(57)【要約】アルカリ土類金属は、アモノサーマル法を使用して成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶中への不純物混入を低減させるために使用される。一実施形態において、結晶を成長させる方法は、（ａ）原料物質および１つ以上の結晶核を容器内に配置することと、（ｂ）容器を原料物質を分解するための溶媒で充填し、結晶の成長のために、分解された原料物質を結晶核に移送することと、（ｃ）アルカリ土類含有物質を容器内で使用し、結晶中への不純物混入を低減させることとを含む。
2014534943.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶を成長させる方法であって、
（ａ）原料物質および１つ以上の結晶核を容器内に配置することと、
（ｂ）前記容器を前記原料物質を分解するための溶媒で充填し、前記結晶の成長のために、分解された原料物質を前記結晶核に移送することと、
（ｃ）アルカリ土類含有物質を前記容器内で使用し、前記結晶中への不純物混入を低減させることと
を含む、方法。
【請求項２】
前記原料物質は、ＩＩＩ族含有原料物質を含み、前記結晶核は、任意の準単結晶を含み、前記溶媒は、窒素含有溶媒を含み、前記結晶は、ＩＩＩ族窒化物結晶を含む、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記不純物は、前記容器内の酸素含有物質である、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記不純物は、１つ以上のアルカリ金属である、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記アルカリ土類含有物質は、前記溶媒中への前記原料物質または結晶核の溶解度を修正あるいは向上させるために使用される、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記アルカリ土類含有物質は、金属ベリリウム、金属マグネシウム、金属カルシウム、金属ストロンチウム、窒化ベリリウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化ストロンチウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム、ベリリウムアミド、マグネシウムアミド、カルシウムアミド、またはストロンチウムアミドを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
請求項１に記載の方法によって成長させられる結晶。
【請求項８】
結晶を成長させるための装置であって、
（ａ）原料物質および結晶核を含むための容器を備え、
（ｂ）前記容器は、前記原料物質を分解するための溶媒で充填され、分解された原料物質は、前記結晶の成長のために、前記結晶核に移送され、
（ｃ）アルカリ土類含有物質が、前記容器内で使用され、前記結晶中への不純物混入を低減させる、
装置。
【請求項９】
前記原料物質は、ＩＩＩ族含有原料物質を含み、前記結晶核は、任意の準単結晶を含み、前記溶媒は、窒素含有溶媒を含み、前記結晶は、ＩＩＩ族窒化物結晶を含む、請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記不純物は、前記容器内の酸素含有物質である、請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記不純物は、１つ以上のアルカリ金属である、請求項８に記載の装置。
【請求項１２】
前記アルカリ土類含有物質は、前記溶媒中への前記原料物質または結晶核の溶解度を修正あるいは向上させるために使用される、請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記アルカリ土類含有物質は、金属ベリリウム、金属マグネシウム、金属カルシウム、金属ストロンチウム、窒化ベリリウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化ストロンチウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム、ベリリウムアミド、マグネシウムアミド、カルシウムアミド、またはストロンチウムアミドを含む、請求項８に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の引用）
本願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、米国仮出願第６１／５５０，７４２号（２０１１年１０月２４日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｐａｕｌ  ｖｏｎ  Ｄｏｌｌｅｎ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、および、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＵＳＥ  ＯＦ  ＡＬＫＡＬＩＮＥ−ＥＡＲＴＨ  ＭＥＴＡＬＳ  ＴＯ  ＲＥＤＵＣＥ  ＩＭＰＵＲＩＴＹ  ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＩＯＮ  ＩＮＴＯ  Ａ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬ  ＧＲＯＷＮ  ＵＳＩＮＧ  ＴＨＥ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＭＥＴＨＯＤ，”、代理人事件番号３０７９４．４３３−ＵＳ−Ｐ１（２０１２−２３６−１））の利益を主張する。該出願は、参照により本明細書に引用される。
