(57)【要約】【課題】複数のＡｌＮタイル基板を用いて主表面におけるピットの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供する。【解決手段】本ＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかの形状である主表面１０ｍを有するＡｌＮタイル基板１０を複数準備する工程と、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う頂点部の数が３以下であるように、複数のＡｌＮタイル基板１０を平面充填させて配置する工程と、配置された複数のＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程と、を備える。【選択図】図２
2013087029.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかの形状である主表面を有するＡｌＮタイル基板を複数準備する工程と、
前記ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う前記頂点部の数が３以下であるように、複数の前記ＡｌＮタイル基板を平面充填させて配置する工程と、
配置された複数の前記ＡｌＮタイル基板の前記主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項２】
前記ＡｌＮタイル基板の前記主表面の形状は、平面充填ができる凸四角形である請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項３】
前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、昇華法により、１８００℃以上２４００℃以下で前記ＩＩＩ族窒化物結晶としてＡｌＮ結晶を成長させる請求項１または請求項２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【請求項４】
複数の前記ＡｌＮタイル基板を平面充填させて配置する工程において、前記ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離が１０μｍ以上となるように前記ＡｌＮタイル基板を配置する請求項１から請求項３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のＡｌＮタイル基板の主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
発光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイスに好適に用いられるＩＩＩ族窒化物結晶は、そのコストを低減する観点から、大型のものが求められている。
【０００３】
ここで、自然界において大型のＩＩＩ族窒化物結晶が存在しないため、下地基板として、ＩＩＩ族窒化物結晶以外の化学式を有する基板を用いて、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる必要がある。たとえば、特開２０００−３４９３３８号公報（以下、特許文献１という）には、下地基板であるＩＩＩ族窒化物結晶以外の化学式を有する基板上に反りや割れを発生させずに厚いＩＩＩ窒化物（ＧａＮ）結晶膜を成長させる方法が開示されている。
【０００４】
しかし、特許文献１に開示されている成長方法では、下地基板の主表面の面積を大きくすると、ＩＩＩ族窒化物結晶と下地基板との間の結晶格子の不整合により、ＩＩＩ族窒化物結晶内部の歪みが大きくなり、反りや割れが発生するため、大型のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることが困難であった。
【０００５】
そこで、特開２００８−１３３１５１号公報（以下、特許文献２という）は、複数の種基板を種基板の側部側にずらして配置する配置工程と、ＨＶＰＥ法（ハイドライド気相成長法、以下同じ）により複数の種基板の各々の表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる成長工程とを備え、その成長工程において複数の種基板の各々の表面上に成長した結晶の各々が一体化するように成長させる結晶成長方法を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３４９３３８号公報
【特許文献２】特開２００８−１３３１５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献２に提案されている結晶成長方法では、一体化して得られたＩＩＩ族窒化物結晶は、その主表面にピットが多く発生するため、それから得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板の歩留まりが低下する問題があった。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するため、複数のＡｌＮタイル基板を用いて主表面におけるピットの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供することを目的とする。このようなピットの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶からは、大型のＩＩＩ族窒化物結晶基板が歩留まりよく得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかの形状である主表面を有するＡｌＮタイル基板を複数準備する工程と、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う頂点部の数が３以下であるように、複数のＡｌＮタイル基板を平面充填させて配置する工程と、配置された複数のＡｌＮタイル基板の主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。
