JP5144192B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶の成長方法 - Google Patents

Description

本発明は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板として好ましく用いられる転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法に関する。

Ａｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１、以下同じ）などのＩＩＩ族窒化物結晶は、発光素子、電子素子、半導体センサなどの各種半導体デバイスの基板を形成するための材料として非常に有用なものである。ここで、各種半導体デバイスの特性を向上させるために、転位密度が低く結晶性のよいＩＩＩ族窒化物結晶が必要とされている。

かかるＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法として、超高温超高圧溶液法、フラックス法などの液相法、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法が提案されている。

たとえば、特開２００４−２４４３０７号公報（以下、特許文献１という）は、基板と、その基板上に形成された半導体層と、その半導体層の上方に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶とを備えるＩＩＩ族窒化物基板であって、上記半導体層が、組成式Ａｌ_uＧａ_vＩｎ_1-u-vＮ(０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１)で表される半導体からなり、その半導体層の表面が（０００１）面のステップが階段状に配置された一方向に傾斜した面であり、その傾斜した面と上記（０００１）面とのなす角が、０．０５°以上であり、さらに、上記半導体層上に形成されたＩＩＩ族窒化物結晶のキャリア濃度の面内ばらつきが、キャリア濃度の平均値の１／５以上５倍以下であるＩＩＩ族窒化物基板を開示する。

ここで、上記特許文献１は、かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板の製造方法として、基板上に、組成式Ａｌ_uＧａ_vＩｎ_1-u-vＮ(０≦ｕ≦１、０≦ｖ≦１)で表される半導体であって、その表面に（０００１）面が存在する半導体層を形成する工程と、その半導体層の（０００１）面に対して傾斜した面となるように半導体層の表面を処理する工程と、窒素を含む雰囲気下において、Ｇａ（ガリウム）、Ａｌ（アルミニウム）およびＩｎ（インジウム）から選ばれる少なくとも１つのＩＩＩ族元素と溶剤とを含む融液に、その半導体層の表面を接触させることによって、少なくとも１つのＩＩＩ族元素と窒素とを反応させて上記半導体層上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程とを含む。

上記特許文献１の方法においては、半導体層の表面が、（０００１）面が露出した階段状に加工されている。そのため、結晶育成時の異常成長を防止できる。また通常の種結晶基板を用いた場合と比較して、表面平坦性が高い結晶を得ることができる。特に、液相成長において、傾斜した基板を用いることにより、傾斜した基板を用いない場合に比べて、成長速度の向上と結晶中に取り込まれる不純物濃度の均一性が向上することが可能となる。

ここで、主面が（０００１）面であるＩＩＩ族窒化物基板上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させた場合、ＩＩＩ族窒化物基板の転位がＩＩＩ族窒化物結晶の成長方向である［０００１］方向に伝搬しＩＩＩ族窒化物結晶の成長表面に到達する。ＩＩＩ族窒化物結晶を厚く成長させると、バーガーズベクトルの符号が反対で大きさが同じ転位同士が引力により合体して消滅することにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の転位密度が低減する。

しかし、結晶の転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満になると、転位間の間隔が大きくなるため上記のような転位の合体が生じる可能性が極めて低くなる。すなわち、転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満のＩＩＩ族窒化物結晶基板にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる場合、下地基板であるＩＩＩ族窒化物結晶基板に比べて転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることは困難であった。

また、従来のＩＩＩ族窒化物結晶は、通常、下地基板であるＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面である（０００１）面上にエピタキシャル成長させて得られるものであることから、その結晶成長面も（０００１）面となり、（０００１）面がその結晶の主面となる。かかる（０００１）面は、その面の垂直方向に極性を有する極性面である。このため、ＩＩＩ族窒化物結晶の主面である（０００１）面上に少なくとも１層の半導体結晶層を形成して得られる半導体デバイスは、分解電界が発生して電子と正孔が空間的に分離するため、発光効率などのデバイス特性が低下する問題点があった。このため、その面の垂直方向に極性がない非極性面を主面とする結晶が望まれていた。
特開２００４−２４４３０７号公報

本発明は、非極性面を主面とする転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供することを目的とする。

本発明は、下地基板を準備する工程を備え、下地基板は、一主面を有するＩＩＩ族窒化物種結晶を含み、その主面がＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有し、かつその主面における転位密度が１×１０ ⁷ ｃｍ ^-2 未満であって、下地基板の主面にＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、下地基板の主面上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程をさらに備え、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の成長後の結晶成長面における転位密度が下地基板の上記主面における転位密度の１／１０以下であるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、第１のＩＩＩ族窒化物結晶のエピタキシャル成長の際に、第１のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出され得る。

また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、上記の成長方法により得られた第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程をさらに備え、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面はＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有し、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面にＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えることができる。

