(57)【要約】      （修正有）【課題】フラックス法によるＧａＮ製造で、ＧａＮ自立基板の窒素面への雑晶の付着と原料の浪費を抑制する方法を提供する。【解決手段】坩堝２６−１〜４とＧａＮ自立基板の配置方法を４例示す。１．Ａ：坩堝２６−１の斜め上を向いた平面状の内壁に自立基板１０の窒素面を密着させる。１．Ｂ：坩堝２６−２の水平方向を向いた平面状の内壁に自立基板１０の窒素面を密着させ治具ＳＴ−２で固定。１．Ｃ：坩堝２６−３の平らな底部に治具ＳＴ−３を配置し、自立基板１０−１、１０−２を互いの窒素面を密着させて固定。１．Ｄ：坩堝２６−４の平らな底部に治具ＳＴ−４を配置し、ＧａＮ自立基板１０を固定。自立基板１０は、窒素面が治具ＳＴ−４により覆われる。ガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを満たし、加圧窒素下に置いて、ガリウム面ＦGaにＧａＮ単結晶を成長させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属を有する混合フラックスの中で、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）又はインジウム（Ｉｎ）のIII族元素と窒素（Ｎ）とを反応させることによって、III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させる半導体結晶の製造方法において、
III族窒化物系化合物半導体から成る＋ｃ面を主面とする板状の自立基板を種結晶として用い、前記種結晶の＋ｃ面の法線方向が水平方向を基準として±３０度の範囲に入るように前記混合フラックス中に配置し、
前記＋ｃ面を主面とする板状の種結晶のIII族元素面に前記混合フラックスを接触させ、且つ、窒素面に前記混合フラックスを実質的に接触させないようにして、前記種結晶のIII族元素面側に結晶成長させることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
前記混合フラックスの容器壁に、前記板状の種結晶の窒素面を密着させて配置することを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
前記板状の種結晶を２枚１組として、互いの窒素面を密着させて前記混合フラックスの容器内に配置することを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記板状の種結晶の窒素面を、他の材料から成る部材で覆ってから混合フラックスの容器内に配置することを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
前記他の材料からなる部材の大きさは、前記板状の種結晶の大きさよりも大きいことを特徴とする請求項４に記載のIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
前記他の材料から成る部材は、前記混合フラックスに接触する面に、III族窒化物系化合物半導体が結晶成長しない部材であることを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルカリ金属を有する混合フラックスの中で、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）又はインジウム（Ｉｎ）のIII族元素と窒素（Ｎ）とを反応させることによってIII族窒化物系化合物半導体を結晶成長させる、いわゆるフラックス法によるIII族窒化物系化合物半導体の製造方法に関する。本願においてIII族窒化物系化合物半導体とは、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（ｘ、ｙ、ｘ＋ｙはいずれも０以上１以下）で示される半導体、及び、ｎ型化／ｐ型化等のために任意の元素を添加したものを含む。更には、III族元素及びＶ族元素の組成の一部を、Ｂ、Ｔｌ；Ｐ、Ａｓ、Ｓｂ、Ｂｉで置換したものをも含むものとする。
【背景技術】
【０００２】
