(57)【要約】【課題】均質で高品質な塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を安価に製造する。【解決手段】製造装置１０００は、結晶作製装置１００と結晶成長装置５００を備えている。結晶作製装置１００は、金属Ｎａと金属Ｇａとを含む混合融液に窒素ガスを供給して第１のＧａＮ結晶を作製する。この第１のＧａＮ結晶は、転位密度が小さく（≦１０５ｃｍ−２）高品質である。第１のＧａＮ結晶は、スライス及び研磨され、ＧａＮウエハが作製される。結晶成長装置５００は、作製されたＧａＮウエハを基板として、ＨＶＰＥ法によって基板上に第２のＧａＮ結晶を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶を製造する。【選択図】図１
2008110910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する製造装置であって、
フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる結晶成長装置を備える製造装置。
【請求項２】
アルカリ金属とＩＩＩ族金属とを含む混合融液に窒素原料ガスを供給して前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製する結晶作製装置を、更に備えることを特徴とする請求項１に記載の製造装置。
【請求項３】
前記結晶作製装置は、第１の結晶成長速度で前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製し、
前記結晶成長装置は、前記第１の結晶成長速度よりも速い第２の結晶成長速度で、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とする請求項２に記載の製造装置。
【請求項４】
前記結晶作製装置は、種結晶から前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することを特徴とする請求項２又は３に記載の製造装置。
【請求項５】
ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する結晶製造方法であって、
フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる工程を含む結晶製造方法。
【請求項６】
前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる工程に先立って、アルカリ金属とＩＩＩ族金属とを含む混合融液に窒素原料ガスを供給して前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製する工程を、更に含むことを特徴とする請求項５に記載の結晶製造方法。
【請求項７】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製する工程では、第１の結晶成長速度で前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を製造し、
前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる工程では、前記第１の結晶成長速度よりも速い第２の結晶成長速度で、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とする請求項６に記載の結晶製造方法。
【請求項８】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製する工程では、種結晶から前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することを特徴とする請求項６又は７に記載の結晶製造方法。
【請求項９】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶は、板状であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
【請求項１０】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶は、主面が、ｍ面、ａ面及びｃ面のうちのいずれかであることを特徴とする請求項９に記載の結晶製造方法。
【請求項１１】
前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる工程に先立って、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスする工程を更に含むことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
【請求項１２】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスする工程では、ｍ面、ａ面及びｃ面のうちのいずれかが主面となるようにスライスすることを特徴とする請求項１１に記載の結晶製造方法。
【請求項１３】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶は、再使用可能であることを特徴とする請求項９〜１２のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
【請求項１４】
前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶は、ｃ軸方向の長さがａ軸方向の長さよりも長い柱状結晶であることを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
【請求項１５】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶であることを特徴とする請求項５〜１４のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
【請求項１６】
ＩＩＩ族窒化物基板を製造する基板製造方法であって、
請求項５〜１４のいずれか一項に記載の結晶製造方法によって塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を製造する工程と；
前記製造する工程で製造された塊状のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスする工程と；を含む基板製造方法。
【請求項１７】
前記塊状のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスする工程では、ｍ面、ａ面及びｃ面のうちのいずれかが主面となるようにスライスすることを特徴とする請求項１６に記載の基板製造方法。
【請求項１８】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶であることを特徴とする請求項１６又は１７に記載の基板製造方法。
【請求項１９】
塊状の窒化ガリウム結晶であって、
フラックス法によって作製された第１の窒化ガリウム結晶と；
前記第１の窒化ガリウム結晶上に結晶成長した第２の窒化ガリウム結晶と；を有する窒化ガリウム結晶。
【請求項２０】
前記第１の窒化ガリウム結晶は、前記第２の窒化ガリウム結晶に内包されていることを特徴とする請求項１９に記載の窒化ガリウム結晶。
【請求項２１】
請求項１９又は２０に記載の塊状の窒化ガリウム結晶をスライスして作製された窒化ガリウム基板。
【請求項２２】
主面がｍ面、ａ面及びｃ面のうちのいずれかであることを特徴とする請求項２１に記載の窒化ガリウム基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、製造装置、結晶製造方法、基板製造方法、窒化ガリウム結晶及び窒化ガリウム基板に係り、更に詳しくは、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する製造装置、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する結晶製造方法、ＩＩＩ族窒化物基板を製造する基板製造方法、塊状の窒化ガリウム結晶及び前記塊状の窒化ガリウム結晶から作製された窒化ガリウム基板に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、紫外、紫〜青〜緑色光源として用いられているＩｎＧａＡｌＮ（ＩＩＩ族窒化物半導体）系デバイスは、その殆どがサファイア及びシリコンカーバイド（ＳｉＣ）を基板とし、その基板上にＭＯＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）及びＭＢＥ法（分子線結晶成長法）等を用いて作製されている。
【０００３】
このように、サファイア及びシリコンカーバイドを基板として用いた場合、熱膨張係数及び格子定数が基板とＩＩＩ族窒化物半導体とでそれぞれ大きく異なっているため、ＩＩＩ族窒化物半導体内に多くの結晶欠陥が含まれることとなる。この結晶欠陥は、デバイス特性を低下させ、例えば、発光デバイスにおいては、寿命が短い、動作電力が大きい、等の欠点に直接関係する。
【０００４】
また、サファイア基板は、絶縁体であるため、従来の発光デバイスのように基板側から電極を取り出すことが不可能であった。これにより、ＩＩＩ族窒化物半導体側から電極を取り出すことが必要となる。その結果、デバイスの面積が大きくなり、高コスト化を招くという不都合があった。そして、デバイスの面積が大きくなると、サファイア基板とＩＩＩ族窒化物半導体という異種材料の組み合わせに伴う基板の反りという新たな問題が発生する。
【０００５】
さらに、サファイア基板上に作製されたＩＩＩ族窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難であり、レーザダイオード（ＬＤ）において必要とされる共振器端面を得ることは、容易ではない。このため、現在は、ドライエッチング、又はサファイア基板を厚さ１００μｍ以下まで研磨した後に劈開に近い形に分離し、共振器端面の形成を行なっている。従って、従来のＬＤのように、共振器端面の形成とチップ分離とを単一工程で行なうことが困難であり、工程の複雑化によるコスト高を招いていた。
【０００６】
これらの問題を解決するため、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物半導体を選択的に横方向に成長させるなどの工夫をし、結晶欠陥を低減させることが提案された。これにより、結晶欠陥を低減させることが可能となったが、サファイア基板の絶縁性及び上述した劈開の困難性に関する問題は、依然として残っている。
【０００７】
こうした問題を解決するためには、基板上に結晶成長する材料と同一である窒化ガリウム（ＧａＮ）基板を用いることが最適である。
【０００８】