ここで、第２のＩＩＩ族窒化物結晶のエピタキシャル成長の際に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出され得る。また、下地基板の主面の傾き方向と第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面の傾き方向とのなす角を、８０°以上１００°以下とすることができる。また、下地基板の主面における転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満であって、第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長後の結晶成長面における転位密度を下地基板の主面における転位密度の１／１００以下とすることができる。

また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、アルカリ金属を、ＮａおよびＬｉの少なくともいずれかの金属とすることができる。

また、本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、上記のいずれかの成長方法により得られた第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程と、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第３のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程とさらに含むことができる。また、上記のいずれかの成長方法により得られた第２のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程と、第２のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第４のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程とをさらに含むことができる。

本発明によれば、非極性面を主面とする転位密度が低いＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法を提供することができる。

（実施形態１）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一実施形態は、図１を参照して、下地基板１０を準備する工程（図１（ａ））を備える。ここで、下地基板１０は一主面１０ｍを有するＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａを含みかつ主面１０ｍがＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有する。また、下地基板１０の主面１０ｍにＩＩＩ族金属元素とアルカリ金属元素を含む溶媒３に窒素含有ガス５を溶解させた溶液を接触させて（図１（ｂ））、下地基板１０の主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０をエピタキシャル成長させる工程（図１（ｃ））をさらに備える。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法によれば、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０のエピタキシャル成長の際に、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に存在する転位の少なくとも一部が、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対して実質的に平行な方向に伝搬して、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の外周部に排出される。これにより、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位密度を低減することができる。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、図１（ａ）を参照して、下地基板１０を準備する工程（下地基板準備工程）を備える。準備される下地基板１０は、一主面１０ｍを有するＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａを含みかつ主面１０ｍがＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有する。下地基板１０は、一主面１０ｍを有するＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａを含むため、その主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶１０をエピタキシャル成長させることが可能となる。したがって、下地基板１０のＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対して傾き角θ１が０．１°以上１０°以下、すなわち、｛１−１００｝面１０ｃに近い面方位を有する主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０がエピタキシャル成長する。

上記エピタキシャル成長において、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０は、下地基板１０のＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａの面方位を受け継ぐため、ＩＩＩ族窒化物種結晶１０の｛１−１００｝面１０ｃおよび第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の｛１−１００｝面２０ｃは、いずれもＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃ、２０ｃとして、互いに平行な面である。したがって、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の結晶成長面２０ｓは｛１−１００｝面である。これにより、非極性面たる｛１−１００｝面である結晶成長面２０ｍを有する第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。

ここで、下地基板１０は、主面１０ｍを有するＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａを含むものであれば特に制限はなく、下地基板１０全体がＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａであってもよく、下地基板１０がＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａとそれ以外のものを含むもの、たとえばＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａがＩＩＩ族窒化物以外の異種基板上に形成されているテンプレート基板であってもよい。

また、エピタキシャル成長させる第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０は、特に制限はないが、基板１０のＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａとの間の格子整合性を高めるため、ＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａと同じ化学組成を有することが好ましい。

ここで、上記のような下地基板１０の製造方法は、特に制限はなく、たとえば以下の方法が可能である。すなわち、従来の通常の気相法または液相法で、主面を（０００１）面とするＩＩＩ族窒化物バルク結晶を厚く成長させる。得られたＩＩＩ族窒化物バルク結晶を、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して０．５°以上１０°以下の傾き角を有する面に平行な面でスライスして、スライス面を研磨および／または研削することにより鏡面化することにより得られる。スライス方法には、特に制限はなく、ワイヤソー、内周刃、外周刃、レーザ光などが用いられる。

また、下地基板１０の主面１０ｍがＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対して０．１°以上１０°以下の傾き角θ１を有しているため、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の際、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に存在する転位の少なくとも一部が、｛１−１００｝面１０ｃに対して実質的に平行な方向に伝搬して、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出される。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、図１（ｂ）および（ｃ）を参照して、上記下地基板１０の主面１０ｍにＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３に窒素含有ガス５を溶解させた溶液を接触させて、下地基板１０の主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０をエピタキシャル成長させる工程（第１のＩＩＩ族窒化物結晶成長工程）をさらに備える。かかる第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０のエピタキシャル成長工程は、たとえば、以下のようにして行なわれる。

まず、図１（ｂ）を参照して、結晶成長容器１内に、下地基板１をその主面１ｍを上に向けて配置し、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３を入れる。この溶媒３は室温（約２５℃）中では固体であるが、後の加熱によって液化する。

ＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３には、特に制限はないが、純度の高いＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させる観点から、ＩＩＩ族金属およびアルカリ金属の純度の高いものが好ましい。かかる観点から、溶媒３は、純度が９９モル％以上のＩＩＩ族金属と純度が９９モル％以上のアルカリ金属の混合物が好ましく、９９．９９９モル％以上のＩＩＩ族金属と９９．９９９モル％以上のアルカリ金属の混合物がより好ましい。ここで、溶媒３が２種類以上のＩＩＩ族金属を含む場合は、各種ＩＩＩ族金属のそれぞれの純度が、９９モル％以上であることが好ましく、９９．９９９モル％以上であることがより好ましい。また、溶媒３が２種類以上のアルカリ金属を含む場合は、各種アルカリ金属のそれぞれの純度が、９９モル％以上であることが好ましく、９９．９９９モル％以上であることがより好ましい。

ＩＩＩ族金属およびアルカリ金属を含む溶媒３を用いると、ＩＩＩ族金属を含み不純物濃度（たとえば溶媒全体に対して１モル％未満の濃度）以上にはアルカリ金属を含まない溶媒を用いる場合に比べて、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度、成長圧力を低減させ、結晶成長速度を高めることができる。これは、溶媒３に含まれているアルカリ金属が、溶媒３への窒素含有物５の溶解を促進させるためと考えられる。ここで、アルカリ金属は、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長を促進させる観点から、ＮａおよびＬｉの少なくともいずれかの金属であることが好ましい。

溶媒３に含まれるＩＩＩ族金属原子Ｍ_IIIとアルカリ金属原子Ｍ_Aとのモル比は、特に制限はないが、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長温度、成長圧力を低減させ、結晶成長速度を高める観点から、Ｍ_III：Ｍ_A＝９０：１０〜１０：９０が好ましく、Ｍ_III：Ｍ_A＝５０：５０〜２０：８０がより好ましい。Ｍ_III：Ｍ_A＝９０：１０よりＩＩＩ族金属原子Ｍ_IIIのモル比が大きくても、Ｍ_III：Ｍ_A＝１０：９０よりアルカリ金属原子Ｍ_Aのモル比が大きくても、結晶成長速度が低下する。

また、結晶成長容器１に入れられるＩＩＩ族金属およびアルカリ金属を含む溶媒３の量は、特に制限はないが、液化した溶媒３（融液）の深さは、溶媒３の表面から下地基板１０の主面１０ｍまでが、１ｍｍ以上５０ｍｍ以下であることが好ましい。かかる深さが１ｍｍより小さいと溶媒３の表面張力のため下地基板１０の主面１０ｍを溶媒３（融液）が覆わない恐れがあり、５０ｍｍより大きいと溶媒３の液面からの窒素の供給が不足してしまうためである。

次に、下地基板１０と、ＩＩＩ族金属およびアルカリ金属を含む溶媒３とが配置された結晶成長容器１を加熱し、結晶成長容器１内の溶媒３内に窒素含有ガス５を供給して、結晶成長容器１内の温度（結晶成長温度）を７００℃〜９００℃結晶成長容器１内の窒素含有ガスの圧力（結晶成長圧力）を０．５ＭＰａ〜５ＭＰａとする。このとき、ＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３が液化して、液化した溶媒３中に窒素含有ガス５が溶解する。このようにして、ＩＩＩ族金属を含む溶媒３に窒素含有ガス５が溶解した溶液を下地基板１０の主面１０ｍに接触させることができ、主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０がエピタキシャル成長する。

かかる下地基板１０の主面１０ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶２０をエピタキシャル成長させると、下地基板１０から受け継がれ、または、結晶成長の際に発生し、ＩＩＩ族窒化物結晶２０に存在する転位の少なくとも一部が｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃに対して実質的に平行な方向に伝搬してＩＩＩ族窒化物結晶２０の外周部に排出されるため、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位密度を低減することができる。

このような低減方法は、バーガーズベクトルの符号が反対で大きさが同じ転位同士が引力により合体して消滅することによる転位密度の低減とは異なり、結晶の転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満となっても、転位密度をさらに低減することができる。結晶の表面における転位密度は、カソードルミネッセンス（ＣＬ）法により測定することができる。

ここで、結晶の｛ｈｋｉｌ｝面、＜ｈｋｉｌ＞方向は、結晶のＸ線回折により特定することができる。ここで、ｉ＝−（ｈ＋ｋ）であり、ｈ、ｋおよびｌは、いずれも整数であり、それぞれ同じであっても異なっていてもよい。また、結晶の転位の伝搬の様子（転位伝搬線２０ｄ）は、光散乱トモグラフ法により観察することができる。なお、｛ｈｋｉｌ｝面とは、（ｈｋｉｌ）面および（ｈｋｉｌ）面と幾何学的に等価な結晶面を含む総称である。＜ｈｋｉｌ＞方向とは、［ｈｋｉｌ］方向および［ｈｋｉｌ］方向と幾何学的に等価な方向を含む総称である。

