(57)【要約】【課題】  実用的な大きさの高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を低コストで作製することの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法及びＩＩＩ族窒化物結晶を提供する。【解決手段】  少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液２７中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液２７中でＩＩＩ族窒化物２９を結晶成長させる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で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２】
請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、実効的にフラックスを含まずＩＩＩ族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスと窒素を溶解して、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で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、前記フラックスはガスとして供給することを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３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、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で種結晶に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１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項６】
請求項５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７】
請求項６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５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８】
請求項６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５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９】
請求項６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５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１０】
請求項６乃至請求項９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族窒化物の結晶成長方法及びＩＩＩ族窒化物結晶及び半導体デバイス及びシステムに関する。
【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。結晶欠陥は、デバイス特性に悪影響を及ぼす。例えば、発光デバイスの寿命を長くすることが困難であったり、動作電力が大きくなったりするという問題が生じる。
【０００３】
これらの問題を解決するために、サファイア基板上にＩＩＩ族窒化物半導体膜を選択横方向成長することで、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、高出力レーザーの実用化には十分ではなく、さらなる欠陥の低減が必要とされる。さらには、製造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。
【０００４】
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。
【０００５】
ＧａＮ基板を実現する一つの手法として、非特許文献１（第一の従来技術）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。
【０００６】
この第一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。
【０００７】
第一の従来技術の上記問題点を改善するために、例えば特許文献１（第二の従来技術）には、図１２に示すように、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属（フラックス）を含む混合融液に気相から窒素を溶解し、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長する方法が示されている。
【０００８】
この方法は、混合融液からのアルカリ金属の蒸発を抑制しつつ、反応容器外部から窒素原料ガスを供給し、結晶成長を継続させて大型結晶を成長させることができる。
【０００９】
然るに、この第二の従来技術の方法では、高品質の結晶が成長する窒素原料圧力の高い条件下では、容器内に多数の結晶核が発生し、多核成長する。そのため、多数の結晶へ原料が分散されて供給され、あるいは結晶が密集し、成長領域が狭まるなどが原因となって、成長速度が遅くなり、大型の結晶を成長するには長時間を要していた。また、結晶成長初期には、結晶品質の良くない黒色の結晶や暗褐色の結晶が多数成長していた。
【００１０】
非特許文献２（第三の従来技術）には、サファイア基板上に成長したＧａＮ膜を種結晶として、その上にＧａＮを結晶成長し、大面積のＧａＮ厚膜基板を作製する方法が記載されている。この第三の従来技術の方法では、５０気圧の窒素ガス雰囲気中でナトリウム（フラックス）とＧａの混合融液に窒素を溶解してＧａＮを結晶成長している。然るに、この方法では、第二の従来技術と同様に、結晶成長初期に結晶品質の良くない黒色の結晶や暗褐色の結晶が成長してしまう。
【００１１】
これに対し、特許文献２（第四の従来技術）には、図１３に示すように、ＩＩＩ族金属を含む溶液と窒素原料ガスとの気液界面近傍で種結晶を用いて結晶成長を行なう方法が示されている。
【００１２】
この第四の従来技術の方法では、フラックス蒸気を気液界面２１３に供給し、種結晶２０３にＩＩＩ族窒化物を結晶成長する。
【００１３】
この第四の従来技術の方法では、気液界面２１３で結晶成長を行なうため、窒素やＩＩＩ族金属の原料供給が十分行なわれ、高品質の結晶が成長する。
【００１４】
しかしながら、結晶を大型化するためには、結晶を気相側あるいは融液中に移動する機構が必要とされる。ＩＩＩ族窒化物の結晶成長は、単純な融液の凝固によるものとは異なり、原料の化学反応的要素が大きいので、この第四の従来技術の方法では、結晶の移動速度を結晶成長速度に精度良く同期させる必要がある。このため、結晶成長装置に複雑な機構が必要とされるため装置コストが高くなるという問題がある。
【非特許文献１】Ｃｈｅｍｉｓｔｒｙ  ｏｆ  Ｍａｔｅｒｉａｌｓ  Ｖｏｌ．９  （１９９７）  ４１３−４１６
【特許文献１】特開２００２−１２８５８６号公報
【非特許文献２】Ｊａｐａｎｅｓｅ  Ｊｏｕｒｎａｌ  ｏｆ  Ａｐｐｌｉｅｄ  Ｐｈｙｓｉｃｓ．Ｖｏｌ．４２  （２００３）  ｐｐ．Ｌ４−Ｌ６
【特許文献２】特開２００１−０６４０９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したように、第一の従来技術では、反応容器が完全に閉じた系であり、外部から原料を補充する事ができない。そのため、結晶成長中に原料が枯渇し、結晶成長が停止するので、得られる結晶の大きさは１ｍｍ程度と小さい。この程度の大きさではデバイスを実用化するには小さすぎる。
【００１６】
