(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
｛０００１｝以外の任意に特定される面方位の主面を有し、
前記特定される面方位は、｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数）から｛１−１００｝および｛１１−２０｝を除いた面方位からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下であり、
Ｘ線ロッキングカーブ測定において先端に分裂がない回折ピークが得られる領域と、前記Ｘ線ロッキングカーブ測定において先端に分裂がある回折ピークが得られる領域と、を含むＧａＮ結晶。
【請求項２】
前記｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数）から｛１−１００｝および｛１１−２０｝を除いた面方位からなる群は、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝からなる群である請求項１に記載のＧａＮ結晶。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＧａＮ結晶に関し、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位の主面を有するＧａＮ結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶は、通常、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法、フラックス法などの液相法により、（０００１）面の主面を有するサファイア基板または（１１１）Ａ面の主面を有するＧａＡｓ基板などの主面上に結晶成長させることにより製造される。このため、通常得られるＩＩＩ族窒化物結晶は、面方位が｛０００１｝の主面を有する。
【０００３】
面方位が｛０００１｝の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を基板としてその主面上にＭＱＷ（多重量子井戸）構造の発光層を形成させた発光デバイスは、ＩＩＩ族窒化物結晶が有する＜０００１＞方向の極性により、発光層内において自発分極が生じるため、発光効率が低下する。このため、｛０００１｝以外の面方位の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造が求められている。
【０００４】
基板の主面の面方位に左右されずに、任意の面方位の表面を有する窒化ガリウム結晶の作成方法として以下の方法が提案されている（たとえば、特開２００５−１６２５２６号公報（特許文献１）を参照）。すなわち、特許文献１に開示される方法によれば、気相法により成長させたＧａＮ結晶から、複数個の直方体の結晶塊を切り出す。一方、別途準備したサファイア基板の表面にシリコン酸化膜を被覆し、次いで基板に達する複数個の凹部を形成する。次に、上記複数個の結晶塊を、その上部表面が同一面方位となるようにして上記凹部に埋め込む。次に、上記結晶塊を種として気相法により、任意の面方位の表面を有する窒化ガリウム結晶を成長させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１６２５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記の特許文献１の方法は、サファイア基板中に埋め込まれたＧａＮの結晶の結晶塊を種としてＧａＮ結晶の成長を行なうため、サファイアとＧａＮとの熱膨張係数の相違により、結晶成長後の冷却の際にＧａＮ結晶に亀裂や歪みが生じ、結晶性の高いＧａＮ結晶が得られなかった。
【０００７】
また、上記の特許文献１の方法によりＡｌを含むＩＩＩ族窒化物結晶、たとえば、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ結晶（ｘ＞０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１）を成長させると、Ａｌ原料はシリコン酸化膜に対して選択性がないため、シリコン酸化膜上にもＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ結晶が成長するため、結晶性の高いＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ結晶が得られなかった。
【０００８】
本発明は、上記問題点を解決し、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位の主面を有する結晶性の高いＧａＮ結晶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】
【０００９】
本発明は、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位の主面を有し、上記特定される面方位は、｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数）から｛１−１００｝および｛１１−２０｝を除いた面方位からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下であり、Ｘ線ロッキングカーブ測定において先端に分裂がない回折ピークが得られる領域と、そのＸ線ロッキングカーブ測定において先端に分裂がある回折ピークが得られる領域と、を含むＧａＮ結晶である。
【００１０】
本発明にかかるＧａＮ結晶において、上記｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数、以下同じ）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数、以下同じ）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数、以下同じ）から｛１−１００｝および｛１１−２０｝を除いた面方位なる群を、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝からなる群とすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位の主面を有する結晶性の高いＧａＮ結晶を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の一実施形態を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図２】ＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長させるための下地基板を示す概略図である。ここで、（ａ）は概略平面図を示し、（ｂ）は（ａ）のＩＩＢ−ＩＩＢにおける概略断面図を示す。
【図３】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の一例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の他の例において、結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図５】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図６】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図８】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図９】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法のさらに他の例を示す概略図である。ここで、（ａ）は基板切り出し工程を示す概略斜視図であり、（ｂ）は基板配列工程を示す概略斜視図であり、（ｃ）は結晶成長工程を示す概略断面図である。
【図１０】六方晶であるＩＩＩ族窒化物結晶のユニットセルにおける｛１−１０Ｘ｝（Ｘは０以上の整数）面の具体例を示す概略斜視図である。
【図１１】六方晶であるＩＩＩ族窒化物結晶のユニットセルにおける｛１１−２Ｙ｝（Ｙは０以上の整数）面の具体例を示す概略斜視図である。
【図１２】六方晶であるＩＩＩ族窒化物結晶のユニットセルにおける｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ＨおよびＫは０以外の整数）面の具体例を示す概略斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
