(57)【要約】【課題】本発明は、III 族元素窒化物単結晶に不純物が混入せず、且つ成長速度が低下しない平坦で均一なIII 族元素窒化物単結晶の成長方法及びその装置を得る。【解決手段】装置は、反応室100 中のアルカリ金属及びアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)及びインジウム(In)からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素とを加熱してフラックス911 にすべく反応室100 を加熱する加熱部400 と、反応室100 中に窒素含有ガスを導入してフラックス911 中のIII 族元素と窒素とを反応させる窒素含有ガス導入部500 と、ベース基板800 を反応室100 内で水平回転させる回転駆動部200 と、ベース基板800 の上にフラックス911 を滴下させる滴下部300 とを有する。【選択図】      図１
2017111000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液を加熱して前記金属元素のフラックスを形成し、
反応室に窒素含有ガスを導入して、前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させてIII 族元素窒化物の単結晶を成長させており、
前記反応室内でベース基板を水平回転させつつ、当該ベース基板上に上から前記フラックスを滴下させて前記単結晶を成長させるIII 族元素窒化物単結晶の製造方法。
【請求項２】
III 族元素が、ガリウム（Ｇａ）であり、III 族元素窒化物単結晶が、窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶である請求項１記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造方法。
【請求項３】
前記窒素含有ガスが、窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモニア（ＮＨ3 ）ガス、混合ガスからなる群から選択される少なくとも１つであり、前記混合ガスは窒素（Ｎ2 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）ガスとの混合ガスである請求項１又は２記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造方法に使用する装置であって、
前記反応室と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液を加熱してフラックスにするために前記反応室を加熱する加熱部と、
前記反応室中に前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させるために窒素含有ガスを導入する窒素含有ガス導入部と、
ベース基板を前記反応室内で水平回転させる回転駆動部と、
前記ベース基板の上から前記フラックスを滴下させる滴下部とを具備したIII 族元素窒化物単結晶の製造装置。
【請求項５】
前記反応室に設けられており且つ前記ベース基板から振り落とされたフラックスを回収する回収部をさらに備えている請求項４記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、III 族元素窒化物単結晶の製造方法と、その製造装置とに関する。
【背景技術】
【０００２】
III 族元素窒化物の半導体は、例えば、ヘテロ接合高速電子デバイスや光電子デバイス（半導体レーザ、発光ダイオード、センサ等）の分野に使用されており、特に、その素材として、窒化ガリウム（ＧａＮ）が注目されている。
従来の方法として、窒化ガリウムの単結晶を得るために、ガリウムと窒素ガスとを直接反応させることが行われていた（J.Phys.Chem.Solids,1995 、Vol.56、p.639 参照）。
しかし、この方法は、ガリウムと窒素ガスとを反応させるために、１３００℃〜１６００℃、８０００ａｔｍ〜１７０００ａｔｍ（０．８１ＧＰａ〜１．７２ＧＰａ）という超高温高圧を必要とする。
この問題を解決するために、ナトリウム（Ｎａ）フラックス中で窒化ガリウム単結晶を育成する技術（以下、「Ｎａフラックス法」ともいう）が開発された（例えば、米国特許公報５８６８８３７号参照）。このＮａフラックス法によれば、加熱温度が６００℃〜８００℃と大幅に下がり、また圧力も、約５０ａｔｍ（約５ＭＰａ）程度まで下げることができる。しかし、このＮａフラックス法では、得られる単結晶が黒化することがあり、品質に問題がある。また、このＮａフラックス法では、透明で転位密度が少なく均一厚み（結晶表面がほぼ水平）で高品位であり、かつバルク状の大きな窒化ガリウムの単結晶を製造することはできず、窒化ガリウムの単結晶の収率も悪かった。すなわち、従来のＮａフラックス法では、成長速度が著しく遅く、これまで報告された窒化ガリウム単結晶の最大のものでも、最大径が１ｃｍ程度であるため、窒化ガリウムの単結晶製造の実用化にはつながらない。
