（非供給ステップ）が交互に繰り返されることをいう。エッチングガスの供給を断続的に行うことによって、Ｎ原子の空孔が形成されやすくなり、Ｓ原子などのドーパントが取り込まれやすくなる。このため、高濃度でＳドープした窒化物半導体結晶等をより容易に製造することができる。また、結晶性がより良好な窒化物半導体結晶を製造することができる。
【００５９】
供給ステップにおけるエッチングガスの流量は、総流量に対して０．１％〜３％程度とすることが好ましく、０．５〜１．５％とすることがより好ましい。ガスの流量はマスフローコントロラー（ＭＦＣ）等で制御することができ、個別のガスの流量は常にＭＦＣで監視することが好ましい。供給ステップにかける時間と非供給ステップにかける時間の比は特に制限されないが、窒化物半導体の結晶成長を行う総時間の１０〜８０％を供給ステップとすることが好ましく、１０〜６０％を供給ステップとすることがより好ましく、１０〜５０％を供給ステップとすることがさらに好ましい。また、１回の供給ステップと１回の非供給ステップからなる１サイクルの長さは、通常は０．１〜１０分であり、０．１〜５分が好ましく、１〜３分がより好ましい。１サイクルの長さは、徐々に短くしたり長くしたりしてもよく、まったく変えなくてもよい。好ましいのは、１サイクルの長さを常に一定とする態様である。
【００６０】
導入管１０１〜１０５から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクター１００の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。
【００６１】
ガス排出管１０８は、ガス導入のための導入管１０１〜１０５とは反対側のリアクター内壁から排出することができるように設置するのが一般的である。図５では、ガス導入のための導入管１０１〜１０５が設置されているリアクター上面とは反対に位置するリアクター底面にガス排出管１０８が設置されている。ガス導入のための導入管がリアクター右側面に設置されている場合は、ガス排出管はリアクター左側面に設置されていることが好ましい。このような態様を採用することによって、一定方向に向けて安定にガスの流れを形成することができる。
【００６２】
ＨＶＰＥ法によって例えばＡｌ1-xＧａxＮ（０≦ｘ≦１）を成長させる場合は、結晶成長を通常は９００℃〜１０７０℃で行い、９２５℃〜１０５０℃で行うことが好ましく、９５０℃〜１０３０℃で行うことがより好ましく、９７５℃〜１０００℃で行うことがさらに好ましい。リアクター内の圧力は１０ｋＰａ〜４００ｋＰａであるのが好ましく、３０ｋＰａ〜１５０ｋＰａであるのがより好ましく、５０ｋＰａ〜１２０ｋＰａであるのがさらに好ましい。例えば、ＧａＣｌとＮＨ3を用いる場合は、ＧａＣｌの分圧は０．０３〜３０ｋＰａとし、ＮＨ3の分圧は１〜３００ｋＰａとすることが好ましい。
【００６３】
ＨＶＰＥ法によって例えばＡｌＮを成長させる場合は、ＡｌＣｌ3および／またはＡｌＣｌと、ＮＨ3とを含む雰囲気中で実施することができる。結晶成長温度は１０５０℃〜１２５０℃であることが好ましく、ＡｌＣｌ3および／またはＡｌＣｌの分圧は３×１０1〜３×１０4Ｐａであることが好ましく、ＮＨ3の分圧は１〜３００ｋＰａであることが好ましい。ＡｌＣｌ3および／またはＡｌＣｌは、ＡｌとＨＣｌとを反応させて形成するが、温度が６００℃程度の比較的低温ではＡｌＣｌ3の生成が主となり、温度が８００℃程度の比較的高温ではＡｌＣｌの生成が主となる。
【００６４】
本発明の製造方法によれば、窒化物半導体の結晶成長を一定の速度で行うことができ、
従来法のように多結晶体が積層基板で成長しチャッキングが起こることを防ぐことができる。また、チャッキングの発生を抑制しているため、本発明の製造方法によって得られる結晶は一様であり、より高品質であるという特徴がある。
【００６５】
