(57)【要約】      （修正有）【課題】結晶を厚く成長させても、転位を特定部分に集めて閉じ込めることにより、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供する。【解決手段】下地基板１０の主面１０ｍの一部に複数のマスク１４を形成する工程と、主面１０ｍ上においてマスク１４の端面１４ｅに繋がる位相境界２６を含むＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程を含み、各マスク１４は、ケイ素化合物マスクとケイ素化合物マスクの端面の少なくとも一部に接触する融点が１０００℃以上の遷移金属マスクを含む。【選択図】図１
2008260652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成する工程と、前記主面上において前記マスクの端面に繋がる位相境界を含むＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を含み、
各前記マスクは、ケイ素化合物マスクと前記ケイ素化合物マスクの端面の少なくとも一部に接触する融点が１０００℃以上の遷移金属マスクを含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項２】
前記遷移金属マスクは、イットリウム、チタン、タンタル、ニッケルおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の遷移金属を含む請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項３】
前記遷移金属マスクの幅は５μｍ以上５０μｍ以下である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項４】
前記ケイ素化合物マスクは、酸化ケイ素、窒化ケイ素および窒酸化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類のケイ素化合物を含む請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【請求項５】
前記下地基板は、シリコン、サファイア、ヒ素化ガリウム、炭化ケイ素およびＩＩＩ族窒化物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料を含む請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に関し、詳しくは位相境界を有するＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス、電子デバイス、半導体センサなどの半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶は、自然界には存在しないため、このＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるための下地基板には、そのＩＩＩ族窒化物結晶と化学組成が異なる異種基板が必要になる。
【０００３】
しかし、異種基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させると、異種基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面で転位と呼ばれる結晶欠陥が大量に発生し、そのＩＩＩ族窒化物結晶を用いて製造された半導体デバイスの特性が低下する。
【０００４】
そこで、異種基板（たとえばサファイア基板）とＩＩＩ族窒化物結晶（たとえば窒化ガリウム）との界面における転位を低減するための横方向選択成長（ＥＬＯ）マスクと結晶成長中に結晶中の転位をある特定部分（具体的には閉鎖欠陥集合領域）に集めるための欠陥種マスクを併用する窒化ガリウムを成長させる方法が提案されている（たとえば、特開２００３−３２４０６９号公報（特許文献１）を参照）。この欠陥種マスクのパターンはＥＬＯマスクのパターンに比べて大きな周期を有する。また、ＥＬＯマスクの材料としては、ＳｉＯ2、Ｓｉ3Ｎ4またはＳｉＯＮなどが用いられる。また、欠陥種マスクの材料としては、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉなどが用いられている。
【０００５】
かかる特許文献１の成長方法によれば、ＥＬＯマスクにより異種基板とＩＩＩ族窒化物結晶との界面における転位を低減するとともに、結晶中の転位を窒化ガリウムの成長とともに特定部分に集めることにより、その特定部分以外の部分の転位密度をさらに低減することができる。
【特許文献１】特開２００３−３２４０６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１の成長方法では、窒化ガリウムの成長とともに特定領域に集められた転位は、窒化ガリウムの更なる成長によりその特定部分から拡散するという問題を有する。
【０００７】
本発明者らは、基板の欠陥種マスク上に成長しているＩＩＩ族窒化物結晶は、その結晶における［０００１］方向におけるＩＩＩ族元素原子と窒素原子の配置の位相が、基板の欠陥種マスク以外の部分上すなわちＥＬＯマスクおよびその窓部上に成長しているＩＩＩ族窒化物結晶に対して反転していることを見出した。
