JP2010042980A - Ｉｉｉ族窒化物結晶の製造方法およびｉｉｉ族窒化物結晶 - Google Patents

Abstract

【課題】大きな厚みを有し、かつ高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を成長するＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法およびＩＩＩ族窒化物結晶を提供する。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶１３の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面１１ａを有する下地基板１１が準備される。そして、気相成長法により下地基板１１の主表面１１ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶１３が成長される。下地基板１１の主表面１１ａは、｛０１−１０｝面から−５°以上５°以下傾斜した面であることが好ましい。
【選択図】図６

Description

本発明はＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法およびＩＩＩ族窒化物結晶に関し、たとえば窒化アルミニウム（ＡｌＮ）結晶の製造方法およびＡｌＮ結晶に関する。

ＡｌＮ結晶は、６．２ｅＶのエネルギバンドギャップ、約３．３ＷＫ^-1ｃｍ^-1の熱伝導率および高い電気抵抗を有しているため、光デバイスや電子デバイスなどの基板材料として注目されている。

このようなＡｌＮ結晶などのＩＩＩ族窒化物半導体結晶の成長方法には、たとえば昇華法が用いられる。昇華法として、下地基板を用いない自然核生成により成長する方法と、下地基板を用いて成長する方法とが挙げられる。自然核生成による成長では、大きなＩＩＩ族窒化物半導体結晶を安定して成長することが困難であった。

下地基板を用いて成長する方法は、たとえば米国特許第５，８５８，０８６号明細書（特許文献１）、米国特許第６，２９６，９５６号明細書（特許文献２）および米国特許第６，００１，７４８号明細書（特許文献３）などに開示されている。

上記特許文献１〜３には、以下の工程が実施されることが記載されている。すなわち、坩堝の下部に原料が設置され、坩堝の上部にＳｉＣ基板などの下地基板が原料と互いに向かい合うよう設置される。そして、原料が昇華する温度まで原料が加熱される。この加熱により、原料が昇華して昇華ガスが生成され、原料よりも低温に設置されている下地基板の表面にＡｌＮ結晶が成長される。

米国特許第５，８５８，０８６号明細書 米国特許第６，２９６，９５６号明細書 米国特許第６，００１，７４８号明細書

上記特許文献２および３では、０．５ｍｍ／ｈｒの成長速度でＡｌＮ結晶を成長させている。このような成長速度を実現するためには、原料の温度を高温に加熱する必要がある。しかし、原料の温度を高温にしようとすると、下地基板の温度も高温になる。このため、下地基板としてのＳｉＣ基板は、劣化してしまう。このため、十分な厚みのＡｌＮ結晶を成長させることができないという問題があった。

一方、上記特許文献１では、原料の加熱温度が１８００℃と低い。このように原料の温度を低温にすると、図１４に示す以下の問題があった。なお、図１４は、低温でＡｌＮ結晶２１３を成長させた状態を概略的に示す断面図である。

すなわち、図１４に示すように、下地基板２１１の主表面２１１ａ上にＡｌＮのグレイン（結晶粒）が成長するが、このグレインの向きは矢印２１２のように不規則である。このため、ＡｌＮ結晶２１３の成長面である主表面２１３ａは均質にならず、凹部２１３ｂが形成される。また下地基板２１１の主表面２１１ａ上にＡｌＮ結晶が成長しない非成長領域２１３ｄが存在する場合がある。このように成長させたＡｌＮ結晶２１３の主表面２１３ａに凹部２１３ｂが形成されたり、非成長領域２１３ｄが形成されると、成長方向に平行にスライスして複数枚のＡｌＮ基板を十分に形成することができない。

また、図１４に示すように、グレインの向きが不規則であるので、方位ずれが発生しやすくなったり、多結晶が発生しやすい。特に、凹部２１３ｂ下のＡｌＮ結晶２１３には、欠陥２１３ｃが発生しやすく、結晶性が悪いという問題があった。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、大きな厚みを有し、かつ高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を成長するＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法およびＩＩＩ族窒化物結晶を提供することである。

本発明者は、鋭意研究の結果、図１４に示すようにＩＩＩ族窒化物結晶としてのＡｌＮ結晶２１３を成長したときに凹部２１３ｂおよび欠陥２１３ｃが発生するのは、ＡｌＮ結晶２１３の成長面が（０００１）面（ｃ面）であることに起因することを見出した。また、本発明者は、その理由を鋭意研究した結果、ＩＩＩ族窒化物結晶のｃ面の結晶性が安定でないことに起因することを見出した。

