JP2014221707A - β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶の育成方法、並びにβ−Ｇａ２Ｏ３系単結晶基板及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】平板状のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を幅方向への肩広げを抑えて育成するために用いられる、幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を得ることができるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法、並びにそれを利用したβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板及びその製造方法を提供する。
【解決手段】一実施の形態において、ＥＦＧ法を用いたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法であって、ルツボ１３内のＧａ_２Ｏ_３系融液１２をダイ１４のスリット１４ａを通してダイ１４の開口部１４ｂまで上昇させ、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心から幅方向Ｗにずれた状態で、種結晶２０をダイ１４の開口部１４ｂにあるＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させる工程と、Ｇａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させた種結晶２０を引き上げ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５を成長させる工程と、を含む、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法、並びにβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板及びその製造方法に関する。

従来、ＥＦＧ法によりＧａ_２Ｏ_３単結晶を成長させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載された方法によれば、Ｇａ_２Ｏ_３単結晶を種結晶との接触部分から下方向に徐々に幅を広げながら、すなわち肩を広げながら成長させることにより、種結晶よりも幅の大きな平板状の結晶を得ることができる。

特開２００６−３１２５７１号公報

しかし、特許文献１に開示された方法には、幅方向に肩を広げる工程においてＧａ_２Ｏ_３単結晶が双晶化し易いという問題がある。

したがって、本発明の目的は、平板状のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を幅方向への肩広げを抑えて育成するために用いられる、幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を得ることができるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法を提供することである。また、他の目的は、前述の育成方法により育成されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から得られた幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を用いたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法を提供することにある。また、他の目的は、この製造方法により製造されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を提供することにある。

本発明の一態様は、上記目的を達成するために、［１］〜［７］のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法を提供する。

［１］ＥＦＧ法を用いたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法であって、ルツボ内のＧａ_２Ｏ_３系融液をダイのスリットを通して前記ダイの開口部まで上昇させ、種結晶の水平方向の位置が前記ダイの幅方向の中心から前記幅方向にずれた状態で、前記種結晶を前記ダイの開口部にある前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記種結晶を引き上げ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を成長させる工程と、を含む、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［２］前記種結晶の水平方向の位置が前記ダイの前記幅方向の端の上にある状態で、前記種結晶を前記ダイの開口部にある前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させる、前記［１］に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［３］前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶をｂ軸方向に成長させる、前記［１］又は［２］に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［４］前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶は、（１０１）面、（−２０１）面、又は（００１）面を主面とする平板状の単結晶である、前記［１］〜［３］のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［５］前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から第２の種結晶を切り出す工程と、第２のルツボ内の第２のＧａ_２Ｏ_３系融液を第２のダイのスリットを通して前記第２のダイの開口部まで上昇させ、前記第２の種結晶を前記第２のダイの開口部にある前記第２のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、前記第２のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記第２の種結晶を引き上げ、第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を厚さ方向に肩を広げた後に平板状に成長させる工程と、をさらに含む前記［１］〜［４］のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［６］前記第２の種結晶は、前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長時に前記種結晶の真下に位置していた第１の領域と、前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の前記幅方向の両端のうちの、前記第１の領域からの距離が大きい方の端との間の領域から切り出される、前記［５］に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

［７］前記第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から第３の種結晶を切り出す工程と、
第３のルツボ内の第３のＧａ_２Ｏ_３系融液を第３のダイのスリットを通して前記第３のダイの開口部まで上昇させ、前記第３の種結晶を前記第３のダイの開口部にある前記第３のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、
前記第３のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記第３の種結晶を引き上げ、第３のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を成長させる工程と、
をさらに含む前記［５］又は［６］に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。

また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、下記［８］のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法を提供する。

［８］前記［５］若しくは［６］に記載の第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶、又は前記［７］に記載の第３のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板に加工する、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法。

また、本発明の他の態様は、上記目的を達成するために、下記［９］のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を提供する。

［９］前記［８］に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法により製造されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板。

本発明によれば、平板状のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を幅方向への肩広げを抑えて育成するために用いられる、幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を得ることができるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法を提供することができる。また、前述の育成方法により育成されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から得られた幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を用いたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法を提供することができる。また、この製造方法により製造されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を提供することができる。

