(57)【要約】【課題】複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させ、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能な気相成長装置を、簡易な構成によって提供する。【解決手段】複数の中空状フローチャネルと、集合部と、該集合部に配設された、ＩＩＩ族原料ガスを供給する１つ以上の第１の原料供給部と、該１つ以上の第１の原料供給部のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第１の加熱装置と、窒素源ガスを供給する、１つ以上の第２の原料供給部とを有し、各中空状フローチャネルの一方の端部は集合部に臨んで設けられており、各中空状フローチャネルが、基板を回転可能に支持する支持台と、支持台を加熱する局所加熱装置と、支持台の集合部側の側上方からＩＩＩ族原料ガスを吹き出す第１のガス供給管と、支持台の集合部側の側上方から窒素源ガスを吹き出す第２のガス供給管と、排気口とを有する、気相成長装置。【選択図】図１
2015209355.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族原料ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる気相成長装置であって、
複数の中空状フローチャネルと、
集合部と、
該集合部に配設された、ＩＩＩ族原料ガスを供給する１つ以上の第１の原料供給部と、
該１つ以上の第１の原料供給部のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第１の加熱装置と、
窒素源ガスを供給する、１つ以上の第２の原料供給部と
を有し、
それぞれの前記中空状フローチャネルの一方の端部は、前記集合部に臨んで設けられており、
それぞれの前記中空状フローチャネルが、
該中空状フローチャネルの前記一方の端部と他方の端部との間に配設された、基板を回転可能に支持する支持台と、
該支持台を加熱する局所加熱装置と、
前記支持台の前記集合部側の側上方から前記支持台の上方へ向けて前記ＩＩＩ族原料ガスを吹き出すように配設された第１のガス供給管と、
前記支持台の前記集合部側の側上方から前記支持台の上方へ向けて前記窒素源ガスを吹き出すように配設された第２のガス供給管と、
前記中空状フローチャネルの他方の端部、又は、前記支持台が設けられた位置と該中空状フローチャネルの他方の端部との間に配設され、該中空状フローチャネル内のガスを排出させる排気口と
を有することを特徴とする、気相成長装置。
【請求項２】
それぞれの前記排気口が、同一かつ共通の排気装置に接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
それぞれの前記中空状フローチャネルの一方の端部は前記集合部で独立していることを特徴とする、請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記複数の中空状フローチャネルと同数の前記第１の原料供給部を有し、
各一の第１の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第１の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルにＩＩＩ族原料ガスが導かれるように前記第１のガス供給管が配設されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
単一の前記第１の原料供給部から、前記複数の中空状フローチャネルのいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように、前記第１のガス供給管が配設されていることを特徴とする、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記１つ以上の第２の原料供給部が、いずれも前記集合部に配設されており、
前記第２の原料供給部のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第２の加熱装置を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記第１の加熱装置と前記第２の加熱装置とが同一かつ共通の装置であることを特徴とする、請求項６に記載の気相成長装置。
【請求項８】
前記複数の中空状フローチャネルと同数の前記第２の原料供給部を有し、
各一の第２の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへ窒素源ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第２の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第２の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルに窒素源ガスが導かれるように前記第２のガス供給管が配設されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項９】
単一の前記第２の原料供給部から、前記複数の中空状フローチャネルのいずれにも窒素源ガスが導かれるように、前記第２のガス供給管が配設されていることを特徴とする、請求項１〜７のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項１０】
前記第１の原料供給部にアルミニウムが配置され、
該第１の原料供給部に塩化水素ガスを供給することにより、ＩＩＩ族原料ガスとして塩化アルミニウムガスが前記複数の中空状フローチャネルに導かれることを特徴とする、請求項１〜９のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項１１】
膜厚１０μｍ以上の結晶を成長させる、請求項１〜１０のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の気相成長装置を用いて、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を有することを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族原料ガスと窒素源ガスとを反応させることにより複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることが可能な気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
窒化アルミニウム、窒化ガリウム、窒化インジウムといったＩＩＩ族窒化物半導体結晶は広範囲のバンドギャップエネルギーの値を有しており、それらのバンドギャップエネルギーは、それぞれ６．２ｅＶ程度、３．４ｅＶ程度、０．７ｅＶ程度である。これらのＩＩＩ族窒化物半導体は任意の組成の混晶半導体をつくることが可能であり、その混晶組成によって、上記のバンドギャップの間の値を取ることが可能である。
【０００３】
したがって、ＩＩＩ族窒化物半導体結晶を用いることにより、原理的には赤外光から紫外光までの広範囲な発光素子を作ることが可能となる。特に、近年ではアルミニウム系ＩＩＩ族窒化物半導体（主に窒化アルミニウムガリウム混晶）を用いた発光素子の開発が精力的に進められている。アルミニウム系ＩＩＩ族窒化物半導体を用いることにより紫外領域の短波長発光が可能となり、白色光源用の紫外発光ダイオード、殺菌用の紫外発光ダイオード、高密度光ディスクメモリの読み書きに利用できるレーザー、通信用レーザー等の発光光源が製造可能になる。
