JP2002068897A - Ｉｉｉ族窒化物結晶の結晶成長方法および結晶成長装置およびｉｉｉ族窒化物結晶および半導体素子 - Google Patents
Ｉｉｉ族窒化物結晶の結晶成長方法および結晶成長装置およびｉｉｉ族窒化物結晶および半導体素子Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶を再現
性良く得ることの可能なIII族窒化物結晶の結晶成長方
法および結晶成長装置およびIII族窒化物結晶および半
導体素子を提供する。 【解決手段】 加熱および加圧中は、温度の上昇と共に
反応容器１０６内のＮａの蒸気圧は上昇し、混合融液１
０７中のＮａのモル比は、Ｎａが蒸発した分だけ減少す
る。時間の経過に従い、反応容器１０６と蓋１０５との
隙間から、あるいは、蓋１０５に設けられた貫通孔１０
４からの反応容器１０６外へのＮａの散逸により、混合
融液１０７中のＮａのモル比は徐々に減少するが、Ｎａ
の充填量が十分であれば、結晶核生成までＮａのモル比
は必要なモル比が確保される。結晶核生成後も、Ｎａの
反応容器１０６外への散逸によりＮａのモル比は減少す
る。これにより、競合する結晶核の生成を抑制すること
ができる。
性良く得ることの可能なIII族窒化物結晶の結晶成長方
法および結晶成長装置およびIII族窒化物結晶および半
導体素子を提供する。 【解決手段】 加熱および加圧中は、温度の上昇と共に
反応容器１０６内のＮａの蒸気圧は上昇し、混合融液１
０７中のＮａのモル比は、Ｎａが蒸発した分だけ減少す
る。時間の経過に従い、反応容器１０６と蓋１０５との
隙間から、あるいは、蓋１０５に設けられた貫通孔１０
４からの反応容器１０６外へのＮａの散逸により、混合
融液１０７中のＮａのモル比は徐々に減少するが、Ｎａ
の充填量が十分であれば、結晶核生成までＮａのモル比
は必要なモル比が確保される。結晶核生成後も、Ｎａの
反応容器１０６外への散逸によりＮａのモル比は減少す
る。これにより、競合する結晶核の生成を抑制すること
ができる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物結晶
の結晶成長方法および結晶成長装置およびIII族窒化物
結晶および半導体素子に関する。
の結晶成長方法および結晶成長装置およびIII族窒化物
結晶および半導体素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、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−Ｃ
ＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（分子線
結晶成長法）等を用いてIII族窒化物半導体を結晶成長
させることにより作製されている。しかしながら、サフ
ァイアやＳｉＣを基板として用いた場合には、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り、このためにデバイス特性が悪
く、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欠点が
ある。
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−Ｃ
ＶＤ法（有機金属化学気相成長法）やＭＢＥ法（分子線
結晶成長法）等を用いてIII族窒化物半導体を結晶成長
させることにより作製されている。しかしながら、サフ
ァイアやＳｉＣを基板として用いた場合には、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り、このためにデバイス特性が悪
く、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欠点が
ある。
【０００３】更に、サファイア基板の場合には、サファ
イア基板が絶縁性であるために、従来の発光デバイスの
ように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶
成長した窒化物半導体表面側からの電極取り出しが必要
となる。その結果、デバイス面積が大きくなり、高コス
トにつながるという欠点がある。
イア基板が絶縁性であるために、従来の発光デバイスの
ように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶
成長した窒化物半導体表面側からの電極取り出しが必要
となる。その結果、デバイス面積が大きくなり、高コス
トにつながるという欠点がある。
【０００４】また、サファイア基板上に作製したIII族
窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難
であり、レーザダイオード（ＬＤ）で必要とされる共振
器端面を劈開で得ることは容易ではない。このため、現
在は、ドライエッチングによる共振器端面形成や、サフ
ァイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した後に劈
開に近い形での共振器端面形成を行っている。この場合
にも、従来のＬＤのような共振器端面形成とチップ分離
を単一工程で容易に行うことができず、工程の複雑化，
コスト高につながるという欠点がある。
窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難
であり、レーザダイオード（ＬＤ）で必要とされる共振
器端面を劈開で得ることは容易ではない。このため、現
在は、ドライエッチングによる共振器端面形成や、サフ
ァイア基板を１００μｍ以下の厚さまで研磨した後に劈
開に近い形での共振器端面形成を行っている。この場合
にも、従来のＬＤのような共振器端面形成とチップ分離
を単一工程で容易に行うことができず、工程の複雑化，
コスト高につながるという欠点がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記問題を解決するた
めに、例えば文献「Japanese Journal of Applied Phys
ics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A, L1568-1571」（以
下、第１の従来技術という）には、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させたり、その
他の工夫を行うことで、結晶欠陥を低減させる技術が提
案されている。すなわち、第１の従来技術では、ＭＯ−
ＶＰＥ（有機金属気相成長）装置にてサファイア基板上
にＧａＮ低温バッファ層とＧａＮ層を順次成長させた後
に、選択成長用のＳｉＯ2マスクを形成する。このＳｉ
Ｏ2マスクは、別のＣＶＤ（化学気相堆積）装置にてＳ
ｉＯ2膜を堆積した後に、フォトリソグラフィ，エッチ
ング工程を経て形成される。次に、このＳｉＯ2マスク
上に、再度、ＭＯ−ＶＰＥ装置にて２０μｍの厚さのＧ
ａＮ膜を成長させることで、横方向にＧａＮが選択成長
し、選択横方向成長を行わない場合に比較して結晶欠陥
を低減させている。更に、その上層に変調ドープ歪み超
格子層（ＭＤ−ＳＬＳ）を導入することで、活性層へ結
晶欠陥が延びることを防いでいる。この結果、選択横方
向成長及び変調ドープ歪み超格子層を用いない場合に比
較して、デバイス寿命を長くすることが可能となる。
めに、例えば文献「Japanese Journal of Applied Phys
ics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A, L1568-1571」（以
下、第１の従来技術という）には、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させたり、その
他の工夫を行うことで、結晶欠陥を低減させる技術が提
案されている。すなわち、第１の従来技術では、ＭＯ−
ＶＰＥ（有機金属気相成長）装置にてサファイア基板上
にＧａＮ低温バッファ層とＧａＮ層を順次成長させた後
に、選択成長用のＳｉＯ2マスクを形成する。このＳｉ
Ｏ2マスクは、別のＣＶＤ（化学気相堆積）装置にてＳ
ｉＯ2膜を堆積した後に、フォトリソグラフィ，エッチ
ング工程を経て形成される。次に、このＳｉＯ2マスク
上に、再度、ＭＯ−ＶＰＥ装置にて２０μｍの厚さのＧ
ａＮ膜を成長させることで、横方向にＧａＮが選択成長
し、選択横方向成長を行わない場合に比較して結晶欠陥
を低減させている。更に、その上層に変調ドープ歪み超
格子層（ＭＤ−ＳＬＳ）を導入することで、活性層へ結
晶欠陥が延びることを防いでいる。この結果、選択横方
向成長及び変調ドープ歪み超格子層を用いない場合に比
較して、デバイス寿命を長くすることが可能となる。
【０００６】このように、第１の従来技術の場合には、
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、サファイア基板を用いているので、絶縁性と
劈開に関する前述の問題は依然として残っている。更に
は、ＳｉＯ2マスク形成工程を挟んで、ＭＯ−ＶＰＥ装
置による結晶成長が２回必要となり、工程が複雑化する
という問題が新たに生じる。
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、サファイア基板を用いているので、絶縁性と
劈開に関する前述の問題は依然として残っている。更に
は、ＳｉＯ2マスク形成工程を挟んで、ＭＯ−ＶＰＥ装
置による結晶成長が２回必要となり、工程が複雑化する
という問題が新たに生じる。
【０００７】また、文献「Applied Physics Letters, V
ol.73, No.6,832-834(1998)」（以下、第２の従来技術
という）には、ＧａＮ厚膜基板を応用する技術が提案さ
れている。すなわち、第２の従来技術では、第１の従来
技術における２０μｍの選択横方向成長後に、Ｈ−ＶＰ
Ｅ（ハイドライド気相成長）装置にて２００μｍのＧａ
Ｎ厚膜を成長し、しかる後、ＧａＮ厚膜を１５０μｍの
厚さになるようにサファイア基板側から研磨することに
より、ＧａＮ基板を作製する。このＧａＮ基板上にＭＯ
−ＶＰＥ装置を用いて、ＬＤデバイスとして必要な結晶
