JP2005162526A - Method for making gallium nitride crystal - Google Patents

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Kenji Fukuto
憲司 服藤
Toshiya Yokogawa
俊哉 横川
Isao Kidoguchi
勲 木戸口
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for making a gallium nitride crystal having any arbitrary facial orientation on the surface irrespectively of the orientation on a substrate surface. <P>SOLUTION: A plurality of rectangular parallelepipedal crystal masses 4 are cut from a GaN crystal 3 grown by a vapor phase epitaxy crystal growth method. On the other hand, a silicon oxide film 6 is applied to the surface of a separately prepared sapphire substrate 5. Next, a plurality of recesses 7 reaching the substrate 5 are formed in the silicon oxide film 6. The crystal masses 4 are embedded in the recesses 7 in a manner that the surface of each crystal mass 4 and the surface of the substrate 5 coated with the silicon oxide film 6 are on the substantially same level, and the upper surfaces have any desired same facial orientation. A gallium nitride crystal 8 having any desired arbitrary facial orientation on the surface is allowed to grow in a selective lateral direction by an epitaxial crystal growth method where the crystal masses 4 are used as seeds. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶作成方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on its surface.

Al、Ga、In等のIII族元素とV族元素との化合物である半導体は、ワイドギャップを有する直接遷移型半導体であり、可視から紫外域の発光材料として、最も有望であると考えられる。これら、光半導体デバイスの材料となる窒化ガリウムGaN等の、結晶学的に優れた制作手法が求められている。有機金属気相成長法(MOCVD:Metalorganic Chemical Vapor Phase Deposition法)は、これを産業レベルで実現できる有力な手法として、各方面で研究開発が進められている。   A semiconductor that is a compound of a group III element such as Al, Ga, and In and a group V element is a direct transition semiconductor having a wide gap, and is considered most promising as a light emitting material in the visible to ultraviolet region. There is a need for crystallographically superior production techniques such as gallium nitride GaN, which is a material for optical semiconductor devices. The metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method has been researched and developed in various fields as an effective method for realizing this at the industrial level.

従来の窒化ガリウム結晶作成方法として、例えば以下のような方法があった。図10は非特許文献1に記載されているような典型的な窒化ガリウム結晶作成方法を示す図である。結晶炉内底部に、表面がC面であるサファイア基板1を設置する。サファイア基板1上に、下から順に、GaNバッファ層2を0.1ミクロン、この上にGaN結晶3を10ミクロン、有機金属気相成長結晶法(MOCVD法)を用いて結晶成長させる。用いた原料ガスは、Ga源としてトリメチルガリウム(TMG)を、また窒素源としてアンモニア(NH3)である。    As a conventional method for producing a gallium nitride crystal, for example, there has been the following method. FIG. 10 is a diagram showing a typical method for producing a gallium nitride crystal as described in Non-Patent Document 1. A sapphire substrate 1 whose surface is a C-plane is installed at the bottom of the crystal furnace. On the sapphire substrate 1, the GaN buffer layer 2 is grown in the order of 0.1 microns, and the GaN crystal 3 is grown on the sapphire substrate 10 microns using the metal organic chemical vapor deposition crystal method (MOCVD method). The source gas used is trimethylgallium (TMG) as a Ga source and ammonia (NH3) as a nitrogen source.

これらの原料ガスを、窒素ガスあるいは水素ガスで希釈しながら有機金属気相成長結晶炉に供給し、ヒーター加熱した炉内で熱化学反応を生ぜしめ、結晶成長を行う。成長温度は、GaNバッファ層2を作製する際には550℃、GaN結晶3を作製する際には960℃である。   These source gases are supplied to an organic metal vapor phase growth crystal furnace while being diluted with nitrogen gas or hydrogen gas, and a thermochemical reaction is caused in a heater-heated furnace to perform crystal growth. The growth temperature is 550 ° C. when producing the GaN buffer layer 2 and 960 ° C. when producing the GaN crystal 3.

一方、別の手法として、次のような手段もとられている。すなわち、特許文献1に記載されているように、表面がC面であるサファイア基板上に、GaNからなる低温バッファ層を介してELOG用のGaNからなるシード層を形成し、このシード層の上部に基板面方向に互いに間隔をおいて延びるストライプ状の凸部を形成する。続いて、凸部同士に挟まれてなる各凹部の底面及び壁面上に窒化シリコンからなるマスク膜を形成し、その後、シード層の上に、各凸部と接するようにGaNからなる選択成長層をその下面と溝部の底面との間に空隙部が設けられるように形成する。
K. Harafuji et al.: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (2000) pp.6180-6190 特開2002―9004号公報
On the other hand, as another method, the following means are used. That is, as described in Patent Document 1, a seed layer made of GaN for ELOG is formed on a sapphire substrate having a C-plane surface via a low-temperature buffer layer made of GaN, and an upper portion of the seed layer is formed. Striped convex portions extending in the substrate surface direction at intervals are formed. Subsequently, a mask film made of silicon nitride is formed on the bottom surface and wall surface of each concave portion sandwiched between the convex portions, and then a selective growth layer made of GaN so as to contact each convex portion on the seed layer Is formed such that a gap is provided between the lower surface and the bottom surface of the groove.
K. Harafuji et al .: Jpn. J. Appl. Phys. Vol.39 (2000) pp.6180-6190 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-9004

しかしながら前記従来の窒化ガリウム結晶作成方法においては、作成される結晶の面方位が、用いる基板の面方位により制限されるため、任意の面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を作成することが困難であった。   However, in the conventional gallium nitride crystal production method, since the plane orientation of the crystal to be produced is limited by the plane orientation of the substrate to be used, it is difficult to produce a gallium nitride crystal having an arbitrary plane orientation on the surface. there were.

本発明は上記問題点を解決するために、任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を結晶種として選択横方向成長させることにより、任意の面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶作成方法を提供することを目的とする。   In order to solve the above problems, the present invention has an arbitrary plane orientation on the surface by selectively growing the fine gallium nitride (GaN) crystal block 4 having an arbitrary plane orientation on the surface as a crystal seed. An object is to provide a method for producing a gallium nitride crystal.

上記問題点を解決するための、本特許出願に係わる請求項1に記載の発明は、任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、窒化ガリウム結晶成長のための基板にマスク膜を被覆する工程と、前記マスク膜を被覆した基板に対し、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込み固定する工程と、さらに熱処理を行う工程と、その後、前記同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程とを有する窒化ガリウム結晶作成方法である。   In order to solve the above problems, the invention according to claim 1 of the present patent application includes a step of producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having an arbitrary plane orientation on the surface, and nitriding A step of coating a substrate for gallium crystal growth with a mask film, a step of forming a plurality of recesses into which the crystal mass 4 made of gallium nitride can be embedded in the substrate coated with the mask film, A step of embedding and fixing a plurality of crystal lumps 4 made of a plurality of gallium nitrides in a plurality of recesses of the substrate so that the upper surface thereof has the same plane orientation, a step of performing a heat treatment, and then the same A step of growing a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface by using a vapor phase growth method using a crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having a plane orientation on the surface as a seed. It is a gallium nitride crystal creation method.

本特許出願に係わる請求項2に記載の発明は、前記埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4表面と、前記マスク膜を被覆後の基板表面とが、ほぼ同一の高さとなるようにすることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 2 of the present patent application is such that the surface of the embedded crystal gallium nitride 4 and the surface of the substrate after coating the mask film have substantially the same height. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1.

本特許出願に係わる請求項3に記載の発明は、前記複数個の凹部は、基板にまで到達する深さであることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 3 according to the present patent application is the gallium nitride crystal manufacturing method according to claim 1, wherein the plurality of recesses have a depth reaching the substrate.

本特許出願に係わる請求項4に記載の発明は、窒化ガリウム結晶成長のための基板にマスク膜を被覆する工程を省くことを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 4 according to the present patent application is the gallium nitride crystal manufacturing method according to claim 1, wherein the step of coating a substrate for growing a gallium nitride crystal with a mask film is omitted.