また、第二の従来技術では、高品質の結晶が成長する窒素圧力の高い条件下では、多数の結晶核が発生し、多核成長する。そのため、多数の結晶へ原料が分散されて供給されるか、あるいは結晶が密集し、成長領域が狭まるなどが原因となって、成長速度が遅くなり、大型の結晶を成長させるには長時間を要する。また、結晶成長初期には、結晶品質の良くない黒色や暗褐色の結晶が成長する。
【００１７】
また、第三の従来技術では、大面積のＩＩＩ族窒化物基板結晶を作製することが可能であるが、第二の従来技術と同様に、結晶成長初期に黒色の結晶や暗褐色の結晶が成長するため、種結晶と成長結晶の界面に結晶品質の良くない黒色や暗褐色の結晶が成長する。
【００１８】
また、第四の従来技術では、高品質，大型の結晶を作製することが可能であるが、結晶成長装置に複雑な機構を必要があり、装置コストが高くなる。
【００１９】
以上まとめると、フラックスの存在下で、ＩＩＩ族金属を含む融液に窒素を溶解し、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長する従来の結晶成長方法では、以下の問題点があった。
【００２０】
すなわち、第１の問題点として、融液中での結晶成長では、核発生密度が高い。そのため、原料の供給不足や、成長領域が狭くなる、などが原因となり、結晶の大型化に長時間を要する。
【００２１】
また、第２の問題点として、融液中の結晶成長では、結晶成長初期に結晶性の良くない暗褐色の結晶が成長する。また、種結晶に結晶成長させると、種結晶と成長結晶の界面に結晶品質の良くない黒色や暗褐色の結晶が成長する。
【００２２】
また、第３の問題点として、気液界面での結晶成長では、結晶を移動する機構が必要であるため、装置が複雑になり、装置コストが高くなる。
【００２３】
本発明は、これら従来のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法の問題点を解決し、実用的な大きさの高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を低コストで作製することの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法及びＩＩＩ族窒化物結晶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、少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【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、実効的にフラックスを含まずＩＩＩ族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスと窒素を溶解して、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【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、前記フラックスはガスとして供給することを特徴としている。
【００２７】
また、請求項４記載の発明は、請求項１乃至請求項３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、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で種結晶に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１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００２９】
また、請求項６記載の発明は、請求項５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。
【００３０】
また、請求項７記載の発明は、請求項６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５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。
【００３１】
また、請求項８記載の発明は、請求項６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５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。
【００３２】
また、請求項９記載の発明は、請求項６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５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。
【００３３】
また、請求項１０記載の発明は、請求項６乃至請求項９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】
【００３４】
請求項１乃至請求項４記載の発明によれば、少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、気液界面で成長させる場合のように装置に結晶を気液界面から移動させる機構を設ける必要が無く（すなわち、装置を複雑にする必要が無く）、装置コストを低減できる。
【００３５】
また、フラックスは気液界面から溶液中に供給されるので、気液界面からフラックスを供給しない従来の方法に比べて、気液界面のフラックスの比率が高く、溶液中への窒素の取り込み量が多い。その結果、結晶成長速度を増大させることができて、これにより、短時間で大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。また、窒素が不足することなく結晶へ供給されるので、結晶の窒素欠損による欠陥の発生が減少し、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。
【００３６】
このように、本発明のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、成長速度が速く、高品質の大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を、装置コストを増加させることなく低コストで作製することができる。
【００３７】
特に、請求項２記載の発明では、請求項１記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、実効的にフラックスを含まずＩＩＩ族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスと窒素を溶解して、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、請求項１の効果に加えて、次の効果がある。
【００３８】
すなわち、融液中にフラックスが含まれていないので、予め融液中にフラックスが含まれている場合に比べて、結晶の核発生密度が低減する。その結果、窒素やＩＩＩ族金属が多数の結晶核に分散されることなく、少数の結晶に供給されるので、さらに成長速度を速くすることができ、より一層短時間で大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。また、窒素も十分に供給されるので、窒素欠損による欠陥の発生が低減され、暗褐色な結晶が成長することなく、より一層高品質の結晶を成長させることができる。すなわち、結晶成長初期の暗褐色の結晶成長が抑制された、高品質の結晶を成長させることができる。
【００３９】
このように、請求項２の発明では、さらに、核発生密度を低減でき、より一層成長速度が速く、また、結晶成長初期の暗褐色の結晶成長が抑制された、より一層高品質の大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を低コストで作製することができる。
【００４０】
