(57)【要約】【課題】  混合融液表面近傍において、混合融液表面を覆う結晶集合体の形成を抑制し、安定してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行なう。【解決手段】  反応容器１１内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液２５を形成し、該混合融液２５と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるときに、混合融液２５の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御し、ＩＩＩ族窒化物２４の結晶成長を行う。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行う事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項２】
請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度の制御は、前記混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度を制御することによって行う事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項３】
請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質は気体として反応容器内に導入され、混合融液の表面から混合融液中へ窒素が供給されてＩＩＩ族窒化物が結晶成長するようになっており、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度の制御を、窒素を含む物質の圧力を制御することで行う事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項４】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液の温度が所定の結晶成長温度に達した後に、窒素を含む物質を反応容器内に導入し、該窒素を含む物質の圧力を、制御された速度で増加して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項５】
請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質の圧力を結晶が成長開始する時点では一定にして、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項６】
反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、窒素を含む物質の圧力を一定に保つ機構を備えていることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項７】
請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、ガス導入時の混合融液表面近傍の温度を制御してＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項８】
請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記ガスを、制御された速度で、反応容器内に導入する事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項９】
請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、前記ガスは温度が制御されている事を特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１０】
反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、反応容器内へ加熱したガスを供給する機構を備えていることを特徴とする結晶成長装置。
【請求項１１】
反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、該混合融液中のアルカリ金属とＩＩＩ族金属の比率を、制御された比率で、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１２】
請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、板状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１３】
請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、柱状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、種結晶にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液表面近傍にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項１６】
請求項１２，請求項１３，または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、板状ＧａＮ単結晶であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項１７】
請求項１３，請求項１４または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、柱状ＧａＮ単結晶であることを特徴とするＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項１８】
請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いたことを特徴とする半導体デバイス。
【請求項１９】
請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶上に積層した半導体積層構造を有する発光素子であることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２０】
請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された受光素子であることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２１】
請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された電子デバイスであることを特徴とする半導体デバイス。
【請求項２２】
請求項１８乃至請求項２１のいずれか一項に記載の半導体デバイスを具備したことを特徴とするシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶およびＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法および結晶成長装置および半導体デバイスおよびシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、紫〜青〜緑色光源として用いられているＩｎＧａＡｌＮ系（ＩＩＩ族窒化物）デバイスは、その殆どがサファイアあるいはＳｉＣ基板上に、ＭＯ−ＣＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（分子線結晶成長法）等を用いた結晶成長により作製されている。サファイアやＳｉＣを基板として用いた場合の問題点としては、ＩＩＩ族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいことに起因する結晶欠陥が多くなることが挙げられる。サファイア基板上に結晶成長したＩＩＩ族窒化物結晶では、転位密度は１０８〜１０１０ｃｍ−２程度と非常に大きい。これはデバイス特性に悪影響を及ぼす。例えば発光デバイスでは、寿命を長くすることが困難であったり、発光効率の低下や、動作電力が大きくなったりするという欠点につながっている。従って、高出力な発光素子は実用化が阻まれている。また、受光デバイスでは、暗電流が大きくなり、ノイズが増加するためＳ／Ｎ比が下がる。また、電子デバイスでは、結晶中の貫通転位は電極材料の異常拡散や高電界下において短絡を引き起こす原因となる。
【０００３】
更に、サファイア基板の場合には絶縁性であるために、従来の発光デバイスのように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その結果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながるという問題点がある。また、サファイア基板上に作製した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）で必要とされる共振器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現在は、ドライエッチングによる共振器端面形成や、あるいは、サファイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行っている。この場合にも、従来のＬＤのような共振器端面とチップ分離を単一工程で、容易に行うことが不可能であり、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。
【０００４】
これらの問題を解決するために、サファイア基板上でのＩＩＩ族窒化物半導体膜の選択横方向成長やその他の工夫を行うことで、結晶欠陥を低減させることが提案されている。この手法では、サファイア基板上にＧａＮ膜を選択横方向成長しない場合に比較して、結晶欠陥を低減させることが可能となっているが、サファイア基板を用いることに依る、絶縁性と劈開に関する前述の問題は依然として残っている。更には、工程が複雑化すること、及びサファイア基板とＧａＮ薄膜という異種材料の組み合わせに伴う基板の反りという問題が生じる。これらは高コスト化につながっている。
【０００５】
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ＧａＮ基板が最も適切である。そのため、気相成長，融液成長等によりバルクＧａＮの結晶成長の研究がなされている。しかし、未だ高品質で且つ実用的な大きさを有するＧａＮ基板は実現されていない。
【０００６】
例えば非特許文献１（第１の従来技術）では、ＧａＮのバルク結晶を成長させ、それをホモエピタキシャル基板として用いることを提案している。これは、１４００〜１７００℃の高温、及び数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中で、液体ＧａからＧａＮを結晶成長する手法である。
【０００７】
この場合には、このバルク成長したＧａＮ基板を用いて、デバイスに必要なＩＩＩ族窒化物半導体膜を成長することが可能となる。従って、工程が複雑化することなく、ＧａＮ基板を実現できる。しかし、この場合の欠点としては、高温，高圧中での結晶成長が必要となり、それに耐えうる反応容器が極めて高価になるという問題がある。また、この方法で成長した結晶は、Ｃ面を主面とする板状結晶で、主面の差し渡しの大きさは１ｃｍ程度となるが、厚さは高々２０〜３０μｍと薄く、デバイス作製プロセス中に割れてしまうなどの問題がある。
【０００８】
ＧａＮ基板を実現する別の手法として、非特許文献２（第２の従来技術）では、Ｎａをフラックスとして用いたＧａＮ結晶成長方法が提案されている。この方法は、アジ化ナトリウム（ＮａＮ３）と金属Ｇａを原料として、ステンレス製の反応容器（容器内寸法；内径＝７．５ｍｍ、長さ＝１００ｍｍ）に窒素雰囲気で封入し、その反応容器を６００〜８００℃の温度で２４〜１００時間保持することにより、ＧａＮ結晶を成長させるものである。
【０００９】
この第２の従来技術の場合には、６００〜８００℃と比較的低温での結晶成長が可能であり、容器内圧力も高々１００ｋｇ／ｃｍ２程度と比較的圧力が低く、実用的な成長条件であることが特徴である。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶の大きさが１ｍｍに満たない程度に小さい点である。
【００１０】
これまで、本願の発明者らは、例えば、特許文献１（従来技術３）、特許文献２（従来技術４）、特許文献３（従来技術５）、特許文献４（従来技術６）に示されている発明を案出している。
【００１１】
ここで、特許文献１（従来技術３）には、Ｖ族原料を安定に供給する発明が示されている。また、特許文献２（従来技術４）には、種結晶を用いて成長する方法が示されている。また、特許文献３（従来技術５）には、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属の化合物からＩＩＩ族原料を供給してＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行うことが示されている。また、特許文献４（従来技術６）には、立方晶のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法が示されている。
【００１２】
これらの結晶成長方法では、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む混合融液に、窒素を含む物質を反応容器外部から供給し、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させている。
【００１３】
