(57)【要約】【課題】  これまでにない高品質な窒化物系化合物半導体結晶及び窒化物系化合物半導体基板を製造する方法を提供することにある。【解決手段】  種結晶として、両面が研磨された窒化物系化合物半導体基板を用いて結晶成長を行うことにより、所定厚さの窒化物系化合物半導体結晶を製造する。これにより作製された窒化物系化合物半導体結晶をスライスすることで、窒化物系化合物半導体基板を得る。【選択図】        図１
2006290677.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
窒化物系化合物半導体基板を種結晶として用い、結晶成長を行うことによって所定厚さの窒化物系化合物半導体結晶を製造する方法において、
種結晶として、両面が研磨された窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
請求項１記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶として、貫通転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下の窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶として、結晶軸のばらつきが０．５度以下である窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶として、反りが力学的に矯正された窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶として、残留応力が１００ＭＰａ以下である窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶よりも、成長する窒化物系化合物半導体結晶の口径を拡大することを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
請求項６記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記種結晶の２倍以上に、成長する窒化物系化合物半導体結晶の口径を拡大することを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記結晶成長を気相成長法によって行うことを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項９】
請求項８記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
上記気相成長法としてハイドライド気相成長法を用いることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項１０】
請求項１〜９のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
製造する窒化物系化合物半導体結晶の成長速度と同じ速度で、当該窒化物系化合物半導体結晶の位置を後退させ、炉内での成長面を常に同じ位置に保つことを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項１１】
請求項９記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、
成長する窒化物系化合物半導体結晶の成長速度が３５０μｍ／ｈ以上であることを特徴とする窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項１２】
請求項１〜１１に記載の方法で作製された窒化物系化合物半導体結晶をスライスすることを特徴とする窒化物系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１３】
請求項１〜１１に記載の方法で作製された窒化物系化合物半導体結晶を円筒形に整形した後に、オリエンテーションフラットを形成し、その後にスライスすることを特徴とする窒化物系化合物半導体基板の製造方法。
【請求項１４】
請求項１３記載の窒化物系化合物半導体基板の製造方法において、
２箇所以上のオリエンテーションフラットを形成することを特徴とする窒化物系化合物半導体基板の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒化物系化合物半導体結晶の製造方法及び窒化物系化合物半導体基板の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ＧａＮ等の窒化物系化合物半導体は、禁制帯幅が大きく、かつ直接遷移型であることから、紫外〜青色発光素子材料として注目されている。