また、請求項３記載の発明では、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、前記フラックスはガスとして供給するので、請求項１または請求項２の作用効果に加えて、フラックスを気液界面の広い領域に容易に供給することができ、気液界面の広い領域でフラックスによる窒素の取り込みをより一層効率良く行なわせることができる。これにより、結晶成長に必要な窒素の供給を気液界面から十分に行なうことができて、より一層高品質の大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００４１】
また、請求項４記載の発明では、請求項１乃至請求項３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、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で種結晶にＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、請求項１乃至請求項３の作用効果に加えて、さらに、所望の結晶面の広い大型結晶を成長させることができる。すなわち、所望の結晶面の面積が広い種結晶を用いることで、所望の結晶面の広い大型結晶を成長させることができる。
【００４２】
さらに、請求項２の方法において、種結晶に結晶成長させる場合には、種結晶と成長結晶の界面に暗褐色の結晶層を成長させることなく、高品質の結晶を成長させることができる。
【００４３】
また、請求項５記載の発明では、請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶であるので、従来よりも低コスト，高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。
【００４４】
具体的に、例えば請求項４の方法で種結晶を使用して結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶は、大型で所望の結晶面を大面積にする事ができ、また、請求項２の方法で種結晶を使用して結晶成長した結晶は、種結晶と成長結晶の界面に暗褐色の結晶層が形成されない高品質のＩＩＩ族窒化物結晶になる。
【００４５】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項５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、従来よりも高性能，高信頼性の半導体デバイスを提供することができる。すなわち、本発明の半導体デバイスを構成するＩＩＩ族窒化物結晶には半導体デバイスの性能に悪影響を及ぼす欠陥が少ないので、従来よりも高性能，高信頼性の半導体デバイスを提供することができる。
【００４６】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項６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５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。
【００４７】
また、請求項８の発明によれば、請求項６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５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。
【００４８】
また、請求項９の発明によれば、請求項６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５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。
【００４９】
また、請求項１０の発明によれば、請求項６乃至請求項９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】
【００５０】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００５１】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で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である。
【００５２】
本発明において、ＩＩＩ族窒化物とは、Ｇａ（ガリウム），Ａｌ（アルミニウム），Ｉｎ（インジウム），Ｂ（ボロン）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。
【００５３】
ＩＩＩ族金属原料は、特に限定されるものではなく、ＩＩＩ族金属、ＩＩＩ族窒化物、ＩＩＩ族元素を構成元素とする物質、その他適宜使用することができる。
【００５４】
また、窒素原料とは、窒素を構成元素に含む物質で気相から融液中に窒素を供給する物質である。窒素原料としては、窒素ガスやその他の窒素化合物の気体等を使用することもできるし、あるいは、窒素化合物の分解によって発生した窒素ガスも使用することができる。
【００５５】
また、フラックスとは、ＩＩＩ族金属と窒素との直接反応によってＩＩＩ族窒化物が結晶成長する温度，圧力よりも低温，低圧下において、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させる物質を意味する。
【００５６】
フラックスとしては、通常、Ｎａ（ナトリウム）やＫ（カリウム），Ｌｉ（リチウム）が使用されるが、その他のアルカリ金属や、アルカリ土類金属あるいは複数の種類のアルカリ金属やアルカリ土類金属を混合して使用する事もできる。また、フラックスとしては、アルカリ金属や、アルカリ土類金属以外の物質であってもよい。
【００５７】
本発明では、結晶成長中に、ＩＩＩ族金属を含む融液中に、窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスを溶解することを特徴としており、結晶成長開始前には融液中にフラックスが含まれていても含まれていなくても良い。また、融液中には、ＩＩＩ族金属の他に、電気伝導を制御するための不純物を含ませておくこともできる。
【００５８】
本発明の結晶成長方法では、ＩＩＩ族金属を含む融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスを溶解すると、フラックスの働きによって窒素が融液中に溶解し、融液中でＩＩＩ族金属と反応してＩＩＩ族窒化物を成長させることができる。
【００５９】
この場合、本発明の様に、結晶成長中に気液界面からフラックスを融液中へ溶解して結晶成長を行なうと、従来の方法の場合（すなわち、結晶成長中にフラックスを気液界面から溶解させないで結晶成長させる場合）よりも、成長速度が速い。
【００６０】
これは、気液界面でフラックスが溶解する際に、同時に窒素の取り込みが起こり、予め融液中に含まれるフラックスが窒素を取り込む場合に比べ、気液界面での窒素の取り込み量が増加しているのではないかと推察される。
【００６１】
気液界面から融液中に溶解するフラックスの形態は、特に限定されるものではなく、気体であっても液体であっても良い。また、ガスであっても、液滴であってもよく、液体を霧状にして気液界面へ供給しても良い。気液界面からの窒素の取り込みの点では、気液界面の広い領域からフラックスを供給するとより効果的である。
【００６２】
本発明の第１の形態では、少なくともＩＩＩ族金属を含む融液と窒素原料ガスを含む雰囲気ガスが接して気液界面を形成しており，該気液界面の雰囲気ガス側からフラックスと窒素を前記融液中に溶解し、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、気液界面で成長させる場合のように装置に結晶を気液界面から移動させる機構を設ける必要が無く（すなわち、装置を複雑にする必要が無く）、装置コストを低減できる。
【００６３】
また、フラックスは気液界面から溶液中に供給されるので、気液界面からフラックスを供給しない従来の方法に比べて、気液界面のフラックスの比率が高く、溶液中への窒素の取り込み量が多い。その結果、結晶成長速度を増大させることができて、これにより、短時間で大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。また、窒素が不足することなく結晶へ供給されるので、結晶の窒素欠損による欠陥の発生が減少し、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。