本特許出願に係わる請求項5に記載の発明は、任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、窒化ガリウム結晶成長のための基板に、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにし、かつ前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面が前記基板の表面より高くなるようにして、前記基板の複数個の凹部に前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込み固定する工程と、さらに熱処理を行う工程と、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込んだ前記基板にマスク膜を被覆する工程と、その後前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4の頂部表面のマスク膜をエッチングにより除去する工程と、前記同一面方位を有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程とを有する窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 5 of the present patent application includes a step of producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having an arbitrary plane orientation on the surface, and a substrate for gallium nitride crystal growth. A step of forming a plurality of recesses capable of embedding the crystal lumps 4 made of gallium nitride, the crystal lumps 4 made of the gallium nitrides so that their upper surfaces are in the same plane orientation, and Embedding and fixing the gallium nitride crystal mass 4 in a plurality of recesses of the substrate such that the surface of the crystal gallium nitride crystal 4 is higher than the surface of the substrate; A step of covering the substrate embedded with the plurality of gallium nitride crystal masses 4 with a mask film, and then the top surface of the plurality of gallium nitride crystal masses 4 The step of removing the mask film by etching and the crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation as seeds are used to grow a gallium nitride crystal having an arbitrary plane orientation on the surface using a vapor phase growth method. A method for producing a gallium nitride crystal.

本特許出願に係わる請求項6に記載の発明は、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4の、前記基板表面より上に飛び出している側壁部分には、マスク膜を被覆しないことを特徴とする請求項5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 6 according to the present patent application is characterized in that a mask film is not coated on a side wall portion of the crystal lump 4 made of the plurality of gallium nitrides protruding above the substrate surface. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 5.

本特許出願に係わる請求項7に記載の発明は、前記マスク膜として、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を用いることを特徴とする請求項1及び5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 7 of the present patent application is the gallium nitride crystal production method according to claim 1 or 5, wherein a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as the mask film.

本特許出願に係わる請求項8に記載の発明は、任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、窒化ガリウム結晶成長のための基板に対し、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込み固定する工程と、さらに熱処理を行う工程と、その後前記同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程とを有する窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 8 of the present patent application is directed to a step of producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having an arbitrary plane orientation on the surface, and a substrate for gallium nitride crystal growth. A step of forming a plurality of recesses capable of embedding the crystal lumps 4 made of gallium nitride, and the crystal lumps 4 made of the plurality of gallium nitrides so that the upper surface thereof has the same plane orientation, Using a vapor phase growth method using a step of embedding and fixing in a plurality of recesses of the substrate, a step of performing a heat treatment, and a plurality of gallium nitride crystals 4 having the same plane orientation on the surface as seeds And a step of growing a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface thereof.

本特許出願に係わる請求項9に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、別途作製した窒化ガリウム結晶から、所望の面が現れるように研削研磨して切り出すことを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 9 of the present patent application is characterized in that the crystal lump 4 made of gallium nitride is cut out by grinding and polishing so that a desired surface appears from a separately prepared gallium nitride crystal. Item 9. The method for producing a gallium nitride crystal according to Item 1, 5 and 8.

本特許出願に係わる請求項10に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、基板上に、第1の窒化ガリウム結晶層を形成する工程と、前記第1の窒化ガリウム結晶層の上部に、基板面方向に延びる複数の凸部を形成する工程と、互いに隣接する前記凸部同士に挟まれてなる凹部の底面を覆うマスク膜を形成する工程と、前記第1の窒化ガリウム結晶層の上に、前記マスク膜から露出する前記各凸部の頂面を種結晶として第2の窒化ガリウム結晶層を形成する工程と、隣接する前記第2の窒化ガリウム結晶層同士が接触しない段階で結晶成長を中止する工程と、前記第2の窒化ガリウム結晶層のみを切り出す工程と、切り出した前記第2の窒化ガリウム結晶層を、さらに前記基板面に対してほぼ垂直方向に切ることにより分割して作製することを特徴とする請求項1、5、8及び9に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 10 relating to the present patent application is the step of forming a first gallium nitride crystal layer on the substrate, the crystal lump 4 made of gallium nitride, and a step of forming the first gallium nitride crystal layer. A step of forming a plurality of protrusions extending in the substrate surface direction, a step of forming a mask film covering a bottom surface of a recess sandwiched between the protrusions adjacent to each other, and the first gallium nitride crystal A step of forming a second gallium nitride crystal layer on the layer using the top surface of each convex portion exposed from the mask film as a seed crystal, and a step in which the adjacent second gallium nitride crystal layers do not contact each other And the step of cutting only the second gallium nitride crystal layer, and the second gallium nitride crystal layer that has been cut out is further cut in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. do it A claim 1, 5, 8 and 9 gallium nitride crystal creating method according to, characterized in that Seisuru.

本特許出願に係わる請求項11に記載の発明は、前記各凸部の頂面をC面(0001)とし、前記各凸部の断面をM面(1−100)とすることにより、前記第2の窒化ガリウム結晶層に現れる(11−22)面もしくは(11−20)面を利用して、M面(1−100)、(11−22)面もしくは(11−20)面を持つ複数の前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を作製することを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 11 of the present patent application is characterized in that the top surface of each convex portion is a C plane (0001) and the cross section of each convex portion is an M plane (1-100). A plurality of (1-100), (11-22) or (11-20) planes using the (11-22) plane or the (11-20) plane appearing in the two gallium nitride crystal layers The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 10, wherein the crystal lump 4 made of the gallium nitride is prepared.

本特許出願に係わる請求項12に記載の発明は、前記各凸部の頂面をC面(0001)とし、前記各凸部の断面をA面(11−20)とすることにより、前記第2の窒化ガリウム結晶層に現れる(1−101)面もしくは(1−100)面を利用して、A面(11−20)、(1−101)面もしくは(1−100)面を持つ複数の前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を作製することを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 12 of the present patent application is characterized in that the top surface of each convex portion is a C plane (0001), and the cross section of each convex portion is an A plane (11-20). A plurality of A planes (11-20), (1-101) planes, or (1-100) planes using the (1-101) plane or the (1-100) plane appearing in the gallium nitride crystal layer 2 The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 10, wherein the crystal lump 4 made of the gallium nitride is prepared.

本特許出願に係わる請求項13に記載の発明は、前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込むための主たるあるいは補助的な方法として、密閉可能な容器を準備し、凹部が形成されている基板を前記容器底部に固定し、前記容器の中を、アセトン、ソルファイン、メタノール等の有機溶媒で満たし、さらに前記容器の中に凹部の数よりも多い任意の結晶塊4を入れて密閉し、その後、一定時間、この容器を良く振動させることを特徴とする請求項1〜12に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 13 of the present patent application is for embedding the plurality of gallium nitride crystal masses 4 in the plurality of recesses of the substrate so that the upper surface thereof has the same plane orientation. As a main or auxiliary method, a sealable container is prepared, a substrate having a recess is fixed to the bottom of the container, and the container is filled with an organic solvent such as acetone, solfine, or methanol. The gallium nitride according to claim 1, further comprising an arbitrary crystal lump 4 larger than the number of recesses in the container and sealed, and then the container is vibrated well for a predetermined time. This is a crystal production method.

本特許出願に係わる請求項14に記載の発明は、前記振動の周波数は0.2〜1000Hzぐらいにて、また振動時間を5分から1時間程度行うことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 14 related to the present patent application is characterized in that the frequency of the vibration is about 0.2 to 1000 Hz and the vibration time is about 5 minutes to 1 hour. This is a gallium crystal production method.

本特許出願に係わる請求項15に記載の発明は、サファイア、シリコン、SiC、GaAsあるいはGaNを基板として用いることを特徴とする請求項1及び5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 15 relating to the present patent application is the gallium nitride crystal production method according to claims 1 and 5, wherein sapphire, silicon, SiC, GaAs or GaN is used as a substrate.

本特許出願に係わる請求項16に記載の発明は、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を基板として用いることを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 16 according to the present patent application is the gallium nitride crystal manufacturing method according to claim 8, wherein a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as a substrate.

本特許出願に係わる請求項17に記載の発明は、結晶成長手段として、有機金属気相成長法やHVPE法を用いることを特徴とする請求項1、5,8,10,11及び12に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 17 according to the present patent application uses metalorganic vapor phase epitaxy or HVPE as the crystal growth means, according to claims 1, 5, 8, 10, 11 and 12. This is a method for producing a gallium nitride crystal.

本特許出願に係わる請求項18に記載の発明は、結晶塊4のたて、横、及び高さ寸法がお互いに異なった結晶塊4を用いることを特徴とする請求項1〜17に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 18 according to the present patent application uses crystal lumps 4 having different horizontal and height dimensions from each other. This is a method for producing a gallium nitride crystal.