以下、特許文献１（従来技術３）の発明を図面に基づいて説明する。図１５は特許文献１（従来技術３）の結晶成長装置の構成例を示す図である。図１５を参照すると、反応容器１０１内には、ＩＩＩ族金属（例えば、Ｇａ（ガリウム））とフラックス（例えば、金属ＮａあるいはＮａを含む化合物（アジ化ナトリウムなど））との混合融液１０２が収容されている。また、反応容器１０１には、結晶成長可能な温度に制御可能な加熱装置１０５が具備されている。
【００１４】
また、反応容器１０１内の気体と融液１０２の境界領域である気液界面１１３に接するように、種結晶（例えば、ＧａＮ結晶）１０３が設けられている。
【００１５】
また、窒素原料としては窒素ガスが用いられ、窒素ガスを反応容器１０１内に供給するため、反応容器１０１の外部には、第１のガス供給装置１２０が設けられている。ここで、第１のガス供給装置１２０は、気体の窒素原料を貯めておくための第１のシリンダー１１０と、第１のバルブ１１１とにより構成されている。これにより、窒素ガスは、窒素ガスが充填された第１のガス供給装置１２０の第１のシリンダー１１０から窒素供給管１０６を介して、反応容器１０１外から反応容器１０１内に供給可能となっている。
【００１６】
また、窒素圧力を調整するために、圧力調整機構が窒素供給管１０６の途中に設けられている。この窒素ガスの圧力調整機構は、圧力センサー１０７及び圧力調整弁１０８から構成されており、圧力センサー１０７で測定された圧力情報がケーブル１０９を介して圧力調整弁１０８に伝わり、圧力調整弁１０８で圧力調整がなされ、反応容器１０１内の窒素圧力が所望の値に設定されるようになっている。
【００１７】
窒素ガスが充填された第１のシリンダー１１０内の窒素ガス圧力は、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）結晶が、結晶成長する際に生じる反応容器１０１内の圧力以上になるように、窒素ガスが充填されている。
【００１８】
従って、窒素原料としての窒素ガスは、第１のシリンダー１１０から供給され、圧力調整機構で窒素原料のガス圧力が調整されて、反応容器１０１内に供給される。
【００１９】
このような構成の結晶成長装置を使用して、結晶成長可能な成長温度、窒素圧力、Ｎａ量の条件下において、種結晶１０３を核としてＩＩＩ族窒化物結晶（例えばＧａＮ結晶）が成長し、アルカリ金属（例えばＮａ）とＩＩＩ族金属（例えば、Ｇａ（ガリウム））を含む融液１０２と外部から供給される窒素ガスとを原料として、時間経過と共にＩＩＩ族窒化物結晶の大きさが大きくなっていく。
【００２０】
このように、特許文献１（従来技術３）の発明では、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属（例えばＮａ）が十分ある状態で、窒素原料である窒素ガスを外部から供給することで、継続的なＩＩＩ族窒化物結晶（ＧａＮ結晶）の成長が可能となり、ＩＩＩ族窒化物結晶（ＧａＮ結晶）を所望の大きさに成長させることが可能となっている。
【００２１】
同様に、特許文献２（従来技術４）、特許文献３（従来技術５）、特許文献４（従来技術６）の発明においても、窒素原料は反応容器の外部から供給され、継続的なＩＩＩ族窒化物結晶（ＧａＮ結晶）の成長が行われる。
【００２２】
しかしながら、これらの発明（従来技術３、４、５、６）では、いずれも、多数の結晶で構成される結晶集合体が混合融液表面を覆う場合があった。このため、混合融液中のＩＩＩ族金属が結晶集合体の形成のために消費され、原料が枯渇し、所望の結晶が大きくならないといった事や、混合融液表面近傍で所望の結晶を成長することができなくなるという問題があった。
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｇｒｏｗｔｈ，  Ｖｏｌ．１８９／１９０，  １５３−１５８（１９９８）
【非特許文献２】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｖｏｌ．９  （１９９７）  ４１３−４１６
【特許文献１】特開２００１−６４０９７号公報
【特許文献２】特開２００１−６４０９８号公報
【特許文献３】特開２００１−１０２３１６号公報
【特許文献４】特開２００１−１１９１０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
本発明は、混合融液表面近傍において、混合融液表面を覆う結晶集合体の形成を抑制し、安定してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行なうことの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法および結晶成長装置を提供することを目的としている。また、本発明は、大型の高品質な単結晶のＩＩＩ族窒化物結晶を提供することを目的としている。また、本発明は、高品質なＩＩＩ族窒化物を用いた高性能，高信頼性の半導体デバイスを提供することを目的としている。また、本発明は、高品質なＩＩＩ族窒化物を用いた高性能，高信頼性の半導体デバイスを利用した高性能のシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行う事を特徴としている。
【００２５】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度の制御は、前記混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度を制御することによって行う事を特徴としている。
【００２６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質は気体として反応容器内に導入され、混合融液の表面から混合融液中へ窒素が供給されてＩＩＩ族窒化物が結晶成長するようになっており、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度の制御を、窒素を含む物質の圧力を制御することで行う事を特徴としている。
【００２７】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液の温度が所定の結晶成長温度に達した後に、窒素を含む物質を反応容器内に導入し、該窒素を含む物質の圧力を、制御された速度で増加して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００２８】
また、請求項５記載の発明は、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質の圧力を結晶が成長開始する時点では一定にして、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる事を特徴としている。
【００２９】
また、請求項６記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、窒素を含む物質の圧力を一定に保つ機構を備えていることを特徴としている。
【００３０】
また、請求項７記載の発明は、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、ガス導入時の混合融液表面近傍の温度を制御してＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる事を特徴としている。
【００３１】
また、請求項８記載の発明は、請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記ガスを、制御された速度で、反応容器内に導入する事を特徴としている。
【００３２】
また、請求項９記載の発明は、請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、前記ガスは温度が制御されている事を特徴としている。
【００３３】
また、請求項１０記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、反応容器内へ加熱したガスを供給する機構を備えていることを特徴としている。
【００３４】
また、請求項１１記載の発明は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、該混合融液中のアルカリ金属とＩＩＩ族金属の比率を、制御された比率で、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００３５】
また、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、板状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴としている。
【００３６】
また、請求項１３記載の発明は、請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、柱状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴としている。
【００３７】
また、請求項１４記載の発明は、請求項１２または請求項１３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、種結晶にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【００３８】
また、請求項１５記載の発明は、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液表面近傍にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【００３９】
また、請求項１６記載の発明は、請求項１２，請求項１３，または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、板状ＧａＮ単結晶であることを特徴としている。
【００４０】
また、請求項１７記載の発明は、請求項１３，請求項１４または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、柱状ＧａＮ単結晶であることを特徴としている。
【００４１】
また、請求項１８記載の発明は、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いたことを特徴とする半導体デバイスである。
【００４２】
また、請求項１９記載の発明は、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶上に積層した半導体積層構造を有する発光素子であることを特徴としている。
【００４３】
また、請求項２０記載の発明は、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された受光素子であることを特徴としている。
【００４４】
また、請求項２１記載の発明は、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された電子デバイスであることを特徴としている。
【００４５】
また、請求項２２記載の発明は、請求項１８乃至請求項２１のいずれか一項に記載の半導体デバイスを具備したことを特徴とするシステムである。
【発明の効果】
【００４６】
請求項１のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うので、混合融液表面近傍での多核発生が抑制され、従来問題であった、多数の結晶で構成される結晶集合体が形成されて混合融液表面を覆う事がなくなる。このため、混合融液中のＩＩＩ族金属が結晶集合体の形成に消費されて原料が枯渇し所望の結晶が大きくならないといった事や、融液表面近傍で所望の結晶を成長することができなくなるという問題が解決され、安定してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。
【００４７】
また、請求項２のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度の制御は、前記混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度を制御することによって行うようになっており、窒素原料の供給速度を制御することによって、容易に混合融液表面の過飽和度の増加速度を制御することができる。
【００４８】
また、請求項３のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１または請求項２記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質は気体として反応容器内に導入され、混合融液の表面から混合融液中へ窒素が供給されてＩＩＩ族窒化物が結晶成長するようになっており、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度の制御を、窒素を含む物質の圧力を制御することで行うようになっており、圧力の制御は制御性の良い方法が選択できるので、混合融液表面の窒素濃度の増加速度を容易に制御することができる。その結果、過飽和度の急激な増加を抑制することができ、多数の核発生を無くし、混合融液表面を覆う結晶集合体の形成を抑制することができる。
【００４９】
また、請求項４のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液の温度が所定の結晶成長温度に達した後に、窒素を含む物質を反応容器内に導入し、該窒素を含む物質の圧力を、制御された速度で増加して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、窒素原料となる窒素を含む物質の導入時の、混合融液表面近傍の混合融液中の窒素濃度の急激な増加による過飽和度の急激な増加を抑制することができる。なお、圧力の増加速度は圧力調整器等の制御性の良い方法が選択できるので、混合融液表面の過飽和度を容易に制御することができる。