【００１０】
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、ＡｌＮタイル基板の主表面の形状は、平面充填ができる凸四角形とすることができる。また、上記のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程において、昇華法により、１８００℃以上２４００℃以下でＩＩＩ族窒化物結晶としてＡｌＮ結晶を成長させることができる。また、上記の複数のＡｌＮタイル基板を平面充填させて配置する工程において、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離を１０μｍ以上となるようにＡｌＮタイル基板を配置することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数のＡｌＮタイル基板を用いて主表面におけるピットの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、ＡｌＮタイル基板の準備工程および配置工程の一例を示す概略図である。ここで、（Ａ）は配置されたＡｌＮタイル基板の概略平面図であり、（Ｂ）は（Ａ）のＩＢ−ＩＢにおける概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程を示す概略断面図である。
【図３】典型的なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法におけるＡｌＮタイル基板の配置の一例を示す概略平面図である。
【図４】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法におけるＡｌＮタイル基板の配置の一例を示す概略平面図である。
【図５】典型的なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法におけるＡｌＮタイル基板の配置の別の例を示す概略平面図である。
【図６】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法におけるＡｌＮタイル基板の配置の別の例を示す概略平面図である。
【図７】本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において用いられる結晶成長方法の一例を示す概略断面図である。
【図８】ＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う二点の間の距離のうち最も短い距離とＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピット発生率との関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１および図２を参照して、本発明の一実施形態であるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかの形状である主表面１０ｍを有するＡｌＮタイル基板１０を複数準備する工程（図１）と、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおいて互いに向かい合う頂点部の数が３以下であるように、複数のＡｌＮタイル基板１０を平面充填させて配置する工程（図１）と、配置された複数のＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程（図２）と、を備える。本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法によれば、主表面２０ｍに発生するピット２０ｐが少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。
【００１４】
（ＡｌＮタイル基板の準備工程）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、まず、平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかの形状である主表面１０ｍを有するＡｌＮタイル基板１０を複数準備する工程（ＡｌＮタイル基板の準備工程）を備える。
【００１５】
ここで、平面充填とは、平面内を一定形状のＡｌＮタイル基板で稠密に敷き詰める操作をいう。ＡｌＮタイル基板１０の主表面の形状は、平面充填ができる三角形および凸四角形のいずれかである。ＡｌＮタイル基板を容易に作製する観点から、ＡｌＮタイル基板１０の主表面の形状は平面充填できる凸四角形であることが好ましい。ここで、凸四角形とは、４つの角が全て凸状になっている四角形、すなわち４つの角の内角がいずれも１８０°未満の四角形をいう。平面充填ができる三角形は、任意の三角形であれば足りるが、ＡｌＮタイル基板を容易に作製する観点から、正三角形、二等辺三角形、直角三角形などが好ましい。平面充填できる凸四角形は、平行四辺形であれば足りるが、ＡｌＮタイル基板を容易に作製する観点から、正方形、長方形、菱形などが好ましい。
【００１６】