本特許出願に係わる請求項19に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、直方体、三角柱構造、四角柱構造、台形構造、三角錐構造や四角錐構造であることを特徴とする請求項1〜18に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 19 according to the present patent application is characterized in that the crystal mass 4 made of gallium nitride is a rectangular parallelepiped, a triangular prism structure, a quadrangular prism structure, a trapezoidal structure, a triangular pyramid structure, or a quadrangular pyramid structure. It is a gallium nitride crystal preparation method of Claims 1-18.

本特許出願に係わる請求項20に記載の発明は、前記結晶塊4において、その表側あるいは裏側が、その逆側よりも若干面積を小さくした相似形状にすることを特徴とする請求項1〜19に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention described in claim 20 according to the present patent application is characterized in that the front side or the back side of the crystal mass 4 has a similar shape with a slightly smaller area than the opposite side. The method for producing a gallium nitride crystal as described in 1. above.

本特許出願に係わる請求項21に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の特徴的な長さが、1〜300ミクロン程度であることを特徴とする請求項1〜20に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 21 according to the present patent application is characterized in that the characteristic length of the crystal lump 4 made of gallium nitride is about 1 to 300 microns. This is a method for producing a gallium nitride crystal.

本特許出願に係わる請求項22に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、前記基板上に、ほぼ等間隔に配置することを特徴とする請求項1〜21に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 22 according to the present patent application is characterized in that the crystal lumps 4 made of gallium nitride are arranged on the substrate at substantially equal intervals. This is a crystal production method.

本特許出願に係わる請求項23に記載の発明は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の、前記基板上への配置間隔は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の特徴的な長さの0.1倍から10倍程度であることを特徴とする請求項1〜22に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   According to a twenty-third aspect of the present invention, the disposition interval of the crystal lumps 4 made of gallium nitride on the substrate is set to 0. 0 which is a characteristic length of the crystal lumps 4 made of gallium nitride. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein the method is about 1 to 10 times.

本特許出願に係わる請求項24に記載の発明は、前記熱処理方法として、600℃〜900℃の窒素雰囲気で、10秒から7分、加熱することを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 24 related to the present patent application is characterized in that, as the heat treatment method, heating is performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. to 900 ° C. for 10 seconds to 7 minutes. The gallium nitride crystal preparation method described.

本特許出願に係わる請求項25に記載の発明は、前記熱処理方法として、マイクロ波で加熱することを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法である。   The invention according to claim 25 relating to the present patent application is the gallium nitride crystal production method according to claims 1, 5 and 8, wherein the heat treatment is performed by microwave heating.

本発明は上述した構成によって、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を作成することが可能となる。これにより、例えば、c面である(0001)あるいは(000−1)以外の面を表面に持つ窒化ガリウム結晶を作成することにより、無極性基板を作製し、これにより、発光デバイスにおける発光効率を上げることができる。また、電子の走行するチャネルのモビリティが大きくなる方向の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を作成することにより、優れた高速電子デバイスを実現することができる。   According to the present invention, a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface can be formed by the above-described configuration. Thereby, for example, a non-polar substrate is produced by producing a gallium nitride crystal having a surface other than (0001) or (000-1) which is the c-plane, thereby improving the luminous efficiency of the light emitting device. Can be raised. In addition, an excellent high-speed electronic device can be realized by forming a gallium nitride crystal having a crystal plane orientation in the direction in which mobility of a channel in which electrons travel increases.

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

図1は、本発明の実施例1における任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶の製作工程を模式的に示した図である。図1において、図10と同じ構成部については、同じ符号を用いる。   FIG. 1 is a diagram schematically showing a manufacturing process of a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface in Example 1 of the present invention. 1, the same reference numerals are used for the same components as those in FIG. 10.

図1(a)に示すように、サファイア基板1上に、下から順に、GaNバッファ層2を0.1ミクロン、この上にGaN結晶3を20ミクロン、有機金属気相成長結晶法(MOCVD法)を用いて結晶成長させた。用いた原料ガスは、Ga源としてトリメチルガリウム(TMG)を、また窒素源としてアンモニア(NH3)であった。これらの原料ガスを、窒素ガスあるいは水素ガスで希釈しながら有機金属気相成長結晶炉に供給し、ヒーター加熱した炉内で熱化学反応を生ぜしめ、結晶成長を行った。成長温度は、GaNバッファ層2を作製する際には550℃、GaN結晶3を作製する際には960℃であった。 As shown in FIG. 1 (a), on the sapphire substrate 1, in order from the bottom, the GaN buffer layer 2 is 0.1 microns, the GaN crystal 3 is 20 microns, and the metal organic chemical vapor deposition crystal method (MOCVD method). ) Was used for crystal growth. The raw material gas used was trimethylgallium (TMG) as a Ga source and ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source. These source gases were supplied to an organic metal vapor phase growth crystal furnace while being diluted with nitrogen gas or hydrogen gas, and a thermochemical reaction was caused in a heater-heated furnace to carry out crystal growth. The growth temperature was 550 ° C. when the GaN buffer layer 2 was produced, and 960 ° C. when the GaN crystal 3 was produced.

次に、図1(b)に示すように、作製したGaN結晶3から、(11−20)の表面が現われるような、一辺がおよそ5ミクロンの長さを持つ複数個の直方体の結晶塊4を、研削研磨加工を施して切り出した。図1(c)は、切り出した直方体の結晶塊4を示している。   Next, as shown in FIG. 1B, a plurality of rectangular parallelepiped crystal clusters 4 each having a length of about 5 microns so that the surface of (11-20) appears from the produced GaN crystal 3. Was cut out by grinding and polishing. FIG. 1C shows a cut-out rectangular crystal mass 4.

一方、図1(d)に示すように、窒化ガリウム結晶成長のための基板として、別途サファイア基板5を準備し、この上に、プラズマCVD法を用いて、マスク膜であるシリコン酸化膜6を0.3ミクロンの厚さで被覆した。シリコン酸化膜を被覆したサファイヤ基板5に対し、窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことができる、基板に達する深さ2ミクロン、一辺がおよそ5ミクロンの長さを持つ正方形状の複数個の凹部7を形成する。この凹部7の形成にあたっては、レジストマスクを用い、CF4またはCHF3ガスによりシリコン酸化膜6をドライエッチングし、さらにサファイア基板5をシリコン酸化膜6をマスクに用いることによりArガスによりドライエッチングした。 On the other hand, as shown in FIG. 1D, a sapphire substrate 5 is separately prepared as a substrate for gallium nitride crystal growth, and a silicon oxide film 6 as a mask film is formed thereon using a plasma CVD method. Coated with a thickness of 0.3 microns. A plurality of square-shaped recesses having a depth of 2 microns and a length of about 5 microns on one side can be embedded in a sapphire substrate 5 coated with a silicon oxide film, which is filled with a crystal mass 4 made of gallium nitride. 7 is formed. In forming this recess 7, a silicon oxide film 6 is dry-etched with CF 4 or CHF 3 gas using a resist mask, and the sapphire substrate 5 is dry-etched with Ar gas by using the silicon oxide film 6 as a mask. .

その後、図1(e)に示すように、シリコン酸化膜6を被覆したサファイヤ基板5の正方形状の複数個の凹部に、直方体の結晶塊4を、その上部表面が(11−20)の同一面方位となるようにして、サファイヤ基板5の複数個の凹部7に埋め込んだ。この際に、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面と、シリコン酸化膜6を被覆後の表面とが、ほぼ同一の高さとなるようにした。さらに、650℃の窒素雰囲気で、15分、熱処理を行い、直方体の結晶塊4とサファイヤ基板5との間の密着性を高めた。   Thereafter, as shown in FIG. 1 (e), a rectangular parallelepiped crystal lump 4 is formed in a plurality of square recesses of the sapphire substrate 5 coated with the silicon oxide film 6, and the upper surface thereof is the same (11-20). The sapphire substrate 5 was embedded in the plurality of recesses 7 so as to have a plane orientation. At this time, the surface of the embedded crystal lump 4 made of gallium nitride and the surface after coating with the silicon oxide film 6 were made to have substantially the same height. Furthermore, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 650 ° C. for 15 minutes to improve the adhesion between the rectangular parallelepiped crystal lump 4 and the sapphire substrate 5.