【０００２】
本願は、以下の係属中の共有に係る出願に関連する：
米国特許出願第１３／１２８，０９２号（２０１１年５月６日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｄｅｒｒｉｃｋ  Ｓ．Ｋａｍｂｅｒ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋおよび、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＵＳＩＮＧ  ＢＯＲＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ，ＧＡＳＳＥＳ  ＡＮＤ  ＦＬＵＩＤＳ  ＤＵＲＩＮＧ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ，”代理人事件番号３０７９４．３００−ＵＳ−ＷＯ  （２００９−２８８−２））、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２００９／０６３２３３号（２００９年１１月４出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｄｅｒｒｉｃｋ  Ｓ．Ｋａｍｂｅｒ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、および、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＵＳＩＮＧ  ＢＯＲＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ，ＧＡＳＳＥＳ  ＡＮＤ  ＦＬＵＩＤＳ  ＤＵＲＩＮＧ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ，”、代理人事件番号３０７９４．３００−ＷＯ−Ｕ１（２００９−２８８−２））の利益を主張し、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、米国仮出願第６１／１１２，５５０号（２００８年１１月７日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｄｅｒｒｉｃｋ  Ｓ．Ｋａｍｂｅｒ，Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋおよび、Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、名称“ＵＳＩＮＧ  ＢＯＲＯＮ−ＣＯＮＴＡＩＮＩＮＧ  ＣＯＭＰＯＵＮＤＳ，ＧＡＳＳＥＳ  ＡＮＤ  ＦＬＵＩＤＳ  ＤＵＲＩＮＧ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ，”、代理人事件番号３０７９４．３００−ＵＳ−Ｐ１（２００９−２８８−１））の利益を主張する；
米国特許出願第１３／５４９，１８８号（２０１２年７月１３日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ、および、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、名称“ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＢＵＬＫ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＦＴＥＲ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＴＨＥＭ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＭＥＴＡＬ  ＡＮＤ  ＡＮ  ＡＬＫＡＬＩ  ＭＥＴＡＬ，”、代理人事件番号３０７９４．４２０−ＵＳ−Ｕ１（２０１２−０２１−２））、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、米国仮出願第６１／５０７，１８２号（２０１１年７月１３日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ、および、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、名称“ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＢＵＬＫ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＦＴＥＲ  ＣＯＡＴＩＮＧ  ＴＨＥＭ  ＷＩＴＨ  Ａ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＭＥＴＡＬ  ＡＮＤ  ＡＮ  ＡＬＫＡＬＩ  ＭＥＴＡＬ，”、代理人事件番号３０７９４．４２０−ＵＳ−Ｐ１  （２０１２−０２１−１））の利益を主張する；
