(57)【要約】暴露表面がともに凹状表面を形成するように、相互に対して鋭角、直角、または鈍角、すなわち、０度を上回り１８０度未満である角度を成す少なくとも２つの表面を有する開始種晶上のＩＩＩ族窒化物結晶のアモノサーマル成長法。本発明は、単一ＧａＮ結晶のアモノサーマル成長法において見られる、結果として生じる定常状態ファセットと異なる平面上において、単一ＧａＮ結晶の継続的な定常状態成長を可能にすることによって、既存の最先端技術を改良する。これは、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度、すなわち、鋭角、９０度（直角）、または鈍角のいずれかである角度を成す少なくとも２つの表面を含むように、初期開始種晶または複数の種晶を幾何学的に修飾することによって行われる。
2013541491.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶であって、
該結晶は、少なくとも１つの開始種晶上に成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶を備え、該少なくとも１つの開始種晶は、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す少なくとも２つの暴露表面を有する、結晶。
【請求項２】
前記暴露表面は、凹状表面を形成する、請求項１に記載の結晶。
【請求項３】
前記開始種晶は、環構造を形成する、請求項１に記載の結晶。
【請求項４】
前記暴露表面は、前記環構造のａ−平面ファセットである、請求項３に記載の結晶。
【請求項５】
前記暴露表面は、前記環構造の｛１１−２２｝、｛１１−２０｝、｛１０−１１｝、｛１０−１−１｝、｛１１−２１｝、｛１１−２−２｝、または｛１１−２−１｝ファセットである、請求項３に記載の結晶。
【請求項６】
前記暴露表面は、前記ＩＩＩ族窒化物結晶内に合体される、請求項１に記載の結晶。
【請求項７】
複数の開始種晶が存在し、該開始種晶の各々は、暴露表面を有し、該開始種晶は、該開始種晶のうちの隣接するものの暴露表面が、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成すように配列される、請求項１に記載の結晶。
【請求項８】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる欠陥濃度を含有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項９】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる不純物濃度を含有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１０】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる化学種濃度を含有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１１】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる自由キャリア濃度を有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１２】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、少なくとも１つの波長に対して、前記開始種晶と異なる吸収係数を有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１３】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、ある結晶学的平面に対して、前記開始種晶よりも大きな曲率半径を有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１４】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶よりも高い結晶品質を有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１５】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶より少ない粒子を有する、請求項１に記載の結晶。
【請求項１６】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、同一環境において、拡大成長後に、前記開始種晶よりも大きい成長率で成長させられる、請求項１に記載の結晶。
【請求項１７】
結晶を生成する方法であって、該方法は、