【０００４】
ＩＩＩ族窒化物半導体（例えばアルミニウム系ＩＩＩ族窒化物半導体）を用いた発光素子は、従来の半導体発光素子と同様に基板上に厚さが数ミクロン程度の半導体単結晶の薄膜（具体的にはｎ型半導体層、発光層、ｐ型半導体層となる薄膜）を順次積層することにより形成可能である。このような半導体単結晶の薄膜の形成は、分子線エピタキシー（ＭＢＥ：Molecular Beam Epitaxy）法、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ：Metalorganic Chemical Vapor Deposition）法等の結晶成長方法を用いて行うことが可能であり、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子についてもこのような方法を採用して発光素子として好適な積層構造を形成することが試みられている。
【０００５】
現在、ＩＩＩ族窒化物半導体発光素子の製造にあたっては、基板としての結晶品質、紫外光透過性、量産性やコストの観点からサファイア基板が一般的に採用されている。しかし、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物を成長させた場合、サファイア基板と半導体積層膜を形成するＩＩＩ族窒化物（例えば窒化アルミニウムガリウム等）との間の格子定数や熱膨張係数等の違いに起因して、結晶欠陥（ミスフィット転位）やクラック等が生じ、素子の発光性能を低下させる原因になる。
【０００６】
これらの問題を解決するためには、半導体積層膜の形成にあたり、格子定数が半導体積層膜の格子定数に近く、および熱膨張係数が半導体積層膜の熱膨張係数に近い基板を採用することが望ましい。ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、ＩＩＩ族窒化物単結晶基板が最も適しているといえる。例えばアルミニウム系ＩＩＩ族窒化物半導体薄膜を形成する基板としては、窒化アルミニウム単結晶基板や窒化アルミニウムガリウム単結晶基板が最適である。したがって大面積かつ結晶品質が均質なＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産できる方法の開発が望まれている。
【０００７】
ＩＩＩ族窒化物単結晶を基板として用いるには、機械的強度の観点から該単結晶が或る程度（例えば１０μｍ以上。）の厚さを有することが好ましい。ＭＯＣＶＤ法はＭＢＥ法に比べて結晶成長速度が速いため、ＩＩＩ族窒化物単結晶基板の製造に適しているといえる。またＭＯＣＶＤ法よりもさらに成膜速度の速いＩＩＩ族窒化物単結晶の成長方法として、ハイドライド気相エピタキシー（ＨＶＰＥ：Hydride Vapor Phase Epitaxy）法が知られている（特許文献１〜３参照）。ＨＶＰＥ法はＭＢＥ法やＭＯＣＶＤ法と比較すると膜厚を精密に制御することには適していない一方で、結晶性の良好な単結晶を速い成膜速度で成長させることが可能であるため、単結晶基板の量産に特に適しているといえる。ＭＯＣＶＤ法やＨＶＰＥ法によるＩＩＩ族窒化物単結晶の成長は、ＩＩＩ族原料ガスと、窒素源ガスとを反応器中に供給し、両者のガスを加熱された基板上で反応させることにより行われる。
【０００８】
近年においては、量産効率を向上させるために、気相成長法によってＩＩＩ族窒化物単結晶を製造するにあたり、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させることが試みられている。そのような多数枚型の気相成長装置として、例えば特許文献４には、フローチャネルの底面部分に配置された、ヒーターによって加熱されるとともに駆動手段によって回転される円盤状のサセプタに、該サセプタの周方向に複数の基板保持部材を転動部材を介して回転可能に設け、サセプタの回転に伴って基板保持部材を回転させ、該基板保持部材に保持された基板をサセプタの回転軸に対して公転させながら自転させる自公転構造を備えた気相成長装置が開示されている。特許文献４には、当該気相成長装置において基板を自転および公転させ、かつヒーターからサセプタを介して基板を所定温度に加熱しながら、気相原料、例えばトリメチルガリウムとアンモニアとの混合ガスをフローチャネル内に導入し、外周の排気口から排出することにより、複数の基板の表面に薄膜を堆積させることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００３−３０３７７４号公報
【特許文献２】特開２００６−０７３５７８号公報
【特許文献３】特開２００６−１１４８４５号公報
【特許文献４】特開２００７−２４３０６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら本発明者らがさらに検討したところ、従来公知の多数枚型の気相成長装置を用いて複数の基板上にＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させる場合に、結晶の成長速度を高めようとすると、同一のフローチャネル内で製造された複数の基板の間で成長膜厚や結晶品質にばらつきが生じ易くなることが判明した。この傾向は結晶成長の速いＨＶＰＥ法を採用した場合において顕著であり、中でも窒化アルミニウム単結晶を製造する場合に特に顕著であった。
【００１１】
本発明は、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる気相成長装置であって、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能な気相成長装置を、簡易な構成によって提供することを課題とする。また該気相成長装置を用いたＩＩＩ族窒化物の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１の態様は、ＩＩＩ族原料ガスと窒素源ガスとを反応させることにより基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる気相成長装置であって、
複数の中空状フローチャネルと、
集合部と、
ＩＩＩ族原料ガスを供給する、１つ以上の第１の原料供給部と、
窒素源ガスを供給する、１つ以上の第２の原料供給部と
を有し、
それぞれの中空状フローチャネルの一方の端部は、集合部に臨んで設けられており、
集合部に第１の原料供給部の全てが配設され、
第１の原料供給部の全てを同一かつ共通の加熱手段で加熱する第１の加熱装置を有し、
それぞれの中空状フローチャネルが、
該中空状フローチャネルの一方の端部と他方の端部との間に配設された、基板を回転可能に支持する支持台と、
該支持台を加熱する局所加熱装置と、
支持台の集合部側の側上方から支持台の上方へ向けてＩＩＩ族原料ガスを吹き出すように配設された第１のガス供給管と、
支持台の集合部側の側上方から支持台の上方へ向けて窒素源ガスを吹き出すように配設された第２のガス供給管と、
中空状フローチャネルの他方の端部、又は、支持台が設けられた位置と該中空状フローチャネルの他方の端部との間に配設され、該中空状フローチャネル内のガスを排出させる排気口と
を有することを特徴とする、気相成長装置である。
【００１３】
本発明の第２の態様は、本発明の第１の態様に係る気相成長装置を用いて、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を有することを特徴とする、ＩＩＩ族窒化物の製造方法である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる気相成長装置であって安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能な気相成長装置を、簡易な構成によって提供できる。
