JP2021167258A - Method for producing group-iii nitride semiconductor single crystal and tool - Google Patents

Method for producing group-iii nitride semiconductor single crystal and tool Download PDF

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Abstract

To provide a method for producing Group III nitride semiconductor single crystals that can form Group III nitride semiconductor single crystals with uniform crystal quality over the whole area of the substrate, and provide a tool.SOLUTION: In an embedded layer forming process, an immersion step for immersing a sapphire substrate S1 in a melt ML1 and a crystallization step for growing crystals from the melt left on a first layer 11 with the sapphire substrate S1 pulled out of the melt ML1 are repeated. An angle between the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane in the crystallization step is greater than an angle between the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane in the immersion step.SELECTED DRAWING: Figure 11

Description

本明細書の技術分野は、フラックス法を用いるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法および治具に関する。 The technical field of the present specification relates to a method for producing a group III nitride semiconductor single crystal using a flux method and a jig.

半導体結晶を成長させる方法として、有機金属気相成長法（ＭＯＣＶＤ）やハイドライド気相エピタキシー法（ＨＶＰＥ）などの気相成長法や、分子線エピタキシー法（ＭＢＥ）、そして、液相エピタキシー法などがある。液相エピタキシー法には、Ｎａフラックスを使用するフラックス法がある。 As a method for growing a semiconductor crystal, a gas phase growth method such as an organic metal vapor phase growth method (MOCVD) or a hydride gas phase epitaxy method (HVPE), a molecular beam epitaxy method (MBE), and a liquid phase epitaxy method are used. be. The liquid phase epitaxy method includes a flux method using Na flux.

フラックス法では、サファイア基板等に、窒化ガリウム層（ＧａＮ層）を形成して種結晶基板とし、融液中で種結晶基板に半導体単結晶を成長させることが一般的である。その場合、坩堝の内部に種結晶基板および原材料およびフラックスを入れた後、反応室の内部で温度や圧力を調整しつつ半導体単結晶を成長させる。 In the flux method, it is common to form a gallium nitride layer (GaN layer) on a sapphire substrate or the like to form a seed crystal substrate, and to grow a semiconductor single crystal on the seed crystal substrate in a melt. In that case, after putting the seed crystal substrate, raw materials and flux inside the crucible, the semiconductor single crystal is grown while adjusting the temperature and pressure inside the reaction chamber.

特許文献１には、種結晶のポイントシードに融液を接触させることによりIII 族窒化物半導体結晶を成長させる技術が開示されている。これにより、III 族窒化物半導体結晶にかかる応力を緩和し、クラックの発生を防止する旨が記載されている（特許文献１の段落［００１１］）。 Patent Document 1 discloses a technique for growing a group III nitride semiconductor crystal by bringing a melt into contact with a point seed of a seed crystal. It is described that this alleviates the stress applied to the group III nitride semiconductor crystal and prevents the occurrence of cracks (paragraph [0011] of Patent Document 1).

特開２０１７−２２２５４８号公報JP-A-2017-222548

しかし、特許文献１に記載の技術では、転位およびインクルージョンなどの欠陥密度と、膜厚および反りなどの形状とが基板面内で不均一になりやすいという問題点がある。また、結晶全面にわたって平坦で高品質な半導体単結晶を成長させることが困難である。 However, the technique described in Patent Document 1 has a problem that defect densities such as dislocations and inclusions and shapes such as film thickness and warpage tend to be non-uniform in the substrate surface. In addition, it is difficult to grow a flat, high-quality semiconductor single crystal over the entire surface of the crystal.

本明細書の技術が解決しようとする課題は、基板全面にわたって結晶品質の均一なIII 族窒化物半導体単結晶を製造することのできるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法および治具を提供することである。 The problem to be solved by the technique of the present specification is to provide a method and a jig for producing a group III nitride semiconductor single crystal capable of producing a group III nitride semiconductor single crystal having uniform crystal quality over the entire surface of the substrate. That is.

第１の態様におけるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法は、III 族窒化物半導体からなる凸部を離散的に配置した基板を準備する基板準備工程と、基板の凸部の上に六角錐面を有する初期核を成長させる初期核成長工程と、坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を融液に溶解させて融液の内部で初期核の六角錐面の隙間を埋めて平坦面を有する埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、融液の内部で平坦面からIII 族窒化物半導体単結晶を成長させる半導体単結晶成長工程と、を有する。埋め込み層形成工程では、基板を融液に浸漬する浸漬工程と、基板を融液から引き上げた状態で初期核の上に残留する融液から結晶成長させる結晶化工程と、を繰り返す。結晶化工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度は、浸漬工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きい。 The method for producing a group III nitride semiconductor single crystal in the first aspect includes a substrate preparation step of preparing a substrate in which convex portions made of group III nitride semiconductors are discretely arranged, and a hexagonal cone on the convex portions of the substrate. The hexagonal cone of the initial nucleus inside the melt is made by melting at least Na and Ga inside the pit to make a melt and dissolving nitrogen in the melt. It includes an embedded layer forming step of filling the gaps between the surfaces to form an embedded layer having a flat surface, and a semiconductor single crystal growth step of growing a group III nitride semiconductor single crystal from the flat surface inside the melt. In the embedded layer forming step, a dipping step of immersing the substrate in the melt and a crystallization step of growing crystals from the melt remaining on the initial nucleus while the substrate is pulled up from the melt are repeated. The angle formed by the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the crystallization step is larger than the angle formed by the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the dipping step.

このIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法は、六角錐面を有する初期核と埋め込み層とを形成する。凸部のIII 族窒化物半導体から延びる転位は、初期核および埋め込み層を成長させる際に上方への延伸を抑制される。そのため、埋め込み層の上に転位密度の低いIII 族窒化物半導体単結晶を成長させることができる。半導体単結晶成長工程において、融液中での基板の傾斜角度が小さいため、基板面内における成長条件の不均一性を低減できる。これにより、基板全面にわたって結晶品質の均一なIII 族窒化物半導体単結晶を製造することができる。 This method for producing a group III nitride semiconductor single crystal forms an initial nucleus having a hexagonal pyramid surface and an embedded layer. Dislocations extending from the group III nitride semiconductor of the convex part are suppressed from extending upward during the growth of the initial nucleus and the embedded layer. Therefore, a group III nitride semiconductor single crystal having a low dislocation density can be grown on the embedded layer. In the semiconductor single crystal growth step, since the inclination angle of the substrate in the melt is small, the non-uniformity of the growth conditions in the substrate surface can be reduced. As a result, a group III nitride semiconductor single crystal having uniform crystal quality can be produced over the entire surface of the substrate.

本明細書では、基板全面にわたって結晶品質の均一なIII 族窒化物半導体単結晶を製造することのできるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法および治具が提供されている。 This specification provides a method and a jig for producing a group III nitride semiconductor single crystal capable of producing a group III nitride semiconductor single crystal having uniform crystal quality over the entire surface of the substrate.