本実施形態における第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位の低減のメカニズムを以下に説明する。図２（ａ）を参照して、本実施形態における下地基板１０の主面１０ｍは、ミクロ的には、複数の｛１−１００｝面である複数のテラス面１０ｍｃと、それらのテラス面１０ｍｃそれぞれに対してそれぞれがある角度を持つ複数のステップ面１０ｔとで、それぞれ構成される複数のステップ１０ｓを有する階段状の凹凸面である。

図２（ｂ）を参照して、上記のような主面１０ｍ上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０を成長させると、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０は、主面１０ｍのテラス面１０ｍｃからこのテラス面１０ｍｃに垂直な方向と、主面１０ｍのステップ面１０ｔからテラス面１０ｍｃに平行な方向に成長する。このため、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長中の結晶成長面２０ａ，２０ｂには、複数の｛１−１００｝面である複数のテラス面２０ａｃ，２０ｂｃと、それらのテラス面２０ａｃ，２０ｂｃのそれぞれに対してそれぞれがある角度を有する複数のステップ面２０ａｔ，２０ｂｔとで、それぞれ構成される複数のステップ２０ａｓ，２０ｂｓが形成される。

ここで、テラス面２０ａｃ，２０ｂｃに平行な方向の結晶成長は、テラス面２０ａｃ，２０ｂｃに垂直な方向の結晶成長に比べて優勢である。また、転位は結晶の成長方向に伝搬する。このため、下地基板１０の主面から受け継がれ、または、結晶成長の際に発生して、結晶に存在する転位を｛１−１００｝方向に実質的に平行に伝搬させて（図１（ｃ）および図２（ｂ）の転位伝搬線２０ｄを参照）、結晶の外周部に排出させることができるものと考えられる。ここで、転位伝搬線２０ｄとは、転位の伝搬の軌跡を示す線をいう。

ここで、結晶に存在する転位が伝搬する方向である｛１−１００｝面に実質的に平行な方向とは、フラックス法による第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長において、テラス面２０ａｃ，２０ｂｃに平行な方向の結晶成長速度はテラス面２０ａｃ，２０ｂｃに垂直な方向の結晶成長速度に比べて約２倍以上となることから、テラス面２０ａｃ，２０ｂｃに対する傾き角φ１（これは、転位伝搬線２０ｄと｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃとのなす転位伝搬角φ１でもある）が約２６°以下の方向を意味する。

図２（ｂ）を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長とともに、ステップ面２０ａｔ，２０ｂｔが転位とともに結晶の外周部へ移動（ステップ・フロー）して、ある結晶成長面２０ｅにおいてステップ面が消滅する。さらに、結晶が｛１−１００｝面２０ｃに垂直な方向に成長して結晶成長面２０ｓとして｛１−１００｝面を有する第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。このようにして、｛１−１００｝面という非極性面である結晶成長面２０ｓにおける転位密度が低減した第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０が得られる。

下地基板１０において、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃに対する主面１０ｍの傾き角θ１が、０．１°より小さいと下地基板１０の主面１０ｍに存在するステップ１０ｓの数が少なく転位を｛１−１００｝面と実質的に平行な方向に効率的に伝搬させることができなくなり、１０°より大きいと主面１０ｍに存在するステップ１０ｓの数が多くなり、結晶成長中にステップ２０ａｓ，２０ｂｓが合体してマクロステップ化する（図示せず）。マクロステップが生じると、マクロステップに溶媒３が巻き込まれて結晶中に液胞が生じやすくなる。かかる観点から、傾き角θ１は、０．１°以上１０°以下であることがより好ましい。

また、｛１−１００｝面１０ｃに対する主面１０ｍの傾きの方向１０ｈは、特に制限はないが、結晶対称性の観点から、＜０００１＞方向、＜１１−２０＞方向などであることが好ましく、＜０００１＞方向がより好ましい。ここで、＜０００１＞方向には、幾何学的に等価な［０００１］方向（（０００１）Ｇａ面の法線方向）と［０００−１］方向（（０００−１）Ｎ面の法線方向）が存在する。本実施形態においては、下地基板１０の主面１０ｍの傾き方向１０ｈが、［０００１］方向および［０００−１］方向のいずれの方向であっても、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の結晶成長面にステップの形成が可能である。下地基板１０の主面の傾き方向１０ｈは、ステップ・フローの速度が高い観点から、［０００１］方向であることがより好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法においては、上記の傾き角θ１に加えて、主面１０ｍにおける転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満の下地基板１０の主面１０ｍ上に成長させる第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長後の結晶成長面２０ｓにおける転位密度が下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度の１／１０以下とすることができる。

本実施形態においては、バーガーズベクトルの符号が反対で大きさが同じ転位同士が引力により合体して消滅することによる転位密度の低減とは異なり、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に存在する転位の少なくとも一部を｛１−１００｝面１０ｃ、２０ｃに実質的に平行な方向に伝搬させて結晶の外周部に排出させて転位密度の低減を図っているため、下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満であっても、成長させる第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位密度をさらに低減させ、成長後の結晶成長面２０ｓにおける転位密度を下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度の１／１０以下とすることができる。