結晶幾何学においては、結晶面の面方位を表わすために（ｈｋｌ）または（ｈｋｉｌ）などの表示（ミラー表示）が用いられる。ＩＩＩ族窒化物結晶などの六方晶系の結晶における結晶面の面方位は、（ｈｋｉｌ）で表わされる。ここで、ｈ、ｋ、ｉおよびｌはミラー指数と呼ばれる整数であり、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）の関係を有する。この面方位（ｈｋｉｌ）の面を（ｈｋｉｌ）面という。また、（ｈｋｉｌ）面に垂直な方向（（ｈｋｉｌ）面の法線方向）は、［ｈｋｉｌ］方向という。また、｛ｈｋｉｌ｝は（ｈｋｉｌ）およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の面方位を含む総称的な面方位を意味し、＜ｈｋｉｌ＞は、［ｈｋｉｌ］およびそれに結晶幾何学的に等価な個々の方向を含む総称的な方向を意味する。
【００１５】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の一実施形態は、図１を参照して、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面２０ｍを有するＩＩＩ族窒化物結晶２０の製造方法であり、以下の工程を含む。第１の工程は、図１（ａ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑを切り出す工程である（以下、基板切り出し工程ともいう）。第２の工程は、図１（ｂ）に示すように、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、それらの基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらの基板１０ｐ，１０ｑを互いに隣接させて配置する工程である（以下、基板配置工程ともいう）。第３の工程は、図１（ｃ）に示すように、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程である（以下、結晶成長工程ともいう）。
【００１６】
本実施形態の第１の工程（基板切り出し工程）において、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが切り出される。
【００１７】
この第１の工程において用いられるＩＩＩ族窒化物バルク結晶１は、特に制限はなく、通常の方法、すなわち、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相法、フラックス法などの液相法により、（０００１）の主面を有するサファイア基板または（１１１）Ａ面の主面を有するＧａＡｓ基板などの主面上に結晶成長させることにより製造されるもので足りる。したがって、このＩＩＩ族窒化物バルク結晶は、特に制限はないが、通常、｛０００１｝の主面を有する。なお、このＩＩＩ族窒化物バルク結晶１は、転位密度を低減し結晶性を高める観点から、特開２００１−１０２３０７号公報に開示されるように、結晶が成長する面（結晶成長面）にファセットを形成し、ファセットを埋め込むことなく結晶成長を行なうことを特徴とするファセット成長法により成長させることが好ましい。
【００１８】
また、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑを切り出す方法には、特に制限はなく、たとえば、図１（ａ）に示すように、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１を、＜ｈｋｉｌ＞方向に垂直な所定の間隔を有する複数の面（これらの面の面方位は｛ｈｋｉｌ｝であり、｛ｈｋｉｌ｝面ともいう。以下同じ。）で切ることができる。
【００１９】
本実施形態の第２の工程（基板配置工程）において、図１（ｂ）に示すように、切り出された複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、それらの基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向に互いに隣接させて配置される。ここで、図１（ｂ）には、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板のうち２つの隣接するＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑについて引用符号を付したが、他の隣接するＩＩＩ族窒化物結晶基板についても同様である。
【００２０】
複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板の主面と結晶軸とのなす角度がそれらの基板の主面内で均一でないと、それらの基板の主面上に成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の化学組成がそれらの基板の主面に平行な面内で不均一となるため、それらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、横方向に配置される。これらの基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行であれば足り、必ずしも同一平面上になくてもよい。しかし、隣接する２つのＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ間の高低差ΔＴは、０．１ｍｍ以下が好ましく、０．０１ｍｍ以下がより好ましい。
【００２１】
また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、それらの基板１０ｐ，１０ｑの結晶方位を同一にしてより均一な結晶成長を図る観点から、それらの基板１０ｐ，１０ｑの［０００１］方向が同一になるように、横方向に配置される。また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑは、基板間に隙間があるとその隙間上に成長する結晶の結晶性が低下するため、互いに隣接させて配置される。
【００２２】
図１（ａ）および（ｂ）を参照して、第１の工程（基板切り出し工程）および第２の工程（基板配置工程）により、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１から、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ、１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行で、かつ、それらの基板１０ｐ、１０ｑの［０００１］方向が同一であるように、横方向に配置された｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが得られる。
【００２３】
本実施形態の第３の工程（結晶成長工程）において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ、１０ｑｍ上に、ＩＩＩ族窒化物結晶２０が成長させられる。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長はエピタキシャル成長となる。複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍは、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の面方位を有するため、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上にエピタキシャル成長されるＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍは、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍと同一の面方位｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝を有する。また、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させるため、それらの基板１０ｐ，１０ｑと成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０との間の熱膨張係数の差は小さいため、結晶成長後の冷却の際に成長させた結晶に亀裂や歪みが生じにくく、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。かかる観点から、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑと成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０とは、同じ化学組成であることが好ましい。このようにして、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面２０ｍを有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶２０を製造することができる。