第１の実施形態の結晶ＣＲの概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the crystal CR of 1st Embodiment. 第１の実施形態の結晶ＣＲを製造するための結晶成長装置である。It is a crystal growth apparatus for producing the crystal CR of the first embodiment. 第１の実施形態の治具の概略構成を示す図である。It is a figure which shows the schematic structure of the jig of 1st Embodiment. 第１の実施形態の治具の動作を説明するための図（その１）である。It is a figure (the 1) for demonstrating the operation of the jig of 1st Embodiment. 第１の実施形態の治具の動作を説明するための図（その２）である。It is a figure (the 2) for demonstrating the operation of the jig of 1st Embodiment. 第１の実施形態の治具の動作を説明するための図（その３）である。It is a figure (the 3) for demonstrating the operation of the jig of 1st Embodiment. 第１の実施形態の治具の動作を説明するための図（その４）である。It is a figure (the 4) for demonstrating the operation of the jig of 1st Embodiment. 第１の実施形態のサファイア基板の側面図である。It is a side view of the sapphire substrate of 1st Embodiment. 第１の実施形態のサファイア基板の平面図である。It is a top view of the sapphire substrate of 1st Embodiment. 第１の実施形態における初期核を成長させたサファイア基板を示す図である。It is a figure which shows the sapphire substrate which grew the initial nucleus in 1st Embodiment. 第１の実施形態における埋め込み層形成工程を示す図である。It is a figure which shows the embedded layer forming process in 1st Embodiment. 第１の実施形態における埋め込み層形成後のサファイア基板を示す図である。It is a figure which shows the sapphire substrate after the embedded layer formation in 1st Embodiment.

以下、具体的な実施形態について、III 族窒化物半導体単結晶の製造方法および治具を例に挙げて図を参照しつつ説明する。しかし、本明細書の技術はこれらの実施形態に限定されるものではない。 Hereinafter, specific embodiments will be described with reference to the drawings, taking as an example a method for manufacturing a group III nitride semiconductor single crystal and a jig. However, the techniques herein are not limited to these embodiments.

（第１の実施形態）
１．半導体単結晶
図１は、第１の実施形態の結晶ＣＲの概略構成を示す図である。図１に示すように、結晶ＣＲは、サファイア基板Ｓ１と、第１層１１と、埋め込み層１２と、単結晶ＣＲ１と、を有する。サファイア基板Ｓ１は、凸部Ｓ１ａと底部Ｓ１ｂとを有する。凸部Ｓ１ａは、ポイントシードである。サファイア基板Ｓ１と凸部Ｓ１ａとの間にはバッファ層が形成されている。バッファ層は、例えば、ＧａＮバッファ層である。凸部Ｓ１ａは、離散的に配置されたＧａＮである。凸部Ｓ１ａの形状は、例えば、円柱形状、六角錘形状、六角柱形状である。底部Ｓ１ｂは、平坦なサファイア基板Ｓ１の表面である。 (First Embodiment)
1. 1. Semiconductor single crystal FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a crystal CR of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the crystal CR includes a sapphire substrate S1, a first layer 11, an embedded layer 12, and a single crystal CR1. The sapphire substrate S1 has a convex portion S1a and a bottom portion S1b. The convex portion S1a is a point seed. A buffer layer is formed between the sapphire substrate S1 and the convex portion S1a. The buffer layer is, for example, a GaN buffer layer. The convex portion S1a is a discretely arranged GaN. The shape of the convex portion S1a is, for example, a cylindrical shape, a hexagonal weight shape, or a hexagonal columnar shape. The bottom portion S1b is the surface of the flat sapphire substrate S1.

第１層１１は、凸部Ｓ１ａの上に形成されたIII 族窒化物半導体の初期核が合体した層である。各々の初期核は、凸部Ｓ１ａの上に主にｃ面以外の結晶面を成長させた層である。各々の初期核は、六角錘と、六角柱と六角錘とを重ねた形状と、六角錘台と、六角柱と六角錘台とを重ねた形状と、のいずれかを含む形状を有する。上記に列挙した形状は、六角錘面を有する。六角錘面は、六角錘の斜面と六角錘台の斜面とを含むこととする。 The first layer 11 is a layer in which the initial nuclei of the group III nitride semiconductor formed on the convex portion S1a are united. Each initial nucleus is a layer in which a crystal plane other than the c-plane is mainly grown on the convex portion S1a. Each initial nucleus has a shape including one of a hexagonal weight, a hexagonal column and a hexagonal weight, and a hexagonal column and a hexagonal column and a hexagonal weight. The shapes listed above have a hexagonal weight surface. The hexagonal weight surface includes the slope of the hexagonal weight and the slope of the hexagonal weight stand.

埋め込み層１２は、第１層１１の上に形成されたIII 族窒化物半導体層である。埋め込み層１２は、第１層１１の六角錐面の隙間を埋める層である。埋め込み層１２は、多層膜構造を有し、第１層１１の凹部を埋めている。埋め込み層１２の上面１２ａは、ｃ面であり、平坦面である。 The embedded layer 12 is a group III nitride semiconductor layer formed on the first layer 11. The embedded layer 12 is a layer that fills the gaps in the hexagonal pyramid surface of the first layer 11. The embedded layer 12 has a multilayer film structure and fills the recesses of the first layer 11. The upper surface 12a of the embedded layer 12 is a c-plane and a flat surface.

単結晶ＣＲ１は、III 族窒化物半導体から成る単結晶である。単結晶ＣＲ１は、結晶ＣＲをサファイア基板Ｓ１から剥離した後、初期核および埋め込み層１２を除去することにより得られる。 The single crystal CR1 is a single crystal composed of a group III nitride semiconductor. The single crystal CR1 is obtained by peeling the crystal CR from the sapphire substrate S1 and then removing the initial nucleus and the embedded layer 12.

２．結晶成長装置
図２は、第１の実施形態の結晶ＣＲを製造するための結晶成長装置１０００である。結晶成長装置１０００は、Ｎａフラックス法を用いて成長基板上にIII 族窒化物半導体の単結晶を成長させるためのものである。 2. Crystal Growth Device FIG. 2 is a crystal growth device 1000 for producing the crystal CR of the first embodiment. The crystal growth apparatus 1000 is for growing a single crystal of a group III nitride semiconductor on a growth substrate by using the Na flux method.

図２に示すように、結晶成長装置１０００は、圧力容器１１００と、圧力容器蓋１１１０と、中間室１２００と、反応室１３００と、反応室蓋１３１０と、下部回転軸１３２０と、ターンテーブル１３３０と、上部回転軸１３４０と、側部ヒーター１４１０と、下部ヒーター１４２０と、ガス供給口１５１０と、ガス排気口１５２０と、真空引き排気口１５３０と、測定用通気口１５４０と、を有する。 As shown in FIG. 2, the crystal growth apparatus 1000 includes a pressure vessel 1100, a pressure vessel lid 1110, an intermediate chamber 1200, a reaction chamber 1300, a reaction chamber lid 1310, a lower rotary shaft 1320, and a turntable 1330. It has an upper rotating shaft 1340, a side heater 1410, a lower heater 1420, a gas supply port 1510, a gas exhaust port 1520, a vacuum drawing exhaust port 1530, and a measurement vent 1540.

圧力容器１１００は、結晶成長装置１０００の筐体である。圧力容器蓋１１１０は、圧力容器１１００の鉛直下方の位置に配置されている。圧力容器１１００は、中間室１２００および反応室１３００を収容している。中間室１２００は、圧力容器１１００の内部の室である。反応室１３００は、容器ＣＢ１および坩堝ＣＢ２を収容し、その内部で半導体単結晶を成長させるための室である。反応室蓋１３１０は、反応室１３００の蓋である。 The pressure vessel 1100 is a housing of the crystal growth apparatus 1000. The pressure vessel lid 1110 is arranged at a position vertically below the pressure vessel 1100. The pressure vessel 1100 houses an intermediate chamber 1200 and a reaction chamber 1300. The intermediate chamber 1200 is a chamber inside the pressure vessel 1100. The reaction chamber 1300 is a chamber for accommodating the container CB1 and the crucible CB2 and growing a semiconductor single crystal inside the container CB1 and the crucible CB2. The reaction chamber lid 1310 is a lid of the reaction chamber 1300.

