(57)【要約】【課題】  各種半導体デバイスを形成するための材料となる大型のＩＩＩ族窒化物結晶およびその成長方法を提供する。【解決手段】  開口部１２ｈを有する結晶成長容器１２の内部にＩＩＩ族窒化物原料１を配置し、結晶成長容器１２の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給して、結晶成長容器１２の外部と内部とのガス交換を行ないながら、結晶成長容器１２の内部でＩＩＩ族窒化物結晶３を成長させる工程を含むＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
開口部を有する結晶成長容器の内部にＩＩＩ族窒化物原料を配置し、前記結晶成長容器の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給して、前記結晶成長容器の外部と内部とのガス交換を行ないながら、前記結晶成長容器の内部でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を含むＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項２】
前記混合ガスは、前記窒素ガスの分圧に対する前記不活性ガスの分圧の比が０．１以上であることを特徴とする請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項３】
結晶成長温度を２０００℃以上とすることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれかに記載の成長方法により得られたＩＩＩ族窒化物結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種半導体デバイスを形成するための材料となる大型のＩＩＩ族窒化物結晶およびその成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
Ａｌ、Ｇａ、ＩｎなどのＩＩＩ族元素と窒素とから形成されるＩＩＩ族窒化物結晶は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの各種半導体デバイスを形成するための材料として非常に有用なものであり、大型のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の開発が求められている。
【０００３】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法としては、昇華法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相体積）法などの各種気相成長法が提案されている。これらの気相成長法において、昇華法は、結晶性のよい結晶（たとえば、Ｘ線回折の半値幅が小さい結晶）が得られる点から、昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法が提案されている（たとえば、非特許文献１および非特許文献２を参照）。
【０００４】
しかし、昇華法で種結晶を使用せずにＡｌＮ結晶の成長を行なうと針状のＡｌＮ結晶が得られ（非特許文献１の図５などを参照）、ＳｉＣ種結晶を用いてＡｌＮ結晶の成長を行なうと表面に凹凸があるＡｌＮ結晶が得られる（非特許文献２の図３などを参照）に過ぎず、各種半導体デバイスを形成するための材料となる大型のＩＩＩ族窒化物結晶を得ることが困難であった。
【非特許文献１】B. Liu，他８名，“The Durability of Various Crucible Materials for Aluminum Nitride Crystal Growth by Sublimation”，MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 9，6 (2004)
【非特許文献２】V. Noveski, 他４名，“Growth of AlN crystals on AlN/SiC seeds by AlN powder sublimation in nitrogen atmosphere”，MRS Internet J. Nitride Semicond. Res. 9，2 (2004)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、各種半導体デバイスを形成するための材料となる大型のＩＩＩ族窒化物結晶およびその成長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】
【０００６】