ＡｌＮタイル基板１０の大きさは、特に制限はないが、ＡｌＮタイル基板のハンドリング性が高い観点から、ＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍにおいて、最も短い辺の長さが１０ｍｍ以上が好ましく、最も長い辺の長さが５０ｍｍ以下が好ましい。ＡｌＮタイル基板１０の厚さは、特に制限はないが、ＡｌＮタイル基板の機械的強度およびハンドリング性が高い観点から、１００μｍ以上２０００μｍ以下が好ましい。
【００１７】
ＡｌＮタイル基板１０は、その主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０をエピタキシャル成長させることができる。ＡｌＮタイル基板を形成するＡｌＮ結晶は、ＩＩＩ族窒化物結晶の１種であり、ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶構造である六方晶系のウルツ鉱型結晶構造を有しているため、ＩＩＩ族窒化物結晶との結晶格子の整合性が高いからである。また、ＡｌＮタイル基板１０は、ＩＩＩ族窒化物結晶２０として、特にＡｌＮ結晶を好適にエピタキシャル成長させることができる。ＡｌＮ基板とＡｌＮ結晶とは、結晶構造のみならず格子定数も同じであるため、同じ結晶格子を有するからである。
【００１８】
ここで、ＡｌＮタイル基板１０は、特に制限はないが、たとえば、ＡｌＮバルク結晶を所定の結晶面で切り出し、その主表面１０ｍおよび側表面１０ｓを研磨またはエッチングなどの表面処理をすることにより準備される。ここで、側表面１０ｓを上記の表面処理をしていないＡｌＮタイル基板１０であっても、主表面１０ｍを上記の表面処理をしている限り、用いることも可能である。ＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上に結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる観点から、ＡｌＮタイル基板１０は、その主表面１０ｍおよび側表面１０ｓは所定の面方位を有することが好ましい。ＡｌＮタイル基板１０は六方晶系のウルツ鉱型構造の結晶構造を有するため、ＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍは（０００１）面、ＡｌＮタイル基板１０の側表面１０ｓは｛１−１００｝面（Ｍ面）、｛１１−２０｝面（Ａ面）、｛３１−４０｝面、ならびに｛３１−４０｝面および｛０００１｝面の両面に垂直な面（ここで、｛３１−４０｝面、ならびに｛３１−４０｝面および｛０００１｝面の両面に垂直な面は、いずれもＭ面とＡ面との間の面方位を有する面である。）の少なくともいずれかの面などが好ましい。
【００１９】
また、配置された複数のＡｌＮタイル基板の主表面上に一体化した結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる観点から、ＡｌＮタイル基板１０は、その主表面１０ｍの平均粗さＲａは、２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましく、その側表面１０ｓの平均粗さＲａは、２０ｎｍ以下が好ましく、５ｎｍ以下がより好ましい。ここで、平均粗さＲａとは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１：２００１に規定される算術平均粗さＲａをいい、具体的には、粗さ曲線からその平均線の方向に標準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から粗さ曲線までの距離（偏差の絶対値）を合計し標準長さで平均した値をいう。かかる平均粗さＲａは、ＡＦＭ（原子間力顕微鏡）により測定される。
【００２０】
また、上記の複数のＡｌＮタイル基板をより稠密に平面充填させる観点から、ＡｌＮタイル基板の寸法のばらつきに関して、頂点部の内角の平均値からのばらつきは、±１°以内が好ましく、±０．１°以内がより好ましく、一辺の長さの平均値からのばらつきは、±５μｍ以内が好ましく、±１μｍ以内がより好ましい。
【００２１】
（ＡｌＮタイル基板の配置工程）
図１を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、次いで、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおいて互いに向かい合う頂点部の数が３以下であるように、複数のＡｌＮタイル基板１０を平面充填させて配置する工程（ＡｌＮタイル基板の配置工程）を備える。このように、複数のＡｌＮタイル基板１０を配置することにより、図２に示すように、それらの主表面１０ｍ上に、主表面２０ｍに発生するピット２０ｐが少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶が２０を成長させることができる。
【００２２】
図３を参照して、典型的なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法においては、たとえば、主表面１０ｍが正三角形である複数のＡｌＮタイル基板１０を、それらの頂点部が互いに向かい合うように平面充填させて配置する。すなわち、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐ（たとえば、点Ｐ31、点Ｐ32）において、互いに向かい合う頂点部の数は６である。このように配置された複数のＡｌＮタイル基板１０においてはＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおける空隙部が大きくなるため、これらの複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生が多くなる。このため、かかるＩＩＩ族窒化物結晶から得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板の歩留まりが低くなる。