【００１５】
本発明の第２の態様に係るＩＩＩ族窒化物の製造方法によれば、簡易な構成の気相成長装置によって、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させ、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一の実施形態に係る気相成長装置１０００を模式的に説明する図である。
【図２】本発明の他の実施形態に係る気相成長装置２０００を模式的に説明する図である。
【図３】中空状フローチャネルを３つ有する形態の本発明の気相成長装置における中空状フローチャネルの配置の例を上面視で模式的に説明する図である。
【図４】中空状フローチャネルを４つ有する形態の本発明の気相成長装置における中空状フローチャネルの配置の例を上面視で模式的に説明する図である。
【図５】本発明のさらに他の実施形態に係る気相成長装置３０００を模式的に説明する図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態に係る気相成長装置４０００を模式的に説明する図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る気相成長装置５０００を模式的に説明する図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態に係る気相成長装置６０００を模式的に説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。図では、符号を一部省略することがある。本明細書において、数値Ａ及びＢについて「Ａ〜Ｂ」は、特に別途規定されない限り、「Ａ以上Ｂ以下」を意味する。該表記において数値Ａの単位を省略する場合には、数値Ｂに付された単位が数値Ａの単位として適用されるものとする。なお、以下に示す形態は本発明の例示であり、本発明がこれらの形態に限定されるものではない。
【００１８】
＜１．気相成長装置＞
本発明の第１の態様に係る気相成長装置について説明する。図１は、本発明の一の実施形態に係る気相成長装置１０００の模式図である。気相成長装置１０００は、複数の中空状フローチャネル１００、１００と；集合部２００と；集合部２００に配設された、ＩＩＩ族原料ガスを供給する第１の原料供給部３００、３００と；第１の原料供給部のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第１の加熱装置４００と；窒素源ガスを供給する第２の原料供給部５００、５００とを有する。中空状フローチャネル１００、１００のそれぞれの一方の端部１００ａ、１００ａは、いずれも集合部２００に臨んで設けられている。
【００１９】
それぞれの中空状フローチャネル１００は、外チャンバ１０１と；外チャンバ１０１の内側に形成された内チャンバ１０２と；当該中空状フローチャネル１００の一方の端部１００ａと他方の端部１００ｂとの間に配設された、基板１１０を回転可能に支持する支持台（サセプタ）１２０と；支持台１２０を加熱する局所加熱装置１３０と；支持台１２０の集合部側２００の側上方から支持台２０の上方へ向けてＩＩＩ族原料ガスを吹き出すように配設された第１のガス供給管１４０と；支持台１２０の集合部側の側上方から前記支持台の上方へ向けて窒素源ガスを吹き出すように配設された第２のガス供給管１５０と；当該中空状フローチャネル１００の他方の端部１００ｂ、又は、当該中空状フローチャネル１００において支持台１２０が設けられた位置と当該中空状フローチャネル１００の他方の端部１００ｂとの間に配設され、当該中空状フローチャネル１００内のガスを排出させる排気口１６０とを有する。なお支持台１２０は、基板１１０を回転可能に支持するために、回転駆動軸１２１に連結されている。回転駆動軸１２１は、電動機（不図示）からの動力を支持台１２０に伝達し、支持台１２０を適切な回転速度で回転させる。
【００２０】
局所加熱装置１３０としては、例えば高周波コイルや抵抗式ヒータ等の公知の加熱手段を採用可能である。内チャンバ１０２は、ＩＩＩ族原料ガスと窒素源ガスとが反応する反応域を内部に有することから、石英ガラス、アルミナ、サファイア、耐熱ガラス等の耐熱性および耐酸性の非金属材料で構成されることが好ましく、第１のガス供給管１４０及び第２のガス供給管１５０も同様の材質で構成されることが好ましい。外チャンバ１０１は、内チャンバ１０２と同様の材質で構成してもよい。ただし外チャンバ１０１は反応域に直接には接していないので、一般的な金属材料、たとえばステンレス鋼等で構成することも可能である。
【００２１】
従来の多数枚型気相成長装置においては、基板表面だけでなく、基板近傍の装置内面にＩＩＩ族窒化物が析出することにより、同一のフローチャネル内に配置された他の基板の表面におけるＩＩＩ族原料ガス及び窒素源ガスのフローが乱され、その結果同一のフローチャネル内で製造された複数の基板の間で成長膜厚や結晶品質にばらつきを生じる。この傾向は、成長速度の高いＨＶＰＥ法を採用する場合に顕著であり、中でもＨＶＰＥ法により窒化アルミニウム単結晶を製造する場合に特に顕著である。窒化アルミニウムをＨＶＰＥ法によって製造する際にはＩＩＩ族原料ガスとして三塩化アルミニウムガスが好ましく用いられるところ、三塩化アルミニウムガスは一塩化ガリウムガス等の他のＩＩＩ族原料ガスよりも窒素源ガス（例えばアンモニア等）との反応性が高いため、反応条件が少しでも乱されると多結晶の窒化アルミニウムが容易に生成する。
気相成長装置１０００においては、支持台１２０、１２０がそれぞれ別個の中空状フローチャネル１００、１００内に設けられているため、一の基板１１０の近傍にＩＩＩ族窒化物が析出しても他の基板１１０の表面におけるＩＩＩ族原料ガス及び窒素源ガスのフローは影響を受けない。その一方で、ＩＩＩ族原料ガスを供給する第１の原料供給部３００、３００はいずれも、第１の加熱装置４００によって、同一かつ共通の加熱手段で加熱される。これにより、気相成長装置１０００は、簡易な構成でありながら、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を気相成長させ、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能である。
【００２２】
気相成長装置１０００において、排気口１６０、１６０は、同一且つ共通の排気装置（不図示）に接続されている。すなわち、排気口１６０、１６０からの排気ガスは、同一且つ共通の排気装置に導かれる。このように各フローチャネルの排気系を統合することにより、気相成長装置１０００は、さらに簡略化された構成によってＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することが可能になっている。
【００２３】
気相成長装置１０００において、中空状フローチャネル１００、１００の一方の端部１００ａ、１００ａ、すなわち中空状フローチャネル１００、１００の集合部２００に臨んで設けられている側の端部１００ａ、１００ａは、集合部２００において独立している。すなわち、中空状フローチャネル１００、１００の一方の端部１００ａ、１００ａは、集合部２００において相互に連通はしていない。これにより、中空状フローチャネル１００、１００のそれぞれについて、ＩＩＩ族窒化物単結晶の製造条件（例えば、フローチャネルの内圧、基板の温度条件、基板の回転速度等。）をより精密に調整することができるので、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することがより容易になる。また、１つの中空状フローチャネル１００の点検整備を行う間にも、他の中空状フローチャネル１００でＩＩＩ族窒化物単結晶基板を製造することが可能である。