例えば、特許文献１には、ガリウム砒素（ＧａＡｓ）基板上にＨＶＰＥ（Ｈｙｄｒｉｄｅ  Ｖａｐｏｒ  Ｐｈａｓｅ  Ｅｐｉｔａｘｙ）法によって窒化ガリウム結晶を結晶成長し、その結晶成長した窒化ガリウムをスライスして窒化ガリウム基板を製造する方法が開示されている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３７８８０３７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、特許文献１に開示されている窒化ガリウム結晶は、転位を減少させるために、転位の合体及び曲げを利用しているため、窒化ガリウム結晶の表面平坦性が悪く、高品質（低欠陥密度）のまま均質な塊状の窒化ガリウム結晶を製造することは困難であった。
【００１１】
また、このような窒化ガリウム結晶をスライス及び研磨した場合、結晶粒界及び転位の領域等で機械的損傷及びエッチングが発生し易くなり、高品質で表面平坦性が良好なウエハ（基板）を得ることは困難であった。
【００１２】
本発明は、かかる事情の下になされたもので、その第１の目的は、均質で高品質な塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を安価に製造することができる製造装置及び結晶製造方法を提供することにある。
【００１３】
また、本発明の第２の目的は、所望の結晶面を主面とするＩＩＩ族窒化物基板を安価に製造することができる基板製造方法を提供することにある。
【００１４】
また、本発明の第３の目的は、均質で高品質で安価な塊状の窒化ガリウム結晶を提供することにある。
【００１５】
また、本発明の第４の目的は、所望の結晶面を主面とする高品質で安価な窒化ガリウム基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、第１の観点からすると、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する製造装置であって、フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる結晶成長装置を備える製造装置である。
【００１７】
これによれば、フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、結晶成長装置により、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶が結晶成長される。この場合には、第１のＩＩＩ族窒化物結晶が均質で高品質であり、その第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶が結晶成長するので、第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、均質で高品質に結晶成長することができる。従って、均質で高品質な塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を安価に製造することが可能となる。
【００１８】
本発明は、第２の観点からすると、ＩＩＩ族窒化物結晶を製造する結晶製造方法であって、フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させる工程を含む結晶製造方法である。
【００１９】
これによれば、フラックス法によって作製された第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第２のＩＩＩ族窒化物結晶が結晶成長される。この場合には、第１のＩＩＩ族窒化物結晶が均質で高品質であり、その第１のＩＩＩ族窒化物結晶上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶が結晶成長するので、第２のＩＩＩ族窒化物結晶は、均質で高品質に結晶成長することとができる。従って、均質で高品質な塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を安価に製造することが可能となる。
【００２０】
本発明は、第３の観点からすると、ＩＩＩ族窒化物基板を製造する基板製造方法であって、本発明の結晶製造方法によって塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を製造する工程と；前記製造する工程で製造された塊状のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスする工程と；を含む基板製造方法。
【００２１】
これによれば、本発明の結晶製造方法によって製造された塊状のＩＩＩ族窒化物結晶をスライスしているため、結果として、所望の結晶面を主面とするＩＩＩ族窒化物基板を安価に製造することが可能となる。
【００２２】
本発明は、第４の観点からすると、塊状の窒化ガリウム結晶であって、フラックス法によって作製された第１の窒化ガリウム結晶と；前記第１の窒化ガリウム結晶上に結晶成長した第２の窒化ガリウム結晶と；を有する窒化ガリウム結晶である。
【００２３】
これによれば、フラックス法によって作製された均質で高品質の第１の窒化ガリウム結晶上に第２の窒化ガリウム結晶が結晶成長しているため、結果として、均質で高品質で安価な塊状の窒化ガリウム結晶を実現することが可能となる。
【００２４】
本発明は、第５の観点からすると、本発明の塊状の窒化ガリウム結晶をスライスして作製された窒化ガリウム基板である。
【００２５】
これによれば、本発明の塊状の窒化ガリウム結晶をスライスして作製されているため、結果として、所望の結晶面を主面とする高品質で安価な窒化ガリウム基板を実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、本発明の一実施形態を図面を参照しながら説明する。なお、図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。
【００２７】
『製造装置』
図１には、本発明の一実施形態に係る塊状の窒化ガリウム（ＧａＮ）結晶を製造する製造装置１０００の概略構成が示されている。
【００２８】
この製造装置１０００は、結晶作製装置１００、及び結晶成長装置５００を備えている。
【００２９】
結晶作製装置１００は、金属ナトリウム（Ｎａ）と金属ガリウム（Ｇａ）とを含む混合融液に窒素ガスを供給してＧａＮ結晶を作製する装置である。すなわち、結晶作製装置１００は、フラックス法によってＧａＮ結晶を作製する装置である。なお、以下では、便宜上、結晶作製装置１００で作製されたＧａＮ結晶を「第１のＧａＮ結晶」ともいう。
【００３０】
結晶成長装置５００は、結晶作製装置１００によって作製された第１のＧａＮ結晶上に、気相成長法を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させる装置である。なお、以下では、便宜上、第１のＧａＮ結晶上に結晶成長したＧａＮ結晶を「第２のＧａＮ結晶」ともいう。
【００３１】
《結晶作製装置》
結晶作製装置１００は、一例として図２に示されるように、坩堝１０、反応容器２０、ベローズ３０、支持装置４０、加熱装置５０，６０、温度センサ５１，６１，７１，８１、加熱／冷却器７０，８０、ガス供給管９０，２００、バルブ１１０，１５０、圧力調整器１２０、ガスボンベ１３０，２２０、排気管１４０、真空ポンプ１６０、圧力センサ１７０、配管１８０、熱電対１９０、流量計２１０、振動印加装置２３０、上下機構２４０、振動検出装置２５０、温度制御装置２６０、及びフローティングカバー３００などを備えている。
【００３２】
ガスボンベ１３０，２２０には、窒素ガスが充填されている。
【００３３】
坩堝１０は、外周が円形状のボロンナイトライド（ＢＮ）又はオーステナイト系ステンレス鋼（ＳＵＳ３１６Ｌ）製の容器である。この坩堝１０は、金属Ｎａと金属Ｇａとを含む混合融液２７０を保持する。
【００３４】
反応容器２０は、坩堝１０の周囲を覆う容器である。すなわち、この反応容器２０内に、坩堝１０が収容される。反応容器２０は、本体部２１、蓋部２２、及び融液溜め部２３を有している。本体部２１、蓋部２２及び融液溜め部２３は、いずれもＳＵＳ３１６Ｌ製である。本体部２１と蓋部２２との間は、メタルオーリングによってシールされている。また、融液溜め部２３は、本体部２１の底面に設けられている。この融液溜め部２３には、アルカリ金属融液２８０が溜められる。
【００３５】
ベローズ３０は、重力方向ＤＲ１において、反応容器２０の蓋部２２に連結されている。このベローズ３０は、支持装置４０を保持するとともに、反応容器２０の内部と外部とを遮断する。また、ベローズ３０は、支持装置４０の重力方向ＤＲ１への移動に伴って重力方向ＤＲ１に伸縮する。
【００３６】
加熱装置５０は、反応容器２０の外周面２０Ａを囲むように配置されている。この加熱装置５０は、ヒータ及び電流源を有している。そして、加熱装置５０は、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ１に応じて電流源によってヒータに電流を流し、反応容器２０の外周面２０Ａから坩堝１０及び反応容器２０を結晶成長温度に加熱する。
【００３７】
加熱装置６０は、反応容器２０の底面２０Ｂに対向して配置されている。この加熱装置６０は、ヒータ及び電流源を有している。そして、加熱装置６０は、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ２に応じて電流源によってヒータに電流を流し、反応容器２０の底面２０Ｂから坩堝１０及び反応容器２０を結晶成長温度に加熱する。
【００３８】
温度センサ５１は、加熱装置５０に近接して配置され、加熱装置５０のヒータの温度（温度Ｔ１とする）を検出し、検出結果を温度制御装置２６０へ出力する。
【００３９】
温度センサ６１は、加熱装置６０に近接して配置され、加熱装置６０のヒータの温度（温度Ｔ２とする）を検出し、検出結果を温度制御装置２６０へ出力する。
【００４０】
加熱／冷却器７０は、融液溜め部２３の周囲を囲むように配置されている。この加熱／冷却器７０は、加熱部と冷却部を備えている。加熱部は、ヒータ及び電流源を有し、電流源によってヒータに電流を流すことによって融液溜め部２３を加熱する。また、冷却部は、融液溜め部２３に冷風を吹き付けることによって融液溜め部２３を冷却する。ここでは、加熱／冷却器７０は、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ３に応じて、融液溜め部２３の温度を蒸発抑制温度に加熱し、又は融液溜め部２３の温度を凝集温度に冷却する。ここで、蒸発抑制温度は、混合融液２７０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａがアルカリ金属融液２８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａに略一致する温度である。また、凝集温度は、金属Ｎａ蒸気が金属融液として溜まる温度である。
【００４１】
加熱／冷却器８０は、ガス供給管９０に設けられている融液凝集部９０Ａの周囲を囲むように配置されている。この加熱／冷却器８０は、加熱部と冷却部を備えている。加熱部は、ヒータ及び電流源を有し、電流源によってヒータに電流を流すことによって融液凝集部９０Ａを加熱する。また、冷却部は、融液凝集部９０Ａに冷風を吹き付けることによって融液凝集部９０Ａを冷却する。ここでは、加熱／冷却器８０は、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ４に応じて、融液凝集部９０Ａの温度を凝集温度に冷却し、又は融液凝集部９０Ａの温度を蒸発促進温度に加熱する。ここで、蒸発促進温度は、金属Ｎａが気相輸送によって他の部分へ移動する温度である。