【００５０】
また、請求項５のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項３記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質の圧力を結晶が成長開始する時点では一定にして、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、結晶が成長する温度では、窒素を含む物質の圧力の増加は起こらず、その結果、融液表面の過飽和度の急激な増大も発生せず、混合融液表面近傍での多核発生が抑制され、従来問題であった、多数の結晶で構成される結晶集合体が形成され、混合融液表面を覆う事がなくなる。
【００５１】
また、請求項６のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置によれば、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、窒素を含む物質の圧力を一定に保つ機構を備えているので、窒素を含む物質の圧力を増加させることなく、混合融液の温度を結晶成長温度に上げることができる。この装置を使用してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことにより、従来問題であった、多数の結晶で構成される結晶集合体が形成され、混合融液表面を覆う事がなくなり、混合融液中のＩＩＩ族金属が結晶集合体の形成に消費され、原料が枯渇し、所望の結晶が大きくならないといった事や、融液表面近傍で所望の結晶を成長することができなくなるという問題が解決され、安定してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。
【００５２】
また、請求項７のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、ガス導入時の混合融液表面近傍の温度を制御してＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるようになっており、温度の制御は制御性の良い方法が選択できるので、混合融液表面の過飽和度を容易に制御することができる。
【００５３】
また、請求項８のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項７のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記ガスを、制御された速度で、反応容器内に導入するので、ガスの導入にともない、混合融液の気液界面付近の温度が低下して混合融液表面近傍の過飽和度が急激に増加することが抑制され、混合融液表面に多数の結晶核が発生することがなくなる。なお、ガスの導入速度の制御は、圧力調整器等を使用することができるので、制御性良く行うことができる。
【００５４】
また、請求項９のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項７記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物の結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、前記ガスは温度が制御されているので、前記ガスの導入にともない、混合融液の気液界面付近の温度が低下して混合融液表面近傍の過飽和度が急激に増加することが抑制され、混合融液表面に多数の結晶核が発生することがなくなる。
【００５５】
また、請求項１０のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置によれば、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、反応容器内へ加熱したガスを供給する機構を備えているので、あらかじめ加熱されたガスを反応容器内に導入することができ、この結晶成長装置を使用してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことにより、ガス導入による混合融液の気液界面付近の温度が低下して混合融液表面近傍の過飽和度が急激に増加することが抑制され、混合融液表面に多数の結晶核が発生することがなくなる。
【００５６】
また、請求項１１のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、該混合融液中のアルカリ金属とＩＩＩ族金属の比率を、制御された比率で、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、混合融液表面に混合融液表面を覆う多数の結晶からなる結晶集合体が形成される事がなくなる。すなわち、従来問題であった、多数の結晶で構成される結晶集合体が形成され混合融液表面を覆う事がなくなり、混合融液中のＩＩＩ族金属が結晶集合体の形成に消費されて原料が枯渇し所望の結晶が大きくならないといった事や、融液表面近傍で所望の結晶を成長することができなくなるという問題が解決され、安定してＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。
【００５７】
また、請求項１２のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、板状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させるようになっており、この場合、混合融液表面が結晶集合体で覆われていないので、原料が枯渇することなく、安定して大面積の板状のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。そして、この方法で結晶成長した板状結晶を利用して、大面積の結晶成長用基板を作製することが可能となり、高性能，高信頼性のデバイスを作製することができる。
【００５８】
また、請求項１３のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１乃至請求項５，請求項７乃至請求項９，請求項１１のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、柱状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させるようになっており、混合融液表面が結晶集合体で覆われていないので、原料が枯渇することなく、安定して大型の柱状のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。そして、この方法で結晶成長した柱状結晶をスライスして、結晶成長用基板を多数枚作製することが可能となり、高性能，高信頼性のデバイスを作製することができる。
【００５９】
また、請求項１４のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１２また請求項１３の結晶成長方法において、種結晶にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるようにしており、この場合、種結晶が結晶集合体に覆われてしまうことなく、種結晶から高品質の所望の結晶を安定して成長させることができる。
【００６０】
また、請求項１５のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、請求項１２乃至請求項１４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液表面近傍にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるので、従来問題であった、多数の結晶で構成される結晶集合体が形成されて混合融液表面を覆う事がなくなる。このため、混合融液中のＩＩＩ族金属が結晶集合体の形成に消費されて原料が枯渇し所望の結晶が大きくならないといった事や、融液表面近傍で所望の結晶を成長することができなくなるという問題が解決され、混合融液の表面近傍で安定して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。また、混合融液表面（気液界面）近傍は、窒素濃度が高いので、窒素欠損の少ない高品質の結晶を成長することができる。また、混合融液表面（気液界面）近傍は、窒素濃度が高いので、成長速度が速く、短時間で所望の大きさの結晶を成長することができる。
【００６１】
また、請求項１６の発明によれば、請求項１２，請求項１３，または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、板状ＧａＮ単結晶であるので、従来なかった、Ｃ面を主面とする幅３ｍｍ以上，厚さ８０μｍ以上，転位密度１０６ｃｍ−２以下，無色透明の高品質の大型結晶を提供することができる。これにより、例えばＣ面を主面とする大面積のウエハーを作製することができ、これを利用して高性能，高信頼性のデバイスを作製することができる。
【００６２】
また、請求項１７の発明によれば、請求項１３，請求項１４または請求項１５記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、該ＩＩＩ族窒化物結晶は、柱状ＧａＮ単結晶であるので、従来無かった、Ｃ軸の長さ５ｍｍ以上，幅１ｍｍ以上，転位密度１０６ｃｍ−２以下，無色透明の高品質の結晶を提供することができる。これにより、結晶をスライスして任意の主面を有する基板を作製することができる。例えば、Ｃ面やｍ面を主面とするウエハーを作製することができ、この上に高性能，高信頼性のデバイスを作製することができる。
【００６３】
また、請求項１８の発明によれば、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いた半導体デバイスであるので、デバイスを構成するＩＩＩ族窒化物結晶にはデバイス性能に悪影響を及ぼす欠陥が少ない。従って、従来よりも高性能，高信頼性のデバイスを提供することができる。
【００６４】
また、請求項１９の発明によれば、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶上に積層した半導体積層構造を有する発光素子であるので、該発光素子は、欠陥が少なく、高出力動作においても長寿命である。従って、従来よりも高出力で動作可能で高信頼性の発光素子を提供することができる。
【００６５】
また、請求項２０の発明によれば、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された受光素子であるので、受光素子を構成するＩＩＩ族窒化物結晶に欠陥が少なく、暗電流が小さい。従って、従来よりもノイズレベルが低くＳ／Ｎ比が高い高感度の受光素子を提供することができる。
【００６６】
また、請求項２１の発明によれば、請求項１８記載の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスは、請求項１６または請求項１７記載のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された電子デバイスであるので、電子デバイスを構成するＩＩＩ族窒化物結晶に欠陥が少ない。従って、電極材料の異常拡散や高電界下における短絡が従来よりも改善され、より信頼性の高い高性能の電子デバイスを提供することができる。
【００６７】
また、請求項２２の発明によれば、請求項１８乃至請求項２１のいずれか一項に記載の半導体デバイスを具備したことを特徴とするシステムであるので、従来よりも、高性能，高信頼性のシステム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】
【００６８】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００６９】
本願の発明者は、多数の結晶で構成される結晶集合体の発生原因は、前述した従来技術では、混合融液表面で、ＩＩＩ族窒化物の過飽和度が急激に増加して、混合融液表面に多数の結晶核が発生するためであると考え、過飽和度の急激な増加を抑制するための検討を行い、本発明をするに至った。
【００７０】
（第１の形態）
本発明の第１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるときに、混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御し、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行う事を特徴としている。
【００７１】
本発明では、ＩＩＩ族窒化物が過飽和であるとは、混合融液中に溶解しているＩＩＩ族金属と窒素が、ＩＩＩ族窒化物として析出する濃度以上に溶解していることを意味する。過飽和度とは、その度合いを意味し、ＩＩＩ族金属と窒素が、ＩＩＩ族窒化物として析出する濃度以上に溶解している濃度が大きいほど過飽和度が大きいことを意味する。
【００７２】
結晶核が発生するとき、混合融液中に溶解している窒素とＩＩＩ族金属の濃度は過飽和になっている。このとき過飽和度が急激に増加すると、多数の結晶核が同時に発生する。それらが、成長して互いにくっつき合うと結晶集合体を作る。従来技術３、４、５、６では、過飽和度の増加速度に関しては特に考慮していないため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。
【００７３】
本発明においては、混合融液表面での過飽和度の増加速度を多数の結晶核が同時に発生しない速度に制御することによって、混合融液表面に結晶核が多数発生することを抑制するようにしている。
【００７４】