国際出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／０４６７６１号（２０１２年７月１３日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、および、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、名称“ＭＥＴＨＯＤ  ＦＯＲ  ＩＭＰＲＯＶＩＮＧ  ＴＨＥ  ＴＲＡＮＳＰＡＲＥＮＣＹ  ＡＮＤ  ＱＵＡＬＩＴＹ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥ  ＣＲＹＳＴＡＬＳ  ＡＭＭＯＮＯＴＨＥＲＭＡＬＬＹ  ＧＲＯＷＮ  ＩＮ  Ａ  ＨＩＧＨ  ＰＵＲＩＴＹ  ＧＲＯＷＴＨ  ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴ，”、代理人事件番号３０７９４．４２２−ＷＯ−Ｕ１（２０１２−０２３−２））、該出願は、米国特許法§１１９（ｅ）に基づき、米国仮出願第６１／５０７，２１２号（２０１１年７月１３日出願、Ｓｉｄｄｈａ  Ｐｉｍｐｕｔｋａｒ，Ｓｈｕｊｉ  Ｎａｋａｍｕｒａ、および、Ｊａｍｅｓ  Ｓ．Ｓｐｅｃｋ、名称“ＨＩＧＨＥＲ  ＰＵＲＩＴＹ  ＧＲＯＷＴＨ  ＥＮＶＩＯＲＮＭＥＮＴ  ＦＯＲ  ＴＨＥ  ＡＭＭＯＮＴＨＥＲＭＡＬ  ＧＲＯＷＴＨ  ＯＦ  ＧＲＯＵＰ−ＩＩＩ  ＮＩＴＲＩＤＥＳ，”、代理人事件番号３０７９４．４２２−ＵＳ−Ｐ１（２０１２−０２３−１））の利益を主張する；
これらの出願の全ては、参照により本明細書に引用される。
【０００３】
（発明の分野）
本発明は、概して、ＩＩＩ族窒化物半導体の分野に関し、より具体的には、アモノサーマル法を使用して成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶中への不純物混入を低減させるために使用される、アルカリ土類金属の使用に関する。
【背景技術】
【０００４】
ＩＩＩ族窒化物、例えば、ＧａＮのアモノサーマル成長は、容器内に、ＩＩＩ族含有原料物質、ＩＩＩ族窒化物結晶核、およびアンモニア等の窒素含有流体またはガスを配置し、それを密閉し、反応器が、高温（２３℃〜１０００℃）かつ高圧力（１ａｔｍ〜例えば３０，０００ａｔｍ）となるような条件まで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、ＩＩＩ族窒化物物質の溶解度の向上を呈する。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。
【０００５】
容器内に２つの異なる区域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であり、一方の区域では、溶解度は、第２の区域より高くなるであろう。原料物質が、次いで、優先的に、より高い溶解度区域内に配置され、結晶核が、より低い溶解度区域内に配置される。これらの２つの区域間に流体運動を確立することによって、例えば、自然対流を利用することによって、ＩＩＩ族窒化物物質をより高い溶解度区域からより低い溶解度区域に移送することが可能であり、ＩＩＩ族窒化物物質は、次いで、自然に、結晶核上に堆積する。
【０００６】
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長中、閉鎖された容器内の不純物の濃度は、成長前およびその間、最小値まで低減されることが不可欠である。容器内の不純物を低減させる方法の１つとして、高純度内張り物質によって、容器壁を内張りすることが挙げられる。これは、効果的であるが、酸素および水等の不純物は、容器壁および容器の内側に配置された物質（異なる物質を原料バスケット等の容器の異なる区域内に配置するために使用される構造構成要素を伴い、結晶核および原料物質等）の表面に付着し、容器が高温まで加熱されると、溶媒中に混入し得る。
【０００７】
さらに、不純物は、ＩＩＩ族結晶のための原料として使用される物質中にも存在し得る。例えば、多結晶性ＧａＮが、単結晶性ＧａＮ結晶の成長のための原料物質として使用され得る。しかしながら、原料物質は、生産方法に応じて、相当な量の酸素（＞１Ｅ１９酸素原子／ｃｍ３）を含有し得、酸素は、溶解によって、成長の間、継続的に放出される。したがって、システムの焼成およびパージ等の他の手段を通して、表面汚染物質を除去することが可能であるが、成長の間の物質の選択的除去が、純度を維持することの重要な側面となる。
【０００８】
流体内の不純物の全体的濃度を低減させることは有益であり得るが、ある化学反応を有効化または促進するために、ある濃度を維持することが必要であり得る。したがって、結晶の成長から利益を得るために、流体中に物質のより高い濃度を維持することが必要であり得るが、成長の間、これらの不純物を結晶中に混入させないことが好ましい。