【００２３】
ここで、図３のような平面充填においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点Ｐのうち互いに隣り合う任意の二点（たとえば、点Ｐ31と点Ｐ32）間の距離Ｄは、主表面が正三角形であるＡｌＮタイル基板１０の一辺の長さＳに隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅを加えた距離Ｄ0（Ｄ0＝Ｓ＋Ｅ）に相当する（すなわち、Ｄ＝Ｄ0）。
【００２４】
これに対して、図４を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法においては、たとえば、主表面１０ｍが正三角形である複数のＡｌＮタイル基板１０を、一部のＡｌＮタイル基板の頂点部と他の一部のＡｌＮタイル基板の頂点部とが向かい合わないようにずらして平面充填させて配置する。すなわち、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐ（たとえば、点Ｐ41、点Ｐ42、点Ｐ43、点Ｐ44）において、互いに向かい合う頂点部の数は３となる。したがって、このような平面充填をすることにより、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおいて互いに向かい合う頂点部の数を３以下とすることができる。このように配置された複数のＡｌＮタイル基板１０においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う点Ｐ（たとえば、点Ｐ41、点Ｐ42、点Ｐ43、点Ｐ44）の数は多くなるが、それらの点における空隙部が小さくなるため、これらの複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生が少なくなる。このため、かかるＩＩＩ族窒化物結晶から得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板の歩留まりが高くなる。
【００２５】
ここで、図４のような平面充填においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点Ｐのうち互いに隣り合うある二点の間の距離Ｄにおいて、たとえば、点Ｐ41と点Ｐ42との間の距離Ｄ41と、点Ｐ42と点Ｐ43との間の距離Ｄ42は、互いに異なる場合がある。主表面が正三角形であるＡｌＮタイル基板１０の一辺の長さＳに隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅを加えたものに相当する距離Ｄ0と、上記距離Ｄ41と、上記距離Ｄ42との間には、Ｄ0＝Ｄ41＋Ｄ42の関係がある。
【００２６】
また、複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生をより少なくする観点から、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離（図４においては、距離Ｄ41および距離Ｄ42）は、１０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましく、１０００μｍ以上がさらに好ましい。
【００２７】
また、複数のＡｌＮタイル基板１０上に一体化されたＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させ、さらに成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生を少なくする観点から、隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅは、２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、２μｍ以下がさらに好ましく、理想的には０μｍであることが望ましい。
【００２８】
なお、図３および図４においては、ＡｌＮタイル基板１０の主表面の形状が正三角形の場合について説明したが、ＡｌＮタイル基板の主表面の形状が、二等辺三角形、直角三角形、その他の任意の三角形の場合についても同様である。
【００２９】
図５を参照して、典型的なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法においては、たとえば、主表面１０ｍが正方形である複数のＡｌＮタイル基板１０を、それらの頂点部が互いに向かい合うように平面充填させて配置する。すなわち、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐ（たとえば、点Ｐ51、点Ｐ52）において、互いに向かい合う頂点部の数は４である。このように配置された複数のＡｌＮタイル基板１０においてはＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおける空隙部が大きくなるため、これらの複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生が多くなる。このため、かかるＩＩＩ族窒化物結晶から得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板の歩留まりが低くなる。
【００３０】