少なくとも１つの開始種晶上に成長させることによってＩＩＩ族窒化物結晶を産生することを備え、該少なくとも１つの開始種晶は、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す少なくとも２つの暴露表面を有する、方法。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、アモノサーマル、フラックス、または他のバルク結晶成長技法を使用して産生される、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記暴露表面は、凹状表面を形成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２０】
前記開始種晶は、環構造を形成する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２１】
前記暴露表面は、前記環構造のａ−平面ファセットである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
前記暴露表面は、前記環構造の｛１１−２２｝、｛１１−２０｝、｛１０−１１｝、｛１０−１−１｝、｛１１−２１｝、｛１１−２−２｝、または｛１１−２−１｝ファセットである、請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
前記暴露表面は、前記ＩＩＩ族窒化物結晶内に合体される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２４】
複数の開始種晶が存在し、該開始種晶の各々は、暴露表面を有し、該開始種晶は、該開始種晶のうちの隣接するものの暴露表面が、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成すように配列される、請求項１７に記載の方法。
【請求項２５】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる欠陥濃度を含有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２６】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる不純物濃度を含有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２７】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる化学種濃度を含有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２８】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶と異なる自由キャリア濃度を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項２９】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、少なくとも１つの波長に対して、前記開始種晶と異なる吸収係数を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項３０】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、ある結晶学的平面に対して、前記開始種晶よりも大きな曲率半径を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項３１】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶よりも高い結晶品質を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項３２】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、前記開始種晶よりも少ない粒子を有する、請求項１７に記載の方法。
【請求項３３】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、同一環境において、拡大成長後に、前記開始種晶よりも大きい成長率で成長させられる、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本願は、同時係属および共通譲受人のＳｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、およびＳｈｉｎ−ｉｃｈｉｒｏ  Ｋａｗａｂａｔａによる米国仮特許出願第６１／４０８，４４４号（名称「ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＯＮ  ＳＥＥＤＳ  ＷＩＴＨ  ＡＴ  ＬＥＡＳＴ  ＴＷＯ  ＳＵＲＦＡＣＥＳ  ＭＡＫＩＮＧ  ＡＮ  ＡＣＵＴＥ  ＯＲ  ＯＢＴＵＳＥ  ＡＮＧＬＥ  ＷＩＴＨ  ＥＡＣＨ  ＯＴＨＥＲ」、２０１０年１０月２９日出願、代理人整理番号３０７９４．３９７−ＵＳ−Ｐ１（２０１１−２２８−１））の米国特許法第１１９条第（ｅ）項の利益を主張し、この出願の開示は、その全体が本明細書に参照によって援用される。