下部回転軸１３２０は、正回転および負回転をすることができるようになっている。下部回転軸１３２０は、モーター（図示せず）から回転駆動を受けることができる。ターンテーブル１３３０は、下部回転軸１３２０に連れまわって回転することができる。側部ヒーター１４１０および下部ヒーター１４２０は、反応室１３００を加熱するためのものである。 The lower rotation shaft 1320 can rotate forward and negatively. The lower rotary shaft 1320 can be rotationally driven by a motor (not shown). The turntable 1330 can rotate along with the lower rotation shaft 1320. The side heater 1410 and the lower heater 1420 are for heating the reaction chamber 1300.

上部回転軸１３４０は、正回転および負回転をすることができるようになっている。上部回転軸１３４０は、モーター（図示せず）から回転駆動を受けることができる。上部回転軸１３４０は、後述する治具１００を動かすためのものである。 The upper rotation shaft 1340 can rotate forward and negatively. The upper rotary shaft 1340 can be rotationally driven by a motor (not shown). The upper rotating shaft 1340 is for moving the jig 100, which will be described later.

ガス供給口１５１０は、圧力容器１１００の内部に窒素ガスを含むガスを供給するための供給口である。ガス排気口１５２０は、圧力容器１１００の内部からガスを排気するためのものである。真空引き排気口１５３０は、圧力容器１１００を真空引きするためのものである。測定用通気口１５４０は、圧力容器１１００の内部のガスを測定のために抽出するためのものである。測定用通気口１５４０のガスの流れの下流の位置には、Ｏ2 センサーや露点計が配置されている。 The gas supply port 1510 is a supply port for supplying a gas containing nitrogen gas to the inside of the pressure vessel 1100. The gas exhaust port 1520 is for exhausting gas from the inside of the pressure vessel 1100. The evacuated exhaust port 1530 is for evacuating the pressure vessel 1100. The measurement vent 1540 is for extracting the gas inside the pressure vessel 1100 for measurement. An O 2 sensor and a dew point meter are arranged at a position downstream of the gas flow of the measurement vent 1540.

結晶成長装置１０００は、坩堝ＣＢ２の内部の温度および圧力を調整するとともに坩堝ＣＢ２を回転させることができる。そのため、坩堝ＣＢ２の内部では、所望の条件で種結晶から半導体単結晶を成長させることができる。 The crystal growth apparatus 1000 can adjust the temperature and pressure inside the crucible CB2 and rotate the crucible CB2. Therefore, inside the crucible CB2, a semiconductor single crystal can be grown from a seed crystal under desired conditions.

３．治具
３−１．治具の構造
図３は、第１の実施形態の治具１００の概略構成を示す図である。治具１００は、フラックス法で半導体単結晶を成長させるための坩堝ＣＢ２の内部に配置される。治具１００は、坩堝ＣＢ２の内部でIII 族窒化物半導体単結晶を成長させるためのサファイア基板Ｓ１を支持することができる。治具１００は、第１脚部１１０と、第２脚部１２０と、第３脚部１３０と、連結部１４０と、回転軸１５０と、ナット１６０と、板部材１７０と、軸１８０と、を有する。治具１００の各部材の材質は、アルミナである。 3. 3. Jig 3-1. Jig Structure FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of the jig 100 of the first embodiment. The jig 100 is arranged inside the crucible CB2 for growing a semiconductor single crystal by the flux method. The jig 100 can support the sapphire substrate S1 for growing a group III nitride semiconductor single crystal inside the crucible CB2. The jig 100 includes a first leg 110, a second leg 120, a third leg 130, a connecting portion 140, a rotating shaft 150, a nut 160, a plate member 170, and a shaft 180. Have. The material of each member of the jig 100 is alumina.

第１脚部１１０および第２脚部１２０および第３脚部１３０は、サファイア基板Ｓ１を支持するためのものである。第１脚部１１０および第２脚部１２０および第３脚部１３０は、それぞれ、第１凹部１１１と第２凹部１２１と第３凹部１３１とを有する。第１凹部１１１と第２凹部１２１と第３凹部１３１とは、サファイア基板Ｓ１を支持するためのものである。 The first leg 110, the second leg 120, and the third leg 130 are for supporting the sapphire substrate S1. The first leg portion 110, the second leg portion 120, and the third leg portion 130 have a first recess 111, a second recess 121, and a third recess 131, respectively. The first recess 111, the second recess 121, and the third recess 131 are for supporting the sapphire substrate S1.

第１脚部１１０は、第２脚部１２０および第３脚部１３０よりも長い。第１脚部１１０の下端から第１凹部１１１までの長さと、第２脚部１２０の下端から第２凹部１２１までの長さと、第３脚部１３０の下端から第３凹部１３１までの長さとは、等しい。そのため、第１脚部１１０および第２脚部１２０および第３脚部１３０が坩堝ＣＢ２の底部に接触している状態では、サファイア基板Ｓ１の板面はほぼ水平である。連結部１４０から第１凹部１１１までの長さは、連結部１４０から第２凹部１２１および連結部１４０から第３凹部１３１までの長さより長い。そのため、板状の連結部１４０が水平の場合には、サファイア基板Ｓ１は水平面に対して傾斜している（図４参照）。 The first leg 110 is longer than the second leg 120 and the third leg 130. The length from the lower end of the first leg 110 to the first recess 111, the length from the lower end of the second leg 120 to the second recess 121, and the length from the lower end of the third leg 130 to the third recess 131. Are equal. Therefore, the plate surface of the sapphire substrate S1 is substantially horizontal when the first leg 110, the second leg 120, and the third leg 130 are in contact with the bottom of the crucible CB2. The length from the connecting portion 140 to the first recess 111 is longer than the length from the connecting portion 140 to the second recess 121 and from the connecting portion 140 to the third recess 131. Therefore, when the plate-shaped connecting portion 140 is horizontal, the sapphire substrate S1 is inclined with respect to the horizontal plane (see FIG. 4).

連結部１４０は、第１脚部１１０と第２脚部１２０と第３脚部１３０とを互いに連結する。このため、第１脚部１１０と第２脚部１２０と第３脚部１３０とは、互いに固定されている。連結部１４０は、貫通孔を有する。連結部１４０は、ナット１６０に固定されない状態でナット１６０に支持されている。そのため、連結部１４０は、回転軸１５０に対して傾いた姿勢をとることができる。 The connecting portion 140 connects the first leg portion 110, the second leg portion 120, and the third leg portion 130 to each other. Therefore, the first leg 110, the second leg 120, and the third leg 130 are fixed to each other. The connecting portion 140 has a through hole. The connecting portion 140 is supported by the nut 160 without being fixed to the nut 160. Therefore, the connecting portion 140 can take an inclined posture with respect to the rotating shaft 150.

回転軸１５０は、坩堝ＣＢ２の内部に挿入されている。回転軸１５０は、上部回転軸１３４０と連結可能である。回転軸１５０は、連結部１４０の貫通孔を貫通する。回転軸１５０は、矢印Ｊ１のように軸のまわりに回転可能である。回転軸１５０の先端側の外表面にはねじ山１５１が形成されている。このため、回転軸１５０にはナット１６０を固定することができる。 The rotation shaft 150 is inserted inside the crucible CB2. The rotary shaft 150 can be connected to the upper rotary shaft 1340. The rotating shaft 150 penetrates the through hole of the connecting portion 140. The rotating shaft 150 is rotatable around the shaft as shown by the arrow J1. A screw thread 151 is formed on the outer surface of the rotating shaft 150 on the tip end side. Therefore, the nut 160 can be fixed to the rotating shaft 150.

