(57)【要約】【課題】高価な原料ガスを基板に対し拡散しないよう吹き出すことでガス使用量削減や基板以外の場所での析出を抑制する。【解決手段】気相成長装置は、チャンバと、原料ガスをチャンバ内に供給する原料ガス供給口と、原料ガス供給口の口幅より広い口幅を持ち、バックグラウンドガスをチャンバ内に供給するバックグラウンドガス供給口と、チャンバから、原料ガスとバックグラウンドガスとをチャンバ外に排出する排出口と、を備える。【選択図】図１
2016074573.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
原料ガスを前記チャンバ内に供給する原料ガス供給口と、
前記原料ガス供給口の口幅より広い口幅を持ち、バックグラウンドガスを前記チャンバ内に供給するバックグラウンドガス供給口と、
前記チャンバから、前記原料ガスと前記バックグラウンドガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
を備える、気相成長装置。
【請求項２】
前記原料ガス供給口が前記チャンバの内側底面の上方３０ｍｍ以内の位置に設置されており、
前記バックグラウンドガス供給口が前記原料ガス供給口の上方３０ｍｍ以内の位置に設置され、
さらに前記バックグラウンドガス供給口の口幅が前記原料ガス供給口の口幅の１１０％以上１８０％以下である、請求項１に記載の気相成長装置。
【請求項３】
前記バックグラウンドガスの流量が前記原料ガスの流量の１０％以上１００％以下である、請求項１又は２に記載の気相成長装置。
【請求項４】
前記バックグラウンドガス供給口は、前記原料ガス供給口よりも下流に設置される、請求項１〜３のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項５】
前記原料ガスは、ＩＩＩ族酸化物ガスである、請求項１〜４のいずれかに記載の気相成長装置。
【請求項６】
前記原料ガスは、Ｇａ２Ｏガスであり、前記バックグラウンドガスは、窒素ガスである、請求項５に記載の気相成長装置。
【請求項７】
前記バックグラウンドガス供給口より上方の位置で、窒素化合物原料ガスを供給する窒素化合物原料ガス供給口を有する、請求項６に記載の気相成長装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、ＩＩＩ族窒化物結晶の気相成長装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＩＩＩ族窒化物結晶は、パワー半導体分野などのヘテロ接合高速電子デバイスやＬＥＤ、レーザー分野などの光電子デバイスに利用されている。ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法として、ＩＩＩ族酸化物を原料とする酸化物気相成長法が考案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
図６に、従来のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置の構成例を示す。
従来の製造装置１０は、第１の容器１１内部に、第２の容器１２と基板支持部１３とが配置されている。第２の容器１２は、第１の容器１１の左側面に固定されている。基板支持部１３は、第１の容器１１の下面に固定されている。第２の容器１２は、下面にＩＩＩ族酸化物載置部１４を有する。第２の容器１２は、左側面に還元性ガス導入管１５を備え、右側面に還元性ガス導出管１６を備える。第１の容器１１は、左側面に窒素化合物原料ガス導入管１７ａおよび１７ｂを備え、右側面に排気管１８を備える。さらに、第１の容器１１の外部には、第１の加熱手段１９ａおよび１９ｂ並びに第２の加熱手段２０ａおよび２０ｂが配置されている。
【０００４】
反応系は以下に示す通りである。Ｇａ２Ｏ３をＩＩＩ族酸化物載置部１４に配置し、種基板である基板２２を基板支持部１３に設置する。つぎに、Ｇａ２Ｏ３を第１の加熱手段１９ａおよび１９ｂを用いて加熱し、基板２２を第２の加熱手段２０ａおよび２０ｂを用いて加熱する。この状態で、還元性ガス導入管１５より、水素ガス２１ａを導入し、窒素化合物原料ガス導入管１７ａおよび１７ｂより、アンモニアガス２３ａおよび２３ｂを導入する。導入された水素ガス２１ｂは、Ｇａ２Ｏ３と反応して、Ｇａ２Ｏガスを生成させる（下記式（Ｉ））。生成されたＧａ２Ｏガスは、還元性ガス導出管１６を通って、第２の容器１２の外側に導出される。導出されたＧａ２Ｏガスは、導入されたアンモニアガス２３ｃと反応して、基板２２上に、ＧａＮ結晶２４が生成される（下記式（ＩＩ））。
Ｇａ２Ｏ３＋２Ｈ２→Ｇａ２Ｏ＋２Ｈ２Ｏ    （Ｉ）
