(57)【要約】【課題】Ｇａ−Ａｌ合金融液を用いてシード基板上にＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させる液相成長法において、安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得る。【解決手段】Ｇａ−Ａｌ合金融液５中において、Ｎ原子を含有するガスを供給する供給口１ｂ側にシード基板３が配置されるように保持プレート４を浸漬させ、Ｇａ−Ａｌ合金融液５中のシード基板３上に窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させる。【選択図】図１
2015006975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｇａ−Ａｌ合金融液中において、Ｎ原子を含有するガスを供給する供給口側にシード基板が配置されるように該シード基板を保持プレートで保持し、該シード基板上に窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させることを特徴とする窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項２】
上記保持プレートを傾斜角度が０度より大きく１５度未満となるように傾けることを特徴とする請求項１に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項３】
上記保持プレートを回転させることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項４】
上記保持プレートの回転数は、４０ｒｐｍ以下であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム結晶の製造方法。
【請求項５】
Ｇａ−Ａｌ合金融液を収容した坩堝と、
先端の供給口が上記Ｇａ−Ａｌ合金融液に挿入され、該Ｇａ−Ａｌ合金融液にＮ原子を含有するガスを供給するガス導入管と、上記ガス導入管の先端側に設けられ、シード基板が該供給口側に配置されるように該シード基板を保持した保持プレートとを有することを特徴とする窒化アルミニウム結晶の製造装置。
【請求項６】
上記保持プレートは、円盤状に形成され、中心に上記ガス導入管が貫通し、該ガス導入管の供給口が該保持プレートよりも下に位置していることを特徴とする請求項５に記載の窒化アルミニウム結晶の製造装置。
【請求項７】
上記保持プレートは、傾斜角度が０度より大きく１５度未満となるように傾けて上記ガス導入管に設けられていることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の窒化アルミニウム結晶の製造装置。
【請求項８】
上記保持プレートが上記ガス導入管に対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム結晶の製造装置。
【請求項９】
上記ガス導入管は、先端に、円盤状に形成され、上記保持プレートを保持する保持部を有し、上記保持プレートに形成された凹部に嵌め込まれたシード基板を押さえる押さえ部材を介して、上記保持プレートが上記保持部材上に置かれていることを特徴とする請求項５乃至請求項８のいずれか１項に記載の窒化アルミニウム結晶の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液相成長法（ＬＰＥ）によりＡｌＮをエピタキシャル成長させる窒化アルミニウム結晶の製造方法及び製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
紫外発光素子は、蛍光灯の代替、高密度ＤＶＤ、生化学用レーザ、光触媒による公害物質の分解、Ｈｅ−Ｃｄレーザ、水銀灯の代替など、次世代の光源として幅広く注目されている。この紫外発光素子は、ワイドギャップ半導体と呼ばれるＡｌＧａＮ系窒化物半導体からなり、表１に示すようなサファイア、４Ｈ−ＳｉＣ、ＧａＮ、ＡｌＮなどの異種基板上に積層される。
【０００３】
しかしながら、サファイアは、ＡｌＧａＮとの格子不整合が大きいため、多数の貫通転位が存在してしまい、非発光再結合中心となって内部量子効率を著しく低下させてしまう。また、４Ｈ−ＳｉＣ及びＧａＮは、格子整合性は高いが、高価である。また、４Ｈ−ＳｉＣ及びＧａＮは、それぞれ波長３８０ｎｍ及び３６５ｎｍ以下の紫外線を吸収してしまう。