ナット１６０は、第１貫通孔１６０ａと第２貫通孔１６０ｂとを有する。ナット１６０の第１貫通孔１６０ａには、内表面にねじ山が形成されている。ナット１６０の第２貫通孔１６０ｂにはねじ山が形成されていない。ナット１６０の第２貫通孔１６０ｂには軸１８０が挿入されている。ナット１６０の第１貫通孔１６０ａは、回転軸１５０のねじ山１５１に嵌めあわされている。回転軸１５０が回転すると、ナット１６０は回転軸１５０の軸方向に往復運動することができる。その際に、ナット１６０は第２貫通孔１６０ｂに挿入されている軸１８０にガイドされる。 The nut 160 has a first through hole 160a and a second through hole 160b. A thread is formed on the inner surface of the first through hole 160a of the nut 160. No thread is formed in the second through hole 160b of the nut 160. A shaft 180 is inserted into the second through hole 160b of the nut 160. The first through hole 160a of the nut 160 is fitted into the thread 151 of the rotating shaft 150. When the rotating shaft 150 rotates, the nut 160 can reciprocate in the axial direction of the rotating shaft 150. At that time, the nut 160 is guided by the shaft 180 inserted in the second through hole 160b.

板部材１７０は、坩堝ＣＢ２に対して固定されている部材である。板部材１７０は、貫通孔を有する。回転軸１５０は、貫通孔に挿入されている。回転軸１５０が回転しても、板部材１７０は回転しない。軸１８０は、回転軸１５０の回転によって連結部１４０およびナット１６０が回転することを防止する。 The plate member 170 is a member fixed to the crucible CB2. The plate member 170 has a through hole. The rotating shaft 150 is inserted into the through hole. Even if the rotating shaft 150 rotates, the plate member 170 does not rotate. The shaft 180 prevents the connecting portion 140 and the nut 160 from rotating due to the rotation of the rotating shaft 150.

３−２．治具の動作
ここで、坩堝ＣＢ２の内部における治具１００の動作について説明する。回転軸１５０の回転によりナット１６０は上昇または下降する。ナット１６０の上昇または下降は、回転軸１５０の回転方向により制御することができる。 3-2. Operation of Jig Here, the operation of the jig 100 inside the crucible CB2 will be described. The rotation of the rotating shaft 150 causes the nut 160 to rise or fall. The ascent or descent of the nut 160 can be controlled by the rotation direction of the rotation shaft 150.

図４に示すように、治具１００およびサファイア基板Ｓ１は、融液ＭＬ１の上方であって融液ＭＬ１の外部にある。融液ＭＬ１は、ＧａおよびＮａを主成分とする。このように、融液ＭＬ１の外部に位置しているときのサファイア基板Ｓ１は、水平面と平行ではない。このときサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度θ１は、例えば、１°以上１０°以下である。好ましくは、２°以上９°以下である。より好ましくは、３°以上８°以下である。この段階で、融液ＭＬ１の昇温および坩堝ＣＢ２の窒素による昇圧を行う。そして、半導体を成長させるために十分な窒素を融液ＭＬ１に溶解させる。 As shown in FIG. 4, the jig 100 and the sapphire substrate S1 are above the melt ML1 and outside the melt ML1. The melt ML1 contains Ga and Na as main components. As described above, the sapphire substrate S1 when it is located outside the melt ML1 is not parallel to the horizontal plane. At this time, the angle θ1 between the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane is, for example, 1 ° or more and 10 ° or less. Preferably, it is 2 ° or more and 9 ° or less. More preferably, it is 3 ° or more and 8 ° or less. At this stage, the temperature of the melt ML1 is raised and the pressure of the crucible CB2 is increased by nitrogen. Then, sufficient nitrogen is dissolved in the melt ML1 to grow the semiconductor.

図５に示すように、ナット１６０を下降させて治具１００を融液ＭＬ１に徐々に沈める。治具１００の第１脚部１１０が坩堝ＣＢ２の底部に接触する。このとき、第２脚部１２０および第３脚部１３０は坩堝ＣＢ２の底部に接触していない。第１脚部１１０の長さは、第２脚部１２０の長さおよび第３脚部１３０の長さよりも長いためである。 As shown in FIG. 5, the nut 160 is lowered to gradually submerge the jig 100 in the melt ML1. The first leg 110 of the jig 100 comes into contact with the bottom of the crucible CB2. At this time, the second leg 120 and the third leg 130 are not in contact with the bottom of the crucible CB2. This is because the length of the first leg 110 is longer than the length of the second leg 120 and the length of the third leg 130.

ナット１６０が下降するにつれて、第１脚部１１０が坩堝ＣＢ２の底部に接触しつつ、第２脚部１２０および第３脚部１３０が下降する。連結部１４０は、回転軸１５０に固定されておらず、ナット１６０にひっかかっているだけの状態である。ナット１６０は、連結部１４０の落下を防止する。連結部１４０は、回転軸１５０およびナット１６０に固定されていないため、連結部１４０は、水平な位置から姿勢を変えることができる。第１脚部１１０が下降せずに第２脚部１２０および第３脚部１３０が下降するため、このときサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度θ２は０°に近づく。 As the nut 160 descends, the second leg 120 and the third leg 130 descend while the first leg 110 contacts the bottom of the crucible CB2. The connecting portion 140 is not fixed to the rotating shaft 150, but is only caught by the nut 160. The nut 160 prevents the connecting portion 140 from falling. Since the connecting portion 140 is not fixed to the rotating shaft 150 and the nut 160, the connecting portion 140 can change its posture from a horizontal position. Since the second leg 120 and the third leg 130 descend without lowering the first leg 110, the angle θ2 between the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane approaches 0 ° at this time.

図６に示すように、治具１００の第２脚部１２０および第３脚部１３０は坩堝ＣＢ２の底部に接触する。これにより、第１脚部１１０および第２脚部１２０および第３脚部１３０が坩堝ＣＢ２に接触する。この段階で、サファイア基板Ｓ１の板面はほぼ水平である。このときサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度は、例えば、０°以上２°以下である。好ましくは、０°以上１．５°以下である。より好ましくは、０°以上１°以下である。このときの角度は、サファイア基板Ｓ１の径の大きさにも依存する。 As shown in FIG. 6, the second leg 120 and the third leg 130 of the jig 100 come into contact with the bottom of the crucible CB2. As a result, the first leg 110, the second leg 120, and the third leg 130 come into contact with the crucible CB2. At this stage, the plate surface of the sapphire substrate S1 is almost horizontal. At this time, the angle formed by the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane is, for example, 0 ° or more and 2 ° or less. Preferably, it is 0 ° or more and 1.5 ° or less. More preferably, it is 0 ° or more and 1 ° or less. The angle at this time also depends on the size of the diameter of the sapphire substrate S1.

次に、ナット１６０を上昇させる。この際には、まず、第２脚部１２０および第３脚部１３０が坩堝ＣＢ２の底部から離れ、第１脚部１１０はすぐには坩堝ＣＢ２から離れない。このため、サファイア基板Ｓ１の板面は水平面に対して傾斜する。 Next, the nut 160 is raised. At this time, first, the second leg 120 and the third leg 130 are separated from the bottom of the crucible CB2, and the first leg 110 is not immediately separated from the crucible CB2. Therefore, the plate surface of the sapphire substrate S1 is inclined with respect to the horizontal plane.