Ｇａ２Ｏ＋２ＮＨ３→２ＧａＮ＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２    （ＩＩ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２３４８００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図６の装置構造では、容器１１の壁面で式（ＩＩ）の反応が起こり多結晶生成したＧａＮ結晶が基板２２に影響を与えることを防ぐために、基板２２と容器１１壁面との間に空間が存在する。しかしながら、還元性ガス導出管１６から生成されたＧａ２Ｏガスがこの空間を通過した場合、基板２２と接触することなく排気管１８から排出されてしまう。
すなわち、従来の装置では、基板と壁面間を通過するＧａ２ＯガスがＧａＮの結晶成長に寄与しないまま排出されることで、効率的な結晶成長を実現できていない問題がある。
【０００７】
そこで本開示は、反応に寄与せず排出されるＧａ２Ｏガスを抑制し、効率的に結晶基板上に供給することを可能にする気相成長装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示に係る気相成長装置は、チャンバと、
原料ガスを前記チャンバ内に供給する原料ガス供給口と、
前記原料ガス供給口の口幅より広い口幅を持ち、バックグラウンドガスを前記チャンバ内に供給するバックグラウンドガス供給口と、
前記チャンバから、前記原料ガスと前記バックグラウンドガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
を備える。
【発明の効果】
【０００９】
本開示に係る気相成長装置によれば、バックグラウンドガスが基板と容器壁面間の空間を優先的に通過する構造により、Ｇａ２Ｏガスを効率的に結晶基板上に供給することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置の構成の一例を示す図である。
【図２】図１のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置について、Ａ−Ａ方向（上面）から見た透視図である。
【図３】図１のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置について、Ｂ−Ｂ方向（水平（側面）方向）から見た断面図である。
【図４】実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置内の原料ガス濃度分布の一例を示す図である。
【図５】参考例に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置内の原料ガス濃度分布の一例を示す図である。
【図６】従来のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置構成の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
第１の態様に係る気相成長装置は、チャンバと、
原料ガスを前記チャンバ内に供給する原料ガス供給口と、
前記原料ガス供給口の口幅より広い口幅を持ち、バックグラウンドガスを前記チャンバ内に供給するバックグラウンドガス供給口と、
前記チャンバから、前記原料ガスと前記バックグラウンドガスとを前記チャンバ外に排出する排出口と、
を備える。
【００１２】
第２の態様に係る気相成長装置は、上記第１の態様において、前記原料ガス供給口が前記チャンバの内側底面の上方３０ｍｍ以内の位置に設置されており、
前記バックグラウンドガス供給口が前記原料ガス供給口の上方３０ｍｍ以内の位置に設置され、
さらに前記バックグラウンドガス供給口の口幅が前記原料ガス供給口の口幅の１１０％以上１８０％以下であってもよい。
【００１３】
第３の態様に係る気相成長装置は、上記第１又は２の態様において、前記バックグラウンドガスの流量が前記原料ガスの流量の１０％以上１００％以下であってもよい。
【００１４】
第４の態様に係る気相成長装置は、上記第１から３の態様において、前記バックグラウンドガス供給口は、前記原料ガス供給口よりも下流に設置されてもよい。
【００１５】
第５の態様に係る気相成長装置は、上記第４の態様において、前記原料ガスは、ＩＩＩ族酸化物ガスであってもよい。
【００１６】
第６の態様に係る気相成長装置は、上記第５の態様において、前記原料ガスは、Ｇａ２Ｏガスであり、前記バックグラウンドガスは、窒素ガスであってもよい。
【００１７】
第７の態様に係る気相成長装置は、上記第６の態様において、前記バックグラウンドガス供給口より上方の位置で、窒素化合物原料ガスを供給する窒素化合物原料ガス供給口を有してもよい。