【０００８】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させると、通常の場合、基板上に窒素原子面とＩＩＩ族元素原子面とがこの順に交互に配置され、成長後のＩＩＩ族窒化物結晶の表面はＩＩＩ族元素原子表面となる。かかる原子配置の位相を有する部分を、本願においては通常位相部と定義する。また、基板上にＩＩＩ族元素原子面と窒素原子面とがこの順に交互に配置され、成長後のＩＩＩ族窒化物結晶の表面は窒素原子表面となる。かかる原子配置の位相を有する部分を、本願においては逆位相部と定義する。また、本願において、通常位相部と逆位相部との間の境界面を位相境界と定義する。
【０００９】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶は六方晶系であり、その結晶の面方位は、（ｈｋｌｍ）（ここで、ｈ、ｋ、ｌおよびｍは整数）で表わされる。幾何学的には、（０００１）面と（０００−１）面とは等価であり、ＩＩＩ族元素原子面および窒素原子面のいずれを（０００１）面としいずれを（０００−１）面とするかは特に制限はない。しかし、一般的には、ＩＩＩ族元素原子面が出現する面を（０００１）面とし、窒素原子面が出現する面を（０００−１）面と定義する。したがって、通常位相部の表面には（０００１）表面が現われ、逆位相部の表面には（０００−１）表面が現われる。
【００１０】
上記逆位相部の起点となるのは、欠陥種マスク端面上において繋がる位相境界であり、かかる位相境界から伸びてきた逆位相部が欠陥種マスクを埋め込むことで、この逆位相部内に結晶中の転位を集めることができる。
【００１１】
ところで、一般に、逆位相部の成長速度は通常位相部に比べて遅いため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長とともに逆位相部は通常位相部に埋め込まれて消滅してしまう。この逆位相部が消滅してしまうと、逆位相部に集められた点が結晶中の通常位相部に拡散してしまう。結晶成長の際に逆位相部の消滅を防止するためには、欠陥種マスクの幅を十分に大きくしておく必要がある。
【００１２】
しかし、その欠陥種マスクの幅が大きすぎると、たとえば、Ｐｔ、Ｎｉ、Ｔｉなどの材料で形成されている欠陥種マスクの幅を５０μｍ以上にすると、欠陥種マスクの端面上の位相境界から伸びてきた逆位相部が欠陥種マスクを埋め込む前に、欠陥種マスク上に付着する微小な多結晶のＩＩＩ族窒化物が多くなり、逆位相部に、１以上の多結晶部が成長し、新たに誘発される転位が多くなる。
【００１３】
本発明は、結晶を厚く成長させても、転位を特定部分に集めて閉じ込めることにより、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供することを目的とする。ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶を厚く成長させても、結晶中の転位を特定部分に集めて閉じ込めて、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるためには、下地基板の主面上に、逆位相部に新たに誘発される転位が少ない幅の大きいマスクを形成することが必要と考えられる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成する工程と、主面上においてマスクの端面に繋がる位相境界を含むＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程を含み、各マスクはケイ素化合物マスクとケイ素化合物マスクの端面の少なくとも一部に接触する融点が１０００℃以上の遷移金属マスクを含むＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法である。
【００１５】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において、遷移金属マスクは、イットリウム、チタン、タンタル、ニッケルおよび白金からなる群から選ばれる少なくとも１種類の遷移金属を含むことができる。この遷移金属マスクの幅は５μｍ以上５０μｍ以下とすることができる。また、ケイ素化合物マスクは、酸化ケイ素、窒化ケイ素および窒酸化ケイ素からなる群から選ばれる少なくとも１種類のケイ素化合物を含むことができる。また、下地基板は、シリコン、サファイア、ヒ素化ガリウム、炭化ケイ素およびＩＩＩ族窒化物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料を含むことができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、新たに誘発される転位が少ない幅の大きいマスクが形成された下地基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることにより、結晶を厚く成長させても転位を特定部分（逆位相部）に集めて閉じ込め、転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
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および図２を参照して、下地基板１０の主面１０ｍの一部に複数のマスク１４を形成する工程（マスク形成工程）と、この主面１０ｍ上にマスク１４の端面１４ｅに繋がる位相境界２６を含むＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程（ＩＩＩ族窒化物結晶成長工程）を含む。
【００１８】