【０００２】
（１．発明の分野）
本発明は、相互に対して鋭角、直角、または鈍角を成す、少なくとも２つの表面を有する種におけるＩＩＩ族窒化物結晶のアモノサーマル成長法に関する。
【背景技術】
【０００３】
（２．関連技術の記述）
ＩＩＩ族窒化物、例えば、窒化ガリウム（ＧａＮ）のアモノサーマル成長法は、反応器容器内に、ＩＩＩ族含有原料、ＩＩＩ族窒化物種晶、および窒素含有流体またはガス、例えば、アンモニアを留置し、次いで、容器を密閉し、反応器が、高温（２３°Ｃから１０００°Ｃまで）および高圧力（１ａｔｍから、例えば、３０，０００ａｔｍまで）にあるような条件まで容器を加熱することを伴う。これらの温度および圧力下、窒素含有流体は、超臨界流体となり、通常、溶液中へのＩＩＩ族窒化物材料の溶解度向上を呈する。
【０００４】
窒素含有流体中へのＩＩＩ族窒化物の溶解度は、とりわけ、流体の温度、圧力、および密度に依存する。容器内に２つの異なるゾーンを生成することによって溶解度勾配を確立することが可能となり、第１のゾーン内の溶解度は、第２のゾーン内の溶解度よりも高いであろう。次いで、原料は、優先的に、より高い溶解度第１のゾーン内に、種晶は、より低い溶解度第２のゾーン内に留置される。これらの２つのゾーン間に流体運動を確立することによって、例えば、自然な対流を利用することによって、より高い溶解度の第１のゾーンから、より低い溶解度の第２のゾーンへのＩＩＩ族窒化物材料の輸送が可能となり、次いで、そこで種晶上に堆積される。
【０００５】
現在、アモノサーマル法を使用してＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるとき、ある結晶学的方向に沿った成長を別の結晶学的方向に沿った成長よりも遅くすることが可能であり得る。例えば、ＧａＮを成長させるとき、極性ｃ−方向｛０００１｝に沿った成長率は、ｍ−方向｛１０−１０｝等、垂直な安定非極性方向に沿った場合よりも約４から１０倍だけ速いことが分かり得る。加えて、安定非極性方向に沿った絶対成長率は、約１０−５０μｍ／日と比較的少なくなり得る。バルクＩＩＩ族窒化物結晶から基板を加工するためには、最高の可能成長率を得る一方、依然として、結晶品質を維持することが望ましい。
【０００６】
大きな非極性および／または半極性表面を有する基板を産生することが所望される場合、ｃ−方向だけではなく、また、垂直な非極性方向にも沿って急成長率を有することが望ましい。ｍ−方向およびｃ−方向の両方に垂直である非極性のａ−方向｛１１−２０｝における成長は、ｍ−方向よりも最大で１０倍速くなり得ることが観察されている。加えて、ａ−平面は、一般的には、成長して消滅し、複数のｍ−平面ファセットが形成され、種の元々のａ−平面表面を置換する。
【０００７】
結晶の全体的な成長率の改良に加え、化学種の取り込みを制御することも重要である。成長の間、完璧な純環境が存在しない限り（そのようなことは決して存在しないが）、成長チャンバ内に存在する化学物質は、成長中のＧａＮ結晶中に組み込まれるであろう。これらの化学物質は、結晶の特性を良好に（例えば、自由キャリア濃度を改良するためのドーパント等）または不良に（例えば、結晶のバンドギャップ内に電子状態を導入することによって、全体的キャリア寿命または光学特性を低減させる不純物等）修飾し得る。
【０００８】
現在、あるサイズの結晶が取得されると、定常状態で成長する表面は、一般的には、ｍ−平面｛１０−１０｝およびｃ−平面｛０００１｝（但し、時として、｛１０−１１｝または｛１０−１−１｝平面も、また、認められる）である。これらの平面に沿った化学物質の取り込みは、結晶と環境との間の界面によって支配され、かつ限定数の安定平面のみが出現するので（例えば、ｍ−およびｃ−平面）、結果として生じる結晶内の化学物質の取り込みは、ｍ−およびｃ−平面上の化学物質の取り込みによって支配されるであろう。
【０００９】
したがって、これらの問題を解決または軽減する、ＩＩＩ族窒化物系結晶を加工する改良された方法が必要とされる。本発明は、この必要性を充足する。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
前述において示された先行技術における制限を克服し、かつ本明細書の熟読および理解によって明白となるであろう他の制限を克服するために、本発明は、暴露表面がともに凹状表面を形成するように、相互に対して鋭角、直角、または鈍角、すなわち、０度を上回り、１８０度未満である角度を成す少なくとも２つの表面を有する開始種晶上におけるＩＩＩ族窒化物結晶のアモノサーマル成長法を開示する。
【００１１】
