(57)【要約】【課題】  融液中の窒素の溶解度を増加させ、成長速度を速くして、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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液２２中に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物２３を結晶成長させる。【選択図】      図１
2005263511.tif 000002
【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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物を溶解して、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２】
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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮ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】
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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、ＬｉとＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物を溶解して、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４】
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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮ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】
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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物と、ＩＩＩ族金属とを溶解して、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６】
請求項１乃至請求項５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、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うことを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項７】
請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、該融液の温度を下げることで、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態にし、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うことを特徴とするＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法。
【請求項８】
請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液に、低温部と高温部を設け、高温部でＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、低温部でＩＩＩ族窒化物を再結晶化して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９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶を種結晶として、該種結晶上に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１０】
請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶。
【請求項１１】
請求項１０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。
【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、反応容器内で、フラックスと少なくとも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フラックス法によるＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法（以下、フラックス法と呼ぶ）が知られている。
【特許文献１】特開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、窒素原料を気相から融液中に溶解して供給していたので、融液中への窒素の溶解度は十分とはいえず、融液中の窒素の溶解量が結晶成長に必要な濃度に達するまでに時間を要するため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度は遅かった。
【０００４】
本発明は、融液中の窒素の溶解度を増加させ、成長速度を速くして、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】
【０００５】
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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【０００６】
また、請求項２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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮを結晶成長させることを特徴としている。
【０００７】
また、請求項３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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、ＬｉとＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【０００８】
また、請求項４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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮを結晶成長させることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項５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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属を含む融液中に、アルカリ金属とＩＩＩ族金属と窒素とを含む化合物と、ＩＩＩ族金属とを溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項６記載の発明は、請求項１乃至請求項５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、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うことを特徴としている。