ここで、図５のような平面充填においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点Ｐのうち互いに隣り合う任意の二点（たとえば、点Ｐ51と点Ｐ52）間の距離Ｄは、主表面が正方形であるＡｌＮタイル基板１０の一辺の長さＳに隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅを加えた距離Ｄ0（Ｄ0＝Ｓ＋Ｅ）に相当する（すなわち、Ｄ＝Ｄ0）。
【００３１】
これに対して、図６を参照して、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法においては、たとえば、主表面１０ｍが正方形である複数のＡｌＮタイル基板１０を、一部のＡｌＮタイル基板の頂点部と他の一部のＡｌＮタイル基板の頂点部とが向かい合わないようにずらして平面充填させて配置する。すなわち、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐ（たとえば、点Ｐ61、点Ｐ62、点Ｐ63、点Ｐ64）において、互いに向かい合う頂点部の数は２となる。したがって、このような平面充填をすることにより、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う任意の点Ｐにおいて互いに向かい合う頂点部の数を３以下とすることができる。このように配置された複数のＡｌＮタイル基板１０においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う点Ｐ（たとえば、点Ｐ61、点Ｐ62、点Ｐ63、点Ｐ64）の数は多くなるが、それらの点における空隙部が小さくなるため、これらの複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生が少なくなる。このため、かかるＩＩＩ族窒化物結晶から得られるＩＩＩ族窒化物結晶基板の歩留まりが高くなる。
【００３２】
ここで、図６のような平面充填においては、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点Ｐのうち互いに隣り合うある二点の間の距離Ｄにおいて、たとえば、点Ｐ61と点Ｐ62との間の距離Ｄ61と、点Ｐ62と点Ｐ63との間の距離Ｄ62は、互いに異なる場合がある。主表面が正方形であるＡｌＮタイル基板１０の一辺の長さＳに隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅを加えたものに相当する距離Ｄ0と、上記距離Ｄ61と、上記距離Ｄ62との間には、Ｄ0＝Ｄ61＋Ｄ62の関係がある。
【００３３】
また、複数のＡｌＮタイル基板１０上にエピタキシャル成長されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生をより少なくする観点から、ＡｌＮタイル基板１０の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離（図６においては、距離Ｄ61および距離Ｄ62）は、１０μｍ以上が好ましく、１００μｍ以上がより好ましく、１０００μｍ以上がさらに好ましい。
【００３４】
また、複数のＡｌＮタイル基板１０上に一体化されたＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させ、さらに成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の主表面におけるピットの発生を少なくする観点から、隣り合うＡｌＮタイル基板の互いに対向する側表面の間の距離Ｅは、２０μｍ以下が好ましく、１０μｍ以下がより好ましく、２μｍ以下がさらに好ましく、理想的には０μｍであることが望ましい。
【００３５】
なお、図５および図６においては、ＡｌＮタイル基板１０の主表面の形状が正方形の場合について説明したが、ＡｌＮタイル基板の主表面の形状が、長方形、菱形、その他の任意の平行四辺形の場合についても同様である。
【００３６】
（ＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程）
図２を参照して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、次いで、配置された複数のＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる工程を備える。上記のような配置がされた複数のＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させることにより、主表面２０ｍにおけるピット２０ｐの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。このため、かかるＩＩＩ族窒化物結晶から歩留まりよく大型のＩＩＩ族窒化物結晶基板が得られる。
【００３７】
ここで、ＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させる方法は、特に制限はないが、結晶性の高いＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法、昇華法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などが、好適に用いられる。ＡｌＮタイル基板１０上にＩＩＩ族窒化物結晶２０としてＡｌＮ結晶またはＩＩＩ族元素としてＡｌを含むＩＩＩ族窒化物結晶（たとえば、ＡｌxＩｎyＧａ1-x-yＮ結晶（ｘ＞０、ｙ≧０、ｘ＋ｙ≦１））を成長させる場合には、結晶品質および結晶成長速度が高い観点から、昇華法が好ましい。
【００３８】