次に、図面を参照するが、同一の参照番号は、全体を通して対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１ａは、一般的種晶の一般的成長を例示する。図１ｂは、本発明による、種晶の成長を例示する。
【図２】図２ａは、本発明による、種晶の内側が、どのように切除されるかを例示しており、種の切除部分はまた、成長のために使用されてもよい。図２ｂは、図２ａの種晶および切除部分両方の再成長を例示する。図２ｃは、図２ｂにおける種晶および切除部分両方の再成長の結果を例示する。
【図３】図３ａは、種晶内に見出される欠陥の方向を例示する。図３ｂは、種晶環が、いかに非常に欠陥性となり得る一方、種晶の再成長中心は、ほとんど欠陥がなく、より優れた品質となるかを示す。
【図４】図４は、種または基板の長方形部分あるいはスラブが、どのように大きなサイズ種晶を生成するように配列することができるかを例示する。
【図５】図５は、本発明による、結晶を加工するための方法を例示する、流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
好ましい実施形態の以下の説明では、その一部を形成し、例示として本発明が実践され得る具体的な実施形態が示される添付の図面を参照する。他の実施形態が利用されてもよく、構造変化が、本発明の範囲から逸脱することなく行われてもよいことを理解されたい。
【００１４】
（概要）
本発明は、相互に対して、１つ以上のＩＩＩ族窒化物結晶の２つ以上の隣接する暴露結晶学的平面（すなわち、表面）を配列し、それによって、これらの平面が、アモノサーマル法を使用して、定常状態で成長することを可能にする。２つの隣接する暴露表面間の角度は、好ましくは、０度を上回り、１８０度未満であり、すなわち、鋭角、９０度（直角）、または鈍角のいずれかであり、それによって、限定するものではないが、第３のより遅い成長平面が出現する可能性を低減させる。
【００１５】
一般的には、バルク結晶成長の間、最も遅い成長平面は、最終的に他のより速く成長する平面を追い越して、晶相を産生する。本発明は、このことが生じないように防止するための手段を提供する。
【００１６】
異なる平面におけるＩＩＩ族窒化物結晶の定常状態の成長のための手段を提供することによって、成長するＩＩＩ族窒化物結晶の成長率、化学種の取り込み、欠陥の生成、結晶品質、光学、電気、および磁気特性を修飾するために、１つ以上の所望の成長平面を選択することが可能となる。加えて、本発明は、複数の大きなＩＩＩ族窒化物結晶を急速に生成し、かつ複数のより小さなＩＩＩ族窒化物結晶を前提として、大きなＩＩＩ族窒化物結晶を生成するための手段を提供する。
【００１７】
したがって、本発明は、以下：
ａ）アモノサーマルまたはソルボサーマル方法を使用して、全体的成長率を向上させ、かつ結晶塊を増加させ、電子／光電子市場において使用するための基板の生成効率の上昇およびコスト削減を可能にすること
ｂ）持続的成長率において、結晶から側方に成長させることによって、結晶品質を改良すること
ｃ）側方に成長させることによって、結晶の結晶学的平面の曲率を改良する（すなわち、曲率を低下させる）こと
ｄ）異なる化学組成物、不純物濃度、およびドーピング濃度の結晶を生成すること
ｅ）不純物、ドーピング剤、または合金化要素と考えられ得る、化学種の取り込みを修飾すること
ｆ）化学種の取り込みの制御および／または欠陥形成の制御を通して、結晶の光学、電気、磁気特性を修飾すること
ｇ）成長結晶内の欠陥の生成または組み込みを修飾する（欠陥は、先鋭、線形、延在、平面、または体積欠陥であり得る）こと
ｈ）種増殖、すなわち、あるサイズの１つの高品質種が、利用可能である時、同じサイズの複数の種を急速に産生することができること
を提供する。
【００１８】
（技術説明）
本発明は、単一ＧａＮ結晶のアモノサーマル成長法において見られる、結果として生じる定常状態ファセットと異なる平面上において、単一ＧａＮ結晶の継続的な定常状態成長を可能にすることによって、既存の最先端技術を改良する。これは、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度、すなわち、鋭角、９０度（直角）、または鈍角のいずれかである角度を成す少なくとも２つの表面を含むように、初期開始種晶または複数の種晶を幾何学的に修飾することによって行われる。
【００１９】
図１−４は、種晶の成長を例示しており、ｃ−方向は、図面シートに対して直交し、したがって、図１−４は、各々、種晶のｃ−平面表面を見下ろす投影図を提供する。これらの図中の矢印は、成長方向を示す。しかしながら、成長はまた、ｃ−平面に沿って、すなわち、図面シート内外に直交的にも生じるであろうことに留意されたい。
【００２０】
図１ａは、一般的な種晶１００の一般的な成長を例示しており、定常状態の低速成長のｍ−平面ファセットが出現し、低速成長率を伴って、矢印によって示されるように成長している。
【００２１】