図１は、実施の形態に係るＥＦＧ結晶製造装置の一部の垂直断面図である。 図２は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長中の様子を表す斜視図である。 図３は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系結晶の単位格子を示す。 図４（ａ）は、比較例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長中の様子を表す側面図である。図４（ｂ）は、比較例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の水平方向の断面図である。図４（ｃ）は、比較例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の幅方向の中心からの距離と双晶面の数の関係を表すグラフである。 図５（ａ）は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長中の様子を表す側面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の水平方向の断面図である。 図６（ａ）は、実施の形態の変形例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長中の様子を表す側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の水平方向の断面図である。 図７は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から切り出された種結晶を用いて新たなβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を育成する様子を表す斜視図である。 図８は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から切り出された種結晶を用いて新たなβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を育成する様子を表す斜視図である。 図９は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造工程の一例を表すフローチャートである。

〔実施の形態〕
図１は、実施の形態に係るＥＦＧ結晶製造装置の一部の垂直断面図である。このＥＦＧ結晶製造装置１０ａは、Ｇａ_２Ｏ_３系融液１２を受容するルツボ１３と、このルツボ１３内に設置されたスリット１４ａを有するダイ１４と、ダイ１４の開口部１４ｂを含む上面を露出させるようにしてルツボ１３の開口部を閉塞する蓋１５と、β−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶（以下、「種結晶」という）２０を保持する種結晶保持具２１と、種結晶保持具２１を昇降可能に支持するシャフト２２とを有する。

ルツボ１３は、Ｇａ_２Ｏ_３系材料を溶解させて得られたＧａ_２Ｏ_３系融液１２を収容する。ルツボ１３は、Ｇａ_２Ｏ_３系融液１２を収容しうるイリジウム等の高い耐熱性を有する材料からなる。

ダイ１４は、ルツボ１３内のＧａ_２Ｏ_３系融液１２を毛細管現象により上昇させるためのスリット１４ａを有する。ダイ１４は、ルツボ１３と同様に、イリジウム等の高い耐熱性を有する材料からなる。

蓋１５は、ルツボ１３から高温のＧａ_２Ｏ_３系融液１２が蒸発することを防止し、蒸発物がルツボ１３外の部材に付着することを防ぐ。

図２は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長中の様子を表す斜視図である。

ここで、ダイ１４の幅方向及び厚さ方向をそれぞれ幅方向Ｗ、厚さ方向Ｔとする。幅方向Ｗは、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長方向に垂直かつ主面２６に平行である。また、厚さ方向Ｔは、平板状のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の厚さ方向に平行である。

まず、ルツボ１３内のＧａ_２Ｏ_３系融液１２をダイ１４のスリット１４ａを通してダイ１４の開口部１４ｂまで上昇させ、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心から幅方向Ｗにずれた状態で、種結晶１４をダイ１４の開口部１４ｂにあるＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させる。このとき、より好ましくは、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの端の上にある状態で、種結晶２０をダイ１４の上面を覆うＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させる。

次に、Ｇａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させた種結晶２０を鉛直方向に引き上げ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５を成長させる。

図２は、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの端の上にある状態で、種結晶２０をダイ１４の上面を覆うＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させ、引き上げる様子を表す。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の結晶方位は種結晶２０の結晶方位と等しい。β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の主面２６は、例えば、ｂ軸方向での育成の場合は、（１０１）面、（−２０１）面、又は（００１）面であり、ｃ軸方向での育成の場合は（０１０）面である。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５及び種結晶２０は、β−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶、又は、Ｍｇ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ａｌ、Ｉｎ、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｎｂ等の元素が添加されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶である。

図３は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系結晶の単位格子を示す。図３中の単位格子２がβ−Ｇａ_２Ｏ_３系結晶の単位格子である。β−Ｇａ_２Ｏ_３系結晶は単斜晶系に属するβ−ガリア構造を有し、不純物を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３結晶の典型的な格子定数はａ_０＝１２．２３Å、ｂ_０＝３．０４Å、ｃ_０＝５．８０Å、α＝γ＝９０°、β＝１０３．８°である。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶は、（１００）面における劈開性が強く、結晶成長の肩広げの過程で（１００）面を双晶面（対称面）とする双晶が生じやすい。そのため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５からなるべく大きな双晶を含まない結晶を切り出すために、（１００）面がβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長方向に平行になるような方向、例えばｂ軸方向やｃ軸方向、にβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５を成長させることが好ましい。