結晶成長を行った後に得られる窒化物半導体結晶のうち、特にＳドープしながら形成した窒化物半導体結晶に対しては、還元雰囲気で熱処理を行うことが好ましい。熱処理は、窒化物半導体結晶を通常６００〜１０７０℃、好ましくは７００〜１０００℃、より好ましくは７５０〜９５０℃の環境下におくことにより行う。熱処理の時間は温度にもよるが、通常１〜３０分、好ましくは１〜１０分、より好ましくは１〜５分である。熱処理は還元雰囲気で行う必要があるが、ここでいう還元雰囲気とは水素などの還元性ガスの分圧が５０％以上である雰囲気をいう。例えば、アニール炉内のＨ2雰囲気などを挙げることができる。結晶成長後に還元雰囲気で熱処理を行うことによって熱伝導率が高くなる。
【００６６】
（窒化物半導体結晶含有積層体）
本発明に係る窒化物半導体結晶含有積層体は、サセプターと、下敷支持体と、非極性面または半極性面を主面とする種結晶と、窒化物半導体結晶とを順に積層した構造を有する。窒化物半導体結晶含有積層体において、下敷支持体の外縁は種結晶およびサセプターの外縁よりも内側に配置される。また、窒化物半導体結晶含有積層体において、下地基板とサセプターの間の距離は１〜９ｍｍである。下地基板とサセプターの間の距離は、１ｍｍ以上であり、１．５ｍｍ以上であることが好ましく、２ｍｍ以上であることがより好ましく、３ｍｍ以上であることがさらに好ましい。また、下地基板とサセプターの間の距離は、９ｍｍ以下であり、８ｍｍ以下であることが好ましく、７ｍｍ以下であることがより好ましく、６ｍｍ以下であることが好ましい。
このように、下地基板とサセプターの間の距離を上記範囲内とすることにより、窒化物半導体結晶含有積層体は、下地基板とサセプターの間に窒化物半導体結晶を形成するためのガス原料が入り込みにくいスペースを有することができる。このため、窒化物半導体結晶含有積層体では、サセプター、下敷支持体および種結晶のうち２つ以上の部材に跨って連続的に多結晶体が堆積することが抑制されている。
【００６７】
（窒化物半導体結晶）
本発明の製造方法によって得られる窒化物半導体の結晶系は、六方晶系であることが好ましい。また、得られる窒化物半導体結晶は、単結晶であることが好ましい。
種結晶の主面から窒化物半導体結晶を主面の法線方向に成長させる場合、窒化物半導体結晶は厚さが２ｍｍ〜１０ｃｍになるまで成長させることが好ましい。結晶成長後にスライス、研削、研磨、レーザー照射等を行う場合は、ある程度の大きさの結晶が必要になるため、種結晶の上に成長させる窒化物半導体結晶の厚さは５ｍｍ〜１０ｃｍが好ましく、１ｃｍ〜１０ｃｍがより好ましい。
【００６８】
本発明の製造方法によって得られた窒化物半導体結晶は、そのまま用いてもよいが、通常は研削やスライス加工などの処理を行って窒化物半導体結晶のみを取り出して使用する。ここでスライス加工とは、（１）成長した結晶を窒化物半導体基板として使用できるように主面表面の品質を均一にする加工や、（２）成長初期部分には内在する転位から発生するストレスがあり得ることを考慮してその部分を切り捨てるために行う加工をいう。（２）の場合は、例えば種結晶の表面近傍に成長した結晶を切り捨てることなどを含む。スライス加工は、具体的には内周刃スライサー、ワイヤーソースライサー等を用いて行うことができる。スライス加工を行うことによって、形状がほぼ同じで、転位密度がより低く、かつ、表面欠陥が少ない結晶を製造することができる。
【００６９】
本発明の製造方法にしたがって、窒化物半導体はドーピングすることもできる。
本発明の製造方法にしたがってドーピングしながら窒化物半導体を形成した場合は、Ｏ濃度は１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましく、または、Ｓｉ濃度が１×１０17ｃｍ-3以上であることが好ましい。
【００７０】