別の方法として、窒化リチウム（Ｌｉ3 Ｎ）とガリウムとを反応させて窒化ガリウム単結晶を成長させる方法が報告されているが（Journal of Crystal Growth 247(2003) 、pp.275-278参照）、得られた結晶の大きさは１ｍｍ〜４ｍｍ程度である。
上記した問題は、窒化ガリウムに限らず、他のIII 族元素窒化物の半導体においても同様である。【０００３】
このような問題を解消する製造方法及び製造装置が特許第４０３０１２５号として開示れされている。同方製造方法及び製造装置は、透明で転位密度が少なく、均一な厚みで高品質であり、かつバルク状の大きなIII 族元素窒化物の単結晶を収率良く製造可能である。【０００４】
【特許文献１】特許第４０３０１２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
この特許第４０３０１２５号公報記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造方法は『アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素とを入れた反応容器を加熱して前記金属元素のフラックスを形成し、前記反応容器に窒素含有ガスを導入して、前記フラックス中でIII 族元素と窒素とを反応させてIII 族元素窒化物の単結晶を成長させるIII 族元素窒化物単結晶の製造方法であって、前記反応容器を揺動させて前記フラックスと前記III 族元素とを攪拌混合し、その状態で前記単結晶の成長を行う製造方法。』である。【０００６】
前記反応容器は『ＢＮ、ＡｌＮ、アルミナ、ＳｉＣ、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料等が使用でき、この中で、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ダイヤモンドライクカーボンが好ましい。また、前記反応容器として、例えば、ＢＮ坩堝、ＡｌＮ坩堝、アルミナ坩堝、ＳｉＣ坩堝、グラファイト坩堝、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料の坩堝等が使用できる。このなかで、前記フラックスに溶解し難いという理由から、ＡｌＮ坩堝、ＳｉＣ坩堝、ダイヤモンドライクカーボン坩堝が好ましい。また、これらの素材で坩堝表面を被覆しているということでも良い。』とされている（特許第４０３０１２５号の段落番号００２９参照）。【０００７】
しかしながら、反応容器には常にフラックスが触れているため、フラックス中に反応容器の素材が溶けだしてしまい、それがIII 族元素窒化物単結晶の不純物となってしまうという問題があった。特に反応容器を高温に保つ必要があるため、反応容器の素材が溶けだす点は大きな問題となっていた。また、フラックス中に基板を浸漬させてエピタキシャル成長を行う際に基板以外の部分で多結晶が成長することが問題となっている。
さらに、フラックスは常に反応容器内にあるため、III 族元素窒化物単結晶が成長するに従って、フラックス中のIII 族元素窒化物単結晶の成長に必要な成分、すなわちIII 族元素の濃度が低くなり、III 族元素窒化物単結晶の成長が停止するという問題もあった。【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、III 族元素窒化物単結晶に不純物が混入せず、且つ成長速度が低下しないIII 族元素窒化物単結晶の製造方法と、その製造装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の一態様の製造方法は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液を加熱して前記金属元素のフラックスを形成し、反応室に窒素含有ガスを導入して、前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させてIII 族元素窒化物の単結晶を成長させるようになっている。
前記単結晶は、前記反応室内でベース基板を水平に回転させつつ、当該ベース基板上に上から前記フラックスを滴下させて成長されるようになっている。【００１０】
また、本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、反応室中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を加熱してフラックスにするために前記反応室を加熱する加熱部と、前記反応室中に窒素含有ガスを導入して前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させるために窒素含有ガス導入部と、前記ベース基板を前記反応室内で垂直軸回りに回転させる回転駆動部と、前記ベース基板の上から前記フラックスを滴下させる滴下部とを備えている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の一態様の製造方法は、反応室内でベース基板を水平回転させつつ、ベース基板上に上から前記フラックスを滴下させて前記単結晶を成長させるので、従来のような反応容器は必要としない。このため、反応容器の素材が溶けだすことに起因するIII 族元素窒化物単結晶への不純物の混入という問題は発生しない。