成長を順次行ない、ＬＤデバイスを作製することができ
る。
ol.73, No.6,832-834(1998)」（以下、第２の従来技術
という）には、ＧａＮ厚膜基板を応用する技術が提案さ
れている。すなわち、第２の従来技術では、第１の従来
技術における２０μｍの選択横方向成長後に、Ｈ−ＶＰ
Ｅ（ハイドライド気相成長）装置にて２００μｍのＧａ
Ｎ厚膜を成長し、しかる後、ＧａＮ厚膜を１５０μｍの
厚さになるようにサファイア基板側から研磨することに
より、ＧａＮ基板を作製する。このＧａＮ基板上にＭＯ
−ＶＰＥ装置を用いて、ＬＤデバイスとして必要な結晶
成長を順次行ない、ＬＤデバイスを作製することができ
る。
【０００８】この第２の従来技術によれば、結晶欠陥の
問題に加えて、サファイア基板を用いることによる絶縁
性と劈開に関する前述の問題点を解決することが可能と
なる。しかしながら、第２の従来技術では、第１の従来
技術の工程が複雑となる問題以上に、更に工程が複雑に
なり、より一層コスト高となる。また、第２の従来技術
において、２００μｍもの厚さのＧａＮ厚膜を成長させ
る場合には、基板であるサファイアとの格子定数差及び
熱膨張係数差に伴う応力が大きくなり、クラックが生じ
るという問題が新たに発生する。このため、大面積化が
困難となり、一層のコストアップにつながる。
問題に加えて、サファイア基板を用いることによる絶縁
性と劈開に関する前述の問題点を解決することが可能と
なる。しかしながら、第２の従来技術では、第１の従来
技術の工程が複雑となる問題以上に、更に工程が複雑に
なり、より一層コスト高となる。また、第２の従来技術
において、２００μｍもの厚さのＧａＮ厚膜を成長させ
る場合には、基板であるサファイアとの格子定数差及び
熱膨張係数差に伴う応力が大きくなり、クラックが生じ
るという問題が新たに発生する。このため、大面積化が
困難となり、一層のコストアップにつながる。
【０００９】一方、文献「Journal of Crystal Growth,
Vol.189/190, 153-158(1998)」（以下、第３の従来技
術という）には、ＧａＮのバルク結晶を成長させ、それ
をホモエピタキシャル基板として用いる技術が提案され
ている。この第３の従来技術では、１４００〜１７００
℃の高温、及び数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中
で液体ＧａからＧａＮを結晶成長させるようになってい
る。この場合には、このバルク成長させたＧａＮ基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
させることが可能となる。従って、第３の従来技術で
は、第１及び第２の従来技術のように工程を複雑化させ
ることなく、ＧａＮ基板を実現できる。しかし、この第
３の従来技術では、高温，高圧中での結晶成長が必要と
なり、それに耐えうる反応容器が極めて高価になるとい
う問題がある。加えて、このような成長方法をもってし
ても、得られる結晶の大きさが高々１ｃｍ程度であり、
デバイスを実用化するには小さ過ぎるという問題があ
る。
Vol.189/190, 153-158(1998)」（以下、第３の従来技
術という）には、ＧａＮのバルク結晶を成長させ、それ
をホモエピタキシャル基板として用いる技術が提案され
ている。この第３の従来技術では、１４００〜１７００
℃の高温、及び数１０ｋｂａｒもの超高圧の窒素圧力中
で液体ＧａからＧａＮを結晶成長させるようになってい
る。この場合には、このバルク成長させたＧａＮ基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
させることが可能となる。従って、第３の従来技術で
は、第１及び第２の従来技術のように工程を複雑化させ
ることなく、ＧａＮ基板を実現できる。しかし、この第
３の従来技術では、高温，高圧中での結晶成長が必要と
なり、それに耐えうる反応容器が極めて高価になるとい
う問題がある。加えて、このような成長方法をもってし
ても、得られる結晶の大きさが高々１ｃｍ程度であり、
デバイスを実用化するには小さ過ぎるという問題があ
る。
【００１０】この高温，高圧中でのＧａＮ結晶成長の問
題点を解決する手法として、文献「Chemistry of Mater
ials Vol.9 (1997) 413-416」（以下、第４の従来技術
という）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。この第４の従来技術で
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２４〜１
００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。
題点を解決する手法として、文献「Chemistry of Mater
ials Vol.9 (1997) 413-416」（以下、第４の従来技術
という）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。この第４の従来技術で
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２４〜１
００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。
【００１１】この第４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程度と第３の従来技術
に比較して圧力が低い点が特徴である。しかしながら、
この第４の従来技術では、得られる結晶の大きさが１ｍ
ｍに満たない程度に小さく、この程度の大きさでは、デ
バイスを実用化するには第３の従来技術と同様に小さす
ぎる。
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程度と第３の従来技術
に比較して圧力が低い点が特徴である。しかしながら、
この第４の従来技術では、得られる結晶の大きさが１ｍ
ｍに満たない程度に小さく、この程度の大きさでは、デ
バイスを実用化するには第３の従来技術と同様に小さす
ぎる。
【００１２】本発明は、高品位かつ大型のIII族窒化物
単結晶を再現性良く得ることの可能なIII族窒化物結晶
の結晶成長方法および結晶成長装置およびIII族窒化物
結晶および半導体素子を提供することを目的としてい
る。
単結晶を再現性良く得ることの可能なIII族窒化物結晶
の結晶成長方法および結晶成長装置およびIII族窒化物
結晶および半導体素子を提供することを目的としてい
る。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１記載の発明は、反応容器内で、金属Ｎａあ
るいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素あるい
は窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成
長させるIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、III
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、昇温過程，窒素加圧過程および結晶
核生成までの過程では高く維持し、結晶核生成の過程以
後は、結晶核生成の過程よりも低くするように制御する
ことを特徴としている。
に、請求項１記載の発明は、反応容器内で、金属Ｎａあ
るいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素あるい
は窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成
長させるIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、III
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、昇温過程，窒素加圧過程および結晶
核生成までの過程では高く維持し、結晶核生成の過程以
後は、結晶核生成の過程よりも低くするように制御する
ことを特徴としている。
【００１４】また、請求項２記載の発明は、請求項１記
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、予め反
応容器内に設置したIII族窒化物の種結晶を用いて、III
族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴としている。
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、予め反
応容器内に設置したIII族窒化物の種結晶を用いて、III
族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴としている。
【００１５】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族窒化物結晶の結晶成長方法に
おいて、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外へ
の散逸の時定数により制御することを特徴としている。
たは請求項２記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法に
おいて、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外へ
の散逸の時定数により制御することを特徴としている。
【００１６】また、請求項４記載の発明は、請求項３記
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、反応容
器内に少なくとも１つのＮａリザーバーを設けて、III
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を制御することを特徴としている。
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、反応容