【０００４】
これに対して、ＡｌＮは、ＡｌＧａＮと格子定数が近く、２００ｎｍの紫外領域まで透明であるため、発光した紫外線を吸収することなく、紫外光を効率よく外部へ取り出すことができる。つまり、ＡｌＮ単結晶を基板として用いてＡｌＧａＮ系発光素子を準ホモエピタキシャル成長させることにより、結晶の欠陥密度を低く抑えた紫外光発光素子を作製することができる。
【０００５】
【表１】
2015006975.tif 000003
【０００６】
現在、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法）、液相成長法、昇華再結晶法などの方法によりＡｌＮのバルク単結晶の作製が試行されている。例えば、特許文献１には、ＩＩＩ族窒化物結晶の液相成長法において、フラックスへの窒素の溶解量を増加させるために圧力を印加し、ナトリウム等のアルカリ金属をフラックスに添加することが開示されている。また、特許文献２には、Ａｌ融液に窒素原子を含有するガスを注入して、ＡｌＮ微結晶を製造する方法が提案されている。
【０００７】
しかしながら、上記特許文献１、２の技術を用いてＡｌＮ結晶を製造する場合には、高い成長温度が必要となり、コスト及び結晶品質に関して満足するものが得られない。
【０００８】
これに対し、本件発明者らの一部は、上記問題に応えるものとして、液相成長法におけるフラックスとしてＧａ−Ａｌ合金融液を用いることにより、低温でのＡｌＮの結晶成長が可能であり、基板表面の結晶性を引き継ぎかつＡｌ極性を有する良好なＡｌＮ結晶が得られることを見出した（特許文献３）。
【０００９】
具体的には、Ｇａ−Ａｌ合金融液にＮ原子を含有するガスを導入し、該Ｇａ−Ａｌ合金融液中の種結晶基板上にＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させるにあたり、種結晶基板として窒化サファイア基板を用いた。これにより、窒化サファイア基板表面に形成された窒素極性の窒化アルミニウム膜上に、表面の良好な結晶性を引き継いだＡｌ極性の窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させることができた。
【００１０】
しかしながら、この方法では、種結晶基板（シード基板）を大口径化した場合、ＡｌＮ結晶膜がシード基板全面に均一に生成しないことがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００４−２２４６００号公報
【特許文献２】特開平１１−１８９４９８号公報
【特許文献３】国際公開第２０１２／００８５４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、Ｇａ−Ａｌ合金融液を用いてシード基板上にＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させる液相成長法において、シード基板の口径を大きくした場合であっても全面に結晶成長がなされ、安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得ることができる窒化アルミニウム結晶の製造方法及び製造装置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】
【００１３】
本件発明者らは、Ｇａ−Ａｌ合金融液を用いてシード基板上にＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させる液相成長法について鋭意検討を重ねた結果、Ｇａ−Ａｌ合金融液に浸漬させるシード基板の育成面を反転させる、即ち保持プレートの下側にシード基板を配置することにより、シード基板表面の良好な結晶性を引き継ぎかつＡｌ極性を有するＡｌＮ結晶が安定して形成されることを見出した。
【００１４】
すなわち、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、Ｇａ−Ａｌ合金融液に浸漬させるシード基板を保持プレートごと反転（逆さ）して、Ｎ原子を含有するガスをＧａ−Ａｌ合金融液に供給する供給口側にシード基板が配置されるように保持プレートを浸漬させ、Ｎ原子を含有するガスがシード基板表面に直接当るようにし、Ｇａ−Ａｌ合金融液中のシード基板上に窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させることを特徴としている。