【００２４】
気相成長装置１０００は、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第１の原料供給部３００、３００を有し、各一の第１の原料供給部３００から各一の中空状フローチャネル１００へＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部３００、３００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００にＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管１４０、１４０が配設されている。これにより、装置のメンテナンスがより容易になるほか、中空状フローチャネル１００、１００のそれぞれについて、個別に反応域のＩＩＩ族原料ガス供給条件を制御することが可能になるので、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することがより容易になる。
【００２５】
気相成長装置１０００においては、第２の原料供給部５００、５００が、いずれも集合部２００に配設されている。そして気相成長装置１０００は、第２の原料供給部５００、５００のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第２の加熱装置７００を有する。気相成長装置１０００においては、第１の加熱装置４００と、第２の加熱装置７００とは同一かつ共通の装置であるので、当該加熱装置を「共通加熱装置４００／７００」と称する。このようにＩＩＩ族原料ガスだけでなく窒素源ガスも、加熱してから中空状フローチャネルに導入することが好ましい。また装置の簡略化の観点からは、窒素源ガスの加熱手段も上記のように共通化することが好ましく、ＩＩＩ族原料ガスの加熱手段（第１の加熱装置４００）及び窒素源ガスの加熱手段（第２の加熱装置７００）を上記のように共通化することがさらに好ましい。
【００２６】
気相成長装置１０００は、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第２の原料供給部５００、５００を有し、各一の第２の原料供給部５００から各一の中空状フローチャネル１００へ窒素源ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第２の原料供給部５００、５００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００に窒素源ガスが導かれるように第２のガス供給管１５０、１５０が配設されている。これにより、装置のメンテナンスがより容易になるほか、中空状フローチャネル１００、１００のそれぞれについて、個別に反応域の窒素源ガス供給条件を制御することが可能になるので、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することがより容易になる。
【００２７】
気相成長装置１０００の第１の原料供給部３００、３００には、それぞれＩＩＩ族金属３０１、３０１（例えばアルミニウム、ガリウム等。）が配置されており、第１の原料供給部３００、３００にハロゲン化物ガスとしてハロゲン化水素ガス（例えば塩化水素ガス等。）を供給することにより、中空状フローチャネル１００、１００にＩＩＩ族原料ガスとしてＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガス（例えば塩化アルミニウムガス、塩化ガリウムガス等。）が導かれる。ＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスは、加熱したＩＩＩ族金属の固体（３０１）とハロゲン化水素ガスとの反応により発生させることができる。この反応を進行させるため、第１の原料供給部３００、３００は、第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）により、反応に適した温度（例えば塩化アルミニウムガスの発生においては１５０〜１０００℃程度であり、好ましくは３００〜６６０℃程度であり、さらに好ましくは３００〜６００℃程度、塩化ガリウムガスの発生においては３００〜１０００℃程度等である。）に加熱される。この反応は固体（ＩＩＩ族金属）と気体（ハロゲン化水素ガス）との反応であって、両者の接触は一方（固体）が動かない状態で、他方（ハロゲン化水素ガス）のみが移動することにより行われる。そのため第１の原料供給部３００、３００を加熱する加熱手段が共通化（すなわち第１の加熱装置４００。）されていても、ＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスを安定して供給することができる。なおＩＩＩ族金属ハロゲン化物ガスと反応させる窒素源ガスとしては窒素を含有する反応性ガスを用いることができるが、コスト及び取扱い容易性の点で、アンモニアガスを好ましく用いることができる。
【００２８】
本発明に関する上記説明では、中空状フローチャネル１００、１００のそれぞれの排気口１６０、１６０が、同一かつ共通の排気装置に接続されている形態の気相成長装置１０００を例示したが、本発明の気相成長装置は当該形態に限定されない。例えば各中空状フローチャネルの排気口が別個の排気装置に接続されている形態の気相成長装置とすることも可能である。ただし装置をより簡略化する観点からは、上記のように排気口からの排気が導かれる排気装置を共通化することが好ましい。
【００２９】
本発明に関する上記説明では、ＨＶＰＥ法によってＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる形態の気相成長装置１０００を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。例えば、ＭＯＣＶＤ法によってＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる形態の気相成長装置とすることも可能である。より具体的には、第１の原料供給部がＩＩＩ族原料ガスとしてＩＩＩ族有機金属化合物ガス（例えばトリメチルアルミニウムガスやトリメチルガリウムガス等。）を供給する形態の気相成長装置とすることも可能である。その場合、第１の原料供給部はＩＩＩ族金属３０１を配置しない形態とし、ハロゲン化物ガスに代えて別途ＩＩＩ族有機金属化合物を気化させたガスを第１の原料供給部に供給し、第１の原料供給部において第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）により所望の温度（例えば室温〜１００℃等。）まで昇温した後、第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入する形態を例示できる。またＨＶＰＥ法によってＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合であっても、第１の原料供給部にＩＩＩ族金属３０１を配置せずに、ハロゲン化物ガスに代えて別途生成されたＩＩＩ族ハロゲン化物ガスを第１の原料供給部に供給し、第１の原料供給部において第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）により所望の温度（例えば１５０〜１０００℃等。）まで昇温した後、第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入する形態とすることも可能である。