そして、ナット１６０が十分に上昇すると、第１脚部１１０も坩堝ＣＢ２から離れる。ナット１６０の上昇を続ける。 Then, when the nut 160 is sufficiently raised, the first leg 110 also separates from the crucible CB2. The nut 160 continues to rise.

図７に示すように、サファイア基板Ｓ１が融液ＭＬ１の外部に出る。このとき、サファイア基板Ｓ１のうち第１脚部１１０の反対側の位置から融液ＭＬ１の外部に出る。このように、サファイア基板Ｓ１が融液ＭＬ１から外部に出る際には、サファイア基板Ｓ１は水平面に対して傾斜している。サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１から引き上げる際に、融液ＭＬ１の液面はサファイア基板Ｓ１の表面を徐々に移動する。このため、サファイア基板Ｓ１の初期核の表面の凹凸に微少量の融液を均一に残留させることができる。 As shown in FIG. 7, the sapphire substrate S1 goes out of the melt ML1. At this time, the sapphire substrate S1 goes out of the melt ML1 from a position opposite to the first leg 110. As described above, when the sapphire substrate S1 goes out from the melt ML1, the sapphire substrate S1 is inclined with respect to the horizontal plane. When the sapphire substrate S1 is pulled up from the melt ML1, the liquid level of the melt ML1 gradually moves on the surface of the sapphire substrate S1. Therefore, a very small amount of melt can be uniformly left on the uneven surface of the initial nucleus of the sapphire substrate S1.

４．半導体単結晶の製造方法
この製造方法は、III 族窒化物半導体からなる凸部を離散的に配置した基板を準備する基板準備工程と、基板の凸部の上に六角錐形状を有する初期核を成長させる初期核成長工程と、坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を融液に溶解させて融液の内部で初期核の六角錐面の隙間を埋めて平坦面を有する埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、融液の内部で平坦面からIII 族窒化物半導体単結晶を成長させる半導体単結晶成長工程と、III 族窒化物半導体単結晶を基板から分離する分離工程と、を有する。 4. Manufacturing method of semiconductor single crystal In this manufacturing method, a substrate preparation step of preparing a substrate in which convex portions made of group III nitride semiconductors are discretely arranged and an initial nucleus having a hexagonal pyramid shape on the convex portions of the substrate are formed. In the initial nuclear growth step to grow, at least Na and Ga are melted inside the pit to make a melt, and nitrogen is dissolved in the melt to fill the gaps in the hexagonal pyramidal surface of the initial nucleus inside the melt. An embedded layer forming step of forming an embedded layer having a flat surface, a semiconductor single crystal growing step of growing a group III nitride semiconductor single crystal from a flat surface inside a melt, and a group III nitride semiconductor single crystal from a substrate. It has a separation step of separating.

４−１．基板準備工程
図８および図９に示すサファイア基板Ｓ１を準備する。図８は、第１の実施形態のサファイア基板Ｓ１の側面図である。図９は、第１の実施形態のサファイア基板Ｓ１の平面図である。前述のように、サファイア基板Ｓ１は、凸部Ｓ１ａと底部Ｓ１ｂとを有する。このように、ＧａＮからなる凸部Ｓ１ａがサファイア基板Ｓ１の表面上にポイント状に配置されている。凸部Ｓ１ａはハニカム状に配置されている。凸部Ｓ１ａの径は、例えば、１００μｍ以上３００μｍ以下である。ここで、凸部Ｓ１ａの径とは、例えば、円柱形上の場合には円の直径であり、六角錘形状の場合には底面の六角形の対角の長さである。凸部Ｓ１ａのピッチＩ１は、例えば、１００μｍ以上８００μｍ以下である。 4-1. Substrate preparation step The sapphire substrate S1 shown in FIGS. 8 and 9 is prepared. FIG. 8 is a side view of the sapphire substrate S1 of the first embodiment. FIG. 9 is a plan view of the sapphire substrate S1 of the first embodiment. As described above, the sapphire substrate S1 has a convex portion S1a and a bottom portion S1b. In this way, the convex portions S1a made of GaN are arranged in a point shape on the surface of the sapphire substrate S1. The convex portion S1a is arranged in a honeycomb shape. The diameter of the convex portion S1a is, for example, 100 μm or more and 300 μm or less. Here, the diameter of the convex portion S1a is, for example, the diameter of a circle in the case of a cylindrical shape, and the diagonal length of the hexagon on the bottom surface in the case of a hexagonal weight shape. The pitch I1 of the convex portion S1a is, for example, 100 μm or more and 800 μm or less.

４−２．初期核成長工程
液相エピタキシー法の一種であるフラックス法を用いて、サファイア基板Ｓ１の上に半導体単結晶を成長させる。ここで用いる原材料の一例を表１に示す。また、炭素比を、０．１ｍｏｌ％以上２．０ｍｏｌ％以下の範囲内で変えてもよい。なお、表１の値は、あくまで例示であり、これ以外の値であってもよい。また、これ以外にドーピング元素を添加してもよい。 4-2. Initial nuclear growth step A semiconductor single crystal is grown on the sapphire substrate S1 by using the flux method, which is a kind of liquid phase epitaxy method. Table 1 shows an example of the raw materials used here. Further, the carbon ratio may be changed within the range of 0.1 mol% or more and 2.0 mol% or less. The values in Table 1 are merely examples, and may be other values. In addition to this, a doping element may be added.

ＧａとＮａとを坩堝ＣＢ２の内部に入れる。バッファ層を形成済みのサファイア基板Ｓ１を治具１００にセットするとともに坩堝ＣＢ２の内部に配置する。坩堝ＣＢ２の内部の温度を上昇させるとともに坩堝ＣＢ２の窒素の圧力を上昇させてＧａとＮａとを溶融させる。これにより窒素を溶解させた融液ＭＬ１が生成される。そして、坩堝ＣＢ２の温度および窒素の圧力が所望の値になったところで、サファイア基板Ｓ１を治具１００により下降させて融液ＭＬ１の内部に入れる。 Put Ga and Na inside the crucible CB2. The sapphire substrate S1 on which the buffer layer has been formed is set on the jig 100 and arranged inside the crucible CB2. The temperature inside the crucible CB2 is raised and the nitrogen pressure of the crucible CB2 is raised to melt Ga and Na. As a result, a melt ML1 in which nitrogen is dissolved is produced. Then, when the temperature of the crucible CB2 and the pressure of nitrogen reach desired values, the sapphire substrate S1 is lowered by the jig 100 and put into the inside of the melt ML1.

表１は、原材料を示している。 Table 1 shows the raw materials.

［表１］
原材料 原材料の量
Ｇａ／Ｎａ比 １０〜４０ｍｏｌ％
Ｃ ０．１ｍｏｌ％〜２．０ｍｏｌ％（Ｎａに対して） [Table 1]
Raw material Amount of raw material Ga / Na ratio 10-40 mol%
C 0.1 mol% to 2.0 mol% (relative to Na)

表２は、育成条件を示している。 Table 2 shows the growing conditions.

［表２］
温度 ７００℃〜９００℃程度
窒素の圧力 ２ＭＰａ〜１０ＭＰａ [Table 2]
Temperature 700 ° C to 900 ° C Nitrogen pressure 2MPa to 10MPa

まず、サファイア基板Ｓ１の凸部Ｓ１ａの上から第１層１１を３次元成長させる。このように、坩堝ＣＢ２の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させるとともに窒素を溶解させた融液ＭＬ１とする。そして融液ＭＬ１の内部で初期核を成長させる。初期核成長工程の時間は、例えば、１０時間以上４０時間以下である。 First, the first layer 11 is three-dimensionally grown from above the convex portion S1a of the sapphire substrate S1. In this way, at least Na and Ga are melted inside the crucible CB2, and nitrogen is dissolved in the melt ML1. Then, the initial nucleus is grown inside the melt ML1. The time of the initial nuclear growth step is, for example, 10 hours or more and 40 hours or less.