最後に、図1(f)に示すように、(11−20)の同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、(11−20)の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶8を選択横方向成長させた。   Finally, as shown in FIG. 1 (f), a vapor phase growth method is used with a crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation of (11-20) on the surface as a seed (11- A gallium nitride crystal 8 having a crystal plane orientation of 20) on its surface was selectively grown in the lateral direction.

本実施例1においては、(11−20)の同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、(11−20)の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を選択横方向成長させたが、他の任意の面、例えば、(1−100)、(11−22)、(1―101)等の面であっても、同様に結晶成長させることができる。   In the first embodiment, a gallium nitride crystal having a crystal plane orientation of (11-20) on the surface with a crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation of (11-20) on the surface. The crystal is grown in the selected lateral direction, but the crystal can be grown in the same manner even on any other surface, for example, (1-100), (11-22), (1-101), etc. .

窒化ガリウムからなる結晶塊4は、ほぼ直方体であったが、表面が所望の任意の同一面方位を有する平らな面でありさえすれば、例えば、三角柱構造、四角柱構造、円柱、断面視台形構造、三角錐構造や四角錐構造であっても、同様な効果が期待できる。この際には、サファイヤ基板5に形成する複数個の凹部7も、結晶塊4と一致した、それぞれ三角柱構造、四角柱構造、台形構造、三角錐構造や四角錐構造であることが望ましい。   The crystal lump 4 made of gallium nitride is almost a rectangular parallelepiped, but as long as the surface is a flat surface having any desired coplanar orientation, for example, a triangular prism structure, a quadrangular prism structure, a cylinder, a trapezoidal cross section Similar effects can be expected even with a structure, a triangular pyramid structure, or a quadrangular pyramid structure. In this case, it is desirable that the plurality of recesses 7 formed in the sapphire substrate 5 also have a triangular prism structure, a quadrangular prism structure, a trapezoidal structure, a triangular pyramid structure, and a quadrangular pyramid structure, which coincide with the crystal mass 4.

本実施例においては、一辺がおよそ5ミクロンの長さを持つ正方形状の窒化ガリウムからなる結晶塊4を用いたが、窒化ガリウムからなる結晶塊4の特徴的な長さは、1〜300ミクロン程度であっても、同様な効果が期待できる。   In the present embodiment, the crystal lump 4 made of square gallium nitride having a length of about 5 microns on one side is used, but the characteristic length of the crystal lump 4 made of gallium nitride is 1 to 300 microns. Even if it is about the same level, the same effect can be expected.

任意の面を有する直方体の結晶塊4の作製方法としては、図1(a)〜(c)において説明した方法以外に、例えば特許文献1に記載されているような窒化ガリウム結晶作成方法を用い、成長温度、成長圧力及びIII族とV族とのガス供給比を変えることにより、種々の面方位を持つ結晶を作り、これを用いる方法も有効であった。   In addition to the method described in FIGS. 1A to 1C, for example, a gallium nitride crystal manufacturing method as described in Patent Document 1 is used as a method for manufacturing a rectangular parallelepiped crystal mass 4 having an arbitrary surface. It was also effective to produce crystals having various plane orientations by changing the growth temperature, growth pressure, and gas supply ratio between the group III and group V, and using these crystals.

図2に、その具体的な作製方法を示す。図2(a)のような断面がM面(1−100)となり、紙面に垂直に奥行き方向に延びるストライプ構造を用い、成長温度950℃及び成長圧力220Torrの条件にて成長させると、側面が(11−22)となるような三角柱構造11が成長してくる。この三角柱構造11を、図2(b)のように切り出し、その後、図2(c)のようにM面(1−100)に平行となる面で分割することにより、M面(1−100)を有する三角柱構造の結晶塊412が形成された。なお、側面(11−22)を利用することもできた。この結晶塊4を用いることにより、M面(1−100)及び(11−22)を表面に持つ結晶を、選択横方向成長させることができた。   FIG. 2 shows a specific manufacturing method thereof. When the cross-section as shown in FIG. 2 (a) is an M plane (1-100), and a stripe structure extending in the depth direction perpendicular to the paper surface is used and grown under conditions of a growth temperature of 950 ° C. and a growth pressure of 220 Torr, the side surface becomes The triangular prism structure 11 which becomes (11-22) grows. The triangular prism structure 11 is cut out as shown in FIG. 2B, and then divided into planes parallel to the M plane (1-100) as shown in FIG. ) Having a triangular prism structure 412. The side surface (11-22) could also be used. By using this crystal lump 4, crystals having M-planes (1-100) and (11-22) on the surface could be grown in the selected lateral direction.

図3は、成長温度及びストライプ方向を変えることにより、特許文献1に基づいてどのような面方位を持つ結晶を作ることができたかを示している。(11−20)、(1−100)、(11−22)、(1―101)等の結晶面方位を表面に有する三角柱構造、四角柱構造、台形構造の結晶塊4を、これにより作製することができた。   FIG. 3 shows what plane orientation a crystal can be made based on Patent Document 1 by changing the growth temperature and the stripe direction. A crystal lump 4 having a triangular prism structure, a quadrangular prism structure, or a trapezoidal structure having crystal plane orientations such as (11-20), (1-100), (11-22), and (1-101) on the surface is produced thereby. We were able to.

図4は、任意の結晶塊13と、これを埋め込む凹部7との関係を示したものである。結晶塊13は、凹部7より、幾分小さい方が、埋め込みやすかった。典型的には、凹部7と結晶塊13との間には0.01ミクロン〜0.3ミクロンぐらいの隙間がある方が、容易に埋め込むことができた。   FIG. 4 shows the relationship between an arbitrary crystal mass 13 and the recess 7 in which this is embedded. The crystal lump 13 was easier to embed when it was somewhat smaller than the recess 7. Typically, when there was a gap of about 0.01 μm to 0.3 μm between the recess 7 and the crystal mass 13, it could be embedded easily.

図5は、任意の結晶塊13を、凹部7に効率良く埋め込むために用いた1つの方法を示したものである。すなわち、容器15の中に、凹部7が形成されている基板14を底部に固定し、この中を、アセトン、ソルファイン、メタノール等の有機溶媒で満たし、さらにこの中に凹部7の数よりも多い所望の面方位を有する結晶塊13を入れて密閉し、その後この容器を、周波数0.2〜1000Hzぐらいの周波数にて、5分から1時間程度良く振動させる。これにより、大部分の凹部7に結晶塊13が、ほぼ所望の方向に入った。   FIG. 5 shows one method used to efficiently embed an arbitrary crystal mass 13 in the recess 7. That is, the substrate 14 in which the recesses 7 are formed in the container 15 is fixed to the bottom, and this is filled with an organic solvent such as acetone, solfine, methanol, etc., and the number of the recesses 7 is more than this. A crystal lump 13 having many desired plane orientations is placed and sealed, and then the container is vibrated well for about 5 minutes to 1 hour at a frequency of about 0.2 to 1000 Hz. As a result, the crystal mass 13 entered almost the desired direction in most of the recesses 7.

凹部7に入る結晶塊13の方向が所望の方向となるようにするためには、結晶塊13のたて、横、及び高さがお互いに1.5倍程度以上異なる方が好ましかった。さらに、結晶塊13の表裏までを制御して凹部7に埋め込むために、結晶塊13において、その表側あるいは裏側が、その逆側よりも若干面積を小さくした相似形状にすることが有効であった。   In order to make the direction of the crystal mass 13 entering the concave portion 7 a desired direction, it is preferable that the height and width of the crystal mass 13 are different from each other by about 1.5 times or more. . Further, in order to control the front and back of the crystal mass 13 to be embedded in the recess 7, it is effective to make the front or back side of the crystal mass 13 have a similar shape with a slightly smaller area than the opposite side. .