本発明は、昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、開口部を有する結晶成長容器の内部にＩＩＩ族窒化物原料を配置し、結晶成長容器の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給して、結晶成長容器の外部と内部とのガス交換を行ないながら、結晶成長容器の内部でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を含むＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。
【０００７】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶において、上記混合ガスは窒素ガス分圧に対する不活性ガス分圧の比を０．１以上とすることができる。さらに、結晶成長温度を２０００℃以上とすることができる。
【０００８】
また、本発明は、上記の成長方法により得られたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、各種半導体デバイスを形成するための材料となる大型のＩＩＩ族窒化物結晶およびその成長方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、図１〜図３を参照して、昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、開口部１２ｈを有する結晶成長容器１２の内部にＩＩＩ族窒化物原料１を配置し、結晶成長容器１２の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給して、結晶成長容器１２の外部と内部とのガス交換を行ないながら、結晶成長容器１２の内部でＩＩＩ族窒化物結晶３を成長させる工程を含む。
【００１１】
ＩＩＩ族窒化物原料１が収納された開口部１２ｈを有する結晶成長容器１２の外部に、上記条件を満たすように混合ガスを供給することにより、ＩＩＩ族元素ガス分圧に対する窒素ガス分圧の比を従来よりも低い条件として、大型の結晶成長を行うことが可能となる。この点について、以下詳細に説明する。
【００１２】
本発明における昇華法とは、図１〜図３を参照して、ＩＩＩ族窒化物原料１を昇華させた後、再度固化させてＩＩＩ族窒化物結晶３を得る方法をいう。昇華法による結晶成長においては、たとえば、図１〜図３に示すような高周波加熱方式の縦型の昇華炉１０，２０，３０を用いる。これらの昇華炉１０，２０，３０における反応容器１１の中央部には、開口部１２ｈを有する結晶成長容器１２が設けられ、結晶成長容器１２の周りには結晶成長容器１２の内部と外部との通気を確保するように断熱材１５が設けられている。
【００１３】
また、反応容器１１の外側中央部には結晶成長容器１２を加熱するための高周波加熱コイル１６が設けられている。さらに、反応容器１１の端部には、反応容器１１内の結晶成長容器１２の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスまたは窒素ガスを供給するためのガス導入口１１ａおよびガス排気口１１ｂと、結晶成長容器１２の下面および上面の温度を測定するための放射温度計１７が設けられている。
【００１４】
ここで、図１の結晶成長容器１２の内部には、原料配置分室１３ａと結晶成長分室１３ｂとに仕切られた結晶成長室１３が設けられており、原料配置分室１３ａに開口部１３ｊが設けられ、原料配置分室１３ａと結晶成長分室１３ｂとの間にも開口部１３ｋが設けられている。また、図２および図３の結晶成長容器１２の内部には、開口部１３ｈを有する結晶成長室１３が設けられている。なお、図３の結晶成長室１３は、上部空間が錘状に狭くなるように設計されている。結晶成長容器１２の材質は、高周波加熱を用いる場合には高周波加熱されやすくかつ結晶成長時の高温雰囲気に耐えるグラファイトや高融点金属であるＷやＴａが用いられる。結晶成長室１３を構成する材質は、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度に対して耐熱性および機械的強度を有する材料であれば特に制限はないが、Ｗ、Ｔａなどの高融点金属、ＷＣ、ＴａＣなどの炭化物、Ｙ2Ｏ3、ＺｒＯ2などの酸化物、ＢＮなどの窒化物などが好ましく用いられる。
【００１５】
図１〜図３の結晶成長室１３は、上記のような構造上の相違点はあるが、いずれも、開口部１３ｈ，１３ｊ，１３ｋ，１２ｈのみを介して結晶成長室１３の内部と結晶長容器１２の外部との通気が確保されている準閉室となっている。
【００１６】