図１（ａ）を参照して、マスク形成工程により、主面１０ｍ上にはマスク１４が形成されていない部分とマスクが形成されている部分が現れる。また、図１（ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶成長工程により、主面１０ｍのマスク１４が形成されていない部分上には通常位相を有するＩＩＩ族窒化物結晶（すなわち、通常位相部２２）が成長し、主面１０ｍのマスク１４上には逆位相を有するＩＩＩ族窒化物結晶（すなわち、逆位相部２４）が成長する。したがって、複数のマスク１４が一部に形成されている主面１０ｍに成長するＩＩＩ族窒化物結晶２０には、通常位相部２２と逆位相部２４との境界面にマスク１４の端面１４ｅに繋がる位相境界２６が現れる。
【００１９】
このように、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の際に、位相境界２６が現われることにより、通常位相部２２内の転位が位相境界２６を介在して逆位相部２４に集められる。ここで、逆位相部２４を消滅させないことにより、集められた転位を逆位相部２４に閉じ込めることができ、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の通常位相部２２の転位密度を低減することができる。
【００２０】
図１（ｂ）および図５を参照して、マスク１４上に成長する逆位相部１４には、マスク１４の一方の端面１４ｅから成長する逆位相部２４ａと、マスク１４の他方の端面１４ｅから成長する逆位相部２４ｂと、マスク１４に付着した微小な多結晶のＩＩＩ族窒化物から成長する多結晶部２４ｐとが含まれる。
【００２１】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法は、特に制限はないが、結晶性を高めるためエピタキシャル成長を行なう観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシャル）法などが好ましく用いられる。さらに、結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法がより好ましく用いられる。
【００２２】
図１〜図４、特に図３および図４を参照して、マスク１４は、ケイ素化合物マスク１４ｓとケイ素化合物マスク１４ｓの端面１４ｔの少なくとも一部に接触する融点が１０００℃以上の遷移金属マスク１４ｍを含む。図１（ｂ）および図５を参照して、融点が１０００℃以上の遷移金属マスク１４は、その端面１４ｅ上において逆位相部２４の成長が速やかに始まり、そのマスク幅を大きくすると多結晶のＩＩＩ族窒化物が付着しやすく逆位相部２４に新たな転位を誘発し多結晶部１４ｐが成長しやすい。一方、ケイ素化合物マスク１４ｓは、そのマスク幅を大きくしても多結晶のＩＩＩ族窒化物は付着しにくいが、その端面上における逆位相部２４の成長の始まりが遅く、逆位相部２４が通常位相部２２に埋め込まれやすい。
【００２３】
したがって、ケイ素化合物マスク１４ｓの端面１４ｔの少なくとも一部に接触する遷移金属マスク１４ｍを含むマスク１４を用いることにより、マスク１４の端部に位置する遷移金属マスク１４ｍによりマスク１４の端面１４ｅ上において逆位相部２４が速やかに成長し、マスク１４のケイ素化合物マスク１４ｓにより逆位相部２４における新たな転位の誘発が抑制される。このため、マスク１４上に、転位の誘発が少なく多結晶部２４ｐが少ない逆位相部２４を通常位相部２２による埋め込みを少なくして成長させることにより、通常位相部２２と逆位相部２４が存在する状態、すなわち位相境界２６が存在する状態でＩＩＩ族窒化物結晶２０を厚く成長させることができ、通常位相部２２の転位密度が低減した厚いＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。
【００２４】
ここで、マスク１４の形状は、特に制限はなく、図２〜図４に示すようなストライプ状であってよく、円状、楕円状または多角形状（図示せず）であってもよい。このマスク１４において、遷移金属マスク１４ｍはケイ素化合物マスク１４ｓの端面１４ｔの少なくとも一部に接触していればよく、接触の仕方には特に制限はない。たとえば、マスク１４の形状がストライプ状のとき、図３に示すように遷移金属マスク１４ｍはケイ素化合物マスク１４ｓの両側の端面１４ｔに接触していてもよく、図４に示すように遷移金属マスク１４ｍはケイ素化合物マスク１４ｓの片側の端面１４ｔに接触していてもよい。図４に示すマスク１４において、ケイ素化合物マスク１４ｓの両側の端面の１４ｔのうち遷移金属マスク１４ｍと接触していない端面１４ｔは、マスク１４の端面１４ｅに該当する。また、マスク１４の形状が円状、楕円状または多角形状のとき、遷移金属マスクはケイ素化合物マスクの外周端面の一部または全部に接触していてもよい。
【００２５】
ここで、遷移金属マスク１４ｍは、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶への混入を防止する観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶のＩＩＩ族元素原子と反応しにくい高融点の遷移金属を含み、その融点は１０００℃以上である。また、遷移金属マスク１４ｍは、融点が１０００℃以上の遷移金属マスクであれば特に制限はないが、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶２０の通常位相部２２の転位密度の低減を大きくできる観点から、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）および白金（Ｐｔ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の遷移金属を含むことが好ましい。