【００４２】
温度センサ７１は、加熱／冷却器７０に近接して配置され、加熱／冷却器７０の加熱部又は冷却部の温度（温度Ｔ３とする）を検出し、検出結果を温度制御装置２６０へ出力する。
【００４３】
温度センサ８１は、加熱／冷却器８０に近接して配置され、加熱／冷却器８０の加熱部又は冷却部の温度（温度Ｔ４とする）を検出し、検出結果を温度制御装置２６０へ出力する。
【００４４】
ガス供給管９０は、ガス供給管９１，９２からなり、ガスボンベ１３０から圧力調整器１２０を介して供給された窒素ガスを、アルカリ金属融液２９０を介して反応容器２０内へ供給する。
【００４５】
ガス供給管９１は、融液凝集部９０Ａを有し、一端がベローズ３０に連結され、他端がバルブ１１０に連結されている。
【００４６】
ガス供給管９２は、一端がバルブ１１０に連結され、他端が圧力調整器１２０を介してガスボンベ１３０に連結されている。
【００４７】
バルブ１１０は、ガス供給管９０に装着され、ガス供給管９０内の窒素ガスを反応容器２０内へ供給し、又は窒素ガスの反応容器２０内への供給を停止する。また、バルブ１１０は、ガス供給管９０をガス供給管９１とガス供給管９２とに分離し、又はガス供給管９１とガス供給管９２とを連結する。
【００４８】
圧力調整器１２０は、ガスボンベ１３０の近傍でガス供給管９０（ガス供給管９２）に装着され、ガスボンベ１３０からの窒素ガスを所定の圧力にしてガス供給管９０に供給する。
【００４９】
ガスボンベ１３０は、ガス供給管９０（ガス供給管９２）に連結されている。
【００５０】
排気管１４０は、一端がバルブ１５０を介して反応容器２０に連結され、他端が真空ポンプ１６０に連結され、反応容器２０内の気体を真空ポンプ１６０へ通過させる。
【００５１】
バルブ１５０は、反応容器２０の近傍で排気管１４０に装着され、反応容器２０内と排気管１４０とを空間的に繋げ、又は反応容器２０内と排気管１４０とを空間的に遮断する。
【００５２】
真空ポンプ１６０は、排気管１４０の他端に連結され、排気管１４０及びバルブ１５０を介して反応容器２０内の真空引きを行なう。
【００５３】
圧力センサ１７０は、反応容器２０に取り付けられており、反応容器２０内の圧力を検出する。
【００５４】
ガス供給管２００は、一端が配管１８０に連結され、他端が流量計２１０を介してガスボンベ２２０に連結されている。このガス供給管２００は、ガスボンベ２２０から流量計２１０を介して供給された窒素ガスを配管１８０へ供給する。
【００５５】
流量計２１０は、ガスボンベ２２０の近傍でガス供給管２００に装着され、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ５に応じて、ガスボンベ２２０から供給された窒素ガスの流量を調整してガス供給管２００へ供給する。
【００５６】
ガスボンベ２２０は、ガス供給管２００の他端に連結されている。
【００５７】
アルカリ金属融液２８０は、金属Ｎａ融液であり、融液溜め部２３に保持される。
【００５８】
アルカリ金属融液２９０は、金属Ｎａ融液であり、ガス供給管９０の融液凝集部９０Ａに保持される。
【００５９】
振動印加装置２３０は、一例として圧電素子を有し、所定の周波数を有する振動を支持装置４０に印加する。
【００６０】
振動検出装置２５０は、一例として加速度ピックアップを有し、支持装置４０の振動を検出するとともに、支持装置４０の振動情報が含まれる振動検出信号ＢＤＳを上下機構２４０へ出力する。
【００６１】
一例として図３（Ａ）及び図３（Ｂ）には、支持装置４０、配管１８０及び熱電対１９０の一部が拡大して示されている。
【００６２】
支持装置４０は、円筒部材４１を有している。該円筒部材４１の一端は、反応容器２０の蓋部２２に設けられた開口部を介して反応容器２０内の空間２４内へ挿入される。そして、円筒部材４１の底面４１Ｂには、種結晶５が取り付けられている（図３（Ａ）参照）。種結晶５を含むＧａＮ結晶６は、円筒部材４１の底面４１Ｂに結晶成長する（図３（Ｂ）参照）。また、支持装置４０は、反応容器２０内に挿入された円筒部材４１の一端に結晶成長したＧａＮ結晶を支持する。
【００６３】
配管１８０は、ガス供給管２００から供給された窒素ガスを一端から支持装置４０内へ放出して種結晶又はＧａＮ結晶を冷却する。配管１８０は、略円形の断面形状を有し、支持装置４０の円筒部材４１の内部に配置されている。そして、配管１８０の底面１８０Ａは、円筒部材４１の底面４１Ｂに対向するように配置されている。また、配管１８０の底面１８０Ａには、複数の空孔１８１が形成されている。配管１８０内へ供給された窒素ガスは、複数の空孔１８１を介して円筒部材４１の底面４１Ｂに吹き付けられる。なお、円筒部材４１内に放出された窒素ガスは、円筒部材４１の不図示の開口部を介して結晶製造装置１００外へ放出される。
【００６４】
熱電対１９０は、一端１９０Ａが円筒部材４１の底面４１Ｂに接するように円筒部材４１の内部に配置されている。熱電対１９０は、種結晶又はＧａＮ結晶の温度（温度Ｔ５とする）を検出し、その検出した温度Ｔ５を温度制御装置２６０へ出力する。
【００６５】
従って、ＧａＮ結晶６と円筒部材４１との間の熱伝導率が高くなる。その結果、熱電対１９０によってＧａＮ結晶６の温度Ｔ５を検出できるとともに、配管１８０から円筒部材４１の底面４１Ｂに吹き付けられた窒素ガスによってＧａＮ結晶６を容易に冷却できる。
【００６６】
上下機構２４０は、ベローズ３０の上側において支持装置４０に取り付けられている。上下機構２４０は、振動検出装置２５０からの振動検出信号ＢＤＳに応じて、種結晶が空間２４と混合融液２７０との気液界面２に接するように支持装置４０を上下する。
【００６７】
この上下機構２４０は、一例として図４に示されるように、凹凸部材２４１、歯車２４２、軸部材２４３、モータ２４４、及び制御部２４５などを有している。
【００６８】
凹凸部材２４１は、略三角形状の断面形状からなり、円筒部材４１の外周面４１Ａに固定されている。
【００６９】
歯車２４２は、軸部材２４３の一端に固定され、凹凸部材２４１と噛み合う。
【００７０】
軸部材２４３は、その一端が歯車２４２に連結され、他端がモータ２４４のシャフト（図示省略）に連結されている。
【００７１】
モータ２４４は、制御部２４５からの制御に従って歯車２４２を矢印２４６又は２４７の方向へ回転させる。
【００７２】
制御部２４５は、振動検出装置２５０からの振動検出信号ＢＤＳに基づいて、歯車２４２を矢印２４６又は２４７の方向へ回転させるようにモータ２４４を制御する。
【００７３】
歯車２４２が矢印２４６の方向へ回転すれば、支持装置４０は、重力方向ＤＲ１において上方向へ移動し、歯車２４２が矢印２４７の方向へ回転すれば、支持装置４０は、重力方向ＤＲ１において下方向へ移動する。
【００７４】
従って、歯車２４２を矢印２４６又は２４７の方向へ回転させることは、支持装置４０を重力方向ＤＲ１において上下させることに相当する。凹凸部材２４１の重力方向ＤＲ１の長さは、支持装置４０がＧａＮ結晶６を上下させる距離に相当する長さである。
【００７５】
振動検出信号ＢＤＳのタイミングチャートが、一例として図５に示されている。振動検出信号ＢＤＳは、支持装置４０が混合融液２７０に接していないときに、信号成分ＳＳ１となり、支持装置４０が混合融液２７０に接しているときに、信号成分ＳＳ２となり、支持装置４０の一部が混合融液２７０に浸漬されているときに、信号成分ＳＳ３となる。
【００７６】
支持装置４０が混合融液２７０に接していないときには、支持装置４０は、振動印加装置２３０により印加された振動によって大きく振動するので、振動検出信号ＢＤＳは、振幅が相対的に大きい信号成分ＳＳ１となる。一方、支持装置４０が混合融液２７０に接しているときには、支持装置４０は、振動印加装置２３０から振動が印加されても、混合融液２７０の粘性によって大きく振動できないので、振動検出信号ＢＤＳは、振幅が相対的に小さい信号成分ＳＳ２となる。また、支持装置４０の一部（又はＧａＮ結晶６）が混合融液２７０に浸漬されているときには、支持装置４０（又はＧａＮ結晶６）は、振動印加装置２３０から振動が印加されても、混合融液２７０の粘性によってさらに振動し難くなるので、振動検出信号ＢＤＳは、振幅が信号成分ＳＳ２よりも小さい信号成分ＳＳ３となる。
【００７７】
図４に戻り、制御部２４５は、振動検出装置２５０から振動検出信号ＢＤＳを受けると、振動検出信号ＢＤＳの信号成分を検出する。そして、制御部２４５は、その検出した信号成分が信号成分ＳＳ１のときには、振動検出信号ＢＤＳの信号成分が信号成分ＳＳ２又はＳＳ３になるまで、支持装置４０を重力方向ＤＲ１に降下させるようにモータ２４４を制御する。
【００７８】
より具体的には、制御部２４５は、歯車２４２を矢印２４７の方向へ回転させるようにモータ２４４を制御する。モータ２４４は、制御部２４５からの制御に従って歯車２４２を軸部材２４３を介して矢印２４７の方向へ回転させる。これによって、支持装置４０は、重力方向ＤＲ１の下方向へ移動する。
【００７９】
そして、制御部２４５は、振動検出装置２５０から受ける振動検出信号ＢＤＳの信号成分が信号成分ＳＳ１から信号成分ＳＳ２又はＳＳ３へ切換わると、歯車２４２の回転を停止するようにモータ２４４を制御する。モータ２４４は、制御部２４５からの制御に従って歯車２４２の回転を停止させる。これによって、支持装置４０は、移動を停止し、支持装置４０の一端を気液界面２に保持し、又は支持装置４０の一端を混合融液２７０中に保持する。一方、制御部２４５は、信号成分ＳＳ２又はＳＳ３を含む振動検出信号ＢＤＳを振動検出装置２５０から受けたとき、支持装置４０の移動を停止するようにモータ２４４を制御する。
【００８０】
このように、上下機構２４０は、振動検出装置２５０が検出する振動検出信号ＢＤＳに基づいて、支持装置４０の一端が混合融液２７０に接するように、又は支持装置４０の一端が混合融液２７０に浸漬されるように支持装置４０を重力方向ＤＲ１に移動させる。
【００８１】
フローティングカバー３００は、一例としてＢＮ製であり、支持装置４０の周囲において混合融液２７０の表面に配置されている。このフローティングカバー３００は、金属Ｎａが混合融液２７０から蒸発するのを抑制する。
【００８２】
フローティングカバーの平面図が図６に示されている。このフローティングカバー３００は、開口部３０１を有し、内径ｒ、外径Ｒのドーナツ形状である。内径ｒは、支持装置４０の直径にαを加えた値である。このαは、窒素ガスが混合融液２７０に溶け込むための隙間が支持装置４０とフローティングカバー３００との間に形成される値である。そして、外径Ｒは、坩堝１０の内径に略等しい。
【００８３】
支持装置４０の一端は、開口部３０１を介して混合融液２７０の表面又は混合融液２７０中に保持される。
【００８４】