【００１５】
また、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造方法は、保持プレートを反転させたことによって、シード基板上にＮ原子を含有するガスの気泡が基板を覆うように滞留することがあり、この場合Ｇａ−Ａｌ合金融液との接触が妨げられるので、保持プレートを傾斜角度０度より大きく１５度未満となるように傾けるか、又は保持プレートを回転させて、シード基板上にガスが滞留することをなくすことがより好ましい。
【００１６】
本発明に係る窒化アルミニウム結晶の製造装置は、Ｇａ−Ａｌ合金融液を収容した坩堝と、先端の供給口がＧａ−Ａｌ合金融液に挿入され、該Ｇａ−Ａｌ合金融液にＮ原子を含有するガスを供給するガス導入管と、ガス導入管の先端側に設けられ、シード基板が該供給口側に配置されるように該シード基板を保持した保持プレートとを有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、シード基板の口径を大きくした場合であっても全面に結晶成長がなされ、シード基板上にＡｌＮ結晶を低温で安定して成長させることを可能である。したがって、本発明により得られる良好な結晶性を有するＡｌＮ結晶を具えた基板を用いることにより、この基板上に転位密度の低いＡｌＧａＮ系半導体膜をＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition）法等によりエピタキシャル成長させることが可能となり、ＡｌＧａＮ系半導体膜で構成される半導体素子の高性能化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】ＡｌＮ結晶製造装置の構成例を示す図である。
【図２】保持プレートが固定されたガス導入管の一部拡大図である。
【図３】シード基板を保持した保持プレートの平面図である。
【図４】保持プレートを傾斜させてガス導入管に取り付けた状態を示す一部拡大図である。
【図５】エピタキシャル成長後のシード基板断面を示すＳＥＭ観察写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施の形態における窒化アルミニウム結晶の製造方法及び窒化アルミニウムの製造装置について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２０】
図１は、ＡｌＮ結晶製造装置２０の構成例を示す図である。ＡｌＮ結晶製造装置２０は、ガス導入管１と、坩堝２と、坩堝２内に配置される種基板（以下、シード基板という）３、シード基板３を保持する保持プレート４、及びＧａ−Ａｌ合金融液５を加熱するヒータ６と、ガス排出管７と、熱電対８とを備える。
【００２１】
ガス導入管１は、坩堝２内のＧａ−Ａｌ合金融液５にＮ原子を含有するガス（以下、窒素含有ガスという。）を供給するものである。ガス導入管１は、管部１ａの後端から送り込まれた窒素含有ガスを先端側に設けられ、Ｇａ−Ａｌ合金融液５に窒素含有ガスを供給する供給口１ｂから排出する。ＡｌＮ結晶製造装置２０では、Ｇａ−Ａｌ合金融液５にガス導入管１から窒素含有ガスを供給することでバブリングすることができる。
【００２２】
また、ガス導入管１は、Ｇａ−Ａｌ合金融液５に窒素含有ガスを供給するだけではなく、保持プレート４がＧａ−Ａｌ合金融液５内で浮いたり、動いたりしないように保持プレート４を保持する役割も有している。ガス導入管１は、管部１ａの先端側に、管部１ａの断面よりも広い断面を有し、例えば円盤状の保持部１ｃを有する。保持部１ｃには、上面に押さえ部材９を介在させて保持プレート４が置かれ、後述するようにボルト１１とナット１２とにより保持プレート４及び押さえ部材９が一体となるように固定されている。
【００２３】
坩堝２は、耐高温性のものが用いられ、例えばアルミナ、ジルコニアなどのセラミックを用いることができる。
【００２４】