器内に少なくとも１つのＮａリザーバーを設けて、III
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を制御することを特徴としている。
【００１７】また、請求項５記載の発明は、請求項４記
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、反応容
器内に複数のＮａリザーバーを設け、複数のＮａリザー
バーにおいて、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数を異
にして、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を制御することを特徴と
している。
載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、反応容
器内に複数のＮａリザーバーを設け、複数のＮａリザー
バーにおいて、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数を異
にして、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を制御することを特徴と
している。
【００１８】また、請求項６記載の発明は、反応容器内
で、金属ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属お
よび窒素あるいは窒素を含む化合物を用いてIII族窒化
物結晶を結晶成長させるIII族窒化物結晶の結晶成長装
置において、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む
化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御するために、
反応容器内に少なくとも１つのＮａリザーバーが設けら
れていることを特徴としている。
で、金属ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属お
よび窒素あるいは窒素を含む化合物を用いてIII族窒化
物結晶を結晶成長させるIII族窒化物結晶の結晶成長装
置において、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む
化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御するために、
反応容器内に少なくとも１つのＮａリザーバーが設けら
れていることを特徴としている。
【００１９】また、請求項７記載の発明は、請求項６記
載のIII族窒化物結晶の結晶成長装置において、反応容
器内には、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数をそれぞ
れ異にする複数のＮａリザーバーが設けられていること
を特徴としている。
載のIII族窒化物結晶の結晶成長装置において、反応容
器内には、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数をそれぞ
れ異にする複数のＮａリザーバーが設けられていること
を特徴としている。
【００２０】また、請求項８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族窒化物結晶の
結晶成長方法により成長させたIII族窒化物結晶であ
る。
至請求項５のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の
結晶成長方法により成長させたIII族窒化物結晶であ
る。
【００２１】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載のIII族窒化物結晶が基板として用いられることを特
徴とする半導体素子である。
載のIII族窒化物結晶が基板として用いられることを特
徴とする半導体素子である。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。
基づいて説明する。
【００２３】本発明は、金属ＮａあるいはＮａを含む化
合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む化合物
を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させるとき、III族
金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
（以下、混合融液と略す）中のIII族窒化物の供給速度
は、反応容器内の温度および窒素圧力が高いほど速く、
また、混合融液中のＮａのモル比が高いほど速くなるこ
とに着目して案出されたものである。
合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む化合物
を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させるとき、III族
金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
（以下、混合融液と略す）中のIII族窒化物の供給速度
は、反応容器内の温度および窒素圧力が高いほど速く、
また、混合融液中のＮａのモル比が高いほど速くなるこ
とに着目して案出されたものである。
【００２４】すなわち、III族窒化物結晶は、混合融液
中での過飽和なIII族窒化物が析出することにより結晶
成長が起こる。しかし、混合融液中のIII族窒化物の溶
解度は低く、III族窒化物の供給量を上げ成長速度を高
めようとすると、結晶成長中に多数の結晶核が生じてし
まい、結果として大型の単結晶が得られない。逆に、II
I族窒化物の供給量を下げると、III族窒化物の過飽和度
が低く、結晶核の生成そのものが起こらない場合もしば
しば見受けられる。
中での過飽和なIII族窒化物が析出することにより結晶
成長が起こる。しかし、混合融液中のIII族窒化物の溶
解度は低く、III族窒化物の供給量を上げ成長速度を高
めようとすると、結晶成長中に多数の結晶核が生じてし
まい、結果として大型の単結晶が得られない。逆に、II
I族窒化物の供給量を下げると、III族窒化物の過飽和度
が低く、結晶核の生成そのものが起こらない場合もしば
しば見受けられる。
【００２５】このことから、本願の発明者は、結晶成長
開始後、結晶核生成までの期間においては、III族窒化
物の過飽和度が高い状態が望ましく、逆に、結晶核生成
後の結晶成長時においては、III族窒化物の過飽和度は
競合する結晶核の生成が起こらない程度に低く維持する
ことが望ましいことを見出した。このようなIII族窒化
物の過飽和度の制御を、結晶成長の場である混合融液の
Ｎａのモル比を制御することにより間接的に行なうこ
と、すなわち結晶核生成までは高Ｎａモル比を保持し、
結晶成長中は低Ｎａモル比となるようＮａのモル比を制
御すれば、初期の結晶核生成を容易にし、かつ、成長中
の競合する結晶核生成を抑制することが可能となること
を見出した。
開始後、結晶核生成までの期間においては、III族窒化
物の過飽和度が高い状態が望ましく、逆に、結晶核生成
後の結晶成長時においては、III族窒化物の過飽和度は
競合する結晶核の生成が起こらない程度に低く維持する
ことが望ましいことを見出した。このようなIII族窒化
物の過飽和度の制御を、結晶成長の場である混合融液の
Ｎａのモル比を制御することにより間接的に行なうこ
と、すなわち結晶核生成までは高Ｎａモル比を保持し、
結晶成長中は低Ｎａモル比となるようＮａのモル比を制
御すれば、初期の結晶核生成を容易にし、かつ、成長中
の競合する結晶核生成を抑制することが可能となること
を見出した。
【００２６】すなわち、本発明は、反応容器内で、金属
ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素
あるいは窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を
結晶成長させるとき、III族金属と金属ＮａまたはＮａ
を含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を、昇温過
程，窒素加圧過程および結晶核生成までの過程では高く
維持し、結晶核生成の過程以後は、結晶核生成の過程よ
りも低くすることを特徴としている。
ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素
あるいは窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を
結晶成長させるとき、III族金属と金属ＮａまたはＮａ
を含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を、昇温過
程，窒素加圧過程および結晶核生成までの過程では高く
維持し、結晶核生成の過程以後は、結晶核生成の過程よ
りも低くすることを特徴としている。
【００２７】より詳細に、本発明では、圧力容器中に設
置された反応容器内に、少なくとも金属ＮａあるいはＮ
ａを含む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を
含む化合物を原料として充填し、結晶成長温度までの加
熱中もしくは加熱後、反応容器外からの窒素の供給によ
り継続的にIII族窒化物結晶を成長させている。この
際、混合融液中のＮａのモル比の制御を以下のように行
う。
置された反応容器内に、少なくとも金属ＮａあるいはＮ
ａを含む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を
含む化合物を原料として充填し、結晶成長温度までの加
熱中もしくは加熱後、反応容器外からの窒素の供給によ
り継続的にIII族窒化物結晶を成長させている。この
際、混合融液中のＮａのモル比の制御を以下のように行
う。
【００２８】すなわち、結晶成長の初期には、混合融液
中のＮａのモル比を高く維持することにより、混合融液
中のIII族窒化物供給量を高め、III族窒化物の過飽和度
を大きくする。これにより、結晶核の生成が容易とな