図１ｂは、本発明による、種晶１０２の成長を例示しており、図１ａと同様に、結晶１０２の外側の矢印は、定常状態の低速成長のｍ−平面ファセットが出現し、低速成長率を伴って成長していることを示す。しかしながら、図１ｂは、種晶１０２の中心部分が切除されて、環構造をもたらし、ａ−平面ファセットが種晶１０２の内側に暴露されているという点において、図１ａと異なる。結晶１０２の内側の矢印もまた、成長方向を示し、ａ−平面ファセットは、一般的な成長モードにおいて高速成長率を伴って成長して、消滅するであろう。すなわち、結晶１０２の内側のａ−平面ファセットの成長率は、結晶１０２の外側のｍ−平面ファセットの成長率より高速である。結晶１０２の内側のａ−平面ファセットは、これらのファセットが、結晶１０２の外側のｍ−平面ファセットの場合のように凸状ではなく、凹状であるので、安定したままであることに留意されたい。したがって、図１ｂは、一般的には、安定とみなされない平面（すなわち、高速成長平面）における、成長率の向上および安定した定常状態成長を例示する。
【００２２】
図２ａは、発明による、種晶２００の中心部分が切除されて、種晶２００のための環構造をもたらす態様を例示しており、種晶２００の切除部分２０２はまた、成長のために使用されてもよい。図２ａでは、切除部分２０２の外側のａ−平面ファセットは、暴露されている。
【００２３】
図２ｂは、図２ａの種晶２００の環構造および切除部分２０２の両方の再成長を例示している。図２ｂにおける種晶２００の再成長は、図１ｂに示されるものに類似している。さらに、切除部分２０２の再成長は、高速成長ａ−平面ファセットが成長して消滅し、定常状態の低速成長ｍ−平面ファセットによって置換され、それによって、付加的な領域によって、切除部分２０２を急速に拡張させる様子を示す。
【００２４】
図２ｃは、図２ｂにおける種晶２００の環構造および切除部分２０２の両方の再成長の最終結果を例示している。具体的には、再成長は、種晶増殖をもたらし、その理由は、種晶２００の環構造および切除部分２０２の両方における再成長が、ここでは、高速成長平面が暴露されているように（例えば、ａ−平面ファセット、または｛１１−２２｝、あるいはその他）、何倍も高速で生じるからであり、再成長の最終結果は、環構造または切除中心部分によらず、同等の特性を有し、かつ類似のサイズの２つの完全種晶２００、２０２である。
【００２５】
また、種晶は、ｃ−軸に沿って、また場合によっては、ｃ−軸に対してある角度で走る欠陥を有する欠陥性であり得ることに留意されたい。加えて、種晶を加工するために使用される方法に応じて、構造の点から考えると、相互間に変動する傾斜およびねじれとともにｃ−方向に沿って伝播する柱である複数の粒子が、存在する可能性がある。これらは、図３ａに示される結晶３００の断面側面図に例示されており、結晶３００の内部線は、欠陥および／または柱を表す。
【００２６】
本発明では、成長は、主に、ｃ−軸に対してある角度にある、理想的には、垂直である方向に沿って生じるであろう。そうすることによって、新しく成長させられる結晶内への欠陥の伝播を制限または防止することが可能となる。加えて、ｃ−方向に垂直に成長させることによって、結晶内の粒子の濃度を低下させることが可能となる。
【００２７】
例えば、図３ｂの種晶３００上で行われる再成長において、種晶３００のための環構造をもたらす種晶３００の中心部分の切除に続いて、種晶３００の環構造は、粒子および転位等の他の欠陥を伴って、非常に欠陥性であり得る。（概して、そのような欠陥は、主に、ｃ−平面の内外、すなわち、図面シートの平面に直交して伝播するであろう。）しかしながら、再成長後において、種晶３００の環構造の中心部分内の再成長領域は、低い欠陥性かつより優れた品質である。
【００２８】
さらに、このプロセス（結晶の中心部分を切除し、次いで、再成長を行う）は、複数回、反復され、さらに、欠陥を低減、例えば、転位密度を減少させることができる。加えて、新しく再成長させられた種晶の中心部分は、最低の欠陥密度を有し、この中心部分は、切除され、以前に、図２ａ、２ｂおよび２ｃに示されたように、将来の成長のためのほぼ完全な結晶の源として使用されることができる。
【００２９】
加えて、環構造は、種晶の中心を切除することによって生成され、したがって、１つの連続結晶から成るように示されたが、同様に、他の方法において、環構造を生成することも可能である。例えば、図４は、種または基板の長方形部分またはスラブ４００が、４００ａ、４００ｂ、４００ｃ、４００ｄ、４００ｅ、４００ｆによって示されるように配列され、どのように環構造を有する大きいサイズの結晶を生成することができるかを例示しており、これらの部分またはスラブ４００のうちの少なくとも２つは、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度で配置される。環構造の中心に向かう、種または基板のこれらの配列される長方形部分またはスラブ４００の成長は、最終的に、環構造有しない完全種晶４０２をもたらす。
【００３０】