シード基板３は、ＡｌＮ結晶と格子不整合率が小さい格子整合基板であり、例えば、ＡｌＮ薄膜を表面に形成した窒化サファイア基板、ＳｉＣ基板、ＧａＮ基板などが用いられる。この中でも、窒化サファイア基板を用いることにより、表面の良好な結晶性を引き継いだＡｌＮをホモエピタキシャル成長させることができる。窒化サファイア基板は、例えば、特開２００５−１０４８２９号公報、特開２００６−２１３５８６号公報、特開２００７−３９２９２号公報などに開示されている方法により得ることができる。具体的には、例えばｃ面サファイア基板を窒素分圧０．９ａｔｍ／ＣＯ分圧０．１ａｔｍ、温度１５００℃で１時間保持した後、窒素分圧１．０ａｔｍで５時間保持することにより、ＡｌＮ薄膜の結晶性に優れた窒化サファイア基板を得ることができる。この窒化サファイア基板は、表面のＡｌＮ膜がｃ軸配向単結晶膜である。
【００２５】
シード基板３の口径は、特に限定されないが、例えば２５ｍｍ〜６５ｍｍ程度のものを用いることができる。特に、５０ｍｍ〜６５ｍｍ程度の大口径のシード基板３であっても用いることができる。本実施の形態に係るＡｌＮ結晶製造装置２０を用いたＡｌＮ結晶の成長方法では、後述するようにシード基板３を保持プレート４の下側に配置し、窒素含有ガスが供給されるガス導入管１の供給口１ｂ側に配置することで窒素含有ガスが直接当るようになる。これにより、従来のようにシード基板３を保持プレート４の上側に設けた場合よりも、窒化アルミニウム結晶を低温で安定に形成でき、更に大口径のシード基板３であっても全面に結晶成長させることができ、安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得ることができる。
【００２６】
また、シード基板３に窒化サファイア基板を用いる場合は、予め９００℃以上１５００℃以下の温度で窒化サファイア基板のアニール処理を行うことが望ましい。アニール処理を行うことで、ＡｌＮ薄膜に回転ドメインが存在した場合であっても、ドメインの再配列が促され、ｃ軸配向したシングルドメインとなる。
【００２７】
シード基板３を保持する保持プレート４には、耐高温性のものが用いられ、例えばアルミナ、ジルコニアなどのセラミックを用いることができる。保持プレート４は、図２及び図３に示すように、円盤状に形成され、中心にはガス導入管１の管部１ａが貫通する貫通孔４ａが形成されている。ＡｌＮ結晶製造装置２０では、保持プレート４にガス導入管１の管部１ａを貫通させ、保持プレート４が保持部１ｃ上に載るようにすることで、ガス導入管１の供給口１ｂが保持プレート４よりも下に位置するようになる。
【００２８】
保持プレート４には、一方の面にシード基板３が嵌め込まれる凹部４ｂが形成されている。例えば、保持プレート４は、図２及び図３に示すように、シード基板３を３つ保持できるように凹部４ｂが３つ形成されている。保持プレート４には、凹部４ｂからシード基板３が外れないように押さえ部材９、１０が取り付けられている。例えば、保持プレート４には、貫通孔４ａの周囲に取り付けられてすべてのシード基板３の端部を押さえる第１の押さえ部材９と、保持プレート４の円周側に各凹部４ｂに嵌め込まれたシード基板３の端部をそれぞれ押さえる第２の押さえ部材１０とがボルト１１とナット１２により取り付けられている。
【００２９】
第１の押さえ部材９は、ガス導入管１の保持部１ｃと保持プレート４との間に介在させる。第１の押さえ部材９を保持部１ｃと保持プレート４との間に介在させた状態でボルト１１を貫通させ、ボルト１１とナット１２によりガス導入管１の保持部１ｃと保持プレート４と第１の押さえ部材９とを一体にする。また、保持プレート４の外周側は、第２の押さえ部材１０と保持プレート４にボルト１１を貫通させ、ボルト１１とナット１２により第２の押さえ部材１０と保持プレート４とを一体にする。これにより、シード基板３が取り付けられた保持プレート４をガス導入管１の保持部１ｃに固定し保持することができ、Ｇａ−Ａｌ合金融液５内において保持プレート４が浮いたり、動くことを防止できる。
【００３０】
なお、押さえ部材９、１０は、凹部４ｂからシード基板３が外れないようにする構造であればこれに限定されず、他の構造のものであってもよい。また、例えば凹部４ｂの底面に着脱可能に貼付ける等、凹部に対してシード基板３を着脱可能に取り付けることができれば押さえ部材９、１０は必要としない。
【００３１】
また、保持プレート４は、図１に示すように、水平に設けられている、即ちガス導入管１と直角となるように設けられている。なお、このことに限定されず、後述するように斜めに設けたり、回転可能に設けてもよい。
【００３２】