図７を参照して、昇華法によるＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長方法を説明する。図７に示すように、昇華法により結晶成長させるための成長装置１００は、坩堝１０１と、加熱体１２１と、反応容器１２３と、加熱部１２５とを主に備えている。坩堝１０１は、たとえばグラファイト製である。この坩堝１０１は、通気口１０１ａを有している。この坩堝１０１の周りには、坩堝１０１の内部と外部との通気を確保するように加熱体１２１が設けられている。この加熱体１２１の周りには、反応容器１２３が設けられている。この反応容器１２３の外側中央部には、加熱体１２１を加熱するための高周波加熱コイルなどの加熱部１２５が設けられている。
【００３９】
加熱体１２１および反応容器１２３の端部には、それぞれ、反応容器１２３内に配置された坩堝１０１へたとえば窒素ガスなどのキャリアガスを流すための導入口１２１ａ、１２３ａと、反応容器１２３の外部へキャリアガスを排出するための排出口１２１ｂ、１２３ｂとが設けられている。また、反応容器１２３の下部および上部には、坩堝１０１の下方および上方の温度を測定するための放射温度計１２７ａ、１２７ｂがそれぞれ設けられている。
【００４０】
なお、上記成長装置１００は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。
【００４１】
まず、坩堝１０１の上部内面上に複数のＡｌＮタイル基板１０を平面充填させて配置する。ＡｌＮタイル基板１０の平面充填は、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う頂点部の数が３以下であるように行ない、具体的には、上記のＡｌＮタイル基板の配置工程において説明したとおりである。このとき、ＡｌＮタイル基板１０の昇華を抑制するために、それらの裏主表面側にはたとえばグラファイト製の保護材が密着するように設置することが好ましい。
【００４２】
次に、原料１７を準備する。ＩＩＩ族窒化物結晶２０としてＡｌＮ結晶を成長させる場合には、原料１７はたとえばＡｌＮ粉末などを用いる。この原料１７を、Ａｌタイル基板１０と互いに向かい合うように、坩堝１０１の下部に設置する。
【００４３】
次に、反応容器１２３内に窒素ガスを流しながら、加熱部１２５を用いて加熱体１２１を加熱することにより、坩堝１０１内の温度を上昇させる。そして、原料１７が昇華する温度まで原料１７を加熱する。この加熱により、原料１７が昇華して昇華ガスを生成する。この昇華ガスを、原料１７よりも低温に設置されているＡｌＮタイル基板１０の主表面１０ｍ上に再度固化させる。ここで、結晶品質および結晶成長速度が高い観点から、結晶成長温度（具体的にはＡｌＮタイル基板およびＡｌＮタイル基板上に成長したＡｌＮ結晶の温度）は１８００℃以上２４００℃以下が好ましい。また、結晶成長速度を高める観点から、原料１７の温度は１７００℃以上２３００℃以下が好ましい。
【００４４】
こうして、複数のタイル基板１０の主表面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０が一体化して成長して、主表面２０ｍにピットの発生が少ない大型のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。ここで、上記の昇華法により、ＩＩＩ族窒化物結晶としてＡｌＮ結晶を成長させる場合は、結晶成長温度として１８００℃以上２４００℃以下が好適である。
【００４５】
ここで、典型的なＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法（すなわち、タイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う頂点部の数が４以上となるように平面充填された複数のタイル基板の主表面上にＩＩＩ族位窒化物結晶を成長させる方法）でＡｌＮ結晶を成長させる場合においては、１８００℃以上２４００℃以下の結晶成長温度で主表面に発生するピットの発生率が高くなるという問題点があった。
【００４６】
これに対して、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法（すなわち、タイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において互いに向かい合う頂点部の数が３以下になるように平面充填された複数のタイル基板の主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法）でＡｌＮ 結晶を成長させる場合においては、１８００℃以上２４００℃以下の結晶成長温度においても、主表面に発生するピットの発生率を低く抑制することができる。かかる観点から、昇華法によりＩＩＩ族窒化物結晶（たとえばＡｌＮ結晶）を成長させる場合、結晶成長温度が１８００℃以上２４００℃以下のときに、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の有用性が高い。
【実施例】
【００４７】
（実施例Ａ）
１．ＡｌＮタイル基板の準備
ＡｌＮ母結晶をその（０００１）面に平行な面でワイヤソーにより切り出して複数のウエハを形成し、これらのウエハを｛３１−４０｝面に平行な方向ならびに｛３１−４０｝面および｛０００１｝面の両面に垂直な方向の二次元方向に切り出して、それらの切り出し面をＣＭＰ（化学機械的研磨）により研磨することにより、主表面の面方位が（０００１）面で、主表面の面方位のずれ角が（０００１）面から０．１°以内であり、側表面の面方位が{３１−４０}面ならびに｛３１−４０｝面および｛０００１｝面の両面に垂直な面のいずれかであり、側表面の面方位のずれ角が{３１−４０}面ならびに｛３１−４０｝面および｛０００１｝面の両面に垂直な面のいずれかから０．１°以内であり、主表面および側表面における各頂点部の内角が９０°±０．１°であり、一辺の長さが２ｍｍ±１μｍで厚さが４００μｍ±１μｍである正方形板状のＡｌＮタイル基板が多数得られた。かかるＡｌＮタイル基板の主表面および側表面の平均粗さＲａは、いずれも５ｎｍ以下であった。