【００６４】
このように、本発明のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法によれば、成長速度が速く、高品質の大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を、装置コストを増加させることなく低コストで作製することができる。
【００６５】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、実効的にフラックスを含まずＩＩＩ族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスと窒素を溶解して、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００６６】
本発明において、「実効的にフラックスを含まない」とは、フラックスとなる物質が融液中に含まれている場合においても、結晶核が発生しない、もしくは発生しても、その数が少なく、その結晶成長速度も遅く、その後の結晶成長で多核成長や暗褐色の結晶を成長させるなどの問題とならない程度の量であれば、フラックスを含まないとみなす事を意味する。
【００６７】
本発明の第２の形態では、実効的にフラックスを含まずＩＩＩ族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスを溶解すると、フラックスの働きによって、窒素が融液中に溶解し、融液中でＩＩＩ族金属と反応してＩＩＩ族窒化物が成長する。
【００６８】
本発明の第２の形態の結晶成長方法では、核発生が少なく、成長速度が速く、成長初期においても暗褐色の結晶が成長しない。意図して不純物を添加しない場合には、透明な結晶成長初期から成長する。
【００６９】
これは、成長開始時には融液中に含まれるフラックスが少ないので、核発生が少なく、少数核成長がおこり、原料がそれら少数の結晶に集中するためではないかと推察される。
【００７０】
このように、本発明の第２の形態では、融液中にフラックスが含まれていないので、予め融液中にフラックスが含まれている場合に比べて、結晶の核発生密度が低減する。その結果、窒素やＩＩＩ族金属が多数の結晶核に分散されることなく、少数の結晶に供給されるので、さらに成長速度を速くすることができ、より一層短時間で大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。また、窒素も十分に供給されるので、窒素欠損による欠陥の発生が低減され、暗褐色な結晶が成長することなく、より一層高品質の結晶を成長させることができる。すなわち、結晶成長初期の暗褐色の結晶成長が抑制された、高品質の結晶を成長させることができる。
【００７１】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１または第２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記フラックスはガスとして供給することを特徴としている。
【００７２】
このように、第３の形態では、フラックスをガス（気体）として気液界面に供給する。このとき、フラックスガスは気液界面に吹きかけても良い。また、気液界面にフラックスの蒸気圧をかけて溶解しても良い。その様式は特に限定されるものではない。
【００７３】
このように、本発明の第３の形態では、第１または第２の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記フラックスはガスとして供給するので、第１または第２の形態の作用効果に加えて、フラックスを気液界面の広い領域に容易に供給することができ、気液界面の広い領域でフラックスによる窒素の取り込みをより一層効率良く行なわせることができる。これにより、結晶成長に必要な窒素の供給を気液界面から十分に行なうことができて、より一層高品質の大型，大面積のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００７４】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、第１乃至第３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、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で種結晶にＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００７５】
種結晶は、望ましくはＩＩＩ族窒化物結晶が良いが、結晶成長が可能なものであれば、ＩＩＩ族窒化物以外の結晶であっても良い。また、その形状は特に限定されるものではなく、任意の形状で良い。
【００７６】
本発明の第４の形態では、第１乃至第３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、ＩＩＩ族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中で種結晶にＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、第１乃至第３の形態の作用効果に加えて、さらに、所望の結晶面の広い大型結晶を成長させることができる。すなわち、所望の結晶面の面積が広い種結晶を用いることで、所望の結晶面の広い大型結晶を成長させることができる。
【００７７】
さらに、第２の形態の方法において、種結晶に結晶成長させる場合には、種結晶と成長結晶の界面に暗褐色の結晶層を成長させることなく、高品質の結晶を成長させることができる。
【００７８】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第１乃至第４のいずれかの形態の結晶成長方法で結晶成長させたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００７９】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第５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。
【００８０】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第６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５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。
【００８１】
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。
【００８２】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第６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５の形態の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。
【００８３】
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。
【００８４】
（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第６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５の形態の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。
【００８５】
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。