【００１１】
また、請求項７記載の発明は、請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、該融液の温度を下げることで、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態にし、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うことを特徴としている。
【００１２】
また、請求項８記載の発明は、請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液に、低温部と高温部を設け、高温部でＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、低温部でＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長することを特徴としている。
【００１３】
また、請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶を種結晶として、該種結晶上にＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００１４】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００１５】
また、請求項１１記載の発明は、請求項１０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。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができて、窒素欠陥の少ない高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００１７】
また、請求項２記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮを結晶成長させるので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができて、窒素欠陥の少ない高品質なＧａＮ結晶を作製することができる。
【００１８】
また、請求項３記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるようにしており、ＬｉとＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物は、窒素を含み窒素原料として用いることができ、また、Ｌｉは気相の窒素と反応し、融液中の窒素溶解度を増加させるので、低い窒素圧力下でも、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００１９】
また、請求項４記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物（具体的には、例えばＬｉ３ＧａＮ２）を溶解して、ＧａＮを結晶成長させるようにしており、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物，例えばＬｉ３ＧａＮ２は、窒素を含み窒素原料として用いることができ、また、Ｌｉは気相の窒素と反応し、融液中の窒素溶解度を増加させるので、低い窒素圧力下でも、高品質のＧａＮ結晶を作製することができる。
【００２０】
また、請求項５記載の発明によれば、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物と、ＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）とを溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるようにしており、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることにより、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができ、さらに、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることにより、ＩＩＩ族窒化物の成長を促進することができ、その結果、成長速度が速くなり、窒素欠陥の少ない高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００２１】
また、請求項６記載の発明によれば、請求項１乃至請求項５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、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うので、融液中のＩＩＩ族窒化物の溶解度を高め、大型の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００２２】
また、請求項７記載の発明によれば、請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液にＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、該融液の温度を下げることで、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態にし、ＩＩＩ族窒化物の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長を行うので、融液中のＩＩＩ族窒化物の溶解度を高め、大型の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００２３】
また、請求項８記載の発明によれば、請求項６記載のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液に、低温部と高温部を設け、高温部でＩＩＩ族窒化物を原料として溶解し、低温部でＩＩＩ族窒化物を再結晶化して結晶成長するので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができ、さらに、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を速くすることができて、窒素欠陥の少ない高品質な結晶を作製することができる。
【００２４】
また、請求項９記載の発明によれば、請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶を種結晶として、該種結晶上にＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、種結晶の溶解を抑制して、所望の結晶面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する事ができる。
【００２５】
また、請求項１０記載の発明によれば、請求項１乃至請求項９のいずれか一項に記載のＩＩＩ族窒化物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、従来よりも安価な、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。
