(57)【要約】【課題】  転位密度の低い高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法を提供する。【解決手段】  少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長する。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長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２】
請求項１記載の結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面として、｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長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３】
請求項１記載の結晶成長方法において、種結晶に｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長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結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項５】
請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶を加工して作製した特定の結晶面を主面とする基板。
【請求項６】
請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶の特定の結晶面上、または、請求項５記載の基板上に作製された半導体デバイス。
【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およびＩＩＩ族窒化物結晶および基板および半導体デバイスに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に示されているように、アルカリ金属を含む融液中でＩＩＩ族金属と窒素を反応させてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法（すなわち、フラックス法）が知られている。
【特許文献１】特開平２００３−２９２４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、従来のフラックス法では、転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長させることが難かしいという問題があった。
【０００４】
具体的に、例えば種結晶を用いてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合、種結晶に用いることのできるＩＩＩ族窒化物結晶は必ずしも転位密度の低いものばかりではなかった。
【０００５】
また、転位密度が低くない種結晶を用いても、転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長することは難かしかった。
【０００６】
本発明は、転位密度の低い高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することの可能なＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法およびＩＩＩ族窒化物結晶および基板および半導体デバイス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】
【０００７】
上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長することを特徴としている。
【０００８】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面として、｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長することを特徴としている。
【０００９】
また、請求項３記載の発明は、請求項１記載の結晶成長方法において、種結晶に｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長することを特徴としている。
【００１０】
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結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００１１】
また、請求項５記載の発明は、請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶を加工して作製された特定の結晶面（例えば（０００１）面）を主面とする基板である。
【００１２】
また、請求項６記載の発明は、請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶の特定の結晶面（例えば（０００１）面）上、または、請求項５記載の基板上に作製された半導体デバイスである。
【発明の効果】
【００１３】
請求項１記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長するので、転位密度の低い高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明によれば、請求項１記載の結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面として、｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長するので、｛１０−１１｝面以外の結晶面への転位の伝播を抑制しながら結晶成長する事が容易に行える。従って、例えば、低転位密度の（０００１）面を有する結晶を容易に作製することができる。
【００１５】
また、請求項３記載の発明によれば、請求項１記載の結晶成長方法において、種結晶に｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長するので、種結晶の転位密度が大きい場合においても、｛１０−１１｝面以外の結晶面への転位の伝播を抑制しながら結晶成長する事ができる。従って、転位密度の大きな種結晶を使用しても、例えば、低転位密度の（０００１）面を有する結晶を容易に作製することができる。
【００１６】
また、請求項４記載の発明によれば、請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶であるので、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）の貫通転位密度が少ない高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。
【００１７】
また、請求項５記載の発明によれば、請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶を加工して作製した特定の結晶面（例えば（０００１）面）を主面とする基板であるので、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）の貫通転位密度が少ない高品質のＩＩＩ族窒化物結晶の基板を提供することができる。
【００１８】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項４記載のＩＩＩ族窒化物結晶の特定の結晶面（例えば（０００１）面）上、または、請求項５記載の基板上に作製された半導体デバイスであるので、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。
【００２０】
（第１の形態）
本発明の第１の形態は、少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長することを特徴としている。
【００２１】
第１の形態によれば、少なくともアルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素が溶解した融液からＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら結晶成長するので、転位密度の低い高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００２２】
すなわち、転位は成長面に向かって伝播する傾向があるので、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）以外の結晶面を成長面として形成しながら成長すると、特定の結晶面（例えば（０００１）面）には転位が伝播し難い。従って、第１の形態では、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）が低転位密度である結晶を作製することができる。
【００２３】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、第１の形態の結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面として、｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長することを特徴としている。
【００２４】
第２の形態によれば、第１の形態の結晶成長方法において、特定の結晶面以外の結晶面として、｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長するので、｛１０−１１｝面以外の結晶面への転位の伝播を抑制しながら結晶成長する事が容易に行える。従って、例えば、低転位密度の（０００１）面を有する結晶を容易に作製することができる。
【００２５】
ここで、｛１０−１１｝面は、フラックス法の条件を適切に選ぶことによって、容易に形成することができる。
【００２６】
この｛１０−１１｝面を成長面として形成しながら結晶成長を行うと、｛１０−１１｝面以外の結晶面への転位の伝播を抑制しながら結晶成長する事が容易に行える。従って、例えば、低転位密度の（０００１）面を有する結晶を容易に作製することができる。