【００１８】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶製造装置について詳細に説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置（気相成長装置）の構成の一例を示す図である。なお、図１において、各構成部材の大きさ、比率等は実際とは異なっている場合がある。このＩＩＩ族窒化物結晶製造装置は、チャンバ１０１と、原料ガスをチャンバ１０１内に供給する原料ガス供給口として機能する石英管１１５と、原料ガス供給口の口幅より広い口幅を持ち、バックグラウンドガスをチャンバ１０１内に供給するバックグラウンドガス供給口１１０と、チャンバ１０１から、原料ガスとバックグラウンドガスとをチャンバ１０１外に排出する排出口（排気口）１０８と、を備える。
このＩＩＩ族窒化物結晶製造装置によれば、原料ガス供給口の口幅より広い口幅を有するバックグラウンドガス供給口１１０を設けている。これによって、バックグラウンドガスを種基板１０２と容器壁面間の空間を優先的に通過させることができる。その結果、原料ガスを効率的に種基板１０２上に供給できる。
【００２０】
以下に、このＩＩＩ族窒化物結晶製造装置を構成する各構成部材について説明する。
【００２１】
＜チャンバ＞
チャンバ１０１の形状としては、例えば、円柱状、四角柱状、三角柱状、これらを組合せた形状等があげられる。チャンバ１０１を形成する材質としては、例えば、石英、アルミナ、チタン酸アルミニウム、ムライト、タングステン、モリブデン等があげられる。本実施の形態においては、チャンバ１０１の形状として四角柱状、材質としては石英製のものを使用する。
【００２２】
＜基板ホルダ＞
チャンバ１０１内には、基板ホルダ１０９（ステージ）に種基板１０２が載置されている。該基板ホルダ１０９は基板回転機構を備えたものでもよい。種基板１０２を１０〜１００ｒｐｍの回転数で回転させることによって、成長する結晶の平坦性を向上させることができる。基板ホルダ１０９には、種基板１０２を加熱する基板加熱ヒーター１１２が搭載されている。
基板加熱ヒーター１１２としては、例えば、セラミックヒータ、高周波電磁誘導加熱装置、抵抗加熱器、集光加熱器等があげられる。
【００２３】
種基板支持材１１６は、種基板１０２の側面を支持することで、種基板１０２が回転する際の位置ずれを抑制し、かつ、種基板１０２よりも高温を維持することにより、付着物の析出を防止する効果がある。種基板支持材１１６は、基板ホルダ１０９と一体型でも良いが、異なる加熱手段により加熱するため断熱効果の高い分離型の方が好ましい。基板ホルダ１０９および種基板支持材１１６の材質としては、例えば、熱伝導率の高いカーボンやシリコンカーバイド等が挙げられる。特に種基板支持材１１６の材質は、基板ホルダ１０９と同じか、より熱伝導率の高い材質のものを用いることが好ましい。
【００２４】
＜石英管＞
石英管１１５は、その内部にＩＩＩ族酸化物原料載置部１０５を有する。石英管１１５に接続された還元性ガス導入管１１１から還元性ガスが石英管１１５内部に導入される。また、石英管１１５の周囲には原料加熱手段１０４を持つ。
原料加熱手段１０４としては、例えば、セラミックヒータ、高周波電磁誘導加熱装置、抵抗加熱器、集光加熱器等があげられる。
【００２５】
＜ＩＩＩ族酸化物原料＞
ＩＩＩ族酸化物原料としては、純度４Ｎ（９９．９９％）以上のものを用い、その形状は特に指定しないが、反応を促進するために通過する還元性ガスとの接触面積が広い形状が好ましい。ここではＩＩＩ族酸化物原料としてＧａ２Ｏ３を用いる。
【００２６】
＜還元性ガス＞
還元性ガスとしては、例えば、水素ガス、一酸化炭素ガス、メタンガス、エタンガス等の炭化水素系ガス、硫化水素ガス、二酸化硫黄ガス等があげられる。これらの中でも、副生成物が環境負荷の少ない水蒸気であることを考慮すると、水素ガスが特に好ましい。また、ガスは加熱されてチャンバ１０１内に供給されることが好ましいが、常温でも構わない。ガスの流量は、種基板１０２のサイズ及び容器形状に応じて変更してもよい。さらに、石英管１１５内で、上記の反応式（Ｉ）と同様の下記反応式（ＩＩＩ）の反応が生じる。
Ｇａ２Ｏ３＋２Ｈ２→Ｇａ２Ｏ＋２Ｈ２Ｏ    （ＩＩＩ）
そこで、石英管１１５からは、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスとして、Ｇａ２Ｏがチャンバ１０１内に供給される。
【００２７】
＜窒素化合物原料ガス＞
窒素化合物原料ガスは、窒素化合物原料ガス供給口１００からチャンバ１０１内に導入され、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口付近にて混合される。窒素化合物原料ガスとしては、例えば、アンモニアガス、ヒドラジンガス、アルキルアミンガス等があげられる。これらの中でも、安定性、安全性、取り扱いやすさ等を考慮するとアンモニアガスが特に好ましい。