【０００９】
実施例として、ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物の基本的アモノサーマル成長のために、成長環境にナトリウムを含むことが有益である。ナトリウムは、超臨界溶液中に分解され得る、Ｇａおよび／またはＧａＮの量を向上させる。典型的には、ＧａＮの成長のために、最高分解可能量のＧａおよび／またはＧａＮを有することが望ましく、これは、典型的には、成長率を向上させ、成長結晶の質を改善する。なお、ナトリウムは、成長率を向上させるが、ＧａＮ結晶の光学、構造、および電気特性を修正する、結晶内の望ましくない要素でもある。
【００１０】
したがって、当技術分野において、アモノサーマル成長下におけるＩＩＩ族窒化物結晶の成長の間、不純物混入を低減させる改善された方法の必要性がある。本発明は、本必要性を満たす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
前述の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、アモノサーマル法を使用して成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶中への不純物混入を低減させるためのアルカリ土類金属の使用を開示する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（概要）
ＩＩＩ族窒化物結晶の成長の間における、アモノサーマル成長環境への１つ以上のアルカリ土類金属あるいはアルカリ土類金属含有化合物または合金の添加は、成長結晶中への不純物の混入を低下させ、および／または成長環境内の活性不純物の濃度を低下させる。
【００１３】
具体的には、本発明は、成長の間、結晶中への不純物の混入を防止するために、不純物ゲッタとして、および／または表面関連効果（限定されないが、界面活性剤効果または不動態化層の形成等）のためのいずれかにおけるアルカリ土類金属含有物質の使用を想定する。特に、本発明は、酸素を成長環境から除去するため、および／または結晶中への酸素の混入を防止するためのアルカリ土類金属の使用を含む。
【００１４】
その結果、本発明は、不純物取り込み減少による、より優れた光透過性を含む、より高い純度のＧａＮ基質を提供するために、電子または光電子素子内で使用するためのバルクＧａＮ基質とともに使用され得る。実験データは、本発明を使用して、バルクＧａＮ結晶中の酸素濃度の一貫した低下を示した。さらなる努力によって、既存の結果をさらに進展させ、方法の再現性および信頼性が検証されるであろう。今後の計画として、さらなる開発ならびに既存の実験結果および設定の改良が挙げられる。
【００１５】
次に、図面を参照するが、同一参照番号は、全体を通して、対応する部品を表す。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】図１は、本発明のある実施形態による、高圧力容器の概略である。
【図２】図２は、本発明のある実施形態による、方法を例証する流れ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
好ましい実施形態の以下の説明では、その一部を形成し、例証として、本発明が実践され得る具体的実施形態が示される、付随の図面を参照する。他の実施形態が、利用され得、構造的変更が、本発明の範囲から逸脱することなく、行われ得ることを理解されたい。
【００１８】
（装置説明）
図１は、本発明の一実施形態による、高圧力反応容器１０を備える、アモノサーマル成長システムの概略である。加圧滅菌器である、容器は、蓋１２と、ガスケット１４と、入口および出口ポート１６と、外部加熱器／冷却器１８ａおよび１８ｂとを含み得る。バッフル板２０は、容器１０の内部を２つの区域２２ａおよび２２ｂに分割し、区域２２ａおよび２２ｂは、それぞれ、外部加熱器／冷却器１８ａおよび１８ｂによって、別個に加熱および／または冷却される。上側区域２２ａは、１つ以上のＩＩＩ族窒化物結晶核２４を含み得、下側区域２２ｂは、１つ以上のＩＩＩ族含有原料物質２６を含み得るが、これらの位置は、他の実施形態では、反転され得る。結晶核２４および原料物質２６は両方とも、典型的には、Ｎｉ−Ｃｒ合金から成る、バスケットまたは他の収容デバイス内に含まれ得る。容器１０および蓋１２ならびに他の構成要素もまた、Ｎｉ−Ｃｒ系合金から作製され得る。
【００１９】
最後に、容器１０の内部は、アモノサーマル成長を達成するために、窒素含有溶媒２８で充填される。好ましくは、窒素含有溶媒２８は、少なくとも１％アンモニアを含有する。
【００２０】
さらに、溶媒２８はまた、１つ以上のアルカリ土類含有物質３０、すなわち、アルカリ土類金属を含有し得る。アルカリ土類含有物質３０は、容器１０内に存在する１つ以上の不純物３２に結合するための「不純物ゲッタ」として使用される。この結合の結果は、アルカリ土類含有物質３０と不純物３２のうちの１つ以上との両方から成る不純物化合物３４である。アルカリ土類含有物質３０、不純物３２、および不純物化合物３４は、任意の状態、すなわち、超臨界、ガス、液体、または固体において存在し得る。