図１０は、初期核を成長させたサファイア基板Ｓ１を示す図である。サファイア基板Ｓ１の上には六角錐面を有する第１層１１が形成されている。 FIG. 10 is a diagram showing a sapphire substrate S1 in which an initial nucleus is grown. A first layer 11 having a hexagonal pyramid surface is formed on the sapphire substrate S1.

４−３．埋め込み層形成工程
次に、第１層１１の上に埋め込み層１２を形成する。その際に、図１１に示すように、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１の内部に入れた第１状態と、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１の外部に出した第２状態と、を繰り返す。 4-3. Embedded layer forming step Next, the embedded layer 12 is formed on the first layer 11. At that time, as shown in FIG. 11, the first state in which the sapphire substrate S1 is put inside the melt ML1 and the second state in which the sapphire substrate S1 is put out of the melt ML1 are repeated.

第１状態は、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１に浸漬する浸漬工程である。第２状態は、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１から引き上げた状態で初期核の上に残留する融液から結晶成長させる結晶化工程である。図１１に示すように、結晶化工程におけるサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度は、浸漬工程におけるサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きい。 The first state is a dipping step of immersing the sapphire substrate S1 in the melt ML1. The second state is a crystallization step in which the sapphire substrate S1 is pulled up from the melt ML1 and crystals are grown from the melt remaining on the initial nucleus. As shown in FIG. 11, the angle formed by the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane in the crystallization step is larger than the angle formed by the plate surface and the horizontal plane of the sapphire substrate S1 in the dipping step.

サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１の内部に入れてから引き上げる。この引き上げの際に、サファイア基板Ｓ１が水平面、すなわち融液ＭＬ１の液面に対して傾斜している。このため、３次元成長させた第１層１１の表面に微量の融液が基板面内に均一に残留することとなる。そして、融液ＭＬ１の外部の第２状態でサファイア基板Ｓ１上の融液ＭＬ１から結晶成長させる。このように、埋め込み層１２は、融液ＭＬ１の外部で結晶化される。なお、融液ＭＬ１の液面に対してサファイア基板Ｓ１の板面を傾斜させない場合には、液だまりができて融液ＭＬ１が基板面内に不均一になる。 The sapphire substrate S1 is put inside the melt ML1 and then pulled up. At the time of this pulling, the sapphire substrate S1 is inclined with respect to the horizontal plane, that is, the liquid level of the melt ML1. Therefore, a small amount of melt remains uniformly on the surface of the substrate on the surface of the first layer 11 that has been three-dimensionally grown. Then, crystals are grown from the melt ML1 on the sapphire substrate S1 in the second state outside the melt ML1. In this way, the embedded layer 12 is crystallized outside the melt ML1. If the plate surface of the sapphire substrate S1 is not tilted with respect to the liquid surface of the melt ML1, a liquid pool is formed and the melt ML1 becomes non-uniform in the substrate surface.

このような融液ＭＬ１に浸漬する浸漬工程と、融液ＭＬ１の外部で結晶化させる結晶化工程とを、例えば３０回以上２００回以下の範囲で繰り返すことにより、図１２に示すような埋め込み層１２が形成される。ここで、埋め込み層１２の上面１２ａはｃ面である。埋め込み層形成工程の時間は、例えば、２０時間以上１００時間以下である。融液ＭＬ１中では、サファイア基板Ｓ１はほぼ水平である。このため、気液界面と成長面との間の距離が、基板面内でほぼ一定である。このため、半導体の均一な成長をさせることができる。 The embedded layer as shown in FIG. 12 is obtained by repeating such a dipping step of immersing in the melt ML1 and a crystallization step of crystallization outside the melt ML1 within a range of, for example, 30 times or more and 200 times or less. 12 is formed. Here, the upper surface 12a of the embedded layer 12 is the c-plane. The time of the embedded layer forming step is, for example, 20 hours or more and 100 hours or less. In the melt ML1, the sapphire substrate S1 is substantially horizontal. Therefore, the distance between the gas-liquid interface and the growth surface is substantially constant in the substrate surface. Therefore, uniform growth of the semiconductor can be achieved.

４−４．半導体単結晶成長工程
次に、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１の内部に配置する。治具１００の第１脚部１１０と第２脚部１２０と第３脚部１３０とは坩堝ＣＢ２の底部に接触している。そのため、サファイア基板Ｓ１の板面は、ほぼ水平である。結晶化工程におけるサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度は、半導体単結晶成長工程におけるサファイア基板Ｓ１の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きい。この状態で、埋め込み層１２の上面１２ａから半導体単結晶を成長させる。これにより、図１に示すような結晶ＣＲが製造される。半導体単結晶成長工程の時間は、例えば、３０時間以上１００時間以下である。単結晶ＣＲ１の膜厚によって、自由に成長時間を変えてもよい。 4-4. Semiconductor single crystal growth step Next, the sapphire substrate S1 is placed inside the melt ML1. The first leg 110, the second leg 120, and the third leg 130 of the jig 100 are in contact with the bottom of the crucible CB2. Therefore, the plate surface of the sapphire substrate S1 is substantially horizontal. The angle formed by the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane in the crystallization step is larger than the angle formed by the plate surface of the sapphire substrate S1 and the horizontal plane in the semiconductor single crystal growth step. In this state, a semiconductor single crystal is grown from the upper surface 12a of the embedded layer 12. As a result, the crystal CR as shown in FIG. 1 is produced. The time of the semiconductor single crystal growth step is, for example, 30 hours or more and 100 hours or less. The growth time may be freely changed depending on the film thickness of the single crystal CR1.

４−５．分離工程
その後、結晶ＣＲを常温まで冷却する。この際に単結晶ＣＲ１がサファイア基板Ｓ１から自然に剥離する。単結晶ＣＲ１の結晶性が均一であるため、結晶ＣＲに割れが発生するおそれはほとんどない。その後、第１層１１および埋め込み層１２を研磨等により除去するとよい。 4-5. Separation step After that, the crystal CR is cooled to room temperature. At this time, the single crystal CR1 naturally peels off from the sapphire substrate S1. Since the crystallinity of the single crystal CR1 is uniform, there is almost no possibility that the crystal CR will be cracked. After that, the first layer 11 and the embedded layer 12 may be removed by polishing or the like.

５．治具のもたらす効果
５−１．融液中
第１の実施形態では、治具１００は、融液ＭＬ１の内部でサファイア基板Ｓ１をほぼ水平に保持する。融液ＭＬ１に溶解する窒素の濃度は、融液ＭＬ１の表面で高く融液ＭＬ１の底に向かうにつれて減少する。サファイア基板Ｓ１は、融液ＭＬ１の内部でほぼ水平に保たれているときには、サファイア基板Ｓ１の板面にわたって、窒素の濃度がほぼ一定であると考えられる。サファイア基板Ｓ１の板面にわたって均一な半導体単結晶を成長させることができる。したがって、特に大口径基板の上に半導体単結晶を成長させる場合に有効である。このサファイア基板Ｓ１をほぼ水平に保持することは、初期核成長工程および単結晶成長工程のいずれにおいても有効である。 5. Effects of jigs 5-1. In the melt In the first embodiment, the jig 100 holds the sapphire substrate S1 substantially horizontally inside the melt ML1. The concentration of nitrogen dissolved in the melt ML1 is high on the surface of the melt ML1 and decreases toward the bottom of the melt ML1. When the sapphire substrate S1 is kept substantially horizontal inside the melt ML1, it is considered that the concentration of nitrogen is substantially constant over the plate surface of the sapphire substrate S1. A uniform semiconductor single crystal can be grown over the plate surface of the sapphire substrate S1. Therefore, it is particularly effective when growing a semiconductor single crystal on a large-diameter substrate. Holding the sapphire substrate S1 substantially horizontally is effective in both the initial nuclear growth step and the single crystal growth step.