また、フラックスは次々と滴下されるので、従来のようにIII 族元素窒化物単結晶が成長するに従ってIII 族元素の濃度が低くなることはない。すなわち、常に新鮮なフラックスが供給されるので、III 族元素窒化物単結晶の成長が停止するという問題は発生しない。【００１２】
また、本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の一態様の製造装置も、上記のとおり、水平回転するベース基板上にフラックスを滴下するため、従来のような反応容器は必要としない。このため、反応容器の素材が溶けだすことに起因するIII 族元素窒化物単結晶への不純物の混入という問題は発生しない。
また、フラックスは次々と滴下されるので、従来のようにIII 族元素窒化物単結晶が成長するに従ってIII 族元素の濃度が低くなることはない。すなわち、常に新鮮なフラックスが供給されるので、III 族元素窒化物単結晶の成長が停止するという問題は発生しない。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置の概略的説明図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置によってフラックスがベース基板の表面に拡がる状態を示す概略的斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の他の製造装置の概略的説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成されたIII 族元素窒化物単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。
【図５】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成されたIII 族元素窒化物単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成されたIII 族元素窒化物単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。
【図７】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法の対照実験を行なったベース基板の断面の電子顕微鏡写真である。
【図８】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法の対照実験を行なったベース基板の断面の電子顕微鏡写真である。
【図９】本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法の対照実験でIII 族元素窒化物単結晶が成長できなった原因と考えられる多結晶を示すベース基板の表面の電子顕微鏡写真及び模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造方法は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液９１０を加熱して前記金属元素のフラックス９１１を形成し、反応室１００に窒素含有ガスを導入して、前記フラックス９１１中のIII 族元素と窒素とを反応させてIII 族元素窒化物の単結晶を成長させる。前記反応室内でベース基板８００を水平回転させつつ、ベース基板８００上に上から前記フラックス９１１を滴下させて前記単結晶を成長させるようになっている。
【００１５】
このような製造方法を実現するIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、反応室１００と、この反応室１００中のアルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素を加熱してフラックス９１１にするために前記反応室１００を加熱する加熱部４００と、前記反応室１００中に窒素含有ガスを導入して前記フラックス９１１中のIII 族元素と窒素とを反応させる窒素含有ガス導入部５００と、ベース基板８００を前記反応室１００内で水平回転させる回転駆動部２００と、前記ベース基板８００上に上から前記フラックス９１１を滴下させる滴下部３００とを有している。
【００１６】
前記反応室１００は、円筒形状の下方部１１０と、この下方部１１０の上端に着脱可能に取り付けられる蓋部１２０とから構成されている。この反応室１００は、ニッケル合金から構成されている。
前記蓋部１２０の中央には、後述する滴下部３００を構成するノズル３１０が設置されている。また、円筒形状の下方部１１０の下方端部は、内側に湾曲しさらに上側に湾曲している。下方部１１０の湾曲した部分に環状の角部が形成されている。このた角部が受け溝部１２２となっており、後述する回収部６００の一部を構成している。受け溝部１２２の最も低い部分を最低部と称する。また、この下方部１１０の湾曲した部分の中心には、当該中心を垂直方向に貫通する貫通穴１２１が開設されている。この貫通穴１２１内に後述する回転駆動部２００の回転軸２１０が差し込まれている。