ガリウム（Ｇａ）とナトリウム（Ｎａ）の溶融物（混合フラックス）に、加圧下で窒素又はアンモニアを接触させて、窒化ガリウム（ＧａＮ）を析出させる技術が開発されている。この際、混合フラックス中に種結晶又は基板を配置させておくと、当該種結晶表面又は基板面に窒化ガリウム（ＧａＮ）が析出する。この技術により、数ｍｍ厚の窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶が得られる。
【０００３】
混合フラックス中に配置させるものとしては、III族窒化物系化合物半導体とは異なる材料から成る基板（異種基板）を用いてその表面に窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶を成長させる技術や、異種基板に窒化ガリウム（ＧａＮ）膜をエピタキシャル成長させてテンプレートとし、当該窒化ガリウム（ＧａＮ）膜上に窒化ガリウム（ＧａＮ）単結晶を成長させる技術が報告されている。しかし、異種基板は、III族窒化物系化合物半導体と格子定数や膨張係数が相違するので、高温高圧でのフラックス内での成長の後室温まで温度を降下させる際に得られた単結晶にクラックが易いという問題点がある。また、異種基板に窒化ガリウム（ＧａＮ）膜等を形成したテンプレートにおいては、当該テンプレートの作成の際に高温でのエピタキシャル成長から室温まで温度を降下させ、更に当該テンプレートを高温高圧のフラックス内に配置させて成長の後室温まで温度を降下させるのでクラックが生じる可能性が更に高くなる。この点を考慮すると、得るべきIII族窒化物系化合物半導体と同組成の自立基板を用いることが好ましい。
【特許文献１】特開２００５−１８７３１７号公報
【特許文献２】特開２００５−１９４１４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
種結晶として、ｃ面を主面とするいわゆる自立ＧａＮ基板を用いた場合、表裏のガリウム（Ｇａ）面にも窒素（Ｎ）面にも結晶が付着する。このうち、Ｇａ面には単結晶が成長するが、Ｎ面には三次元成長し易く、平滑に結晶成長させることが難しい。即ち、Ｎ面に成長したＧａＮ単結晶は、品質が悪いため、商品とはし難く、いわば、原料を浪費する面とも言える。
【０００５】
そこで本発明者らは、フラックス法によるIII族窒化物系化合物半導体の製造に際して、得られる単結晶にクラックが発生するのを避けるためにIII族窒化物系化合物半導体から成る自立基板を用いる場合に、窒素面への成長抑制と窒素面への成長による原料の浪費を抑制することを目的として本願発明を完成させた。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に係る発明は、アルカリ金属を有する混合フラックスの中で、ガリウム（Ｇａ）、アルミニウム（Ａｌ）又はインジウム（Ｉｎ）のIII族元素と窒素（Ｎ）とを反応させることによって、III族窒化物系化合物半導体を結晶成長させる半導体結晶の製造方法において、III族窒化物系化合物半導体から成る＋ｃ面を主面とする板状の自立基板を種結晶として用い、種結晶の＋ｃ面の法線方向が水平方向を基準として±３０度の範囲に入るように混合フラックス中に配置し、＋ｃ面を主面とする板状の種結晶のIII族元素面に混合フラックスを接触させ、且つ、窒素面に混合フラックスを実質的に接触させないようにして、種結晶のIII族元素面側に結晶成長させることを特徴とするIII族窒化物系化合物半導体結晶の製造方法である。ここで＋ｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体結晶基板が、その表裏がIII族元素面と窒素面であることは周知のとおりである。また、「窒素面に混合フラックスを実質的に接触させない」とは、結晶の析出が連続して生ずるような混合フラックスの対流等が生じないことを言い、必ずしも完全に流入を遮断するものを意味する訳ではない。
【０００７】
請求項２に係る発明は、混合フラックスの容器壁に、板状の種結晶の窒素面を密着させて配置することを特徴とする。ここで「密着」とは、結晶の析出が連続して生ずるような混合フラックスの対流等が生じない程度の「密着」を言い、必ずしも完全に流入を遮断するもの、例えば「接着」を意味する訳ではない。これは以下でも同様である。
請求項３に係る発明は、板状の種結晶を２枚１組として、互いの窒素面を密着させて混合フラックスの容器内に配置することを特徴とする。