【０００３】
この窒化物系化合物半導体の発光素子を作製するに際し、基板としてサファイア等の異種基板が用いられてきたが、ヘテロエピタキシャル成長に伴う高密度の転位の発生や、素子作製プロセスの複雑化などの問題があった。
【０００４】
これを解決するために窒化物系化合物半導体の自立基板の開発が盛んに行われている。代表的な方法としては、サファイア等の異種基板上にＨＶＰＥ法（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ：ハイドライド気相成長法）を用いて厚いＧａＮ層を形成し、成長後に異種基板を除去することで自立ＧａＮ基板とする方法がある（例えば、特許文献１参照）。これは、空隙を有する層を歪み緩和層として機能させ、下地基板とIII族窒化物系化合物半導体層との格子定数差や熱膨張係数差に起因する歪みを緩和するものであり、これにより、欠陥密度が低く、結晶品質の良好な反りのないIII族窒化物系化合物半導体基板を得ることができ、基板の除去を容易に行うことができるとされている。この技術によって低転位のＧａＮ基板が実現しつつあり、市場にも出回り始めている。
【０００５】
また、自立したＧａＮ基板を得る方法として、ＧａＮ表面にＴｉなどのＧａＮの分解を促進する触媒作用を有する金属薄膜を形成した後、ＮＨ3を含む雰囲気で熱処理することにより、ＧａＮ上に網目状のＴｉＮを形成させるとともに網目の空間の下地のＧａＮに逆円錐型の空隙を形成させ、このＴｉＮ上にＧａＮを横方向成長させた後、フッ酸と硝酸の混合液を用いてこれを剥離することにより転位密度が１０7ｃｍ-2程度まで低減した、反りの少ない自立基板を得る方法が提案されている（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−１７８９８４号公報
【特許文献２】特開２００２−３４３７２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＨＶＰＥ法で作製されたＧａＮ基板は非常に高価である。流通量もごく僅かである。これは、それぞれの基板を１枚ずつ結晶成長し、加工していることが大きな原因である。一般に、この工程はサファイアやＧａＡｓのような異種基板上のヘテロ成長であるから、成長するＧａＮ結晶中の転位の発生を防ぐために、下地基板の準備には非常に手間がかかる。
【０００７】
下地基板の作製方法の一例を挙げれば、まずサファイア基板上に有機金属気相成長法（ＭＯＶＰＥ法）で１μｍ程度の薄いＧａＮ層を形成し、その上に精密なフォトリソグラフィ技術を用いて、幅が数μｍ程度のＳｉＯ2のストライプマスクを形成する。このような加工を施した下地基板の上にＨＶＰＥ法を用いて厚さ５００μｍ程度のＧａＮ厚膜を形成する。その後、レーザ剥離法などを用いてＧａＮ厚膜をサファイア基板から分離し、両面を研磨加工して、ようやくＧａＮ基板が完成する。これを、１枚１枚の基板すべてに実施する。
【０００８】
このような多数の工程を経るため、ＧａＮ基板の製造歩留まりは非常に低い。特に、下地ＧａＮ層の成長とマスク形成工程、そして異種基板の除去工程で問題が多い。
【０００９】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、これまでにない高品質な窒化物系化合物半導体結晶及び窒化物系化合物半導体基板を製造する方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、結晶欠陥や反りの少ないＧａＮ単結晶を種結晶とし、これから気相成長させることで、大型で高品質なＧａＮ単結晶を得ることにある。
【００１１】
具体的には、本発明は、次のように構成したものである。
【００１２】
請求項１の発明に係る窒化物系化合物半導体結晶の製造方法は、窒化物系化合物半導体基板を種結晶として用い、結晶成長を行うことによって所定厚さ（例えば５ｍｍ以上）の窒化物単結晶を製造する方法において、種結晶として、両面が研磨された窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１３】
請求項２の発明は、請求項１記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶として、貫通転位密度が１×１０7ｃｍ-2以下の窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶として、結晶軸のばらつきが０．５度以下である窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１５】