また例えばＨＶＰＥ法によって混晶を成長させる場合においては、第１の原料供給部に複数種類のＩＩＩ族金属を配置してハロゲン化物ガスの供給によりＩＩＩ族ハロゲン化物の混合ガスを発生させ、該混合ガスを第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入することも可能である一方で、第１の原料供給部にはＩＩＩ族金属を配置せず、ハロゲン化物ガスに代えて別途生成したＩＩＩ族ハロゲン化物混合ガスを第１の原料供給部に供給し、第１の原料供給部において第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）により所望の温度（例えば１５０〜１０００℃等。）まで昇温した後、第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入する形態とすることも可能である。
【００３０】
本発明に関する上記説明では、中空状フローチャネル１００、１００の集合部２００に臨んで設けられている側の端部１００ａ、１００ａが、集合部２００において独立している形態の気相成長装置１０００を例示したが、本発明の気相成長装置は当該形態に限定されない。例えば、各中空状フローチャネルの一方の端部（集合部に臨んで設けられている側の端部）が、集合部において連通している形態の気相成長装置とすることも可能である。図２は、そのような他の実施形態に係る本発明の気相成長装置２０００を模式的に説明する図である。図２において、既に図１に記載された要素と同一の要素については、図１中の符号と同一の符号を付し、説明を省略する。図２の気相成長装置２０００においては、集合部２２００に設けられたフローチャネル連通管１０３が中空状フローチャネル１００、１００の集合部２２００側の端部１００ａ、１００ａと連通することにより、中空状フローチャネル１００、１００が集合部２２００において相互に連通している。このような形態によれば、各中空状フローチャネルの内圧を等しくすることが容易になる。
【００３１】
本発明に関する上記説明では、反対方向に延在する２つの中空状フローチャネル１００、１００を有する形態の気相成長装置１０００を主に例示したが、本発明の気相成長装置は当該形態に限定されない。例えば、３つ以上の中空状フローチャネルを有する形態の気相成長装置とすることも可能である。本発明の気相成長装置が３つ以上の中空状フローチャネルを有する場合においても、２つの中空状フローチャネルを有する場合（図１〜２）と同様に、各中空状フローチャネルの一方の端部（ＩＩＩ族原料ガス及び窒素源ガスが供給される側の端部。例えば図１〜２においては端部１００ａ。）が集合部に臨むように設けられ、各中空状フローチャネルは集合部から離れる方向に延在するように配置される。図３は中空状フローチャネルを３つ有する形態の本発明の気相成長装置における中空状フローチャネルの配置の例を上面視で説明する図である。図４は中空状フローチャネルを４つ有する形態の本発明の気相成長装置における中空状フローチャネルの配置の例を上面視で説明する図である。図３及び図４においては、視認性のため、中空状フローチャネルのみを抜き出している。図３及び図４に例示するように、複数の中空状フローチャネルは上面視において放射状に配置することができる。本発明の気相成長装置における中空状フローチャネルの数は２つ以上である限りにおいて特に制限されるものではないが、装置のメンテナンス性を良好にする観点からは、好ましくは６以下である。
【００３２】
上記例示した２つの中空状フローチャネルを有する形態の気相成長装置１０００においては、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第１の原料供給部３００、３００を有し、各一の第１の原料供給部３００から各一の中空状フローチャネル１００へＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部３００、３００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００にＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管１４０、１４０が配設されている。中空状フローチャネルを３つ以上有する形態の本発明の気相成長装置においては、複数の中空状フローチャネルと同数の第１の原料供給部を有し、各一の第１の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第１の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルにＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管が配設されていることが好ましい。このような形態によれば、装置のメンテナンスがより容易になるほか、複数の中空状フローチャネルのそれぞれについて、個別に反応域のＩＩＩ族原料ガス供給条件を制御することが可能になるので、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することがより容易になる。なおここで気相成長装置がＮ個（Ｎは２以上の整数）の中空状フローチャネルＦ１、…、ＦＮ及び同数（Ｎ個）の第１の原料供給部Ｓ１１、…、Ｓ１Ｎを有するとき、「各一の第１の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへＩＩＩ族原料ガスが導かれる」とは、第１の原料供給部Ｓ１ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のいずれについても、第１の原料供給部Ｓ１ｉからＩＩＩ原料ガスの供給を受ける中空状フローチャネルＦｊ（１≦ｊ≦Ｎ）が存在し、かつ、第１の原料供給部Ｓ１ｉからＩＩＩ族原料ガスが中空状フローチャネルＦｊ（１≦ｊ≦Ｎ）に導かれるならば他の中空状フローチャネルＦｋ（１≦ｋ≦Ｎ、ｋ≠ｊ）は同一の第１の原料供給部Ｓ１ｉからはＩＩＩ族原料ガスの供給を受けないことを意味する。また気相成長装置がＮ個（Ｎは２以上の整数）の中空状フローチャネルＦ１、…、ＦＮ及び同数（Ｎ個）の第１の原料供給部Ｓ１１、…、Ｓ１Ｎを有するとき、「異なる２つの第１の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第１の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルにＩＩＩ族原料ガスが導かれる」とは、異なる２つの第１の原料供給部Ｓ１ｉ、Ｓ１ｊ（１≦ｉ，ｊ≦Ｎ、ｉ≠ｊ）のいかなる組み合わせについても、Ｓ１ｉからＩＩＩ族原料ガスが導かれる中空状フローチャネルＦｐ（１≦ｐ≦Ｎ）と、Ｓ１ｊからＩＩＩ族原料ガスが導かれる中空状フローチャネルＦｑ（１≦ｑ≦Ｎ）とが異なっている（すなわちｐ≠ｑである）ことを意味する。
【００３３】