Ｇａ−Ａｌ合金融液５は、ＧａとＡｌとのモル比率が９９：１〜１：９９の範囲のものを用いることができる。この中でも、低温成長及び結晶性の観点から、ＧａとＡｌとのモル比率が９８：２〜４０：６０の範囲のものが好ましく、さらに好ましくは９８：２〜５０：５０の範囲のものである。
【００３３】
窒素含有ガスとしては、Ｎ２、ＮＨ３等を用いることができるが、安全性の観点からＮ２を用いることが好ましい。また、窒素含有ガスの圧力は、通常０．０１ＭＰａ以上１ＭＰａ以下である。
【００３４】
以上のような構成からなるＡｌＮ結晶製造装置２０は、図１に示すように、坩堝２内のＧａ−Ａｌ合金融液５中に挿入されたガス導入管１の供給口１ｂが保持プレート４よりも低い位置にあり、供給口１ｂ側にシード基板３が向くように保持プレート４を設ける。
【００３５】
ここで、通常は、シード基板３が上側を向くように保持プレート４を設けるが、このＡｌＮ結晶製造装置２０では、保持プレート４ごと逆さまにしてシード基板３が下側、即ち供給口１ｂ側となるように保持プレート４を配置する。このようなＡｌＮ結晶製造装置２０では、ガス導入管１の供給口１ｂから供給された窒素含有ガスが上昇していく際に、シード基板３に窒素含有ガスが直接当るようになる。これにより、このＡｌＮ結晶製造装置２０では、Ｇａ−Ａｌ合金融液５中のシード基板３上に窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させることができ、シード基板３の表面に良好な結晶性を引き継ぎかつＡｌ極性を有するＡｌＮ結晶を低温でも安定に形成することができる。また、このようなＡｌＮ結晶製造装置２０では、シード基板３を大口径した場合であっても全面に結晶成長がなされ、安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得ることができる。例えばシード基板３を６５ｍｍ程度の大口径にした場合であっても安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得ることができる。
【００３６】
上述したＡｌＮ結晶製造装置２０では、ガス導入管１と保持プレート４とが異なる部材のものであったが、このことに限定されず、ガス導入管１と保持プレート４とが一体に形成され、保持プレート４の凹部４ｂに嵌め込まれたシード基板３が落ちないようにシード基板３を押さえる押さえ部材９、１０を取り付けられたものであってもよい。
【００３７】
さらに、ＡｌＮ結晶製造装置２０では、シード基板３が取り付けられた保持プレート４を反転させたことによって、シード基板３上に窒素含有ガスの気泡がシード基板３を覆うように滞留することがある。このような場合には、シード基板３とＧａ−Ａｌ合金融液５との接触が妨げられるので、保持プレート４に傾斜をつけるか、又は保持プレート４を回転させることが好ましい。
【００３８】
傾斜をつける場合は、保持プレート４の傾斜角度を０度より大きく１５度未満とし、傾ける方向は限定されない。傾斜角度は、図１に示すように、保持プレート４を水平に設けた場合の水平位置を傾斜角度０℃とし、この水平位置を基準とした角度である。
【００３９】
保持プレート４の傾斜のつけ方としては、図４に示すように、ガス導入管１の保持部１ｃと第１の押さえ部材９との間にスペーサ１３を挟み込ませて保持プレート４の一端を持ち上げることで保持プレート４を傾かせる方法がある。この場合には、保持プレート４と第１の押さえ部材９、スペーサ１３、ガス導入管１の保持部１ｃをボルト１１及びナット１２で一体化することで保持プレート４の傾斜を所定の角度に固定して保持し、溶融液中において保持プレート４が浮遊するのを抑える。
【００４０】
保持プレート４を傾けることによって、上昇させた側から気泡が抜けやすくなる。なお、保持プレート４とガス導入管１とを一体に形成する場合には、ガス導入管１に対して保持プレート４を傾けて一体に形成することで、保持プレート４を所定の角度に傾けた状態で保持することができる。
【００４１】
回転させる場合には、上述したように保持プレート４が水平となるようにガス導入管１に取り付けた状態で、保持プレート４がガス導入管１の保持部１ｃに固定されているためガス導入管１の管部１ａを回転させることによって、保持プレート４を回転させることができる。また、保持プレート４をガス導入管１に対して傾けて取り付けた場合であっても回転させてよい。保持プレート４を回転させることによって、遠心力により保持プレート４の外周側から気泡が抜けやすくなる。保持プレート４の回転数は、シード基板３表面上でのＡｌＮ結晶成長が撹乱されてしまうことから、４０ｒｐｍ以下とすることが好ましい。