請求項４の発明は、請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶として、反りが力学的に矯正された窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１６】
請求項５の発明は、請求項１又は２記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶として、残留応力が１００ＭＰａ以下である窒化物系化合物半導体基板を用いることを特徴とする。
【００１７】
請求項６の発明は、請求項１〜５のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶よりも、成長する窒化物系化合物半導体結晶の口径を拡大することを特徴とする。
【００１８】
請求項７の発明は、請求項６記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記種結晶の２倍以上に、成長する窒化物系化合物半導体結晶の口径を拡大することを特徴とする。
【００１９】
請求項８の発明は、請求項１〜７のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記結晶成長を気相成長法によって行うことを特徴とする。
【００２０】
請求項９の発明は、請求項８記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、上記気相成長法としてハイドライド気相成長法を用いることを特徴とする。
【００２１】
請求項１０の発明は、請求項１〜９のいずれかに記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、製造する窒化物系化合物半導体結晶の成長速度と同じ速度で、当該窒化物系化合物半導体結晶の位置を後退させ、炉内での成長面を常に同じ位置に保つことを特徴とする。
【００２２】
請求項１１の発明は、請求項９記載の窒化物系化合物半導体結晶の製造方法において、成長する窒化物系化合物半導体結晶の成長速度が３５０μｍ／ｈ以上であることを特徴とする。
【００２３】
請求項１２の発明に係る窒化物系化合物半導体基板の製造方法は、請求項１〜１１に記載の方法で作製された窒化物系化合物半導体結晶をスライスすることを特徴とする。
【００２４】
請求項１３の発明に係る窒化物系化合物半導体基板の製造方法は、請求項１〜１１に記載の方法で作製された窒化物系化合物半導体結晶を円筒形に整形した後に、オリエンテーションフラットを形成し、その後にスライスすることを特徴とする。
【００２５】
請求項１４の発明は、請求項１３記載の窒化物系化合物半導体基板の製造方法において、２箇所以上のオリエンテーションフラットを形成することを特徴とする。
【００２６】
＜発明の要点＞
【００２７】
先述したような、ＧａＮ基板製造上の問題点を解決するには、ＧａＮ単結晶基板、例えば上記のような方法で得られたＧａＮ基板を種結晶として、高速で長時間成長を行うことにより大型のインゴットを成長し、これをスライスすることで目的のＧａＮ基板とすることが有効である。
【００２８】
この方法によれば、煩雑な下地基板の準備工程や異種基板の分離工程を省略し、目的とするＧａＮ基板の製造歩留まりや製造コストを大幅に改善することが可能である。また種結晶として用いる窒化物系化合物半導体基板（以下、「種基板」という。）としては、ＨＶＰＥ法を用いて従来技術で作製したＧａＮ基板を用いることができる。
【００２９】
しかし、従来法で成長したＧａＮ基板をそのまま用いても、インゴット成長は失敗する。その理由として、結晶が大きく成長するのに伴って、成長中や成長後に無数のクラックが生じ、結晶品質が大幅に低下するからである（理由１）。発明者は、この原因を次のようなものであろうと推察した。
【００３０】
（ａ）種基板の内部応力
【００３１】
種基板は異種基板上にヘテロエピタキシャル成長されたものであるため、成長開始界面には多数の転位が生じている。この転位は、種基板の成長中に合体・消滅を繰り返し、表面では成長開始界面に比べて大幅に減少する。つまり、種結晶内部で転位密度の分布が生じており、これが原因で、種基板は大きな内部応力を持っている。このような種基板上に厚くＧａＮを成長することでクラックが生じると考えられる。
【００３２】