なお、本発明において、ＩＩＩ族窒化物は、ガリウム，アルミニウム，インジウムから選ばれる一種類あるいは複数の種類のＩＩＩ族金属と窒素との化合物を意味する。
【００７５】
また、窒素を含む物質とは、窒素ガスや、アジ化ナトリウムなどの窒素を構成元素に含む化合物である。
【００７６】
また、アルカリ金属としては、通常、Ｎａ（ナトリウム）やＫ（カリウム）が使用されるが、その他のアルカリ金属を使用する事もできる。
【００７７】
また、アルカリ金属を含む融液中には、別の元素を溶融させておく事もできる。例えばｎ型不純物やｐ型不純物を溶融させてドーピングしてもよい。
【００７８】
本発明の結晶成長方法では、混合融液表面近傍の過飽和度の増加速度を制御して結晶成長を行い、所定の結晶成長温度で、混合融液に溶解している窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合し、結晶集合体が形成されることなく、安定してＩＩＩ族窒化物が結晶成長する。
【００７９】
なお、混合融液表面での過飽和度の増加速度の制御方法は、特に限定されるものではない。例えば、過飽和度の増加は、混合融液中に窒素を溶解する場合や、混合融液の温度低下により飽和濃度が低下する場合等に生じるので、窒素原料の導入速度や混合融液の温度を制御すること等で、ＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度を制御することができる。
【００８０】
（第２の形態）
本発明の第２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、上述した第１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液の表面近傍のＩＩＩ族窒化物の過飽和度の増加速度の制御は、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度を制御することによって行う事を特徴としている。
【００８１】
すなわち、窒素原料を混合融液中に溶解する場合に、窒素原料の供給速度が速いと表面近傍の窒素濃度が急激に増加し、急激に過飽和度が増大し、多数の結晶核が同時に発生する。それらが、成長して互いにくっつき合うと結晶集合体を作る。従来技術３、４、５、６では、窒素原料の供給速度に関しては特に考慮していないため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。これに対し、本発明の第２の形態においては、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度を多数の結晶核が同時に発生しない速度（多数の結晶核が同時に発生しない程度にゆっくりした速度）に制御することによって、混合融液表面での過飽和度の急激な増大を抑制し、混合融液表面に結晶核が多数発生することを抑制することができる。
【００８２】
このように、混合融液表面近傍の窒素濃度の増加速度を制御して結晶成長を行なう場合には、所定の結晶成長温度で、混合融液に溶解している窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合し、結晶集合体が形成されることなく、安定してＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【００８３】
なお、混合融液表面での窒素濃度の増加速度の制御方法は、特に限定されるものではない。例えば、窒素原料の供給速度や、窒素原料が気体の場合には圧力の増加速度等で、混合融液表面での窒素濃度の増加速度を制御することができる。
【００８４】
（第３の形態）
本発明の第３の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、上述した第２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質は気体として反応容器内に導入され、混合融液の表面から混合融液中へ窒素が供給されてＩＩＩ族窒化物が結晶成長するようになっており、混合融液の表面近傍の窒素濃度の増加速度の制御を、窒素を含む物質の圧力を制御することで行う事を特徴としている。
【００８５】
すなわち、混合融液と平衡して存在する窒素原料ガス（窒素を含む物質）の圧力を上げると、混合融液中への窒素の溶け込み量が増加し、混合融液の表面近傍の窒素濃度が増加する。その結果、結晶核が発生する。このときに窒素原料ガスの圧力が急激に増加すると、過飽和度も急激に増加し、その結果、多数の結晶核が、同時に発生する。それらが、成長して互いにくっつき合うと、結晶集合体を作る。これに対し、本発明の第３の形態においては、混合融液の表面の過飽和度が急激に増加しないように（すなわち、多数の結晶核が同時に発生しないように）窒素を含む物質の圧力を制御することによって、多数の結晶核の発生を無くし、結晶集合体の形成を抑制して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。
【００８６】
（第４の形態）
本発明の第４の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、上述した第３の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液の温度が所定の結晶成長温度に達した後に、窒素を含む物質を反応容器内に導入し、該窒素を含む物質の圧力を、制御された速度で増加して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００８７】
すなわち、従来技術３、４、５、６では、窒素原料ガスの昇圧速度に関しては特に考慮していないため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。これに対し、本発明の第４の形態においては、窒素を含む物質の圧力を結晶成長を行う所定圧力に上げる際に、混合融液表面の窒素濃度すなわちＩＩＩ族窒化物の過飽和度が急激に増大しないように、窒素を含む物質の圧力を徐々に（ゆっくりと）増加する。すなわち、窒素を含む物質の圧力の増加を、多数の結晶核が同時に発生しない程度にゆっくりしたものとする。これにより多数の結晶核の発生を無くし、結晶集合体の形成を抑制して、ＩＩＩ族窒化物の結晶成長を行うことができる。
【００８８】
窒素を含む物質の圧力を上げる方法としては、反応容器の外部から窒素原料を加圧しながら供給して圧力を上げる方法や、反応容器内の容積を減少させて圧力を上げる方法、あるいはその他の方法があるが、それらは適宜選択することができ、特に限定されるものではない。
【００８９】
次表（表１）は、成長温度７７５℃，窒素圧力４ＭＰａで、ＧａＮを成長した場合の窒素圧力の昇圧速度と結晶集合体の形成の有無の関係を調べた結果である。
【００９０】
【表１】
2004168650.tif 000003
【００９１】
表１において、○は結晶集合体が形成されなかったもの、△は小さな結晶集合体が形成され、混合融液の底に沈んだもの、×は結晶集合体が形成され混合融液表面を覆ったものを表す。
【００９２】
表１から窒素圧力の昇圧速度が０．５ＭＰａ／ｍｉｎでは、混合融液表面は結晶集合体で覆われることがわかる。従って、窒素圧力の昇圧速度は０．５ＭＰａ／ｍｉｎよりも遅く、好ましくは０．２ＭＰａ／ｍｉｎよりも遅い方が良い。
【００９３】
（第５の形態）
本発明の第５の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、上述した第３の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、窒素を含む物質の圧力を結晶が成長開始する時点では一定にして、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる事を特徴としている。
【００９４】
この第５の形態では、ＩＩＩ族窒化物が成長する温度よりも低い温度で、反応容器内に窒素を含む物質を導入し、圧力を一定にして所定の結晶成長温度に昇温して、結晶成長を開始する。圧力を一定に保つ方法は、反応容器と外部とを仕切るバルブの開閉等によって外部にガスを放出する方法や、反応容器の外部に反応容器と連結した窒素を含む物質のガス溜めタンクを設け、反応容器内の圧力変動を吸収し、圧力変動がないようにする方法や、その他の方法等、特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。
【００９５】
この第５の形態では、窒素を含む物質の圧力を結晶が成長開始する時点では一定にして、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることにより、混合融液の表面近傍の窒素濃度が急激に増加することはなく、従って、混合融液表面での過飽和度の急激な増大を抑制し、混合融液表面に結晶核が多数発生することを抑制することができる。
【００９６】
（第６の形態）
本発明の第６の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長装置は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置であって、窒素を含む物質の圧力を一定に保つ機構を備えていることを特徴としている。
【００９７】
ここで、窒素を含む物質の圧力を一定に保つ機構は、バルブの開閉等によって外部にガスを放出する機構や、反応容器外にガス溜めタンクを設け、圧力変動を抑制する機構や、その他の機構等、特に限定されるものではなく、適宜選択することができる。
【００９８】
（第７の形態）
本発明の第７の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入しするようになっており、ガス導入時の混合融液表面近傍の温度を制御してＩＩＩ族窒化物を結晶成長する事を特徴としている。
【００９９】
窒素が溶解している混合融液の温度が下がると、混合融液中のＩＩＩ族窒化物の溶解度は低下するので、過飽和度が増加する。その結果、結晶核が発生する。そして、混合融液表面の温度の低下速度が速いと、急激に過飽和度が増加し、多数の結晶核が同時に発生し、それらが、成長して互いにくっつき合うと、結晶集合体を形成する。
【０１００】
従来技術３、４、５、６では、ガス導入に伴う混合融液表面の温度低下に関しては特に考慮していないため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。
【０１０１】
これに対し、第７の形態では、ガスの導入に伴う混合融液の表面の温度の低下を抑制することで、過飽和度の急激な増加を防ぎ、多数の結晶核が同時に発生するのを抑制して、結晶集合体が形成されることなく、所定の結晶成長温度で、混合融液に溶解した窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合し、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【０１０２】
なお、混合融液の表面の温度を制御する方法は、特に限定されるものではない。例えば、ガスの導入速度や、導入ガスをあらかじめ加熱しておくことなどによって、温度の低下速度を制御することができる。
【０１０３】
（第８の形態）
本発明の第８の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第７の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、制御された速度で、前記ガスを反応容器内に導入する事を特徴としている。
【０１０４】
窒素が溶解している混合融液の温度が下がると、混合融液中のＩＩＩ族窒化物の溶解度は低下するので、過飽和度が増加する。その結果、多数の結晶核が同時に発生する。混合融液の温度よりも低温のガスを導入する時、ガスの導入速度が速いと、混合融液表面の温度が急激に低下し、過飽和度が急激に増加する。その結果、多数の結晶核が同時に発生し、それらが成長して互いにくっつき合うと、結晶集合体を作る。
【０１０５】
従来技術３、４、５、６では、ガス導入に伴う混合融液表面の温度低下に関しては特に考慮していないため、ガスの導入速度も特に考慮していなかった。そのため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。
【０１０６】
これに対し、第８の形態においては、ガスの導入速度を、混合融液表面の温度が急激に冷却されて混合融液表面近傍の過飽和度が急激に変化しないように調整し、多数の結晶核が同時発生しないようにしている。
【０１０７】
このように、第８の形態では、混合融液表面の温度が急激に冷却されて混合融液表面近傍の過飽和度が急激に変化しないようなゆっくりとした導入速度でガスを導入することによって、所定の結晶成長温度で、混合融液に溶解した窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合し結晶集合体が形成されることなく、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【０１０８】
なお、導入されるガスとしては、窒素原料ガスや、アルカリ金属の蒸発抑制のために反応容器内を加圧するために使用される不活性ガス等がある。
【０１０９】
（第９の形態）
本発明の第９の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第７の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、結晶が成長する温度で、反応容器内に、窒素を含む物質のガスあるいはその他のガスを導入するようになっており、前記ガスは温度が制御されている事を特徴としている。
【０１１０】