【００２６】
また、請求項１１記載の発明によれば、請求項１０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ので、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ができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
（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（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００２９】
第１の形態では、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができて、窒素欠陥の少ない高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００３０】
（第２の形態）
本発明の第２の形態は、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮを結晶成長させることを特徴としている。
【００３１】
第２の形態では、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＧａと窒素とを含む化合物を溶解して、ＧａＮを結晶成長させるので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができて、窒素欠陥の少ない高品質なＧａＮ結晶を作製することができる。
【００３２】
（第３の形態）
本発明の第３の形態は、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００３３】
第３の形態では、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるようにしており、ＬｉとＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物は、窒素を含み窒素原料として用いることができ、また、Ｌｉは気相の窒素と反応し、融液中の窒素溶解度を増加させるので、低い窒素圧力下でも、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００３４】
（第４の形態）
本発明の第４の形態は、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物（具体的には、例えばＬｉ３ＧａＮ２）を溶解して、ＧａＮを結晶成長させることを特徴としている。
【００３５】
第４の形態では、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物（具体的には、例えばＬｉ３ＧａＮ２）を溶解して、ＧａＮを結晶成長させるようにしており、ＬｉとＧａと窒素とを含む化合物，例えばＬｉ３ＧａＮ２は、窒素を含み窒素原料として用いることができ、また、Ｌｉは気相の窒素と反応し、融液中の窒素溶解度を増加させるので、低い窒素圧力下でも、高品質のＧａＮ結晶を作製することができる。
【００３６】
（第５の形態）
本発明の第５の形態は、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物と、ＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）とを溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
【００３７】
第５の形態では、少なくともアルカリ金属（例えばＮａ）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ＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物と、ＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）とを溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させるようにしており、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることにより、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができ、さらに、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、ＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）を溶解して、ＩＩＩ族窒化物を結晶成長させることにより、ＩＩＩ族窒化物の成長を促進することができ、その結果、成長速度が速くなり、窒素欠陥の少ない高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００３８】
具体的に、融液中に例えばＬｉ３ＧａＮ２とＧａとを溶解する事により、ＧａＮの成長を促進することができ、その結果、成長速度が速くなる。理由として、融液中にＬｉ３ＧａＮ２とともにＧａがあると、Ｌｉ３ＧａＮ２の分解反応が促進され、ＧａＮの生成量が増加すること、また、Ｌｉ３ＧａＮ２の分解により生成されたＬｉが、気相の窒素と結びつき、融液中で、Ｌｉ−Ｇａ−Ｎからなる（溶解種）を形成するので、融液中のＧａ−Ｎ濃度が増加し、結晶成長が促進されるためと考えられる。すなわち、次の式（１），（２）の反応が繰り返されると考えられる。
Ｌｉ３ＧａＮ２（溶解種）＋  Ｇａ（液）→３Ｌｉ（液）＋２ＧａＮ（固）−  （１）
３Ｌｉ（液）＋  Ｎ２（気）＋Ｇａ（液）→Ｌｉ３ＧａＮ２（溶解種）−  （２）
【００３９】
（第６の形態）
本発明の第６の形態は、第１乃至第５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、前記融液にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長を行う事を特徴としている。
【００４０】
第６の形態では、第１乃至第５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、前記融液にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長を行うので、融液中のＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の溶解度を高め、大型の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００４１】
具体的に、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に例えばＬｉ３ＧａＮ２を溶解することによって、原料であるＧａＮの溶解度が増加する。これは、Ｌｉを含む融液中では、ＬｉとＧａＮの何らかの反応によってＬｉ−Ｇａ−Ｎからなる溶解種が形成され、ＧａＮの溶解度が増加するためと考えられる。従って、ＧａＮの溶解量を大きくすることができるので、Ｌｉ３ＧａＮ２を溶解しない場合に比べて、大きなＧａＮ結晶をより速く成長することができる。
【００４２】
（第７の形態）