本発明者は上記要因を確かめるべく、鋭意研究した結果、ｃ面を成長面としてＡｌＮ結晶を成長すると、（１０−１１）面と等価な面が現れることを発見した。この（１０−１１）面は、ｃ面から［１０−１０］方向に傾斜している。これらから、ＡｌＮ結晶などのＩＩＩ族窒化物結晶において、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面の結晶性が安定であることを見出した。

そこで、本発明のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、以下の工程を備えている。まず、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板が準備される。そして、気相成長法により下地基板の主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶が成長される。

本発明のＩＩＩ族窒化物物結晶の製造方法によれば、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長している。下地基板の主表面上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶の成長面の結晶方位は、下地基板の主表面の結晶方位を引き継ぐ。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長面は、結晶性が安定した面になるので、グレインが不規則に成長した面が形成されることを抑制することができる。つまり、均質な成長面を有しながらＩＩＩ族窒化物結晶を成長することができる。したがって、低温でＩＩＩ族窒化物結晶を成長しても、高品質な結晶を成長することができる。よって、低温でＩＩＩ族窒化物結晶を成長することにより、高品質で大きな厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、下地基板の主表面は、｛０１−１０｝面から−５°以上５°以下傾斜した面である。

本発明者は、ＩＩＩ族窒化物結晶の結晶性の非常に安定な面が｛０１−１０｝面から−５°以上５°以下傾斜した下地基板の主表面上で得られやすいことを見出した。このため、高品質で大きな厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶をより安定して製造することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記成長する工程では、１６００℃以上１９００℃以下でＩＩＩ族窒化物結晶を成長する。

１６００℃以上の場合、ＩＩＩ族窒化物結晶の原料を容易に気相にして下地基板に供給すことができる。また、１６００℃以上の場合、｛０１−１０｝面が安定であるため、より高品質なＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。１９００℃以下の場合、下地基板が気化分解されるなどの劣化を効果的に抑制することができる。このため、大きな厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記準備する工程では、下地基板としてＳｉＣ基板を準備する。

ＳｉＣ基板は、ＩＩＩ族窒化物結晶と格子定数の差が小さく、かつ耐熱性の高い材料であるので、高品質で厚みの大きなＩＩＩ族窒化物結晶をより安定して製造することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記準備する工程は、（０００１）面を主表面として成長された下地用ＩＩＩ族窒化物結晶を準備する工程と、この下地用ＩＩＩ族窒化物結晶から下地基板を切り出す工程とを含んでいる。

これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶を下地基板として用いることができる。下地基板のＩＩＩ族窒化物結晶は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶と格子定数差がないか、または非常に小さい。このため、より高品質で、かつ厚みの大きなＩＩＩ族窒化物結晶を安定して製造することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記成長する工程では、１ｍｍ以上の厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する。

１ｍｍ以上の厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する場合に、上述した本発明の効果が顕著に現れる。また、成長したＩＩＩ族窒化物結晶から、複数枚のＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。また、複数枚のＩＩＩ族窒化物結晶のコストを低減することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記準備する工程は、下地基板の主表面を平坦にする工程を含んでいる。

これにより、下地基板の主表面において、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面以外の面が現れることを抑制することができる。このため、下地基板の主表面に、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面が広く形成された下地基板を準備することができる。したがって、主表面において安定な面以外の面が形成された領域を低減することができるので、高品質で大きな厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶をより安定して製造することができる。

上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法において好ましくは、上記ＩＩＩ族窒化物結晶から無極性面を主表面として有するように切り出す工程をさらに備えている。

ＩＩＩ族窒化物結晶は高品質で大きな厚みを有しているので、無極性面を主表面として有する複数のＩＩＩ族窒化物結晶を切り出すことができる。これにより、無極性面を主表面として有する複数枚のＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶は、上記いずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により製造されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、５×１０⁶ｃｍ^-2以下の転位密度を有している。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶は、上記ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により製造されている。このため、グレインが不規則である成長面が形成されることを抑制しているので、上記のような転位密度の低いＩＩＩ族窒化物結晶を実現することができる。