概して、本発明を適用する最良の方法は、相互に対して、０度を上回り、１８０度未満である角度を成す、少なくとも２つの暴露表面を有する初期種晶の使用によることであると言える。ある場合には、結晶対称性を利用するために（例えば、ａ−平面に沿って成長させる場合）、正確に６０度を成すことが好ましい。他の場合には、６つの｛１１−２２｝平面が、環構造の内側に、相互に向かって成長可能となる、より大きな角度を有することが好ましくあってもよい。２つの急速に成長する平面は、相互に対向することから、より高速成長平面からの進行成長を通して、直ぐに組み込まれるであろうため、より低速成長の定常状態ファセットが出現することは不可能である。この特性は、ファセットが、環の外側における場合のように相互から離れる方向のものとは対照的に、相互に向かって成長する事実によってもたらされる。
【００３１】
ここでは、より高速成長平面の定常状態成長を維持することが可能であるので、種の幾何学形状を最適化し、異なる化学物質の可変の組み込みを利用することが可能となる。これは、不純物の組み込みを低減させることによって、純度の増加、ドーピング濃度の増加を通して、結晶の伝導性の改善、非化学量論的成長（空孔またはアンチサイト欠陥の形成）を制御することによって、吸収損失の低減を可能にするはずである。
【００３２】
（プロセスステップ）
図５は、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である、すなわち、鋭角、９０度（直角）、または鈍角のいずれかの角度を成す少なくとも２つの暴露表面を有する少なくとも１つのＩＩＩ族種晶上に成長させられる、ＩＩＩ族窒化物結晶を備える結晶を加工するための方法を例示する、流れ図である。
【００３３】
ブロック５００は、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す少なくとも２つの暴露表面を含む、１つ以上の開始種晶を幾何学的に修飾するステップを表し、開始種晶は、ＧａＮ種晶等のＩＩＩ族種晶を備える。
【００３４】
相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す２つの暴露表面は、ともに、凹状表面を備えることに留意されたい。凹状表面は、任意の所望の量の曲率を有する任意の形状または任意の形態であってもよい。さらに、凹状表面は、平面または連続的である必要はない。
【００３５】
開始種晶のこの幾何学的修飾は、例えば、開始種晶の中心部分を切除し、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す暴露表面をもたらすことにより、環構造を形成することによって行われてもよい。別の実施例では、環構造は、環構造を有する開始結晶を生成するように配列され、また、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成す暴露表面をもたらす種または基板の長方形部分またはスラブを使用して生成されてもよい。さらに別の実施例では、種晶の切除中心部分自体が、相互に対して０度を上回り、１８０度未満である角度を成すこれらの暴露表面を提供してもよい。
【００３６】
一実施形態では、環構造は、成長ファセットとしてのａ−平面ファセットから構成される。具体的には、環構造は、その上で成長が生じる、限定されないが、｛１１−２２｝、｛１１−２０｝、｛１０−１１｝、｛１０−１−１｝、｛１１−２１｝、｛１１−２−２｝、｛１１−２−１｝ファセットを含む複数の同一または異なるファセットから構成される。
【００３７】
ブロック５０２は、幾何学的に修飾された種晶のアモノサーマル再成長を行い、合体を介して新しく再成長させられた種晶をもたらすステップを表し、種晶の成長は、高速成長のａ−平面ファセットが、最終的に合体し、成長して消滅し、高速成長のａ−平面ファセットが定常状態の低速成長のｍ−平面ファセットによって置換され、それによって、幾何学的に修飾された種晶を急速に拡張させるように、主に、ｃ−軸に対してある角度（好ましくは、実質的に、ｃ−軸に垂直）である方向に沿って生じる。
【００３８】
ブロック５０４は、ブロック５００および５０２が反復されるべきかどうかを決定する決定ブロックである。ブロック５００および５０２のステップは、複数回だけ反復され、さらに、欠陥を低減させ、例えば、転位密度を減少させることができることに留意されたい。加えて、新しく再成長させられた種晶は、プロセスの別の反復源、すなわち、開始種晶として使用することができる。
【００３９】
最後に、ブロック５０６は、プロセスの最終結果、すなわち、新しく再成長させられたＩＩＩ族窒化物種晶を表す。このように成長させられた、新しく再成長させられたＩＩＩ族窒化物種晶は、以下：
・Ｓｉ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｆｅ等の異なる欠陥、不純物、または化学種濃度・転位、空孔、体積欠陥、または積層欠陥等、より低い欠陥濃度
・酸素、遷移金属、炭素、アルカリ金属、アルカリ土類金属、またはハロゲン等、より低い化学物質または化学化合物濃度