る。このように、結晶表面への成長に比べて、結晶核の
生成には大きな過飽和度が必要である。
中のＮａのモル比を高く維持することにより、混合融液
中のIII族窒化物供給量を高め、III族窒化物の過飽和度
を大きくする。これにより、結晶核の生成が容易とな
る。このように、結晶表面への成長に比べて、結晶核の
生成には大きな過飽和度が必要である。
【００２９】結晶核生成後、混合融液中のＮａモル比を
下げることにより、混合融液中のIII族窒化物供給量を
下げ、III族窒化物の過飽和度を下げることで、競合す
る結晶核の生成を抑制しつつ（すなわち、過飽和度の制
御により競合する結晶核生成を抑制しつつ）、継続的な
結晶成長が可能となる。
下げることにより、混合融液中のIII族窒化物供給量を
下げ、III族窒化物の過飽和度を下げることで、競合す
る結晶核の生成を抑制しつつ（すなわち、過飽和度の制
御により競合する結晶核生成を抑制しつつ）、継続的な
結晶成長が可能となる。
【００３０】このような結晶成長方法により、高品位な
III族窒化物の大型単結晶が再現性良く得られる。
III族窒化物の大型単結晶が再現性良く得られる。
【００３１】なお、混合融液中のＮａのモル比の制御方
法としては、反応容器外へのＮａの散逸の時定数による
方法、さらにＮａリザーバーを併用する方法、独立した
加熱源によりリザーバー内のＮａの蒸気圧を制御するこ
とにより混合融液中からのＮａの蒸発量を制御する方法
等が可能である。
法としては、反応容器外へのＮａの散逸の時定数による
方法、さらにＮａリザーバーを併用する方法、独立した
加熱源によりリザーバー内のＮａの蒸気圧を制御するこ
とにより混合融液中からのＮａの蒸発量を制御する方法
等が可能である。
【００３２】結晶成長方法として、III族金属またはIII
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定
数により制御する結晶成長方法を用いる場合、結晶成長
温度（５７０℃以上）ではＮａの蒸気圧は高く、Ｎａの
散逸の時定数を制御することにより、混合融液中のＮａ
のモル比を制御可能であり、間接的にIII族窒化物の過
飽和度を制御し、前述したメカニズムにより結晶成長を
制御することが可能となる。
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定
数により制御する結晶成長方法を用いる場合、結晶成長
温度（５７０℃以上）ではＮａの蒸気圧は高く、Ｎａの
散逸の時定数を制御することにより、混合融液中のＮａ
のモル比を制御可能であり、間接的にIII族窒化物の過
飽和度を制御し、前述したメカニズムにより結晶成長を
制御することが可能となる。
【００３３】このように、本発明の結晶成長方法によれ
ば、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良く
得られるが、上述の仕方では、結晶成長は自然核の生成
によってなされるため、混合融液中のIII族窒化物の過
飽和度の制御による結晶形状の制御にとどまり、結晶方
位を制御することは難かしい。
ば、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良く
得られるが、上述の仕方では、結晶成長は自然核の生成
によってなされるため、混合融液中のIII族窒化物の過
飽和度の制御による結晶形状の制御にとどまり、結晶方
位を制御することは難かしい。
【００３４】結晶方位をも制御するには、上述した本発
明の結晶成長方法において、予め反応容器内に設置した
III族窒化物の種結晶を元に、III族窒化物結晶を結晶成
長させるのが良い。
明の結晶成長方法において、予め反応容器内に設置した
III族窒化物の種結晶を元に、III族窒化物結晶を結晶成
長させるのが良い。
【００３５】このように、種結晶を用いることにより、
結晶方位の制御が可能となる。
結晶方位の制御が可能となる。
【００３６】この場合、混合融液中のＮａのモル比の制
御は、以下のようである。すなわち、結晶成長の初期に
は、混合融液中のＮａのモル比を高く維持することによ
り、混合融液中のIII族窒化物供給量を高め、III族窒化
物の過飽和度を大きくする。これにより、種結晶への種
付けが容易となる。このように、種結晶表面への成長開
始には、継続的に成長している成長表面への成長に比
べ、大きな過飽和度が必要であるが、種結晶を用いない
場合の核生成ほどには大きな過飽和度は必要ない。
御は、以下のようである。すなわち、結晶成長の初期に
は、混合融液中のＮａのモル比を高く維持することによ
り、混合融液中のIII族窒化物供給量を高め、III族窒化
物の過飽和度を大きくする。これにより、種結晶への種
付けが容易となる。このように、種結晶表面への成長開
始には、継続的に成長している成長表面への成長に比
べ、大きな過飽和度が必要であるが、種結晶を用いない
場合の核生成ほどには大きな過飽和度は必要ない。
【００３７】結晶核生成後には、混合融液中のＮａモル
比を下げることにより、混合融液中のIII族窒化物供給
量を下げ、III族窒化物の過飽和度を下げることで、競
合する結晶核の生成を抑制しつつ、継続的な結晶成長が
可能となる。すなわち、継続的な結晶成長に最適化され
た過飽和度を取ることによりより高品位な結晶成長が可
能となる。
比を下げることにより、混合融液中のIII族窒化物供給
量を下げ、III族窒化物の過飽和度を下げることで、競
合する結晶核の生成を抑制しつつ、継続的な結晶成長が
可能となる。すなわち、継続的な結晶成長に最適化され
た過飽和度を取ることによりより高品位な結晶成長が可
能となる。
【００３８】このように種結晶を用いる結晶成長方法に
より、結晶方位が制御された高品位かつ大型のIII族窒
化物単結晶が再現性良く得られる。
より、結晶方位が制御された高品位かつ大型のIII族窒
化物単結晶が再現性良く得られる。
【００３９】なお、この場合にも、混合融液中のＮａの
モル比の制御方法としては、反応容器外へのＮａの散逸
の時定数による方法、さらにＮａリザーバーを併用する
方法、独立した加熱源によりリザーバー内のＮａの蒸気
圧を制御することにより混合融液中からのＮａの蒸発量
を制御する方法等が可能である。
モル比の制御方法としては、反応容器外へのＮａの散逸
の時定数による方法、さらにＮａリザーバーを併用する
方法、独立した加熱源によりリザーバー内のＮａの蒸気
圧を制御することにより混合融液中からのＮａの蒸発量
を制御する方法等が可能である。
【００４０】結晶成長方法として、III族金属またはIII
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定
数により制御する結晶成長方法を用いる場合、結晶成長
温度（５７０℃以上）ではＮａの蒸気圧は高く、Ｎａの
散逸の時定数を制御することにより、混合融液中のＮａ
のモル比を制御可能であり、間接的にIII族窒化物の過
飽和度を制御し、前述したメカニズムにより結晶成長を
制御することが可能となる。
族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液
中のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定
数により制御する結晶成長方法を用いる場合、結晶成長
温度（５７０℃以上）ではＮａの蒸気圧は高く、Ｎａの
散逸の時定数を制御することにより、混合融液中のＮａ
のモル比を制御可能であり、間接的にIII族窒化物の過
飽和度を制御し、前述したメカニズムにより結晶成長を
制御することが可能となる。
【００４１】図１は本発明に係る結晶成長装置の構成例
を示す図である。図１を参照すると、圧力容器１０１
は、反応に必要な窒素圧を保持するように構成され、圧
力容器１０１には、圧力容器１０１内の窒素圧を制御す
る圧力コントローラー１０８および窒素導入管１０９が
取り付けられ、また、圧力容器１０１内には、反応容器
１０６と、反応容器１０６を加熱するヒーター１０３
と、ヒーター１０３からの熱を遮断する断熱材１０２と
が収容されている。なお、圧力容器１０１の構成は、図
１のものに限定されず、圧力容器１０１を外部ヒータか
ら加熱する方式、圧力容器１０１に水冷ジャケットを設
け、断熱材を省略する方式等の種々の方式が選択可能で
ある。
を示す図である。図１を参照すると、圧力容器１０１
は、反応に必要な窒素圧を保持するように構成され、圧
力容器１０１には、圧力容器１０１内の窒素圧を制御す
る圧力コントローラー１０８および窒素導入管１０９が
取り付けられ、また、圧力容器１０１内には、反応容器
１０６と、反応容器１０６を加熱するヒーター１０３
と、ヒーター１０３からの熱を遮断する断熱材１０２と
が収容されている。なお、圧力容器１０１の構成は、図
１のものに限定されず、圧力容器１０１を外部ヒータか
ら加熱する方式、圧力容器１０１に水冷ジャケットを設
け、断熱材を省略する方式等の種々の方式が選択可能で
ある。
【００４２】また、圧力容器１０１内の反応容器１０６
には、反応温度でIII族金属原料およびＮａに侵されな
い安定な材質で、かつ、反応容器１０６の表面でIII族
窒化物の核発生が起こりにくい材料を用いることができ
る。また、反応容器１０６内には、III族金属原料とＮ
ａの混合融液１０７が収容されるようになっている。ま
た、反応容器１０６には、上部に蓋１０５が取り付け可
能となっており、蓋１０５には、反応容器１０６の内外
を連通する貫通孔１０４が設けられている。また、反応
容器１０６と蓋１０５とは、シールにより封止されるよ
うになっている。なお、シールとしては、タイトでも良
く、タイトなシールがなされている場合は、Ｎａ散逸の
時定数は貫通孔１０４の径により決まり、シールがタイ
トでない場合は、シール部分と貫通孔１０４の両方から
の散逸を考慮する必要がある。
には、反応温度でIII族金属原料およびＮａに侵されな
い安定な材質で、かつ、反応容器１０６の表面でIII族
窒化物の核発生が起こりにくい材料を用いることができ
る。また、反応容器１０６内には、III族金属原料とＮ
ａの混合融液１０７が収容されるようになっている。ま
た、反応容器１０６には、上部に蓋１０５が取り付け可
能となっており、蓋１０５には、反応容器１０６の内外