また上記例示した２つの中空状フローチャネルを有する形態の気相成長装置１０００においては、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第２の原料供給部５００、５００を有し、各一の第２の原料供給部５００から各一の中空状フローチャネル１００へ窒素源ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第２の原料供給部５００、５００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００に窒素源ガスが導かれるように第２のガス供給管１５０、１５０が配設されている。中空状フローチャネルを３つ以上有する形態の本発明の気相成長装置においては、複数の中空状フローチャネルと同数の第２の原料供給部を有し、各一の第２の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへ窒素源ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第２の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第２の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルに窒素源ガスが導かれるように第２のガス供給管が配設されていることが好ましい。このような形態によれば、装置のメンテナンスがより容易になるほか、中空状フローチャネルのそれぞれについて、個別に反応域の窒素源ガス供給条件を制御することが可能になるので、安定した品質のＩＩＩ族窒化物単結晶基板を量産することがより容易になる。なおここで気相成長装置がＮ個（Ｎは２以上の整数）の中空状フローチャネルＦ１、…、ＦＮ及び同数（Ｎ個）の第２の原料供給部Ｓ２１、…、Ｓ２Ｎを有するとき、「各一の第２の原料供給部から各一の中空状フローチャネルへ窒素源ガスが導かれる」とは、第２の原料供給部Ｓ２ｉ（１≦ｉ≦Ｎ）のいずれについても、第２の原料供給部Ｓ２ｉから窒素源ガスの供給を受ける中空状フローチャネルＦｊ（１≦ｊ≦Ｎ）が存在し、かつ、第２の原料部Ｓ２ｉから窒素源ガスが中空状フローチャネルＦｊ（１≦ｊ≦Ｎ）に導かれるならば他の中空状フローチャネルＦｋ（１≦ｋ≦Ｎ、ｋ≠ｊ）は同一の第２の原料供給部Ｓ２ｉから窒素源ガスの供給を受けないことを意味する。また気相成長装置がＮ個（Ｎは２以上の整数）の中空状フローチャネルＦ１、…、ＦＮ及び同数（Ｎ個）の第２の原料供給部Ｓ２１、…、Ｓ２Ｎを有するとき、「異なる２つの第２の原料供給部の組のいずれについても、該異なる２つの第２の原料供給部からは異なる２つの中空状フローチャネルに窒素源ガスが導かれる」とは、異なる２つの第１の原料供給部Ｓ２ｉ、Ｓ２ｊ（１≦ｉ，ｊ≦Ｎ、ｉ≠ｊ）のいかなる組み合わせについても、Ｓ２ｉから窒素源ガスが導かれる中空状フローチャネルＦｐ（１≦ｐ≦Ｎ）と、Ｓ２ｊから窒素源ガスが導かれる中空状フローチャネルＦｑ（１≦ｑ≦Ｎ）とが異なっている（すなわちｐ≠ｑである）ことを意味する。
【００３４】
本発明に関する上記説明では、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第１の原料供給部３００、３００を有し、各一の第１の原料供給部３００から各一の中空状フローチャネル１００へＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部３００、３００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００にＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管１４０、１４０が配設されている態様の気相成長装置１０００を主に例示したが、本発明の気相成長装置は当該形態に限定されない。単一の第１の原料供給部から、複数の中空状フローチャネルのいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように、第１のガス供給管が配設されている形態の気相成長装置とすることも可能である。図５は、そのような他の実施形態に係る本発明の気相成長装置３０００を模式的に説明する図である。図５において、図１〜４に既に表れた要素と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。気相成長装置３０００は、２つの中空状フローチャネル１００、１００を有する一方で、単一の第１の原料供給部３３００を有する。そして単一の第１の原料供給部３３００から、中空状フローチャネル１００、１００のいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように、第１のガス供給管３１４０、３１４０が配設されている。気相成長装置３０００においては、単一の第１の原料供給部３３００から流出したＩＩＩ族原料ガスは集合部３２００において分岐され、第１のガス供給管３１４０、３１４０を介して中空状フローチャネル１００、１００の両方に導かれる。このような形態によれば、ＩＩＩ族原料ガスを供給する手段を簡略化することが可能である。
【００３５】
本発明に関する上記説明では、第２の原料供給部５００、５００が、いずれも集合部２００に配設されており、第２の原料供給部５００、５００のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する第２の加熱装置７００を有し、第１の加熱装置４００と第２の加熱装置７００とが同一の共通加熱装置４００／７００である形態の気相成長装置１０００を主に例示したが、本発明は当該形態に限定されない。ＩＩＩ族原料ガスを供給する第１の原料供給部を加熱する第１の加熱装置と、窒素源ガスを供給する第２の原料供給部を加熱する第２の加熱装置とが別個の装置である形態の気相成長装置とすることも可能であり、また、複数の第２の原料供給部を別個の加熱手段で加熱する第２の加熱装置を有する形態の気相成長装置とすることも可能である。図６は、そのような他の実施形態に係る本発明の気相成長装置４０００を模式的に説明する図である。図６において、図１〜５に既に表れた要素と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。気相成長装置４０００は、集合部４２００に配設されたＩＩＩ族原料ガスを供給する第１の原料供給部３００、３００のいずれも同一かつ共通の加熱手段で加熱する、第１の加熱装置４４００と、集合部４２００に配設された第２の原料供給部４５００、４５００をそれぞれ別個の加熱手段で加熱する、第２の加熱装置４７００とを有している。気相成長装置４０００において、第１の加熱装置４４００と第２の加熱装置４７００とは、共通化されていない別個の加熱装置である。
【００３６】
また図６に示した気相成長装置４０００においては、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第１の原料供給部３００、３００を有し、各一の第１の原料供給部３００から各一の中空状フローチャネル１００へＩＩＩ族原料ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第１の原料供給部３００、３００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００にＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管１４０、１４０が配設されているが、本発明の気相成長装置がそのような形態に限定されないことは上記した通りである。単一の第１の原料供給部から複数の中空状フローチャネルのいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管が配設されている形態の気相成長装置とすることも可能であって、図７は、そのような他の実施形態に係る本発明の気相成長装置５０００を模式的に説明する図である。図７において、図１〜６に既に表れた要素と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。気相成長装置５０００は、２つの中空状フローチャネル１００、１００を有する一方で、単一の第１の原料供給部５３００を有する。そして単一の第１の原料供給部５３００から、中空状フローチャネル１００、１００のいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように、第１のガス供給管５１４０、５１４０が配設されている。気相成長装置５０００においては、単一の第１の原料供給部５３００から流出したＩＩＩ族原料ガスは集合部５２００において分岐され、第１のガス供給管５１４０、５１４０を介して中空状フローチャネル１００、１００の両方に導かれる。そして気相成長装置５０００は、集合部５２００に配設された単一の第１の原料供給部５３００を加熱する、第１の加熱装置５４００と、集合部５２００に配設された第２の原料供給部５５００、５５００をそれぞれ別個の加熱手段で加熱する、第２の加熱装置５７００とを有している。気相成長装置５０００において、第１の加熱装置５４００と第２の加熱装置５７００とは、共通化されていない別個の加熱装置である。