【００２８】
＜バックグラウンドガス＞
チャンバ１０１の上流側には、バックグラウンドガス供給口１１０がある。バックグラウンドガス供給口１１０の口幅は、石英管１１５の持つＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口の口幅よりも広くなっている。バックグラウンドガスとは、ＩＩＩ族酸化物原料ガス、及び、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス等と反応しないガスである。バックグラウンドガスとしては、不活性ガスが採用できる。不活性ガスとして、例えば、窒素ガス、ヘリウムガス、アルゴンガス、クリプトンガス等がある。これらの中でも、安定性、安全性、取り扱いやすさ等を考慮すると窒素ガスが最適である。
【００２９】
＜排出口（排気口）＞
チャンバ１０１には、原料ガス（窒素化合物原料ガス、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス）とバックグラウンドガスとをチャンバ１０１外に排出する排出口（排気口）１０８が設けられている。
【００３０】
使用するガスの拡散性が高い場合、ガスが混合されやすく濃度が短時間で平均化されてしまう。供給されるガスの流れを利用し、流路を制御するためには、使用するガスはすべて拡散性が低いことが好ましい。なお、ガスの拡散性は、ガス成分の分子量に影響を受け、分子量が大きいほど拡散性が低下する（拡散しにくくなる）。これを踏まえ、分子量の大きい窒素原子を構成因子に持つガスを拡散しにくいガスとして利用する。具体的には、拡散しにくい窒素化合物原料ガスとしてアンモニアガス、反応に不活性なバックグラウンドガスとして、窒素ガスを適用する。なお、アンモニアガスよりも分子量が大きく、さらなる拡散の抑制が期待できるヒドラジンガスを窒素化合物原料ガスに採用してもよい。また、アルゴンガスは、窒素ガスよりも拡散しやすいため、好ましくは、窒素ガスをバックグラウンドガスに採用する。
【００３１】
石英管１１５から供給されるＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスと窒素化合物原料ガス供給口１００から供給される窒素化合物原料ガスとは、チャンバ１０１内で混合され、種基板１０２の主面を経由して排気口１０８に至る。混合されたガスにより、上記の反応式（ＩＩ）と同様の下記反応式（ＩＶ）の反応が生じる。
Ｇａ２Ｏ＋２ＮＨ３→２ＧａＮ＋Ｈ２Ｏ＋２Ｈ２    （ＩＶ）
種基板１０２上で上記反応が進行することによって、ＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。
【００３２】
＜本開示におけるメカニズム＞
上記の装置構造により、石英管１１５の持つＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口の口幅よりも広い口幅を持つバックグラウンドガス供給口１１０から供給されたバックグラウンドガスが、種基板１０２とチャンバ１０１の側壁の間の空間を優先的に通過することにより、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスを効率的に種基板１０２上に供給することができる。
【００３３】
本開示では、還元物原料ガス供給口（石英管）１１５の口幅より広い口幅のバックグラウンドガス供給口１１０を設けている。これにより、上方にバックグラウンドガスを流して、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスの上方への拡散を抑えて、還元物原料ガスの流路を種基板１０２上に向けている。その結果、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスを効率的に種基板１０２上を通過させることにより上記課題を解決している。そのため、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスは、拡散させずに流路に沿って移動させることが望ましい。そのため、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）は、窒素化合物原料ガス供給口１００及びバックグラウンドガス供給口１１０よりも下部に位置することが望ましい。これはＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）が窒素化合物原料ガス供給口１００またはバックグラウンドガス供給口１１０、もしくはその両方、よりも上方に位置する場合、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスが種基板１０２に到達する前に他の供給口から供給されるガスによって拡散を促進されてしまうためである。また、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）とチャンバ１０１内側底面からの距離は、０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）とチャンバ１０１内側底面からの距離が３０ｍｍよりも大きい場合、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスが窒素化合物原料ガス及びバックグラウンドガスと過剰に混合されてから種基板１０２にガスが到達するため、成長させる結晶の品質が低下してしまう場合がある。