請求項４に係る発明は、板状の種結晶の窒素面を、他の材料から成る部材で覆ってから混合フラックスの容器内に配置することを特徴とする。ここでの「覆う」も、結晶の析出が連続して生ずるような混合フラックスの対流等が生じない程度を言うものであって、必ずしも完全に流入を遮断する「被覆」を意味するものではない。請求項５に係る発明は、他の材料からなる部材の大きさは、板状の種結晶の大きさよりも大きいことを特徴とする。また、請求項６に係る発明は、他の材料から成る部材は、混合フラックスに接触する面に、III族窒化物系化合物半導体が結晶成長しない部材であることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
フラックスによる結晶成長で得られた単結晶にクラックが生じるのを防ぐためには、得るべき単結晶と同じ組成のIII族窒化物系化合物半導体から成る自立基板を用いることが好ましい。しかし、例えば＋ｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体の自立基板には、III族元素面にはフラックス法により単結晶が成長するが、窒素面には結晶が三次元成長し易く、平滑に結晶成長させることが難しい。そこで窒素面を封鎖するような手段を用いることで、原料の浪費を抑えることができる。これにより、単結晶成長量が増加し、原料を効率的に使用できる。結晶成長面は、法線方向を略水平方向とすることが望ましい。これにより、混合フラックス中に溶解しているIII族窒化物系化合物半導体が過飽和状態となって雑晶が析出しても、単結晶を得るべき種基板上に付着する可能性が小さくなる。また、本発明者らは、板状の種結晶の窒素面を、他の材料から成る部材で覆った場合に、その他の部材の大きさを、板状の種結晶の大きさよりも大きくすることにより、種結晶側面から成長した結晶が、窒素面へ回り込むことが防止できることを見い出した。
【０００９】
板状の種結晶の結晶成長面が縦または斜め方向に配置されるので、坩堝内における種結晶の収容効率が効果的に向上する。また、この配置方法によれば、坩堝内のフラックスの熱対流が各結晶成長面に沿って流れるため、各結晶成長面の各部にフラックスが十分かつ均等に供給される。
このため、本発明によれば、結晶成長速度が向上すると共に、半導体結晶の結晶性及びその均一性を従来よりも効果的に向上させることができる。
したがって、本発明によれば、半導体結晶の品質、収率及び製造効率を従来よりも格段に向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
図１は、本発明の具体例である、混合フラックス容器（坩堝）２６−１〜４とｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体自立基板（種結晶）１０の配置方法を４例示す、概念的断面図である。以下では記載の簡略化のため、自立基板（種結晶）１０としてｃ面を主面とするＧａＮ自立基板を、混合フラックスとしてガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを、窒素源として窒素ガスを用いる場合を示すが、本発明は、任意組成のｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体自立基板１０を用い、混合フラックスとして所望のIII族元素と所望の金属とが溶融した混合フラックスを用い、窒素源として任意の窒素化合物或いは窒素プラズマを用いる、フラックスによるIII族窒化物系化合物半導体の結晶成長に適用できる。また、混合フラックス容器（坩堝）の形状や治具の形状等は、以下を参考に公知の任意の形状等の坩堝や治具を用いて良い。
【００１１】
第１の例は、図１．Ａのように、斜め上を向いた平面状の内壁を有する坩堝２６−１を用意し、当該平面状の内壁にｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０の窒素面を密着させ、ガリウム面ＦGaを露出させる。ＧａＮ自立基板１０は、図示しない留め具を用いて、坩堝２６−１の底と斜め上を向いた平面状の内壁とに支持され、動くことは無い。こうして、坩堝２６−１の、図１．Ａで長い破線で示した位置までガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを満たし、加圧窒素下に置いて、ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０のガリウム面ＦGaにＧａＮ単結晶を析出させ、単結晶成長させる。