【００２６】
また、遷移金属マスク１４ｍの幅は、５μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。遷移金属マスク１４ｍの幅Ｗmが５μｍよりも小さいと、成長する逆位相の幅が小さくなり通常位相部に埋め込まれやすくなる。かかる観点から、遷移金属マスク１４ｍの幅Ｗmは、１０μｍ以上がより好ましい。遷移金属マスク１４ｍの幅Ｗmが５０μｍよりも大きいと、逆位相部２４に多結晶部２４ｐが成長しやすく新たな転位が誘発されやすくなる。かかる観点から、遷移金属マスク１４ｍの幅Ｗmは、３０μｍ以下がより好ましい。
【００２７】
ここで、ケイ素化合物マスク１４ｓは、その上に多結晶のＩＩＩ族窒化物が付着しにくい材質のものであれば特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物との選択性が特に優れている観点から、酸化ケイ素（たとえば、ＳｉＯ2）、窒化ケイ素（たとえば、Ｓｉ3Ｎ4）および窒酸化ケイ素（たとえば、ＳｉＯＮ）からなる群から選ばれる少なくとも１種類のケイ素化合物を含むことが好ましい。
【００２８】
また、ケイ素化合物マスク１４ｓの幅Ｗsは、１０μｍ以上２ｍｍ以下であることが好ましい。ケイ素化合物マスク１４ｓの幅Ｗsが１０μｍよりも小さいと、逆位相部の成長速度は通常位相部に比べて遅いため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長とともに逆位相部は通常位相部に埋め込まれて消滅してしまい転位密度が低減しない。かかる観点から、ケイ素化合物マスクの幅Ｗsは、２０μｍ以上がより好ましく、３０μｍ以上がさらに好ましい。ケイ素化合物マスクの幅が２ｍｍよりも大きいと、マスク上にＩＩＩ族窒化物結晶の核が発生し、新たな欠陥を誘発する原因となる。かかる観点から、遷移金属マスクの幅Ｗmは、１ｍｍ以下がより好ましく、０．５ｍｍ以下がさらに好ましい。
【００２９】
ここで、下地基板１０は、主面１０ｍ上のマスク１４上に逆位相部２４を成長させ、主面１０ｍ上のマスク１４が形成されていない部分上に通常位相部２２を成長させることができるものであれば、特に制限はない。特に、下地基板１０は、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長における逆位相部２４の幅Ｗ24の減少割合が小さく逆位相部２４が通常位相部２２に埋め込まれにくい観点から、シリコン（Ｓｉ）、サファイア、ヒ素化ガリウム（ＧａＡｓ）、炭化ケイ素（ＳｉＣ）およびＩＩＩ族窒化物（たとえば、ＡｌxＧａ1-xＮ（０≦ｘ≦１）、ＡｌxＧａyＩｎ1-x-yＮ（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）など）からなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料を含むことが好ましい。
【００３０】
また、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程において、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶性を高める観点から、マスク１４が形成された下地基板１０上に、ＩＩＩ族窒化物バッファ層（図示せず）を成長させた後、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることが好ましい。
【実施例】
【００３１】
（実施例１）
１．マスクの形成
図１（ａ）、図２および図３を参照して、下地基板１０として直径２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さ０．８ｍｍのＧａＡｓ（１１１）Ａ面基板（結晶を成長させる主面１０ｍが（１１１）Ａ面すなわち（１１１）Ｇａ面であるＧａＡｓ基板をいう、以下同じ）を準備した。次に、下地基板１０の主面１０ｍ上に、スパッタ法により、マスク層として厚さ１００ｎｍのＳｉＯ2層を形成し、フォトリソグラフィおよびエッチングによりマスク層から幅Ｗsが５０μｍでピッチが５００μｍのストライプパターンを構成する複数のＳｉＯマスク（ケイ素化合物マスク１４ｓ）を形成した。次に、フォトリソグラフィとＥＢ（電子線）蒸着により、各ケイ素化合物マスク１４ｓの両側の端面１４ｔに接触する幅Ｗmが１０μｍのイットリウム（Ｙ）マスク（遷移金属マスク１４ｍ）を形成した。このようにして、幅Ｗ14が７０μｍのストライプ状のマスク１４（幅Ｗsが５０μｍのケイ素化合物マスク１４ｓの両側に幅Ｗmが１０μｍ遷移金属マスク１４ｍが配置）が５００μｍのピッチＰ14で形成された。
【００３２】
２．ＩＩＩ族窒化物結晶の成長
図１（ｂ）を参照して、ＨＶＰＥ法により、主面１０ｍ上の一部に複数のマスク１４を形成した下地基板１０のその主面１０ｍ上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させた。具体的には、主面１０ｍ上に、５００℃で厚さ８０ｎｍのＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層）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℃で最大厚さＴHが３ｍｍのＧａＮ結晶を成長させた。
【００３３】
このＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）の成長後の表面は凹凸を有しており、種々のファセットが現れた。ＩＩＩ族窒化物結晶２０の通常位相部２２の凹凸表面はファセット２１ｆであり、このファセット２１ｆは、Ｘ線回折法により測定したところ、｛１１−２２｝表面であった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の逆位相部２２の凹凸表面はファセット２２ｆであり、このファセット２２ｆは、Ｘ線回折法により測定したところ、（０００−１）面とのなす立体角が約３０°の表面であった。
【００３４】
図１（ｃ）を参照して、この成長後のＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を、マスク１４の主面を含む平面２０ｎ、およびこの平面２０ｎから結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍでＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を切り出し、その主面を研磨により鏡面加工して、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24（μｍ）、１枚の下地基板１０の主面１０ｍ上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶２０の逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数（個／２０ｃｍ2）、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度（ｃｍ-2）を測定した。ここで、逆位相部２４の幅Ｗ24の測定は光学顕微鏡により行ない、逆位相部２４中の多結晶部２４ｐの数は光学顕微鏡により行ない、通常位相部２２の転位密度の測定はカソードルミネッセンス法による暗点数観察により行なった。
【００３５】
本実施例のＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５５μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は８０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００３６】
（実施例２）
遷移金属マスク１４ｍとしてチタン（Ｔｉ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は２０個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００３７】
（実施例３）
遷移金属マスク１４ｍとしてタンタル（Ｔａ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は９０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００３８】
（実施例４）
遷移金属マスク１４ｍとしてモリブデン（Ｍｏ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は６０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は３．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００３９】
（実施例５）
遷移金属マスク１４ｍとしてマンガン（Ｍｎ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は６０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は４．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４０】
（実施例６）
遷移金属マスク１４ｍとして鉄（Ｆｅ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は６０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は３．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４１】
（実施例７）
遷移金属マスク１４ｍとしてコバルト（Ｃｏ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は６０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は８．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４２】
（実施例８）
遷移金属マスク１４ｍとしてニッケル（Ｎｉ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は３０個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４３】
（実施例９）
遷移金属マスク１４ｍとして金（Ａｕ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は６０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は８．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４４】
（実施例１０）