【００３４】
本装置内では、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスと窒素化合物原料ガスは、種基板１０２よりも上流で混合される。発明者らは、上記式（ＩＶ）の反応は、気相中で反応が完了することはなく、その空間に存在する固体（種基板１０２やそれ以外の装置を構成する部材）表面上で反応が完了し、固化することを見出している。このとき、単結晶として固化し得るのは種基板１０２上のみであり、それ以外の部材上では多結晶として析出してしまう。そこで、窒素化合物原料ガス供給口１００をバックグラウンドガス供給口１１０よりも上方に設置することが望ましい。この構成から、バックグラウンドガス供給口１１０は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口と窒素化合物原料ガス供給口１００の間に設置されることになる。この構成により、チャンバ１０１内の上流ではＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスと窒素化合物原料ガスがバックグラウンドガスに分離され、石英管１１５のＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口の周囲は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス濃度が高くなり、窒素化合物原料ガスが不足するため、石英管１１５のＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口周囲での上記式（ＩＶ）の反応を抑止し、多結晶析出を防ぐことができる。
【００３５】
このとき、バックグラウンドガスが効果的にＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスと窒素化合物原料ガスを分離するために、バックグラウンドガス供給口１１０がＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）よりも下流に突き出していることが好ましい。
【００３６】
図２は、図１のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置について、Ａ−Ａ方向（上面）から見た透視図である。種基板１０２の周辺に種基板支持材１１６が位置し、それよりも上流側に窒素化合物原料ガス供給口１００およびＩＩＩ族酸化物の還元ガスを供給する石英管１１５の供給口（先端部）が位置している。基板加熱ヒーター１１２、窒素化合物原料ガス供給口１００、石英管１１５の口幅は、種基板１０２の直径と同じかそれ以上に大きいことが好ましい。
【００３７】
図３は、図１のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置について、Ｂ−Ｂ方向（水平（側面）方向）から見た断面図である。バックグラウンドガス供給口１１０の位置は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口からの距離ｄ１が０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。バックグラウンドガス供給口１１０とＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口からの距離ｄ１が３０ｍｍよりも大きい場合、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスと窒素化合物原料ガスが効果的に分離されず成長させる結晶の品質が低下してしまう場合がある。窒素化合物原料ガス供給口１００の位置は、チャンバ内側上面からの距離ｄ２が０ｍｍ以上３０ｍｍ以下であることが好ましい。窒素化合物原料ガス供給口１００とチャンバ内側上面からの距離ｄ２が３０ｍｍよりも大きい場合、窒素化合物原料ガスがチャンバ１０１上部へ拡散し、そのまま排気口１０８から排出されてしまうため、原料ガス効率が低下してしまう場合がある。
【００３８】