本実施例1においては、基板5として、サファイアを用いたが、シリコン、SiCあるいはGaAsを基板として用いても、同様な効果が期待できる。さらに、基板上の結晶成長手段として、MOCVDを用いたが、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法やMBE法(Molecular Beam Epitaxy法)等の成長手段を用いても構わない。さらに、GaN基板そのものを用いることも有効である。また、マスク膜として、シリコン酸化膜6を用いたが、シリコン窒化膜を用いることも有効である。窒化ガリウムからなる結晶塊4は、基板5上に、ほぼ等間隔に配置すると、より効果的である。また、窒化ガリウムからなる結晶塊4の、基板5上への配置間隔については、図1(e)に示すように、隣接する2つの結晶塊4との間の距離cを結晶塊4の横方向の長さaにより除して得られた値が0.1以上10以下であることが有効である。熱処理方法として、600℃〜900℃の窒素雰囲気で、10秒から30分、加熱する場合であっても、同様な効果が期待できる。また、熱処理方法として、マイクロ波で加熱することも有効である。   In the first embodiment, sapphire is used as the substrate 5, but the same effect can be expected when silicon, SiC or GaAs is used as the substrate. Further, although MOCVD is used as a crystal growth means on the substrate, a growth means such as HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method or MBE method (Molecular Beam Epitaxy method) may be used. It is also effective to use the GaN substrate itself. Further, although the silicon oxide film 6 is used as the mask film, it is also effective to use a silicon nitride film. It is more effective if the crystal lumps 4 made of gallium nitride are arranged on the substrate 5 at almost equal intervals. In addition, as for the disposition interval of the crystal lumps 4 made of gallium nitride on the substrate 5, as shown in FIG. 1 (e), the distance c between two adjacent crystal lumps 4 is set to the side of the crystal lumps 4. It is effective that the value obtained by dividing by the direction length a is 0.1 or more and 10 or less. The same effect can be expected even when heating is performed for 10 seconds to 30 minutes in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. to 900 ° C. as a heat treatment method. In addition, heating with microwaves is also effective as a heat treatment method.

さらに、本実施例1においては、図1(d)〜(f)で説明したように、基板5の上にマスク膜6を被覆したが、これは図1(f)で示される選択横方向成長する際に、窒化ガリウム結晶8とマスク膜6との間に働く界面ストレスが、窒化ガリウム結晶8と基板5との間に働く界面ストレスよりも小さいため、マスク膜6を被覆することにより、転位発生や結晶の傾き等の結晶性劣化が抑制されるためである。   Further, in the first embodiment, as described with reference to FIGS. 1D to 1F, the mask film 6 is coated on the substrate 5, which is the selected lateral direction shown in FIG. When growing, since the interface stress acting between the gallium nitride crystal 8 and the mask film 6 is smaller than the interface stress acting between the gallium nitride crystal 8 and the substrate 5, by covering the mask film 6, This is because crystallinity deterioration such as dislocation generation and crystal tilt is suppressed.

図6は、本実施例1において、マスク膜6を被覆せずに行った場合の2つの例である。図6(a)は、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面が、基板5の表面より高くなるようにした場合である。また、図6(b)は、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面と、基板5の表面とが、ほぼ同一の高さとなるようにした場合である。両者とも、同様に、比較的良好な結晶が得られたが、接合面16近傍において、転位発生や結晶の傾き等の結晶性劣化が観測された。   FIG. 6 shows two examples in the case where the first embodiment is performed without covering the mask film 6. FIG. 6A shows a case where the surface of the crystal mass 4 made of embedded gallium nitride is made higher than the surface of the substrate 5. FIG. 6B shows a case where the surface of the embedded crystal lumps 4 made of gallium nitride and the surface of the substrate 5 have substantially the same height. In both cases, a relatively good crystal was obtained in the same manner, but crystallinity deterioration such as dislocation generation and crystal tilt was observed in the vicinity of the joint surface 16.

(実施例2)
図7は、本発明の実施例2における任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶の製作工程を模式的に示した図である。図7において、図1と同じ構成部については、同じ符号を用いて説明する。
(Example 2)
FIG. 7 is a diagram schematically showing a manufacturing process of a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface in Example 2 of the present invention. In FIG. 7, the same components as those in FIG. 1 will be described using the same reference numerals.

図7(a)に示すように、サファイア基板1上に、下から順に、GaNバッファ層2を0.1ミクロン、この上にGaN結晶3を400ミクロン、HVPE(Hydride Vapor Phase Epitaxy)法を用いて結晶成長させた。用いた原料ガスは、GaとHClの反応で得られるGaClと窒素源であるアンモニア(NH3)であった。基板を反応管にセットし、これらの原料ガスを、水素ガスで希釈しながら供給し、ヒーター加熱した炉内で熱化学反応を生ぜしめ、結晶成長を行った。成長温度は、GaNバッファ層2を作製する際には500℃、GaN結晶3を作製する際には1000℃であった。 As shown in FIG. 7A, on the sapphire substrate 1, in order from the bottom, the GaN buffer layer 2 is 0.1 microns, the GaN crystal 3 is 400 microns, and the HVPE (Hydride Vapor Phase Epitaxy) method is used. Crystal growth. The source gas used was GaCl obtained by the reaction of Ga and HCl and ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source. The substrate was set in a reaction tube, and these raw material gases were supplied while being diluted with hydrogen gas, and a thermochemical reaction was caused in a heater-heated furnace to perform crystal growth. The growth temperature was 500 ° C. when the GaN buffer layer 2 was produced, and 1000 ° C. when the GaN crystal 3 was produced.

次に、図7(b)に示すように、作製したGaN結晶3から、(11−22)の表面が現われるような、一辺がおよそ30ミクロン×50ミクロンの長さを持つ複数個の直方体の結晶塊4を、研削研磨加工を施してして切り出す。図7(c)は、切り出した直方体の結晶塊4を示している。   Next, as shown in FIG. 7B, a plurality of rectangular parallelepipeds each having a length of about 30 μm × 50 μm so that the surface of (11-22) appears from the produced GaN crystal 3. The crystal lump 4 is cut by grinding and polishing. FIG. 7C shows the cut-out rectangular crystal mass 4.

一方、図7(d)に示すように、窒化ガリウム結晶成長のための基板として、別途サファイア基板5を準備し、サファイヤ基板5に対し、窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる深さ5ミクロン、一辺がおよそ30ミクロン×50ミクロンの長さを持つ長方形状の複数個の凹部7を形成する。この凹部7の形成にあたっては、レジストマスクを用いArガスによりサファイア基板5をドライエッチングした。   On the other hand, as shown in FIG. 7D, a sapphire substrate 5 is separately prepared as a substrate for gallium nitride crystal growth, and the sapphire substrate 5 can be embedded with a crystal mass 4 made of gallium nitride. A plurality of rectangular recesses 7 having a length of 5 microns and a side of approximately 30 microns x 50 microns is formed. In forming the recess 7, the sapphire substrate 5 was dry-etched with Ar gas using a resist mask.

その後、図7(e)に示すように、サファイヤ基板5の長方形状の複数個の凹部7に、直方体の結晶塊4を、その上部表面が(11−22)の同一面方位となるようにして、基板5の複数個の凹部7に埋め込んだ。この際に、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面は、基板5の表面よりも、ほぼ1ミクロン程高くなるようにした。さらに、700℃の窒素雰囲気で、15分、熱処理を行い、直方体の結晶塊4とサファイヤ基板5との間の密着性を高めた。次に、プラズマCVD法を用いて、マスク膜であるシリコン窒化膜9を0.2ミクロンの厚さで被覆する。フォトリソグラフィとドライエッチングを組み合わせて用いることにより、直方体の結晶塊4の頂部シリコン窒化膜9を除去し、上部表面(11−22)が現れるようにする。   Thereafter, as shown in FIG. 7 (e), a rectangular parallelepiped crystal mass 4 is placed in a plurality of rectangular recesses 7 of the sapphire substrate 5 so that the upper surface thereof has the same plane orientation of (11-22). Then, the substrate 5 was embedded in the plurality of recesses 7. At this time, the surface of the embedded crystal lumps 4 made of gallium nitride was made approximately 1 micron higher than the surface of the substrate 5. Furthermore, heat treatment was performed in a nitrogen atmosphere at 700 ° C. for 15 minutes to improve the adhesion between the cuboid crystal lump 4 and the sapphire substrate 5. Next, the silicon nitride film 9 which is a mask film is coated with a thickness of 0.2 microns by plasma CVD. By using a combination of photolithography and dry etching, the top silicon nitride film 9 of the rectangular parallelepiped crystal mass 4 is removed so that the upper surface (11-22) appears.

最後に、図7(f)に示すように、(11−22)の同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、(11−22)の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶8を選択横方向成長させた。   Finally, as shown in FIG. 7 (f), a vapor phase growth method is used with a crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation of (11-22) on the surface as a seed (11- The gallium nitride crystal 8 having the crystal plane orientation of 22) on the surface was selectively grown in the lateral direction.