本発明の第７の形態は、第６の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、該融液の温度を下げることで、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態にし、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長を行う事を特徴としている。
【００４３】
第７の形態では、第６の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、該融液の温度を下げることで、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態にし、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の過飽和状態から、ＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長を行うので、融液中のＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）の溶解度を高め、大型の高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を作製することができる。
【００４４】
具体的に、融液の温度を下げることで、融液を過飽和状態にしてＧａＮを再結晶化する。融液中に例えばＬｉ３ＧａＮ２を溶解する事により、融液中のＧａＮの溶解度は、Ｌｉ３ＧａＮ２を溶解しない場合に比べて増加する。従って、同じ容積の融液中には、Ｌｉ３ＧａＮ２を溶解しない場合よりもより多くのＧａＮが溶解しており、より大きなＧａＮ結晶を成長させることができる。
【００４５】
（第８の形態）
本発明の第８の形態は、第６の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液に、低温部と高温部を設け、高温部でＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、低温部でＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長することを特徴としている。
【００４６】
第８の形態では、第６の形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法において、前記融液に、低温部と高温部を設け、高温部でＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を原料として溶解し、低温部でＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を再結晶化して結晶成長するので、低い窒素圧力下でも（すなわち、窒素圧力を低減しても）、融液中の窒素の溶解度を高めることができ、さらに、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長速度を速くすることができて、窒素欠陥の少ない高品質な結晶を作製することができる。
【００４７】
具体的に、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に例えばＬｉ３ＧａＮ２を溶解することによって、原料ＧａＮの溶解が促進され、ＧａＮの再結晶速度を増加することができる。これは、Ｌｉを含む融液中では、ＬｉとＧａＮの何らかの反応によってＬｉ−Ｇａ−Ｎからなる溶解種が形成され、ＧａＮの溶解度が増加するためと考えられる。高温部で溶解したＧａＮが低温部に輸送されると、低温部の融液は過飽和状態となり、ＧａＮが再結晶化する。Ｌｉ３ＧａＮ２を溶解することによって高温部で溶解する原料ＧａＮの量が増加しているので、溶解したＧａＮの輸送量が多く、低温部での再結晶成長速度が増加する。その結果、Ｌｉ３ＧａＮ２を溶解しない場合に比べて、大きな結晶をより速く成長することができる。
【００４８】
（第９の形態）
本発明の第９の形態は、第１乃至第８のいずれかの形態の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶（例えばＧａＮ結晶）を種結晶として、該種結晶上にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を結晶成長させることを特徴としている。
【００４９】
第９の形態では、第１乃至第８のいずれかの形態の結晶成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶（例えばＧａＮ結晶）を種結晶として、該種結晶上にＩＩＩ族窒化物（例えばＧａＮ）を結晶成長させるようになっており、この場合、アルカリ金属（例えばＮａ）を含む融液中に、アルカリ金属（例えばＬｉ）とＩＩＩ族金属（例えばＧａ，Ａｌなど）と窒素とを含む化合物を溶解するので、種結晶の溶解が抑制されて、所望の結晶面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する事ができる。
【００５０】
具体的に、融液中に例えばＬｉ３ＧａＮ２が溶解していない場合は、成長開始前の融液中の窒素濃度が低い状態ではＧａＮは分解する。従って、窒素濃度が結晶成長に必要な濃度に達する前は、種結晶は分解あるいは溶解する。特に、融液中に温度差を設け、ＧａＮを原料として低温部に再結晶化させる方法においては、低温部の結晶成長領域のＧａと窒素の濃度が飽和濃度に達する前には種結晶の溶解が起こる。更にＬｉを含む融液中では、ＧａＮの溶解度が増加するので、種結晶の溶解が顕著になる。これは、ＬｉとＧａＮの何らかの反応によってＬｉ−Ｇａ−Ｎからなる溶解種が形成され、溶解度が増加すると考えられる。本発明の方法のように、Ｌｉを融液中に溶解する場合に、ＬｉをＬｉ３ＧａＮ２として溶解することで、種結晶の溶解を抑制することができる。これは、ＬｉをＬｉ３ＧａＮ２として溶解することで、種結晶ＧａＮからＧａとＮを奪うことなく、Ｌｉ−Ｇａ−Ｎ溶解種が形成されるので、種結晶の溶解が抑制されるため、あるいは、Ｌｉ３ＧａＮ２の溶解によって、融液中のＧａとＮの濃度が結晶成長に必要な濃度になり、速やかに結晶成長が開始され、種結晶の溶解が抑制されるためと考えられる。
【００５１】
従って、本発明の方法によって、種結晶の溶解を抑制して、所望の結晶面を有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する事ができる。
【００５２】
（第１０の形態）
本発明の第１０の形態は、第１乃至第９のいずれかの形態のＩＩＩ族窒化物の結晶成長方法で作製されたＩＩＩ族窒化物結晶である。
【００５３】
第１０の形態では、第１乃至第９のいずれかの形態のＩＩＩ族窒化物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、従来よりも安価な、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を提供することができる。
【００５４】
すなわち、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶は、窒素の溶解度の高い融液中で成長した結晶であるので、窒素欠陥の少ない高品質な結晶である。また、従来よりも窒素圧力を低減して結晶成長できるので、特別な高耐圧の容器を必要とせず、成長速度も速いことから、製造コストが安く、安価な結晶である。
【００５５】
（第１１の形態）
本発明の第１１の形態は、第１０の形態の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。
【００５６】