【００３７】
本発明に関する上記説明では、中空状フローチャネル１００、１００と同数の第２の原料供給部５００、５００を有し、各一の第２の原料供給部５００から各一の中空状フローチャネル１００へ窒素源ガスが導かれ、かつ、異なる２つの第２の原料供給部５００、５００からは異なる２つの中空状フローチャネル１００、１００に窒素源ガスが導かれるように第２のガス供給管１５０、１５０が配設されている形態の気相成長装置１０００を主に例示したが、本発明の気相成長装置は当該形態に限定されない。例えば、単一の第２の原料供給部から、複数の中空状フローチャネルのいずれにも窒素源ガスが導かれるように、第２のガス供給管が配設されている形態の気相成長装置とすることも可能である。図８は、そのような他の実施形態に係る本発明の気相成長装置６０００を模式的に説明する図である。図８において、図１〜７に既に表れた要素と同一の要素については同一の符号を付し、説明を省略する。気相成長装置６０００は、２つの中空状フローチャネル１００、１００を有する一方で、単一の第２の原料供給部６５００を有する。そして単一の第２の原料供給部６５００から、中空状フローチャネル１００、１００のいずれにも窒素源ガスが導かれるように、第２のガス供給管６１５０、６１５０が配設されている。気相成長装置５０００においては、単一の第２の原料供給部６５００から流出した窒素源ガスは集合部６２００において分岐され、第２のガス供給管６１５０、６１５０を介して中空状フローチャネル１００、１００の両方に導かれる。
【００３８】
なお図１〜８中に示してはいないが、本発明の気相成長装置は以下の構成部材を有していてもよい。例えば、各中空状フローチャネル１００において、第１のガス供給管１４０から流出するＩＩＩ族原料ガスのフローと、第２のガス供給管１５０から流出する窒素源ガスのフローとの間に、バリアガスを供給する構造を有していてもよい。バリアガスとしては、例えば水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等の一般的なガスを使用することができる。
またＩＩＩ族原料ガス及び窒素源ガスが、排気口１６０が設けられた側へ、各中空状フローチャネル１００内で逆流することなく一様に流通するように、各中空状フローチャネル１００内において第１のガス供給管１４０および第２のガス供給管１５０のノズル側から排気口１６０が設けられた側に向けて押し出しガスを供給する構造を有していてもよい。中空状フローチャネル内で押し出しガスを供給する位置は、窒素源ガス、ＩＩＩ族原料ガス、およびバリアガスのフローよりも外側の位置とすることができる。押し出しガスとしては、例えば水素、窒素、アルゴン、ヘリウム等の一般的なガスを使用することができる。
また本発明の結晶成長装置には、集合部（２００、２２００、３２００、４２００、５２００、６２００）に設けられた配管を加熱できるように補助加熱装置が設けられていてもよい。このような補助加熱装置を設けることにより、集合部を流通している原料ガスが温度低下により配管（例えば第１のガス供給管１４０、３１４０、５１４０等。）内部に析出することを防止することが可能である。補助加熱装置としては、例えば抵抗加熱装置、光加熱装置、高周波加熱装置等の公知の加熱手段を用いることができる。
【００３９】
＜２．ＩＩＩ族窒化物の製造方法＞
本発明の第２の態様に係るＩＩＩ族窒化物の製造方法について説明する。本発明のＩＩＩ族窒化物の製造方法は、上記本発明の第１の態様に係る結晶成長装置を用いて複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を気相成長させることを特徴とする。
【００４０】
気相成長装置１０００（図１）において第１の原料供給部３００から供給するＩＩＩ族原料ガスとしては、三塩化アルミニウム、三臭化アルミニウム等のハロゲン化アルミニウム；三塩化ガリウム、一塩化ガリウム等のハロゲン化ガリウム；三塩化インジウム等のハロゲン化インジウム、等のＩＩＩ族ハロゲン化物ガスや、トリメチルアルミニウム、トリメチルガリウム等のＩＩＩ族有機金属化合物ガスを特に制限なく採用可能である。混晶を製造する場合には、複数のＩＩＩ族原料ガスを含有する混合ガスを使用する。ＨＶＰＥ法を採用する場合、上記の通り、第１の原料供給部３００にＩＩＩ族金属３０１を配置し、第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）によって第１の原料供給部３００を加熱（例えば三塩化アルミニウムガスを発生させる場合には１５０〜１０００℃程度であり、好ましくは３００〜６６０℃程度であり、さらに好ましくは３００〜６００℃程度、一塩化ガリウムガスを発生させる場合には３００〜１０００℃程度等。）しながら第１の原料供給部３００にハロゲン化物ガス（例えば塩化水素ガス等。）を供給することにより第１の原料供給部３００において生成するＩＩＩ族ハロゲン化物ガスを、第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入することができる。他方、第１の原料供給部３００にＩＩＩ族金属３０１を配置せず、ハロゲン化物ガスに代えて別途生成したＩＩＩ族原料ガス（ＨＶＰＥ法の場合にはＩＩＩ族ハロゲン化物ガス、ＭＯＣＶＤ法の場合にはＩＩＩ族有機金属化合物ガス。）を第１の原料供給部に供給し、第１の原料供給部において第１の加熱装置４００（共通加熱装置４００／７００）により所望の温度（例えば室温〜１００℃。）まで昇温した後、第１のガス供給管１４０を通じて中空状フローチャネル１００内に導入する形態とすることも可能である。これらのＩＩＩ族原料ガスは通常、キャリアガスによって希釈した状態で供給する。キャリアガスとしては、水素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、若しくはアルゴンガス、又はこれらの混合ガスを特に制限なく用いることができ、水素ガスを含むキャリアガスを用いることが好ましい。
【００４１】
なお一般に、ＩＩＩ族原料ガスとしてＩＩＩ族ハロゲン化物ガスを用いる場合、すなわち成膜速度の高いＨＶＰＥ法によりＩＩＩ族窒化物を成長させる場合には、従来の多数枚型気相成長装置では同一フローチャネル内の複数の基板の間で膜厚や結晶性にばらつきが生じ易く、この傾向は反応速度の速いハロゲン化アルミニウムガスを使用する場合に特に顕著であることから、本発明の気相成長装置およびＩＩＩ族窒化物の製造方法は、ＨＶＰＥ法によってＩＩＩ族窒化物を成長させる場合に好ましく用いることができ、ＨＶＰＥ法によってＩＩＩ族元素としてアルミニウムを含むＩＩＩ族窒化物（以下「Ａｌ系ＩＩＩ族窒化物」ということがある。）の単結晶を成長させる場合に特に好ましく用いることができ、ＨＶＰＥ法によって窒化アルミニウムの単結晶を成長させる場合に最も好ましく用いることができる。この観点から、本発明のＩＩＩ族窒化物の製造方法においては、ＩＩＩ族原料ガスがハロゲン化アルミニウムガスを含むことが好ましく、ＩＩＩ族原料ガスがハロゲン化アルミニウムガスであることが特に好ましい。