従来技術３、４、５、６では、ガス導入に伴う混合融液表面の温度低下に関しては特に考慮していないため、導入ガスの温度も特に考慮せず、室温に近いガスを導入していた。そのため、混合融液表面に多数の結晶核が同時に発生し、混合融液表面を覆う結晶集合体が形成される場合があった。
【０１１１】
第９の形態の結晶成長方法では、結晶成長温度において、何らかのガスを導入して結晶成長を行うときに、導入ガスの温度を、混合融液表面の温度が急激に冷却され混合融液表面近傍の過飽和度が急激に変化しないように調整し（例えば、導入ガスを予め加熱しておき）、多数の結晶核が同時発生しないようにしている。
【０１１２】
このように導入ガスの温度を調整することによって（例えば、導入ガスを予め加熱することによって）、所定の結晶成長温度で、混合融液に溶解した窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合して結晶集合体が形成されることなく、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【０１１３】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質との混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素で構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置において、反応容器内へ加熱したガスを供給する機構を備えていることを特徴としている。
【０１１４】
加熱したガスを供給する機構は、特に限定されるものではない。例えば、反応容器とガス配管された別の容器をヒーターで加熱してその中をガスを通してガスの温度を上げ、反応容器内に高温のガスを導入する機構などが使用可能である。
【０１１５】
（第１１の形態）
本発明の第１１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、反応容器内で、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、ＩＩＩ族金属と窒素とから構成されるＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるときに、該混合融液中のアルカリ金属とＩＩＩ族金属の比率を、多数の結晶核が同時に発生しない程度に制御された比率で結晶成長させること特徴としている。
【０１１６】
すなわち、本願の発明者は、混合融液内のアルカリ金属の比率を変えることにより、混合融液表面に結晶の集合体が形成されなくなることを実験的に明らかにした。この比率は、結晶成長温度，窒素圧力に依存するので、これらの成長条件に合わせて適宜選択することができる。
【０１１７】
このように、混合融液内のアルカリ金属のモル比率を調整することによって、所定の結晶成長温度で、混合融液に拡散した窒素がアルカリ金属の存在下でＩＩＩ族金属と結合して結晶集合体が形成されることなく、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることができる。
【０１１８】
次表（表２）は、成長温度７７５℃，窒素圧力５ＭＰａで、ＧａＮを成長した場合のＧａ−Ｎａ混合融液中のＮａ（アルカリ金属）の比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）と結晶集合体の形成の有無の関係を調べた結果である。
【０１１９】
【表２】
2004168650.tif 000004
【０１２０】
表２において、○は結晶集合体が形成されなかったもの、△は小さな結晶集合体が形成され、混合融液の底に沈んだもの、×は結晶集合体が形成され混合融液表面を覆ったものを表す。
【０１２１】
表２から、Ｎａ（アルカリ金属）の比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）が０．６７では混合融液表面が結晶集合体で覆われることがわかる。従って、成長温度７７５℃，窒素圧力５ＭＰａの成長温度，窒素圧力条件で、ＧａＮを結晶成長する場合には、Ｎａ（アルカリ金属）の比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）は、０．６７よりも小さいほうが良く、好ましくは０．５６よりも小さい方が良い。
【０１２２】
（第１２の形態）
第１２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第１乃至第５，第７乃至第９，第１１のいずれかの形態の結晶成長方法において、板状のＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴としている。
【０１２３】
（第１３の形態）
第１３の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第１乃至第５，第７乃至第９，第１１のいずれかの形態の結晶成長方法において、柱状のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【０１２４】
（第１４の形態）
本発明の第１４の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第１２または第１３の形態の結晶成長方法において、種結晶にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【０１２５】
（第１５の形態）
本発明の第１５の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法は、第１２乃至第１４のいずれかの形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、混合融液表面近傍にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることを特徴としている。
【０１２６】
（第１６の形態）
本発明の第１６の形態のＩＩＩ族窒化物結晶は、第１２，第１３，または第１５の形態の結晶成長方法で結晶成長された板状ＧａＮ単結晶である。
【０１２７】
このように成長させた板状ＧａＮ結晶は、主面が六角形で、主面の面方位，主面の対角線の長さ，厚さ，転位密度（ＴＥＭで測定），色は、次表（表３）のようになる。
【０１２８】
【表３】
2004168650.tif 000005
【０１２９】
（第１７の形態）
本発明の第１７の形態のＩＩＩ族窒化物結晶は、第１３，または第１４，または第１５の形態の結晶成長方法で結晶成長された柱状ＧａＮ単結晶である。
【０１３０】
このように成長させた柱状ＧａＮ結晶は、Ｃ軸方向の長さ，幅，転位密度（ＴＥＭで測定），色は、次表（表４）のようになる。
【０１３１】
【表４】
2004168650.tif 000006
【０１３２】
（第１８の形態）
本発明の第１８の形態の半導体デバイスは、第１６または第１７の形態のＩＩＩ族窒化物結晶を用いた半導体デバイスである。
【０１３３】
（第１９の形態）
本発明の第１９の形態の半導体デバイスは、第１８の形態の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスが第１６または第１７の形態のＩＩＩ族窒化物結晶上に積層した半導体積層構造を有する発光素子であることを特徴としている。
【０１３４】
ここで、発光素子の形態は特に限定されるものではなく、発光ダイオード，半導体レーザ等、ＩＩＩ族窒化物結晶上に積層された半導体積層構造を有する発光素子であれば良い。
【０１３５】
（第２０の形態）
本発明の第２０の形態の半導体デバイスは、第１８の形態の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスが第１６または第１７のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された受光素子であることを特徴としている。
【０１３６】
ここで、受光素子は、光導電セル，ｐ−ｎ接合フォトダイオード，ヘテロ接合ＦＥＴ型受光素子，ヘテロ接合バイポーラ型フォトトランジスター等であり、特に限定されるものではない。
【０１３７】
（第２１の形態）
本発明の第２１の形態の半導体デバイスは、第１８の形態の半導体デバイスにおいて、該半導体デバイスが第１６または第１７のＩＩＩ族窒化物結晶を用いて形成された電子デバイスであることを特徴としている。
【０１３８】
ここで、電子デバイスの形態は、特に限定されるものではなく、ＦＥＴであってもＨＢＴであっても良い。また、その目的用途も、高温動作デバイス，高周波デバイス，大電力電子デバイス等、特に限定されるものではない。
【０１３９】
（第２２の形態）
本発明の第２２の形態のシステムは、第１８，第１９，第２０，第２１の形態の半導体デバイスを具備したシステムである。
【０１４０】
システムとしては、例えば、第１９の形態の半導体デバイス（発光素子）を光源として用いた照明装置，フルカラー大型表示装置，交通標識などであっても良いし、第１９の形態の半導体デバイス（発光素子）を書き込みあるいは読み取り光源として用いた光記録装置であっても良いし、第１９の形態の半導体デバイス（発光素子）を書き込み光源として用いた電子写真装置であっても良いし、第２０の形態の半導体デバイス（受光素子）を光センサーとして具備した火炎センサー，波長選択型検出器等であっても良いし、第２１の形態の半導体デバイス（電子デバイス）を具備した移動通信システム等であっても良い。その他、第１８、第１９、第２０、第２１の形態の半導体デバイスを具備したシステムであれば、特に限定されるものではない。
【実施例１】
【０１４１】
実施例１では、第１，第２，第３，第４，第１２，第１５の形態の結晶成長方法で、混合融液表面近傍に第１６の形態の板状ＧａＮ単結晶を結晶成長させた。
【０１４２】
図１は実施例１の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【０１４３】
図１の結晶成長装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器１１内に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む混合融液２５を保持し結晶成長を行なうための融液保持容器１２が設けられている。
【０１４４】
この融液保持容器１２は、反応容器１１から取り外すことができる。また、この融液保持容器１２の材質はＢＮである。
【０１４５】
また、反応容器１１の内部空間２３に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスを充満させかつ反応容器１１内の窒素（Ｎ２）圧力を制御することを可能にするガス供給管１４が、反応容器１１を貫通して装着されている。そして、窒素ガスの圧力は圧力制御装置１６で調整する事ができるようになっている。また、反応容器１１内の全圧力をモニターする為の圧力計２２が設置されている。
【０１４６】
また、反応容器１１の外側にはヒーター１３が設置されており、ヒーター１３は任意の温度に制御することが可能となっている。
【０１４７】
なお、反応容器１１はバルブ２１の部分で結晶成長装置から取り外すことが可能であり、反応容器１１の部分のみをグローブボックスに入れて作業することができる。
【０１４８】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０１４９】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０１５０】
次いで、ＢＮ製の融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。ＮａとＧａの比率は２：１、すなわち、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．６７とした。
【０１５１】
次いで、融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０１５２】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０１５３】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素ガス供給ライン１４に接続する。
【０１５４】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液保持容器１２に保持されているＧａとＮａの混合融液２５を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。
【０１５５】
次いで、バルブ１５，２１を開け、反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で窒素圧力を０．０５ＭＰａ／ｍｉｎの増加速度で加圧し、反応容器１１内の全圧を４ＭＰａにする。この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。
【０１５６】
同様に、窒素圧力を０．１、０．２、０．３、０．４、０．５ＭＰａ／ｍｉｎの増加速度で加圧し、反応容器１１内の全圧を４ＭＰａにして３００時間の結晶成長を行った。
【０１５７】
次表（表５）は、窒素圧力の増加速度を変えて成長した場合の結晶集合体の有無を示したものである。
【０１５８】
【表５】
2004168650.tif 000007
【０１５９】
表５において、○は結晶集合体が形成されなかったもの、△は小さな結晶集合体が形成されて混合融液の底に沈んだもの、×は結晶集合体が形成され混合融液表面を覆ったものを表す。
【０１６０】
表５から、窒素圧力の増加速度を０．０５ＭＰａ／ｍｉｎまたは０．１ＭＰａ／ｍｉｎとして結晶成長した場合には、保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、融液表面に対角線の長さが約５ｍｍの六角形のＣ面を主面とする板状の無色透明なＧａＮの単結晶２４が結晶成長していた。