【００１２】
第２の例は、図１．Ｂのように、水平方向を向いた平面状の内壁を有する坩堝２６−２を用意し、当該平面状の内壁にｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０の窒素面を密着させ、ガリウム面ＦGaを露出させる。この際、治具ＳＴ−２を用いて、ＧａＮ自立基板１０が坩堝２６−２の平面状の内壁から離れないように固定する。こうして、坩堝２６−２の、図１．Ｂで長い破線で示した位置までガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを満たし、加圧窒素下に置いて、ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０のガリウム面ＦGaにＧａＮ単結晶を析出させ、単結晶成長させる。
【００１３】
第３の例は、図１．Ｃのように、坩堝２６−３は平らな底部を有するほかは形状が例えば円筒状等の任意であり、当該平らな底部に治具ＳＴ−３を配置し、治具ＳＴ−３に２枚のｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０−１、１０−２を配置させるものである。ここで、当該２枚のｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０−１、１０−２は、互いの窒素面を密着させて、ｃ軸が水平方向となるように治具ＳＴ−３に固定される。即ち、当該２枚のｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０−１、１０−２は、いずれもがガリウム面ＦGa−１、ＦGa−２を露出した状態となる。こうして、坩堝２６−３の、図１．Ｃで長い破線で示した位置までガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを満たし、加圧窒素下に置いて、ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０−１、１０−２のそれぞれのガリウム面ＦGa−１、ＦGa−２にＧａＮ単結晶を析出させ、単結晶成長させる。
【００１４】
第４の例は、図１．Ｄのように、坩堝２６−４は平らな底部を有するほかは形状が例えば円筒状等の任意であり、当該平らな底部に治具ＳＴ−４を配置し、治具ＳＴ−４にｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０を固定するものである。ここで、当該ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０は、窒素面が治具ＳＴ−４により覆われて、ｃ軸が水平方向となるように治具ＳＴ−４に固定される。即ち、当該ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０は、ガリウム面ＦGaを露出した状態となる。こうして、坩堝２６−４の、図１．Ｄで長い破線で示した位置までガリウムとナトリウムとが溶融した混合フラックスを満たし、加圧窒素下に置いて、ｃ面を主面とするＧａＮ自立基板１０のガリウム面ＦGaにＧａＮ単結晶を析出させ、単結晶成長させる。ここで、治具ＳＴ−４の大きさはＧａＮ自立基板１０の大きさよりも一回り大きいことが好ましい。一回り大きいことで、側面に成長した結晶が、ＧａＮ自立基板１０の窒素面に回り込むおそれが少なくなる。大きすぎると溶液の対流を阻害する可能性が高くなる。
【００１５】
本発明を実施するためのその他の条件等について述べる。
フラックス中におけるIII族元素と窒素との反応温度は、５００℃以上１１００℃以下がより望ましく、更に望ましくは、８５０℃〜９００℃程度がよい。また、窒素含有ガスの雰囲気圧力は、０．１ＭＰａ以上６ＭＰａ以下が望ましく、更に望ましくは、３．５ＭＰａ〜４．５ＭＰａ程度がよい。また、アンモニアガス（ＮＨ3）を使用すると、雰囲気圧力を低減できる場合がある。また、用いる窒素ガスは、プラズマ状態のものでも良い。