【００１７】
この反応室１００は、加熱部４００の電気炉４１０の内部にセットされている。この電気炉４１０はヒーター４２０を有している。ヒーター４２０が電気炉４１０の内部を加熱し反応室１００の内部の雰囲気温度を７００℃〜９００℃の範囲で維持するようになっている。
【００１８】
前記製造装置は、回収部６００をさらに備えていてもよい。前記回収部６００は、前記受け溝部１２２と、この受け溝部１２２で受けられたものを貯留する回収タンク６１０と、回収パイプ６２０とを有している。回収パイプ６２０は、前記受け溝部１２２の最低部に開口しかつ前記回収タンク６１０につながっている。この回収部６００は、耐熱耐圧チャンバー７００の内部に設置されていてもよい。
【００１９】
前記製造装置は、耐熱耐圧チャンバー７００をさらに備えている。このIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、耐熱耐圧チャンバー７００内に電気炉４１０が収まり、その電気炉４１０に反応室１００が収まっている。前記耐熱耐圧チャンバー７００のIII 族元素窒化物単結晶の製造中の内部圧力は、０．５ＭＰａ〜５．０ＭＰａに設定されている。
【００２０】
なお、上述したIII 族元素窒化物単結晶の製造装置の反応室１００は、加熱部４００である電気炉４１０内に設けられるとしたが、本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置はこれに限定されるものではない。
例えば、図３に示すように、単に反応室１００の周囲に加熱部４００としての複数のヒーター４２０を設置するようにしてもよい。
なお、図３では、ヒーター４２０は反応室１００の上側及び下側に配置するとしているが、それに加えて反応室１００の側面側に設置してもよいし、反応室１００の上側、下側及び側面側のいずれかのみに設置することも可能である。
また、回収部６００は、必ずしも設けられなければならないものではなく、設けないことも可能である。
【００２１】
前記回転駆動部２００は、前記回転軸２１０と、ターンテーブル２２０と、前記回転軸２１０を回転駆動させるモータ２３０とを有している。前記ターンテーブル２２０は、回転軸２１０の先端に設けられており且つ反応室１００内に配置されている。前記ターンテーブル２２０は、モータ２３０によって回転軸２１０回りに水平回転されるようになっている。ターンテーブル２２０は、例えば５〜３００回転／分で駆動されるようになっている。また、前記ターンテーブル２２０の素材としては、アルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）又はニッケル合金が適しているが、これに限定されることはない。
ターンテーブル２２０は円形であり、外周縁部には凸脈２２１が形成されている。この凸脈２２１の内側にベース基板８００をはめ込むことで、ターンテーブル２２０の回転中にベース基板８００が外れないようになっている。また、このターンテーブル２２０の中心は、前記ノズル３１０の直下に位置するようになっている。
なお、前記モータ２３０と回転軸２１０との間には減速機構が設けられているが、図面ではその図示を省略している。
【００２２】
前記滴下部３００は、前記ノズル３１０と、このノズル３１０に対する前記混合溶液９１０の供給を制御する供給弁３２０と、この混合溶液９１０を貯留しておく貯留タンク３３０と、配管３４０と、ヒーター３５０とを有している。ヒーター３５０は、少なくとも貯留タンク３３０周りに配置され、当該貯留タンク３３０内の前記混合溶液９１０を加熱している。
前記ノズル３１０は、反応室１００の蓋部１２０の中央に設置されている。従って、ノズル３１０は、ターンテーブル２２０の中心の真上に位置することになる。このノズル３１０は、ニッケル合金から構成されており、ノズル３１０の素材が混合溶液９１０中に溶けださないように５００℃〜６００℃に加熱されている。
また、前記供給弁３２０は、例えば、ノズル３１０から滴下されるフラックス９１１の滴下量が１ｇ〜１０ｇ／分となるように開かれる。
なお、前記貯留タンク３３０、供給弁３２０、ノズル３１０のみならず、これらをつなぐ配管３４０周りにも混合溶液９１０の温度を一定に保つようにヒーター３５０が配置されていてもよい。
この滴下部３００は、耐熱耐圧チャンバー７００の内部に設置されている。
【００２３】
前記混合溶液９１０は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）およびインジウム（Ｉｎ）からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素とが混合されたものである。なお、ヘテロ接合高速電子デバイスや光電子デバイス（半導体レーザ、発光ダイオード、センサ等）を作成するために最も適した混合溶液９１０は、III 族元素としてはガリウム（Ｇａ）が好適である。
【００２４】