を連通する貫通孔１０４が設けられている。また、反応
容器１０６と蓋１０５とは、シールにより封止されるよ
うになっている。なお、シールとしては、タイトでも良
く、タイトなシールがなされている場合は、Ｎａ散逸の
時定数は貫通孔１０４の径により決まり、シールがタイ
トでない場合は、シール部分と貫通孔１０４の両方から
の散逸を考慮する必要がある。
【００４３】また、図２は種結晶（III族窒化物の種結
晶）を用いてIII族窒化物の結晶成長を行なわせる結晶
成長装置の構成例を示す図である。なお、図２におい
て、図１と同様の箇所には同じ符号を付している。図２
の構成例では、種結晶（III族窒化物の種結晶）を用い
て結晶成長を行なわせるため、混合融液１０７に先端が
接するように支持棒２１０により支持された種結晶２１
１が反応容器１０６内に設けられている。
晶）を用いてIII族窒化物の結晶成長を行なわせる結晶
成長装置の構成例を示す図である。なお、図２におい
て、図１と同様の箇所には同じ符号を付している。図２
の構成例では、種結晶（III族窒化物の種結晶）を用い
て結晶成長を行なわせるため、混合融液１０７に先端が
接するように支持棒２１０により支持された種結晶２１
１が反応容器１０６内に設けられている。
【００４４】なお、種結晶を用いる場合にも、混合融液
１０７中のＮａのモル比の制御方法は、種結晶を用いな
い場合（自然核生成の場合）と同一である。
１０７中のＮａのモル比の制御方法は、種結晶を用いな
い場合（自然核生成の場合）と同一である。
【００４５】次に、成長中の混合融液中のＮａのモル比
の制御について説明する。加熱および加圧中は、温度の
上昇と共に反応容器１０６内のＮａの蒸気圧は上昇し、
混合融液１０７中のＮａのモル比は、Ｎａが蒸発した分
だけ減少する。なお、このことから、蒸発量を予め考慮
して、反応容器１０６に充填する際のＮａのモル比を決
定する必要がある。
の制御について説明する。加熱および加圧中は、温度の
上昇と共に反応容器１０６内のＮａの蒸気圧は上昇し、
混合融液１０７中のＮａのモル比は、Ｎａが蒸発した分
だけ減少する。なお、このことから、蒸発量を予め考慮
して、反応容器１０６に充填する際のＮａのモル比を決
定する必要がある。
【００４６】時間の経過に従い、反応容器１０６と蓋１
０５との隙間から、あるいは、蓋１０５に設けられた貫
通孔１０４からの反応容器１０６外へのＮａの散逸によ
り、混合融液１０７中のＮａのモル比は徐々に減少する
が、Ｎａの充填量が十分であれば、結晶核生成までＮａ
のモル比は必要なモル比が確保される。なお、種結晶を
用いて結晶成長を行なう場合には、結晶核を生成するこ
となく、種結晶を元にした結晶成長が、種結晶を用いな
い場合に比べてより円滑に開始される。
０５との隙間から、あるいは、蓋１０５に設けられた貫
通孔１０４からの反応容器１０６外へのＮａの散逸によ
り、混合融液１０７中のＮａのモル比は徐々に減少する
が、Ｎａの充填量が十分であれば、結晶核生成までＮａ
のモル比は必要なモル比が確保される。なお、種結晶を
用いて結晶成長を行なう場合には、結晶核を生成するこ
となく、種結晶を元にした結晶成長が、種結晶を用いな
い場合に比べてより円滑に開始される。
【００４７】結晶核生成後も、Ｎａの反応容器１０６外
への散逸によりＮａのモル比は減少する。これにより、
競合する結晶核の生成を抑制することができる。
への散逸によりＮａのモル比は減少する。これにより、
競合する結晶核の生成を抑制することができる。
【００４８】以上のように、種結晶を用いる場合，用い
ない場合のいずれの結晶成長方法においても、高品位か
つ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良く得ることがで
きる。
ない場合のいずれの結晶成長方法においても、高品位か
つ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良く得ることがで
きる。
【００４９】なお、反応容器１０６内に、Ｎａのモル比
制御のために、少なくとも１つのＮａリザーバーを設け
ることもできる。反応容器１０６内にＮａリザーバーを
少なくとも１つ設けることで、反応容器１０６外へのＮ
ａ散逸の時定数を制御することができる。
制御のために、少なくとも１つのＮａリザーバーを設け
ることもできる。反応容器１０６内にＮａリザーバーを
少なくとも１つ設けることで、反応容器１０６外へのＮ
ａ散逸の時定数を制御することができる。
【００５０】図３は反応容器内にＮａリザーバーが設け
られている結晶成長装置の構成例を示す図である。な
お、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付
している。
られている結晶成長装置の構成例を示す図である。な
お、図３において、図１と同様の箇所には同じ符号を付
している。
【００５１】図３を参照すると、反応容器１０６の内部
にはＮａリザーバー３０７が設けられ、Ｎａリザーバー
３０７内にはＮａ３０６が収容されている。Ｎａリザー
バー３０７は、蓋１０５により反応容器１０６の外部と
隔てられており、蓋１０５に設けられた反応容器１０６
の内外を連通する貫通孔１０４と、Ｎａリザーバー３０
７に設けられたＮａリザーバー３０７内部と反応容器１
０６とを連通する貫通孔３０８とにより、Ｎａのモル比
を制御するようになっている。反応容器１０６内には、
金属ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属および
窒素あるいは窒素を含む化合物とを原料として充填し、
III族窒化物の成長中は混合融液１０７が存在する。
にはＮａリザーバー３０７が設けられ、Ｎａリザーバー
３０７内にはＮａ３０６が収容されている。Ｎａリザー
バー３０７は、蓋１０５により反応容器１０６の外部と
隔てられており、蓋１０５に設けられた反応容器１０６
の内外を連通する貫通孔１０４と、Ｎａリザーバー３０
７に設けられたＮａリザーバー３０７内部と反応容器１
０６とを連通する貫通孔３０８とにより、Ｎａのモル比
を制御するようになっている。反応容器１０６内には、
金属ＮａあるいはＮａを含む化合物とIII族金属および
窒素あるいは窒素を含む化合物とを原料として充填し、
III族窒化物の成長中は混合融液１０７が存在する。
【００５２】次に、III族窒化物を成長させる際のＮａ
のモル比の制御について説明する。主に成長初期におい
ては、反応容器１０６の蓋１０５に設けられている貫通
孔１０４からＮａリザーバー３０７内のＮａ３０６が反
応容器１０６の外部へ散逸することにより、反応容器１
０６内のIII族金属原料とＮａの混合融液１０７のＮａ
のモル比は、ほぼ一定に保たれる。
のモル比の制御について説明する。主に成長初期におい
ては、反応容器１０６の蓋１０５に設けられている貫通
孔１０４からＮａリザーバー３０７内のＮａ３０６が反
応容器１０６の外部へ散逸することにより、反応容器１
０６内のIII族金属原料とＮａの混合融液１０７のＮａ
のモル比は、ほぼ一定に保たれる。
【００５３】Ｎａリザーバー３０７内のＮａ３０６が全
て散逸後、混合融液１０７のＮａのモル比は低下してい
く。Ｎａのモル比の低下の速度は、２つの貫通孔１０
４，３０８の孔径により制御可能であり、混合融液１０
７内のＮａのモル比低下までの時間は、反応容器１０６
の蓋１０５に設けた貫通孔１０４の孔径とＮａリザーバ
ー３０７内のＮａ３０６の充填量により決まる。
て散逸後、混合融液１０７のＮａのモル比は低下してい
く。Ｎａのモル比の低下の速度は、２つの貫通孔１０
４，３０８の孔径により制御可能であり、混合融液１０
７内のＮａのモル比低下までの時間は、反応容器１０６
の蓋１０５に設けた貫通孔１０４の孔径とＮａリザーバ
ー３０７内のＮａ３０６の充填量により決まる。
【００５４】以上のようなメカニズムにより、反応初期
のＮａのモル比を核発生の制御が可能な範囲に保ち、か
つ、それ以降はＮａの濃度を下げることにより、意図し
た結晶以外の核発生を抑制することができ、シート状の
単結晶を得ることができる。
のＮａのモル比を核発生の制御が可能な範囲に保ち、か
つ、それ以降はＮａの濃度を下げることにより、意図し
た結晶以外の核発生を抑制することができ、シート状の
単結晶を得ることができる。
【００５５】なお、Ｎａリザーバーを設けてIII族金属
と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮ
ａのモル比を制御する仕方は、種結晶を用いてIII族窒
化物を成長させる場合にも適用可能である。すなわち、
核生成の際のＮａのモル比を種結晶への種付けに最適な
モル比に設定することにより、種結晶を用いる場合にも
適用可能である。
と金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮ
ａのモル比を制御する仕方は、種結晶を用いてIII族窒
化物を成長させる場合にも適用可能である。すなわち、
核生成の際のＮａのモル比を種結晶への種付けに最適な
モル比に設定することにより、種結晶を用いる場合にも
適用可能である。
【００５６】また、反応容器内に複数のＮａリザーバー
（Ｎａのモル比制御用Ｎａリザーバー）を設け、各Ｎａ
リザーバーにおけるＮａの反応容器外への散逸の時定数
をそれぞれ異ならせるように結晶成長装置を構成するこ
ともできる。
（Ｎａのモル比制御用Ｎａリザーバー）を設け、各Ｎａ
リザーバーにおけるＮａの反応容器外への散逸の時定数
をそれぞれ異ならせるように結晶成長装置を構成するこ
ともできる。
【００５７】図４は反応容器内にＮａリザーバーが設け
られている結晶成長装置の他の構成例を示す図である。
なお、図４において、図３と同様の箇所には同じ符号を
付している。図４の例では、反応容器１０６の内部に
は、第１のＮａリザーバー４０６と第２のＮａリザーバ
ー４０９との２つのＮａリザーバーが設けられている。
られている結晶成長装置の他の構成例を示す図である。
なお、図４において、図３と同様の箇所には同じ符号を
付している。図４の例では、反応容器１０６の内部に
は、第１のＮａリザーバー４０６と第２のＮａリザーバ
ー４０９との２つのＮａリザーバーが設けられている。
【００５８】ここで、第１のＮａリザーバー４０６，第
２のＮａリザーバー４０９には、それぞれ、Ｎａ４０