【０１６１】
また、窒素圧力の増加速度を０．２ＭＰａ／ｍｉｎまたは０．３ＭＰａ／ｍｉｎまたは０．４ＭＰａ／ｍｉｎとして結晶成長した場合には、小さな結晶集合体が混合融液保持容器の底に沈んでいたが、融液表面を覆うような結晶集合体は形成されておらず、融液表面に対角線の長さが約３〜４ｍｍの六角形のＣ面を主面とする板状の無色透明なＧａＮの単結晶２４が結晶成長していた。
【０１６２】
また、窒素圧力の増加速度を０．５ＭＰａ／ｍｉｎとして結晶成長した場合には、融液表面を覆う結晶集合体が形成され、融液表面には板状のＧａＮの単結晶は成長していなかった。
【０１６３】
上記すべての条件で成長した板状ＧａＮ結晶のＣ軸に平行な断面を走査電子顕微鏡で観察し、厚さを測定した結果、８０μｍ以上のものが成長していた。また、透過電子顕微鏡の観察で求めた転位密度は、１０６ｃｍ−２以下であった。
【実施例２】
【０１６４】
実施例２では、第１，第２，第３，第４，第７，第８，第１２，第１５の形態の結晶成長方法でＧａＮ単結晶を作製した。
【０１６５】
図２は実施例２の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。図２の結晶成長装置は、図１の装置にＡｒガス供給管が付加されたものである。
【０１６６】
すなわち、図２の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器１１内に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む混合融液２５を保持し結晶成長を行うための融液保持容器１２が設けられている。
【０１６７】
この混合融液保持容器１２は、反応容器１１から取り外すことができる。また、この融液保持容器１２の材質はＢＮである。
【０１６８】
また、反応容器１１の内部空間２３に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスとアルカリ金属の蒸発を抑制する為のアルゴン（Ａｒ）ガスを充満させかつ反応容器１１内の窒素（Ｎ２）圧力とアルゴン（Ａｒ）ガス圧力を制御することを可能にするガス供給管１４が、反応容器１１を貫通して装着されている。そして、ガス供給管１４は、窒素供給管１７とアルゴン供給管２０に分岐しており、それぞれバルブ１５，１８で分離することが可能となっている。また、それぞれの圧力を圧力制御装置１６，１９で調整する事ができるようになっている。また、反応容器１１内の全圧力をモニターする為の圧力計２２が設置されている。
【０１６９】
なお、不活性気体としてのアルゴンを混合するのは、アルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、窒素ガスの圧力を独立して制御するためである。これにより、制御性の高い結晶成長が可能となる。
【０１７０】
また、反応容器１１の外側にはヒーター１３が設置されており、ヒーター１３は任意の温度に制御することが可能となっている。
【０１７１】
なお、反応容器１１はバルブ２１の部分で結晶成長装置から取り外すことが可能であり、反応容器１１の部分のみをグローブボックスに入れて作業することができる。
【０１７２】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０１７３】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０１７４】
次いで、ＢＮ製の混合融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。ＮａとＧａの比率は２：１すなわち、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．６７とした。
【０１７５】
次いで、混合融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０１７６】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０１７７】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素とアルゴンのガス供給ライン１４に接続する。
【０１７８】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液保持容器１２に保持されているＧａとＮａの混合融液２５を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。
【０１７９】
次いで、バルブ１５，２１を開け、窒素ガス供給管１７から反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で窒素圧力を０．１ＭＰａ／ｍｉｎの加圧速度で加圧し、反応容器１１内の全圧を４ＭＰａにする。すなわち、反応容器１１の内部空間２３の窒素分圧は、約４ＭＰａである。
【０１８０】
次いで、バルブ１５を閉じる。次いで、バルブ１８を開け、Ａｒガス供給管２０から反応容器１１内にＡｒガスを入れる。このとき、圧力制御装置１９でＡｒ圧力を０．１ＭＰａ／ｍｉｎの導入速度で導入し、反応容器１１内の全圧を８ＭＰａにする。
【０１８１】
この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。反応容器１１内のガスの圧力を下げた後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、融液表面に差渡し約５ｍｍの無色透明な板状のＧａＮの単結晶２４が結晶成長していた。また、ナトリウムの蒸発量はＡｒを入れない場合よりも少なかった。
【実施例３】
【０１８２】
実施例３では、第１０の形態の結晶成長装置を使用して、第１，第２，第３，第４，第７，第９，第１２，第１５の形態の結晶成長方法で、ＧａＮ単結晶を作製した。
【０１８３】
図３は実施例３の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。図３の結晶成長装置は、図２の装置にガスの予備加熱機構が付加されたものである。
【０１８４】
すなわち、図３の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器１１内に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む混合融液２５を保持し結晶成長を行うための融液保持容器１２が設けられている。
【０１８５】
この混合融液保持容器１２は、反応容器１１から取り外すことができる。また、この融液保持容器１２の材質はＢＮである。
【０１８６】
また、反応容器１１の内部空間２３に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスとアルカリ金属の蒸発を抑制する為のアルゴン（Ａｒ）ガスを充満させかつ反応容器１１内の窒素（Ｎ２）圧力とアルゴン（Ａｒ）ガス圧力を制御することを可能にするガス供給管１４が、反応容器１１を貫通して装着されている。そして、ガス供給管１４の途中には、ガスを予備加熱する加熱容器２９が設けられており、加熱容器２９はヒーター２８で加熱され、導入ガスの予備加熱を行なうようにしている。
【０１８７】
また、ガス供給管１４は、窒素供給管１７とアルゴン供給管２０に分岐しており、それぞれバルブ１５，１８で分離することが可能となっている。また、それぞれの圧力を圧力制御装置１６，１９で調整する事ができるようになっている。また、反応容器１１内の全圧力をモニターする為の圧力計２２が設置されている。
【０１８８】
なお、不活性気体としてのアルゴンを混合するのは、アルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、窒素ガスの圧力を独立して制御するためである。これにより、制御性の高い結晶成長が可能となる。
【０１８９】
また、反応容器１１の外側にはヒーター１３が設置されており、ヒーター１３は任意の温度に制御することが可能となっている。
【０１９０】
なお、反応容器１１はバルブ２１の部分で結晶成長装置から取り外すことが可能であり、反応容器１１の部分のみをグローブボックスに入れて作業することができる。
【０１９１】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０１９２】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０１９３】
次いで、ＢＮ製の混合融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。ＮａとＧａの比率は２：１、すなわち、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．６７とした。
【０１９４】
次いで、混合融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０１９５】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０１９６】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素とアルゴンのガス供給ライン１４に接続する。
【０１９７】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液保持容器１２に保持されているＧａとＮａの混合融液２５を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。
【０１９８】
次いで、バルブ１５，２１を開け，窒素ガス供給管１７から反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で窒素の加圧速度を０．１ＭＰａ／ｍｉｎとして窒素を導入し、反応容器１１内の全圧を４ＭＰａにする。
【０１９９】
次いでバルブ１５を閉じる。次いで、バルブ１８を開け、Ａｒガス供給管２０から反応容器１１内にＡｒガスを入れる。このとき、圧力制御装置１９で反応容器１１内の全圧を８ＭＰａにする。
【０２００】
なお、予備加熱容器２９の温度は７７５℃に加熱されており、その中をＡｒガスや窒素ガスが通ることによって、ガスは予備加熱され、反応容器１１に導入される。
【０２０１】
この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。反応容器１１内のガスの圧力を下げた後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、融液表面近傍の内壁に長さ約６ｍｍの無色透明な板状のＧａＮの単結晶２７が結晶成長していた。
【実施例４】
【０２０２】
実施例４では、第１１，第１３の形態の結晶成長方法で、第１７の形態の柱状ＧａＮ単結晶を作製した。
【０２０３】
図４は実施例４の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。なお、図４の結晶成長装置は、図２の装置と同一のものである。
【０２０４】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０２０５】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０２０６】
次いで、ＢＮ製の混合融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。ＮａとＧａの比は、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．５１とした。
【０２０７】
次いで混合融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０２０８】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０２０９】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。
【０２１０】
すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素とアルゴンのガス供給ライン１４に接続する。
【０２１１】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液保持容器１２に保持されているＧａとＮａの混合融液２５を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。
【０２１２】
次いで、バルブ２１とバルブ１８を開け、反応容器１１内にＡｒガスを入れる。このとき、圧力制御装置１９でＡｒ圧力を４ＭＰａにした。
【０２１３】
次いで、バルブ１８を閉じ、バルブ１５を開け、反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で圧力を８ＭＰａにした。すなわち、反応容器１１内の窒素分圧は４ＭＰａとなる。
【０２１４】
なお、この実施例４では、Ａｒガスと窒素ガスの導入速度（昇圧速度）は特に制御していない。この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。
【０２１５】
反応容器１１内のガスの圧力を下げた後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、混合融液保持容器１２の底にＣ軸の長さが約５ｍｍの無色透明な柱状のＧａＮの単結晶３０が結晶成長していた。
【０２１６】
同様に、ＮａとＧａの比、すなわちＮａ／（Ｎａ＋Ｇａ）を０．５６、０．６２、０．６７として、３００時間の結晶成長を行った。
【０２１７】
このときの結果は、前述の表２に示されている。
【０２１８】