また、アルカリ金属としては、リチウム（Ｌｉ）、ナトリウム（Ｎａ）、カリウム（Ｋ）、ルビジウム（Ｒｂ）、セシウム（Ｃｓ）およびフランシウム（Ｆｒ）であり、アルカリ土類金属は、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）およびラジウム（Ｒａ）である。
これらの金属は、単独で使用しても良いし、二種類以上で併用してもよい。このなかで、好ましいのは、Ｌｉ、Ｎａ、Ｃａ、Ｋ、Ｓｒ、Ｍｇであり、より好ましいのはＬｉ、ＮａおよびＣａであり、さらに好ましいのは、ＮａとＣａとの混合フラックスおよびＮａとＬｉとの混合フラックスである。これらの場合、ナトリウム（Ｎａ）とカルシウム（Ｃａ）もしくはリチウム（Ｌｉ）との合計に対するカルシウム（Ｃａ）若しくはリチウム（Ｌｉ）の比率（ｍｏｌ％）は、例えば、０．１ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％の範囲であり、好ましくは、０．１ｍｏｌ％〜５０ｍｏｌ％の範囲であり、より好ましくは２．５ｍｏｌ％〜３０ｍｏｌ％の範囲である。また、ガリウム（Ｇａ）とナトリウム（Ｎａ）との合計に対するナトリウム（Ｎａ）の比率（ｍｏｌ％）は、例えば、０．１ｍｏｌ％〜９９．９ｍｏｌ％の範囲であり、好ましくは、３０ｍｏｌ％〜９９ｍｏｌ％の範囲であり、より好ましくは６０ｍｏｌ％〜９５ｍｏｌ％の範囲である。ガリウム：ナトリウム：リチウム若しくはカルシウムのｍｏｌ比は、３．７：９．７５：０．２５が、特に好ましい。
【００２５】
また、上述したように、III 族元素としてはガリウム（Ｇａ）が好ましく、この場合、III 族元素窒化物単結晶が窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶である。
【００２６】
ベース基板８００としては、表面に予めＧａＮ薄膜が形成されたサファイア基板が適している。このベース基板８００は、前記ターンテーブル２２０の凸脈２２１内に収まるサイズ、例えば直径６インチ（１５．２４ｃｍ）のものが使用される。
【００２７】
前記窒素含有ガス導入部５００は、窒素含有ガスを収容可能なガスタンク５１０と、このガスタンク５１０を耐熱耐圧チャンバー７００につなぐ配管５２０とを有している。前記窒素含有ガスとしては、窒素（Ｎ2 ）ガス、アンモニア（ＮＨ3 ）ガスおよび混合ガスからなる群から選択される少なくとも１つが用いられる。前記混合ガスは、窒素（Ｎ2 ）ガスとアンモニア（ＮＨ3 ）との混合ガスである。
また、ガスタンク５１０内の窒素含有ガスはアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスで希釈されていてもよい。
【００２８】
このように構成されたIII 族元素窒化物単結晶の製造装置によるIII 族元素窒化物単結晶の製造は以下のように行われる。
まず、耐熱耐圧チャンバー７００の外で反応室１００の蓋部１２０を外し、ターンテーブル２２０にベース基板８００をセットする。
蓋部１２０を閉じた反応室１００を耐熱耐圧チャンバー７００内に設置し、耐熱耐圧チャンバー７００内に窒素含有ガス導入部５００によって窒素含有ガスを導入して内部圧力を０．５ＭＰａ〜５．０ＭＰａまで昇圧させる。また、同時に耐熱耐圧チャンバー７００の内部の雰囲気温度を加熱部４００で７００℃〜９００℃まで上げる。
また、滴下部３００の貯留タンク３３０に貯留されている混合溶液９１０の温度を５５０℃〜６５０℃に上げる。
【００２９】
耐熱耐圧チャンバー７００の内部圧力及び雰囲気温度、ならびに混合溶液９１０の温度が一定になった状態で、ターンテーブル２２０を５〜３００回転／分で回転させる。
【００３０】
滴下部３００の供給弁３２０を開いて、混合溶液９１０を貯留タンク３３０からノズル３１０に供給する。ノズル３１０に供給された混合溶液９１０は反応室１００内で加熱され、フラックス９１１となり、このフラックス９１１がノズル３１０から１ｇ〜１０ｇ／分の割合で滴下される。
ノズル３１０から滴下されたフラックス９１１は、図２に矢印Ａで示すようにベース基板８００の表面に膜状に拡がる。そして、膜状となったフラックス９１１に含まれる金属元素と窒素含有ガスに含まれる窒素とが反応することでIII 族元素窒化物単結晶がベース基板８００の表面で成長する。
【００３１】
ベース基板８００は５〜３００回転／分で回転しているため、ベース基板８００に滴下したフラックス９１１は遠心力でベース基板８００の中心から外周に向かって拡がってムラなく表面に付着する。ベース基板８００には次々と新たなフラックス９１１が供給されるので、III 族元素窒化物単結晶はベース基板８００の表面に順次成長することになる。
ベース基板８００は回転しているので、余分なフラックス９１１はベース基板８００の外周から飛び散り、反応室１００の下方部１１０の湾曲した回収部６００の受け溝部１２２に回収され、回収パイプ６２０を介して回収タンク６１０に貯留される。
【００３２】
ベース基板８００に供給されるフラックス９１１は、常に新しいものであるので、その濃度は常に一定であり、III 族元素窒化物単結晶の成長に伴って濃度が低くなり、成長が停止するという従来の問題点は本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置には存在しない。