【００２４】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、上記｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は、｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数）からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位であることが好ましい。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶において、｛１−１０Ｘ｝、｛１１−２Ｙ｝および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝のいずれかの面方位の面は安定な面であるため、かかる面方位の主面上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができる。
【００２５】
また、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は、｛１−１０Ｘ｝、｛１１−２Ｙ｝および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位でなくても、これらのいずれかの面方位に対するオフ角が５°以下であればよい。｛１−１０Ｘ｝、｛１１−２Ｙ｝および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下である面方位であれば、｛１−１０Ｘ｝、｛１１−２Ｙ｝および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝の場合と同様の結晶成長が可能であるため、かかる面方位の主面上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができる。ここで、オフ角とは、一つの面方位と他の面方位とのなす角度をいい、Ｘ線回折法により測定することができる。
【００２６】
ここで、参考のため、六方晶であるＩＩＩ族窒化物結晶のユニットセルにおける｛１−１０Ｘ｝面（Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝面（Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ＨおよびＫは０以外の整数）面の具体例を図１０〜図１２に示す。ここで、図１０〜図１２において、矢印ａ1、ａ2、ａ3およびｃは、六方晶であるＩＩＩ族窒化物結晶のセルユニットの結晶軸を示す。
【００２７】
｛１−１０Ｘ｝、｛１１−２Ｙ｝および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位を有する面は、ＩＩＩ族窒化物結晶において安定な面である。ＩＩＩ族窒化物結晶の成長においては、気相法、特にＨＶＰＥ法などにより高い結晶成長速度では、ｃ軸方向（すなわち、［０００１］方向）の結晶成長が高くなる特徴がある。このため、ＨＶＰＥ法などの気相法で成長させたＩＩＩ族窒化物結晶においては、（１−１０１）面、（１−１０２）面、（１１−２１）面、（１１−２２）面などがより安定となる。これに対して、液相法においては結晶成長速度が低いため、液相法で成長させたＩＩＩ族窒化物結晶においては、（１−１０３）面、（１１−２３）面などがより安定となる。
【００２８】
本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、上記｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝からなる群から選ばれるいずれか結晶幾何学的に等価な面方位であることが好ましい。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶において、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝のいずれかの面方位の面は安定な面であるため、かかる面方位の主面上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができる。
【００２９】
また、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝からなる群から選ばれるいずれか結晶幾何学的に等価な面方位でなくても、これらのいずれかの面方位に対するオフ角が５°以下であればよい。｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝からなる群から選ばれるいずれか結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下である面方位であれば、｛１−１００｝、｛１１−２０｝、｛１−１０２｝および｛１１−２２｝の場合と同様の結晶成長が可能であるため、かかる面方位の主面上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができる。
【００３０】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は｛１−１００｝であることが好ましい。｛１−１００｝面は、ＩＩＩ族窒化物結晶において、安定な面であるとともにへき開面であるため、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができ、成長させたＩＩＩ族窒化物結晶を｛１−１００｝面でへき開することにより、面方位｛１−１００｝の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶基板を容易に形成することができる。
【００３１】
また、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝は、｛１−１００｝でなくても、この面方位に対するオフ角が５°以下であればよい。｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であれば、｛１−１００｝の場合と同様の結晶成長が可能であるため、かかる面方位の主面上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶を安定して成長させることができる。
【００３２】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑが互いに隣接する面１０ｐｔ，１０ｑｔ（隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔという、以下同じ）の平均粗さＲａは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａが５０ｎｍを超えると、ＩＩＩ族窒化物結晶２０における隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔ近傍の上方の領域２０ｔ（以下、基板隣接上方領域２０ｔという）の結晶性が低下する。ここで、表面の平均粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ  ０６０１に規定する算術平均粗さＲａをいい、具体的には、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から粗さ曲線までの距離（偏差の絶対値）を合計し基準長さで平均した値をいう。また、面の平均粗さＲａは、ＡＦＭ（分子間力顕微鏡）などを用いて測定することができる。
【００３３】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａを５０ｎｍ以下とするために、第１の工程（基板切り出し工程）の後、第２の工程（基板配置工程）の前に、隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔとなる複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの側面を研削および／または研磨する工程（以下、研削／研磨工程ともいう）を含むことが好ましい。