本発明のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法およびＩＩＩ族窒化物結晶によれば、結晶性の安定した面である（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長するので、大きな厚みを有し、かつ高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を成長することができる。

本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における下地基板を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１における下地基板の結晶方位を示す模式図である。 図４の結晶方位を簡略化した模式図である。 本発明の実施の形態１においてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶から複数のＩＩＩ族窒化物結晶を切り出した状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態２におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２における平坦化される前の下地基板を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３における下地用ＩＩＩ族窒化物結晶上を成長させた状態を概略的に示す断面図である。 本発明の実施の形態３における下地基板を切り出す状態を概略的に示す断面図である。 実施例に用いた結晶成長装置を示す概略図である。 低温でＡｌＮ結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には、同一の参照符号を付し、その説明は繰り返さない。また、本明細書中においては、個別方位を［］、集合方位を＜＞、個別面を（）、集合面を｛｝でそれぞれ示している。また、負の指数については、結晶学上、”−”（バー）を数字の上に付けることになっているが、本明細書中では、数字の前に負の符号を付けている。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶を概略的に示す断面図である。図１を参照して、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶１０について説明する。

図１に示すように、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶１０は、主表面１０ａを有している。この主表面１０ａは、たとえば無極性面である。ここで、無極性面とは、ｃ面などの極性面に対して直交した方向の面であり、たとえば｛１−１００｝面（ｍ面）および｛１１−２０｝面（ａ面）が挙げられる。

ＩＩＩ族窒化物結晶１０は、好ましくは５×１０⁶ｃｍ^-2以下、より好ましくは５×１０⁵ｃｍ^-2以下の転位密度を有している。この場合、このＩＩＩ族窒化物結晶１０を用いてデバイスを作製したときに特性を向上することができる。なお、転位密度は、たとえば溶融ＫＯＨ（水酸化カリウム）中のエッチングによりできるピットの個数を数えて、単位面積で割るという方法によって測定することができる。

ＩＩＩ族窒化物結晶１０は、たとえばＡｌ_xＧａ_(1-x)Ｎ（０≦ｘ≦１）結晶であり、ＡｌＮ結晶であることが好ましい。

図２は、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。続いて、図２を参照して、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶１０の製造方法について説明する。

図３は、本実施の形態における下地基板を概略的に示す断面図である。図２および図３に示すように、まず、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面１１ａを有する下地基板１１を準備する（ステップＳ１０）。下地基板１１の主表面１１ａは、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面以外の面を含む領域を有していてもよいが、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面が広い領域に規則的に現れていることが好ましい。下地基板１１の主表面１１ａは、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面がほとんどの領域に規則的に現れていることが非常に好ましい。

なお、＜１−１００＞方向とは、［１−１００］方向、［１０−１０］方向、［−１１００］方向、［−１０１０］方向、［０１−１０］方向および［０−１１０］方向を含んでいる。

図４は、本実施の形態における下地基板１１の結晶方位を示す模式図である。図５は、図４の結晶方位を簡略化した模式図である。ここで、図４および図５を参照して、下地基板１１の主表面１１ａについて説明する。

図４および図５に示すように、下地基板１１の主表面１１ａは、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜している。言い換えると、下地基板１１の主表面１１ａは、（０００１）面が｛１−１００｝面に向かって傾斜している。このような主表面１１ａとして、図４に示すように、たとえば（１０−１１）面（ｓ面）が挙げられる。

なお、｛１−１００｝面とは、｛１−１００｝面、｛１０−１０｝面、｛−１１００｝面、｛−１０１０｝面、｛０１−１０｝面および｛０−１１０｝面を含んでいる。

下地基板１１の主表面１１ａは、ｃ面から＜１−１００＞（ｍ軸）方向に０．１°以上８０°未満傾斜させることが好ましい。言い換えると、図５に示すように、（０００１）面から｛１−１００｝面に向かって傾斜している角度ｘが、０．１°以上８０°未満であることが好ましい。この場合、結晶性がより一層安定である。特に、下地基板１１の主表面１１ａは、｛０１−１０｝面から−５°以上５°以下傾斜した面であることが好ましく、｛０１−１０｝面から−０．５°以上０．５°以下傾斜した面であることがより好ましい。言い換えると、図５に示すように、（１０−１１）面などの｛０１−１０｝面から｛１−１００｝面に向かって傾斜している角度ｙが−５°以上５°以下であることが好ましく、−０．５°以上０．５°以下であることがより好ましい。この場合、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の成長面がよりに安定になる。特に、下地基板１１の主表面１１ａは、｛１０−１１｝面近傍であることが好ましい。この場合、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶の成長面が非常に安定になる。