温度制御装置２６０は、温度Ｔ１に基づいて、坩堝１０及び反応容器２０を結晶成長温度に加熱するための制御信号ＣＴＬ１を生成し、温度Ｔ２に基づいて、坩堝１０及び反応容器２０を結晶成長温度に加熱するための制御信号ＣＴＬ２を生成する。また、温度制御装置２６０は、温度Ｔ３に基づいて、融液溜め部２３の温度を蒸発抑制温度Ｔｅｖｃ又は凝集温度Ｔｃｏｈに制御するための制御信号ＣＴＬ３を生成する。さらに、温度制御装置２６０は、温度Ｔ４に基づいて、融液凝集部９０Ａの温度を凝集温度Ｔｃｏｈ又は蒸発促進温度Ｔｅｖに制御するための制御信号ＣＴＬ４を生成する。さらに、温度制御装置２６０は、温度Ｔ５に基づいて、種結晶又はＧａＮ結晶の温度Ｔ５を種結晶周辺の混合融液の温度よりも低い温度にするのに適した流量の窒素ガスを流すための制御信号ＣＴＬ５を生成する。
【００８５】
そして、温度制御装置２６０は、生成した制御信号ＣＴＬ１，ＣＴＬ２をそれぞれ加熱装置５０，６０へ出力し、制御信号ＣＴＬ３，ＣＴＬ４をそれぞれ加熱／冷却器７０，８０へ出力し、制御信号ＣＴＬ５を流量計２１０へ出力する。
【００８６】
《第１のＧａＮ結晶の作製方法》
坩堝１０、反応容器２０、融液溜め部２３及び融液凝集部９０Ａの温度のタイミングチャートが一例として図７に示されている。また、図７に示すタイミングｔ１，ｔ３間における坩堝１０、反応容器２０、融液溜め部２３及び融液凝集部９０Ａ内の状態変化を示す模式図が、一例として図８（Ａ）及び図８（Ｂ）に示されている。さらに、図７に示すタイミングｔ３における坩堝１０及び反応容器２０内の状態を示す模式図が、一例として図９に示されている。さらに、ＧａＮ結晶６の温度と窒素ガスの流量との関係が図１０に示されている。
【００８７】
なお、図７おける、符号ｋ１は坩堝１０及び反応容器２０の温度を示し、符号ｋ２及びｋ３はＧａＮ結晶６の温度を示し、符号ｋ４は融液溜め部２３の温度を示し、符号ｋ５は融液凝集部９０Ａの温度を示す。
【００８８】
加熱装置５０，６０は、タイミングｔ５までの期間において、ｋ１に従って温度が上昇し、かつ、８００℃に保持されるように坩堝１０及び反応容器２０を加熱する。また、加熱／冷却器７０は、タイミングｔ５までの期間において、ｋ４に従って温度が上昇し、かつ、蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに保持されるように融液溜め部２３を加熱する。さらに、加熱／冷却器８０は、タイミングｔ５までの期間において、ｋ５に従って温度が上昇し、かつ、凝集温度Ｔｃｏｈに保持されるように融液凝集部９０Ａを加熱する。
【００８９】
加熱装置５０，６０が坩堝１０及び反応容器２０を加熱し始めたとき、坩堝１０内には、金属Ｎａ７及び金属Ｇａ８が存在し、加熱／冷却部７０が融液溜め部２３を加熱し始め、かつ、加熱／冷却部８０が融液凝集部９０Ａを加熱し始めたとき、融液溜め部２３には、金属Ｎａ７が存在し、融液凝集部９０Ａには、金属Ｎａ７は存在しない（図８（Ａ）参照）。
【００９０】
そして、坩堝１０及び反応容器２０の温度がタイミングｔ１において９８℃に達すると、坩堝１０中の金属Ｎａ７は溶け、約３０℃で既に溶けている金属Ｇａ８と混ざり合う。その後、ＧａとＮａとの金属間化合物が生成され、この金属間化合物は、５６０℃以上の温度において坩堝１０中で混合融液２７０となる。そして、坩堝１０及び反応容器２０の温度は、タイミングｔ３において８００℃に達する。
【００９１】
また、融液溜め部２３の温度がタイミングｔ２において９８℃に達すると、融液溜め部２３内の金属Ｎａ７は溶け、アルカリ金属融液２８０が融液溜め部２３に生成される。その後、融液溜め部２３の温度は、タイミングｔ３において蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに達する。さらに、融液凝集部９０Ａの温度は、タイミングｔ３において凝集温度Ｔｃｏｈに達する。
【００９２】
そうすると、坩堝１０及び反応容器２０が８００℃に加熱され、融液溜め部２３が蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに加熱される過程において、アルカリ金属融液２８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａは、徐々に高くなり、混合融液２７０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａも徐々に高くなる。そして、混合融液２７０及び／又はアルカリ金属融液２８０から蒸発した金属Ｎａは、坩堝１０、反応容器２０及び融液溜め部２３の温度よりも低温である凝集温度Ｔｃｏｈに保持された融液凝集部９０Ａに凝集される。その結果、融液凝集部９０Ａには、アルカリ金属融液２９０が保持される。
【００９３】
そして、タイミングｔ３において、混合融液２７０から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧ＰＮａ−Ｇａは、アルカリ金属融液２８０から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧ＰＮａに略一致する（図８（Ｂ）参照）。その結果、混合融液２７０及びアルカリ金属融液２８０からの金属Ｎａの蒸発による混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動が抑制される。
【００９４】
このとき、融液凝集部９０Ａの温度が金属Ｎａの融点以上で、かつ、Ｎａの実質的蒸発が生じない温度であれば、ガス供給管９０内においてバルブ１１０側への金属Ｎａの拡散を無視でき、混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動を一層抑制できる。ここでいうＮａの実質的蒸発が生じない温度とは、例えば、２００〜３００℃である。２００℃におけるＮａの蒸気圧は、約１．８×１０−２Ｐａであり、３００℃におけるＮａの蒸気圧は、約１．８Ｐａであり、これ以上の温度であっても、多少の蒸発による拡散はあるが、混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動を抑制できる。従って、凝集温度Ｔｃｏｈは、好ましくは、２００〜３００℃の範囲に設定される。
【００９５】
また、混合融液２７０の表面には、フローティングカバー３００が配置されているので、坩堝１０内の混合融液２７０からＮａの蒸発が発生するタイミング以降、金属Ｎａの混合融液２７０からの蒸発が抑制され、金属Ｎａの蒸発による混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動をさらに抑制できる。
【００９６】
空間２４内には、圧力調整器１２０によって圧力調整された窒素ガス４がガス供給管９０を介して供給されている（図９参照）。
【００９７】
また、坩堝１０及び反応容器２０の温度が８００℃に達するタイミングｔ３で、上下機構２４０は、振動検出装置２５０からの振動検出信号ＢＤＳに基づいて、上述した方法によって支持装置４０を上下させ、支持装置４０の一端を混合融液２７０に接触させる。
【００９８】
そして、坩堝１０及び反応容器２０の温度が８００℃程度の高温状態では、空間２４内の窒素ガス４は、金属Ｎａを媒介として混合融液２７０中に取り込まれる。この場合、混合融液２７０中の窒素濃度又はＩＩＩ族窒化物の濃度は、空間２４と混合融液２７０との気液界面２付近において最も高いため、ＧａＮ結晶６が種結晶５から結晶成長する。
【００９９】
窒素ガスを配管１８０内へ供給しない場合、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、混合融液２７０の温度と同じ８００℃であるが、本実施形態では、種結晶５又はＧａＮ結晶６付近の混合融液２７０中の窒素又はＩＩＩ族窒化物の過飽和度を上げるために、配管１８０内へ窒素ガスを供給して種結晶５又はＧａＮ結晶６を冷却し、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５を混合融液２７０の温度よりも低くする。
【０１００】
より具体的には、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、タイミングｔ３以降、ｋ２に従って８００℃よりも低い温度Ｔｓ１に設定される。この温度Ｔｓ１は、例えば、７９０℃である。種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５を温度Ｔｓ１に設定する方法について説明する。
【０１０１】
温度制御装置２６０は、温度センサ５１，６１からそれぞれ受けた温度Ｔ１，Ｔ２が８００＋α℃（＝坩堝１０及び反応容器２０を８００℃に設定したときの加熱装置５０，６０に含まれるヒータの温度）に達すると、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５を温度Ｔｓ１に設定する流量からなる窒素ガスを流すための制御信号ＣＴＬ５を生成して流量計２１０へ出力する。
【０１０２】
流量計２１０は、制御信号ＣＴＬ５に応じて、温度Ｔ５を温度Ｔｓ１に対応する流量の窒素ガスをガスボンベ２２０からガス供給管２００を介して配管１８０内へ流す。種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度は、窒素ガスの流量に略比例して８００℃から低下し、窒素ガスの流量が流量ｆｒ１（ｓｃｃｍ）になると、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、温度Ｔｓ１となる（図１０参照）。
【０１０３】
従って、流量計２１０は、窒素ガスを流量ｆｒ１で配管１８０内へ流す。そして、配管１８０内へ供給された窒素ガスは、配管１８０の複数の空孔１８１から円筒部材４１の底面４１Ｂに吹き付けられる。
【０１０４】
これによって、種結晶５又はＧａＮ結晶６は、円筒部材４１の底面４１Ｂを介して冷却され、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、タイミングｔ４で温度Ｔｓ１に低下し、その後、タイミングｔ５まで温度Ｔｓ１に保持される。
【０１０５】
加熱装置５０，６０のヒータの温度Ｔ１，Ｔ２は、混合融液２７０の温度と所定の温度差αを有するため、温度制御装置２６０は、ＧａＮ結晶６の温度Ｔ５が８００℃から低下し始めると、温度Ｔ１，Ｔ２が８００＋α℃となるように制御信号ＣＴＬ１，２によって加熱装置５０，６０を制御する。
【０１０６】
なお、本実施形態では、好ましくは、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、タイミングｔ３以降、ｋ３に従って低下するように制御される。すなわち、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、タイミングｔ３からタイミングｔ５までの間で８００℃から温度Ｔｓ２（＜Ｔｓ１）まで低下される。この場合、流量計２１０は、温度制御装置２６０からの制御信号ＣＴＬ５に基づいて、ｋ６に従って配管１８０内へ流す窒素ガスの流量を０から流量ｆｒ２（＞ｆｒ１）まで増加する。窒素ガスの流量が流量ｆｒ２になると、種結晶５又はＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、温度Ｔｓ１よりも低い温度Ｔｓ２（例えば、７５０℃）に設定される。
【０１０７】