（実施形態２）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の実施形態は、図３を参照して、実施形態１の成長方法により得られた第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に主面２０ｍを形成する工程（図３（ａ））をさらに備える。ここで、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍは、｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃに対して０．１°以上１０°以下の傾き角θ２を有する。また、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍにＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３に窒素含有ガス５を溶解させた溶液を接触させて（図３（ｂ））、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍ上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０をエピタキシャル成長させる工程（図３（ｃ））をさらに備える。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法によれば、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０のエピタキシャル成長の際に、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０に存在する転位の少なくとも一部が、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃ，３０ｃに対して実質的に平行な方向に伝搬して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶２０の外周部に排出される。これにより、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の転位密度を低減することができる。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、図３（ａ）を参照して、実施形態１の成長方法により得られた第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に主面２０ｍを形成する工程をさらに備える。かかる工程において、主面２０ｍの形成方法には、特に制限はなく、切断、切削、研磨など各種の方法が可能である。

第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍは、ＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃに対して０．１°以上１０°以下の傾き角θ２を有しているため、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長の際、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０に存在する転位の少なくとも一部が、｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃに対して実質的に平行な方向に伝搬して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の外周部に排出される。ここで、図３（ｂ）および（ｃ）を参照して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０転位の低減のメカニズムは、実施形態１における第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位の低減のメカニズムと同様である。したがって、図３（ｃ）において、転位伝搬線３０ｄと｛１−１００｝面２０ｃとのなす転位伝搬角φ２は、実施形態１における転位伝搬角φ１と同様に、約２６°以下となる。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、図３（ｂ）および（ｃ）を参照して、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍにＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒３に窒素含有ガス５を溶解させた溶液を接触させて、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍ上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０をエピタキシャル成長させる工程（第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長工程）をさらに備える。かかる第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０のエピタキシャル成長工程は、実施形態１の第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０のエピタキシャル成長工程と同様にして行なわれる。

ここで、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０は第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍ上にエピタキシャル成長し、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０は下地基板１０の主面上にエピタキシャル成長したものであるため、ＩＩＩ族窒化物種結晶の面方位が、第１のＩＩＩ族窒化物結晶および第２のＩＩＩ族窒化物結晶においても保持されている。したがって、ＩＩＩ族窒化物種結晶１０ａ、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０および第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃ，３０ｃは、いずれもがＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面１０ｃ，２０ｃ，３０ｃとして互いに平行である。

したがって、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、｛１−１００｝面という非極性面である結晶成長面３０ｓにおける転位密度が低減した第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０が得られる。

また、本実施形態における第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の成長の際の転位の低減のメカニズムは、実施形態１における第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の成長の際の転位の低減のメカニズムと同様である。したがって、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の結晶成長後の成長面３０ｓにおける転位密度は第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍにおける転位密度の１／１０以下とすることができる。また、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍにおける転位密度は、下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度（１×１０⁷ｃｍ^-2未満）の１／１０以下とすることができる。したがって、本実施形態において、下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満であっても、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の結晶成長後の成長面３０ｓにおける転位密度を下地基板１０の主面１０ｍにおける転位密度の１／１００以下とすることができる。

また、本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法において、図１（ｃ）、図３（ｃ）および図４を参照して、下地基板１０の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍの傾き方向２０ｈとのなす角度χが、８０°以上１００°以下であることが好ましい。なお、図４（ａ）のＩＣ方向の概略断面図が図１（ｃ）に相当し、図４（ｂ）のＩＩＩＣ方向の概略断面図が図３（ｃ）に相当する。

ここで、図４（ａ）を参照して、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の転位伝搬線２０ｄを｛１−１００｝面１０ｃに投影した方向は、下地基板１０の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと同じである。また、図４（ｂ）を参照して、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の転位伝搬線３０ｄを｛１−１００｝面１０ｃに投影した方向は、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面の傾き方向２０ｈと同じである。

したがって、下地基板１０の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍの傾き方向２０ｈを異ならせることにより、第１のＩＩＩ族窒化物結晶における転位伝搬方向と第２のＩＩＩ族窒化物結晶における転位伝搬方向を異ならせることができ、第１のＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際に結晶の外周部に排出できなかった転位を第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長の際に結晶の外周部に排出することができ、ＩＩＩ族窒化物結晶の転位密度をより低減することができる。

ここで、図４（ｂ）を参照して、下地基板１０の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍの傾き方向２０ｈとのなす角度χ、すなわち第１のＩＩＩ族窒化物結晶における転位伝搬線を｛１−１００｝面に投影した方向と第２のＩＩＩ族窒化物結晶における｛１−１００｝面に投影した方向とのなす角度χを８０°以上１００°以下としたが、この角度範囲であれば実質的に＜０００１＞方向と＜１１−２０＞方向（順不問）へ転位を伝播させることができるためである。なお、より効率よく転位を結晶側面より外部に吐き出させるためには、＜０００１＞方向と＜１１−２０＞方向の方位差９０度に対して、８５°以上９５°以下であることが望ましい。