特に、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶はｂ軸方向へ成長しやすい性質を有するため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５をｂ軸方向に成長させることがより好ましい。

本実施の形態においては、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心から幅方向Ｗにずれた状態で、種結晶１４をダイ１４の開口部１４ｂにあるＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させ、引き上げることを特徴としている。以下に、従来の方法と比較して、この本実施の形態の特徴を説明する。

図４（ａ）は、比較例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の成長中の様子を表す側面図である。β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５は、従来の方法、すなわち、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心上にある状態で、種結晶１４をダイ１４の開口部１４ｂにあるＧａ_２Ｏ_３系融液１２に接触させ、引き上げることにより育成される単結晶である。

ダイ１４の水平方向の中心位置は、ルツボ１３の水平方向の中心位置とほぼ一致する。このため、ダイ１４の上面を覆うＧａ_２Ｏ_３系融液１２の幅方向Ｗの温度分布は、ダイ１４の幅方向Ｗの中心位置を中心として対称になる。このため、温度分布の中心に種結晶を接触させることにより、単結晶成長の温度制御が容易になる。そのため、従来、図４（ａ）に示される方法が用いられている。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５中の双晶面１２７は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の育成における幅方向Ｗへ肩を広げる工程で発生し、種結晶２０中に双晶面が存在しなければ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の種結晶２０の真下の領域には双晶面１２７はほぼ生じない。

図４（ｂ）は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の水平方向の断面図である。図４（ｂ）は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の主面１２６の面方位が（−２０１）である場合の模式図である。図４（ｂ）中の領域Ｒ０は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の成長時に種結晶２０の真下に位置していた領域を示す。

図４（ｃ）は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の幅方向Ｗの中心からの距離と双晶面の数の関係を表すグラフである。図４の横軸は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の幅方向Ｗの中心からの距離を表し、縦軸は、横軸の各々の距離を中心とした幅１０ｍｍの領域における双晶面１２７の数を表す。図４（ｃ）に示される双晶面１２７の数は、主面の面方位が（−２０１）である１０個のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の平均値である。

図４（ｃ）は、種結晶２０に近い位置ほどβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５中の双晶面１２７の数が多く、種結晶２０から離れた位置では双晶面が生じにくいことを示している。図４（ｂ）に表されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５においては、幅方向Ｗの端部の双晶面１２７を含まない領域Ｒ１を切り出し、双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を得ることができる。

本実施の形態は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶において種結晶から離れた位置では双晶面が生じにくいという性質を利用したものである。本実施の形態によれば、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心から幅方向Ｗにずれた状態でβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５を成長させるため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５中の、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長時に種結晶２０の真下に位置していた領域の両側の領域のうち、面積の大きい方の領域の端部側は種結晶２０からの距離が大きく、双晶が生じにくい。

図５（ａ）は、実施の形態に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長中の様子を表す側面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の水平方向の断面図である。図５（ｂ）は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の主面２６の面方位が（−２０１）である場合の模式図である。図５（ｂ）中の領域Ｒ０は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長時に種結晶２０の真下に位置していた領域を示す。

図５（ａ）、（ｂ）に示されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５は、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの中心から幅方向Ｗにずれた状態で育成されたものである。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の幅方向Ｗの両端２８ａ、２８ｂのうちの、領域Ｒ０からの距離が大きい方の端２８ａと、領域Ｒ０との間の領域（領域Ｒ０の左側の領域）は、領域Ｒ０からの距離が小さい方の端２８ｂと、領域Ｒ０との間の領域（領域Ｒ０の右側の領域）よりも、双晶面を含まない部分の幅が大きい。

そのため、端２８ａと領域Ｒ０との間の領域に含まれる双晶面２７を含まない領域Ｒ２から双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を切り出すことができる。

図６（ａ）は、実施の形態の変形例に係るβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長中の様子を表す側面図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の水平方向の断面図である。図６（ｂ）は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の主面２６の面方位が（−２０１）である場合の模式図である。

図６（ａ）、（ｂ）に示されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５は、種結晶２０の水平方向の位置がダイ１４の幅方向Ｗの端の上にある状態で育成されたものである。