本実施例2においては、図7(e)及び(f)で示されるように、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面より飛び出した部分の側壁にもマスク膜9が被覆されているが、結晶塊4の側壁にマスク膜9が被覆されていない場合であっても同等に近いレベルの効果が期待できる。図8は、本発明の実施例2において、側壁にマスク膜9が被覆されていない場合の例である。結晶塊4の側壁にもマスク膜9が被覆されている図7(f)で示される場合には、空隙部17が形成され、窒化ガリウム結晶8とマスク膜6との間に働く界面ストレスが少なくなるため、結晶性が特に良かったが、側壁にマスク膜が被覆されていない図8で示される場合には、接合面16近傍において、転位発生や結晶の傾き等の結晶性劣化が若干観測された。   In the second embodiment, as shown in FIGS. 7E and 7F, the mask film 9 is also coated on the side wall of the portion protruding from the surface of the crystal lump 4 made of embedded gallium nitride. However, even if the mask film 9 is not coated on the side wall of the crystal lump 4, an effect of a level close to the same can be expected. FIG. 8 shows an example where the side wall is not covered with the mask film 9 in the second embodiment of the present invention. In the case shown in FIG. 7F in which the side wall of the crystal lump 4 is also covered with the mask film 9, the void portion 17 is formed, and the interface stress acting between the gallium nitride crystal 8 and the mask film 6 is generated. Although the crystallinity was particularly good because of the decrease, in the case shown in FIG. 8 where the side wall is not covered with the mask film, slight crystallinity degradation such as dislocation generation and crystal tilt is observed in the vicinity of the joint surface 16. It was done.

(実施例3)
図9は、本発明の実施例3における任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶の製作工程を模式的に示した図である。図9において、図1と同じ構成部については、同じ符号を用いて説明する。
(Example 3)
FIG. 9 is a diagram schematically showing a manufacturing process of a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface in Example 3 of the present invention. 9, the same components as those in FIG. 1 will be described using the same reference numerals.

図9(a)に示すように、サファイア基板1上に、下から順に、GaNバッファ層2を0.1ミクロン、この上にGaN結晶3を20ミクロン、有機金属気相成長結晶法(MOCVD法)を用いて結晶成長させた。用いた原料ガスは、Ga源としてトリメチルガリウム(TMG)を、また窒素源としてアンモニア(NH3)である。これらの原料ガスを、窒素ガスあるいは水素ガスで希釈しながら有機金属気相成長結晶炉に供給し、ヒーター加熱した炉内で熱化学反応を生ぜしめ、結晶成長を行った。成長温度は、GaNバッファ層2を作製する際には550℃、GaN結晶3を作製する際には960℃であった。 As shown in FIG. 9 (a), on the sapphire substrate 1, in order from the bottom, the GaN buffer layer 2 is 0.1 microns, the GaN crystal 3 is 20 microns, and the metal organic chemical vapor deposition crystal method (MOCVD method). ) Was used for crystal growth. The source gas used is trimethylgallium (TMG) as a Ga source and ammonia (NH 3 ) as a nitrogen source. These source gases were supplied to an organic metal vapor phase growth crystal furnace while being diluted with nitrogen gas or hydrogen gas, and a thermochemical reaction was caused in a heater-heated furnace to carry out crystal growth. The growth temperature was 550 ° C. when the GaN buffer layer 2 was produced, and 960 ° C. when the GaN crystal 3 was produced.

次に、図9(b)に示すように、作製したGaN結晶3から、(1−100)の表面が現われるような、一辺がおよそ5ミクロンの長さを持つ複数個の直方体の結晶塊4を、研削研磨加工を施してして切り出す。図9(c)は、切り出した直方体の結晶塊4を示している。   Next, as shown in FIG. 9B, a plurality of rectangular parallelepiped crystal clusters 4 each having a length of about 5 microns so that the surface of (1-100) appears from the produced GaN crystal 3. Is cut by grinding and polishing. FIG. 9C shows the cut-out rectangular crystal mass 4.

一方、図9(d)に示すように、窒化ガリウム結晶成長のための基板として、別途シリコン酸化膜基板10を準備し、SiO2基板10に対し、窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる深さ3ミクロン、一辺がおよそ5ミクロンの長さを持つ正方形状の複数個の凹部7を形成する。この凹部7の形成にあたっては、レジストマスクを用い、CF4またはCHF3ガスによりシリコン酸化膜基板10をドライエッチングした。 On the other hand, as shown in FIG. 9D, a silicon oxide film substrate 10 is separately prepared as a substrate for gallium nitride crystal growth, and the crystal mass 4 made of gallium nitride is embedded in the SiO 2 substrate 10. A plurality of square-shaped recesses 7 having a depth of 3 microns and a length of about 5 microns on each side are formed. In forming the recesses 7, the silicon oxide film substrate 10 was dry-etched with CF 4 or CHF 3 gas using a resist mask.

その後、図9(e)に示すように、SiO2基板10の正方形状の複数個の凹部7に、直方体の結晶塊4を、その上部表面が(1−100)の同一面方位となるようにして、基板の複数個の凹部7に埋め込んだ。この際に、埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面と、SiO2基板10の表面とが、ほぼ同一の高さとなるようにした。 Thereafter, as shown in FIG. 9 (e), a rectangular parallelepiped crystal mass 4 is placed in a plurality of square recesses 7 of the SiO 2 substrate 10 so that the upper surface thereof has the same plane orientation of (1-100). Then, it was embedded in the plurality of recesses 7 of the substrate. At this time, the surface of the crystal lump 4 made of embedded gallium nitride and the surface of the SiO 2 substrate 10 were made to have almost the same height.

最後に、図9(f)に示すように、(1−100)の同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、(1−100)の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶8を選択横方向成長させた。   Finally, as shown in FIG. 9F, a vapor phase growth method is used by using as a seed a crystal lump 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation of (1-100) on the surface. A gallium nitride crystal 8 having a crystal plane orientation of 100) on the surface was selectively grown in the lateral direction.

本実施例3においては、基板として、シリコン酸化膜を用いたが、シリコン窒化膜を基板として用いても、同様な効果が期待できる。さらに、GaNよりも熱膨張率の大きなAl等の金属基板を用いることも有効であった。これは、基板として、シリコン酸化膜やシリコン窒化膜を用いた場合には、窒化ガリウム結晶8と基板との界面ストレスは小さくなるものの、結晶塊4と凹部7との間の付着が十分に満足されず、場合によっては結晶塊4が凹部7からはずれやすくなるため、まず結晶塊4と基板をある程度高温にしてから結晶塊4を凹部7に埋め込み、その後冷却すると、凹部7の寸法収縮量が結晶塊4のそれより大きいため、結晶塊4と凹部7との間の付着固定が改善されるためである。   In the third embodiment, a silicon oxide film is used as the substrate, but the same effect can be expected even when a silicon nitride film is used as the substrate. Furthermore, it is also effective to use a metal substrate such as Al having a higher thermal expansion coefficient than GaN. This is because, when a silicon oxide film or silicon nitride film is used as the substrate, the interface stress between the gallium nitride crystal 8 and the substrate is reduced, but the adhesion between the crystal mass 4 and the recess 7 is sufficiently satisfied. In some cases, the crystal lump 4 is likely to be detached from the recess 7. Therefore, when the crystal lump 4 and the substrate are first heated to some extent, the crystal lump 4 is embedded in the recess 7 and then cooled, the dimensional shrinkage of the recess 7 is reduced. This is because the adhesion and fixation between the crystal mass 4 and the recess 7 is improved because it is larger than that of the crystal mass 4.

さらに、本実施例1〜3においては、窒化ガリウムからなる結晶塊4を、基板上の窒化ガリウム結晶成長により作製し、これを切り出して作製したが、バルク窒化ガリウム結晶から切り出して作製しても同様の効果が期待でき、その場合には、小型のバルク窒化ガリウム結晶を大型化する手段となり得る。   Further, in Examples 1 to 3, the crystal lump 4 made of gallium nitride was prepared by gallium nitride crystal growth on the substrate and cut out. However, it may be cut out from the bulk gallium nitride crystal. A similar effect can be expected, and in that case, it can be a means for increasing the size of a small bulk gallium nitride crystal.

本発明は、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を作成することができ、その産業上の利用可能性は非常に広くかつ大きい。   The present invention can produce a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on its surface, and its industrial applicability is very wide and large.