また、エピタキシャル成長させる第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０は、特に制限はないが、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０との間の格子整合性を高めるため、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０と同じ化学組成を有することが好ましい。

（実施形態３）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態は、図５を参照して、実施形態１の成長方法により得られた第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に主面２０ｍを形成する工程（図５（ａ））と、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍ上に第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０をエピタキシャル成長させる工程（図５（ｂ）とを含む。転位密度が低減した第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０の主面２０ｍ上に、第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０を成長させることにより、成長後の結晶成長面４０ｓの転位密度が低減した第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０が得られる。

ここで、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０に主面２０ｍを形成する方法には、特に制限はなく、切断、切削、研磨など各種の方法が可能である。また、主面２０ｍの面方位は、特に制限はないが、｛１−１００｝面または｛１−１００｝面との傾き角が小さな面とすることにより、エピタキシャル成長させる第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０の結晶成長面４０ｓを｛１−１００｝面とすることができる。こうして、｛１−１００｝面という非極性面である結晶成長面４０ｓにおける転位密度が低減した第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０が得られる。

また、第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０の結晶成長方法は、特に制限はなく、本発明の液相法の他、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法を用いることができる。結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法が好ましい。

また、エピタキシャル成長させる第３のＩＩＩ族窒化物結晶４０は、特に制限はないが、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０との間の格子整合性を高めるため、第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０と同じ化学組成を有することが好ましい。

（実施形態４）
本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態は、図６を参照して、実施形態２の成長方法により得られた第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０に主面３０ｍを形成する工程（図６（ａ））と、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の主面３０ｍ上に第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０をエピタキシャル成長させる工程（図６（ｂ））とを含む。転位密度が低減した第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０の主面３０ｍ上に、第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０を成長させることにより、結晶成長後の成長面５０ｓの転位密度が低減した第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０が得られる。

ここで、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０に主面３０ｍを形成する方法には、特に制限はなく、切断、切削、研磨など各種の方法が可能である。また、主面３０ｍの面方位は、特に制限はないが、｛１−１００｝面または｛１−１００｝面との傾き角が小さな面とすることにより、エピタキシャル成長させる第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０の結晶成長面５０ｓを｛１−１００｝面とすることができる。こうして、｛１−１００｝面という非極性面である結晶成長面５０ｓにおける転位密度が低減した第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０が得られる。

また、第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０の結晶成長方法は、特に制限はなく、本発明の液相法の他、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法などの気相法を用いることができる。結晶成長速度が高い観点から、ＨＶＰＥ法が好ましい。

また、エピタキシャル成長させる第４のＩＩＩ族窒化物結晶５０は、特に制限はないが、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０との間の格子整合性を高めるため、第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０と同じ化学組成を有することが好ましい。

（実施例１）
図１（ａ）を参照して、まず、下地基板１０として５ｍｍ×１０ｍｍ×厚さ３５０μｍのウルツ鉱型ＧａＮ結晶基板を準備した。このＧａＮ基板（下地基板１０）は、主面１０ｍが（１−１００）面（｛１−１００｝面１０ｃ）に対して［０００１］方向（傾き方向１０ｈ）に０．１°の傾き角θ１を有しており、その主面１０ｍが研磨加工により鏡面にされている。このＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍにおける面内転位密度をカソードルミネセンス法により暗点として検出し測定したところ、面内平均転位密度は９．０×１０⁶ｃｍ^-2であった。

ここで、ＧａＮ基板（下地基板１０）は、従来の通常の気相法または液相法で厚く成長させた主面を（０００１）面とするＧａＮバルク結晶を、（１−１００）面に平行な面でワイヤーソーによりスライスし、スライス面を研磨することよって得られたものである。

図１（ｂ）および（ｃ）を参照して、次に、液相法としてＮａフラックス法によりＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍ上に第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を厚さ３０００μｍに成長させた。具体的には、アルミナ製の坩堝（結晶成長容器１）中にＧａＮ基板をその主面１０ｍを上に向けて坩堝底面に置き、２０ｇの金属Ｇａ（純度が９９．９モル％）と１５ｇの金属Ｎａ（純度が９９．９モル％）を入れて、８００℃まで加熱し、ＧａＮ基板（下地基板１０）に接触するＧａ−Ｎａ融液（溶媒３）を形成した。このＧａ−Ｎａ融液（溶媒３）に、純度が９９．９モル％で圧力が５ＭＰａの窒素ガス（窒素含有ガス５）を３００時間供給し、第１のＧａＮ結晶を平均成長厚さ３０００μｍに成長させた。平均結晶成長速度は１０μｍで、第１のＧａＮ結晶の成長後の結晶成長面の面方位は（１−１００）であった。