【００４２】
このように、ＡｌＮ結晶製造装置２０では、保持プレート４に傾斜をつけたり、保持プレート４を回転させることによって、シード基板３上から気泡が除去されるのでシード基板３とＧａ−Ａｌ合金融液５とが直接接することが気泡により妨げられることを防止できる。これにより、このＡｌＮ結晶製造装置２０では、シード基板３にＧａ−Ａｌ合金融液５が直接接することを維持できるためＡｌＮ結晶の形成を安定に継続させることができる。
【００４３】
続いて、ＡｌＮ結晶の製造方法について説明する。上述したようなＡｌＮ結晶製造装置２０において、先ず、保持部１ｃにシード基板３をセットした保持プレート４を図２や図４のように取り付け、先端に保持プレート４が固定されたガス導入管１をＧａ−Ａｌ合金融液５上に待機させる。
【００４４】
次に、窒素ガス、アルゴンガスなどの雰囲気中でＧａ−Ａｌ合金融液６の昇温を開始し、Ａｌの融点に達した後、供給口１ｂから窒素含有ガスを供給させつつＧａ−Ａｌ合金融液５中に保持プレート４を浸漬する。
【００４５】
次に、坩堝２内のＧａ−Ａｌ合金融液５の温度をヒータ６で更に昇温させ、１０００℃以上１５００℃以下の目標温度に保持した状態でシード基板３上にＡｌＮ結晶を生成させる。尚、浸漬するタイミングは、目標温度に達してからでも良い。
【００４６】
この際、図１に示すように、保持プレート４をシード基板３が下側となるように配置し、Ｇａ−Ａｌ合金融液５中でバブリングされた窒素含有ガスを直接シード基板３に当てることによってＡｌＮ結晶の成長を促進させる。
【００４７】
また、上記方法において、シード基板３に窒化サファイア基板を用いる場合には、窒化サファイア基板をＧａ−Ａｌ合金融液５中に浸漬する直前に、Ｇａ−Ａｌ合金融液５直上で保持することで、窒化サファイア基板のアニール処理をＡｌＮ結晶製造装置２０内で行うことができる。アニール処理時のシード基板温度は、窒化サファイア基板がＧａ−Ａｌ合金融液５直上で保持されているため、Ｇａ−Ａｌ合金融液５と同等になる。
【００４８】
シード基板３上にＡｌＮ結晶を生成させる際のＧａ−Ａｌ合金融液５の温度は、１０００℃以上とすることが好ましい。これにより、注入された窒素とＧａ−Ａｌ合金融液５中のガリウム及びアルミニウムのそれぞれとが化合して生成されたＧａＮ及びＡｌＮの微結晶のうち、ＧａＮ微結晶が解離し、ガリウムと窒素に分解するため、ＡｌＮ結晶成長の阻害を防ぐことができる。なお、ＡｌＮ結晶の融点は２０００℃以上であり、１５００℃以下では安定である。
【００４９】
また、ＡｌＮ結晶は、１気圧の常圧条件でも成長させることができ、窒素の溶解度が小さい場合には加圧してもよい。
【００５０】
そして、所定時間が経過した後、シード基板３をＧａ−Ａｌ合金融液５から取り出して、徐冷を行う。
【００５１】
以上説明したように、Ｇａ−Ａｌ合金融液５を用いてシード基板３上にＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させる方法では、上述したようにシード基板３が取り付けられた保持プレート４を逆さまにして窒素含有ガスが直接シード基板３に当るようにしているため、窒化アルミニウム結晶をエピタキシャル成長させ、シード基板３の表面に良好な結晶性を引き継ぎかつＡｌ極性を有する良質なＡｌＮ結晶を低温でも安定に形成することができる。また、このＡｌＮ結晶の製造方法では、窒素含有ガスが直接シード基板３に当るようにしたことから、シード基板３を大口径とした場合であっても全面に結晶成長がなされ、安定して良質な窒化アルミニウム結晶を得ることができる。
【００５２】
また、ＡｌＮ結晶の製造方法では、保持プレート４を反転させたことによりシード基板３上に気泡が滞留する場合があるが、保持プレート４を傾斜をつけて配置したり、保持プレート４を回転させることによって、シード基板３上から気泡が除去され、シード基板３とＧａ−Ａｌ合金融液５とが直接接することが妨げられなくなり、継続して良質なＡｌＮ結晶を低温で安定に形成することができる。
【実施例】
【００５３】
以下、実施例を用いて本発明を説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００５４】