遷移金属マスク１４ｍとして白金（Ｐｔ）マスクを形成したこと以外は、実施例１と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５５μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は６０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表１にまとめた。
【００４５】
（実施例１１）
ケイ素化合物マスク１４ｓとして、スパッタ法により、Ｓｉ3Ｎ4マスクを形成したこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５５μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１５個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００４６】
（実施例１２）
ケイ素化合物マスク１４ｓとして、スパッタ法により、ＳｉＯＮマスクを形成したこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１０個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００４７】
（実施例１３）
下地基板１０として、Ｓｉ（１１１）基板（主面が（１１１）表面であるＳｉ基板をいう、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、逆位相部２４の成長は見られたが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は０μｍとなり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は７．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００４８】
（実施例１４）
下地基板１０として、６Ｈ−ＳｉＣ（０００１）基板（主面が（０００１）表面であり、＜０００１＞方向の積層配列がＡＢＣＡＣＢと６層周期で繰り返される構造を有するＳｉＣ基板をいう、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は２０μｍと小さいが、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は９０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００４９】
（実施例１５）
下地基板１０として、サファイア（０００１）基板（主面が（０００１）表面であるサファイア基板をいう、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は２０個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５０】
（実施例１６）
下地基板１０の主面１０ｍ上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させる際に、主面１０ｍ上に、５００℃で厚さ８０ｎｍのＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層）を成長させることなく、９５０℃で厚さ６０μｍのＧａＮ中間層を成長させた後、１０５０℃で最大厚さＴHが３ｍｍのＧａＮ結晶を成長させたこと以外は、実施例１５と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は８０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５１】
（実施例１７）
下地基板１０として、窒化ガリウム（０００１）基板（主面が（０００１）表面である窒化ガリウム基板をいう、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は３０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５２】
（実施例１８）
下地基板１０として、窒化アルミニウム（０００１）基板（主面が（０００１）表面である窒化アルミニウム基板をいう、以下同じ）を用いたこと以外は、実施例１６と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は５０μｍであり、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は５０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５３】
（実施例１９）
遷移金属マスク１０ｍの幅Ｗmを５μｍとしたこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は２０μｍと小さいが、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１０個／２０ｃｍ2と少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５４】
（実施例２０）
遷移金属マスク１０ｍの幅Ｗmを１００μｍとしたこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は２４０μｍと大きく、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は１００個／２０ｃｍ2以上であったが、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は５．０×１０6ｃｍ-2と低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５５】