なお、上記主表面１１ａは、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜していれば特に限定されず、＜１−１００＞方向以外の任意の方向にさらに傾斜していてもよい。この任意の方向にさらに傾斜している場合には、この任意の方向への傾斜角はたとえば−５°以上５°以下の範囲であることが好ましい。

下地基板１１は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶と同じ組成の結晶であっても異なる組成の結晶であってもよく、たとえばＳｉＣ、サファイヤなどを用いてもよい。なお、下地基板１１の結晶系は六方晶であることが好ましい。ＳｉＣ基板は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶との格子定数の差が小さく、かつ耐高温の強い材質である。下地基板１１としてＳｉＣ基板を用いる場合には、４Ｈ（Hexagonal）−ＳｉＣ（４は１周期の積層数）、６Ｈ−ＳｉＣ（６は１周期の積層数）などが、３Ｃ（Cubic）−ＳｉＣなどよりも好適に用いられる。

この下地基板１１の主表面１１ａは、たとえば２インチ以上の大きさを有している。これにより、大口径のＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができる。

図６は、本実施の形態においてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させた状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図６に示すように、気相成長法により下地基板１１の主表面１１ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長する（ステップＳ２０）。

気相成長法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ（Hydride Vapor Phase Epitaxy：ハイドライド気相成長）法、ＭＢＥ（Molecular Beam Epitaxy：分子線エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（Metal Organic Chemical Vapor Deposition：有機金属化学気相堆積）法などを用いることができる。このステップＳ２０では、昇華法が好適に用いられる。

成長するステップＳ２０では、好ましくは１ｍｍ以上、より好ましくは５ｍｍ以上の厚みＴ１３を有するＩＩＩ族窒化物結晶を成長する。つまり、本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物バルク結晶を成長することが好ましい。ＩＩ族窒化物バルク結晶を成長する場合に、本発明の効果が顕著に現れるため好適である。厚みＴ１３の上限は特にないが、容易に製造できる観点から、たとえば５０ｍｍ以下である。

成長するステップＳ２０では、好ましくは１６００℃以上１９５０℃未満、より好ましくは１６００℃以上１９００℃以下、より一層好ましくは１６５０℃以上１９００℃未満でＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長する。１６００℃以上の場合、たとえば昇華法によりＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長する場合には、原料を容易に昇華させることができる。１６５０℃以上の場合、原料をより容易に昇華させることができる。１９５０℃未満の場合、下地基板１１が気化分解されるなどの劣化を効果的に防止できるので、ＩＩＩ族窒化物結晶１３の厚みＴ１３をより大きく成長することができる。１９００℃未満の場合、下地基板１１の劣化を効果的に防止できる。

上記成長する温度とは、たとえば、昇華法によりＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長させる場合には、下地基板１１の温度を意味する。

このステップＳ２０により成長したＩＩＩ族窒化物結晶１３の成長面は、下地基板１１の主表面１１ａの結晶方位を引き継ぐ。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶１３は、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面１３ａを有している。

図７は、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶１３から複数のＩＩＩ族窒化物結晶１０を切り出した状態を概略的に示す断面図である。次に、図２および図７に示すように、ＩＩＩ族窒化物結晶１３から主表面１０ａを有するＩＩＩ族窒化物結晶１０を切り出す（ステップＳ３０）。

このステップＳ３０では、ＩＩＩ族窒化物結晶１３から無極性面を主表面１０ａとして有するように切り出すことが好ましい。本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物結晶１３の成長面（主表面１３ａ）が（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜している。このため、無極性面を主表面１０ａとして有するように切り出すためには、下地基板１１の主表面１１ａと交差する方向（図７では直交する方向）に切り出している。