【００３４】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の結晶性をさらに高める観点から、第１の工程（基板切り出し工程）の後、第２の工程（基板配置工程）の前に、ＩＩＩ族窒化物結晶をその上に成長させる面である複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを研削および／または研磨する工程（研削／研磨工程）を含むことが好ましい。かかる研削／研磨工程により、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面１０ｐｍ，１０ｑｍの平均面粗さＲａは、５０ｎｍ以下であることが好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００３５】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる温度が、２０００℃以上であることが好ましい。２０００℃以上の高温で成長させるＩＩＩ族窒化物結晶は、結晶が成長する面の全面でその結晶性が均一になるからである。ここで、結晶性が均一とは、（ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定による回折ピークの半値幅の面内分布が小さく、カソードルミネッセンス（ＣＬ）測定またはエッチピット密度（ＥＰＤ）測定による転位密度の面内分布が小さいことを意味する。
【００３６】
また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる方法が、昇華法であることが好ましい。昇華法によれば２０００℃以上の高温でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるため、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶は、結晶が成長する面の全面でその結晶性が均一になるからである。
【実施例】
【００３７】
［ＩＩＩ族窒化物バルク結晶の準備１］
本願発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に用いられるＩＩＩ族窒化物バルク結晶であるＧａＮバルク結晶を、図２を参照して、以下の方法で作製した。
【００３８】
まず、下地基板９０としての（１１１）Ａ面の主面を有する直径５０ｍｍで厚さ０．８ｍｍのＧａＡｓ基板上に、スパッタ法によりマスク層９１として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2層を形成した。次いで、フォトリソグラフィ法およびエッチングにより、図２（ａ）および（ｂ）に示すように直径Ｄが２μｍの窓９１ｗが４μｍのピッチＰで六方稠密に配置されたパターンを形成した。ここで、各窓９１ｗは、ＧａＡｓ基板（下地基板９０）が露出している。
【００３９】
次に、複数の窓９１ｗを有するマスク層９１が形成されたＧａＡｓ基板（下地基板９０）上に、ＨＶＰＥ法により、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶であるＧａＮバルク結晶を成長させた。具体的には、ＨＶＰＥ法により、上記ＧａＡｓ基板上に、５００℃で厚さ８０ｎｍのＧａＮ低温層を成長させ、次いで、９５０℃で厚さ６０μｍのＧａＮ中間層を成長させた後、１０５０℃で厚さ５ｍｍのＧａＮバルク結晶を成長させた。
【００４０】
次に、王水を用いたエッチングにより、上記ＧａＮバルク結晶からＧａＡｓ基板を除去して、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶である直径５０ｍｍで厚さ３ｍｍのＧａＮバルク結晶を得た。
【００４１】
（参考例１）
まず、図３（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。ここで、表面の平均粗さＲａの測定は、ＡＦＭにより行なった。
【００４２】
次に、図３（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜１−１００＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１−１００｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１−１００｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１００｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であった。ここで、オフ角は、Ｘ線回折法により測定した。
【００４３】
次に、図３（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図３（ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００４４】
次に、図３（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを１０体積％の塩化水素ガスと９０体積％の窒素ガスの混合ガス雰囲気下、８００℃で２時間処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、ＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１０５０℃で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を、成長速度２０μｍ／ｈｒで５０時間成長させた。
【００４５】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１００）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性を、（１−１００）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＧａＮ結晶において、基板直上領域２０ｓ（複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑの直上の領域２０ｓをいう、以下同じ）では、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３００ａｒｃｓｅｃであった。
【００４６】
また、このＧａＮ結晶の（１−１００）の主面２０ｍの貫通転位密度は、カソードルミネッセンス（以下、ＣＬという）により測定したところ、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは３×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は、ホール測定から算出したところ、５×１０18ｃｍ-3であった。また、このＧａＮ結晶の主な不純物原子は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法、以下同じ）によれば、酸素（Ｏ）原子および珪素（Ｓｉ）原子であった。結果を表１にまとめた。
【００４７】
なお、参考例１においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１−１００）であったが、少なくとも一部が（−１１００）（これは、（１−１００）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００４８】
（参考例２）
図３（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとしたこと以外は、参考例１と同様にして、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出し、各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。複数のＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１００｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００４９】
次に、図３（ｂ）を参照して、参考例１と同様にして、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を配置した。このとき、図４も参照して、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５０ｎｍである。
【００５０】
次に、図４を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを参考例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、参考例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００５１】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔに複数のファセット２０ｆで構成される凹部２０ｖが形成された（１−１００）の主面２０ｍを有していた。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（１−１００）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は８００ａｒｃｓｅｃであった。