表２から、混合融液中のＮａの比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）を０．５１として結晶成長した場合には、保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、融液保持容器１２の底にＣ軸の長さが約６ｍｍの六角柱状の無色透明なＧａＮの単結晶３０が結晶成長していた。
【０２１９】
また、混合融液中のＮａの比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）を０．５６と０．６２として結晶成長した場合には、小さな結晶集合体が混合融液保持容器１２の底に沈んでいたが、融液表面を覆うような結晶集合体は形成されておらず、融液保持容器１２の底にＣ軸の長さが約５ｍｍの六角柱状の無色透明なＧａＮの単結晶３０が結晶成長していた。
【０２２０】
また、混合融液中のＮａの比率Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）を０．６７として結晶成長した場合には、融液表面を覆う結晶集合体が形成され、２ｍｍ以下の大きさのＧａＮ単結晶しか成長していなかった。
【０２２１】
上記全ての条件で成長した柱状ＧａＮ結晶のＣ面を走査電子顕微鏡で観察し、対角線の長さを測定した結果、１ｍｍ以上のものが成長していた。また、透過電子顕微鏡の観察で求めた転位密度は、１０６ｃｍ−２以下であった。
【実施例５】
【０２２２】
実施例５では、第１，第２，第３，第４，第１１，第１３，第１４，第１５の形態の結晶成長方法で柱状ＧａＮを結晶成長させた。
【０２２３】
図５は実施例５の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。図５の結晶成長装置は、混合融液保持容器１２の上部に種結晶を保持する機構が付加されている事を除いては、図２の装置と同一のものである。
【０２２４】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０２２５】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０２２６】
次いで、ＢＮ製の混合融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。混合融液中のＮａとＧａの比は、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．５１とした。
【０２２７】
次いで、種結晶３１を混合融液保持容器１２の上部から吊り下げ、一部を混合融液２５に浸す。
【０２２８】
次いで、混合融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０２２９】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０２３０】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。
【０２３１】
すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素とアルゴンのガス供給ライン１４に接続する。
【０２３２】
次いで、ヒーター１３に通電し、混合融液２５を１時間で結晶成長温度（７７５℃）まで昇温する。
【０２３３】
次いで、バルブ２１とバルブ１８を開け、反応容器１１内にＡｒガスを入れる。このとき、圧力制御装置１９でＡｒ圧力を４ＭＰａにした。
【０２３４】
次いで、バルブ１８を閉じ、バルブ１５を開け、反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で圧力を０．１ＭＰａ／ｍｉｎの速度で増加させ、８ＭＰａにした。すなわち、反応容器１１内の全圧は８ＭＰａになる。反応容器１１の内部空間２３の窒素分圧は、４ＭＰａである。
【０２３５】
次いで、バルブ２１を閉じる。この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。
【０２３６】
反応容器１１内のガスの圧力を下げた後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体は形成されておらず、種結晶３１は成長し、約８ｍｍの無色透明な柱状のＧａＮの単結晶３２が結晶成長していた。
【実施例６】
【０２３７】
実施例６では、第６の形態の結晶成長装置を使用して、第１，第２，第３，第５，第１２，第１５の形態の結晶成長方法で、柱状ＧａＮ単結晶を成長させた。
【０２３８】
図６は実施例６の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。図６の結晶成長装置は、図２の装置にガス溜め用のタンク３３が付加されたものである。
【０２３９】
すなわち、図６の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器１１内に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属を含む混合融液２５を保持し結晶成長を行うための反応容器１２が設けられている。
【０２４０】
この混合融液保持容器１２は反応容器１１から取り外すことができる。また、保持容器１２の材質はＢＮである。
【０２４１】
また、反応容器１１の内部空間２３に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスとアルカリ金属の蒸発を抑制する為のアルゴン（Ａｒ）ガスを充満させ、かつ反応容器１１内の窒素（Ｎ２）圧力とアルゴン（Ａｒ）ガス圧力を制御することを可能にするガス供給管１４が、反応容器１１を貫通して装着されている。
【０２４２】
ガス供給管１４の途中には、ガス溜め用のタンク３３が設けられている。タンク３３は反応容器１１を昇温する時の反応容器１１内の圧力上昇を緩和するためのものである。
【０２４３】
また、ガス供給管１４は、窒素供給管１７とアルゴン供給管２０に分岐しており、それぞれバルブ１５，１８で分離することが可能となっている。また、それぞれの圧力を圧力制御装置１６，１９で調整する事ができる。
【０２４４】
また、反応容器１１内の全圧力をモニターする為の圧力計２２が設置されている。
【０２４５】
なお、不活性気体としてのアルゴンを混合するのは、アルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、窒素ガスの圧力を独立して制御するためである。これにより、制御性の高い結晶成長が可能となる。
【０２４６】
また、反応容器１１の外側にはヒーター１３が設置されている。ヒーター１３は任意の温度に制御することが可能となっている。
【０２４７】
なお、反応容器１１はバルブ２１部分で結晶成長装置から取り外すことが可能であり、反応容器１１部分のみをグローブボックスに入れて作業することができる。
【０２４８】
次に、この結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。
【０２４９】
まず、反応容器１１をバルブ２１の部分で結晶成長装置から分離し、Ａｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。
【０２５０】
次いで、ＢＮ製の混合融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料としてＧａを入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。ＮａとＧａの比率は２：１、すなわち、Ｎａ／（Ｎａ＋Ｇａ）＝０．６７とした。
【０２５１】
次いで、混合融液保持容器１２を反応容器１１内に設置する。
【０２５２】
次いで、反応容器１１を密閉し、バルブ２１を閉じ、反応容器１１内部を外部雰囲気と遮断する。
【０２５３】
一連の作業は高純度のＡｒガス雰囲気のグローブボックス内で行うので、反応容器１１内部はＡｒガスが充填されている。
【０２５４】
次いで、反応容器１１をグローブボックスから出し、結晶成長装置に組み込む。
【０２５５】
すなわち、反応容器１１をヒーター１３がある所定の位置に設置し、バルブ２１の部分で窒素とアルゴンのガス供給ライン１４に接続する。
【０２５６】
次いで、バルブ２１，３４，３５，１８を開いて、Ａｒガス供給管２０からＡｒガスを反応容器１１内に入れる。このとき、圧力制御装置１９で反応容器１１，タンク３３内の全圧を４ＭＰａにする。
【０２５７】
次いで、バルブ１８を閉じ、バルブ１５を開け、窒素ガス供給管１７から反応容器１１内に窒素ガスを入れる。このとき、圧力制御装置１６で反応容器１１，タンク３３内の全圧を８ＭＰａにする。すなわち、窒素の分圧は４ＭＰａとなる。
【０２５８】
次いで、バルブ３５を閉じ、ヒーター１３に通電し、反応容器を結晶成長温度まで昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。
【０２５９】
反応容器内の圧力は結晶成長温度に達するまで８ＭＰａで一定であった。この状態で３００時間保持した後、室温まで降温する。
【０２６０】
反応容器１１内のガスの圧力を下げた後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２内には、融液表面を覆うような結晶集合体が形成されておらず、融液表面に差渡し５ｍｍの無色透明な板状のＧａＮの単結晶２４が結晶成長していた。
【実施例７】
【０２６１】
実施例７は、第１９の形態の半導体デバイス（発光素子）の一実施例である半導体レーザーである。
【０２６２】
図７，図８は実施例７の半導体レーザーを示す図である。なお、図７は実施例７の半導体レーザーの斜視図であり、また、図８はその光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０２６３】
実施例７の半導体レーザーは第１６の形態のＧａＮ結晶で作製したｎ型ＧａＮ基板５０上に積層したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造で作製されている。
【０２６４】
すなわち、図７，図８において、半導体レーザー積層構造４００は、２５０μｍの厚さのｎ型ＧａＮ基板５０上に、ｎ型ＧａＮ層４０、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４１、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４２、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ／Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸活性層４３、ｐ型ＧａＮ光ガイド層４４、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４５、ｐ型ＧａＮキャップ層４６が順次積層された構造であり、ＭＯＣＶＤ法で結晶成長されて作製されている。
【０２６５】
そして積層構造４００は、ｐ型ＧａＮキャップ層４６からｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４５の途中までをストライプ状に残してエッチングされ、電流狭窄リッジ導波路構造５１が作製されている。この電流狭窄リッジ導波路構造はＧａＮ基板の＜１−１００＞方向に沿って形成されている。
【０２６６】
また、積層構造の表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４７が形成されている。リッジ５１上の絶縁膜４７には、開口部が形成されている。この開口部で露出したｐ型ＧａＮキャップ層４６表面に、ｐ側のオーミック電極４８が形成されている。
【０２６７】
また、ｎ型ＧａＮ基板５０の裏面には、ｎ側のオーミック電極４９が形成されている。ｎ側オーミック電極４９としては、Ｔｉ／Ａｌを、ｐ側オーミック電極４８としては、Ｎｉ／Ａｕを蒸着して形成した。
【０２６８】
また、リッジ５１と活性層４３に垂直に光共振器面４０１，４０２が形成されている。光共振器面４０１，４０２はＧａＮ基板の＜１−１００＞方向に沿った電流狭窄リッジ導波路構造５１に垂直な（１−１００）面をへき開することにより形成されている。
【０２６９】
ｎ側オーミック電極４９と光共振器面４０１，４０２は、ｎ型ＧａＮ基板５０の裏面を８０μｍまで研磨した後に形成した。
【０２７０】
実施例７の半導体レーザーでは、ｐ側のオーミック電極４８とｎ側のオーミック電極４９に電流を注入することによって、活性層にキャリアが注入され、発光、光の増幅が起り、光共振器面４０１，４０２から、レーザー光４１１，４１２が出射される。
【０２７１】
実施例７の半導体レーザーは、従来のサファイア基板等のＩＩＩ族窒化物と異なる基板上にレーザー構造を結晶成長して作製されたものや、気相成長や、その他の手法で作製されたＧａＮ基板上に作製されたものに比べ、基板上に積層されたレーザー構造の結晶欠陥が低く、結晶品質が高いので、高出力動作下においても長寿命であった。
【０２７２】
また、実施例７の半導体レーザーは、作製プロセスを行なうのに十分厚いＧａＮ基板を使用して作製されるので、第１の従来技術のように作製プロセス中に基板が割れてしまうということがなく、歩留まりよく作製できた。
【実施例８】
【０２７３】
実施例８は第２０の半導体デバイス（受光素子）の一実施例である。図９は実施例８の受光素子を示す図である。
【０２７４】
実施例８の受光素子は、第１７の形態の柱状結晶をスライスして作製したｎ型ＧａＮ基板６０上に積層したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造で作製されている。
【０２７５】
ここで、ＧａＮ基板６０の厚さは、３００μｍである。
【０２７６】