この例では、領域Ｒ０が端２８ｂ上にあり、領域Ｒ０と端２８ｂとの間の領域の面積がゼロである一方、領域Ｒ０と端２８ａとの間の領域には双晶面を含まない領域Ｒ２がより大きく存在する。そのため、領域Ｒ２から、より大きな双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を切り出すことができる。

図５（ｂ）、図６（ｂ）に示されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の領域Ｒ２の幅は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５の領域Ｒ１の幅よりも大きく、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出すことのできる双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の幅は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶１２５から切り出すことのできる双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の幅よりも大きい。

なお、図５（ｂ）、図６（ｂ）に示される領域Ｒ２の幅は、最終的に得られるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の直径に依存する。例えば、直径２インチのβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を製造する場合は、領域Ｒ２の幅が２インチよりも大きいことが好ましい。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出された双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶は、幅方向Ｗへの肩広げを抑えたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系平板状結晶の育成のための、幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶として用いられる。ただし、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出された結晶は双晶を全く含まないものでなければならないわけではなく、幅方向Ｗの端部に僅かに双晶が含まれる程度のものであればよい。これは、例えば、最終的に得られるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の縁近傍における双晶の存在はほとんど問題にならないことによる。

なお、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出された双晶を含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の成長方向に分離するように切断することにより、複数のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を得ることができる。

図７は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出された種結晶３０を用いて新たなβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成する様子を表す斜視図である。

種結晶３０は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から切り出された双晶を含まない、又はほぼ含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶である。β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の領域Ｒ２から種結晶３０を切り出した場合、種結晶３０の幅（幅方向Ｗの大きさ）は領域Ｒ２の幅と等しくなる。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の育成は、幅方向Ｗに肩を広げる工程を含まないため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の幅は種結晶３０の幅とほぼ等しくなる。また、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の肩を幅方向Ｗに広げないため、ダイ３４の幅は種結晶３０の幅以下であることが好ましい。また、ダイ３４の幅はダイ１４の幅と等しいか、もしくはより小さい。

一方、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の育成は、厚さ方向Ｔに肩を広げる工程を含むため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の厚さは種結晶３０の厚さよりも大きくなる。例えば、厚さ６ｍｍの種結晶３０を用いて、厚さ１８ｍｍのβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成する。また、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の肩を厚さ方向Ｔに広げるため、ダイ３４の厚さは種結晶３０の厚さよりも大きい。また、ダイ３４の厚さはダイ１４の厚さよりも大きい。

なお、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の厚さ方向Ｔの肩広げは、幅方向Ｗの肩広げと異なり、双晶が生じにくい。

種結晶３０の主面２６を水平方向に向けた状態でβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成することにより、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の主面３６の面方位をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５の主面２６の面方位と一致させることができる。例えば、主面２６の面方位が（１０１）、（−２０１）、又は（００１）であるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から種結晶３０を切り出して、種結晶３０を用いて主面３６の面方位が（１０１）、（−２０１）、又は（００１）であるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成することができる。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の肩広げ後に育成された平板状の領域から、種結晶３０よりも厚い種結晶を切り出すことができる。次に、その方法の一例について述べる。

例えば、平板状の部分の厚さが１８ｍｍのβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成した後、種結晶３０とβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を分離し、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を育成方向に垂直な方向に沿って２０〜４０ｍｍの幅で切断する。まず、カーボン系のステージに熱ワックスを介してβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を固定する。切断機にカーボン系ステージに固定されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５をセッティングし、ダイヤモンドブレードを用いて切断を行う。ダイヤモンドブレードの粒度は＃２００〜＃６００（ＪＩＳＢ４１３１による規定）程度であることが好ましく、切断速度は毎分６〜１０ｍｍくらいが好ましい。切断後は、分離された種結晶３０と育成方向に垂直な方向に沿って２０〜４０ｍｍの幅で切断されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５をカーボン系ステージから熱をかけて取外す。２０〜４０ｍｍの幅で切断されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の各々が新たな種結晶となる。

図８は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５から切り出された種結晶４０を用いて新たなβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を育成する様子を表す斜視図である。