このように、混合融液２７０の温度（＝８００℃）とＧａＮ結晶６の温度Ｔ５との差を徐々に大きくすることによって、ＧａＮ結晶６付近の混合融液２７０中の窒素又はＩＩＩ族窒化物の過飽和度が徐々に大きくなり、ＧａＮ結晶６の結晶成長を少なくとも継続できる。
【０１０８】
ＧａＮ結晶を成長させる場合の窒素ガス圧と混合融液温度との関係が図１１に示されている。図１１では、横軸は、混合融液温度であり、縦軸は、窒素ガス圧である。また、領域ＲＥＧ１は、ＧａＮ結晶が溶解する領域であり、領域ＲＥＧ２は、坩堝１０の混合融液２７０に接する底面及び側面において多くの核が自発的に発生し、ｃ軸（＜０００１＞）方向に成長した柱状形状のＧａＮ結晶が作製される領域であり、領域ＲＥＧ４は、領域ＲＥＧ２と同様に多くの核が自発的に発生し、ｃ面が発達した板状のＧａＮ結晶が作製される領域であり、領域ＲＥＧ３は、ＧａＮ結晶が種結晶から結晶成長する領域である。
【０１０９】
本実施形態では、領域ＲＥＧ２や領域ＲＥＧ４に含まれる温度及び圧力を用いてＧａＮ結晶を結晶成長させ、又は領域ＲＥＧ３に含まれる温度及び圧力を用いて種結晶５からＧａＮ結晶６を結晶成長させる。
【０１１０】
図７に戻り、ＧａＮ結晶６の結晶成長がタイミングｔ５で終了すると、加熱装置５０，６０は、坩堝１０及び反応容器２０の加熱を停止し、坩堝１０及び反応容器２０の温度は、ｋ１に従って８００℃から低下し、ＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、温度Ｔｓ１（又は温度Ｔｓ２）から低下する。
【０１１１】
一方、加熱／冷却器７０は、ｋ４に従って融液溜め部２３を冷却する。融液溜め部２３の温度は、タイミングｔ６からタイミングｔ７までの間、凝集温度Ｔｃｏｈに保持される。また、加熱／冷却器８０は、ｋ５に従って融液凝集部９０Ａを加熱する。融液凝集部９０Ａは、タイミングｔ６からタイミングｔ７までの間、蒸発促進温度Ｔｅｖに保持される。ここで、蒸発促進温度Ｔｅｖは、アルカリ金属融液２９０が気相輸送によって融液凝集部９０Ａから他の部分へ移動する温度である。
【０１１２】
タイミングｔ６からタイミングｔ７までの間、融液溜め部２３の温度は、凝集温度Ｔｃｏｈに保持され、融液凝集部９０Ａの温度は、蒸発促進温度Ｔｅｖに保持される。その結果、アルカリ金属融液２９０は、蒸発して融液溜め部２３へ気相輸送される。
【０１１３】
そして、タイミングｔ７においては、融液凝集部９０Ａには、アルカリ金属融液２９０は存在しない。なお、アルカリ金属融液２９０が融液凝集部９０Ａから融液溜め部２３へ気相輸送される場合、バルブ１１０が閉じられているため、アルカリ金属融液２９０から蒸発した金属Ｎａの蒸気が圧力調整器１２０側へ拡散することはない。
【０１１４】
タイミングｔ７において、アルカリ金属融液２９０の融液凝集部９０Ａから融液溜め部２３への気相輸送が終了すると、加熱／冷却器７０は、融液溜め部２３を冷却し、加熱／冷却器８０は、融液凝集部９０Ａを冷却する。これによって、坩堝１０、反応容器２０、融液溜め部２３及び融液凝集部９０Ａは、タイミングｔ７以降、室温へ向かって冷却される。
【０１１５】
《結晶成長装置》
結晶成長装置５００は、図１２に示されるように、反応炉５０１、ヒータ５０２、ガス導入管５０３，５０４、Ｇａ溜部５０５、サセプタ５０７、シャフト５０８、ガス排出管５１０等を備えている。
【０１１６】
反応炉５０１は、略円筒形状である。
【０１１７】
ヒータ５０２は、円筒形状であり、反応炉５０１の周囲に配置されている。ヒータ５０２は、反応炉５０１を８００〜１０５０℃に加熱する。
【０１１８】
ガス導入管５０３，５０４は、反応炉５０１の上頂部に設けられている。そして、ガス導入管５０３の一端は、Ｇａ溜部５０５の上部に位置している。また、ガス導入管５０４の一端は、Ｇａ溜部５０５よりも下側であり、サセプタ５０７よりも上側に位置している。
【０１１９】
ガス導入管５０３は、ＨＣｌ＋Ｈ２を反応炉５０１内に導入し、ＨＣｌ＋Ｈ２をＧａ溜部５０５に吹き付ける。
【０１２０】
ガス導入管５０４は、ＮＨ３＋Ｈ２を反応炉５０１内に導入し、Ｇａ溜部５０５よりも下側でＮＨ３＋Ｈ２を排出する。
【０１２１】
Ｇａ溜部５０５は、反応炉５０１内に配置されている。Ｇａ溜部５０５は、液体状のＧａ融液５０６を保持する。
【０１２２】
サセプタ５０７は、シャフト５０８の一端に取り付けられる。サセプタ５０７は、ウエハ状のＧａＮ結晶５０９を保持するとともに、シャフト５０８の回転、昇降に応じてＧａＮ結晶５０９を回転、昇降させる。
【０１２３】
シャフト５０８は、反応炉５０１の下頂部に回転昇降自在に取り付けられている。シャフト５０８は、サセプタ５０７を支持するとともに、サセプタ５０７を回転昇降させる。
【０１２４】
ガス排出管５１０は、反応炉５０１の下頂部に設けられている。ガス排出管５１０は、排ガスを反応炉５０１外へ排出する。
【０１２５】
《第２のＧａＮ結晶の結晶成長方法》
反応炉５０１内がヒータ５０２によって８００〜１０５０℃に加熱されると、Ｇａの融点は、約２９．８℃であるので、Ｇａ溜部５０５に保持された金属Ｇａは、溶けて、Ｇａ融液５０６になる。そして、ガス導入管５０３から導入されたＨＣｌ＋Ｈ２がＧａ融液６に吹き付けられると、塩化ガリウムＧａＣｌが生成される。
【０１２６】
この塩化ガリウムＧａＣｌとキャリアガスＨ２との混合ガスが反応炉５０１中の空間を下方へ運ばれる。そして、塩化ガリウムＧａＣｌとキャリアガスＨ２との混合ガスは、Ｇａ溜部５０５よりも下側でガス導入管５０４から排出されたＮＨ３＋Ｈ２の混合ガスと混ざり、ＧａＮが生成される。
【０１２７】
サセプタ５０７上に保持されたＧａＮ結晶５０９は、８００〜１０５０℃に加熱されているため、気相反応した生成物ＧａＮがＧａＮ結晶５０９上に付着し、ＧａＮ結晶５０９の品質と同じ品質でＧａＮ結晶が結晶成長する。
【０１２８】
シャフト５０８は、結晶成長中、回転しながら降下するので、ＧａＮ結晶５０９も回転しながら降下する。その結果、ＧａＮ結晶がＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶５０９上に厚く成長しても、ガス導入管５０４とＧａＮ結晶の表面との距離を一定に保持でき、品質を均一に保持した塊状のＧａＮ結晶が製造される。
【０１２９】
『塊状のＧａＮ結晶の製造』
製造装置１０００を用いた塊状のＧａＮ結晶の製造方法を説明するためのフローチャートが図１３に示されている。
【０１３０】
最初のステップＳ１では、結晶作製装置１００を用い、前述した如く、金属Ｎａと金属Ｇａとを含む混合融液に窒素ガスを供給して第１のＧａＮ結晶（図１６（Ａ）参照）を作製する。ここでは、ｃ軸方向の長さがａ軸方向の長さよりも長い柱状結晶が作製される。なお、結晶作製装置１００でのＧａＮ結晶の結晶成長速度（フラックス法による結晶成長速度）は、一例として１μｍ／ｈである。
【０１３１】
次のステップＳ２では、ステップＳ１で作製された第１のＧａＮ結晶を、スライス（図１６（Ｂ）参照）及び研磨する。
【０１３２】
次のステップＳ３では、結晶成長装置５００を用い、ステップＳ２でスライス及び研磨作製された第１のＧａＮ結晶上に、前述した如く、ＨＶＰＥ法によって第２のＧａＮ結晶を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶を製造する（図１６（Ｃ）参照）。なお、結晶成長装置５００でのＧａＮ結晶の結晶成長速度（ＨＶＰＥ法による結晶成長速度）は、一例として１００μｍ／ｈである。
【０１３３】
次のステップＳ４では、ステップＳ３で製造された塊状のＧａＮ結晶を複数のＧａＮウエハにスライスし、そのスライスされた複数のＧａＮウエハを研磨する。ここで研磨された各ＧａＮウエハがＧａＮ基板となる。
【０１３４】
このように、本実施形態では、フラックス法によって第１のＧａＮ結晶を作製し、その第１のＧａＮ結晶をスライス及び研磨し、そのスライス及び研磨された第１のＧａＮ結晶上に、ＨＶＰＥ法によって第２のＧａＮ結晶を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶を製造している。この場合、第１のＧａＮ結晶は、転位密度が小さく（≦１０５ｃｍ−２）高品質なＧａＮ結晶であるので、ＨＶＰＥ法によって第１のＧａＮ結晶上に結晶成長した第２のＧａＮ結晶も、転位密度が小さく（≦１０５ｃｍ−２）高品質なＧａＮ結晶となる。
【０１３５】
従来のＨＶＰＥ法のように、フラックス法で作製されたＧａＮ結晶を基板に用いない場合には、多くの結晶欠陥が含まれており、傾角粒界が存在することで塊状の高品質なＧａＮ結晶を製造することは困難であった。
【０１３６】
《ステップＳ１の詳細》
上記ステップＳ１の詳細な動作を説明するためのフローチャートが図１４に示されている。
【０１３７】
先ず、ガス供給管９０をガス供給管９１とガス供給管９２に分離し、Ａｒガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１を入れる。そして、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａを反応容器２０の融液溜め部２３に入れる（ステップＳ１１）。なお、Ａｒガスは、水分量が１ｐｐｍ以下であり、かつ、酸素量が１ｐｐｍ以下であるＡｒガスである（以下、同じ）。
【０１３８】
その後、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａ及び金属Ｇａを坩堝１０に入れる（ステップＳ１２）。この場合、金属Ｎａ及び金属Ｇａを５：５の混合比とする。
【０１３９】
そして、Ａｒガス雰囲気中でフローティングカバー３００を坩堝１０に入れ（ステップＳ１３）、金属Ｎａ及び金属Ｇａを入れた坩堝１０を反応容器２０内に設置する。
【０１４０】
引続いて、グローブボックスから坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１を取り出し、坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内にＡｒガスを充填した状態で坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１を結晶作製装置１００の所定位置に戻す。
【０１４１】
そして、ガス供給管９２をバルブ１１０に連結し、バルブ１１０を閉じた状態でバルブ１５０を開け、真空ポンプ１６０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内に充填されたＡｒガスを排気する。真空ポンプ１６０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内を所定の圧力（０．１３３Ｐａ以下）まで真空引きした後、バルブ１５０を閉じ、バルブ１１０を開けて窒素ガスをガスボンベ１３０からガス供給管９０を介して坩堝１０及び反応容器２０内へ充填する。この場合、圧力調整器１２０によって坩堝１０及び反応容器２０内の圧力が０．１ＭＰａ程度になるように坩堝１０及び反応容器２０内へ窒素ガスを供給する。
【０１４２】