【００４８】
２．ＡｌＮタイル基板の配置
図１を参照して、上記のようにして得られたＡｌＮタイル基板を、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離Ｄ（具体的には、距離Ｄ11、距離Ｄ12など）のうち最も短い距離Ｄ11が、１μｍ±１μｍ以内（例Ａ−１）、１０μｍ±１μｍ（例Ａ−２）、１００μｍ±１μｍ（例Ａ−３）、１０００μｍ±１μｍ（例Ａ−４）の４種類のパターンで、＜３１−４０＞方向に１０枚、＜３１−４０＞方向および＜０００１＞方向の両方向に垂直な方向に１０枚、合計１００枚を平面充填させて配置した。隣り合うＡｌＮタイル基板において互いに隣り合う側表面の間の距離は、２μｍ以下であった。
【００４９】
主表面が一辺２ｍｍ±１μｍの正方形であるＡｌＮタイル基板を１００枚平面充填させて得られた一辺がほぼ２０ｍｍの正方形状の主表面を有する基板の中には、直径１５ｍｍの円Ｃが含まれていた。
【００５０】
ここで、例Ａ−１の場合は、点Ｐ1と点Ｐ2、点Ｐ3と点Ｐ4、点Ｐ5と点Ｐ6、点Ｐ7と点Ｐ8、点Ｐ9と点Ｐ10、点Ｐ11と点Ｐ12、点Ｐ13と点Ｐ14、点Ｐ15と点Ｐ16、および点Ｐ17と点Ｐ18が、それぞれ実質的に一致する場合であり、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う点の数は８１であり、これらの各点において互いに向かい合う頂点部の数が４である典型的な配置の例である。また、例Ａ−２、例Ａ−３および例Ａ−４の場合は、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う点の数は１６２であり、これらの各点において互いに向かい合う頂点部の数が２である本発明の配置の例である。
【００５１】
３．ＩＩＩ族窒化物結晶の成長
上記の例Ａ−１〜例Ａ−４のそれぞれにおいて、平面充填させた１００枚のＡｌＮタイル基板の主表面上に、昇華法によりＡｌＮ結晶を成長させた。結晶成長条件は、Ｎ2ガス分圧が８５ｋＰａ、結晶成長温度が２２２０℃であった。かかる条件で、５０時間結晶成長させることにより、いずれの例においても、約２０ｍｍ×約２０ｍｍ×厚さ１ｍｍの一体化したＡｌＮ結晶が得られた。それぞれの例において、得られたＡｌＮ結晶の主表面に発生したピットの数を確認した。具体的には、波長３６５ｎｍの水銀ランプを光源として顕微鏡にて蛍光像を観察し、ピットを形成するファセットの成長痕の数を数えることによりピットの数を確認した。かかるピットの数を、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う点の数で割ることにより、ピット発生率（％）を算出した。例Ａ−１〜Ａ−４における、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う点の数、ピットの数およびピット発生率を表１にまとめた。
【００５２】
【表１】
2013087029.tif 000003
【００５３】
表１に示された実施例ＡにおけるＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離のうち最も短い距離とピット発生率との関係を図８に図示した。
【００５４】
表１および図８を参照して、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う複数の点のうち互いに隣り合う任意の二点の間の距離のうち最も短い距離が１μｍ±１μｍ（このとき、二点は実質的に一致し、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において向かい合う頂点部の数は４）のときは、ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物基板）の主表面におけるピット発生率は高いのに対し、上記の距離が１０μｍ±１μｍ、１００μｍ±１μｍ、および１０００μｍ±１μｍ（いずれの距離においても、ＡｌＮタイル基板の頂点部が互いに向かい合う任意の点において向かい合う頂点部の数は２）のときは上記のピット発生率が低くなり、上記の距離が１０μｍ±１μｍ、１００μｍ±１μｍ、および１０００μｍ±１μｍと大きくなる程、上記のピット発生率が低下することがわかった。
【００５５】
今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した説明でなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内のすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５６】
１０  ＡｌＮタイル基板、１０ｍ，２０ｍ  主表面、１０ｓ  側表面、１７  原料、２０  ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ｐ  ピット、１００  成長装置、１０１  坩堝、１０１ａ  通気口、１２１  加熱体、１２１ａ，１２３ａ  導入口、１２１ｂ，１２３ｂ  排出口、１２３  反応容器、１２５  加熱部、１２７ａ，１２７ｂ  放射温度計。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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