【００５２】
また、このＧａＮ結晶の（０００１）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは８×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００５３】
なお、参考例２においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１−１００）であったが、少なくとも一部が（−１１００）（これは、（１−１００）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００５４】
（参考例３）
まず、図５（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００５５】
次に、図５（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜１１−２０＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１１−２０｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１１−２０｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１１−２０｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１１−２０｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００５６】
次に、図５（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１１−２０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図５（ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００５７】
次に、図５（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１１−２０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを参考例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、参考例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００５８】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔに複数のファセット２０ｆによる凹部２０ｖが形成された（１１−２０）の主面２０ｍを有していた。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（１１−２０）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は２５０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は６２０ａｒｃｓｅｃであった。
【００５９】
また、このＧａＮ結晶の（１１−２０）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは８×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００６０】
なお、参考例３においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１１−２０）であったが、少なくとも一部が（−１−１２０）（これは、（１１−２０）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００６１】
（実施例４）
まず、図６（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削加工して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとした。
【００６２】
次に、図６（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜１−１０２＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが５ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１−１０２｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の６面を研削および研磨加工して、それらの平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１−１０２｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１０２｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１０２｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００６３】
次に、図６（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１０２）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図６（ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００６４】
次に、図６（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１０２）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを参考例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、参考例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００６５】
得られたＧａＮ結晶は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１０２）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（１−１０２）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１２０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は４８０ａｒｃｓｅｃであった。
【００６６】
また、このＧａＮ結晶の（１−１０２）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは６×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００６７】
なお、実施例４においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１−１０２）であったが、少なくとも一部が（−１１０２）（これは、（１−１０２）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００６８】
（実施例５）
まず、図７（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削加工して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとした。
【００６９】
次に、図７（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜１１−２２＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが５ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１１−２２｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の６面を研削および研磨加工して、これら６面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１１−２２｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１１−２２｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１１−２２｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００７０】