本発明の製造方法により得られた窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に、紫外、青色又は緑色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子や、電子デバイス等の半導体デバイスの基板として有用である。また、本発明の製造方法により製造した窒化物半導体結晶を下地基板として用いて、さらに大きな窒化物半導体結晶を得ることも可能である。
【実施例】
【００７１】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００７２】
（実施例１）
サファイア基板上に有機金属化学堆積（ＭＯＣＶＤ）法により窒化ガリウム（ＧａＮ）を成長させた。ドーパントを添加せずに、主面をＣ面とするＧａＮテンプレートを準備し、テンプレート上にＳｉ3Ｎ4のマスクを形成し、マスクの開口部を通じるエピタキシャル横方向過度成長でＣ面−ＧａＮ層を成長させて、下地基板を準備した。
次いで、下地基板のＣ面−ＧａＮ層が上面に露出するようにサセプター１０７上に下地基板を配置した。このときのガス導入管１０４の先端と下地基板の距離は、９ｃｍとした。その後、反応室の温度を１０１０℃まで上げ、ＧａＮ単結晶を成長させた。この単結晶成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＧａＣｌガスＧ３の分圧を６．５５×１０2Ｐａとし、ＮＨ3ガスＧ４の分圧を７．５８×１０3Ｐａとした。成長時間は６４時間とした。
【００７３】
単結晶の成長終了後、室温まで降温し、ＧａＮ単結晶を得た。下地基板上に厚さが８．３ｍｍであって主面がＣ面であるＧａＮ単結晶（以下、Ｃ面−ＧａＮ単結晶と称する）が得られた。Ｃ面−ＧａＮ単結晶の厚みと成長時間から成長速度を算出したところ、１３０μｍ／ｈであった。
【００７４】
得られたＣ面−ＧａＮ単結晶から、主面として、（１０−１０）面から［０００１］方向に−２°、［−１２−１０］方向に０°のオフ角を有する面となる様に、スライスを行い、小片基板を複数枚得た。これらの中から、長辺５０ｍｍ×短辺５ｍｍの四角形、および３３０μｍの厚さを有するＧａＮ自立単結晶を準備した。
【００７５】
上述した様に得られたＧａＮ自立単結晶を複数枚準備し、表１に示すように、縦の長さ１１４ｍｍ、横の長さ１１４ｍｍ、高さ０．３ｍｍの大きさの四角形状の種結晶１１０となるようにタイル状に配置した。縦の長さ１２０ｍｍ、横の長さ１２０ｍｍ。高さ２０ｍｍのサセプター１０７上に、縦の長さ１１０ｍｍ、横の長さ１１０ｍｍ、高さ３ｍｍの下敷支持体１０９を設置し、その上に種結晶１１０を載置した。反応室の温度を８５０℃まで上げ、１５分間保持した。
【００７６】
その後、第１３族原料であるＧａＣｌと窒素原料であるＮＨ3を主面方向から供給し、成長温度９５０℃（昇温速度：２１℃／ｍｉｎ）まで昇温して、該温度に到達後ＧａＮを５０時間成長させた。
この単結晶成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＧａＣｌガスＧ３の分圧を３．５４×１０2Ｐａとし、ＮＨ3ガスＧ４の分圧を１．１３×１０4Ｐａとした。単結晶成長工程が終了後室温まで降温し、ＧａＮ結晶を得た。得られたＧａＮ単結晶のｍ軸方向の膜厚は約３ｍｍであった。
【００７７】
（実施例２）
表1に示すとおり、種結晶１１０、サセプター１０７、下敷支持体１０９の形状を変えた以外は、実施例１と同様の方法でＧａＮ結晶を得た。種結晶１１０は、縦の長さ６０ｍｍ、横の長さ６０ｍｍ、高さ０．３ｍｍの大きさに配置したものを用いた。サセプター１０７には、直径１００ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさのものを用いた。下敷支持体１０９には、縦の長さ５６ｍｍ、横の長さ５６ｍｍ、高さ３ｍｍの大きさのものを用いた。得られたＧａＮ単結晶のｍ軸方向の膜厚は約３ｍｍであった。
【００７８】
（比較例１）