（ｂ）種基板の反り
【００３３】
上述のような内部応力が原因で、通常、ＧａＮ基板はＧａ極性面を表にして凹面に反っている。また、通常、成長速度は基板面内で完全には一様ではないから、結晶表面の法線とｃ軸とは必ずしも一致しない。つまり、結晶表面が一見平坦であっても、結晶学的には反っていることが多い。このような結晶を種基板として用いると、成長の進行とともに内部応力が増大し、クラックの発生に至ると考えられる。
【００３４】
インゴットの成長に失敗する他の理由として、上述の種結晶の問題の他に、成長中の成長条件の変化も大きな原因と考えられる（理由２）。すなわち、結晶を非常に厚く成長すると、成長炉内での成長表面の位置が刻々と移動し、それに伴って原料濃度や成長温度などが変化し、結晶品質の悪化を招く。大きな結晶が原料の流れを変化させることが、その変化を一段と助長するものと考えられる。
【００３５】
このような推論の結果、発明者は、問題解決のため、次のような手法を考案した。
【００３６】
まず、種基板として、両面研磨によって、表面の反りを取り除くのと同時に裏面付近の高転位密度層を除去し、内部応力を緩和したものを用いる（請求項１）。そのときの残留応力は１００ＭＰａ以下であることが望ましい（請求項５）。また、表面を研磨によって平らにしても、結晶軸の傾きは除去できないため、結晶学的に反りの少ないものを用いる必要がある。結晶軸のばらつきは、±０．５°以下である必要がある（請求項３）。あるいは、反りを力学的に矯正してから用いることも考えられる（請求項４）。また、表面付近の転位密度が１×１０7ｃｍ-2以上である場合には、この上の結晶成長時に再び転位密度の勾配が生じ、内部応力を生じるため、種基板の貫通転位密度は１×１０7ｃｍ-2以下である必要がある（請求項２）。
【００３７】
さらに、厚く成長することによる、炉内での成長位置変化を補正し、炉内での成長面を常に同じ位置に保つべく、結晶回転軸を成長速度に合わせて後退させる補正制御を行うことが望ましい（請求項１０）。この補正制御は、例えば表面位置の光学的な検出装置と、コンピュータ制御されたアクチュエータによって比較的簡単に実現できる。
【００３８】
上述のような種結晶と成長装置の使用に加え、インゴット成長の際には、成長結晶の口径を、種結晶の２倍以上に拡大することが望ましい（請求項６、７）。これによって、結晶性をさらに向上することができる。また、成長速度を３５０μｍ／ｈ以上とすることで、不純物の混入を抑え、高品質な結晶を得ることができる（請求項１１）。
【００３９】
成長したインゴットは、スライス加工をして窒化物系化合物半導体基板を得るが（請求項１２）、そのスライス加工の前に、オリエンテーションフラットを形成しておくことが望ましい（請求項１３）。これによって、従来のような１枚ずつ加工した場合と比べて大幅なコストダウンが可能である。また必要に応じ、２箇所以上のオリエンテーションフラットを形成して、基板の表裏を区別可能とすることもできる（請求項１４）。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、クラックや転位などの欠陥の少ない、高品質な窒化物系化合物半導体結晶及び窒化物系化合物半導体基板を低コストで得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、本発明の実施の形態を、実施例を中心にして説明する。
【００４２】
図１は本発明の実施例で用いた、ＨＶＰＥ法による結晶育成装置（ＨＶＰＥ炉）の模式図である。
【００４３】
１は上部に排気口１０を有する石英反応管であり、周囲に配置したヒータ２で加熱でされる。石英反応管１内の下方にはＧａソースボート５が設置されると共に、ＮＨ3導入管３、ＨＣｌ導入管４及びＧａＣｌ導入管７を通じて、それぞれのガスを導入できるようになっている。石英反応管１内の上方には、下端に種基板９が固定された結晶回転軸８が垂下され、アクチュエータ１５によって上下方向に変位し得るように構成されている。
【００４４】
種基板９より成長するＧａＮ単結晶の面の現在位置は、これに対し斜め下方からレーザ光源１１よりレーザ光１２を発射し、その反射光を検出器１３で検出することで把握される。すなわち、検出器１３からの基板成長面位置の検出信号をコンピュータ１４で読み取り、所望位置からの偏差に応じてアクチュエータ１５を制御し、結晶成長面が炉内で常に同じ所望位置になるように制御する。
［実施例１］
【００４５】
本発明に関する実施例を、図１を用いて説明する。
【００４６】