次に、図７（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１１−２２）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００７１】
次に、図７（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１１−２２）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを参考例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、参考例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００７２】
得られたＧａＮ結晶は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１１−２２）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（１１−２２）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は９０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は３８０ａｒｃｓｅｃであった。
【００７３】
また、このＧａＮ結晶の（１１−２２）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは４×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は５×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００７４】
なお、実施例５においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１１−２２）であったが、少なくとも一部が（−１１０２）（これは、（１１−２２）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００７５】
（実施例６）
まず、図８（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００７６】
次に、図８（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜１２−３０＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１２−３０｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１２−３０｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。それらのＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１２−３０｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１２−３０｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００７７】
次に、図８（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１２−３０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図８（ｃ）も参照して、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００７８】
次に、図８（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１２−３０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍを参考例１と同様にして処理した後、それらの主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、参考例１と同様の条件で、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。
【００７９】
得られたＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は、基板隣接上方領域２０ｔに複数のファセット２０ｆで構成される凹部２０ｖが形成された（１２−３０）の主面２０ｍを有していた。また、このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（１２−３０）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は２８０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は６６０ａｒｃｓｅｃであった。
【００８０】
また、このＧａＮ結晶の（１２−３０）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは７×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は４×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００８１】
なお、実施例６においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面の面方位がすべて（１２−３０）であったが、少なくとも一部が（−３２１０）（これは、（１２−３０）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００８２】
（実施例７）
まず、図９（ａ）を参照して、ＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００８３】
次に、図９（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＧａＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）を＜２３−５０＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛２３−５０｝の主面を有する複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＧａＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛２３−５０｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＧａＮ結晶基板が得られた。複数のＧａＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛２３−５０｝と完全に一致していないＧａＮ結晶基板もあったが、かかるＧａＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛２３−５０｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００８４】
次に、図９（ｂ）を参照して、複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２３−５０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＧａＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＧａＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、複数のＧａＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００８５】
次に、図９（ｃ）を参照して、配置した複数のＧａＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（２３−５０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、フラックス法によりＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。具体的には、複数のＧａＮ結晶基板の（２３−５０）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍにＧａ−Ｎａ融液（ＧａとＮａとの混合融液）を接触させて、結晶成長温度８７０℃および結晶成長圧力（窒素ガス圧力）４ＭＰａ（４０気圧）の条件で、それらのＧａＮ結晶基板の（２３−５０）の主面１０ｐｍ、１０ｑｍ上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長速度５μｍ／ｈｒで１００時間成長させた。