そして、圧力センサ１７０によって検出した反応容器２０内の圧力が０．１ＭＰａ程度になると、バルブ１１０を閉じ、バルブ１５０を開けて真空ポンプ１６０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内に充填された窒素ガスを排気する。この場合も、真空ポンプ１６０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内を所定の圧力（０．１３３Ｐａ以下）まで真空引きする。
【０１４３】
そして、この坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内の真空引きと坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内への窒素ガスの充填とを数回繰り返し行なう。
【０１４４】
その後、真空ポンプ１６０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内を所定の圧力まで真空引きした後、バルブ１５０を閉じ、バルブ１１０を開けて圧力調整器１２０によって坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内の圧力が１．０１ＭＰａになるように坩堝１０、反応容器２０及びガス供給管９１内へ窒素ガスを充填する（ステップＳ１４）。
【０１４５】
その後、加熱装置５０，６０によって坩堝１０及び反応容器２０を８００℃（＝結晶成長温度）に加熱し（ステップＳ１５）、加熱／冷却器７０によって、アルカリ金属融液２８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａが混合融液２７０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａに略一致する蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに、アルカリ金属融液２８０の温度を制御する（ステップＳ１６）。
【０１４６】
また、加熱／冷却器８０によって、窒素ガスを供給するガス供給管９０のうち、坩堝１０及び反応容器２０の空間２４に近い領域（＝融液凝集部９０Ａ）の温度を凝集温度Ｔｃｏｈに制御する（ステップＳ１７）。
【０１４７】
この場合、融液溜め部２３に保持された金属Ｎａは、融点が約９８℃であるので、融液溜め部２３が蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに加熱される過程で溶融され、アルカリ金属融液２８０になる。そして、気液界面１が発生する（図２参照）。気液界面１は、アルカリ金属融液２８０と反応容器２０内の空間２４との界面に位置する。
【０１４８】
また、坩堝１０及び反応容器２０が８００℃に加熱される過程で、坩堝１０内の金属Ｎａ及び金属Ｇａも液体になり、金属Ｎａと金属Ｇａとの混合融液２７０が坩堝１０内に発生する。そして、フローティングカバー３００は、発生した混合融液２７０の表面に浮かび、支持装置４０との間で隙間を形成する。
【０１４９】
融液溜め部２３の温度が蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに近づき、かつ、坩堝１０の温度が８００℃に近づくに従って、アルカリ金属融液２８０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ及び混合融液２７０から蒸発する金属Ｎａの蒸気圧ＰＮａ−Ｇａは、徐々に高くなり、反応容器２０内の空間２４に存在する金属Ｎａ蒸気が増加する。空間２４に存在する金属Ｎａ蒸気の一部は、坩堝１０及び反応容器２０の温度よりも低温である融液凝集部９０Ａへ拡散し、融液凝集部９０Ａでアルカリ金属融液２９０として凝集する。そして、蒸気圧ＰＮａが蒸気圧ＰＮａ−Ｇａに略一致する。
【０１５０】
その後、上下機構２４０は、上述した方法によって、種結晶を混合融液２７０に浸漬させる（ステップＳ１８）。そして、坩堝１０及び反応容器２０の温度が８００℃程度の高温状態では、空間２４内の窒素ガスが金属Ｎａを媒介として混合融液２７０中へ取り込まれていることから、ＧａＮ結晶６の種結晶５からの結晶成長が開始される。このときの坩堝１０及び反応容器２０の温度及び反応容器２０内の窒素ガス圧力は、領域ＲＥＧ３に存在する温度及び圧力である。
【０１５１】
その後、所定の時間（数時間）、坩堝１０及び反応容器２０の温度が８００℃に保持され、融液溜め部２３のアルカリ金属融液２８０の温度が蒸発抑制温度Ｔｅｖｃに保持され、融液凝集部９０Ａの温度が凝集温度Ｔｃｏｈに保持される（ステップＳ１９）。
【０１５２】
ＧａＮ結晶の結晶成長が開始されると、ＧａＮ結晶の温度Ｔ５が上述した方法によって混合融液２７０の温度（＝８００℃）よりも低い温度Ｔｓ１又はＴｓ２に設定される（ステップＳ２０）。
【０１５３】
ＧａＮ結晶の成長が進行すると、空間２４内の窒素ガスが消費され、空間２４内の窒素ガスが減少する。そうすると、空間２４内の圧力Ｐ１がガス供給管９０内の圧力Ｐ２よりも低くなり（Ｐ１＜Ｐ２）、空間２４内とガス供給管９０内との間に差圧が発生し、ガス供給管９１内の窒素ガスは、アルカリ金属融液２９０（＝金属Ｎａ融液）を介して空間２４内へ供給される。すなわち、窒素ガスが坩堝１０及び反応容器２０の空間２４へ補給される（ステップＳ２１）。このとき、アルカリ金属融液２９０がガス供給管９１の軸方向の断面全面を塞いで存在（バルブ１１０側と反応容器２０側を仕切るように存在）していても、アルカリ金属融液２９０が液体であるために、窒素ガスの差圧によってアルカリ金属融液２９０を押しのけるようにして、窒素ガスが反応容器２０内の空間２４に導入されることとなる。
【０１５４】
その後、ＧａＮ結晶６が混合融液２７０に接触するように、上述した方法によってＧａＮ結晶６を移動させる（ステップＳ２２）。これによって、大きなサイズを有するＧａＮ結晶６が成長する。
【０１５５】
そして、所定の時間が経過すると、坩堝１０及び反応容器２０の温度が降温されて（ステップＳ２３）、フラックス法による第１のＧａＮ結晶の作製が終了し、ステップＳ２へ移行する。
【０１５６】
なお、ステップＳ２３の後、融液溜め部２３の温度は、凝集温度Ｔｃｏｈに保持され、融液凝集部９０Ａの温度は、蒸発促進温度Ｔｅｖに保持される。その結果、アルカリ金属融液２９０は、気相輸送によって融液凝集部９０Ａから融液溜め部２３へ移動される。そして、図１４に示されるフローチャートに従って、次回のフラックス法によるＧａＮ結晶の作製が行なわれる。
【０１５７】
このように、ガス供給管９０内の融液凝集部９０Ａに溜まったアルカリ金属融液２９０が反応容器２０内の融液溜め部２３へ移動された状態で次回のフラックス法によるＧａＮ結晶を作製するための原料の仕込みが行なわれる。
【０１５８】
ここでは、領域ＲＥＧ３に含まれる温度及び圧力を用いて第１のＧａＮ結晶を作製する場合について説明したが、これに限らず、第１のＧａＮ結晶は、領域ＲＥＧ２や領域ＲＥＧ４に含まれる温度及び圧力を用いて作製されても良い。。この場合、支持装置４０の一端には、種結晶５が固定されず、支持装置４０の一端が混合融液２７０の表面に接触又は混合融液２７０に浸漬される。そして、複数の結晶核が支持装置４０の一端に形成され、その形成された複数の結晶核が幾何学的選別作用により、最終的に１つの結晶となり、ＧａＮ結晶６が結晶成長することとなる。
【０１５９】
また、領域ＲＥＧ２や領域ＲＥＧ４では、ＧａＮ結晶６を支持装置４０の一端に結晶成長させるだけではなく、坩堝１０の混合融液２７０に接する底面及び側面に結晶成長させることもできる。さらに、領域ＲＥＧ４では、大きな板状のＧａＮ結晶６が混合融液２７０の表面に浮いて成長する。
【０１６０】
領域ＲＥＧ３に含まれる温度及び圧力を用いて種結晶５からＧａＮ結晶を製造する場合、新たな結晶核が発生しないため、支持装置４０の底面４１Ｂに固定されている種結晶５からのみ、ＧａＮ結晶６が結晶成長し、それ以外の領域においてＧａＮ結晶が結晶成長することがない。その結果、フローティングカバー３００の下面及び坩堝１０の内壁には、結晶核が付着せず、フローティングカバー３００は、混合融液２７０の増減に伴って上下動が可能である。
【０１６１】
《ステップＳ３の詳細》
ステップＳ３の詳細な動作を説明するためのフローチャートが図１５に示されている。
【０１６２】
前記ステップＳ２の後、スライス及び研磨された第１のＧａＮ結晶がサセプタ５０７上に保持され（ステップＳ３１）、金属ＧａがＧａ溜部５０５に入れられる。
【０１６３】
そして、ヒータ５０２は、反応炉５０１を８００〜１０５０℃に加熱し（ステップＳ３２）、原料ガス（ＮＨ３＋Ｈ２，ＨＣｌ＋Ｈ２）が反応炉５０１に供給される（ステップＳ３３）。
【０１６４】
そうすると、第１のＧａＮ結晶上に第２のＧａＮ結晶が結晶成長し（ステップＳ３４）、塊状のＧａＮ結晶が製造される。そして、ステップＳ３の工程が終了し、ステップＳ４の工程に進む。
【０１６５】
なお、第１のＧａＮ結晶から複数のＧａＮウエハを作製し、その作製した複数のＧａＮウエハを別々の結晶成長装置５００に入れて塊状のＧａＮ結晶を製造することにより、ＧａＮ基板を量産することができる。
【０１６６】
また、塊状のＧａＮ結晶をスライスするとき、第２のＧａＮ結晶の部分のみをスライスし、第１のＧａＮ結晶を繰り返し用いても良い。
【０１６７】
さらに、ＨＶＰＥにより成長した第２のＧａＮ結晶からスライス及び研磨されたＧａＮウエハを、更にＨＶＰＥの基板として用いても良い。すなわち、最初に転位密度が小さく傾角粒界の無いＧａＮ結晶を基板として用いた場合には、その上に成長したＧａＮ結晶も、また転位密度が小さく傾角粒界が無いため、第２のＧａＮ結晶を繰り返し基板として用いても良い。
【０１６８】
さらに、第１のＧａＮ結晶をスライスせずに、第１のＧａＮ結晶上に第２のＧａＮ結晶を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶を製造しても良い。
【０１６９】
この場合には、上記ステップＳ２の工程は省略され、上記ステップＳ３１では、フラックス法によって作製されたＧａＮ結晶（第１のＧａＮ結晶）がそのままサセプタに保持され、その後の工程に進むこととなる。
【０１７０】
《ＧａＮ基板の製造》
１．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ｍ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライス有り）について、図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）を用いて説明する。
【０１７１】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶８００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図１７（Ａ））。
【０１７２】
（２）ＧａＮ結晶８００をｍ面でスライスし、研磨してｍ面を主面とするＧａＮウエハ８０１を作製する（図１７（Ｂ））。
【０１７３】
（３）ＧａＮウエハ８０１のｍ面上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶８１０（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶８７０を製造する（図１７（Ｃ））。
【０１７４】