このようにして得られた窒化ガリウム結晶8の表面にn型半導体、活性層、およびp型半導体を成長させて窒化ガリウム半導体レーザ素子や半導体発光素子を形成し得る。また、結晶塊4にレーザなどを照射したり、基板5や酸化シリコン膜6を研磨することにより、得られた窒化ガリウム結晶8と基板5とを分離して、窒化ガリウム結晶8からなる窒化ガリウム基板を得てもよい。もちろん、このようにして基板5から分離された窒化ガリウム結晶8からなる窒化ガリウム基板の表面に、n型半導体、活性層、およびp型半導体を成長させて窒化ガリウム半導体レーザ素子や半導体発光素子を形成し得る。得られた窒化ガリウム半導体レーザ素子は、光ディスク等の書き込みおよび読み出し用の光源として用いられ得る。   An n-type semiconductor, an active layer, and a p-type semiconductor can be grown on the surface of the gallium nitride crystal 8 thus obtained to form a gallium nitride semiconductor laser device or a semiconductor light emitting device. Further, the gallium nitride crystal 8 is separated from the substrate 5 by irradiating the crystal lump 4 with a laser or the like, or polishing the substrate 5 or the silicon oxide film 6. A substrate may be obtained. Of course, an n-type semiconductor, an active layer, and a p-type semiconductor are grown on the surface of the gallium nitride substrate composed of the gallium nitride crystal 8 separated from the substrate 5 in this manner, thereby producing a gallium nitride semiconductor laser device or a semiconductor light emitting device. Can be formed. The obtained gallium nitride semiconductor laser device can be used as a light source for writing and reading such as an optical disk.

本発明の実施例1における、窒化ガリウム結晶作成方法の製作工程を示した断面図Sectional drawing which showed the manufacturing process of the gallium nitride crystal preparation method in Example 1 of this invention 本発明の実施例1に関連して説明されている、結晶塊4の作製工程を示した模式図The schematic diagram which showed the preparation process of the crystal lump 4 demonstrated in relation to Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に関連して説明されている、成長温度及びストライプ方向に依存した結晶塊4に現れる面方位を示した模式図The schematic diagram which showed the surface orientation which appears in the crystal lump 4 depending on the growth temperature and stripe direction demonstrated in relation to Example 1 of this invention 本発明の実施例1に関連して説明されている、任意の結晶塊4と、これを埋め込む凹部との関係を示した模式図The schematic diagram which showed the relationship between the arbitrary crystal lump 4 demonstrated in relation to Example 1 of this invention, and the recessed part which embeds this 本発明の実施例1に関連して説明されている、任意の結晶塊4を、凹部に効率良く埋め込むための、1つの方法を示した模式図Schematic diagram illustrating one method for efficiently embedding an arbitrary crystal mass 4 in a recess, which is described in connection with Example 1 of the present invention. 本発明の実施例1に関連した別の方法を示した模式図The schematic diagram which showed another method relevant to Example 1 of this invention 本発明の実施例2における、窒化ガリウム結晶作成方法の製作工程を示した断面図Sectional drawing which showed the manufacturing process of the gallium nitride crystal preparation method in Example 2 of this invention 本発明の実施例2に関連した別の方法を示した模式図The schematic diagram which showed another method relevant to Example 2 of this invention 本発明の実施例3における、窒化ガリウム結晶作成方法の製作工程を示した断面図Sectional drawing which showed the manufacturing process of the gallium nitride crystal preparation method in Example 3 of this invention 従来の窒化ガリウム結晶作成方法を示した断面図Sectional view showing conventional gallium nitride crystal production method

符号の説明Explanation of symbols

1 サファイア基板
2 GaNバッファ層
3GaN結晶
4 直方体の結晶塊
5 サファイア基板
6 シリコン酸化膜
7 凹部
8 窒化ガリウム結晶
9 シリコン窒化膜
10 シリコン酸化膜基板
11 三角柱構造
12 三角柱構造の結晶塊
13 任意の結晶塊
14 基板
15 容器
16 接合面
17 空隙部

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sapphire substrate 2 GaN buffer layer 3 GaN crystal 4 Cuboid crystal lump 5 Sapphire substrate 6 Silicon oxide film 7 Recess 8 Gallium nitride crystal 9 Silicon nitride film 10 Silicon oxide film substrate 11 Triangular prism structure 12 Triangular prism structure lump 13 Arbitrary crystal lump 14 Substrate 15 Container 16 Bonding surface 17 Void

Claims (25)