・ＳｉまたはＭｇ等、より高い化学物質または化学化合物濃度
・電子または正孔を備えるより高い自由キャリア濃度・電子または正孔を備えるより低い自由キャリア濃度
・少なくとも１つの波長に対するより優れた吸収係数
・ある結晶学的平面に対するより大きな曲率半径
・種晶より高い結晶品質
・より少ない粒子
・同一環境における、拡大成長後のより高い成長率
を含む、開始種晶によって呈されるものとは異なるいくつかの特性を呈する。
【００４０】
（可能性として考えられる修正および変形例）
本発明に対する多くの修正および変形例が可能である。本発明は、アモノサーマル法を使用するように示されるが、他のバルク結晶成長技法も、同様に使用されてもよい。例えば、ナトリウムフラックス法等、フラックスベースの技法が、使用されてもよい。
【００４１】
（専門用語）
用語「窒化物」、「ＩＩＩ窒化物」、または「ＩＩＩ族窒化物」は、本明細書において使用されるように、化学式ＡｌｗＢｘＧａｙＩｎｚＮ（ここで、０≦ｗ≦ｌ、０≦ｘ≦ｌ、０≦ｙ≦ｌ、およびＯ≦ｚ≦ｌ）を有する（Ａｌ，Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ半導体の任意の合金組成物を指す。これらの用語は、単一種、Ａｌ、Ｂ、Ｇａ、およびＩｎの個別の窒化物、ならびにそのようなＩＩＩ族金属種の二価、三価、および四価組成物を含むように広義に解釈されることが意図される。故に、ＧａＮおよびＩｎＧａＮ材料を参照する以下の本発明の議論は、種々の他の（Ａｌ，Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料種の形成にも適用可能であることを理解されるであろう。さらに、本発明の範囲内の（Ａｌ，Ｂ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ材料はさらに、微量のドーパントおよび／または他の不純物あるいは含有材料を含んでもよい。
【００４２】
多くのＩＩＩ族窒化物素子は、結晶の極性ｃ−平面に沿って成長させられるが、強力な圧電および自発分極の存在のため、望ましくない量子閉じ込めシュタルク効果（ＱＣＳＥ）をもたらす。ＩＩＩ族窒化物素子内の分極効果を減少させるアプローチの１つは、結晶の非極性または半極性平面上に素子を成長させることである。
【００４３】
用語「非極性平面」は、集合的にａ−平面として知られる｛１１−２０｝平面と、集合的にｍ−平面として知られる｛１０−１０｝平面とを含む。そのような平面は、平面あたり、等数のＩＩＩ族（例えば、ガリウム）および窒素原子を含有し、電荷中性である。後続の非極性層は相互に均等であり、したがって、バルク結晶は、成長方向に沿って分極されないであろう。
【００４４】
用語「半極性平面」は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類することができない任意の平面を指すために使用することができる。結晶学的用語では、半極性平面とは、少なくとも２つの非ゼロｈ、ｉ、またはｋミラー指数および非ゼロ１ミラー指数を有する、任意の平面であろう。後続半極性層は、相互に均等であって、したがって、結晶は、成長方向に沿って、分極を低減するであろう。
【００４５】
ミラー指数は、結晶格子内の平面および方向に対する結晶学における表記法であって、表記｛ｈｉｋｌ｝は、格子の対称性によって、（ｈｉｋｌ）に相当する全平面の集合を表す。中括弧｛｝の使用は、丸括弧（）によって表される対称等価平面群を表し、群内の全平面は、本発明の目的のために、等価である。
【００４６】
（参考文献）
以下の参考文献は、参照することによって本明細書に組み込まれる。
【００４７】
【表１】
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【００４８】
（結論）
ここで、本発明の好ましい実施形態の説明を結論付ける。本発明の１つ以上の実施形態についての上述の説明は、例示および説明の目的のために提示されている。本発明を包括的または開示されるまさにその形態に限定することを意図するものではない。多くの修正例および変形例が、上述の教示に照らして可能である。本発明の範囲は、本発明を実施するための形態によってではなく、本明細書に添付の請求項によって限定されることが意図される。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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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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【国際調査報告】
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