５−２．引き上げ
また、治具１００は、融液ＭＬ１からサファイア基板Ｓ１を引き上げる際に、サファイア基板Ｓ１を水平面に対してわずかに傾斜させる。そのため、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１から引き上げる際に、サファイア基板Ｓ１の六角錐形状の初期核の隙間に過剰な量の融液が残留するおそれはほとんどない。 5-2. The jig 100 tilts the sapphire substrate S1 slightly with respect to the horizontal plane when the sapphire substrate S1 is pulled up from the melt ML1. Therefore, when the sapphire substrate S1 is pulled up from the melt ML1, there is almost no possibility that an excessive amount of the melt remains in the gap between the hexagonal pyramid-shaped initial cores of the sapphire substrate S1.

５−３．埋め込み層
融液ＭＬ１の上方で埋め込み層１２を成長させる際に、サファイア基板Ｓ１の初期核の上に微少量の融液が残留している状態で、その融液から結晶成長させることができる。そのため、初期核の上の微少量の融液から結晶成長させる際に、結晶性に優れた埋め込み層１２を成長させることができる。また、埋め込み層１２の表面は非常に平坦である。 5-3. Embedded layer When the embedded layer 12 is grown above the melt ML1, crystals can be grown from the melt in a state where a very small amount of melt remains on the initial nucleus of the sapphire substrate S1. Therefore, when crystal growth is performed from a very small amount of melt on the initial nucleus, the embedded layer 12 having excellent crystallinity can be grown. Moreover, the surface of the embedded layer 12 is very flat.

６．転位
サファイア基板Ｓ１の凸部Ｓ１ａのＧａＮの転位は、第１層１１におけるｃ面以外の結晶成長面での成長時に曲げられる。そして、その後の埋め込み層形成工程および単結晶成長工程において転位は互いに合流して減少する。このため、埋め込み層１２の表面においては、転位の数は非常に少ない。単結晶ＣＲ１の上部では、転位はさらに減少している。転位密度は、例えば、１０4 ｃｍ-2以上１０5 ｃｍ-2以下の程度である。 6. Dislocations The GaN dislocations of the convex portion S1a of the sapphire substrate S1 are bent during growth on a crystal growth plane other than the c-plane in the first layer 11. Then, in the subsequent embedded layer forming step and single crystal growth step, the dislocations merge with each other and decrease. Therefore, the number of dislocations on the surface of the embedded layer 12 is very small. At the top of the single crystal CR1, the dislocations are further reduced. Dislocation density, for example, of the order of 10 4 cm -2 or more 10 5 cm -2 or less.

７．変形例
７−１．サファイア基板
サファイア基板Ｓ１は、例えば、円柱形状の凸部Ｓ１ａをハニカム状に配置したものである。凸部Ｓ１ａは、その他の形状であってもよい。凸部Ｓ１ａの形状として例えば、多角柱形状、円錐台形状、が挙げられる。凸部Ｓ１ａと隣接する凸部Ｓ１ａとは、ａ軸方向で会合するように、凸部Ｓ１ａを配置することが好ましい。 7. Modification 7-1. Sapphire substrate The sapphire substrate S1 is, for example, a cylindrical convex portion S1a arranged in a honeycomb shape. The convex portion S1a may have other shapes. Examples of the shape of the convex portion S1a include a polygonal prism shape and a truncated cone shape. It is preferable to arrange the convex portion S1a so that the convex portion S1a and the convex portion S1a adjacent to the convex portion S1a meet in the a-axis direction.

７−２．初期核成長工程
初期核成長工程については、フラックス法の代わりに、ＭＯＣＶＤ法等の気相成長法により成長させてよい場合がある。 7-2. Initial nuclear growth step The initial nuclear growth step may be grown by a vapor phase growth method such as the MOCVD method instead of the flux method.

７−３．待機工程
初期核成長工程は待機工程を有してもよい。待機工程は、融液ＭＬ１の温度および窒素の圧力が所定の値に達した後に、サファイア基板Ｓ１を融液ＭＬ１に浸漬する前に実施される。この際の待機時間は、例えば、１時間以上３０時間以下である。 7-3. Stand-by step The initial nuclear growth step may have a stand-by step. The standby step is performed after the temperature of the melt ML1 and the pressure of nitrogen reach predetermined values and before the sapphire substrate S1 is immersed in the melt ML1. The waiting time at this time is, for example, 1 hour or more and 30 hours or less.

７−４．治具の材質
治具１００の各部材の材質は、アルミナ以外のセラミックスであってもよい。治具１００の各部材の材質は、Ｎａフラックス法への影響が小さいことが好ましい。また、他の材質の上にアルミナをコーティングしてもよい。 7-4. Jig Material The material of each member of the jig 100 may be ceramics other than alumina. It is preferable that the material of each member of the jig 100 has a small influence on the Na flux method. Further, alumina may be coated on other materials.

７−５．複数枚の基板
第１の実施形態では、治具１００は１枚のサファイア基板Ｓ１を保持する。しかし、治具は２枚以上のサファイア基板Ｓ１を保持してもよい。脚部が複数の凹部を有すればよい。 7-5. Multiple Substrate In the first embodiment, the jig 100 holds one sapphire substrate S1. However, the jig may hold two or more sapphire substrates S1. The legs may have a plurality of recesses.

７−６．基板の材質
サファイア基板Ｓ１の代わりに、ＧａＮを成長可能であり、Ｎａに耐性のある基板を用いてもよい。 7-6. Substrate Material Instead of the sapphire substrate S1, a substrate capable of growing GaN and resistant to Na may be used.

７−７．回転軸
治具１００の回転軸１５０は、軸方向に往復運動することが可能であってもよい。 7-7. Rotation axis The rotation axis 150 of the jig 100 may be capable of reciprocating in the axial direction.

７−８．組み合わせ
上記の変形例を自由に組み合わせてもよい。 7-8. Combination You may freely combine the above modified examples.

（付記）
第１の態様におけるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法は、III 族窒化物半導体からなる凸部を離散的に配置した基板を準備する基板準備工程と、基板の凸部の上に六角錐面を有する初期核を成長させる初期核成長工程と、坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を融液に溶解させて融液の内部で初期核の六角錐面の隙間を埋めて平坦面を有する埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、融液の内部で平坦面からIII 族窒化物半導体単結晶を成長させる半導体単結晶成長工程と、を有する。埋め込み層形成工程では、基板を融液に浸漬する浸漬工程と、基板を融液から引き上げた状態で初期核の上に残留する融液から結晶成長させる結晶化工程と、を繰り返す。結晶化工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度は、浸漬工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きい。 (Additional note)
The method for producing a group III nitride semiconductor single crystal in the first aspect includes a substrate preparation step of preparing a substrate in which convex portions made of group III nitride semiconductors are discretely arranged, and a hexagonal cone on the convex portions of the substrate. The hexagonal cone of the initial nucleus inside the melt is made by melting at least Na and Ga inside the pit to make a melt and dissolving nitrogen in the melt. It includes an embedded layer forming step of filling the gaps between the surfaces to form an embedded layer having a flat surface, and a semiconductor single crystal growth step of growing a group III nitride semiconductor single crystal from the flat surface inside the melt. In the embedded layer forming step, a dipping step of immersing the substrate in the melt and a crystallization step of growing crystals from the melt remaining on the initial nucleus while the substrate is pulled up from the melt are repeated. The angle formed by the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the crystallization step is larger than the angle formed by the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the dipping step.