（４）塊状のＧａＮ結晶８７０を、ｍ面でスライスし（図１７（Ｄ））、研磨してｍ面を主面とするＧａＮ基板８１１〜８２０を製造する（図１７（Ｅ））。
【０１７５】
２．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ａ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライス有り）について、図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）を用いて説明する。
【０１７６】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶８００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図１８（Ａ））。
【０１７７】
（２）ＧａＮ結晶８００をａ面でスライスし、研磨してａ面を主面とするＧａＮウエハ８０２を作製する（図１８（Ｂ））。
【０１７８】
（３）ＧａＮウエハ８０２のａ面上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶８３０（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶８８０を製造する（図１８（Ｃ））。
【０１７９】
（４）塊状のＧａＮ結晶８８０を、ａ面でスライスし（図１８（Ｄ））、研磨してａ面を主面とするＧａＮ基板８３１〜８４０を製造する（図１８（Ｅ））。
【０１８０】
３．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ｃ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライス有り）について、図１９（Ａ）〜図１９（Ｅ）を用いて説明する。
【０１８１】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶８００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図１９（Ａ））。
【０１８２】
（２）ＧａＮ結晶８００をｃ面でスライスし、研磨してｃ面を主面とするＧａＮウエハ８０３を作製する（図１９（Ｂ））。
【０１８３】
（３）ＧａＮウエハ８０３のｃ面上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶８５０（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶８９０を製造する（図１９（Ｃ））。
【０１８４】
（４）塊状のＧａＮ結晶８９０を、ｃ面でスライスし（図１９（Ｄ））、研磨してｃ面を主面とするＧａＮ基板８５１〜８５７を製造する（図１９（Ｅ））。
【０１８５】
４．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ４の条件で作製され、ｃ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライスなし）について、図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）を用いて説明する。
【０１８６】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ４の温度圧力条件で混合融液２７０の表面に結晶を浮かせて大きな板状のＧａＮ結晶８０４（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図２０（Ａ））。
【０１８７】
（２）ＧａＮ結晶８０４のｃ面を研磨する。
【０１８８】
（３）ＧａＮ結晶８０４のｃ面上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶８６０（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、塊状のＧａＮ結晶８９５を製造する（図２０（Ｂ））。
【０１８９】
（４）塊状のＧａＮ結晶８９５を、ｃ面でスライスし（図２０（Ｃ））、研磨してｃ面を主面とするＧａＮ基板８６１〜８６７を製造する（図２０（Ｄ））。
【０１９０】
５．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ｃ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライスなし）について、図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）を用いて説明する。
【０１９１】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶９００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図２１（Ａ））。
【０１９２】
（２）ＧａＮ結晶９００上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、ＧａＮ結晶９００が内包された塊状のＧａＮ結晶９１０を製造する（図２１（Ｂ））。
【０１９３】
（３）塊状のＧａＮ結晶９１０を、ｃ面でスライスし（図２１（Ｃ））、研磨してｃ面を主面とするＧａＮ基板９１１〜９２２を製造する（図２１（Ｄ））。
【０１９４】
６．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ｍ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライスなし）について、図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）を用いて説明する。
【０１９５】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶９００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図２２（Ａ））。
【０１９６】
（２）ＧａＮ結晶９００上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶を結晶成長（第２のＧａＮ結晶）させ、ＧａＮ結晶９００が内包された塊状のＧａＮ結晶９１０を製造する（図２２（Ｂ））。
【０１９７】
（３）塊状のＧａＮ結晶９１０を、ｍ面でスライスし（図２２（Ｃ））、研磨してｍ面を主面とするＧａＮ基板９３０〜９３３を製造する（図２２（Ｄ））。
【０１９８】
７．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ３の条件で作製され、ｍ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライスなし）について、図２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）を用いて説明する。
【０１９９】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ３の温度圧力条件で、種結晶を用いてｃ軸に伸びた六角柱状のＧａＮ結晶９００（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図２３（Ａ））。
【０２００】
（２）ＧａＮ結晶９００上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、ＧａＮ結晶９００が内包された塊状のＧａＮ結晶９１０を製造する（図２３（Ｂ））。
【０２０１】
（３）塊状のＧａＮ結晶９１０を、ａ面でスライスし（図２３（Ｃ））、研磨してａ面を主面とするＧａＮ基板９４０〜９４５を製造する（図２３（Ｄ））。
【０２０２】
８．第１のＧａＮ結晶が領域ＲＥＧ４の条件で作製され、ｃ面を主面とするＧａＮ基板を製造する場合（第１のＧａＮ結晶のスライスなし）について、図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ））を用いて説明する。
【０２０３】
（１）フラックス法で、領域ＲＥＧ４の温度圧力条件で、混合融液２７０の表面に結晶を浮かせて板状のＧａＮ結晶９０１（第１のＧａＮ結晶）を作製する（図２４（Ａ））。
【０２０４】
（２）ＧａＮ結晶９０１上に、ＨＶＰＥ法によってＧａＮ結晶（第２のＧａＮ結晶）を結晶成長させ、ＧａＮ結晶９０１が内包された塊状のＧａＮ結晶９５０を製造する（図２４（Ｂ））。
【０２０５】
（３）塊状のＧａＮ結晶９５０を、ｃ面でスライスし（図２４（Ｃ））、研磨してｃ面を主面とするＧａＮ基板９５１〜９５８を製造する（図２４（Ｄ））。
【０２０６】
なお、第１のＧａＮ結晶が板状のときに、該第１のＧａＮ結晶の主面の結晶面と、塊状のＧａＮ結晶からスライスされたＧａＮ基板の主面の結晶面とが、互いに異なっていても良い。すなわち、所望の（任意の）結晶面を主面とするＧａＮ基板を製造することができる。
【０２０７】
以上の説明から明らかなように、本実施形態に係る製造装置１０００では、上記塊状のＧａＮ結晶の製造にて、本発明に係る結晶製造方法が実施されている。また、上記ＧａＮ基板の製造にて、本発明に係る基板製造方法が実施されている。
【０２０８】
以上説明したように、本実施形態に係る製造装置１０００によると、アルカリ金属ＮａとＩＩＩ族金属Ｇａとを含む混合融液に窒素ガスを供給して第１のＧａＮ結晶を作製する結晶作製装置１００と、結晶作製装置１００で作製された第１のＧａＮ結晶上に、ＨＶＰＥ法を用いて第２のＧａＮ結晶を結晶成長させる結晶成長装置５００とを備えている。そこで、第１のＧａＮ結晶が均質で転位密度が小さく（≦１０５ｃｍ−２）高品質であり、その第１のＧａＮ結晶上に第２のＧａＮ結晶が結晶成長するので、第２のＧａＮ結晶は、均質で高品質に結晶成長することができる。従って、均質で高品質な塊状のＧａＮ結晶を安価に製造することが可能となる。そして、均質で高品質で安価な塊状のＧａＮ結晶を実現することが可能となる。
【０２０９】
また、第２のＧａＮ結晶の結晶成長速度は、第１のＧａＮ結晶の結晶成長速度よりも速くすることができるため、均質で高品質な塊状のＧａＮ結晶を短い時間で製造することが可能となる。
【０２１０】
また、ＧａＮ基板は、均質で高品質な塊状のＧａＮ結晶をスライスして作製されているため、ｃ面（極性面）、ｍ面（無極性面）、ａ面（無極性面）、その他の非極性面等の所望の（任意の）結晶面を主面とする高品質で大面積のＧａＮ基板を安価に製造することが可能となる。そして、所望の結晶面を主面とする高品質で安価な窒化ガリウム基板を実現することが可能となる。
【０２１１】
なお、上記実施形態では、フラックス法において結晶成長温度が８００℃の場合について説明したが、これに限らず、フラックス法における結晶成長温度は、領域ＲＥＧ２，ＲＥＧ３に含まれる結晶成長温度であれば良い。また、窒素ガス圧力は、領域ＲＥＧ２，ＲＥＧ３に含まれる圧力であれば良い。
【０２１２】