【００８６】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第６，第７，第８，第９の形態の半導体デバイスを具備したシステムである。
【００８７】
システムとしては、例えば、第７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７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７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８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９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６，第７，第８，第９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】
【００８８】
実施例１は、本発明の第１，第５の形態に対応した実施例である。この実施例１では、フラックスとしてＮａ（ナトリウム）を使用し、ＩＩＩ族元素の原料として金属Ｇａ（ガリウム）を使用し、窒素原料として窒素ガスを使用し、ＩＩＩ族窒化物としてＧａＮを結晶成長する。
【００８９】
融液はＧａとＮａの混合融液として、あらかじめ融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、さらに、Ｎａを反応容器外部に設けたＮａ溜めから融液保持容器内の融液に送液し、融液保持容器内でＧａＮを結晶成長する。
【００９０】
図１は実施例１に用いられた結晶成長装置の構成例を示す図である。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に、ＩＩＩ族金属を含む融液２７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。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。
【００９１】
また、融液保持容器１２中にＮａを供給するための送液管２５が反応容器１１を貫通して装着されている。
【００９２】
Ｎａは液体としてＮａ溜め容器２３に収容されている。Ｎａ溜め容器２３はシリンダー構造になっており、ピストン２４が設けられている。ピストン２４をＮａ溜め容器２３内に挿入することによって、Ｎａが送液管２５へ押し出され、反応容器１１内に保持された融液保持容器１２内の融液２７中に滴下供給される。なお、Ｎａ溜め容器２３，ピストン２４，送液管２５は、Ｎａが凝固しないようＮａの融点以上の温度に保持されている。
【００９３】
また、反応容器１１内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）圧力を調整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。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。また、反応容器１１内の全圧力は圧力計１９でモニターされる。
【００９４】
反応容器１１の外側にはヒーター１３が設置されている。また、反応容器１１内には温度センサー２１が設置されており、温度に対応したモニター信号が温度制御器２２に送られるようになっている。そして、温度制御器２２は、モニター信号に対応させて、ヒーター１３への投入電力を調整し、温度センサー２１の部分（測温部）の温度を制御するようになっている。測温部の温度と融液の温度は対応付けされており、上記のように測温部の温度を制御することによって、融液の温度を制御することができる。
【００９５】
以下に、図１の結晶成長装置を使用した実施例１でのＧａＮの成長方法を説明する。融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料として金属Ｇａを入れ、フラックスとしてＮａを入れる。そして、窒素ガスを窒素導入管１７から導入する。すなわち、バルブ１５，１８を開け、反応容器１１内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置１６で反応容器１１内の窒素圧力を８ＭＰａにする。
【００９６】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液２７を室温（２７℃）から結晶成長温度まで１時間で昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。反応容器１１内の圧力は８ＭＰａで一定である。結晶成長温度に達した後、Ｎａ溜め容器２３のピストン２４を操作し、Ｎａを送液管２５から供給する。Ｎａは液滴２６として融液２７の表面（気液界面）に滴下供給される。温度と圧力を一定に保持し、Ｎａの滴下供給を１００時間継続して、ＧａＮを結晶成長する。１００時間後、室温まで降温する。降温後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２の内面にｃ軸方向の長さが２ｍｍ以上に伸びた柱状のＧａＮ２９が多数成長していた。
【００９７】
一方、従来の方法のようにＮａ−Ｇａ混合融液を用いて、融液外部からＮａを供給せずに結晶成長を行った場合には、微結晶が多数成長した。この実施例１のようにＧａ融液にＮａを融液外部から滴下して結晶成長した場合の方が、成長速度が速く、より大きな柱状結晶が成長した。
【実施例２】
【００９８】
実施例２は、本発明の第２，第５の形態に対応した実施例である。この実施例２では、フラックスとしてＮａ（ナトリウム）を使用し、ＩＩＩ族元素の原料として金属Ｇａ（ガリウム）を使用し、窒素原料として窒素ガスを使用し、ＩＩＩ族窒化物としてＧａＮを結晶成長する。融液はＧａのみの融液として融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、Ｎａを反応容器外部に設けたＮａ溜めから融液保持容器内の融液に送液し、融液保持容器内でＧａＮを結晶成長する。この実施例２で使用した装置は、図１に示したものと同一のものである。
【００９９】
以下に、図１の結晶成長装置を使用した実施例２でのＧａＮの成長方法を説明する。融液保持容器１２に、ＩＩＩ族金属原料として金属Ｇａを入れる。そして、窒素ガスを窒素導入管１７から導入する。すなわち、バルブ１５，１８を開け、反応容器１１内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置１６で反応容器１１内の窒素圧力を８ＭＰａにする。
【０１００】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液２７を室温（２７℃）から結晶成長温度まで１時間で昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。反応容器１１内の圧力は８ＭＰａで一定である。結晶成長温度に達した後、Ｎａ溜め容器２３のピストン２４を操作し、Ｎａを送液管２５から供給する。Ｎａは液滴２６として融液２７の表面（気液界面）に滴下供給される。温度と圧力を一定に保持し、Ｎａの滴下供給を１００時間継続して、ＧａＮを結晶成長する。１００時間後、室温まで降温する。降温後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２の底に無色透明なｃ軸方向の長さが３ｍｍ以上に伸びた柱状のＧａＮ２９がいくつか成長していた。
【０１０１】
一方、従来の方法のようにＮａ−Ｇａ混合融液を用いて、融液外部からＮａを供給せずに結晶成長を行った場合には、暗褐色の微結晶が多数成長した。この実施例２のようにＧａ融液にＮａを融液外部から滴下して結晶成長した場合の方が、結晶の数が少なく、成長速度が速く、より大きな柱状結晶が成長した。
【実施例３】
【０１０２】
実施例３は、本発明の第１，第２，第３，第４，第５の形態に対応した実施例である。この実施例３では、フラックスとしてＮａ（ナトリウム）を使用し、ＩＩＩ族元素の原料として金属Ｇａ（ガリウム）を使用し、窒素原料として窒素ガスを使用し、ＧａＮ板状結晶を種結晶として用いて、種結晶にＧａＮを結晶成長する。