［実施例１］
先ず、ｃ面サファイア基板を窒素分圧０．９ａｔｍ／ＣＯ分圧０．１ａｔｍ、温度１５００℃で１時間保持した後、窒素分圧１．０ａｔｍで５時間保持し、窒化サファイア基板を得た。
【００５５】
次に、ガリウムとアルミニウムのモル比率が６０：４０のＧａ−Ａｌ合金融液からなるフラックスを窒素ガス中で昇温させた。アルミニウムの融点に達した後、フラックス中に０．１ＭＰａの窒素ガスを１００ｃｃ／ｍｉｎの流速で吹き込んだ。ジルコニア式酸素センサーで測定したところ、酸素分圧は１．５８×１０−６ａｔｍであった。そして、坩堝内のフラックスの温度を１３００℃に保ち、常圧で保持プレートを逆さにして窒化アルミニウム薄膜が形成された窒化サファイア基板が下側となるように配置し、保持プレートが水平となるようにガス導入管の保持部に保持プレートを取り付けてフラックス中に浸漬させた（図１参照）。５時間経過した後、窒化アルミニウム基板をフラックス中から取り出して徐冷を行い、窒化アルミニウム結晶を生成させた。
【００５６】
その結果、ＡｌＮ結晶はサファイア基板上に均一に成長して、ＡｌＮ結晶の膜厚は２．８μｍであった。また、窒化サファイア基板上の窒化アルミニウム膜の品質を受け継いだ配向性の高い良好なＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させることが確認できた。
【００５７】
［実施例２］
実施例２では、図４に示すようにガス導入管の保持部と、第１の押さえ部材及び保持プレートとの間にスペーサを介在させて傾斜角度が１０度となるように保持プレートを傾けたこと以外は実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を生成させた。結果、エピタキシャル成長したＡｌＮ結晶の膜厚は３．８μｍであった。また、窒化サファイア基板上の窒化アルミニウム膜の品質を受け継いだ配向性の高い良好なＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させることが確認できた。
【００５８】
図５に、実施例２のエピタキシャル成長後のサファイア基板断面を示すＳＥＭ観察写真を示す。
【００５９】
[比較例１］
比較例１では、保持プレートを逆さまにせず、サファイア基板が上側となるように保持プレートを配置したこと以外は、実施例１と同様にして窒化アルミニウム結晶を生成させた。その結果、ＡｌＮ結晶はシード基板上に１μｍ程度しか成長していなかった。
【００６０】
[比較例２]
比較例２では、保持プレートを傾斜角度１５度となるように大きく傾けたこと以外は実施例２と同様にして窒化アルミニウム結晶を成長させた。結果、ＡｌＮ結晶はあまり成長せず、シード基板表面に侵食が見られた。
【００６１】
以上の実施例及び比較例の結果から、保持プレートを逆さまにしてシード基板となるサファイア基板を下側に設けた実施例１では、ＡｌＮ結晶をエピタキシャル成長させることができ、膜厚が厚く、良質なＡｌＮ結晶を得ることができた。更に、サファイア基板を傾けて配置した実施例２では、実施例１よりも膜厚が厚く、より良質なＡｌＮ結晶を得ることができた。
【００６２】
一方、サファイア基板が上側となるように配置した比較例１では、ＡｌＮ結晶の成長が十分ではなく、膜厚が実施例よりも薄くなった。更に、サファイア基板を１０度よりも大きく傾けた比較例２では、ＡｌＮ結晶はあまり成長せず、良質なＡｌＮ結晶を得ることができなかった。
【００６３】
したがって、実施例１及び２のように、サファイア基板を下側となるように配置したり、更に保持プレートを傾けることにより、膜厚が厚く良質なＡｌＮ結晶が得られることがわかる。
【符号の説明】
【００６４】
１  ガス導入管、１ａ  管部、１ｂ  供給口、１ｃ  保持部、２  坩堝、３  シード基板、４  保持プレート、５  Ｇａ−Ａｌ溶融液、６  ヒータ、７  ガス排出管、８  熱電対、９  第１の押さえ部材、１０  第２の押さえ部材、１１  ボルト、１２  ナット、１３  スペーサ、２０  窒化アルミニウム結晶の製造装置
【図１】
2015006975.tif 000004
【図２】
2015006975.tif 000005
【図３】
2015006975.tif 000006
【図４】
2015006975.tif 000007
【図５】
2015006975.tif 000008