第１１の形態の半導体デバイスは、第１０の形態の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ので、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ができる。
【００５７】
ここで、半導体デバイスとは、具体的には、発光素子，受光素子，あるいは電子デバイスなどである。
【００５８】
発光素子は、発光ダイオード，半導体レーザなど、その他、特に限定されるものではない。
【００５９】
また、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など、その他、特に限定されるものではない。
【００６０】
また、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など、その他、特に限定されるものではない。
【００６１】
本発明の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ので、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶を用いた半導体デバイスは、従来よりも高性能，高信頼性のデバイスとなる。
【００６２】
すなわち、具体的に、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できる。
【００６３】
また、受光素子は、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が高い高感度の受光素子を提供できる。
【００６４】
また、電子デバイスは、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できる。
【００６５】
また、本発明では、上述の半導体デバイスを具備したシステムを構築できる。
【００６６】
ここで、半導体デバイスを具備したシステムとしては、例えば、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、また、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、また、発光素子を書き込み光源として用いた電子写真装置、また、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、また、電子デバイスを具備した移動通信システム等であるが、その他、上述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。
【００６７】
上述した本発明の半導体デバイスを具備したシステムは、従来よりも、高性能，高信頼性のシステムとなる。
【実施例１】
【００６８】
実施例１では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を用い、また、ＩＩＩ族窒化物の原料としてＬｉ３ＧａＮ２を使用して、ＩＩＩ族窒化物としてＧａＮを結晶成長させた。ここで、Ｎａ，Ｌｉ３ＧａＮ２はあらかじめ混合融液として融液保持容器中に保持し、窒素ガスで加圧してＧａＮを結晶成長させた。
【００６９】
図１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。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。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。
【００７０】
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。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１８でモニターされる。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。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。
【００７１】
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。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。次いで、ＢＮ製の融液保持容器１２に、ＧａＮ原料としてＬｉ３ＧａＮ２を入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。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。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。
【００７２】
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の部分で窒素のガス供給ライン１４に接続する。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０．８ＭＰａにした。この圧力は、図１の装置において、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１ＭＰａになる圧力である。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。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。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１ＭＰａになった。この状態で２００時間保持した後、室温まで降温する。
【００７３】
結晶成長終了後、反応容器１１を開けると、融液保持容器１２の内壁に無色透明な板状のＧａＮ２３が成長していた。
【００７４】
成長したＧａＮ板状結晶２３は、Ｃ面の差し渡しの長さが４ｍｍ以上で、厚さが８０μｍ以上の大きさであった。Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が４５−５５ａｒｃｓｅｃと狭く、欠陥密度はエッチピット密度評価で１０６ｃｍ−２以下であった。また、高抵抗で半絶縁性であった。
【実施例２】
【００７５】
実施例２では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を用い、ＩＩＩ族窒化物の原料として、Ｌｉ３ＧａＮ２とＧａ（ガリウム）と窒素ガスとを使用し、ＩＩＩ族窒化物としてＧａＮを結晶成長させた。Ｎａ，Ｌｉ３ＧａＮ２，Ｇａ（ガリウム）は、あらかじめ混合融液として融液保持容器中に保持し、窒素ガスで加圧してＧａＮを結晶成長させた。
【００７６】
実施例２においても、結晶成長装置としては、図１に示したもの（実施例１で使用したと同じもの）を使用した。また、結晶成長方法も実施例１とほぼ同様であるが、ＧａＮの原料として、Ｌｉ３ＧａＮ２とＧａと窒素ガスとを使用している点が、実施例１と異なる。
【００７７】
実施例２では、図１の装置を用いて、結晶成長温度７７５℃、窒素圧力１ＭＰａで、２００時間保持して結晶成長を行い、無色透明な板状のＧａＮを得た。
【００７８】
成長したＧａＮ板状結晶は、Ｃ面の差し渡しの長さが６ｍｍ以上で、厚さが８０μｍ以上の大きさであった。Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が４５−５５ａｒｃｓｅｃと狭く、欠陥密度はエッチピット密度評価で１０６ｃｍ−２以下であった。また、高抵抗で半絶縁性であった。