８，４１１が収容されている。また、反応容器１０６の
蓋１０５には、第１のリザーバー４０６の内部と反応容
器１０６の外部とを連通する貫通孔１０４が設けられて
いる。また、第１のＮａリザーバー４０６には、第１の
Ｎａリザーバー４０６と反応容器１０６内とを連通する
貫通孔４０７が設けられている。また、第２のＮａリザ
ーバー４０９には、第２のＮａリザーバー４０９と反応
容器１０６内とを連通する貫通孔４１０が設けられてい
る。反応容器１０６内には、金属ＮａあるいはＮａを含
む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む化
合物を原料として充填し、III族窒化物の成長中は混合
融液１０７が存在する。
２のＮａリザーバー４０９には、それぞれ、Ｎａ４０
８，４１１が収容されている。また、反応容器１０６の
蓋１０５には、第１のリザーバー４０６の内部と反応容
器１０６の外部とを連通する貫通孔１０４が設けられて
いる。また、第１のＮａリザーバー４０６には、第１の
Ｎａリザーバー４０６と反応容器１０６内とを連通する
貫通孔４０７が設けられている。また、第２のＮａリザ
ーバー４０９には、第２のＮａリザーバー４０９と反応
容器１０６内とを連通する貫通孔４１０が設けられてい
る。反応容器１０６内には、金属ＮａあるいはＮａを含
む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む化
合物を原料として充填し、III族窒化物の成長中は混合
融液１０７が存在する。
【００５９】次に、III族窒化物を成長させる際のＮａ
のモル比の制御について説明する。主に成長初期におい
ては、第１のＮａリザーバー４０６が反応容器１０６外
へのＮａの散逸をコントロールしている。すなわち、第
１のリザーバー４０６のＮａ４０８の量と貫通孔１０４
の孔径により、初期の混合融液１０７のＮａのモル比の
維持される時間は決定される。
のモル比の制御について説明する。主に成長初期におい
ては、第１のＮａリザーバー４０６が反応容器１０６外
へのＮａの散逸をコントロールしている。すなわち、第
１のリザーバー４０６のＮａ４０８の量と貫通孔１０４
の孔径により、初期の混合融液１０７のＮａのモル比の
維持される時間は決定される。
【００６０】第１のＮａリザーバー４０６のＮａ４０８
が散逸した後は、Ｎａの反応容器１０６外への散逸速度
は、貫通孔４０４と第１のＮａリザーバー４０６の貫通
孔４０７とにより決定され、第２のＮａリザーバー４０
９により供給されるＮａのモル比との平衡状態に至るま
で、混合融液１０７のＮａのモル比は減少する。
が散逸した後は、Ｎａの反応容器１０６外への散逸速度
は、貫通孔４０４と第１のＮａリザーバー４０６の貫通
孔４０７とにより決定され、第２のＮａリザーバー４０
９により供給されるＮａのモル比との平衡状態に至るま
で、混合融液１０７のＮａのモル比は減少する。
【００６１】第２のＮａリザーバー４０９により供給さ
れるＮａのモル比と反応容器１０６外へのＮａの散逸の
平衡状態に至った後は、第２のＮａリザーバー４０９の
Ｎａ４１１が全て散逸されるまで、混合融液１０７はほ
ぼ一定のＮａのモル比が保たれる。
れるＮａのモル比と反応容器１０６外へのＮａの散逸の
平衡状態に至った後は、第２のＮａリザーバー４０９の
Ｎａ４１１が全て散逸されるまで、混合融液１０７はほ
ぼ一定のＮａのモル比が保たれる。
【００６２】従って、第１，第２のリザーバー４０６，
４０９のＮａ散逸の時定数を所望の混合融液のＮａのモ
ル比が得られるよう設計することにより、反応初期には
過飽和度の高い混合融液中で核発生を行い、成長中は競
合する核発生を抑えながら持続的な結晶成長が可能とな
り、再現性良く大型の結晶を得ることができる。
４０９のＮａ散逸の時定数を所望の混合融液のＮａのモ
ル比が得られるよう設計することにより、反応初期には
過飽和度の高い混合融液中で核発生を行い、成長中は競
合する核発生を抑えながら持続的な結晶成長が可能とな
り、再現性良く大型の結晶を得ることができる。
【００６３】なお、図４の例では２つのリザーバー４０
６，４０９を設けたが、必要によりさらに多くのリザー
バーを設けることもできる。
６，４０９を設けたが、必要によりさらに多くのリザー
バーを設けることもできる。
【００６４】このように、反応容器内に複数のＮａリザ
ーバーを設けることで、より柔軟に系内のＮａのモル比
を時系列制御することができる。
ーバーを設けることで、より柔軟に系内のＮａのモル比
を時系列制御することができる。
【００６５】なお、図３あるいは図４の例のようにＮａ
リザーバーを設けてIII族金属と金属ＮａあるいはＮａ
を含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御する仕
方は、種結晶を用いてIII族窒化物を成長させる場合にも
適用可能である。すなわち、核生成の際のＮａのモル比
を種結晶への種付けに最適なモル比に設定することによ
り、種結晶を用いる場合にも適用可能である。
リザーバーを設けてIII族金属と金属ＮａあるいはＮａ
を含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御する仕
方は、種結晶を用いてIII族窒化物を成長させる場合にも
適用可能である。すなわち、核生成の際のＮａのモル比
を種結晶への種付けに最適なモル比に設定することによ
り、種結晶を用いる場合にも適用可能である。
【００６６】また、上述の各例において、圧力容器と反
応容器の加熱方法および反応容器の設計の詳細は上記に
限定されるものではなく、他の圧力容器と反応容器の加
熱方法との組み合わせ等を取ることも可能である。
応容器の加熱方法および反応容器の設計の詳細は上記に
限定されるものではなく、他の圧力容器と反応容器の加
熱方法との組み合わせ等を取ることも可能である。
【００６７】上述したいずれかの結晶成長装置，結晶成
長法により、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶が再
現性良く得られ、従って、高品位のIII族窒化物単結晶
基板が得られる。
長法により、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶が再
現性良く得られ、従って、高品位のIII族窒化物単結晶
基板が得られる。
【００６８】このようにして得られたIII族窒化物結晶
を基板として用いて（すなわち、このようにして得られ
たIII族窒化物結晶に、あるいはIII族窒化物結晶上
に）、半導体レーザー素子などの半導体素子を形成する
ことができる。
を基板として用いて（すなわち、このようにして得られ
たIII族窒化物結晶に、あるいはIII族窒化物結晶上
に）、半導体レーザー素子などの半導体素子を形成する
ことができる。
【００６９】図５は本発明に係る半導体素子の構成例を
示す図である。なお、図５の半導体素子は半導体レーザ
ー素子であって、その基板には、上述したいずれかの結
晶成長装置，結晶成長法により得られたIII族窒化物結
晶基板としてＧａＮ基板を用いている。
示す図である。なお、図５の半導体素子は半導体レーザ
ー素子であって、その基板には、上述したいずれかの結
晶成長装置，結晶成長法により得られたIII族窒化物結
晶基板としてＧａＮ基板を用いている。
【００７０】図５を参照すると、この半導体素子は、Ｍ
ＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＮ半導体基板５０２上に、
ｎ−ＧａＮバッファー層５０３を介して、ｎ−Ｉｎ0.1
Ｇａ0 .9Ｎクラック防止層５０４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５０５、ｎ−ＧａＮガイド層５０６、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ ２周期よりなるＤＱＷ構造の
活性層５０７、ｐ−ＧａＮガイド層５０８、ｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５０９、ｐ−ＧａＮコンタクト
層５１０が、エピタキシャル層として順に成膜されたも
のとなっている。そして、ｐ−電極用メタル５１２が電
流狭窄用のＳｉＯ2絶縁層５１１を介して形成され、ま
た、ｎ−電極メタル５０１が、導電性を有するＧａＮ基
板５０２の裏面に形成されている（フェースダウン実装
されている）。
ＯＣＶＤ法により、ｎ−ＧａＮ半導体基板５０２上に、
ｎ−ＧａＮバッファー層５０３を介して、ｎ−Ｉｎ0.1
Ｇａ0 .9Ｎクラック防止層５０４、ｎ−Ａｌ0.1Ｇａ0.9
Ｎクラッド層５０５、ｎ−ＧａＮガイド層５０６、Ｉｎ
0.15Ｇａ0.85Ｎ／ＧａＮ ２周期よりなるＤＱＷ構造の
活性層５０７、ｐ−ＧａＮガイド層５０８、ｐ−Ａｌ
0.1Ｇａ0.9Ｎクラッド層５０９、ｐ−ＧａＮコンタクト
層５１０が、エピタキシャル層として順に成膜されたも
のとなっている。そして、ｐ−電極用メタル５１２が電
流狭窄用のＳｉＯ2絶縁層５１１を介して形成され、ま
た、ｎ−電極メタル５０１が、導電性を有するＧａＮ基
板５０２の裏面に形成されている（フェースダウン実装
されている）。
【００７１】図５の例では、ＧａＮ基板５０２に本発明
によるIII族窒化物結晶を用いている。これにより、Ｇ
ａＮ基板５０２そのものが劈開性を持ち、かつ、素子を
形成するエピタキシャル層５０３，５０４，５０５，５
０６，５０７，５０８，５０９，５１０と結晶方位が一
致するため、図５の半導体素子の端面は劈開により容易
に形成される。
によるIII族窒化物結晶を用いている。これにより、Ｇ
ａＮ基板５０２そのものが劈開性を持ち、かつ、素子を
形成するエピタキシャル層５０３，５０４，５０５，５
０６，５０７，５０８，５０９，５１０と結晶方位が一
致するため、図５の半導体素子の端面は劈開により容易
に形成される。
【００７２】なお、本発明によるIII族窒化物結晶は、
図５の例に限らず、任意の半導体素子に適用可能であ
る。
図５の例に限らず、任意の半導体素子に適用可能であ
る。
【００７３】
【発明の効果】以上に説明したように、請求項１乃至請
求項５記載の発明によれば、反応容器内で、金属Ｎａあ
るいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素あるい
は窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成
長させるIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、III
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、昇温過程，窒素加圧過程および結晶
核生成までの過程では高く維持し、結晶核生成の過程以
後は、結晶核生成の過程よりも低くするように制御する
ので、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良
く得ることができる。
求項５記載の発明によれば、反応容器内で、金属Ｎａあ
るいはＮａを含む化合物とIII族金属および窒素あるい
は窒素を含む化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成
長させるIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、III
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、昇温過程，窒素加圧過程および結晶
核生成までの過程では高く維持し、結晶核生成の過程以
後は、結晶核生成の過程よりも低くするように制御する
ので、高品位かつ大型のIII族窒化物単結晶を再現性良
く得ることができる。
【００７４】すなわち、混合融液中のIII族窒化物の溶
解度は低く、混合融液中でのIII族窒化物の供給量を上
げ成長速度を高めようとすると、結晶成長中に多数の結
晶核を生じ、結果として大型の単結晶が得られず、逆
に、III族窒化物の供給量を下げると、III族窒化物の過
飽和度が低く結晶核の生成そのものが起こらない場合も
しばしば見受けられ、結晶成長開始時から一定のＮａモ
ル比の混合融液では理想的な結晶成長を行なうことはで
きない。
解度は低く、混合融液中でのIII族窒化物の供給量を上
げ成長速度を高めようとすると、結晶成長中に多数の結
晶核を生じ、結果として大型の単結晶が得られず、逆
に、III族窒化物の供給量を下げると、III族窒化物の過
飽和度が低く結晶核の生成そのものが起こらない場合も
しばしば見受けられ、結晶成長開始時から一定のＮａモ
ル比の混合融液では理想的な結晶成長を行なうことはで
きない。
【００７５】これに対し、本発明では、III族窒化物の
過飽和度の制御を結晶成長の場である混合融液のＮａの
モル比を制御することにより行ない（すなわち、結晶核
生成までは高Ｎａモル比を保持し、結晶成長中は低Ｎａ
モル比となるように、Ｎａのモル比を制御する。これに
より、初期の結晶核生成時には混合融液中のIII族窒化
物の過飽和度を高くして結晶核生成を容易とし、かつ、
結晶成長中は混合融液中のIII族窒化物の過飽和度を低
くすることで競合する結晶核生成を抑制することが可能
となる。この結果、高品位かつ大型のIII族窒化物単結
晶が再現性良く得られる。
過飽和度の制御を結晶成長の場である混合融液のＮａの
モル比を制御することにより行ない（すなわち、結晶核
生成までは高Ｎａモル比を保持し、結晶成長中は低Ｎａ
モル比となるように、Ｎａのモル比を制御する。これに
より、初期の結晶核生成時には混合融液中のIII族窒化
物の過飽和度を高くして結晶核生成を容易とし、かつ、
結晶成長中は混合融液中のIII族窒化物の過飽和度を低
くすることで競合する結晶核生成を抑制することが可能
となる。この結果、高品位かつ大型のIII族窒化物単結
晶が再現性良く得られる。
【００７６】特に、請求項２記載の発明によれば、請求
項１記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、
予め反応容器内に設置したIII族窒化物の種結晶を用い
て、III族窒化物結晶を結晶成長させるので、成長方位
の制御が可能になる。すなわち、自然核生成による場合
には、得られる結晶の結晶方位はまちまちとなる。これ
に対し、混合融液中のＮａのモル比の制御下での結晶成
長を、種結晶を用いて行なう場合には、成長方位の制御
が可能になると共に、混合融液中のIII族窒化物の過飽
和度の制御の幅が小さくなることで、Ｎａリザーバーを
用いる場合にＮａリザーバーの小型化を図ることがで
き、また、結晶成長装置の構成の簡略化等を図ることが
可能となる。また、種結晶に高品位結晶を用いること
で、より安定した高品位のIII族窒化物結晶を得ること
ができる。また、種結晶を用いた混合融液中のＮａのモ
ル比が一定の成長法に比べ、種結晶に種付けするまでの
時間が短くなり、生産性が向上する。
項１記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法において、
予め反応容器内に設置したIII族窒化物の種結晶を用い
て、III族窒化物結晶を結晶成長させるので、成長方位
の制御が可能になる。すなわち、自然核生成による場合
には、得られる結晶の結晶方位はまちまちとなる。これ
に対し、混合融液中のＮａのモル比の制御下での結晶成
長を、種結晶を用いて行なう場合には、成長方位の制御
が可能になると共に、混合融液中のIII族窒化物の過飽
和度の制御の幅が小さくなることで、Ｎａリザーバーを
用いる場合にＮａリザーバーの小型化を図ることがで
き、また、結晶成長装置の構成の簡略化等を図ることが
可能となる。また、種結晶に高品位結晶を用いること
で、より安定した高品位のIII族窒化物結晶を得ること
ができる。また、種結晶を用いた混合融液中のＮａのモ
ル比が一定の成長法に比べ、種結晶に種付けするまでの
時間が短くなり、生産性が向上する。
【００７７】また、請求項３記載の発明によれば、III
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数
により制御することにより、結晶核の生成時にはIII族
窒化物の過飽和度を高く制御し、それ以降の結晶成長時
にはIII族窒化物の過飽和度を下げ競合する結晶成長を
抑制することにより、再現性良く高品位のバルク単結晶
（バルクIII族窒化物単結晶）を得ることができる。
族金属と金属ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中
のＮａのモル比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数
により制御することにより、結晶核の生成時にはIII族
窒化物の過飽和度を高く制御し、それ以降の結晶成長時
にはIII族窒化物の過飽和度を下げ競合する結晶成長を
抑制することにより、再現性良く高品位のバルク単結晶
（バルクIII族窒化物単結晶）を得ることができる。
【００７８】また、請求項４，請求項６記載の発明によ
れば、反応容器内に少なくとも１つのＮａリザーバーを
設けて、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を制御するので、結晶核
の生成時にはIII族窒化物の過飽和度を高く制御し、そ
れ以降の結晶成長時には過飽和度を下げて競合する結晶
成長を抑制し、より一層再現性良く高品位のバルク単結
晶を得ることができる。すなわち、Ｎａリザーバーを設
けない成長法（図１，図２に示したような成長法）で
は、結晶核生成前のIII族窒化物の過飽和度が十分な状
態までのＮａの散逸を考慮して原料の充填を行う必要が
あるが、Ｎａリザーバーを設ける場合には、結晶核生成
までの混合融液中のＮａのモル比をほぼ一定に保つこと
ができ、結晶核生成時のIII族窒化物の過飽和度を原料
充填の際に設定可能となり、また、Ｎａリザーバーから
気相中に供給されたＮａにより反応容器内の気液界面付
近にさらに過飽和度の高い領域ができ、より限定された
領域での結晶核の生成が可能となる。これらにより、結
晶核の生成時にはIII族窒化物の過飽和度を高く制御
し、それ以降の結晶成長時には過飽和度を下げて競合す
る結晶成長を抑制し、より一層再現性良く高品位のバル
ク単結晶を得ることができる。
れば、反応容器内に少なくとも１つのＮａリザーバーを
設けて、III族金属と金属ＮａあるいはＮａを含む化合
物の混合融液中のＮａのモル比を制御するので、結晶核
の生成時にはIII族窒化物の過飽和度を高く制御し、そ
れ以降の結晶成長時には過飽和度を下げて競合する結晶
成長を抑制し、より一層再現性良く高品位のバルク単結
晶を得ることができる。すなわち、Ｎａリザーバーを設
けない成長法（図１，図２に示したような成長法）で
は、結晶核生成前のIII族窒化物の過飽和度が十分な状
態までのＮａの散逸を考慮して原料の充填を行う必要が
あるが、Ｎａリザーバーを設ける場合には、結晶核生成
までの混合融液中のＮａのモル比をほぼ一定に保つこと
ができ、結晶核生成時のIII族窒化物の過飽和度を原料
充填の際に設定可能となり、また、Ｎａリザーバーから
気相中に供給されたＮａにより反応容器内の気液界面付
近にさらに過飽和度の高い領域ができ、より限定された
領域での結晶核の生成が可能となる。これらにより、結
晶核の生成時にはIII族窒化物の過飽和度を高く制御
し、それ以降の結晶成長時には過飽和度を下げて競合す
る結晶成長を抑制し、より一層再現性良く高品位のバル
ク単結晶を得ることができる。
【００７９】また、請求項５，請求項７記載の発明によ
れば、反応容器内に複数のＮａリザーバーを設け、複数
のＮａリザーバーにおいて、Ｎａの反応容器外への散逸
の時定数を異にして、III族金属と金属ＮａあるいはＮ
ａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御する
ので、結晶核生成から結晶成長終了までの混合融液中の
Ｎａのモル比の制御が可能となる。すなわち、Ｎａリザ
ーバーを１つしか設けないときには、結晶核生成時の混
合融液中のＮａのモル比は制御可能であるが、それ以降
は次第にＮａのモル比の低下と共に結晶成長速度も遅く
なっていく。これに対し、反応容器内に複数のＮａリザ
ーバーを設け、複数のＮａリザーバーにおいて、Ｎａの
反応容器外への散逸の時定数を異にして、III族金属と