図１〜図３を参照して、開口部１２ｈを有する結晶成長容器１２内部の開口部１３ｊ，１３ｋ，１３ｈを有する結晶成長室１３内にＩＩＩ族窒化物結晶原料１を配置して、結晶成長容器１２の外部に窒素ガスと不活性ガスとの混合ガスを供給して、結晶成長容器１２の外部と結晶成長室１３の内部とのガス交換を行ないながら、結晶成長室１３の内部でＩＩＩ族窒化物結晶３を成長させる。
【００１７】
通常の昇華法においては、窒素ガスを結晶成長容器１２の外部から結晶成長室１３の内部に導入する。窒素圧が高すぎると結晶が成長しなくなり、逆に低すぎると成長速度は速いが多結晶化してしまう。そのため適当な窒素圧下で成長する必要がある。
【００１８】
それに対して、本発明者らは、結晶成長容器１２の外部に供給するガスを窒素ガスではなく、不活性ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給することによって、通常の成長条件より低窒素ガス分圧で成長させても、多結晶化しないことを見いだした。さらに好ましいことには、低窒素ガス分圧で成長させると良好な大型結晶を容易に成長できることを見いだした。ここで好ましい窒素圧の範囲であるが、以下の式（１）
（Ｖ／ＩＩＩ比）＝ｐN2／ｐIII＝（ｐN2）1.5／（Ｋ（Ｔ））0.5     (１）
Ｋ（Ｔ）＝ｅｘｐ｛５４．１１−（１５１５７６／Ｔ）｝
（式（１）において、Ｔは絶対温度（単位：Ｋ）を示す）
（出典：Journal of Crystal Growth 220 (2000) 243）
で定義されるＶ／ＩＩＩ比を１００以下にすることが大型で良好な結晶性を有するＩＩＩ族窒化物結晶成長に好ましい。具体的には、針状ではなく塊状のＡｌＮ単結晶成長が可能になる。ただし、Ｖ／ＩＩＩ比を５未満にすると、多結晶化しやすくなるのであまり好ましくない。
【００１９】
ここで、不活性ガスは、ＩＩＩ族元素ガスおよび窒素ガスと反応しない意味で不活性なガスをいい、たとえば、アルゴン（Ａｒ）ガス、ヘリウム（Ｈｅ）ガスなどが挙げられる。
【００２０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、供給する混合ガスは、窒素ガスの分圧に対する不活性ガスの分圧の比が０．１以上であることが好ましい。この不活性ガスの分圧の比が０．１未満であると、多結晶化の抑制効果が低減する。かかる観点から、窒素ガスの分圧に対する不活性ガスの分圧の比が１以上であることがより好ましい。また、供給する混合ガスの全圧は、昇華炉の機械的強度から１０１３ｋＰａ（１０気圧）以下であることが好ましい。これらのことから、窒素ガスの分圧に対する不活性ガスの分圧の比は、１０００以下であることが好ましく、１００以下であることがより好ましい。この不活性ガスの分圧の比が１０００を超えると、結晶成長室１３の内部に導入される窒素ガスが低減して、Ｖ／ＩＩＩ比が極度に低減するためＩＩＩ族窒化物結晶の成長が阻害される。
【００２１】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、Ｖ／ＩＩＩ比が５以上１００以下であることが好ましい。Ｖ／ＩＩＩ比が、５未満であるとＩＩＩ族窒化物結晶の成長が阻害され、１００を超えるとＩＩＩ族窒化物結晶のｃ軸方向の結晶成長が優先的に起こり大型のＩＩＩ族窒化物結晶を得ることが困難となる。
【００２２】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、上記条件を満たすことにより、ＩＩＩ族窒化物結晶のｃ軸方向に加えて、ｃ軸に垂直な方向にも結晶を成長させることが好ましい。
【００２３】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、結晶成長温度を２０００℃以上とすることが好ましい。結晶成長温度が２０００℃未満であると、原因は不明であるが、ｃ軸に垂直な方向への結晶成長が起こりにくくなる。
【００２４】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において用いられるＩＩＩ族窒化物原料には特に制限はないが、原料の入手または作成の容易さの観点から、ＩＩＩ族窒化物非結晶体、ＩＩＩ族窒化物多結晶体などが好ましく用いられる。具体的には、ＩＩＩ族窒化物粉末、ＩＩＩ族窒化物焼結体、ＩＩＩ族金属を高温で直接窒化させた多結晶体、昇華・再結晶多結晶体などが好ましく用いられる。また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において用いられる種結晶には特に制限はないが、成長させる結晶の結晶性がよい観点から、ＳｉＣ種結晶、ＩＩＩ族窒化物種結晶などが好ましく用いられる。