はじめに、種基板として、ボイド形成剥離法（特許文献２の特開２００２−３４３７２８号公報に開示された製造方法）を用いて、直径２５ｍｍの単結晶ＧａＮ基板を作製した。
【００４７】
詳述するに、直径２５ｍｍの単結晶サファイアＣ面基板上に、ＭＯＶＰＥ法で、トリメチルガリウム（ＴＭＧ）とアンモニア（ＮＨ3）を原料として、アンドープＧａＮ層を５００ｎｍ成長した基板を用意した。
【００４８】
このＧａＮエピタキシャル基板上に、金属Ｔｉ膜を３０ｎｍ蒸着し、これをＭＯＶＰＥ炉内に入れて、Ｈ2が８０％でありＮＨ3が２０％である混合気流中で、１０５０℃×３０ｍｉｎの熱処理を施した。
【００４９】
この基板を一旦炉外に取り出し、顕微鏡で基板表面に微細な穴の空いたＴｉＮ膜が出来ていることを確認した後、ＨＶＰＥ炉に移して、ＧａＮを５００μｍの厚さに堆積した。成長に用いた原料は、ＮＨ3とＧａＣｌであった。成長条件は１気圧（１０１３．２５ｈＰａ）、基板温度１０５０℃で、成長速度は８０μｍ／ｈである。
【００５０】
このようにして得られたＧａＮエピタキシャル基板を、弗化水素酸と硝酸の混合液中に浸漬し、ＴｉＮ膜よりも上方のＧａＮ層を剥離することにより、自立ＧａＮ基板（後の、種基板の元となるもの）を得た。
【００５１】
この自立ＧａＮ基板に両面鏡面研磨加工を施すことにより、厚さ４３０μｍの種基板を得た。
【００５２】
上記のように種基板は両面鏡面研磨加工されており、厚さは４３０μｍである。主面はｃ面であり、表側がＧａ極性面である。Ｘ線回折によってｃ軸の面内ばらつきを調べたところ、±０．１度以内と良好な値を示した。また、同じ方法で作製した別の結晶の転位密度をＥＰＤ法によって調べた値は４×１０6ｃｍ-2と低い値であった。
【００５３】
この種基板を、図１に示すようなＨＶＰＥ炉にセットした。
【００５４】
ヒータ２で加熱した石英反応管１の中に設置されたＧａソースボート５中に、ＨＣｌ導入管４を通じてＨＣｌガスを流すと、ボート５に充填された金属Ｇａ６と反応してＧａＣｌとなる。これを、ＧａＣｌ導入管７を通じて、結晶回転軸８に固定された種基板９に供給する。ＮＨ3は、ＮＨ3導入管３を通じて、ＧａＣｌとは独立に種基板９に供給する。ＧａＣｌとＮＨ3は種基板９上で反応し、ＧａＮ単結晶が成長する。この際、レーザ光源１１から発射され、結晶成長面で反射したレーザ光１２を検出器１３で検出することで、基板成長面位置は常にモニタされる。信号をコンピュータ１４が読み取り、アクチュエータ１５を制御して、結晶成長面が炉内で常に同じ位置になるように制御する。このようなＨＶＰＥ装置を用いて、種基板９の上に成長速度４００μｍ／ｈで１００時間の結晶成長を行った。
【００５５】
これにより、長さ４０ｍｍのインゴットが得られた。この成長の際、途中で結晶の直径を６０ｍｍにまで拡大した。直径６０ｍｍの部分は、長さ４０ｍｍのうちおよそ２５ｍｍであった。
【００５６】
このインゴットを円筒に研削した。外周部に多結晶の析出が若干見られたものの、直径５０ｍｍにまで円筒研削することで、クラックを含まない透明な単結晶インゴットが得られた。
【００５７】
Ｘ線回折によって（１−１００）面の位置を割り出し、長さ１５ｍｍのオリエンテーションフラットを作成した。スライス後に裏表を判別するために、９０度回転した位置に長さ１０ｍｍの第２オリエンテーションフラットも形成した。その後、ワイヤーソーを用いてスライスし、厚さ５００μｍのＧａＮ基板を４０枚切り出した。それぞれの基板に両鏡面研磨加工を施し、直径５０ｍｍの透明なＧａＮ単結晶基板とした。
【００５８】
得られたＧａＮ基板のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）は（０００２）反射で３０秒、（１０−１０）反射で６０秒であった。ＥＰＤ法による転位密度の測定結果は３×１０5ｃｍ-2であった。これらの結果から、非常に高品質なＧａＮ基板が得られたことがわかった。
［実施例２］
【００５９】
はじめに、種基板として、ボイド形成剥離法（特許文献２の特開２００２−３４３７２８号公報に開示された製造方法）を用いて、直径２５ｍｍの単結晶ＧａＮ基板を作製した。これは実施例１と全く同じ方法で作製した。
【００６０】
すなわち、直径２５ｍｍの単結晶サファイアＣ面基板上に、ＭＯＶＰＥ法で、アンドープＧａＮ層を５００ｎｍ成長した基板を用意した。このＧａＮエピタキシャル基板上に、金属Ｔｉ膜を３０ｎｍ蒸着し、これをＭＯＶＰＥ炉内に入れて１０５０℃×３０ｍｉｎの熱処理を施した。この基板を一旦炉外に取り出し、顕微鏡で基板表面に微細な穴の空いたＴｉＮ膜が出来ていることを確認した後、ＨＶＰＥ炉に移して、ＧａＮを５００μｍ堆積した。
【００６１】