本開示によれば、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１よりも広く、チャンバ側面間距離よりも狭い。これに対して、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅を、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口の口幅よりも狭いか、もしくは同じとし、還元物原料ガス供給口端での断面積を小さくする工夫を行って、還元物原料ガス供給口端でのガスの流速を早めることにより、本開示と同様の効果が得られる可能性がある。なお、材料加工やメンテナンスの容易さから、供給口形状を複雑にすることなく、本開示のように、還元物原料ガス供給口の口幅を広くすることにより効果を得ることが好ましい。また、例えば、バックグラウンドガス供給口をチャンバ側部付近にも併設することによって、本開示と同様の効果が得られる。なお、装置製造の容易さとメンテナンスの簡単さを考慮すると、本開示のように、還元物原料ガス供給口の口幅を長くすることのみにより効果を得ることが好ましい。
【００３９】
図４は、本開示の特徴（特に、図３の構成）を有する実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置における原料ガス濃度分布の一例を示す図である。図５は、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２が、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１と同じ幅である参考例のＩＩＩ族窒化物結晶製造装置における原料ガス濃度分布の一例を示す図である。
【００４０】
実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶製造装置では、本開示の特徴（図３の構成）により、バックグラウンドガスがチャンバ１０１側壁面の間の空間を優先的に通過する。その結果、図４に示すように、種基板１０２（図４における細線の円の内側の範囲）とチャンバ１０１側壁面の間の空間でＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス（図４の実施例ではＧａ２Ｏガス）の濃度が抑制され、種基板１０２上でＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス濃度が高くなっている。一方、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２が、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１と同じ幅である参考例では、バックグラウンドガスがチャンバ１０１側壁面の間の空間を優先的には通過せず、図５の結果が表すように種基板１０２（図５における細線の円の内側の範囲）とチャンバ１０１側壁面の間の空間でＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス（図５の実施例ではＧａ２Ｏガス）の濃度が抑制されない。
【００４１】
ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１は、種基板１０２の幅の９５％以上１１０％以下であることが好ましい。ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１が種基板１０２の幅の９５％よりも小さい場合は、種基板１０２の中心と端でＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス濃度にムラができやすく、高品質な単結晶が得られない場合がある。一方、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１が種基板１０２の幅の１１０％よりも大きい場合は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスが種基板１０２の外側にも多く流れてしまうため、効率的な結晶成長に適さない場合がある。
【００４２】
また、窒素化合物原料ガス供給口１００の口幅ｗ３は、種基板１０２の幅の９０％以上１１０％以下であることが好ましい。窒素化合物原料ガス供給口１００の口幅ｗ３が種基板１０２の幅の９０％よりも小さい場合は、種基板１０２の中心と端とで窒素化合物原料ガス濃度にムラができやすく、高品質な単結晶が得られない場合がある。一方、窒素化合物原料ガス供給口１００の口幅ｗ３が種基板１０２の幅の１１０％よりも大きい場合は、窒素化合物原料ガスが種基板１０２の外側にも多く流れてしまうため、効率的な結晶成長に適さない場合がある。