【００２５】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶は、上記の成長方法により得られた結晶である。得られたＩＩＩ族窒化物結晶をｃ軸に垂直な面（Ｃ面）に平行にスライスし、その表面を研磨し、加工変質層をエッチングにより除去してＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られる。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶のスライス面は、Ｃ面に方向な面のみならず、Ａ面、Ｒ面、Ｍ面またはＳ面に平行な面、またはこれらの面に対して任意の傾きを有する面とすることができる。
【００２６】
上記のようにして得られたＩＩＩ族窒化物結晶基板は、発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、加速度センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出基などの半導体トランジスタ、ＳＡＷデバイス（表面弾性波素子）、ＭＥＭＳ（微小電気機械システム）部品、圧電振動子、共振器、圧電アクチュエータなどに用いることができる。
【実施例】
【００２７】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶およびその成長方法について、以下の比較例および実施例により、さらに具体的に説明する。
【００２８】
（比較例１，２、実施例１）
比較例１，２および実施例１は、昇華法により種結晶を用いることなくＩＩＩ族窒化物結晶であるＡｌＮ結晶を成長させた例である。
【００２９】
上記例においては、図１を参照して、結晶成長容器１２であるＣ製の坩堝の内部にＢＮ製の仕切り材により原料配置分室１３ａと結晶成長分室１３ｂとに仕切られた結晶成長室１３を有する昇華炉１０を用いた。ここで、原料配置分室１３ａの内径は５０ｍｍ、高さは５０ｍｍとし、結晶成長分室１３ｂの内径は５０ｍｍ、高さは２０ｍｍとした。また、開口部１３ｊ，１３ｋ，１２ｈの直径は、それぞれ３ｍｍ、３ｍｍ、５ｍｍとした。
【００３０】
種結晶を用いないで昇華法によりＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合、急激にかつ無秩序に多数のＩＩＩ族窒化物結晶が生成する傾向があるため、結晶成長室１３をＩＩＩ族窒化物原料１を配置する原料配置分室１３ａとＩＩＩ族窒化物結晶３を成長させる結晶成長分室１３ｂとに分ける開口部１３ｋを有する仕切りを設けることにより、結晶成長分室１３ｂ内へのＩＩＩ族窒化物原料１のガスの供給速度を低減することにより、ＩＩＩ族窒化物結晶３の結晶成長速度を低減して、品質の良いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させやすくした。
【００３１】
上記例においては、以下のようにして、ＡｌＮ結晶を成長させた。まず、原料配置分室１３ａにＩＩＩ族窒化物原料として酸素濃度が５００ｐｐｍのＡｌＮ焼結体を１００ｇ収納した。比較例１，２および実施例１のそれぞれについて表１に示す条件になるように、反応容器１１の内部であって結晶成長容器１２の外部に、窒素ガスまたは混合ガス（窒素ガスおよびアルゴンガス）を流しながら、高周波加熱コイル１６を用いて結晶成長容器１２の内部の結晶成長室１３を昇温させて、結晶成長容器１２の下面の温度（ＡｌＮ焼結体（ＩＩＩ族窒化物原料２）の加熱温度に相当）を２１２０℃、上面の温度（ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）の成長温度に相当）を２１００℃として、ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）を成長させた。結晶成長時間は５０時間とした。結晶成長条件とその結果を表１にまとめた。
【００３２】
【表１】
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【００３３】
表１を参照して、１０１．３ｋＰａ（１気圧）の窒素ガスのみを供給してＶ／ＩＩＩ比を１３２とした比較例１においては針状のＡｌＮ結晶となったが、２０．２６ｋＰａ（０．２気圧）の窒素ガスのみを供給してＶ／ＩＩＩ比を１１．８とした比較例２においては気孔を多数含んだ多孔質のＡｌＮ結晶が得られた。これらに対して、２０．２６ｋＰａ（０．２気圧）の窒素ガスと８１．０４ｈＰａ（０．８気圧）のアルゴンガスとの混合ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を１１．８とした実施例１においては塊状のＡｌＮ結晶が数個得られた。また、実施例１において得られた最大のＡｌＮ結晶は、ｃ軸方向の最大長さが２０ｍｍ、ａ軸方向の最大長さが１５ｍｍ、重さ５．２ｇの単結晶であった。ここで、得られた結晶が単結晶か否かは、Ｘ線回折パターンを測定することにより確認した。