次に、成長させた第１のＧａＮ結晶を坩堝から取り出し、その表面を研磨加工し鏡面化した。この鏡面化された第１のＧａＮ結晶の表面について、ＧａＮ基板と同様にカソードルミネセンス法により面内平均転位密度を調べたところ、面内平均転位密度は４．０×１０⁶ｃｍ^-2であった。この第１のＧａＮ結晶の転位伝搬の様子を光散乱トモグラフ法により観察したところ、ＧａＮ基板に近い成長初期において、転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し、結晶外周側面に到達していることが確認された。また、蛍光顕微鏡により結晶内部を観察したところ、液胞は認められなかった。

（実施例２）
ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍが（１−１００）面に対して［０００１］方向に０．５°の傾き角θ１を有していること以外は、実施例１と同様にして第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させ、その表面を鏡面化した。この第１のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は、３．０×１０⁵ｃｍ^-2であり、ＧａＮ基板に近い成長初期において転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。

（実施例３）
ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍが（１−１００）面に対して［０００１］方向に５°の傾き角θ１を有していること以外は、実施例１と同様にして第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させ、その表面を鏡面化した。この第１のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は、８．０×１０⁴ｃｍ^-2であり、ＧａＮ基板に近い成長初期において転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。

（実施例４）
ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍが（１−１００）面に対して［０００１］方向に１０°の傾き角θ１を有していること以外は、実施例１と同様にして第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させ、その表面を鏡面化した。この第１のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は、６．０×１０⁴ｃｍ^-2であり、ＧａＮ基板に近い成長初期において転位は（０００１）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、実用上は問題とならない範囲であるが、結晶内部に極めて少量の液胞が認められた。

（比較例１）
ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍが（１−１００）面（傾き角θ１が０°）であること以外は、実施例１と同様にして第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させ、その表面を鏡面化した。この第１のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は、１．０×１０⁷ｃｍ^-2であり、転位は（１−１００）面に対してほぼ垂直な方向に伝搬していることを確認され、結晶内部に液胞は認められなかった。

（比較例２）
ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍが（１−１００）面に対して［０００１］方向に１１°の傾き角θ１を有していること以外は、実施例１と同様にして第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）を成長させ、その表面を鏡面化した。この第１のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は、５．１×１０⁴ｃｍ^-2であり、ＧａＮ基板に近い成長初期において転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認されたが、結晶内部に液胞が認められた。

（実施例５）
図３（ａ）を参照して、実施例３で得られた第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）の表面を研削および研磨することにより、（１−１００）面に対して［０００１］方向（傾き方向２０ｈ）に５°の傾き角θ２を有する主面２０ｍを形成した。本実施例においては、図４を参照して、ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと第１のＧａＮ結晶の主面２０ｍの傾き方向２０ｈとのなす角度χは０°であった。

次に、図３（ｂ）および（ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶の主面２０ｍ上に、実施例１と同様のＮａフラックス法により、第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０）を厚さ３０００μｍに成長させ、その表面を鏡面化した。この第２のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は５．０×１０⁴ｃｍ^-2と実施例３の第１のＧａＮ結晶の平均転位密度（８．０×１０⁴ｃｍ^-2）に比べてわずかに減少し、第１のＧａＮ結晶に近い成長初期において転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。

（実施例６）
図３（ａ）を参照して、実施例３で得られた第１のＧａＮ結晶（第１のＩＩＩ族窒化物結晶２０）の表面を研削および研磨することにより、（１−１００）面に対して［１１−２０］方向（傾き方向２０ｈ）に５°の傾き角θ２を有する主面２０ｍを形成した。本実施例においては、図４を参照して、ＧａＮ基板（下地基板１０）の主面１０ｍの傾き方向１０ｈと第１のＧａＮ結晶の主面２０ｍの傾き方向２０ｈとのなす角度χは９０°であった。

次に、図３（ｂ）および（ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶の主面２０ｍ上に、実施例１と同様のＮａフラックス法により、第２のＧａＮ結晶（第２のＩＩＩ族窒化物結晶３０）を厚さ３０００μｍに成長させ、その表面を鏡面化した。この第２のＧａＮ結晶について、表面における平均転位密度は６．０×１０³ｃｍ^-2と実施例３の第１のＧａＮ結晶の平均転位密度（８．０×１０⁴ｃｍ^-2）に比べて著しく減少し、第１のＧａＮ結晶に近い成長初期において転位は（１−１００）面に対して実質的に平行な方向に伝搬し結晶外周側面に到達していることが確認され、結晶内部に液胞は認めらなかった。