種結晶４０は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の平板状の領域から切り出された双晶を含まない、又はほぼ含まないβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶である。種結晶４０は、例えば、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の平板状の領域をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の成長方向と垂直な面で切断することにより得られ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５と幅及び厚さが等しい。

単結晶４０を用いることにより、多数の基板を切り出すことのできる厚いβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を、幅方向Ｗ及び厚さ方向Ｔに肩を広げることなく、繰り返し育成することができる。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の育成は幅方向Ｗに肩を広げる工程を含まないため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の双晶化が抑えられる。また、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の育成は厚さ方向Ｔに肩を広げる工程を含まないため、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５のほぼ全体が基板を切り出すことのできる平板状の領域となり、基板製造のランニングコストを低減することができる。

β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の肩を幅方向Ｗ及び厚さ方向Ｔに広げないため、ダイ４４の幅及び厚さはダイ３４と等しくてもよく、ダイ４４としてダイ３４を用いてもよい。

種結晶４０の主面３６を水平方向に向けた状態でβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を育成することにより、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の主面４６の面方位をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５の主面３６の面方位と一致させることができる。例えば、主面３６の面方位が（１０１）、（−２０１）、又は（００１）であるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５から種結晶４０を切り出して、種結晶４０を用いて主面４６の面方位が（１０１）、（−２０１）、又は（００１）であるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を育成することができる。

次に、育成したβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５からβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を製造する方法の一例について述べる。

図９は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造工程の一例を表すフローチャートである。以下、このフローチャートを用いて説明する。

まず、例えば、厚さが１８ｍｍのβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を育成した後、単結晶育成時の熱歪緩和と電気特性の向上を目的とするアニールを行う（ステップＳ１）。雰囲気は窒素雰囲気が好ましいが、アルゴンやヘリウム等の他の不活性雰囲気でもよい。アニール保持温度は１４００〜１６００℃の温度が好ましい。保持温度でのアニール時間は６〜１０時間程度が好ましい。

次に、種結晶４０とβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の分離を行うため、ダイヤモンドブレードを用いて切断を行う（ステップＳ２）。まず、カーボン系のステージに熱ワックスを介してβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を固定する。切断機にカーボン系ステージに固定されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５をセッティングし、切断を行う。ブレードの粒度は＃２００〜＃６００（ＪＩＳＢ４１３１による規定）程度であることが好ましく、切断速度は毎分６〜１０ｍｍくらいが好ましい。切断後は、熱をかけてカーボン系ステージからβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を取外す。

次に、超音波加工機やワイヤー放電加工機を用いてβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５の縁を丸形に加工する（ステップＳ３）。また、縁の所望の場所にオリエンテーションフラットを形成することも可能である。

次に、マルチワイヤーソーにより、丸形に加工されたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶４５を１ｍｍ程度の厚さにスライスし、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を得る（ステップＳ４）。この工程において、所望のオフセット角にてスライスを行うことができる。ワイヤーソーは固定砥粒方式のものを用いることが好ましい。スライス速度は毎分０．１２５〜０．３ｍｍ程度が好ましい。

次に、加工歪緩和、及び電気特性向上、透過性向上を目的とするアニールをβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板に施す（ステップＳ５）。昇温時には酸素雰囲気でのアニールを行い、昇温後に温度を保持する間は窒素雰囲気に切替えてアニールを行う。温度を保持する間の雰囲気はアルゴンやヘリウム等の他の不活性雰囲気でも良い。保持温度は１４００〜１６００℃が好ましい。

次に、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板のエッジに所望の角度にて面取り（べベル）加工を施す（ステップＳ６）。

次に、ダイヤモンドの研削砥石を用いて、所望の厚さになるまでβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を研削する（ステップＳ７）。砥石の粒度は＃８００〜１０００（ＪＩＳＢ４１３１による規定）程度であることが好ましい。

次に、研磨定盤とダイヤモンドスラリーを用いて、所望の厚さになるまでβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を研磨する（ステップＳ８）。研磨定盤は金属系やガラス系の材質のものが好ましい。ダイヤモンドスラリーの粒径は０．５μｍ程度が好ましい。