【００３４】
比較例１においては窒素ガスを供給しＶ／ＩＩＩ比を１００より大きくしたため針状結晶しか得られず、比較例２においては窒素ガスを供給しＶ／ＩＩＩ比を５以上１００以下としてもアルゴンガス（不活性ガス）がないため、Ａｌガスの輸送が速くなりすぎ、多孔質の多結晶化した結晶しか得られなかったものと考えられる。これに対して、窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給しＶ／ＩＩＩ比を５以上１００以下とした実施例１においては、塊状の単結晶が得られた。
【００３５】
（比較例３、実施例２）
比較例３および実施例２は、昇華法により種結晶を用いてＩＩＩ族窒化物結晶であるＡｌＮ結晶を成長させた例である。
【００３６】
上記例においては、図２を参照して、結晶成長容器１２であるＣ製の坩堝の内部にＢＮ製の仕切り材により形成された結晶成長室１３を有する昇華炉２０を用いた。ここで、結晶成長室１３の内径は５０ｍｍ、高さは７０ｍｍとした。また、開口部１３ｈ，１２ｈの直径は、それぞれ３ｍｍ、５ｍｍとした。
【００３７】
上記例においては、種結晶を用いるため、種結晶を用いない場合に比べて、品質の良い結晶が得られやすいため、結晶成長室１３を原料配置分室と結晶成長分室とに分けなかった。
【００３８】
上記例においては、以下のようにして、ＡｌＮ結晶を成長させた。まず、結晶成長室１３の上部に種結晶２として直径５０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍの６Ｈ−ＳｉＣ種結晶を配置し、結晶成長室１３の下部にＩＩＩ族窒化物原料１として酸素濃度が５００ｐｐｍのＡｌＮ焼結体を１００ｇ収納した。比較例３および実施例２のそれぞれについて表２に示す条件になるように、反応容器１１の内部であって結晶成長容器１２の外部に、窒素ガスまたは混合ガス（窒素ガスおよびアルゴンガス）を流しながら、高周波加熱コイル１６を用いて結晶成長容器１２の内部の結晶成長室１３を昇温させて、結晶成長容器１２の下面の温度（ＡｌＮ焼結体（ＩＩＩ族窒化物原料２）の加熱温度に相当）を２０００℃、上面の温度（ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）の成長温度に相当）を１９００℃として、ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）を成長させた。結晶成長時間は３０時間とした。結晶成長条件とその結果を表２にまとめた。
【００３９】
【表２】
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【００４０】
表２を参照して、５０．６５ｋＰａ（０．５気圧）の窒素ガスのみを供給してＶ／ＩＩＩ比を８８２とした比較例３においては、種結晶上にＡｌＮ結晶が成長しない領域があり、成長したＡｌＮ結晶の表面にも凹凸が見られた。これに対して、１０．１３ｋＰａ（０．１気圧）の窒素ガスと９１．１７ｋＰａ（０．９気圧）のアルゴンガスとの混合ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を７９とした実施例２においては、表面が平滑な直径５０ｍｍ×厚さ２．５ｍｍのＡｌＮ単結晶が得られた。
【００４１】
昇華法により種結晶を用いてＡｌＮ結晶を成長させる場合に、比較例３においては窒素ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を１００より大きくしたため表面に凹凸のあるＡｌＮ結晶しか得られないのに対し、実施例２においては窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を５以上１００以下としたため表面が平滑なＡｌＮ単結晶が得られた。
【００４２】
（比較例４、実施例３）
比較例４および実施例３は、昇華法により種結晶を用いてＩＩＩ族窒化物結晶であるＡｌＮ結晶を成長させた例であって、ＡｌＮ結晶のｃ軸に垂直な方向への結晶成長の有無について比較検討した例である。
【００４３】
上記例においては、図３を参照して、結晶成長容器１２であるＣ製の坩堝の内部にＢＮ製の仕切り材により形成された結晶成長室１３を有する昇華炉３０を用いた。図３の結晶成長質３の上部は、ＡｌＮ結晶のｃ軸に垂直な方向への結晶成長の有無を確認するため、錘状に形成されている。ここで、結晶成長室１３は、上面内径３０ｍｍ、高さ２０ｍｍ、下面５０ｍｍの円錐台形空間と、内径５０ｍｍ、高さ５０ｍｍの円筒形空間とから形成されている。また、開口部１３ｈ，１２ｈの直径は、それぞれ３ｍｍ、５ｍｍとした。
【００４４】