実施例１〜４および比較例１，２から、主面が｛１−１００｝面に対して０．１°以上１０°以下の傾き角をする下地基板のその主面上に、第１のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることにより、第１のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して第１のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出され、結晶成長後の結晶成長面における転位密度が低減した第１のＩＩＩ族窒化物結晶が得られることがわかった。

また、実施例３、５および６から、上記第１のＩＩＩ族窒化物結晶に｛１−１００｝に対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有する主面を形成し、この第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させることにより、第２のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して第２のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出され、結晶成長後の結晶成長面における転位密度が低減した第２のＩＩＩ族窒化物結晶が得られることがわかった。ここで、下地基板の主面の傾き方向と第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面の傾き方向とのなす角が８０°以上１００°以下であると、第２のＩＩＩ族窒化物結晶の転位密度は、下地基板および第１のＩＩＩ族窒化物結晶の転位密度に比べて、著しく低減することがわかった。

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、上記した説明で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のすべての変更が含まれることが意図される。

本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は下地基板を準備する工程を示し、（ｂ）および（ｃ）は下地基板上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の一実施形態を示す概略部分拡大断面図である。ここで、（ａ）は図１（ａ）および（ｂ）におけるＩＩＡ部分を拡大したものを示し、（ｂ）は図１（ｃ）におけるＩＩＢ部分を拡大したものを示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程を示し、（ｂ）および（ｃ）は第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法の他の実施形態を示す概略平面図である。ここで、（ａ）は下地基板の主面上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させた状態を示し、（ｂ）は第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させた状態を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程を示し、（ｂ）は第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第３のＩＩＩ族窒化物結晶をエキタキシャル成長させる工程を示す。 本発明にかかるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法のさらに他の実施形態を示す概略断面図である。ここで、（ａ）は第２のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程を示し、（ｂ）は第２のＩＩＩ族窒化物結晶の主面上に第４のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程を示す。

符号の説明

１ 結晶成長容器、３ 溶媒、５ 窒素含有ガス、１０ 下地基板、１０ａ ＩＩＩ族窒化物結晶層、１０ｃ，２０ｃ，３０ｃ ｛１−１００｝面、１０ｈ，２０ｈ 傾き方向、１０ｍ，２０ｍ，３０ｍ 主面、１０ｍｃ，２０ａｃ，２０ｂｃ テラス面、１０ｓ，２０ａｓ，２０ｂｓ ステップ、１０ｔ，２０ａｔ，２０ｂｔ ステップ面、２０，３０，４０，５０ ＩＩＩ族窒化物結晶、２０ａ，２０ｂ，２０ｅ，２０ｓ，３０ｓ，４０ｓ，５０ｓ 結晶成長面、２０ｄ，３０ｄ 転位伝搬線。

Claims (9)

1. 下地基板を準備する工程を備え、前記下地基板は、一主面を有するＩＩＩ族窒化物種結晶を含み、前記主面がＩＩＩ族窒化物結晶の｛１−１００｝面に対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有し、かつ前記主面における転位密度が１×１０ ⁷ ｃｍ ^-2 未満であって、
   前記下地基板の前記主面にＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、前記下地基板の前記主面上に第１のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程をさらに備え、
   前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の成長後の結晶成長面における転位密度が前記下地基板の前記主面における転位密度の１／１０以下であるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
2. 前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶のエピタキシャル成長の際に、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が、前記｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出される請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
3. 請求項１の成長方法により得られた前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程をさらに備え、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の前記主面は前記｛１−１００｝面に対して０．１°以上１０°以下の傾き角を有し、
   前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の主面にＩＩＩ族金属とアルカリ金属を含む溶媒に窒素含有ガスを溶解させた溶液を接触させて、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の前記主面上に第２のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程をさらに備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
4. 前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶のエピタキシャル成長の際に、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶に存在する転位の少なくとも一部が、前記｛１−１００｝面に対して実質的に平行な方向に伝搬して、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶の外周部に排出される請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
5. 前記下地基板の前記主面の傾き方向と前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の前記主面の傾き方向とのなす角が、８０°以上１００°以下である請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
6. 前記下地基板の前記主面における転位密度が１×１０⁷ｃｍ^-2未満であって、
   前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶の成長後の結晶成長面における転位密度が前記下地基板の前記主面における転位密度の１／１００以下である請求項３に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
7. 前記アルカリ金属は、ＮａおよびＬｉの少なくともいずれかの金属である請求項１から請求項６までのいずれかに記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
8. 請求項１または請求項２の成長方法により得られた前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程と、前記第１のＩＩＩ族窒化物結晶の前記主面上に第３のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程と、をさらに備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
9. 請求項３から請求項６までのいずれかの成長方法により得られた前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶に主面を形成する工程と、前記第２のＩＩＩ族窒化物結晶の前記主面上に第４のＩＩＩ族窒化物結晶をエピタキシャル成長させる工程と、をさらに備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。

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