【００１６】
また、所望のIII族窒化物系化合物半導体結晶の中に添加する不純物として、当該混合フラックス中に、ボロン（Ｂ）、タリウム（Ｔｌ）、カルシウム（Ｃａ）、カルシウム（Ｃａ）を含む化合物、珪素（Ｓｉ）、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、炭素（Ｃ）、酸素（Ｏ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）、アルミナ（Ａｌ2Ｏ3）、窒化インジウム（ＩｎＮ）、窒化珪素（Ｓｉ3Ｎ4）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化インジウム（Ｉｎ2Ｏ3）、亜鉛（Ｚｎ）、マグネシウム（Ｍｇ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、バリウム（Ｂａ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、またはゲルマニウム（Ｇｅ）などを含有させてもよい。これらの不純物は、１種類だけを含有させても良いし、同時に複数種類を含有させても良いし、また、必ずしも含有させなくてもよい。即ち、これらの選択や組み合わせは任意で良い。これらの不純物の添加によって、目的の半導体結晶のバンドギャップや電気伝導性や格子定数や優先成長方位などを所望の特性値に調整することができる。
【００１７】
また、フラックス法に基づく目的の結晶成長の開始以前に、下地基板の一部である種結晶（III族窒化物系化合物半導体結晶）が、フラックス中に溶融することを緩和したり防止したりするために、例えばＣａ3Ｎ2，Ｌｉ3Ｎ，ＮａＮ3，ＢＮ，Ｓｉ3Ｎ4，ＩｎＮなどの窒化物を予めフラックス中に含有させておいてもよい。これらの窒化物をフラックス中に含有させておくことによって、フラックス中の窒素濃度が上昇するため、目的の結晶成長開始以前の種結晶のフラックス中への融解を未然に防止したり緩和したりすることが可能となる。
【００１８】
また、用いる結晶成長装置としては、フラックス法が実施可能なものであれば任意でよく、例えば、上記の特許文献に記載されているもの等を適用又は応用することができる。ただし、フラックス法に従って結晶成長を実施する際の結晶成長装置の反応室の温度は、１０００℃程度にまで任意に昇降温制御できることが望ましい。また、反応室の気圧は、約１００気圧（約１．０×１０7Ｐａ）程度にまで任意に昇降圧制御できることが望ましい。また、これらの結晶成長装置の電気炉、ステンレス容器（反応容器）、原料ガスタンク、及び配管などは、例えば、ステンレス系（ＳＵＳ系）材料やアルミナ系材料等の耐熱性及び耐圧性の高い材料によって形成することが望ましい。
また、同様の理由から、坩堝は、高耐熱性および耐アルカリ性が要求される。例えばタンタル（Ｔａ）、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、アルミナ、サファイア、または熱分解（パイロリティック）窒化ホウ素（ＰＢＮ）などの金属やセラミックス等から形成することが望ましい。
【００１９】
また、用いる結晶成長装置としては、フラックス及び種結晶を揺動させる手段を有するものを用いてもよい。この様な揺動手段によって、フラックスに対する攪拌作用が得られるので、結晶成長面上にフラックスをより均一に供給できる場合もある。また、その揺動回数は、揺動角度にもよるが、例えば１０回／分程度で十分である。
【００２０】
なお、種結晶の大きさや厚さは任意で良いが、工業的な実用性を考慮すると、直径約４５ｍｍ程度の円形のものや、約２７ｍｍ四方の角形や約１３ｍｍ四方の角形などがより望ましい。また、種結晶の結晶成長面の曲率半径は大きいほど、即ち平坦であればあるほど望ましい。
また、上記の種基板の法線の方向は、水平に近い程望ましい。また、坩堝を揺動させる場合には、結晶成長面の法線の平均的な方向が、揺動方向に対して、直角または、直角に近い方向に維持されていれば効果が高い。
【００２１】
以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
ただし、本発明の実施形態は、以下に示す個々の実施例に限定されるものではない。
【実施例１】