【実施例３】
【００７９】
実施例３では、アルカリ金属溶媒としてＮａ（ナトリウム）を用い、また、ＩＩＩ族窒化物の原料としてＧａＮ（窒化ガリウム）とＬｉ３ＧａＮ２の粉末を使用し、原料のＧａＮ（窒化ガリウム）とＬｉ３ＧａＮ２の粉末をナトリウム融液中に溶解し、ナトリウムを蒸発することで飽和溶液を形成し、過飽和分のＧａＮを析出してＧａＮを結晶成長させた。
【００８０】
図２は実施例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２の装置は、図１に示した装置と同様である。
【００８１】
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。先ず、融液保持容器１２に、原料とナトリウム（Ｎａ）を入れ、８００℃に加熱し、原料のＧａＮ（窒化ガリウム）とＬｉ３ＧａＮ２の粉末を溶解する。そして、８００℃で４００時間保持してＮａを蒸発する。Ｎａの蒸発とともに、融液２２は過飽和状態になり、過飽和分のＧａＮが再結晶化し、結晶成長する。結晶成長終了後、反応容器１１を開けると、Ｎａは減っており、融液保持容器１２の底に長さ約２ｍｍの無色透明なＧａＮ結晶６２と多数のＧａＮ微結晶６３が成長していた。
【実施例４】
【００８２】
実施例４では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を用い、ＩＩＩ族窒化物の原料としてＧａＮ（窒化ガリウム）とＬｉ３ＧａＮ２の粉末を使用し、原料のＧａＮ（窒化ガリウム）とＬｉ３ＧａＮ２の粉末をナトリウム融液中に溶解し、融液温度を徐冷することで過飽和溶液を形成し、過飽和分のＧａＮを種結晶に析出してＧａＮを結晶成長させた。
【００８３】
図３は実施例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３の装置は、種結晶を保持する機構が設けられている点以外は、図１に示した装置と同様である。但し、融液保持容器１２はタンタル製である。種結晶の保持は、種結晶６０をＴａ（タンタル）製のワイヤー２９で結び、融液保持容器１２の上部から吊るして行なっている。
【００８４】
以下に、実施例４でのＧａＮの成長方法を説明する。実施例４では、タンタル製の融液保持容器１２に、ＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末とナトリウムを入れ、８００℃に５０時間保持して原料を溶解し、飽和溶液を形成した。そして、８００℃から７００℃まで１℃／ｈの冷却速度で徐冷し、結晶成長を行なう。融液温度の低下とともに、融液２２は過飽和状態になり、過飽和分のＧａＮが再結晶化し、結晶が成長する。種結晶６０の表面では融液２２中に溶解したＧａＮ原料の引き込みが起こり、結晶成長は種結晶６０に優先的に起こる。その後、反応容器１１を開けると、種結晶６０に長さ約５ｍｍの無色透明なＧａＮ結晶６１が成長していた。成長した結晶は、抵抗が数ＭΩ以上と高抵抗であった。
【実施例５】
【００８５】
実施例５では、原料としてＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２を粉末にしたものを使用している。また、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を使用している。
【００８６】
そして、温度差を設けた融液の、高温部で原料ＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２粉末を溶解し、低温部でＧａＮを結晶成長する。
【００８７】
図４は実施例５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３１内に、アルカリ金属を含む融液３６を保持し、結晶成長を行なうための融液保持容器３２が設けられている。ここで、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、融液保持容器３２の材質はタンタルである。また、反応容器３１の外側には上部ヒーター３３と下部ヒーター３４が設置されている。
【００８８】
上部ヒーター３３と下部ヒーター３４は、任意の温度に制御することが可能となっている。
【００８９】
また、融液保持容器３２内には、融液３６の対流を抑制し，温度勾配をつけるためのバッファー３８が設置されている。
【００９０】
なお、反応容器３１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。
【００９１】
以下に、図４の結晶成長装置を使用した実施例５でのＧａＮの成長方法を説明する。まず、反応容器３１をＡｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。次いで、タンタル製の融液保持容器３２に、原料としてＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末を入れ、また、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を入れる。
【００９２】
次いで、融液保持容器３２を反応容器３１内に設置する。次いで、反応容器３１を密閉し、反応容器３１の内部を外部雰囲気と遮断する。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３１内部はＡｒガスが充填されている。
【００９３】
次いで、反応容器３１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３１をヒーター３３，３４がある所定の位置に設置する。次いで、上部ヒーター３３と下部ヒーター３４に通電し、所定の結晶成長温度まで昇温する。
【００９４】
下部ヒーター３４は原料３７（ＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末）が溶融する温度とし、上部ヒーター３３は原料３７（ＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末）がある部分よりも温度を下げ、ＧａＮが再析出して結晶成長する温度とする。実施例５では、原料３７のある部分を８５０℃とし、結晶成長する領域を７７５℃とした。
【００９５】
この状態で２００時間保持した後、室温まで降温する。反応容器３１内のガスの圧力を下げた後、反応容器３１を開けると、融液保持容器３２内の再析出温度領域には、約３ｍｍ前後の無色透明なＧａＮの単結晶２４が複数個、結晶成長していた。成長した結晶２４は、抵抗が数ＭΩ以上と高抵抗であった。
【実施例６】
【００９６】
実施例６では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を使用し、ＩＩＩ族窒化物の原料として、Ｌｉ３ＧａＮ２とＧａ（ガリウム）と窒素ガスとを使用し、種結晶にＧａＮを結晶成長させた。Ｎａ，Ｇａ，Ｌｉ３ＧａＮ２は、あらかじめ混合融液として融液保持容器中に保持し、窒素はＬｉ３ＧａＮ２から供給するとともに、結晶成長中に気相中の窒素ガスを融液中に溶解して供給する。また、種結晶には、Ｃ面を主面とする板状ＧａＮ結晶を使用した。
【００９７】
図５は実施例６に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。図５の結晶成長装置は、図１の装置と同様のものである。
【００９８】