【００４３】
また、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１の１１０％以上１８０％以下であることが好ましい。バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２がＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１の１１０％よりも小さい場合、バックグラウンドガスが種基板１０２とチャンバ１０１の間の空間に回りこまず、本開示の効果が小さくなる。一方、バックグラウンドガス供給口１１０の口幅ｗ２がＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口（石英管１１５）の口幅ｗ１の１８０％よりも大きい場合、バックグラウンドガスが過剰に供給され、チャンバ１０１内のバックグラウンドガス濃度が高くなり、効率的な結晶成長を行うことが出来ない場合がある。
【００４４】
バックグラウンドガスの流量は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスの流量の１０％以上１００％以下の範囲であることが好ましい。バックグラウンドガスの流量がＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスの流量の１０％未満である場合、種基板１０２とチャンバ１０１壁面の間の空間を通過するバックグラウンドガスの流量が少ないために、得られる効果が小さい。一方、バックグラウンドガスの流量が、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスの流量の１００％よりも多い場合、チャンバ１０１内のバックグラウンドガスの濃度が高すぎるため、単結晶化に十分なＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスおよび窒素化合物原料ガスを種基板１０２に供給できない場合がある。従って、バックグラウンドガスの流量は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガスの流量の１０％〜１００％の範囲であることが好ましい。
【００４５】
また、図１の結晶育成空間である種基板１０２からチャンバ１０１の上底面までの高さが３０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲であることが好ましい。結晶育成空間の高さが３０ｍｍ未満の場合、ガスが移動できる空間が狭すぎるため多結晶化が促進されてしまう。一方、結晶育成空間の高さが６０ｍｍを超える場合は、窒素化合物原料ガスが拡散してしまい、種基板１０２上における窒素化合物原料ガス濃度を維持することができない。従って、結晶育成空間の高さが３０ｍｍ〜６０ｍｍの範囲であることが好ましい。
【００４６】
このＩＩＩ族窒化物結晶製造装置は、Ｇａ２Ｏ３以外のＩＩＩ族酸化物を用いる場合も、Ｇａ２Ｏ３を用いてＧａＮ結晶を生成する場合と同様にして、ＩＩＩ族窒化物結晶を生成することができる。Ｇａ２Ｏ３以外のＩＩＩ族酸化物としては、ＩＩＩ族の元素が、インジウムである場合には、例えば、Ｉｎ２Ｏ３があげられ、ＩＩＩ族の元素が、アルミニウムである場合には、例えば、Ａｌ２Ｏ３があげられる。さらに、ＩＩＩ族の元素が、ホウ素である場合には、例えば、Ｂ２Ｏ３があげられ、ＩＩＩ族の元素が、タリウムである場合には、例えば、Ｔｌ２Ｏ３があげられる。
【００４７】
以下に、上記実施の形態をより具体的にした実施例と、実施例と対比するための比較例と、について説明する。
【００４８】
（実施例１）
実施例１におけるＩＩＩ族窒化物結晶製造装置は、図１に示すとおりである。本実施例において、種基板の直径を１５０ｍｍ、種基板周囲からチャンバ側壁までの距離を５０ｍｍ、種基板周囲からチャンバ上流側壁までの距離を１００ｍｍ、チャンバ高さを３０ｍｍとした。ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口は、チャンバ底面に、チャンバ上流側内壁から１０ｍｍ突き出して設置し、還元物原料ガス供給口の口幅を１６０ｍｍ（図３でｗ１＝１６０ｍｍ）とした。バックグラウンドガス供給口は、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口上部に接し、チャンバ上流側内壁から１５ｍｍ突き出して設置し、バックグラウンドガス供給口の口幅を２００ｍｍ（図３でｗ２＝２００ｍｍ）とした。また、基板加熱ヒーターにより加熱された種基板の温度を１２００℃、チャンバ内壁の温度を１０００℃とした。本実施の形態では、還元性ガスに水素を用い、ＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口から供給されるガスについて水素ガスを２．９Ｌ／ｍｉｎ、窒素ガスを１．９５Ｌ／ｍｉｎ、式（ＩＩＩ）の反応で生じるＧａ２Ｏガスを０．０５Ｌ／ｍｉｎ、Ｈ２Ｏガスを０．１Ｌ／ｍｉｎとした。また、バックグラウンドガス供給口から供給される窒素ガスを２Ｌ／ｍｉｎ使用した。本実施の形態では窒素化合物原料ガス供給口は設置しない。