【００８６】
得られたＧａＮ結晶は、基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（２３−５０）の主面２０ｍを有していた。このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の（２３−５０）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は２３０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔでは、先端に分裂がある回折ピークが得られ、その半値幅は４９０ａｒｃｓｅｃであった。
【００８７】
また、このＧａＮ結晶の（２３−５０）の主面２０ｍの貫通転位密度は、基板直上領域２０ｓでは１×１０7ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは４×１０7ｃｍ-2であった。また、このＧａＮ結晶のキャリア濃度は３×１０18ｃｍ-3であり、主な不純物原子は酸素原子および珪素原子であった。結果を表１にまとめた。
【００８８】
なお、実施例７においては、ＧａＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＧａＮ結晶基板の主面１０ｐｍ，１０ｑｍの面方位がすべて（２３−５０）であったが、少なくとも一部が（−５２３０）（これは、（２３−５０）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【００８９】
【表１】
0005765367.tif 000002
【００９０】
表１から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶から、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を切り出す工程と、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面が互いに平行で、かつ、それらの基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向に複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を互いに隣接させて配置する工程と、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面上に、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程とを含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶が得られた。
【００９１】
ここで、参考例１〜３、実施例４〜７に示すように、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝が、｛１−１０Ｘ｝（ここで、Ｘは０以上の整数）、｛１１−２Ｙ｝（ここで、Ｙは０以上の整数）および｛ＨＫ−（Ｈ＋Ｋ）０｝（ここで、ＨおよびＫは０以外の整数）からなる群から選ばれるいずれかの結晶幾何学的に等価な面方位に対するオフ角が５°以下であることにより、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面を有する結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られた。特に、参考例１に示すように、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝が｛１−１００｝であることにより、｛１−１００｝の主面を有する結晶性の非常に高いＩＩＩ族窒化物結晶が得られた。
【００９２】
また、参考例１，２に示すように、複数のＩＩＩ族窒化物基板が隣接する面の平均粗さＲａは、ＩＩＩ族窒化物結晶を安定に成長させる観点から、５０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下であることがより好ましい。
【００９３】
［ＩＩＩ族窒化物バルク結晶の準備２］
本願発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に用いられるＩＩＩ族窒化物バルク結晶であるＡｌＮバルク結晶を以下の方法で作製した。
【００９４】
まず、下地基板としての直径５１ｍｍで厚さ０．５ｍｍのＳｉＣ基板の（０００１）面の主面上に、昇華法により、ＡｌＮバルク結晶を成長させた。ＡｌＮバルク結晶の成長の際、結晶が厚さ０．５ｍｍに成長するまでは、成長温度を１７００℃として、０．１質量％のＣＯ2ガス（ＩＶ族元素含有ガス）を供給して、ＩＶ族元素原子である炭素原子をドーピングした。その後、成長温度を１８００℃に維持しつつ、ＩＶ族元素含有ガスの供給を止めて、厚さ５．５ｍｍ（上記炭素原子をドーピングした０．５ｍｍの厚さの部分を含む）のＡｌＮバルク結晶を成長させた。成長させたＡｌＮバルク結晶の（０００１）面には複数のファセットにより複数の六角錐状の凹部が形成されていた。
【００９５】
次に、機械的研磨を用いて、上記ＡｌＮバルク結晶からＳｉＣ基板を除去してＩＩＩ族窒化物バルク結晶である直径５０ｍｍで厚さ３ｍｍのＡｌＮバルク結晶を得た。このとき、上記ＩＶ族元素含有ガスを供給してＩＶ族元素原子（炭素原子）をドーピングして成長させた厚さ０．５ｍｍの部分を除去した。
【００９６】
（参考例８）
まず、図３（ａ）を参照して、ＡｌＮバルク結晶（ＩＩＩ族窒化物バルク結晶１）の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。
【００９７】
次に、図３（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５ｎｍとしたＡｌＮバルク結晶を＜１−１００＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１−１００｝の主面を有する複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＡｌＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１−１００｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＡｌＮ結晶基板が得られた。それらのＡｌＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１００｝と完全に一致していないＡｌＮ結晶基板もあったが、かかるＡｌＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であった。
【００９８】
次に、図３（ｂ）を参照して、複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＡｌＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＡｌＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図３（ｃ）も参照して、複数のＡｌＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５ｎｍである。
【００９９】
次に、図３（ｃ）を参照して、配置した複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ、１０ｑ）の（１−１００）主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、昇華法により、窒素ガス雰囲気下２２００℃でＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長速度１００μｍ／ｈｒで５０時間成長させた。
【０１００】
得られたＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１００）の主面２０ｍを有していた。このＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の結晶性を、（１−１００）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定により評価した。このＡｌＮ結晶において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は３０ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔにおいても、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は５０ａｒｃｓｅｃであった。