実施例８の受光素子の構造は、ｎ型ＧａＮ基板６０上に、ｎ型ＧａＮ層６１，絶縁性ＧａＮ層６２が積層され、その上に、Ｎｉ／Ａｕから成る透明ショットキー電極６３が形成されたＭＩＳ型受光素子である。
【０２７７】
ｎ型ＧａＮ基板６０の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極６４が形成され、透明ショットキー電極６３の上部の一部には、Ａｕからなる電極６５が形成されている。
【０２７８】
実施例８の受光素子では、透明ショットキー電極６３側から光（紫外線）６０１を入射すると、キャリアが発生し、電極から光電流が取り出される。
【０２７９】
実施例８の受光素子は、従来のサファイア基板等のＩＩＩ族窒化物と異なる基板上に受光素子構造を結晶成長して作製されたものや、気相成長や、その他の手法で作製されたＧａＮ基板上に作製されたものに比べ、基板上に積層された受光素子構造の結晶欠陥が低く、結晶品質が高いので、暗電流が小さく、Ｓ／Ｎ比が高かった。
【０２８０】
また、実施例８の受光素子は、作製プロセスを行なうのに十分厚いＧａＮ基板を使用して作製されるので、第１の従来技術のように作製プロセス中に基板が割れてしまうということがなく、歩留まりよく作製できた。
【実施例９】
【０２８１】
実施例９は第２１の形態の半導体デバイス（電子デバイス）の一実施例である。図１０は実施例９の半導体デバイス（電子デバイス）の断面図である。実施例９の電子デバイスは高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）である。
【０２８２】
実施例９の高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）は、第１６の形態のＧａＮ結晶で作製したＧａＮ基板７０上に積層したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造で作製されている。
【０２８３】
ここで、ＧａＮ基板７０の厚さは、３００μｍである。
【０２８４】
高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）の構造は、ＧａＮ基板７０上に積層された絶縁性ＧａＮ層７１、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２、ｎ型ＧａＮ層７３からなるリセスゲートＨＥＭＴである。
【０２８５】
ｎ型ＧａＮ層７３はゲート部分がｎ型ＡｌＧａＮ層７２までエッチングされ、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２にＮｉ／Ａｕからなるゲート電極７６が形成されている。ゲートをはさんで両脇のｎ型ＧａＮ層７３には、Ｔｉ／Ａｌからなるドレイン電極７５、ソース電極７４がそれぞれ形成されている。
【０２８６】
実施例９の高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）は、従来のサファイア基板等のＩＩＩ族窒化物と異なる基板上に高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）構造を結晶成長して作製されたものや、気相成長や、その他の手法で作製されたＧａＮ基板上に作製されたものに比べ、基板上に積層された高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）構造の結晶欠陥が低く、結晶品質が高いので、欠陥による電極の異常拡散や短絡が抑制され、耐圧が高く、また、良好な周波数特性を示した。
【０２８７】
また、実施例９の高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）は、作製プロセスを行なうのに十分厚いＧａＮ基板を使用して作製されるので、第１の従来技術のように作製プロセス中に基板が割れてしまうということがなく、歩留まりよく作製できた。
【実施例１０】
【０２８８】
実施例１０は第２２の形態のシステムの一実施例である。すなわち、実施例１０は第１９の形態の半導体デバイス（発光素子）を具備した照明装置である。
【０２８９】
図１１は実施例９の照明装置の模式図である。また、図１２は実施例９の照明装置の回路図である。また、図１３は実施例９の照明装置の光源である白色ＬＥＤモジュールの断面図である。また、図１４は白色ＬＥＤのモジュールの光源である紫外発光ＬＥＤの断面図である。
【０２９０】
実施例９の照明装置は、２個の白色ＬＥＤモジュール９０２と電流制限抵抗９６，直流電源９７，スイッチ９８とが直列に接続されており、スイッチ９８のオン，オフによって、白色ＬＥＤモジュール９０２を発光させるようになっている。
【０２９１】
ここで、白色ＬＥＤモジュール９０２は、紫外発光ＬＥＤ９０にＹＡＧ系蛍光体９１が塗布された構造をなす。そして、電極端子９４，９５間に所定の電圧を印加すると、紫外発光ＬＥＤ９０が発光し、その紫外光によってＹＡＧ系蛍光体９１が励起され、白色光９０１が取り出される。
【０２９２】
ここで、紫外発光ＬＥＤ９０は、第１７の形態の柱状結晶をスライスして作製したｎ型ＧａＮ基板８０上に積層したＩＩＩ族窒化物半導体積層構造で作製されている。
【０２９３】
ＧａＮ基板８０の厚さは、３００μｍである。
【０２９４】
紫外発光ＬＥＤ９０の構造は、ｎ型ＧａＮ基板８０上に、ｎ型ＧａＮ層８１、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層８２、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を有する活性層８３、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層８４、ｐ型ＧａＮ層８５が積層され、その上に、Ｎｉ／Ａｕから成る透明オーミック電極８６が形成されている。透明オーミック電極８６上には、Ｎｉ／Ａｕから成るワイヤーボンディングン用の電極８７が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板８０の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極８８が形成されている。
【０２９５】
この紫外発光ＬＥＤ９０では、ｐ側の電極８７とｎ側のオーミック電極８８に電流を注入することによって、活性層にキャリアが注入され、発光し、ＬＥＤ外部に紫外光８０１が取り出される。
【０２９６】
この実施例９のＬＥＤは、従来のサファイア基板等のＩＩＩ族窒化物と異なる基板上にＬＥＤ構造を結晶成長して作製されたものや、気相成長や、その他の手法で作製されたＧａＮ基板上に作製されたものに比べ、基板上に積層されたＬＥＤ構造の結晶欠陥が低く、結晶品質が高いので、発光効率が高く、高出力動作する。
【０２９７】
また、実施例９のＬＥＤは、作製プロセスを行なうのに十分厚いＧａＮ基板を使用して作製されるので、第１の従来技術のように作製プロセス中に基板が割れてしまうということがなく、歩留まりよく作製できた。
【０２９８】
従って、実施例９の照明器具は、従来のサファイア基板等のＩＩＩ族窒化物と異なる基板上にＬＥＤ構造を結晶成長して作製されたものや、気相成長や、その他の手法で作製されたＧａＮ基板上に作製された紫外ＬＥＤを使用した白色ＬＥＤ照明器具よりも、明るく、低消費電力である。
【図面の簡単な説明】
【０２９９】
【図１】実施例１の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図２】実施例２の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図３】実施例３の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図４】実施例４の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図５】実施例５の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図６】実施例６の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【図７】実施例７の半導体レーザーの斜視図である。
【図８】実施例７の半導体レーザーの光出射方向に垂直な面での断面図である。
【図９】実施例８の受光素子の断面図である。
【図１０】実施例９の電子デバイスの断面図である。
【図１１】実施例１０の照明装置の模式図である。
【図１２】実施例１０の照明装置の回路図である。
【図１３】実施例１０の照明装置の光源である白色ＬＥＤモジュールの断面図である。
【図１４】実施例１０の白色ＬＥＤのモジュールの光源である紫外発光ＬＥＤの断面図である。
【図１５】従来の結晶成長装置の構成例を示す図（断面図）である。
【符号の説明】
【０３００】
１１          反応容器
１２          混合融液保持容器
１３，２８          ヒーター
１４，            ガス供給管
１５，１８，２１，３４，３５          バルブ
１６，１９          圧力制御装置
１７          窒素供給管
２０          アルゴン供給管
２２          圧力計
２３          反応容器の内部空間
２４          ＧａＮの板状結晶
２５          混合融液
２６          台座
２９          予備加熱容器
２７，３０，３２          ＧａＮの柱状結晶
３１          種結晶
３３          ガス溜め用タンク
４０          ｎ型ＧａＮ層
４１          ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層
４２          ｎ型ＧａＮ光ガイド層
４３          Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ／Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸活性層
４４          ｐ型ＧａＮ光ガイド層
４５          ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層
４６          ｐ型ＧａＮキャップ層
４７          絶縁膜
４８          ｐ側のオーミック電極
４９          ｎ側のオーミック電極
５０          ｎ型ＧａＮ基板
５１          電流狭窄リッジ導波路構造
６０          ｎ型ＧａＮ基板
６１          ｎ型ＧａＮ層
６２          絶縁性ＧａＮ層
６３          透明ショットキー電極
６４          オーミック電極
６５          電極
７０          ＧａＮ基板
７１          絶縁性ＧａＮ層
７２          ｎ型ＡｌＧａＮ層
７３          ｎ型ＧａＮ層
７４          ソース電極
７５          ドレイン電極
７６          ゲート電極
８０          ｎ型ＧａＮ基板
８１          ｎ型ＧａＮ層
８２          ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
８３          ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を有する活性層
８４          ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
８５          ｐ型ＧａＮ層
８６          透明オーミック電極
８７          電極
８８          ｎ側のオーミック電極
９０          紫外発光ＬＥＤ
９１          ＹＡＧ系蛍光体
９２          金ワイヤー
９３          レンズ
９４、９５          電極端子
９６          電流制限抵抗
９７          直流電源
９８          スイッチ
１０１          反応容器
１０２          混合融液
１０３          種結晶（例えば、ＧａＮ結晶）
１０５          加熱装置
１０６          窒素供給管
１１３          気液界面
１０７          圧力センサー
１０８          圧力調整弁
１０９          圧力情報がケーブル
１１０          第１のシリンダー
１１１          第１のバルブ
１２０          第１のガス供給装置
４００          積層構造
４０１、４０２          光共振器面
４１１、４１２          レーザー光
６０１          光（紫外線）
８０１          紫外光
９０１          白色光
９０２          白色ＬＥＤモジュール
【図１】
2004168650.tif 000008
【図２】
2004168650.tif 000009
【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】
2004168650.tif 000014
【図８】
2004168650.tif 000015
【図９】
2004168650.tif 000016
【図１０】
2004168650.tif 000017
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
2004168650.tif 000021
【図１５】
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