（実施例２１）
図２および図４を参照して、各ケイ素化合物マスク１４ｓの片面の端面１４ｔのみに接触する幅Ｗmが１０μｍの遷移金属マスク１４ｍを形成したこと以外は、実施例２と同様にして、下地基板の主面の一部に複数のマスクを形成し、その主面上にＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮ結晶を成長させた。得られたＧａＮ結晶について、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける逆位相部２４の幅Ｗ24は２０μｍと小さいが、１枚の下地基板の主面上に成長した逆位相部２４中に存在する多結晶部２４ｐの数は２０個／２０ｃｍ2と極めて少なく、結晶成長厚さＴが２ｍｍの平面２０ｍにおける通常位相部２２の転位密度は１．０×１０6ｃｍ-2未満と極めて低い結晶が得られた。結果を表２にまとめた。
【００５６】
【表１】
2008260652.tif 000003
【００５７】
【表２】
2008260652.tif 000004
【００５８】
表１の実施例１〜実施例１０から明らかなように、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）および金（Ａｕ）のいずれかの材料を含む遷移金属マスクを用いると、結晶成長厚さ２ｍｍの平面における逆位相部の幅Ｗ24は、マスクの幅Ｗ14に対する減少量が小さくなり、逆位相部を消滅させることなくＩＩＩ族窒化物結晶を厚く成長させることができる。しかし、逆位相部中に形成される多結晶部の数が多くなる。また、イットリウム（Ｙ）、チタン（Ｔｉ）、タンタル（Ｔａ）、ニッケル（Ｎｉ）および白金（Ｐｔ）のいずれかの材料を含む遷移金属マスクを用いると、逆位相部に形成される多結晶部の数を少なくすることができ、通常位相部の転位密度を極めて低くすることができる。
【００５９】
表１の実施例２、表２の実施例１１および実施例１２から明らかなように、酸化ケイ素、窒化ケイ素および窒酸化ケイ素を含むケイ素化合物マスクを用いることにより、逆位相部中に形成される多結晶部の数を少なくすることができ、通常位相部の転位密度を極めて低くすることができる。
【００６０】
表１の実施例２、表２の実施例１３〜実施例１８から明らかなように、シリコン、サファイア、ヒ素化ガリウム、炭化ケイ素およびＩＩＩ族窒化物からなる群から選ばれる少なくとも１種類の材料を含む下地基板を用いることにより、逆位相部を消滅させることなくＩＩＩ族窒化物結晶を厚く成長させることができる。
【００６１】
表２の実施例１５および実施例１６から明らかなように、下地基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる際、ＧａＮ低温層（ＩＩＩ族窒化物バッファ層）の成長の有無に拘らず、逆位相部を成長させることができ、通常位相部の転位密度を極めて低くすることができる。
【００６２】
表１の実施例２、表２の実施例１９および実施例２０から明らかなように、遷移金属マスクの幅Ｗmを小さくするとマスクの幅Ｗ14に対する結晶成長厚さ２ｍｍの平面における逆位相部の幅Ｗ24の減少量が大きくなり、遷移金属マスクの幅Ｗmを大きくすると逆位相部中に形成される多結晶部の数が多くなる。
【００６３】
また、表１の実施例２および表２の実施例２１から明らかなように、ケイ素化合物マスクの片側に接触するように遷移金属マスクが配置されているマスクを用いても、ケイ素化合物マスクの両側に接触するように遷移金属マスクが配置されているマスクを用いる場合に比べて、結晶成長厚さ２ｍｍの平面における逆位相部の幅Ｗ24の減少量が大きくなるが、通常位相部の転位密度を同程度に低くすることができる。
【００６４】
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】
【００６５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物の製造方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）はマスク形成工程を示し、（ｂ）はＩＩＩ族窒化物結晶成長工程を示し、（ｃ）は切り出されたＩＩＩ族窒化物結晶を示す。
【図２】主面の一部にマスクが形成された下地基板の例を示す概略平面図である。
【図３】下地基板の主面に形成されたマスクの例を示す概略平面図である。
【図４】下地基板の主面に形成されたマスクの他の例を示す概略平面図である。
【図５】成長したＩＩＩ族窒化物結晶の例を示す概略平面図である。
【符号の説明】
【００６７】
１０  下地基板、１０ｍ  主面、１４  マスク、１４ｅ，１４ｔ  端面、１４ｍ  遷移金属マスク、１４ｓ  ケイ素化合物マスク、２０  ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｍ，２０ｎ  平面、２２  通常位相部、２２ｆ，２４ｆ  ファセット、２４，２４ａ，２４ｂ  逆位相部、２４ｐ  多結晶部、２６  位相境界。
【図１】
2008260652.tif 000005
【図２】
2008260652.tif 000006
【図３】
2008260652.tif 000007
【図４】
2008260652.tif 000008
【図５】
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