任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、
前記マスク膜を被覆した基板に対し、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、
前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込み固定する工程と、
さらに熱処理を行う工程と、
その後、前記同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程と
を有する窒化ガリウム結晶作成方法。
Producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having arbitrary plane orientations on the surface;
Forming a plurality of recesses capable of embedding the crystal mass 4 made of gallium nitride in the substrate coated with the mask film;
Embedding and fixing the plurality of gallium nitride crystal masses 4 in the plurality of recesses of the substrate such that the upper surface thereof has the same plane orientation;
A further heat treatment step,
And a step of growing a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface by using a vapor phase growth method using the crystal mass 4 made of a plurality of gallium nitrides having the same plane orientation on the surface as a seed. Method for making gallium nitride crystal.
前記埋め込まれた窒化ガリウムからなる結晶塊4表面と、前記マスク膜を被覆後の基板表面とが、ほぼ同一の高さとなるようにすることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 2. The gallium nitride crystal production according to claim 1, wherein the surface of the embedded crystal gallium nitride 4 and the surface of the substrate coated with the mask film have substantially the same height. Method. 前記複数個の凹部は、基板にまで到達する深さであることを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 2. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein the plurality of recesses have a depth reaching the substrate. 前記窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、複数個の凹部を形成する工程との間に、さらに窒化ガリウム結晶成長のための基板にマスク膜を被覆する工程を有することを特徴とする請求項1に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 Between the step of forming a plurality of gallium nitride (GaN) crystal masses 4 and the step of forming a plurality of recesses, the method further includes a step of covering a substrate for growing a gallium nitride crystal with a mask film. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1. 任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、
窒化ガリウム結晶成長のための基板に、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、
前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにし、かつ前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の表面が前記基板の表面より高くなるようにして、前記基板の複数個の凹部に前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込み固定する工程と、
さらに熱処理を行う工程と、
前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込んだ前記基板にマスク膜を被覆する工程と、
その後前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4の頂部表面のマスク膜をエッチングにより除去する工程と、
前記同一面方位を有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程と
を有する窒化ガリウム結晶作成方法。
Producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having arbitrary plane orientations on the surface;
Forming a plurality of recesses capable of embedding the crystal mass 4 made of gallium nitride in a substrate for gallium nitride crystal growth;
The plurality of gallium nitride crystal masses 4 are arranged so that the upper surface thereof has the same plane orientation, and the surface of the gallium nitride crystal mass 4 is higher than the surface of the substrate. A step of embedding and fixing the crystal mass 4 made of gallium nitride in the plurality of recesses;
A further heat treatment step,
A step of coating a mask film on the substrate embedded with the crystal lumps 4 made of the plurality of gallium nitrides;
A step of removing the mask film on the top surface of the plurality of gallium nitride crystal masses 4 by etching;
A method of growing a gallium nitride crystal having a surface having an arbitrary plane orientation by using a vapor phase growth method, using the plurality of gallium nitride crystals 4 having the same plane orientation as a seed. .
前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4の、前記基板表面より上に飛び出している側壁部分には、マスク膜を被覆しないことを特徴とする請求項5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 6. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 5, wherein a mask film is not coated on a side wall portion protruding above the substrate surface of the plurality of crystal lumps 4 made of gallium nitride. 前記マスク膜として、シリコン酸化膜あるいはシリコン窒化膜を用いることを特徴とする請求項1及び5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 6. The gallium nitride crystal manufacturing method according to claim 1, wherein a silicon oxide film or a silicon nitride film is used as the mask film. 任意の面方位を表面に有する微細な窒化ガリウム(GaN)結晶塊4を複数個作製する工程と、
窒化ガリウム結晶成長のための基板に対し、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を埋め込むことのできる複数個の凹部を形成する工程と、
前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込み固定する工程と、
さらに熱処理を行う工程と、
その後前記同一面方位を表面に有する複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を種として、気相成長法を用い、任意の結晶面方位を表面に有する窒化ガリウム結晶を成長させる工程と
を有する窒化ガリウム結晶作成方法。
Producing a plurality of fine gallium nitride (GaN) crystal masses 4 having arbitrary plane orientations on the surface;
Forming a plurality of recesses capable of embedding the gallium nitride crystal mass 4 in a substrate for gallium nitride crystal growth;
Embedding and fixing the plurality of gallium nitride crystal masses 4 in the plurality of recesses of the substrate such that the upper surface thereof has the same plane orientation;
A further heat treatment step,
And a step of growing a gallium nitride crystal having an arbitrary crystal plane orientation on the surface by using a vapor phase growth method using the plurality of gallium nitride crystals 4 having the same plane orientation on the surface as a seed. Gallium crystal production method.
前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、別途作製した窒化ガリウム結晶から、所望の面が現れるように研削研磨して切り出すことを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 9. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein the crystal lump 4 made of gallium nitride is cut out by grinding and polishing so that a desired surface appears from a separately produced gallium nitride crystal. . 前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、基板上に、第1の窒化ガリウム結晶層を形成する工程と、
前記第1の窒化ガリウム結晶層の上部に、基板面方向に延びる複数の凸部を形成する工程と、
互いに隣接する前記凸部同士に挟まれてなる凹部の底面を覆うマスク膜を形成する工程と、
前記第1の窒化ガリウム結晶層の上に、前記マスク膜から露出する前記各凸部の頂面を種結晶として第2の窒化ガリウム結晶層を形成する工程と、
隣接する前記第2の窒化ガリウム結晶層同士が接触しない段階で結晶成長を中止する工程と、
前記第2の窒化ガリウム結晶層のみを切り出す工程と、
切り出した前記第2の窒化ガリウム結晶層を、さらに前記基板面に対してほぼ垂直方向に切ることにより分割して作製することを特徴とする請求項1、5、8及び9に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。
Forming a first gallium nitride crystal layer on a substrate;
Forming a plurality of protrusions extending in the substrate surface direction on the first gallium nitride crystal layer;
Forming a mask film covering a bottom surface of a concave portion sandwiched between the convex portions adjacent to each other;
Forming a second gallium nitride crystal layer on the first gallium nitride crystal layer by using a top surface of each convex portion exposed from the mask film as a seed crystal;
Stopping the crystal growth at a stage where the adjacent second gallium nitride crystal layers are not in contact with each other;
Cutting out only the second gallium nitride crystal layer;
10. The gallium nitride according to claim 1, 5, 8, or 9, wherein the cut second gallium nitride crystal layer is further divided by cutting in a direction substantially perpendicular to the substrate surface. 11. Crystal production method.
前記各凸部の頂面をC面(0001)とし、前記各凸部の断面をM面(1−100)とすることにより、前記第2の窒化ガリウム結晶層に現れる(11−22)面もしくは(11−20)面を利用して、M面(1−100)、(11−22)面もしくは(11−20)面を持つ複数の前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を作製することを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The top surface of each convex portion is a C plane (0001), and the cross section of each convex portion is an M plane (1-100), so that the (11-22) plane appears in the second gallium nitride crystal layer. Alternatively, by using the (11-20) plane, a plurality of crystal lumps 4 made of the gallium nitride having the M plane (1-100), (11-22) plane, or (11-20) plane are prepared. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 10. 前記各凸部の頂面をC面(0001)とし、前記各凸部の断面をA面(11−20)とすることにより、前記第2の窒化ガリウム結晶層に現れる(1−101)面もしくは(1−100)面を利用して、A面(11−20)、(1−101)面もしくは(1−100)面を持つ複数の前記窒化ガリウムからなる結晶塊4を作製することを特徴とする請求項10に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The top surface of each convex portion is a C plane (0001), and the cross section of each convex portion is an A plane (11-20), so that the (1-101) plane appears in the second gallium nitride crystal layer. Alternatively, using the (1-100) plane, a plurality of crystal lumps 4 made of the gallium nitride having an A plane (11-20), (1-101) plane, or (1-100) plane are prepared. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 10. 前記複数個の窒化ガリウムからなる結晶塊4を、その上部表面が同一面方位となるようにして、前記基板の複数個の凹部に埋め込むための主たるあるいは補助的な方法として、密閉可能な容器を準備し、凹部が形成されている基板を前記容器底部に固定し、前記容器の中を、アセトン、ソルファイン、メタノール等の有機溶媒で満たし、さらに前記容器の中に凹部の数よりも多い任意の結晶塊4を入れて密閉し、その後、一定時間、この容器を良く振動させることを特徴とする請求項1〜12に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 As a main or auxiliary method for embedding the crystal mass 4 made of the plurality of gallium nitrides in the plurality of recesses of the substrate so that the upper surface thereof has the same plane orientation, a sealable container is used. Prepare, fix the substrate on which the recesses are formed to the bottom of the container, fill the container with an organic solvent such as acetone, solfine, methanol, etc., and more than the number of recesses in the container 13. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein the crystal lump 4 is sealed and the container is vibrated well for a certain period of time. 前記振動の周波数は0.2〜1000Hzぐらいにて、また振動時間を5分から1時間程度行うことを特徴とする請求項13に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 14. The gallium nitride crystal production method according to claim 13, wherein the vibration frequency is about 0.2 to 1000 Hz and the vibration time is about 5 minutes to 1 hour. サファイア、シリコン、SiC、GaAsあるいはGaNを基板として用いることを特徴とする請求項1及び5に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 6. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein sapphire, silicon, SiC, GaAs or GaN is used as a substrate. シリコン酸化膜、シリコン窒化膜あるいはAl等の金属を基板として用いることを特徴とする請求項8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 9. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 8, wherein a metal such as a silicon oxide film, a silicon nitride film, or Al is used as a substrate. 結晶成長手段として、有機金属気相成長法やHVPE法を用いることを特徴とする請求項1、5、8、10、11及び12に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 13. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein a metal organic vapor phase epitaxy method or an HVPE method is used as the crystal growth means. 結晶塊4のたて、横、及び高さ寸法がお互いに異なった結晶塊4を用いることを特徴とする請求項1〜17に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The method for producing a gallium nitride crystal according to any one of claims 1 to 17, wherein the crystal lumps 4 having different horizontal and height dimensions are used. 前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、直方体、三角柱構造、四角柱構造、台形構造、三角錐構造や四角錐構造であることを特徴とする請求項1〜18に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein the crystal lump 4 made of gallium nitride is a rectangular parallelepiped, a triangular prism structure, a quadrangular prism structure, a trapezoidal structure, a triangular pyramid structure, or a quadrangular pyramid structure. 前記結晶塊4において、その表側あるいは裏側が、その逆側よりも若干面積を小さくした相似形状にすることを特徴とする請求項1〜19に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein in the crystal lump 4, the front side or the back side has a similar shape with a slightly smaller area than the opposite side. 前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の特徴的な長さが、1〜300ミクロン程度であることを特徴とする請求項1〜20に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 21. The gallium nitride crystal production method according to claim 1, wherein a characteristic length of the crystal lump 4 made of gallium nitride is about 1 to 300 microns. 前記窒化ガリウムからなる結晶塊4は、前記基板上に、ほぼ等間隔に配置することを特徴とする請求項1〜21に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The gallium nitride crystal production method according to claim 1, wherein the crystal lumps 4 made of gallium nitride are arranged on the substrate at substantially equal intervals. 前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の、前記基板上への配置間隔は、前記窒化ガリウムからなる結晶塊4の特徴的な長さの0.1倍から10倍程度であることを特徴とする請求項1〜22に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 The arrangement interval of the crystal lumps 4 made of gallium nitride on the substrate is about 0.1 to 10 times the characteristic length of the crystal lumps 4 made of gallium nitride. Item 23. The method for producing a gallium nitride crystal according to items 1 to 22. 前記熱処理方法として、600℃〜900℃の窒素雰囲気で、10秒から30分、加熱することを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。 9. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein heating is performed in a nitrogen atmosphere at 600 ° C. to 900 ° C. for 10 seconds to 30 minutes as the heat treatment method. 前記熱処理方法として、マイクロ波で加熱することを特徴とする請求項1、5及び8に記載の窒化ガリウム結晶作成方法。

9. The method for producing a gallium nitride crystal according to claim 1, wherein heating is performed by microwaves as the heat treatment method.

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