【００２１】
一実施形態では、アルカリ土類含有物質３０は、金属ベリリウム、金属マグネシウム、金属カルシウム、金属ストロンチウム、窒化ベリリウム、窒化マグネシウム、窒化カルシウム、窒化ストロンチウム、水素化ベリリウム、水素化マグネシウム、水素化カルシウム、水素化ストロンチウム、ベリリウムアミド、マグネシウムアミド、カルシウムアミド、またはストロンチウムアミドを含み得る。
【００２２】
さらに、一実施形態では、不純物３２は、１つ以上のアルカリ金属を含み得る。例えば、成長環境内にナトリウムの存在を可能にするが、ナトリウムがＧａＮ結晶中に混入することを防止する必要があり得る。なお、本実施例は、ナトリウムおよびＧａＮの成長を含むが、いかなる意味においても、制限と見なされるべきではなく、本発明は、アルカリ金属、アルカリ土類金属、ハロゲン等のＩＩＩ族窒化物の所望の元素を構成しない他の物質にも適用される。別の実施例では、不純物３２は、酸素、水、酸素含有化合物、または任意の他の物質を容器内に含み得る。
【００２３】
（プロセス説明）
図２は、本発明の一実施形態による、図１の装置を使用して、ＩＩＩ族窒化物含有結晶を取得または成長させる方法を例証する、流れ図である。
【００２４】
ブロック３６は、１つ以上のＩＩＩ族窒化物結晶核２４、１つ以上のＩＩＩ族含有原料物質２６、および窒素含有溶媒２８を容器１０内に配置することを表し、結晶核２４は、結晶核区域（すなわち、２２ａまたは２２ｂのいずれか、すなわち、ＩＩＩ族含有原料物質２６を含む区域２２ｂまたは２２ａの反対）内に配置され、原料物質２６は、原料物質区域（すなわち、２２ｂまたは２２ａのいずれか、すなわち、結晶核２４を含む区域２２ａまたは２２ｂの反対）内に配置される。結晶核２４は、任意の準単ＩＩＩ族含有結晶を含み得、原料物質２６は、ＩＩＩ族含有化合物、その純元素形態におけるＩＩＩ族元素、またはそれらの混合物、すなわち、ＩＩＩ族窒化物単結晶、ＩＩＩ族窒化物多結晶、ＩＩＩ族窒化物粉末、ＩＩＩ族窒化物粒子、または他のＩＩＩ族含有化合物を含み得、溶媒２８は、全体的または部分的に、超臨界状態にあり得る、超臨界アンモニアまたはその誘導体のうちの１つ以上を含み得る。随意の鉱化剤も、同様に、容器１０内に配置され得、鉱化剤は、鉱化剤を伴わない溶媒２８と比較して、溶媒２８中の原料物質２６の溶解度を増加させる。
【００２５】
ブロック３８は、結晶核２４の１つ以上の表面上でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを表し、成長のための環境および／または条件として、原料物質区域内の溶媒２８中における原料物質２６のより高い溶解度と、結晶核区域内の溶媒２８中における原料物質２６の（より高い溶解度と比較して）より低い溶解度とを生じさせる、結晶核２４と原料物質２６との間に温度勾配を形成することを含む。具体的には、結晶核２４の１つ以上の表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることは、原料物質区域温度および結晶核区域温度を変化させ、結晶核区域と比較して、原料物質区域内に溶媒２８中の原料物質２６のより高い溶解度を産生する、原料物質区域と結晶核区域との間に温度勾配を生成することによって生じる。例えば、原料物質区域および結晶核区域温度は、０℃〜１０００℃の範囲であり得、温度勾配は、０℃〜１０００℃の範囲であり得る。
【００２６】
ブロック４０は、プロセスによって生成された結果として生じる生成物、すなわち、前述の方法によって成長させられたＩＩＩ族窒化物結晶を含む。ＩＩＩ族窒化物基質は、ＩＩＩ族窒化物結晶から生成され得、素子は、ＩＩＩ族窒化物基質を使用して生成され得る。
【００２７】
（アモノサーマル成長中のアルカリ土類物質の使用）
本発明は、容器の環境を修正するために、図２のプロセスステップの間、図１の容器１０内でアルカリ土類含有物質３０を使用することを想定する。具体的には、アルカリ土類含有物質３０は、ブロック３８において、ＩＩＩ族窒化物結晶４０のアモノサーマル成長中、不純物３２に結合するための不純物ゲッタとして使用するために、ブロック３６において、容器内に配置され、ＩＩＩ族窒化物結晶４０のアモノサーマル成長の前、間、または後に、容器１０から除去され得る不純物化合物３４をもたらす。その結果、アルカリ土類含有物質３０を使用して成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶４０は、アルカリ土類含有物質３０を伴わずに成長させられるＩＩＩ族窒化物結晶４０と比較して、少ない不純物を有する。加えて、アルカリ土類含有物質３０は、溶媒２８中への原料物質２６および結晶核２４の溶解度を修正または向上させるために使用され得る。
【００２８】
（実験データ）
実験データによって、以下が明らかにされた。
【００２９】
アモノサーマル成長は、３つの異なる結晶核上で行なわれた。各結晶核は、水素化物気相エピタキシ（ＨＶＰＥ）によって成長させられるＧａＮブールからスライスされ、原子的に平坦表面を提供するように研磨されたＧａＮ基質から成る。成長の間に露出される主ファセットは、基質表面と平行な結晶学的平面に対応する。
【００３０】