【００４９】
（実施例２）
バックグラウンドガス供給口の口幅を２４０ｍｍ（図３でｗ２＝２４０ｍｍ）とし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５０】
（実施例３）
バックグラウンドガス供給口から供給される窒素ガスを０．５Ｌ／ｍｉｎとし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５１】
（実施例４）
バックグラウンドガス供給口から供給される窒素ガスを１Ｌ／ｍｉｎとし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５２】
（実施例５）
バックグラウンドガス供給口から供給される窒素ガスを４Ｌ／ｍｉｎとし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５３】
（実施例６）
バックグラウンドガス供給口をＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口から４ｍｍ離して設置（図３でｄ１＝４ｍｍとする）し、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５４】
（実施例７）
バックグラウンドガス供給口をＩＩＩ族酸化物の還元物原料ガス供給口から８ｍｍ離して設置（図３でｄ１＝８ｍｍとする）し、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５５】
（実施例８）
チャンバ高さを５０ｍｍとし、窒素化合物原料ガス供給口をチャンバ上底面に、チャンバ上流側内壁から５０ｍｍ突き出して設置し、窒素化合物原料ガス供給口の口幅を１６０ｍｍ（図３でｗ３＝１６０ｍｍ）とした。窒素化合物原料ガス供給口から供給される窒素化合物原料ガスにアンモニアガスを５Ｌ／ｍｉｎ使用し、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５６】
（実施例９）
窒素化合物原料ガス供給口をチャンバ上底面から４ｍｍ離して設置（図３でｄ２＝４ｍｍとする）し、それ以外は実施例８と同じ条件とした。
【００５７】
（実施例１０）
窒素化合物原料ガス供給口をチャンバ上底面から８ｍｍ離して設置（図３でｄ２＝８ｍｍとする）し、それ以外は実施例８と同じ条件とした。
【００５８】
（比較例１）
バックグラウンドガス供給口の口幅を１６０ｍｍ（図３でｗ２＝１６０ｍｍ）とし、それ以外は実施例１と同じ条件とした。
【００５９】
（比較例２）
バックグラウンドガス供給口から供給される窒素ガスを５Ｌ／ｍｉｎとし、それ以外は比較例１と同じ条件とした。
【００６０】
ここでは、各条件で種基板中心からチャンバ側壁までの距離について内分点を５０点とり、種基板上の３０点でのＧａ２Ｏモル分率の平均値と、種基板とチャンバ側壁の間の空間上の２０点でのＧａ２Ｏモル分率の平均値を求め、その比による評価を行った。各条件における種基板上のＧａ２Ｏモル分率平均値に対する、種基板とチャンバ側壁の間の空間上のＧａ２Ｏモル分率平均値の割合の結果を表１に示す。表１に示されるとおり、すべての実施例において、比較例に対して種基板とチャンバ側壁の間の空間上のＧａ２Ｏモル分率を低減できることが確認できた。
【００６１】
【表１】
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【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本開示によるＩＩＩ族窒化物結晶製造装置を用いれば、パワー半導体分野などのヘテロ接合高速電子デバイスやＬＥＤ、レーザー分野などの光電子デバイスなどに適用可能なＩＩＩ族窒化物結晶を得ることができる。
【符号の説明】
【００６３】
１００  窒素化合物原料ガス供給口
１０１  チャンバ
１０２  種基板
１０４  原料加熱手段
１０５  ＩＩＩ族酸化物原料載置部
１０８  排気口
１０９  基板ホルダ
１１０  バックグラウンドガス供給口
１１１  還元性ガス導入管
１１２  基板加熱ヒーター
１１５  石英管
１１６  種基板支持材
【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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