【０１０３】
Ｇａはあらかじめ融液として融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、ＮａはＧａを含む融液の外部から蒸発させ、ガスとして融液に供給し、融液保持容器内で種結晶ＧａＮにＧａＮを結晶成長する。
【０１０４】
図２は実施例３に用いられた結晶成長装置の構成例を示す図である。図２の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器３１に、第１の融液保持容器３２が設けられている。第１の融液保持容器３２内にはフラックス３５が保持され、その上部に第２の融液保持容器３３が収容されている。第２の融液保持容器３３内にはＩＩＩ族金属を含む融液が保持される。
【０１０５】
第１の融液保持容器３２は蓋３４で、蓋される。第１の融液保持容器３２と蓋３４との間にはわずかに隙間があり、この隙間を通して窒素ガスが供給される。第１の融液保持容器３２は反応容器３１から取り外すことができる。また、第１の融液保持容器３２，第２の融液保持容器３３の材質はＢＮである。
【０１０６】
また、反応容器３１内に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスを充満させ、かつ反応容器３１内の窒素（Ｎ２）圧力を調整することを可能にするガス供給管１４が反応容器３１を貫通して装着されている。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。反応容器３１内の全圧力は圧力計１９でモニターされる。
【０１０７】
反応容器３１の外側にはヒーター１３が設置されている。また、反応容器３１内には温度センサー２１が設置されており、温度に対応したモニター信号が温度制御器２２に送られるようになっている。そして、温度制御器２２は、モニター信号に対応させて、ヒーター１３への投入電力を調整して、温度センサー２１の部分（測温部）の温度を制御するようになっている。測温部の温度と融液の温度は対応付けされており、上記のように測温部の温度を制御することによって、融液の温度を制御することができる。
【０１０８】
以下に、図２の結晶成長装置を使用した実施例３でのＧａＮの成長方法を説明する。第１の融液保持容器３２内にフラックス３５としてＮａを入れる。また、第２の融液保持容器３３に、種結晶としてＧａＮ板状結晶３６を入れ、また、ＩＩＩ族金属原料として金属Ｇａを入れる。そして、窒素ガスを窒素導入管１７から導入する。すなわち、バルブ１５，１８を開け、反応容器１１内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置１６で反応容器３１内の窒素圧力を８ＭＰａにする。
【０１０９】
次いで、ヒーター１３に通電し、Ｇａ融液３８を室温（２７℃）から結晶成長温度まで１時間で昇温する。結晶成長温度は７７５℃とした。反応容器３１内の圧力は８ＭＰａで一定である。温度上昇とともに第１の融液保持容器３２に保持されているＮａ３５が蒸発し、第１の融液保持容器３２内に充満する。そして、このＮａは、第２の融液保持容器３３内に保持されたＧａ融液３８の表面（気液界面）から融液３８中に溶解する。そして、窒素が融液３８中に取り込まれ、ＧａＮが結晶成長する。その後、温度と圧力を一定に保持し、１００時間継続して結晶成長する。１００時間後、室温まで降温する。降温後、反応容器３１を開けると、第２の融液保持容器３３内のＧａＮ種結晶３６に無色透明のＧａＮ結晶３７が結晶成長していた。また、種結晶３６と成長した結晶３７との界面部分には暗褐色の結晶は成長していなかった。
【０１１０】
一方、従来の方法のようにＮａ−Ｇａ混合融液を用いて、融液外部からＮａを供給せずに結晶成長を行った場合には、種結晶３６に暗褐色の結晶が成長した。この実施例３のようにＧａ融液にＮａをガスとして溶解して結晶成長した場合の方が、暗褐色の結晶が成長せず、透明な結晶が成長した。
【実施例４】
【０１１１】
実施例４は、第１，第２，第３，第４，第５の形態に対応した実施例である。この実施例４では、フラックスとしてＮａ（ナトリウム）を使用し、ＩＩＩ族元素の原料として金属Ｇａ（ガリウム）を使用し、窒素原料として窒素ガスを使用し、ＧａＮ板状結晶を種結晶として用いて、種結晶にＧａＮを結晶成長する。
【０１１２】
Ｇａはあらかじめ融液として融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から溶液中に溶解して供給し、Ｎａは融液保持容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発させ、ガスとして融液に供給し、融液保持容器内の種結晶ＧａＮにＧａＮを結晶成長する。
【０１１３】
図３は実施例４に用いられた結晶成長装置の構成例を示す図である。図３の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器４１に、収容容器４３が設けられている。収容容器４３内の下部にはフラックス４８を保持するフラックス保持容器４６が収容され、その上部に融液保持容器４５が収容されている。融液保持容器４５内にはＩＩＩ族金属を含む融液４７が保持される。
【０１１４】
収容容器４３は蓋４４で、蓋される。収容容器４３と蓋４４との間にはわずかに隙間があり、この隙間を通して窒素ガスが供給される。なお、収容容器４３は反応容器４１から取り外すことができる。また、収容容器４３，融液保持容器４５，フラックス保持容器４６の材質はＢＮである。
【０１１５】
また、反応容器４１内に窒素原料となる窒素（Ｎ２）ガスを充満させ、かつ反応容器４１内の窒素（Ｎ２）圧力を調整することを可能にするガス供給管１４が反応容器４１を貫通して装着されている。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。また、反応容器４１内の全圧力は圧力計１９でモニターされる。
【０１１６】
反応容器４１の外側には、反応容器４１の上部と下部を加熱するヒーター５３，ヒーター５４がそれぞれ設置されている。反応容器４１内のＩＩＩ族金属を含む融液４７とフラックス４８が保持される高さには、それぞれ温度センサー５５，温度センサー５２が設置されており、それぞれの温度に対応したモニター信号がそれぞれ温度制御器５６，温度制御器５７に送られるようになっている。そして、温度制御器５６，温度制御器５７は、それぞれのモニター信号に対応させて、ヒーター５３，ヒーター５４への投入電力を調整して、温度センサー５５，温度センサー５４の部分（測温部）の温度を独立に制御するようになっている。
【０１１７】
測温部の温度と融液あるいはフラックスの温度は対応付けされており、上記のように測温部の温度を制御することによって、融液あるいはフラックスの温度をそれぞれ独立に制御することができる。図３の装置では、フラックスの温度を融液とは独立して制御できるので、所望の結晶成長温度で、フラックスの蒸発量、すなわち、融液へのフラックス供給量を制御することができる。その結果、成長速度を制御して結晶成長を行なうことができる。
【０１１８】
以下に、図３の結晶成長装置を使用した実施例４でのＧａＮの成長方法を説明する。フラックス保持容器４６にはフラックス４８を保持させる。また、融液保持容器４５に、種結晶としてＧａＮ板状結晶４９を入れ、ＩＩＩ族金属原料として金属Ｇａを入れる。そして、窒素ガスを窒素導入管１７から導入する。すなわち、バルブ１５，１８を開け、反応容器４１内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置１６で反応容器４１内の窒素圧力を８ＭＰａにする。窒素ガスは、収容容器４３と蓋４４との間のわずかな隙間を通して収容容器４３内にも導入される。
【０１１９】
次いで、ヒーター５３に通電し、融液４７を室温（２７℃）から結晶成長温度まで１時間で昇温する。結晶成長温度は８００℃とした。
【０１２０】
次いで、ヒーター５４に通電し、フラックス保持容器４６内のＮａ４８を所定の温度まで加熱する。Ｎａはフラックス保持容器４６から蒸発し、融液保持容器４５内のＧａ融液４７上の雰囲気ガス５１から気液界面を通して融液４７中に溶解する。これに伴い、窒素も融液４７中に取り込まれ、ＧａＮの結晶成長が開始する。