切り出す方法は特に限定されないが、切断やへき開などにより、ＩＩＩ族窒化物結晶１３から複数のＩＩＩ族窒化物結晶へ分割することができる。ＩＩＩ族窒化物結晶１３は単結晶からなるので、容易に分割することができる。なお、切断とは、電着ダイヤモンドホイールの外周刃を持つスライサーなどで機械的にＩＩＩ族窒化物結晶１３を分割することをいう。へき開とは、結晶格子面に沿ってＩＩＩ族窒化物結晶１３を分割することをいう。

上記ステップＳ１０〜Ｓ３０を実施することによって、図１に示すＩＩＩ族窒化物結晶１０を製造することができる。

以上説明したように、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、下地基板１１の（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面１１ａ上にＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長させている（ステップＳ２０）。下地基板１１の主表面１１ａ上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶１３の成長面の結晶方位は、下地基板１１の主表面１１ａの結晶方位を引き継ぐ。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶１３の成長面は結晶性の安定な面になるので、グレインが不規則な成長面が形成されることを抑制することができる。したがって、低温でＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長しても、高品質な結晶を成長することができる。よって、低温でＩＩＩ族窒化物結晶１３を成長することにより、高品質で大きな厚みＴ１３を有するＩＩＩ族窒化物結晶１３を製造することができる。特に、本実施の形態では、低温で成長させてもＩＩＩ族窒化物結晶は高品質になるので、ＩＩＩ族窒化物結晶１３を再現性よく安定して製造することができる。

このＩＩＩ族窒化物結晶１３から切り出すことにより、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶１０を製造することができる。このような高品質なＩＩＩ族窒化物結晶１０は、たとえば５×１０⁶ｃｍ^-2以下の小さな転位密度を有している。

またＩＩＩ族窒化物結晶１３の主表面１３ａは、（０００１）面上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶の主表面よりも、凹凸などの形成が低減された状態である。このため、たとえば（０００１）面上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶から切り出す場合よりも、本実施の形態のようにＩＩＩ族窒化物結晶１３から切り出す場合の方が、多くのＩＩＩ族窒化物結晶１０を切り出すことができる。また同じ数のＩＩＩ族窒化物結晶１０を切り出す場合には、凹部の形成を抑制できるので、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１３の厚みを小さくすることができる。したがって、ＩＩＩ族窒化物結晶１０を製造するために要するコストを低減することができる。

以上より本実施の形態により製造されたＩＩＩ族窒化物結晶１３は、たとえば発光ダイオード、レーザダイオードなどの発光素子、整流器、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ、ＨＥＭＴ（High Electron Mobility Transistor；高電子移動度トランジスタ）などの電子素子、温度センサ、圧力センサ、放射線センサ、可視−紫外光検出器などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（Surface Acoustic Wave Device；表面弾性波素子）、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）部品、圧電アクチュエータ等のデバイス用の基板などに好適に用いることができる。

（実施の形態２）
図８は、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。図８を参照して、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、基本的には実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法と同様の構成を備えているが、下地基板１１を準備するステップＳ１０は、主表面１１ａを平坦にするステップＳ１２を含んでいる点において異なる。

図９は、本実施の形態における平坦化される前の下地基板を概略的に示す断面図である。図８および図９に示すように、まず、凹凸が形成された主表面を有する下地基板１１を準備する（ステップＳ１１）。この主表面の凹凸をミクロに見ると、図９において傾斜している領域１１ａ１は、たとえばｃ面が現れている。

次に、下地基板１１の主表面を平坦化する（ステップＳ１２）。このステップＳ１２では、下地基板１１の主表面において、図９における領域１１ａ１を取り除いて、裏面１１ｂと平行な（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面を広い領域に規則的に現れるようにする。

平坦化する方法は特に限定されないが、たとえば下地基板１１の主表面を熱昇華させることによっても可能である。熱昇華は、たとえば１２００℃以上２３００℃以下の温度で、下地基板１１の主表面を熱処理する。これにより、図３に示す（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面が広い領域に規則的に現れた主表面１１ａを有する下地基板１１を準備することができ、好適である。

その他のステップＳ２０、Ｓ３０は、実施の形態１とほぼ同様であるので、その説明は繰り返さない。

本実施の形態によれば、下地基板１１を準備するステップＳ１０は、下地基板１１の主表面を平坦にするステップＳ１２を含んでいる。これにより、下地基板１１の主表面１１ａに（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した面を広い領域に規則的に現れるように形成することができる。このため、主表面１１ａにおいて安定な面以外の面が形成された領域を低減することができるので、高品質で大きな厚みを有するＩＩＩ族窒化物結晶１３をより安定して製造することができる。したがって、このＩＩＩ族窒化物結晶１３から切り出して製造される高品質のＩＩＩ族窒化物結晶１０をより安定して製造することができる。