【００２２】
まず、直径は５０ｍｍ、厚さは０．５ｍｍのＧａＮ自立基板１０を用意した。ＧａＮ自立基板１０は、所望の半導体結晶のフラックス法による成長が開始されるまでの間に、幾らかはフラックスに溶け出す場合がある。その際に消失されない厚さの自立基板が必要である。
なお、この様な消失（種結晶の溶解）を防止または緩和するためのその他の方法としては、例えば後述の結晶成長処理ではその実施前に、混合フラックスの中にＣａ3Ｎ2，Ｌｉ3Ｎ，ＮａＮ3，ＢＮ，Ｓｉ3Ｎ4またはＩｎＮなどの窒化物を予め添加しておいてもよい。
【００２３】
図２に、本実施例で用いる結晶成長装置２０の構成を示す。この結晶成長装置２０は、フラックス法に基づく結晶成長処理を実行するためのものであり、高温、高圧の窒素ガス（Ｎ2）を供給するための給気管２１と、窒素ガスを排気するための排気管２２とを有する電気炉（外部容器）２５の中には、ヒーターＨと、断熱材２３と、ステンレス容器（内部容器）２４が具備されている。電気炉（外部容器）２５、給気管２１、排気管２２等は、耐熱性、耐圧性、反応性などを考慮し、ステンレス系（ＳＵＳ系）またはアルミナ系の材料から形成されている。
【００２４】
そして、ステンレス容器２４の中には、坩堝２６（反応容器）がセットされている。この坩堝２６は、例えば、タングステン（Ｗ）、モリブデン（Ｍｏ）、窒化ボロン（ＢＮ）、熱分解（パイロリティック）窒化リンボロン（ＰＢＮ）、またはアルミナ（Ａｌ2Ｏ3）などから形成することができる。
また、電気炉２５内の温度は、１０００℃以下の範囲内で任意に昇降温制御することができる。また、ステンレス容器２４の中の結晶雰囲気圧力は、１．０×１０7Ｐａ以下の範囲内で任意に昇降圧制御することができる。
尚、図２では記載を省略したが、上述したＧａＮ自立基板１０は、図１．Ｄの治具ＳＴ−４を用い、ガリウム面ＦGaを露出した状態として坩堝２６（反応容器）内に配置した。ここで、治具ＳＴ−４の大きさは、用いたＧａＮ自立基板１０よりも約２. ５ｍｍだけ直径を大きくした。すなわち、治具ＳＴ−４の直径を５５ｍｍとした。
【００２５】
以下、上記の結晶成長装置を用いた本実施例１の結晶成長工程について説明する。
まず、ＧａＮ自立基板１０を配置した反応容器（坩堝２６）の中に、１５ｇのナトリウム（Ｎａ）と２０ｇのガリウム（Ｇａ）を入れ、その反応容器（坩堝２６）を結晶成長装置の反応室（ステンレス容器２４）の中に配置してから、該反応室の中のガスを排気する。
ただし、これらの作業を空気中で行うとＮａがすぐに酸化してしまうため、基板や原材料を反応容器にセットする作業は、Ａｒガスなどの不活性ガスで満たされたグローブボックス内で実施する。また、この坩堝中には必要に応じて、例えばアルカリ土類金属等の前述の任意の添加物を予め投入しておいても良い。
【００２６】
次に、この坩堝の温度を約８８０℃に調整しつつ、この温度調整工程と並行して、結晶成長装置の反応室には、新たに窒素ガス（Ｎ2）を送り込み、これによって、この反応室の窒素ガス（Ｎ2）のガス圧を約３．７ＭＰａに維持する。この時、上記のＧａＮ自立基板１０は、上記の昇温の結果生成される融液（混合フラックス）中に浸され、坩堝２６内で保持された。
【００２７】
この時、結晶成長面であるガリウム面ＦGaは、混合フラックスに常時浸されていることが望ましく、また、その融液は、ヒータＨの加熱作用に基づく熱対流などによって、雰囲気中の窒素成分（Ｎ2またはＮ）が常時十分に取り込まれていることが望ましい。混合フラックスの熱対流により、所望の半導体結晶の成長速度を向上させることができる。
【００２８】
その後、混合フラックスの熱対流を継続的に発生させ、これによって混合フラックスを攪拌混合しつつ、上記（２）の結晶成長条件を約２００時間維持して、結晶成長を継続させた。
【００２９】
以上の様な条件設定により、種結晶の結晶成長面付近は、継続的にIII族窒化物系化合物半導体の材料原子（ＧａとＮ）の過飽和状態となるので、所望の半導体結晶（ＧａＮ単結晶）をＧａＮ自立基板１０の結晶成長面であるガリウム面ＦGa上に順調に成長させることができる。
【００３０】
次に、結晶成長装置の反応室を室温近傍にまで降温してから、成長したＧａＮ単結晶（所望の半導体結晶）を取り出し、その周辺も３０℃以下に維持して、そのＧａＮ単結晶の周りに付着したフラックス（Ｎａ）をエタノールを用いて除去する。