次に、ポリシングクロスとＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）用のスラリーを用いて、原子レベルの平坦性が得られるまでβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を研磨する（ステップＳ９）。ポリッシングクロスはナイロン、絹繊維、ウレタン等の材質のものが好ましい。スラリーにはコロイダルシリカを用いることが好ましい。ＣＭＰ工程後のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の主面の平均粗さはＲａ０．０５〜０．１ｎｍくらいである。

なお、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５から種結晶４０を切り出さずに、基板を直接切り出してもよいが、基板切り出し用の単結晶としてβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を繰り返し育成する度に、厚さ方向Ｔに肩を広げなければならない。肩広げ部分からは基板を切り出すことができないため、基板を量産する場合にランニングコストが高くなるという問題がある。

また、基板切り出し用の単結晶に厚みが必要ない場合は、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶３５を厚さ方向Ｔに肩を広げずに育成し、基板を切り出してもよい。

また、ダイ１４の幅及び厚さを大きくし、ルツボ１３や蓋１５を大きくすることにより、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５を幅方向Ｗ及び厚さ方向Ｔに肩を広げて育成し、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶２５から幅及び厚さの大きい種結晶を切り出すことが可能である。しかしこの方法では、ルツボ１３、ダイ１４、蓋１５にイリジウム等の非常に高価な材料を使用しているため、膨大なコストが生じる。そのため、本実施の形態による育成方法により双晶を含まない、又はほぼ含まない幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を形成する方がより好ましい。

（実施の形態の効果）
上記の実施の形態によれば、双晶を含まない、又はほぼ含まない幅広のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系種結晶を形成することができる。その幅広の種結晶を用いることにより、基板切り出し用の平板状のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を幅方向への肩広げを抑えて育成することができる。そのため、高品質のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板を製造することができる。

また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

１２…Ｇａ_２Ｏ_３系融液、１３…ルツボ、１４、３４、４４…ダイ、２０、３０、４０…種結晶、２５、３５、４５…β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶、Ｔ…厚さ方向、Ｗ…幅方向

Claims (9)

1. ＥＦＧ法を用いたβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法であって、
   ルツボ内のＧａ_２Ｏ_３系融液をダイのスリットを通して前記ダイの開口部まで上昇させ、種結晶の水平方向の位置が前記ダイの幅方向の中心から前記幅方向にずれた状態で、前記種結晶を前記ダイの開口部にある前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、
   前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記種結晶を引き上げ、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を成長させる工程と、
   を含む、β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
2. 前記種結晶の水平方向の位置が前記ダイの前記幅方向の端の上にある状態で、前記種結晶を前記ダイの開口部にある前記Ｇａ_２Ｏ_３系融液に接触させる、
   請求項１に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
3. 前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶をｂ軸方向に成長させる、
   請求項１又は２に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
4. 前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶は、（１０１）面、（−２０１）面、又は（００１）面を主面とする平板状の単結晶である、
   請求項１〜３のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
5. 前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から第２の種結晶を切り出す工程と、
   第２のルツボ内の第２のＧａ_２Ｏ_３系融液を第２のダイのスリットを通して前記第２のダイの開口部まで上昇させ、前記第２の種結晶を前記第２のダイの開口部にある前記第２のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、
   前記第２のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記第２の種結晶を引き上げ、第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を厚さ方向に肩を広げた後に平板状に成長させる工程と、
   をさらに含む請求項１〜４のいずれか１項に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
6. 前記第２の種結晶は、前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の成長時に前記種結晶の真下に位置していた第１の領域と、前記β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の前記幅方向の両端のうちの、前記第１の領域からの距離が大きい方の端との間の領域から切り出される、
   請求項５に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
7. 前記第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶から第３の種結晶を切り出す工程と、
   第３のルツボ内の第３のＧａ_２Ｏ_３系融液を第３のダイのスリットを通して前記第３のダイの開口部まで上昇させ、前記第３の種結晶を前記第３のダイの開口部にある前記第３のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させる工程と、
   前記第３のＧａ_２Ｏ_３系融液に接触させた前記第３の種結晶を引き上げ、第３のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶を成長させる工程と、
   をさらに含む請求項５又は６に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶の育成方法。
8. 請求項５若しくは６に記載の第２のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶、又は請求項７に記載の第３のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶をβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板に加工する、
   β−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法。
9. 請求項８に記載のβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板の製造方法により製造されるβ−Ｇａ_２Ｏ_３系単結晶基板。

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