また、余分なフラックス９１１は回収部６００によって回収されるので、濃度を調整した上での再利用が可能になる。
【００３３】
以下のような条件で実験１〜実験３を行なった。
【００３４】
実験１
Ｇａ：フラックス＝３０：７０  単位：重量％
フラックス重量  Ｇａ：３．１９（ｇ）
Ｎａ：２．３７（ｇ）
Ｌｉ：０．０８（ｇ）
フラックス混合比
Ｎａ：９０（％）
Ｌｉ：１０（％）
フラックス滴下量：５．６４ｇ／分
使用基板：株式会社パウデック製  ＨＶＰＥ  ＧａＮエピタキシャルウエハ
育成圧力：０．９８Ｍｐａ
育成時間：６０分
育成温度：８００℃
基板回転数：３００回転／分
窒素含有ガス：窒素ガス
【００３５】
実験２
Ｇａ：フラックス＝３０：７０  単位：重量％
フラックス重量  Ｇａ：３．１７（ｇ）
Ｎａ：２．３１（ｇ）
Ｌｉ：０．１３（ｇ）
フラックス混合比
Ｎａ：８５（％）
Ｌｉ：１５（％）
フラックス滴下量：５．６１ｇ／分
使用基板：株式会社パウデック製  ＨＶＰＥ  ＧａＮエピタキシャルウエハ
育成圧力：０．９８Ｍｐａ
育成時間：６０分
育成温度：８００℃
基板回転数：３００回転／分
窒素含有ガス：窒素ガス
【００３６】
実験３
Ｇａ：フラックス＝３０：７０  単位：重量％
フラックス重量  Ｇａ：３．０５（ｇ）
Ｎａ：２．１７（ｇ）
Ｌｉ：０．１７７（ｇ）
フラックス混合比
Ｎａ：８０（％）
Ｌｉ：２０（％）
フラックス滴下量：５．４０ｇ／分
使用基板：株式会社パウデック製  ＨＶＰＥ  ＧａＮエピタキシャルウエハ
育成圧力：０．９８Ｍｐａ
育成時間：６０分
育成温度：８００℃
板回転数：３００回転／分
窒素含有ガス：窒素ガス
【００３７】
上記実験１〜実験３では、ベース基板８００の表面にIII 族元素窒化物単結晶（ＧａＮ単結晶）を成長させることに成功した。
図４は実験１で、図５は実験２で、図６は実験３で得られた均一なＧａＮ単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。
なお、各図の下側の黒色の部分がベース基板８００の断面であり、その上側の灰色の部分がＧａＮ単結晶の断面である。
また、各図の倍率は、図４が１５０００倍、図５が５０００倍、図６は１００００倍になっている。各図で倍率が異なるのは、ベース基板８００の表面に成長したＧａＮ単結晶の厚みが異なるので、同一倍率にすると、ＧａＮ単結晶が不明確になるという不具合を避けるためである。
【００３８】
また、実験１及び実験２の対照実験として対照実験Ａ及び対照実験Ｂを行なった。
対照実験Ａ及び対照実験Ｂは、実験１及び実験２でベース基板８００を３００回転／分で回転させていたのに対し、ベース基板８００をまったく回転させない静止状態としたものである。ベース基板８００の回転以外の条件は、それぞれ実験１及び実験２に準じている。
【００３９】
図７は対照実験Ａの、図８は対照実験Ｂのベース基板８００の断面の電子顕微鏡写真である。
なお、図７及び図８の倍率はともに５０００倍となっている。
この図７及び図８からは、回転していない静止状態のベース基板８００上にフラックス９１１を滴下させたとしても、ベース基板８００の表面にIII 族元素窒化物単結晶（ＧａＮ単結晶）はまったく成長しないことがわかる。
このＧａＮ多結晶の電子顕微鏡写真（倍率１０００倍）及び模式図を図９に示す。
ベース基板８００の表面にIII 族元素窒化物単結晶（ＧａＮ単結晶）がまったく成長しない理由は、ベース基板８００の表面に蓋のようなＧａＮ多結晶が形成され、その結果、ベース基板８００の上に窒素が到達しないためと推測される。
すなわち、ベース基板８００を水平回転させることで、ベース基板８００の上に滴下されたフラックス９１１が薄く均一な膜状に拡がり、蓋のようなＧａＮ多結晶が生成されない。その結果、均一なＧａＮ単結晶がベース基板８００の表面に成長すると考えられる。  なお、図７及び図９は、図９に示したようなＧａＮ多結晶を除去した状態での電子顕微鏡である。
【００４０】
また、ベース基板８００を回転数以外の条件を等しくし、回転数を２０００回転／分とした対照実験も行なったが、この対照実験ではベース基板８００の表面にＧａＮ単結晶を成長させることはできなっかった。
ベース基板８００を２０００回転／分という高速で回転させると、ＧａＮ単結晶が成長するよりも早く、フラックス９１１がベース基板８００の表面から飛び散ってしまうことが原因と考えられる。
【符号の説明】
【００４１】
１００    反応室
２００    回転駆動部
３００    滴下部
４００    加熱部
５００    窒素含有ガス導入部
８００    ベース基板
９１０    混合溶液
９１１    フラックス
【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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【国際調査報告】
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