また、結晶作製装置は、前記結晶作製装置１００から、前記振動印加装置２３０、前記上下機構２４０及び前記振動検出装置２５０を削除したものであっても良い。この場合には、ＧａＮ結晶６は、上下方向へ移動されないが、坩堝１０内に入れられた金属Ｎａ及び金属Ｇａが融けた状態で支持装置４０の底面４１Ｂが混合融液２７０に接触するように支持装置４０がセットされる。従って、種結晶５からＧａＮ結晶６が結晶成長する。その結果、大きいサイズのＧａＮ結晶を作製できる。
【０２１３】
また、結晶作製装置は、前記結晶作製装置１００から、前記配管１８０、前記熱電対１９０、前記ガス供給管２００、前記流量計２１０及び前記ガスボンベ２２０を削除したものであっても良い。この場合には、ＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、ＧａＮ結晶の結晶成長中、混合融液２７０の温度よりも低温に制御されないが、ＧａＮ結晶６は、支持装置４０によって混合融液２７０に接触されるので、ＧａＮ結晶６は、混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動が抑制された状態で種結晶５から成長する。その結果、大きなサイズのＧａＮ結晶を作製できる。
【０２１４】
また、結晶作製装置は、前記結晶作製装置１００から、前記配管１８０、前記熱電対１９０、前記ガス供給管２００、前記流量計２１０、前記ガスボンベ２２０、前記振動印加装置２３０、前記上下機構２４０及び前記振動検出装置２５０を削除したものであっても良い。この場合には、ＧａＮ結晶６は、上下方向へ移動されず、ＧａＮ結晶６の温度Ｔ５は、混合融液２７０の温度よりも低い温度に制御されないが、坩堝１０内に入れられた金属Ｎａ及び金属Ｇａが融けた状態で混合融液２７０に接触するようにＧａＮ結晶６が支持装置４０によって支持される。従って、ＧａＮ結晶６は、混合融液２７０中の金属Ｎａと金属Ｇａとの混合比の変動が抑制された状態で種結晶５から成長する。その結果、大きいサイズのＧａＮ結晶を作製できる。
【０２１５】
さらに、上記実施形態では、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａ及び金属Ｇａを坩堝１０に入れ、Ａｒガス雰囲気中で金属Ｎａを融液溜め部２３及び／又は融液凝集部９０Ａに入れる場合について説明したが、これに限らず、例えば、Ｈｅ、Ｎｅ及びＫｒ等のＡｒガス以外のガス又は窒素ガス雰囲気中で金属Ｎａ及び金属Ｇａを坩堝１０に入れ、金属Ｎａを融液溜め部２３及び／又は融液凝集部９０Ａに入れても良い。一般的には、不活性ガス又は窒素ガス雰囲気中で金属Ｎａ及び金属Ｇａを坩堝１０に入れ、金属Ｎａを融液溜め部２３及び／又は融液凝集部９０Ａに入れれば良い。そして、この場合、不活性ガス又は窒素ガスは、水分量が１ｐｐｍ以下であり、かつ、酸素量が１ｐｐｍ以下とする。
【０２１６】
さらに、上記実施形態では、金属Ｇａと混合される金属がＮａの場合について説明したが、これに限らず、例えば、リチウム（Ｌｉ）及びカリウム（Ｋ）等のアルカリ金属、又はマグネシウム（Ｍｇ）、カルシウム（Ｃａ）及びストロンチウム（Ｓｒ）等のアルカリ土類金属であっても良い。
【０２１７】
さらに、上記実施形態において、窒素ガスに代えて、アジ化ナトリウム及びアンモニア等の窒素を構成元素に含む化合物を用いても良い。
【０２１８】
さらに、上記実施形態では、ＩＩＩ族金属がＧａの場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、ＩＩＩ族金属として、ボロン（Ｂ）、アルミニウム（Ａｌ）、インジウム（Ｉｎ）等を用いても良い。
【０２１９】
従って、結晶作製装置は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属とＩＩＩ族金属（ボロンを含む）との混合融液を用いてＩＩＩ族窒化物結晶を作製するものであれば良い。
【０２２０】
また、上記実施形態において、ＨＶＰＥのキャリアガスとして、Ｈ２以外にＮ２又はその混合ガスを用いても良い。また、結晶成長温度もＧａＮ結晶が成長可能な温度であれば適応可能である。
【０２２１】
また、上記実施形態では、気相成長方法としてＨＶＰＥを用いる場合について説明したが、これに限らず、その他の気相成長方法も適応可能である。例えば、ガリウム水素化物（ＧａＨ）とアンモニアを原料とするＧａＨ−ＶＰＥや、Ｇａ２Ｏ３を炭素熱還元窒化してアンモニアと反応させＧａＮを結晶成長する方法や、昇華法等の気相成長法が適用できる。
【０２２２】
そして、製造装置１０００を用いて製造されたＧａＮ基板は、発光ダイオード、半導体レーザ、フォトダイオード及びトランジスタ等の半導体デバイスの作製に用いられる。
【０２２３】
今回開示された実施の形態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、上記した実施形態の説明では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及び範囲内で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】
【０２２４】
以上説明したように、本発明の製造装置及び結晶製造方法によれば、均質で高品質な塊状のＩＩＩ族窒化物結晶を安価に製造するのに適している。また、本発明の基板製造方法によれば、所望の結晶面を主面とするＩＩＩ族窒化物基板を安価に製造するのに適している。また、本発明の窒化ガリウム結晶によれば、均質で高品質で安価な塊状の窒化ガリウム結晶を得るのに適している。また、本発明の窒化ガリウム基板によれば、所望の結晶面を主面とする高品質で安価な窒化ガリウム基板を得るのに適している。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】本発明の一実施形態に係る製造装置の概略ブロック図である。
【図２】図１における結晶作製装置の構成を説明するための図である。
【図３】図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、いずれも図２における支持装置、配管及び熱電対の拡大図である。
【図４】図２における上下機構を説明するための図である。
【図５】振動検出信号のタイミングチャートである。
【図６】図２におけるフローティングカバーの平面図である。
【図７】坩堝、反応容器、融液溜め部及び融液凝集部の温度のタイミングチャートである。
【図８】図８（Ａ）及び図８（Ｂ）は、いずれも図７で示されるタイミングｔ１，ｔ３間での坩堝、反応容器、融液溜め部及び融液凝集部内の状態変化を説明するための図である。
【図９】図７で示されるタイミングｔ３での坩堝及び反応容器内の状態を説明するための図である。
【図１０】ＧａＮ結晶の温度と窒素ガスの流量との関係を説明するための図である。
【図１１】ＧａＮ結晶を成長させる場合の窒素ガス圧と混合融液温度との関係を説明するための図である。
【図１２】図１における結晶成長装置の構成を説明するための図である。
【図１３】図１の製造装置を用いたＧａＮ結晶の製造方法を説明するためのフローチャートである。
【図１４】図１３におけるステップＳ１の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１５】図１３におけるステップＳ３の詳細を説明するためのフローチャートである。
【図１６】図１６（Ａ）〜図１６（Ｃ）は、いずれも塊状のＧａＮ結晶の製造方法を説明するための図である。
【図１７】図１７（Ａ）〜図１７（Ｅ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例１を説明するための図である。
【図１８】図１８（Ａ）〜図１８（Ｅ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例２を説明するための図である。
【図１９】図１９（Ａ）〜図１９（Ｅ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例３を説明するための図である。
【図２０】図２０（Ａ）〜図２０（Ｄ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例４を説明するための図である。
【図２１】図２１（Ａ）〜図２１（Ｄ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例５を説明するための図である。
【図２２】図２２（Ａ）〜図２２（Ｄ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例６を説明するための図である。
【図２３】図２３（Ａ）〜図２３（Ｄ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例７を説明するための図である。
【図２４】図２４（Ａ）〜図２４（Ｄ）は、いずれもＧａＮ基板の製造方法の例８を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２２６】
４…窒素ガス（窒素原料ガス）、５…種結晶、６…ＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）、１００…結晶作製装置、５００…結晶成長装置、１０００…製造装置、２７０…混合融液、２８０，２９０…アルカリ金属融液、５０９…ＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）、６６１〜６６７…ＧａＮウエハ（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）、６７０…ＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶）、７００、８７０、８８０、８９０、８９５、９１０、９５０…ＧａＮ結晶（塊状のＩＩＩ族窒化物結晶）、８００、９００、９０１…第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）、８０１、８０２、８０３、８０４…ＧａＮウエハ（第１のＩＩＩ族窒化物結晶）、８１０、８３０、８５０、８６０…第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶）、８１１、８１２、８１３、８１４、８１５、８１６、８１７、８１８、８１９、８２０、８３１、８３２、８３３，８３４，８３５，８３６，８３７，８３８，８３９、８４０、８５１、８５２、８５３、８５４、８５５、８５６、８５７、８６１、８６２、８６３、８６４、８６５、８６６、８６７、９１１、９１２、９１３、９１４、９１５、９１６、９１７、９１８、９１９、９２０、９２１、９２２、９３０、９３１、９３２、９３３、９４０、９４１、９４２、９４３、９４４、９４５、９５１、９５２、９５３、９５４、９５５、９５６、９５７、９５８…ＧａＮ基板。
【図１】
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【図２】
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【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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