【００２７】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、第１の形態の結晶成長方法において、種結晶に｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長することを特徴としている。
【００２８】
第３の形態によれば、第１の形態の結晶成長方法において、種結晶に｛１０−１１｝面を成長面として形成しながらＩＩＩ族窒化物を結晶成長するので、種結晶の転位密度が大きい場合においても、｛１０−１１｝面以外の結晶面への転位の伝播を抑制しながら結晶成長する事ができる。従って、転位密度の大きな種結晶を使用しても、例えば、低転位密度の（０００１）面を有する結晶を容易に作製することができる。
【００２９】
図１，図２には、種結晶として、｛１０−１１｝面を有する六角錐結晶１を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長する場合が示されている。なお、図２は図１の断面図である。
【００３０】
また、図３には、種結晶として、（０００１）面を主面とする板状結晶２を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長する場合が示されている。
【００３１】
図２，図３のいずれの場合も、成長したＩＩＩ族窒化物結晶の結晶上部Ａ，Ｂは、転位が伝播しにくく、転位密度が低くなっている（低転位密度となっている）。
【００３２】
（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結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶であることを特徴としている。
【００３３】
第４の形態によれば、第１乃至第３のいずれかの形態の結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶であるので、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）の貫通転位密度が少ない高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。
【００３４】
具体的に、種結晶として、｛１０−１１｝面を有する六角錐結晶１を用いて結晶成長したＩＩＩ族窒化物結晶は、図２に示すように、結晶上部Ａが低転位密度となっている。また、種結晶として、（０００１）面を主面とする板状結晶２を用いて結晶成長したＩＩＩ族窒化物結晶は、図３に示すように、結晶上部Ｂが低転位密度となっている。
【００３５】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、第４の形態のＩＩＩ族窒化物結晶を加工して作製した特定の結晶面（例えば（０００１）面）を主面とする基板であることを特徴としている。
【００３６】
また、第５の形態の発明によれば、第４の形態のＩＩＩ族窒化物結晶を加工して作製した特定の結晶面（例えば（０００１）面）を主面とする基板であるので、所望とする特定の結晶面（例えば（０００１）面）の貫通転位密度が少ない高品質のＩＩＩ族窒化物結晶の基板を提供することができる。
【００３７】
具体的に、例えば図２に示すように結晶成長したＩＩＩ族窒化物結晶を、図４に示すような破線Ｃの部分（図４の例では、結晶の上部Ａ付近を通る（０００１）面）で切断し、これを図５に示すような特定の結晶面（（０００１）面）を主面とする基板（低転位密度基板）とすることができる。
【００３８】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第４の形態のＩＩＩ族窒化物結晶の特定の結晶面（例えば（０００１）面）上、または、第５の形態の基板上に作製された半導体デバイスであることを特徴としている。
【００３９】
第６の形態によれば、第４の形態のＩＩＩ族窒化物結晶の特定の結晶面（例えば（０００１）面）上、または、第５の形態の基板上に作製された半導体デバイスであるので、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。
【００４０】
図６には、図４のＩＩＩ族窒化物結晶を破線Ｃの部分で切断，研磨して形成した低転位密度の（０００１）面基板（図５の基板）上に作製したデバイスの一例が示されている。このデバイスは、低転位密度の（０００１）面基板（図５の基板）上に作製されているので、高性能，高信頼性のものとなる。
【実施例１】
【００４１】
実施例１では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を用い、ＩＩＩ族金属原料としてＧａ（ガリウム）を用い、窒素原料として窒素ガスを使用し、（０００１）面を主面とするＧａＮ種結晶に、ＩＩＩ族窒化物としてＧａＮを結晶成長させた。なお、ここで、Ｎａ，Ｇａはあらかじめ混合融液として融液保持容器中に保持し、窒素を気相から融液中に溶解してＧａＮを結晶成長させた。
【００４２】
図７は実施例１に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【００４３】
図７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族金属を含む融液２２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。
【００４４】
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、融液保持容器１２の材質はＢＮである。
【００４５】
また、反応容器１１の内部空間１９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。
【００４６】
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。
【００４７】
また、反応容器１１内の全圧力は圧力計１８でモニターされる。
【００４８】
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。
【００４９】
また、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。
【００５０】
以下に、図７の結晶成長装置を使用した実施例１でのＧａＮの結晶成長方法を説明する。
【００５１】
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。
【００５２】
次いで、ＢＮ製の融液保持容器１２に、（０００１）面を主面とするＧａＮ種結晶２４とガリウム（Ｇａ）とナトリウム（Ｎａ）を入れる。
【００５３】
次いで、融液保持容器１２を融液保持容器保持台２０に置き、反応容器１１内に設置する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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の部分で窒素のガス供給ライン１４に接続する。
【００５７】
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１ＭＰａにした。この圧力は、実施例１で使用した装置において、結晶成長温度（７７５℃）に昇温したときに、反応容器１１内の全圧が１．５ＭＰａになる圧力である。
【００５８】
次いで、バルブ１５とバルブ２１を閉じる。これにより、反応容器１１は密閉される。
【００５９】
次いで、ヒーター１３に通電し、融液２２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。
【００６０】
昇温に追随して密閉された反応容器１１内の圧力は上昇し、結晶成長温度７７５℃に達した時の反応容器１１内の全圧は１．５ＭＰａになった。
【００６１】
この状態で５００時間保持した後、室温まで降温する。
【００６２】
結晶成長終了後、反応容器１１を開けると、種結晶２４上に｛１０−１１｝面で形成された六角錐状のＧａＮ２３が成長していた。
【００６３】
成長したＧａＮ結晶２３は、結晶上部の欠陥密度がエッチピット密度評価で１０６ｃｍ−２以下であった。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
本発明は、光ディスク用青紫色光源、紫外光源（全面）、電子写真用青紫色光源、ＩＩＩ族窒化物電子デバイスなどに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】種結晶として、｛１０−１１｝面を有する六角錐結晶を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長する場合を示す図である。
【図２】種結晶として、｛１０−１１｝面を有する六角錐結晶を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長する場合を示す図である。
【図３】種結晶として、（０００１）面を主面とする板状結晶を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を結晶成長する場合を示す図である。
【図４】図２の結晶を切断する位置Ｃを示す図である。
【図５】図２の結晶を図４の位置Ｃで切断して作製した基板を示す図である。
【図６】図５の基板上に作製した半導体デバイスを示す図である。
【図７】実施例１に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
【００６６】
１，２          種結晶
１１          反応容器
１２          融液保持容器
１３          ヒーター
１４          ガス供給管
１５，２１          バルブ
１６          圧力制御装置
１８          圧力計
２３          ＧａＮ
２４          種結晶
【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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