（実施の形態３）
図１０は、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。図１０を参照して、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法について説明する。

図１０に示すように、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、基本的には実施の形態１におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法と同様の構成を備えているが、（０００１）面を主表面として成長された下地用ＩＩＩ族窒化物結晶を準備するステップＳ１３と、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶から下地基板を切り出すステップＳ１４とをさらに含んでいる点において異なる。つまり、本実施の形態では、下地基板１１は、ＩＩＩ族窒化物結晶よりなる。

図１１は、本実施の形態における下地用ＩＩＩ族窒化物結晶上を成長させた状態を概略的に示す断面図である。図１０および図１１を参照して、まず、（０００１）面を主表面３０ａとして成長された下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１を準備する（ステップＳ１３）。このステップＳ１３は、たとえば以下のように実施される。

まず、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１を成長させるための下地基板３０を準備する。この下地基板３０は特に限定されず、ＩＩＩ族窒化物結晶、ＳｉＣ、サファイヤなどを用いることができる。その後、この下地基板３０の主表面３０ａ上に下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１を成長する。ＩＩＩ族窒化物結晶３１の成長方法は特に限定されず、昇華法、ＨＶＰＥ法、ＭＢＥ法、ＭＯＣＶＤ法などの気相成長法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法などを採用することができる。これにより、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１を準備することができる。

下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１３と同一の組成比であることが特に好ましい。

図１２は、本実施の形態における下地基板を切り出す状態を概略的に示す断面図である。次に、図１０および図１２に示すように、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１から下地基板１１を切り出す（ステップＳ１４）。

このステップＳ１４では、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１から、上述したような主表面１１ａを有する下地基板１１を切り出す。切り出す方法は特に限定されないが、切断やへき開などにより、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１から下地基板へ分割することができる。

本実施の形態では、下地基板３０の主表面３０ａが（０００１）面であるので、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１の成長面である主表面３１ａも（０００１）面である。（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面１１ａを有するように切り出すためには、下地基板１１の主表面１１ａと交差する方向（図１２では直交する方向）に切り出している。

このステップＳ１３、Ｓ１４により、図３に示す下地基板１１を準備することができる。また、下地基板１１を切り出すステップＳ１４後に、実施の形態２で説明した主表面１１ａを平坦化するステップＳ１２をさらに実施してもよい。

その他のステップＳ２０、Ｓ３０は、実施の形態１とほぼ同様であるので、その説明は繰り返さない。

以上説明したように、本実施の形態におけるＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、下地基板１１としてＩＩＩ族窒化物結晶を用いている。これにより、下地基板１１と成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１３とを同一の組成または近い組成にすることができる。このため、下地基板１１と成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１３との格子定数差は、ない、あるいは非常に小さい。したがって、より高品質で、かつ厚みの大きなＩＩＩ族窒化物結晶１３を安定して製造することができる。したがって、このＩＩＩ族窒化物結晶１３から切り出して製造される高品質のＩＩＩ族窒化物結晶１０をより安定して製造することができる。

本実施例では、下地基板の（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることの効果について調べた。

具体的には、図１３に示す結晶成長装置１００を用いて、昇華法によりＡｌＮ結晶を成長し、厚みおよび品質を調べた。なお、図１３は、本実施例に用いた結晶成長装置を示す概略図である。

図１３に示すように、結晶成長装置１００は、坩堝１１５と、加熱体１１９と、反応容器１２２と、高周波加熱コイル１２３とを主に備えている。坩堝１１５の周りには、坩堝１１５の内部と外部との通気を確保するように加熱体１１９が設けられている。この加熱体１１９の周りには、反応容器１２２が設けられている。この反応容器１２２の外側中央部には、加熱体１１９を加熱するための高周波加熱コイル１２３が設けられている。また、反応容器１２２の上部および下部には、坩堝１１５の上方および下方の温度を測定するための放射温度計１２１ａ、１２１ｂが設けられている。