第２の態様におけるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法においては、結晶化工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度は、半導体単結晶成長工程における基板の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きい。 In the method for producing a group III nitride semiconductor single crystal in the second aspect, the angle between the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the crystallization step is the angle between the plate surface and the horizontal plane of the substrate in the semiconductor single crystal growth step. It is larger than the angle of the angle of formation.

第３の態様におけるIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法においては、初期核成長工程では、坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を融液に溶解させて融液の内部で初期核を成長させる。 In the method for producing a group III nitride semiconductor single crystal in the third aspect, in the initial nuclear growth step, at least Na and Ga are melted inside the crucible to form a melt, and nitrogen is dissolved in the melt. The early nuclei grow inside the melt.

第４の態様における治具は、坩堝の内部でIII 族窒化物半導体単結晶を成長させるための基板を支持する治具である。治具は、第１脚部と第２脚部と第３脚部と、第１脚部と第２脚部と第３脚部とを互いに連結するとともに貫通孔を有する連結部と、貫通孔を貫通するとともにねじ山を有する回転軸と、回転軸のねじ山に嵌めあわされたナットと、を有する。第１脚部と第２脚部と第３脚部とはそれぞれ、基板を支持するための凹部を有する。第１脚部は第２脚部および第３脚部よりも長い。連結部は、ナットに固定されない状態でナットに支持されている。 The jig in the fourth aspect is a jig that supports a substrate for growing a group III nitride semiconductor single crystal inside a crucible. The jig includes a connecting portion that connects the first leg portion, the second leg portion, the third leg portion, the first leg portion, the second leg portion, and the third leg portion to each other and has a through hole, and a through hole. It has a rotating shaft that penetrates and has a thread, and a nut that is fitted into the thread of the rotating shaft. The first leg portion, the second leg portion, and the third leg portion each have a recess for supporting the substrate. The first leg is longer than the second and third legs. The connecting portion is supported by the nut without being fixed to the nut.

ＣＲ…結晶
ＣＲ１…単結晶
Ｓ１…サファイア基板
Ｓ１ａ…凸部
Ｓ１ｂ…底部
１１…第１層
１２…埋め込み層
ＣＢ２…坩堝
１００…治具
１１０…第１脚部
１２０…第２脚部
１３０…第３脚部
１４０…連結部 CR ... Crystal CR1 ... Single crystal S1 ... Sapphire substrate S1a ... Convex part S1b ... Bottom 11 ... First layer 12 ... Embedded layer CB2 ... Crucible 100 ... Jig 110 ... First leg 120 ... Second leg 130 ... Third Leg 140 ... Connecting part

Claims (4)

III 族窒化物半導体からなる凸部を離散的に配置した基板を準備する基板準備工程と、
前記基板の前記凸部の上に六角錐面を有する初期核を成長させる初期核成長工程と、
坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を前記融液に溶解させて前記融液の内部で前記初期核の前記六角錐面の隙間を埋めて平坦面を有する埋め込み層を形成する埋め込み層形成工程と、
前記融液の内部で前記平坦面からIII 族窒化物半導体単結晶を成長させる半導体単結晶成長工程と、
を有し、
前記埋め込み層形成工程では、
前記基板を前記融液に浸漬する浸漬工程と、
前記基板を前記融液から引き上げた状態で前記初期核の上に残留する融液から結晶成長させる結晶化工程と、を繰り返し、
前記結晶化工程における前記基板の板面と水平面とがなす角の角度は、
前記浸漬工程における前記基板の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きいこと
を含むIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法。 A substrate preparation process for preparing a substrate in which convex portions made of group III nitride semiconductors are arranged discretely,
An initial nucleus growth step of growing an initial nucleus having a hexagonal pyramid surface on the convex portion of the substrate, and
At least Na and Ga are melted inside the crucible to form a melt, and nitrogen is dissolved in the melt to fill the gaps in the hexagonal pyramid surface of the initial nucleus inside the melt to have a flat surface. The embedded layer forming step of forming the embedded layer and
A semiconductor single crystal growth step of growing a group III nitride semiconductor single crystal from the flat surface inside the melt,
Have,
In the embedded layer forming step,
A dipping step of immersing the substrate in the melt and
The crystallization step of growing crystals from the melt remaining on the initial nucleus while the substrate was pulled up from the melt was repeated.
The angle between the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the crystallization step is
A method for producing a group III nitride semiconductor single crystal, which comprises an angle larger than the angle formed by the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the dipping step. 請求項１に記載のIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法において、
前記結晶化工程における前記基板の板面と水平面とがなす角の角度は、
前記半導体単結晶成長工程における前記基板の板面と水平面とがなす角の角度よりも大きいこと
を含むIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法。 In the method for producing a group III nitride semiconductor single crystal according to claim 1.
The angle between the plate surface of the substrate and the horizontal plane in the crystallization step is
A method for producing a group III nitride semiconductor single crystal, which comprises an angle larger than the angle formed by the plate surface and the horizontal plane of the substrate in the semiconductor single crystal growth step. 請求項１または請求項２に記載のIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法において、
前記初期核成長工程では、
前記坩堝の内部で少なくともＮａとＧａとを溶融させて融液とするとともに窒素を前記融液に溶解させて前記融液の内部で前記初期核を成長させること
を含むIII 族窒化物半導体単結晶の製造方法。 In the method for producing a group III nitride semiconductor single crystal according to claim 1 or 2.
In the initial nuclear growth step,
A group III nitride semiconductor single crystal comprising melting at least Na and Ga inside the crucible to form a melt and dissolving nitrogen in the melt to grow the initial nuclei inside the melt. Manufacturing method. 坩堝の内部でIII 族窒化物半導体単結晶を成長させるための基板を支持する治具であって、
第１脚部と第２脚部と第３脚部と、
前記第１脚部と前記第２脚部と前記第３脚部とを互いに連結するとともに貫通孔を有する連結部と、
前記貫通孔を貫通するとともにねじ山を有する回転軸と、
前記回転軸の前記ねじ山に嵌めあわされたナットと、
を有し、
前記第１脚部と前記第２脚部と前記第３脚部とはそれぞれ、前記基板を支持するための凹部を有し、
前記第１脚部は前記第２脚部および前記第３脚部よりも長く、
前記連結部は、前記ナットに固定されない状態で前記ナットに支持されていること
を含む治具。 A jig that supports a substrate for growing a group III nitride semiconductor single crystal inside a crucible.
The first leg, the second leg, the third leg,
A connecting portion that connects the first leg portion, the second leg portion, and the third leg portion to each other and has a through hole,
A rotating shaft that penetrates the through hole and has a thread,
A nut fitted to the thread of the rotating shaft and
Have,
The first leg portion, the second leg portion, and the third leg portion each have recesses for supporting the substrate.
The first leg is longer than the second leg and the third leg.
A jig including that the connecting portion is supported by the nut without being fixed to the nut.
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