本実験のために、（０００１）ｃ−平面に向かって２度配向がずれたｍ−平面（非極性（１０−１０）ｃ＋２として指定される）、ならびに、半極性（１１−２２）、および極性（０００１）ｃ−平面の３つの異なる結晶核が使用された。
【００３１】
成長は、Ｎｉ−Ｃｒ超合金容器内で行なわれ、反応器をこれらの３つの結晶核、流体運動を制御するためのバッフル板、およびＨＶＰＥプロセスからの副産物として生成された多結晶性物質を含む原料物質で装填することを伴った。原料物質中の酸素濃度は、典型的には、１Ｅ１９酸素原子／ｃｍ３〜５Ｅ１９酸素原子／ｃｍ３の範囲である。
【００３２】
容器は、次いで、ナトリウム金属、窒化カルシウム、およびアンモニアで充填された。
【００３３】
容器を密閉し、次いで、原料物質および結晶核にわたって、温度勾配に曝し、結晶核を成長させた。
【００３４】
５日の成長後、容器が開放され、結晶が除去された。
【００３５】
不純物濃度、特に、酸素を決定するために、ＳＩＭＳ（二次イオン質量分析法）分析が、主ファセット上で行なわれた。以下の表は、ＧａＮ結晶の１立方センチメートルあたりの酸素原子として提供された酸素不純物の結果を要約し、アルカリ土類金属不純物ゲッタの添加を伴わない同一の結晶核配向の典型的結果と比較したものである。
【００３６】
【表１】
2014534943.tif 000003
単一成長過程に基づいて、典型的な酸素不純物レベルは、低１０１９以下まで減少された。さらなる精緻化によって、より優れた結果がもたらされることが予期される。
【００３７】
（専門用語）
用語「ＩＩＩ窒化物」、「ＩＩＩ族窒化物」、または「窒化物」は、本明細書で使用される場合、化学式ＢｚＡｌｙＧａ１−ｙ−ｘ−ｚＩｎｘＮを有する、（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ半導体の任意の合金組成物を指し、ここでは、０＜＝ｘ＜＝１、０＜＝ｙ＜＝１、０＜＝ｚ＜＝１である。これらの用語は、単一種、Ｂ、Ａｌ、Ｇａ、およびＩｎのそれぞれの窒化物、ならびにそのようなＩＩＩ族金属種の二元、三元、および四元組成物を含むものと広義に解釈されることが意図される。故に、ＧａＮおよびＩｎＧａＮ物質を参照する以下の本発明の議論は、種々の他の（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ物質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（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ物質はさらに、少量のドーパントおよび／または他の不純物または含有物質を含み得る。
【００３８】
多くの（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ素子は、結晶の極性ｃ−平面に沿って成長されるが、これは、強圧電および自発分極の存在により、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。（Ｂ，Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）Ｎ素子内の分極効果を低下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。
【００３９】
用語「非極性平面」は、ａ−平面として集合的に知られている｛１１−２０｝平面と、ｍ−平面として集合的に知られている｛１０−１０｝平面とを含む。そのような平面は、平面あたり等数のガリウムおよび窒素原子を含み、電荷中性である。後続非極性層は、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。
【００４０】
用語「半極性平面」は、ｃ−平面、ａ−平面、またはｍ−平面として分類されることができない、任意の平面を指すために使用することができる。結晶学的観点では、半極性平面は、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、任意の平面となるであろう。後続半極性層は、相互に均等であり、したがって、結晶は、成長方向に沿って、分極を減少させるであろう。
【００４１】
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り、表記｛ｈ、ｉ、ｋ、ｌ｝は、格子の対称性によって、（ｈ、ｉ、ｋ、ｌ）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。
【００４２】
（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つ以上の実施形態の上述の説明は、例証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正確な形態に制限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制限されることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【国際調査報告】
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