このようにして得られたＧａＮエピタキシャル基板を、弗化水素酸と硝酸の混合液中に浸漬し、ＴｉＮ膜よりも上方のＧａＮ層を剥離することにより、自立ＧａＮ基板を得た。この自立ＧａＮ基板に両面鏡面研磨加工を施すことにより、厚さ４３０μｍの種基板を得た。
【００６２】
上記のように種基板は両面鏡面研磨加工されており、厚さは２００μｍである。主面はｃ面であり、表側がＧａ極性面である。
【００６３】
この種基板は凹面に反っており、Ｘ線回折によってｃ軸の面内ばらつきを調べたところ、±０．３度以内と大きな分布を持っていることがわかった。また、同じ方法で作製した別の結晶の転位密度をＥＰＤ法によって調べた値は４×１０6ｃｍ-2と低い値であった。
【００６４】
この種基板を、図１に示すようなＨＶＰＥ炉にセットした。ただし、リング状の治具を用いて種基板の反りを矯正してから取り付けた。
【００６５】
以下、実施例１と同様にして長さ４０ｍｍのインゴットを成長し、これを加工することで４０枚のＧａＮ基板を得た。得られたＧａＮ基板のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）は（０００２）反射で３０秒、（１０−１０）反射で６０秒であった。ＥＰＤ法による転位密度の測定結果は３×１０5ｃｍ-2であり、実施例１で作製したのと同様、非常に高品質なＧａＮ基板が得られたことがわかった。
［比較例］
【００６６】
はじめに、種結晶として、サファイア基板上にＨＶＰＥ法で成長した厚いＧａＮ結晶をレーザ剥離することにより、直径２５ｍｍの単結晶ＧａＮ基板を作製した。種基板はアズグロウンで、厚さは３００μｍである。主面はｃ面であり、表側がＧａ極性面である。Ｘ線回折によってｃ軸の面内ばらつきを調べたところ、±０．７度と、大きなばらつきを含んでいた。また、同じ方法で作製した別の結晶の転位密度をＥＰＤ法によって調べた値は４×１０7ｃｍ-2と、比較的高い値を示した。
【００６７】
この種基板を図１に示すようなＨＶＰＥ炉にセットし、１００μｍ／ｈで１００時間の結晶成長を行った。このとき、実施例で述べたような基板位置の制御は行わず、固定したままで行った。これにより、長さ１０ｍｍのインゴットが得られた。実施例の場合とは異なり、直径の拡大は行わなかった。
【００６８】
得られたインゴットを直径２０ｍｍにまで円筒研削することで、透明な単結晶インゴットが得られたが、内部に高密度のクラックを含んでいることがわかった。これをワイヤーソーを用いてスライスし、厚さ５００μｍのＧａＮ基板を１５枚切り出した。それぞれの基板に両鏡面研磨加工を施し、直径２０ｍｍのＧａＮ単結晶基板とした。
【００６９】
得られたＧａＮ基板のＸ線回折ロッキングカーブの半値幅（ＦＷＨＭ）は（０００２）反射で１２０秒、（１０−１０）反射で２００秒であった。クラックにより、多重ピークになっている部分もあった。ＥＰＤ法による転位密度の測定結果は８×１０7ｃｍ-2であり、かえって結晶性が悪化していることが明らかになった。
【００７０】
以上述べた実施例においては、本発明をＧａＮ基板の製造方法に適用した例について説明したが、窒化アルミニウムガリウムや窒化ガリウムインジウムなどの３元混晶の単結晶自立基板の製造や、Ｍｇ等をドープしたｐ型ＧａＮ基板の製造に適用することもできる。
【００７１】
また、上記実施例では、種基板上に窒化物系化合物半導体結晶を成長させる方法として、気相成長の中の一つであるＨＶＰＥ法を用いたが、それ以外に昇華法や、他の成長方法を用いてもよい。
【００７２】
本発明の方法で作製した結晶を種基板として繰り返し用いることで、より高品質な結晶を得ることも考えられる。
【００７３】
本発明により得られるIII族窒化物系化合物半導体基板は、ＧａＮ系デバイス用の基板として広く用いることができる。特に、レーザダイオード用の基板として用いると、欠陥密度の低い良質なＧａＮ系結晶が得られるため、信頼性の高い高性能なレーザダイオードを作製することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】本発明の一実施例を示す、ＨＶＰＥ法による結晶育成装置の模式図である。
【符号の説明】
【００７５】
１  石英反応管
２  ヒータ
３  ＮＨ3導入管
４  ＨＣｌ導入管
５  Ｇａソースボート
６  金属Ｇａ
７  ＧａＣｌ導入管
８  結晶回転軸
９  種基板
１０  排気口
１１  レーザ光源
１２  レーザ光
１３  検出器
１４  コンピュータ
１５  アクチュエータ
【図１】
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