【０１０１】
また、このＡｌＮ結晶の（１−１００）の主面２０ｍの貫通転位密度は以下のようにして測定した。すなわち、図３（ｃ）のように、（１−１００）面が最も広い領域を持つＡｌＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物ウエハ２１）を切り出した。そのＡｌＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物ウエハ２１）を２５０℃に加熱し融解したＫＯＨ−ＮａＯＨ混合融液（質量比で、ＫＯＨ：ＮａＯＨ＝５０：５０）に１時間浸して、（１−１００）主面をエッチングした。エッチングされたＡｌＮウエハ（ＩＩＩ族窒化物ウエハ２１）の（１−１００）主面を光学顕微鏡で観察して、１００μｍ×１００μｍの正方形面内のエッチピット数をカウントして、エッチピット密度（ＥＰＤ）を主面の貫通転位密度として算出した。
【０１０２】
上記ＡｌＮ結晶の（１−１００）の主面２０ｍの貫通転位密度は基板直上領域２０ｓでは１×１０5ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは２×１０5ｃｍ-2であった。また、このＡｌＮ結晶の主な不純物原子は、ＳＩＭＳ（２次イオン質量分析法）によれば、酸素原子および炭素原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１０３】
なお、参考例８においては、ＡｌＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＡｌＮ結晶基板の主面の面方位が全て（１−１００）であったが、少なくとも一部が（−１１００）（これは（１−１００）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１０４】
（参考例９）
まず、図３（ａ）を参照して、ＡｌＮバルク結晶の両主面である（０００１）面および（０００−１）面を、研削および研磨加工して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとした。
【０１０５】
次に、図３（ａ）を参照して、両主面の平均粗さＲａを５０ｎｍとしたＡｌＮバルク結晶を＜１−１００＞方向に垂直な複数の面でスライスすることにより、幅Ｓが３ｍｍ、長さＬが２０〜５０ｍｍで厚さＴが１ｍｍの｛１−１００｝の主面を有する複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）を切り出した。次いで、切り出した各ＡｌＮ結晶基板の研削および研磨加工されていない４面を研削および研磨加工して、これら４面の平均粗さＲａを５ｎｍとした。こうして、｛１−１００｝の主面の平均粗さＲａが５ｎｍである複数のＡｌＮ結晶基板が得られた。それらのＡｌＮ結晶基板の中には、その主面の面方位が｛１−１００｝と完全に一致していないＡｌＮ結晶基板もあったが、かかるＡｌＮ結晶基板のいずれについても、その主面の面方位は｛１−１００｝に対するオフ角が５°以下であった。
【０１０６】
次に、図３（ｂ）を参照して、複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）の主面１０ｐｍ，１０ｑｍが互いに平行になるように、かつ、それらのＡｌＮ結晶基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらのＡｌＮ結晶基板を互いに隣接させて配置した。このとき、図３（ｃ）も参照して、複数のＡｌＮ結晶基板の隣接面１０ｐｔ，１０ｑｔの平均粗さＲａは５０ｎｍである。
【０１０７】
次に、図３（ｃ）を参照して、配置した複数のＡｌＮ結晶基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１０ｐ，１０ｑ）の（１−１００）主面１０ｐｍ，１０ｑｍ上に、昇華法により、窒素ガス雰囲気下２２００℃でＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長速度１００μｍ／ｈｒで５０時間成長させた。
【０１０８】
得られたＡｌＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）は基板隣接上方領域２０ｔにおいても異常成長はなく、（１−１００）の主面２０ｍを有していた。このＡｌＮ結晶の（１−１００）面についてのＸ線ロッキングカーブ測定において、基板直上領域２０ｓでは、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１００ａｒｃｓｅｃであった。また、基板隣接上方領域２０ｔにおいても、先端に分裂がない回折ピークが得られ、その半値幅は１５０ａｒｃｓｅｃであった。また、このＡｌＮ結晶の（１−１００）の主面２０ｍの貫通転位密度は基板直上領域２０ｓでは３×１０5ｃｍ-2、基板隣接上方領域２０ｔでは４×１０5ｃｍ-2であった。また、このＡｌＮ結晶の主な不純物原子は酸素原子および炭素原子であった。結果を表２にまとめた。
【０１０９】
なお、参考例９において、ＡｌＮ結晶をその上に成長させる面である複数のＡｌＮ結晶基板の主面の面方位が全て（１−１００）であったが、少なくとも一部が（−１１００）（これは（１−１００）と結晶幾何学的に等価である）となっていても同様の結果が得られた。
【０１１０】
【表２】
0005765367.tif 000003
【０１１１】
表２から明らかなように、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶から、｛０００１｝以外の任意に特定される面方位｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面を有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板を切り出す工程と、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面が互いに平行で、かつ、それらの基板の［０００１］方向が同一になるように、横方向にそれらの基板を互いに隣接させて配置する工程と、複数のＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程とを含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により、｛ｈ0ｋ0ｉ0ｌ0｝の主面を有するＩＩＩ族窒化物結晶が得られた。
【０１１２】
ここで、表１の参考例１〜３、実施例４〜７と表２の参考例８および９とを対比すると明らかなように、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる温度を２０００℃以上とすることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の主面の貫通密度が著しく低減することがわかった。
【０１１３】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
本発明にかかる製造方法により製造されるＩＩＩ族窒化物結晶は、発光素子（発光ダイオード、レーザダイオードなど）、電子デバイス（整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタまたはＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）など）、半導体センサ（温度センサ、圧力センサ、放射センサまたは可視−紫外光検出器など）、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、加速度センサ、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）部品、圧電振動子、共振器または圧電アクチュエータなどに利用される。
【符号の説明】
【０１１５】
１  ＩＩＩ族窒化物バルク結晶、１０ｐ，１０ｑ  ＩＩＩ族窒化物結晶基板、１０ｐｍ，１０ｑｍ，２０ｍ  主面、１０ｐｔ，１０ｑｔ  隣接面、２０  ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｆ  ファセット、２０ｓ  基板直上領域、２０ｔ  基板隣接上方領域、２０ｖ  凹部、２１  ＩＩＩ族窒化物ウエハ、９０  下地基板、９１  マスク、９１ｗ  窓。
【図１】
0005765367.tif 000004
【図２】
0005765367.tif 000005
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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