以下に、図５の結晶成長装置を使用した実施例６でのＧａＮの成長方法を説明する。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。次いで、ＢＮ製の融液保持容器１２に、Ｃ面を主面とする板状ＧａＮ結晶２５を種結晶として入れる。次いで、ＩＩＩ族金属原料としてＧａとＬｉ３ＧａＮ２を入れ、アルカリ金属としてナトリウム（Ｎａ）を入れる。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。その後は、実施例１と同様の手順で結晶成長を行った。
【００９９】
１００時間の結晶成長後、種結晶２５上には、表面が平坦で無色透明なＧａＮ結晶２６が成長していた。
【０１００】
成長したＧａＮ結晶２６は、Ｘ線ロッキングカーブの半値幅が４５−５５ａｒｃｓｅｃと狭く、欠陥密度はエッチピット密度評価で１０６ｃｍ−２以下であった。また、高抵抗で半絶縁性であった。
【実施例７】
【０１０１】
実施例７では、アルカリ金属としてＮａ（ナトリウム）を用い、ＩＩＩ族窒化物の原料としてＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末を使用し、原料をナトリウム融液中に溶解し、融液に温度差を設け、高温部で原料を融液中に溶解し、低温部に設置した種結晶にＧａＮを析出して結晶成長させた。
【０１０２】
図６は実施例７に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。図６の結晶成長装置は、図２に示したもの（実施例３で用いた装置）と同様のものである。
【０１０３】
以下に、図６の結晶成長装置を使用したＧａＮの成長方法を説明する。まず、反応容器３１をＡｒ雰囲気のグローブボックスに入れる。次いで、Ｔａ製の融液保持容器３２に、ＩＩＩ族窒化物原料３７としてＧａＮとＬｉ３ＧａＮ２の粉末を入れ、アルカリ金属として金属ナトリウムを入れる。次いで、融液保持容器３２内のナトリウムを融解し、Ｔａ製ワイヤー２９で結び付けられ融液保持容器３２の上部から吊るされたＧａＮ種結晶２７を融液３６内の所定の位置に保持する。次いで、融液保持容器３２を反応容器３１内に設置する。次いで、反応容器３１を密閉し、反応容器３１の内部を外部雰囲気と遮断する。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３１内部はＡｒガスが充填されている。次いで、反応容器３１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３１をヒーター３３，３４がある所定の位置に設置する。次いで、上部ヒーター３３と下部ヒーター３４に通電し、所定の結晶成長温度まで昇温する。下部ヒーター３４は原料３７が溶融する温度とし、上部ヒーター３３は原料３７がある部分よりも温度を下げ、種結晶ＧａＮ２７が結晶成長する温度とする。実施例７では、原料３７のある部分を８５０℃、種結晶ＧａＮ２７が結晶成長する領域を７７５℃とした。この状態で４００時間保持し結晶成長を行い、その後、室温まで降温する。温度を下げた後、反応容器３１を開けると、種結晶２７は、約１０ｍｍの無色透明なＧａＮの単結晶２８に結晶成長していた。
【０１０４】
成長したＧａＮ結晶２８はＸ線ロッキングカーブの半値幅が４５−５５ａｒｃｓｅｃと狭く、欠陥密度はエッチピット密度評価で１０６ｃｍ−２以下であった。また、高抵抗で半絶縁性であった。
【実施例８】
【０１０５】
図７，図８は実施例８の半導体レーザーを示す図である。ここで、図７は斜視図であり、図８はその光出射方向に垂直な面での断面図である。
【０１０６】
実施例８の半導体レーザーは、本発明の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。
【０１０７】
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で結晶成長して作製されている。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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の表面に、ｐ側のオーミック電極４８が形成されている。また、ｎ型ＧａＮ基板５０の裏面に、ｎ側のオーミック電極４９が形成されている。ｎ側オーミック電極としては、Ｔｉ／Ａｌを蒸着して形成し、また、ｐ側オーミック電極としては、Ｎｉ／Ａｕを蒸着して形成した。
【０１１０】
実施例８の半導体レーザーでは、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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
実施例８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。
【０１１３】
実施例８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。
【産業上の利用可能性】
【０１１４】
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などに利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】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。
【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に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図５】実施例６に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図６】実施例７に用いられる結晶成長装置の構成例を示す図である。
【図７】実施例８の半導体レーザーを示す図である。
【図８】実施例８の半導体レーザーを示す図である。
【符号の説明】
【０１１６】
１１，３１          反応容器
１２，３２          融液保持容器
１３          ヒーター
１４          ガス供給管
１５，２１          バルブ
１６          圧力調整器
１７          窒素供給管
１８          圧力計
１９，３５          内部空間
２０          融液保持容器保持台
２２，３６          融液
２３，２４，２６，２８，６１          成長したＧａＮ結晶
２５，２７，６０          種結晶
２９          Ｔａ製ワイヤー
３０          蓋
３３          上部ヒーター
３４          下部ヒーター
３７          原料
３８          バッファー
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
６２          ＧａＮ結晶
６３          ＧａＮ微結晶
４００          積層構造
４０１，４０２          光共振器面
４１１，４１２          レーザー光
【図１】
2005263511.tif 000003
【図２】
2005263511.tif 000004
【図３】
2005263511.tif 000005
【図４】
2005263511.tif 000006
【図５】
2005263511.tif 000007
【図６】
2005263511.tif 000008
【図７】
2005263511.tif 000009
【図８】
2005263511.tif 000010