表1に示すとおり、種結晶１１０、サセプター１０７、下敷支持体１０９の形状を変えた以外は、実施例１と同様の方法でＧａＮ結晶を得た。種結晶１１０には、縦の長さ１１４ｍｍ、横の長さ１１４ｍｍ、高さ０．３ｍｍの大きさに配置したものを用いた。サセプター１０７には、直径１００ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさのものを用いた。下敷支持体１０９には、縦の長さ１１０ｍｍ、横の長さ１１０ｍｍ、高さ３ｍｍの大きさのものを用いた。比較例１では、下敷支持体１０９の外縁は、サセプター１０７の外縁よりも大きく、外側に配置されている。表1においては、外側に出ている幅としてＴの値をマイナスで表記した。得られたＧａＮ単結晶のｍ軸方向の膜厚は約３ｍｍであった。
【００７９】
（比較例２）
表1に示すとおり、種結晶１１０、サセプター１０７、下敷支持体１０９の形状を変えた以外は、実施例１と同様の方法でＧａＮ結晶を得た。種結晶１１０には、縦の長さ６０ｍｍ、横の長さ６０ｍｍ、高さ０．３ｍｍの大きさに配置したものを用いた。サセプター１０７には、直径７５ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさのものを用いた。下敷支持体１０９には、縦の長さ５６ｍｍ、横の長さ５６ｍｍ、高さ２０ｍｍの大きさのものを用いた。比較例２では、下敷支持体１０９の厚みが９ｍｍよりも大きく、２０ｍｍとなっている。加えて、下敷支持体１０９の外縁の一部は、サセプター１０７の外縁よりも大きく、外側に配置されている。表1においては、外側に出ている幅としてＴの値をマイナスで表記した。得られたＧａＮ単結晶のｍ軸方向の膜厚は約３ｍｍであった。
【００８０】
【表１】
2014047097.tif 000003
【００８１】
得られたＧａＮ結晶の転位密度をａｓ−ｇｒｏｗｎの状態で３ｋＶ、１００ｐＡ、１０００倍視野でカソードルミネッセンス（ＣＬ）観察にて評価した。ＣＬ観察にて結晶内の転位を暗点密度より算出したところ、９．４×１０5ｃｍ-2であった。いずれの実施例も暗転密度は同程度であった。
【００８２】
表１に示されているように、実施例１および実施例２では、成長させた結晶にクラックはなく、積層基板周辺に多結晶体の発生が抑制されていた。また、チャッキングも起こらなかった。得られた成長結晶も極めて良質なものであった。
一方、比較例１および比較例２では、積層基板周辺に多結晶体が発生し、チャッキングが起こっていた。その結果、成長させた結晶にクラックが発生し、結晶は分割されてしまった。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明によれば、多結晶体が積層基板で成長しチャッキングが起こることを防ぐことができる。このため、本発明の製造方法を用いれば、ひび割れのない高品質の窒化物半導体結晶を得ることができる。本発明は、非極性面または半極性面を成長主面とした種結晶上に半導体結晶を効率よく製造することができ、産業上の利用可能性が高い。
【符号の説明】
【００８４】
１００  リアクター
１０１  Ｈ2キャリアガス用配管
１０２  Ｎ2キャリアガス用配管
１０３  周期表第１３族原料用配管
１０４  窒素原料用配管
１０５  エッチングガス用配管
１０６  ヒーター
１０７  サセプター
１０８  排気管
１０９  下敷支持体
１１０  種結晶
１１１  ダミーシード
１１３  周期表第１３族原料用リザーバー
Ｇ１  Ｈ2キャリアガス
Ｇ２  Ｎ2キャリアガス
Ｇ３  周期表第１３族原料ガス
Ｇ４  窒素原料ガス
Ｇ５  エッチングガス
Ｐ  多結晶体
【図１】
2014047097.tif 000004
【図２】
2014047097.tif 000005
【図３】
2014047097.tif 000006
【図４】
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【図５】
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