なお、上記結晶成長装置１００は、上記以外の様々な要素を含んでいてもよいが、説明の便宜上、これらの要素の図示および説明は省略する。

（実施例１）
まず、（１０−１１）面から＜１−１００＞方向に０．５°傾斜した主表面１１ａを有するＳｉＣ基板を下地基板１１として準備した（ステップＳ１０）。図１３に示すように、この下地基板１１を、反応容器１２２内の坩堝１１５の上部に載置した。

次に、ＩＩＩ族窒化物結晶の原料としてＡｌＮ粉末を準備し、この原料１７を坩堝１１５の下部に収容した。

次に、気相成成長法として昇華法により、下地基板の主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶１３としてＡｌＮ結晶を成長した（ステップＳ２０）。具体的には、反応容器１２２内に窒素ガスを流しながら、高周波加熱コイル１２３を用いて坩堝１１５内の温度を上昇させ、下地基板１１の温度を１８００℃、原料１７の温度を２０００℃にして原料１７を昇華させ、下地基板１１の主表面１１ａ上で再結晶化させて、成長時間を３０時間として、下地基板１１上にＡｌＮ結晶を成長させた。

なお、ステップＳ２０のＡｌＮ結晶の成長中においては、反応容器１２２内に窒素ガスを流し続け、反応容器１２２内のガス分圧が１０ｋＰａ〜１００ｋＰａ程度になるように、窒素ガスの排気量を制御した。

以上のステップＳ１０〜Ｓ２０を実施することにより、図６に示すように、下地基板１１の主表面１１ａ上に形成された実施例１のＩＩＩ族窒化物結晶１３を製造した。

（実施例２）
実施例２は、基本的には実施例１と同様であったが、下地基板を準備するステップＳ１０のみ実施例１と異なっていた。

具体的には、実施例２は、実施の形態３のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法にしたがってＡｌＮ結晶を製造した。

まず、下地用ＩＩＩ族窒化物結晶の下地基板３０として（０００１）面を主表面として有するＳｉＣ基板を準備した。このＳｉＣ基板上に１０ｍｍの厚みを有するＡｌＮ単結晶を下地用ＩＩＩ族窒化物結晶３１として成長した（ステップＳ１３）。このＡｌＮ単結晶の端面に形成した（１０−１１）面を主表面１１ａとして有するように下地基板１１を切り出した（ステップＳ１４）。これにより、（１０−１１）面を主表面１１ａとして有する下地基板１１を準備した。

次に、実施例１と同様に、下地基板１１の主表面１１ａにＡｌＮ結晶を成長させて（ステップＳ２０）、実施例２のＩＩＩ族窒化物結晶１３を製造した。

（実施例３）
実施例３は、基本的には実施例２と同様であったが、下地基板を準備するステップＳ１０のみ実施例２と異なっていた。具体的には、（１０−１２）面から＜１−１００＞方向に０．５°傾斜した面を主表面１１ａとして有する下地基板１１を準備した。

次に、実施例１と同様に、下地基板１１の主表面１１ａにＡｌＮ結晶を成長させて（ステップＳ２０）、実施例３のＩＩＩ族窒化物結晶１３を製造した。

（実施例４）
実施例４は、基本的には実施例２と同様であったが、下地基板を準備するステップＳ１０のみ実施例２と異なっていた。具体的には、（１０−１２）面を主表面１１ａとして有する下地基板１１を準備した。

次に、実施例１と同様に、下地基板１１の主表面１１ａにＡｌＮ結晶を成長させて（ステップＳ２０）、実施例４のＩＩＩ族窒化物結晶１３を製造した。

（比較例１）
比較例１は、基本的には実施例１と同様であったが、下地基板を準備するステップＳ１０のみ実施例１と異なっていた。

具体的には、下地基板として、（０００１）面から＜１１−２０＞方向に３．５°傾斜した主表面を有するＳｉＣ基板を準備した。

次に、実施例１と同様に、この下地基板の主表面上にＡｌＮ結晶を成長させて、比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶を製造した。

（評価方法）
実施例１〜４および比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶について、外観を観察し、厚みおよび転位密度を測定した。

厚みは、各々のＩＩＩ族窒化物結晶において最も厚みの小さい厚みを測定した。つまり、ＩＩＩ族窒化物結晶の表面に形成されている最も大きな凹部から、下地基板との界面までの距離を測定した。