【００４２】
気相成長装置１０００の各中空状フローチャネル１００において第１のガス供給管１４０から流出するＩＩＩ族原料ガスのフローと、第２のガス供給管１５０から流出する窒素源ガスのフローとの間には、バリアガスのフローを介在させてもよい。ＩＩＩ族原料ガスのフローと窒素源ガスのフローとの間に流出させるバリアガスとしては、不活性である点、及び、分子量が大きいためにＩＩＩ族原料ガスや窒素源ガスのバリアガスへの拡散が遅い（バリア効果が高い）点で、窒素ガス若しくはアルゴンガス、又はこれらの混合ガスを好ましく用いることができる。ただしバリアガスの効果を調整するために、窒素ガス若しくはアルゴンガス又はこれらの混合ガスに、水素ガス、ヘリウムガス、ネオンガス等の、不活性な（すなわち、ＩＩＩ族原料ガス及び窒素源ガスと反応しない）低分子量ガスを混合してもよい。
【００４３】
ＩＩＩ族窒化物単結晶を析出させる基板１１０の材質としては、例えばサファイア、シリコン、シリコンカーバイド、酸化亜鉛、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化アルミニウムガリウム、ガリウムヒ素、ホウ素化ジルコニウム、ホウ素化チタニウム等を特に制限なく採用できる。
【００４４】
第１の原料供給部３００から第１のガス供給管１４０を介して中空状フローチャネル１００に導入されたＩＩＩ族原料ガスを窒化してＩＩＩ族窒化物単結晶を得るために、第２の原料供給部５００から第２のガス供給管１５０を介して中空状フローチャネル１００に窒素源ガスを導入する。この窒素源ガスは通常キャリアガスによって希釈した状態で供給する。窒素源ガスとしては、窒素を含有する反応性ガスを特に制限なく採用可能であるが、コストと取扱の容易性の点で、アンモニアガスを好ましく用いることができる。キャリアガスとしては、水素ガス、窒素ガス、ヘリウムガス、若しくはアルゴンガス、又はこれらの混合ガスを特に制限なく用いることができ、水素ガスを含むキャリアガスを用いることが好ましい。
【００４５】
ＩＩＩ族原料ガスと窒素源ガスとを反応させる前に、基板１１０に付着している有機物を除去するため、中空状フローチャネル１００に水素ガスを含むキャリアガスを流通しながら支持台１２０を介して基板１１０を加熱することにより、サーマルクリーニングを行うことが好ましい。基板１１０としてサファイア基板を用いる場合、一般的には１１００℃で１０分間程度保持する。その後、第１のガス供給管１４０を通じてＩＩＩ族原料ガスを中空状フローチャネル１００に導入し、第２のガス供給管１５０を通じて窒素源ガスを中空状フローチャネル１００に導入しながら、加熱された（ＨＶＰＥ法の場合好ましくは１０００〜１７００℃、ＭＯＣＶＤ法の場合好ましくは１０００〜１６００℃）基板１１０上にＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させる。本発明のＩＩＩ族窒化物の製造方法におけるＩＩＩ族窒化物の成長は、ＨＶＰＥ法を用いる場合（すなわちＩＩＩ族原料ガスとしてＩＩＩ族ハロゲン化物ガスを用いる場合）には通常大気圧付近の圧力下で行われ、ＭＯＣＶＤ法を用いる場合（すなわちＩＩＩ族原料ガスとしてＩＩＩ族有機金属化合物ガスを用いる場合）には通常１００Ｐａ〜大気圧の圧力下で行われる。
【００４６】
ＨＶＰＥ法を用いる場合、ＩＩＩ族原料ガス（ＩＩＩ族ハロゲン化物ガス）の供給量は、供給分圧（供給される全ガス（キャリアガス、ＩＩＩ族原料ガス、窒素源ガス、バリアガス、押し出しガス）の標準状態における体積の合計に対するＩＩＩ族原料ガスの標準状態における体積の割合。）に換算して通常１Ｐａ〜１０００Ｐａである。ＭＯＣＶＤ法を用いる場合、ＩＩＩ族原料ガス（ＩＩＩ族有機金属化合物ガス）の供給量は、供給分圧換算で通常０．１〜１００Ｐａの範囲の値が選択される。窒素源ガスの供給量は特に制限されるものではないが、一般的には、供給する上記ＩＩＩ族原料ガスの０．５〜５００倍の供給量が好ましく採用される。
【００４７】
成長時間は所望の成長膜厚が達成されるように適宜調節される。一定時間結晶成長を行った後、ＩＩＩ族原料ガスの供給を停止することにより結晶成長を終了する。その後基板１１０を室温まで降温する。以上の操作により、基板１１０上にＩＩＩ族窒化物単結晶を成長させることができる。
【００４８】
本発明の気相成長装置及びＩＩＩ族窒化物の製造方法は、基板上に膜厚１０μｍ以上のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合に好ましく採用でき、基板上に膜厚１００μｍ以上のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合に特に好ましく用いることができる。
【００４９】
本発明に関する上記説明では、図１に例示した気相成長装置１０００を用いる形態のＩＩＩ族窒化物の製造方法を主に例示したが、本発明のＩＩＩ族窒化物の製造方法は当該形態に限定されない。本発明の気相成長装置について上記説明した通り、中空状フローチャネルを３つ以上有する形態の気相成長装置（図２、３参照）；複数の中空状フローチャネルからの排気が別個の排気装置に導かれる形態の気相成長装置；中空状フローチャネルの集合部側の端部が集合部において連通している形態の気相成長装置（図４参照）；単一の第１の原料供給部から複数の中空状フローチャネルのいずれにもＩＩＩ族原料ガスが導かれるように第１のガス供給管が配設されている形態の気相成長装置（図５、７参照）；第２の加熱装置が複数の第２の原料部を別個の加熱手段で加熱する形態や、第１の加熱装置と第２の加熱装置とが別個の装置である形態の気相成長装置（図６、７参照）；あるいは、単一の第２の原料供給部から複数の中空状フローチャネルのいずれにも窒素源ガスが導かれるように第２のガス供給管が配設されている形態の気相成長装置（図８参照）を用いて、複数の基板上に同時にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を有するＩＩＩ族窒化物の製造方法とすることも可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１０００、２０００、３０００、４０００、５０００  気相成長装置
１００  中空状フローチャネル
１００ａ  中空状フローチャネル１００の一方の端部（集合部側の端部）
１００ｂ  中空状フローチャネル１００の他方の端部
２００、２２００、３２００、４２００、５２００、６２００  集合部
３００、３３００、５３００  第１の原料供給部
３０１  ＩＩＩ族金属
４００、４４００、５４００  第１の加熱装置
５００、４５００、５５００、６５００  第２の原料供給部
７００、４７００、５７００  第２の加熱装置
４００／７００  共通加熱装置
１０１  外チャンバ
１０２  内チャンバ
１０３  フローチャネル連通管
１１０  基板
１２０  支持台（サセプタ）
１２１  回転駆動軸
１３０  局所加熱装置
１４０、３１４０、５１４０  第１のガス供給管
１５０、６１５０  第２のガス供給管
１６０  排気口
【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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