以上の各工程を順次実行することによって、高品質の半導体単結晶（成長したＧａＮ単結晶）を低コストで製造することができる。この半導体単結晶は、種結晶であるＧａＮ自立基板１０と略同等の面積で、ｃ軸方向の厚さは約２ｍｍであり、従来よりも大幅にクラックが少なかった（図３．Ａ）。
【００３１】
実施例１と同様に結晶育成を行ったが、治具ＳＴ−４の大きさを、種結晶としてのＧａＮ自立基板１０の大きさと同じ大きさとした。材質はサファイアとした。室温まで冷却し、フラックスから成長した結晶を回収したところ、図３．Ｂに示すように、ＧａＮ自立基板１０の側面から成長した結晶が、ＧａＮ自立基板１０と治具ＳＴ−４との接合面側である種結晶の窒素面にまで回り込みんでいた。回り込んだ結晶は、治具ＳＴ- ４に食い込んでおり、成長した結晶の一部にはクラック３０が発生していた。このことから、治具ＳＴ−４の大きさは、種結晶であるＧａＮ自立基板１０の大きさよりも大きいことが望ましいことが分かる。
【００３２】
〔上記実施形態の変形例〕
本発明の実施形態は、上記の形態に限定されるものではなく、その他にも以下に例示される様な変形を行っても良い。この様な変形や応用によっても、本発明の作用に基づいて本発明の効果を得ることができる。
例えば、所望の半導体結晶を構成するIII族窒化物系化合物半導体の組成式においては、III族元素（Ａｌ，Ｇａ，Ｉｎ）の内の少なくとも一部をボロン（Ｂ）またはタリウム（Ｔｌ）等で置換したり、或いは、窒素（Ｎ）の少なくとも一部をリン（Ｐ）、砒素（Ａｓ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）などで置換したりすることもできる。
【００３３】
また、ｐ形の不純物（アクセプター）としては、例えばアルカリ土類金属（例：マグネシウム（Ｍｇ）やカルシウム（Ｃａ）等）などを添加することができる。また、ｎ形の不純物（ドナー）としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）や、硫黄（Ｓ）、セレン（Ｓｅ）、テルル（Ｔｅ）、或いはゲルマニウム（Ｇｅ）等のｎ形不純物を添加することができる。また、これらの不純物（アクセプター又はドナー）は、同時に２元素以上を添加しても良いし、同時に両形（ｐ形とｎ形）を添加しても良い。即ち、これらの不純物は、例えばフラックス中に予め溶融させておくこと等により、所望の半導体結晶中に添加することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、III族窒化物系化合物半導体からなる半導体結晶を用いた半導体デバイスの製造になど有用である。また、これらの半導体デバイスとしては、例えばＬＥＤやＬＤなどの発光素子や受光素子等以外にも、例えばＦＥＴなどのその他一般の半導体デバイスを挙げることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の混合フラックス容器（坩堝）２６−１〜４の形状とｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体自立基板（種結晶）１０の配置方法を示す４例の概念的断面図。
【図２】実施例で用いた結晶成長装置２０の構成図。
【図３】実施例の製造方法によって得られた結晶を示した説明図。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１０−１、１０−２：ｃ面を主面とするIII族窒化物系化合物半導体から成る自立基板
ＦGa：ｃ面のうち、ガリウム面
２３：断熱材
Ｈ：ヒーター（加熱装置）
２４：ステンレス容器（内部容器）
２５：電気炉（外部容器）
２６、２６−１、２６−２、２６−３、２６−４：混合フラックスの容器（坩堝）
ＳＴ−２、ＳＴ−３、ＳＴ−４：自立基板を支持するための治具
【図１】
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【図２】
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【図３】
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