転位密度の測定は、以下のように測定した。まず、ＫＯＨ：ＮａＯＨ（水酸化ナトリウム）を１：１の割合で白金坩堝中で２５０℃で溶融させた融液中に、各々のＩＩＩ族窒化物結晶を３０分間浸漬してＩＩＩ族窒化物結晶のエッチングを行った。その後、各々のＩＩＩ族窒化物結晶を洗浄して、顕微鏡にて表面に発生したエッチピットの単位面積当たりの個数をカウントした。その結果を下記の表１に示す。

（評価結果）
表１に示すように、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板を用いた実施例１のＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面は、均質な（１０−１１）面から＜１−１００＞方向に０．５°傾斜した面からなり、多結晶の発生等はなかった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みは、５ｍｍと厚かった。さらに、転位密度はＩＩＩ族窒化物結晶の全面で５×１０⁵ｃｍ^-2以下と低かった。

また（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板を用いた実施例２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面は、均質な（１０−１１）面からなり、多結晶の発生等はなかった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みは、１０ｍｍと厚かった。さらに、転位密度はＩＩＩ族窒化物結晶の全面で１×１０⁵ｃｍ^-2と低かった。

また（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板を用いた実施例３のＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面は、均質な（１０−１２）面から＜１−１００＞方向に０．５°傾斜した面からなり、多結晶の発生等はなかった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みは、５ｍｍと厚かった。さらに、転位密度はＩＩＩ族窒化物結晶の全面で５×１０⁵ｃｍ^-2と低かった。

また（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板を用いた実施例４のＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面は、均質な（１０−１２）面からなり、多結晶の発生等はなかった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みは、１０ｍｍと厚かった。さらに、転位密度はＩＩＩ族窒化物結晶の全面で１×１０⁵ｃｍ^-2と低かった。

一方、（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有していなかった下地基板を用いた比較例１のＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面は、３次元状の丘形状が形成されていたり、凹凸（段差）が大きく形成されており、多結晶の発生があった。また、ＩＩＩ族窒化物結晶の厚みは４ｍｍであり、実施例１〜４と比較して低かった。さらに、方位ずれが生じた領域近傍の転位密度は１×１０⁷ｃｍ^-2であり、実施例１〜４よりも高かった。

以上より、本実施例によれば、下地基板の（０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることによって、大きな厚みを有し、かつ高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を製造することが確認できた。

以上のように本発明の実施の形態および実施例について説明を行なったが、各実施の形態および実施例の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１０，１３，３１ ＩＩＩ族窒化物結晶、１０ａ，１１ａ，１３ａ，３０ａ，３１ａ 主表面、１１，３０ 下地基板、１１ａ１ 領域、１１ｂ 裏面、１７ 原料、１００ 結晶成長装置、１１５ 坩堝、１１９ 加熱体、１２１ａ，１２１ｂ 放射温度計、１２２ 反応容器、１２３ 高周波加熱コイル。

Claims (9)

1. （０００１）面から＜１−１００＞方向に傾斜した主表面を有する下地基板を準備する工程と、
   気相成長法により前記下地基板の前記主表面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長する工程とを備えた、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
2. 前記下地基板の前記主表面は、｛０１−１０｝面から−５°以上５°以下傾斜した面である、請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
3. 前記成長する工程では、１６００℃以上１９００℃以下で前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長する、請求項１または２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
4. 前記準備する工程では、前記下地基板としてＳｉＣ基板を準備する、請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
5. 前記準備する工程は、
   （０００１）面を主表面として成長された下地用ＩＩＩ族窒化物結晶を準備する工程と、
   前記下地用ＩＩＩ族窒化物結晶から前記下地基板を切り出す工程とを含む、請求項１〜３のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
6. 前記成長する工程では、１ｍｍ以上の厚みを有する前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長する、請求項１〜５のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
7. 前記準備する工程は、前記下地基板の前記主表面を平坦にする工程を含む、請求項１〜６のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
8. 前記ＩＩＩ族窒化物結晶から無極性面を主表面として有するように切り出す工程をさらに備えた、請求項１〜７のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
9. 請求項１〜８のいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法により製造されたＩＩＩ族窒化物結晶であって、
   ５×１０⁶ｃｍ^-2以下の転位密度を有する、ＩＩＩ族窒化物結晶。

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