【０１２１】
温度と窒素圧力を一定に保持し、１５０時間継続して結晶成長する。１５０時間後、室温まで降温する。降温後、反応容器４１を開けると、融液保持容器４５内のＧａＮ種結晶４９に無色透明のＧａＮ５０が結晶成長していた。また、種結晶４９と成長した結晶５０との界面部分には暗褐色の結晶は成長していなかった。
【０１２２】
一方、従来の方法のようにＮａ−Ｇａ混合融液を用いて、融液外部からＮａを供給せずに結晶成長を行った場合には、種結晶４９に暗褐色の結晶が成長した。この実施例４のようにＧａ融液にＮａをガスとして溶解して結晶成長した場合の方が、暗褐色の結晶が成長せず、透明な結晶が成長した。
【実施例５】
【０１２３】
実施例５は、第７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。
【０１２４】
図４，図５は実施例５の半導体レーザーを示す図である。なお、図４は実施例５の半導体レーザーの斜視図であり、また、図５はその光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１２５】
実施例５の半導体レーザーは第５の形態のＧａＮ結晶で作製したｎ型ＧａＮ基板５００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。
【０１２６】
すなわち、図４，図５において、半導体レーザー積層構造４０００は、２５０μｍの厚さのｎ型ＧａＮ基板５００上に、ｎ型ＧａＮ層４００、ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４１０、ｎ型ＧａＮ光ガイド層４２０、Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ／Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸活性層４３０、ｐ型ＧａＮ光ガイド層４４０、ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４５０、ｐ型ＧａＮキャップ層４６０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。
【０１２７】
そして積層構造４０００は、ｐ型ＧａＮキャップ層４６０からｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層４５０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５１０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。
【０１２８】
また、積層構造の表面には、ＳｉＯ２からなる絶縁膜４７０が形成されている。リッジ５１０上の絶縁膜４７０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４６０表面に、ｐ側のオーミック電極４８０が形成されている。
【０１２９】
また、ｎ型ＧａＮ基板５００の裏面には、ｎ側のオーミック電極４９０が形成されている。ｎ側オーミック電極４９０としては、Ｔｉ／Ａｌを、ｐ側オーミック電極４８０としては、Ｎｉ／Ａｕを蒸着して形成した。
【０１３０】
また、リッジ５１０と活性層４３０に垂直に光共振器面４０１０，４０２０が形成されている。光共振器面４０１０，４０２０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５１０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。
【０１３１】
ｎ側オーミック電極４９０と光共振器面４０１０，４０２０は、ｎ型ＧａＮ基板５００の裏面を８０μｍまで研磨した後に形成した。
【０１３２】
実施例５の半導体レーザーでは、ｐ側のオーミック電極４８０とｎ側のオーミック電極４９０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４０１０，４０２０から、レーザー光４１１０，４１２０が出射される。
【０１３３】
実施例５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。
【実施例６】
【０１３４】
実施例６は第８の形態の半導体デバイス（受光素子）の一実施例である。図６は実施例６の受光素子を示す図である。
【０１３５】
実施例６の受光素子は、第５の形態のＩＩＩ族窒化物結晶で作製したｎ型ＧａＮ基板６００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。
【０１３６】
ここで、ＧａＮ基板６００の厚さは、３００μｍである。
【０１３７】
実施例６の受光素子の構造は、ｎ型ＧａＮ基板６００上に、ｎ型ＧａＮ層６１０，絶縁性ＧａＮ層６２０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６３０が形成されたＭＩＳ型受光素子である。
【０１３８】
ｎ型ＧａＮ基板６００の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極６４０が形成され、透明ショットキー電極６３０の上部の一部には、Ａｕからなる電極６５０が形成されている。
【０１３９】
実施例６の受光素子では、透明ショットキー電極６３０側から光（紫外線）６０１０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。
【０１４０】
実施例６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。
【実施例７】
【０１４１】
実施例７は第９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７は実施例７の半導体デバイス（電子デバイス）の断面図である。実施例７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。
【０１４２】
実施例７の高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）は、第５の形態のＧａＮ結晶で作製したＧａＮ基板７００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。
【０１４３】
ここで、ＧａＮ基板７００の厚さは、３００μｍである。
【０１４４】
高電子移動度トランジスター（ＨＥＭＴ）の構造は、ＧａＮ基板７００上に積層された絶縁性ＧａＮ層７１０、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２０、ｎ型ＧａＮ層７３０からなるリセスゲートＨＥＭＴである。
【０１４５】
ｎ型ＧａＮ層７３０はゲート部分がｎ型ＡｌＧａＮ層７２０までエッチングされ、ｎ型ＡｌＧａＮ層７２０にＮｉ／Ａｕからなるゲート電極７６０が形成されている。ゲートをはさんで両脇のｎ型ＧａＮ層７３０には、Ｔｉ／Ａｌからなるドレイン電極７５０、ソース電極７４０がそれぞれ形成されている。
【０１４６】
実施例７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。
【実施例８】
【０１４７】
実施例８は第１０の形態のシステムの一実施例である。すなわち、実施例８は第７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。
【０１４８】
図８は実施例８の照明装置の模式図である。また、図９は実施例８の照明装置の回路図である。また、図１０は実施例８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１１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。
【０１４９】
実施例８の照明装置は、２個の白色ＬＥＤモジュール９０２０と電流制限抵抗９６０，直流電源９７０，スイッチ９８０とが直列に接続されており、スイッチ９８０のオン，オフによって、白色ＬＥＤモジュール９０２０を発光させるようになっている。