金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａ
のモル比を制御するときには、一定速度でのIII族窒化
物結晶の成長が可能となり、さらに大型のバルク単結晶
（バルクIII族窒化物単結晶）を得ることが可能とな
る。
れば、反応容器内に複数のＮａリザーバーを設け、複数
のＮａリザーバーにおいて、Ｎａの反応容器外への散逸
の時定数を異にして、III族金属と金属ＮａあるいはＮ
ａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御する
ので、結晶核生成から結晶成長終了までの混合融液中の
Ｎａのモル比の制御が可能となる。すなわち、Ｎａリザ
ーバーを１つしか設けないときには、結晶核生成時の混
合融液中のＮａのモル比は制御可能であるが、それ以降
は次第にＮａのモル比の低下と共に結晶成長速度も遅く
なっていく。これに対し、反応容器内に複数のＮａリザ
ーバーを設け、複数のＮａリザーバーにおいて、Ｎａの
反応容器外への散逸の時定数を異にして、III族金属と
金属ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａ
のモル比を制御するときには、一定速度でのIII族窒化
物結晶の成長が可能となり、さらに大型のバルク単結晶
（バルクIII族窒化物単結晶）を得ることが可能とな
る。
【００８０】また、請求項８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族窒化物結晶の
結晶成長方法により成長させたIII族窒化物結晶である
ので、高品位かつ大型化のIII族窒化物単結晶を提供で
きる。すなわち、請求項１乃至請求項５のいずれか一項
に記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法により成長さ
せたIII族窒化物結晶は、III族金属またはIII族金属と
Ｎａの混合融液中で成長したバルク単結晶となり、選択
成長により得られる結晶に比べて転位密度が低く、エピ
タキシャル膜との熱膨張率の差等に起因する応力により
発生する結晶欠陥が原理的に存在しないことなどから、
本質的に低転位密度の高品位結晶である。さらに、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
結晶の結晶成長方法によりIII族窒化物結晶を成長させ
る場合には、混合融液中にドーパントを混入することに
より導電性の制御が可能であり、さらに、種結晶を用い
るときには、結晶方位の制御も可能となる。
至請求項５のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の
結晶成長方法により成長させたIII族窒化物結晶である
ので、高品位かつ大型化のIII族窒化物単結晶を提供で
きる。すなわち、請求項１乃至請求項５のいずれか一項
に記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法により成長さ
せたIII族窒化物結晶は、III族金属またはIII族金属と
Ｎａの混合融液中で成長したバルク単結晶となり、選択
成長により得られる結晶に比べて転位密度が低く、エピ
タキシャル膜との熱膨張率の差等に起因する応力により
発生する結晶欠陥が原理的に存在しないことなどから、
本質的に低転位密度の高品位結晶である。さらに、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
結晶の結晶成長方法によりIII族窒化物結晶を成長させ
る場合には、混合融液中にドーパントを混入することに
より導電性の制御が可能であり、さらに、種結晶を用い
るときには、結晶方位の制御も可能となる。
【００８１】また、請求項９記載の発明は、請求項８記
載のIII族窒化物結晶を基板として用いた半導体素子で
あり、この半導体素子には次のような利点がある。すな
わち、請求項８記載のIII族窒化物結晶は、結晶欠陥の
密度の低い基板となるので、素子の長寿命化が可能とな
る。また、混合融液中にドーパントを混入することによ
り導電性の制御が可能であり、光半導体用基板として用
いる場合には、裏面に電極を形成するレーザー構造が可
能となり、フェースダウン実装が可能となることから、
レーザー素子の放熱性が改善されると共にコストダウン
も可能となる。また、基板そのものが劈開性を有し、か
つ、素子を形成するエピタキシャル層と結晶方位が一致
するため、本半導体素子の端面は劈開により容易に形成
される。その他、高信頼性，耐久性の半導体素子を提供
することもできる。
載のIII族窒化物結晶を基板として用いた半導体素子で
あり、この半導体素子には次のような利点がある。すな
わち、請求項８記載のIII族窒化物結晶は、結晶欠陥の
密度の低い基板となるので、素子の長寿命化が可能とな
る。また、混合融液中にドーパントを混入することによ
り導電性の制御が可能であり、光半導体用基板として用
いる場合には、裏面に電極を形成するレーザー構造が可
能となり、フェースダウン実装が可能となることから、
レーザー素子の放熱性が改善されると共にコストダウン
も可能となる。また、基板そのものが劈開性を有し、か
つ、素子を形成するエピタキシャル層と結晶方位が一致
するため、本半導体素子の端面は劈開により容易に形成
される。その他、高信頼性，耐久性の半導体素子を提供
することもできる。
【図１】本発明に係る結晶成長装置の構成例を示す図で
ある。
ある。
【図２】本発明に係る結晶成長装置の他の構成例を示す
図である。
図である。
【図３】本発明に係る結晶成長装置の他の構成例を示す
図である。
図である。
【図４】本発明に係る結晶成長装置の他の構成例を示す
図である。
図である。
【図５】本発明に係る半導体素子の一例を示す図であ
る。
る。
１０１ 圧力容器 １０２ 断熱材 １０３ ヒーター １０４ 貫通孔 １０５ 蓋 １０６ 反応容器 １０７ 混合融液 １０８ 圧力コントローラー １０９ 窒素導入管 ２１０ 種結晶支持棒 ２１１ 種結晶 ３０６ Ｎａ ３０７ Ｎａリザーバー ３０８ 貫通孔 ４０６ 第１のＮａリザーバー ４０７ 貫通孔 ４０８ Ｎａ ４０９ 第２のＮａリザーバー ４１０ 貫通孔 ４１１ Ｎａ ５０１ ｎ−電極メタル ５０２ ｎ−ＧａＮ半導体基板 ５０３ ｎ−ＧａＮバッファー層 ５０４ ｎ−ＩｎＧａＮ層 ５０５ ｎ−ＡｌＧａＮクラッド層 ５０６ ｎ−ＧａＮガイド層 ５０７ ＤＱＷ活性層 ５０８ ｐ−ＧａＮガイド層 ５０９ ｐ−ＡｌＧａＮクラッド層 ５１０ ｐ−ＧａＮコンタクト層 ５１１ ＳｉＯ2絶縁層 ５１２ ｐ−電極メタル
Claims (9)
- 【請求項１】 反応容器内で、金属ＮａあるいはＮａを
含む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む
化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させるIII族
窒化物結晶の結晶成長方法において、III族金属と金属
ＮａまたはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル
比を、昇温過程，窒素加圧過程および結晶核生成までの
過程では高く維持し、結晶核生成の過程以後は、結晶核
生成の過程よりも低くするように制御することを特徴と
するIII族窒化物結晶の結晶成長方法。 - 【請求項２】 請求項１記載のIII族窒化物結晶の結晶
成長方法において、予め反応容器内に設置したIII族窒
化物の種結晶を用いて、III族窒化物結晶を結晶成長さ
せることを特徴とするIII族窒化物結晶の結晶成長方
法。 - 【請求項３】 請求項１または請求項２記載のIII族窒
化物結晶の結晶成長方法において、III族金属と金属Ｎ
ａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル
比を、Ｎａの反応容器外への散逸の時定数により制御す
ることを特徴とするIII族窒化物結晶の結晶成長方法。 - 【請求項４】 請求項３記載のIII族窒化物結晶の結晶
成長方法において、反応容器内に少なくとも１つのＮａ
リザーバーを設けて、III族金属と金属ＮａあるいはＮ
ａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル比を制御する
ことを特徴とするIII族窒化物結晶の結晶成長方法。 - 【請求項５】 請求項４記載のIII族窒化物結晶の結晶
成長方法において、反応容器内に複数のＮａリザーバー
を設け、複数のＮａリザーバーにおいて、Ｎａの反応容
器外への散逸の時定数を異にして、III族金属と金属Ｎ
ａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａのモル
比を制御することを特徴とするIII族窒化物結晶の結晶
成長方法。 - 【請求項６】 反応容器内で、金属ＮａあるいはＮａを
含む化合物とIII族金属および窒素あるいは窒素を含む
化合物を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させるIII族
窒化物結晶の結晶成長装置において、III族金属と金属
ＮａあるいはＮａを含む化合物の混合融液中のＮａのモ
ル比を制御するために、反応容器内に少なくとも１つの
Ｎａリザーバーが設けられていることを特徴とするIII
族窒化物結晶の結晶成長装置。 - 【請求項７】 請求項６記載のIII族窒化物結晶の結晶
成長装置において、反応容器内には、Ｎａの反応容器外
への散逸の時定数をそれぞれ異にする複数のＮａリザー
バーが設けられていることを特徴とするIII族窒化物結
晶の結晶成長装置。 - 【請求項８】 請求項１乃至請求項５のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶の結晶成長方法により成長させ
たIII族窒化物結晶。 - 【請求項９】 請求項８記載のIII族窒化物結晶が基板
として用いられることを特徴とする半導体素子。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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