上記例においては、種結晶を用いるため、種結晶を用いない場合に比べて、品質の良い結晶が得られやすいため、結晶成長室１３を原料配置分室と結晶成長分室とに分けなかった。
【００４５】
上記例においては、以下のようにして、ＡｌＮ結晶を成長させた。まず、結晶成長室１３の上部に種結晶２として直径３０ｍｍ×厚さ０．３ｍｍのＡｌＮ種結晶（結晶成長面は（０００１）面であるＡｌ面）を配置し、結晶成長質３の下部にＩＩＩ族窒化物原料１として酸素濃度が５００ｐｐｍのＡｌＮ焼結体を１００ｇ収納した。比較例４および実施例３のそれぞれについて表３に示す条件になるように、反応容器１１の内部であって結晶成長容器１２の外部に、窒素ガスまたは混合ガス（窒素ガスおよびアルゴンガス）を流しながら、高周波加熱コイル１６を用いて結晶成長容器１２の内部の結晶成長室１３を昇温させて、結晶成長容器１２の下面の温度（ＡｌＮ焼結体（ＩＩＩ族窒化物原料２）の加熱温度に相当）を２２００℃、上面の温度（ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）の成長温度に相当）を２１００℃として、ＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶３）を成長させた。結晶成長時間は３０時間とした。結晶成長条件とその結果を表３にまとめた。
【００４６】
【表３】
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【００４７】
表３を参照して、１０１．３ｋＰａ（１気圧）の窒素ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を１３２とした比較例４においては、種結晶からＡｌＮ結晶がｃ軸方向に柱状に成長し、ｃ軸に垂直な方向には結晶成長が認められなかった。また、成長したＡｌＮ結晶は、原料であるＡｌＮ焼結体と接触し、多結晶化してしまい、成長質量の測定ができなかった。これに対し、２０．２６ｋＰａ（０．２気圧）の窒素ガスと８１．０４ｋＰａ（０．８気圧）のアルゴンガスとの混合ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を１１．８とした実施例３においては、種結晶からＡｌＮ単結晶がｃ軸方向およびｃ軸に垂直な面方向に成長して、結晶成長質３の内壁に沿って円錐台状に広がって成長した。こうして、上面直径３０ｍｍ、下面直径５０ｍｍ、高さ１６ｍｍの円錐台形状のＡｌＮ単結晶が得られた。
【００４８】
比較例４においては窒素ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を１００より大きくしたためｃ軸方向にのみ成長した円柱状のＡｌＮ結晶しか得られないのに対し、実施例３においては窒素ガスとアルゴンガスとの混合ガスを供給してＶ／ＩＩＩ比を５以上１００以下としたためｃ軸方向およびｃ軸方向に垂直な方向に成長した円錐台形状のＡｌＮ単結晶が得られた。
【００４９】
また、上記の実施例３で得られたＡｌＮ結晶（単結晶）を（０００１）面（Ｃ面）に平行にスライスして、表面を研磨し、さらに加工変質層をエッチングして、直径３０ｍｍ×厚さ１ｍｍのＡｌＮ単結晶基板を得た。このＡｌＮ単結晶基板の１０μｍ角の範囲内におけるＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により観察したＲＭＳ（Root Mean Square：平均線から測定曲線までの偏差の二乗を平均した値の平方根）鏡面粗さは５０ｎｍ（５００Å）以下であり、各種半導体デバイスに適用できるものであった。
【００５０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の１つの具体例を示す模式である。
【図２】昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の具体例を示す模式である。
【図３】昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の具体例を示す模式である。
【符号の説明】
【００５２】
１  ＩＩＩ族窒化物原料、２  種結晶、３  ＩＩＩ族窒化物結晶、１０，２０，３０  昇華炉、１１  反応容器、１１ａ  ガス導入口、１１ｂ  ガス排気口、１２  結晶成長容器、１２ｈ，１３ｊ，１３ｋ，１３ｈ  開口部、１３  結晶成長室、１３ａ  原料配置分室、１３ｂ  結晶成長分室、１５  断熱材、１６  高周波加熱コイル、１７  放射温度計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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