【０１５０】
ここで、白色ＬＥＤモジュール９０２０は、紫外発光ＬＥＤ９００にＹＡＧ系蛍光体９１０が塗布された構造をなす。そして、電極端子９４０，９５０間に所定の電圧を印加すると、紫外発光ＬＥＤ９００が発光し、その紫外光によってＹＡＧ系蛍光体９１０が励起され、白色光９０１０が取り出される。
【０１５１】
ここで、紫外発光ＬＥＤ９００は、第５の形態のＩＩＩ族窒化物結晶で作製したｎ型ＧａＮ基板８００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。
【０１５２】
ＧａＮ基板８００の厚さは、３００μｍである。
【０１５３】
紫外発光ＬＥＤ９００の構造は、ｎ型ＧａＮ基板８００上に、ｎ型ＧａＮ層８１０、ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層８２０、ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を有する活性層８３０、ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層８４０、ｐ型ＧａＮ層８５０が積層され、その上に、Ｎｉ／Ａｕから成る透明オーミック電極８６０が形成されている。透明オーミック電極８６０上には、Ｎｉ／Ａｕから成るワイヤーボンディング用の電極８７０が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板８００の裏面には、Ｔｉ／Ａｌからなるオーミック電極８８０が形成されている。
【０１５４】
この紫外発光ＬＥＤ９００では、ｐ側の電極８７０とｎ側のオーミック電極８８０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８０１０が取り出される。
【０１５５】
この実施例８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。
【０１５６】
従って、実施例８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。
【産業上の利用可能性】
【０１５７】
本発明は、光ディスク用青紫色光源、紫外光源（ＬＤ、ＬＥＤ）、電子写真用青紫色光源、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１５８】
【図１】実施例１，実施例２に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図２】実施例３に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図３】実施例４に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図４】実施例５の半導体レーザーの斜視図である。
【図５】実施例５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６】実施例６の受光素子の断面図である。
【図７】実施例７の電子デバイスの断面図である。
【図８】実施例８の照明装置の模式図である。
【図９】実施例８の照明装置の回路図である。
【図１０】実施例８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１１】実施例８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１２】第二の従来技術に示されている結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図１３】第四の従来技術に示されている結晶成長装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【０１５９】
１１，３１，４１          反応容器
１２，４５          融液保持容器
１３，５３，５４          ヒーター
１４          ガス供給管
１５，１８          バルブ
１６          圧力制御装置
１７          窒素導入管
１９          圧力計
２１，５２，５５          温度センサー
２２，５６，５７          温度制御器
２３          Ｎａ溜め容器
２４          ピストン
２５          送液管
２６          Ｎａ液滴
２７          ＩＩＩ族金属を含む融液
２８，３９          内部空間
２９          柱状のＧａＮ
３２          第１の融液保持容器
３３          第２の融液保持容器
３４，４４          蓋
３５，４２          容器支持台
３６，４９          ＧａＮ板状種結晶
３７          ＧａＮ成長結晶
３８          Ｇａ融液
４６          フラックス保持容器
４８          フラックス
４３          収容容器
４７          融液
５０          無色透明のＧａＮ成長結晶
５１          雰囲気ガス
５８          反応容器の内部空間
４００        ｎ型ＧａＮ層
４１０        ｎ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層
４２０        ｎ型ＧａＮ光ガイド層
４３０        Ｉｎ０．０５Ｇａ０．９５Ｎ／Ｉｎ０．１５Ｇａ０．８５Ｎ量子井戸活性層
４４０        ｐ型ＧａＮ光ガイド層
４５０        ｐ型Ａｌ０．２Ｇａ０．８Ｎクラッド層
４６０        ｐ型ＧａＮキャップ層
４７０        絶縁膜
４８０        ｐ側のオーミック電極
４９０        ｎ側のオーミック電極
５００        ｎ型ＧａＮ基板
５１０        電流狭窄リッジ導波路構造
６００        ｎ型ＧａＮ基板
６１０        ｎ型ＧａＮ層
６２０        絶縁性ＧａＮ層
６３０        透明ショットキー電極
６４０        オーミック電極
６５０        電極
７００        ＧａＮ基板
７１０        絶縁性ＧａＮ層
７２０        ｎ型ＡｌＧａＮ層
７３０        ｎ型ＧａＮ層
７４０        ソース電極
７５０        ドレイン電極
７６０        ゲート電極
８００        ｎ型ＧａＮ基板
８１０        ｎ型ＧａＮ層
８２０        ｎ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
８３０        ＩｎＧａＮ／ＧａＮ多重量子井戸構造を有する活性層
８４０        ｐ型Ａｌ０．１Ｇａ０．９Ｎ層
８５０        ｐ型ＧａＮ層
８６０        透明オーミック電極
８７０        電極
８８０        ｎ側のオーミック電極
９００        紫外発光ＬＥＤ
９１０        ＹＡＧ系蛍光体
９２０        金ワイヤー
９３０        レンズ
９４０、９５０      電極端子
９６０        電流制限抵抗
９７０        直流電源
９８０        スイッチ
４０００        積層構造
４０１０、４０２０      光共振器面
４１１０、４１２０      レーザー光
６０１０        光（紫外線）
８０１０        紫外光
９０１０        白色光
９０２０        白色ＬＥＤモジュール
【図１】
2005206437.tif 000003
【図２】
2005206437.tif 000004
【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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