JP4939360B2

JP4939360B2 - Ｉｉｉ族窒化物結晶の成長方法

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Publication number: JP4939360B2
Application number: JP2007262114A
Authority: JP
Inventors: 康二上松; 龍弘田; 浩章吉田; 伸介藤原; 晴子田中; 勇介森; 孝友佐々木; 史朗川村; 康夫北岡
Original assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date: 2007-10-05
Filing date: 2007-10-05
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2027-10-05
Also published as: JP2009091183A

Description

本発明は、液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法に関する。

ＩＩＩ族窒化物結晶は、各種半導体デバイスの基板などに広く用いられている。近年、各種半導体デバイスを効率的に製造するために、大型のＩＩＩ族窒化物結晶が求められている。

ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法としては、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、溶液法、フラックス法などの液相法などがある。ここで、液相法は、気相法に比べて、その結晶成長において有毒なガスを使用しないため環境保護の面で優れている。

かかる液相法においてＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる方法として、たとえばM. Bockowski,“Growth and Doping of GaN and AlN Single Crystals under High Nitrogen Pressure”, Cryst. Res. Technol., vol.36, (2001), 8-10, p.771-787（非特許文献１）は高圧の溶液法によるＧａＮ結晶の成長方法を開示する。また、H. Yamane, 他３名,“Preparation of GaN Single Crystals Using a Na Flux”, Chem. Mater., Vol.9, No.2, (1997), p.413-416（非特許文献２）はＮａフラックス法によるＧａＮ結晶の成長方法を開示する。また、特開２００３−２０６１９８号公報（特許文献１）はＮａフラックス法により板状のＩＩＩ族窒化物種結晶を用いたＧａＮ結晶の成長方法を開示する。

しかし、非特許文献１に開示された成長方法は、結晶成長条件が１５００℃で１ＧＰａと高温高圧であるため結晶の製造コストが高くなり、また種結晶を用いていないため大型の結晶を成長させることが困難である。また、非特許文献２に開示された成長方法では、８００℃で１０ＭＰａと比較的実施しやすい結晶成長条件であるが、種結晶を用いていないため大型の結晶を成長させることが困難である。また、特許文献１に開示された成長方法は、用いられている板状の種結晶の口径が大きくないため、大型の結晶が得られていない。
特開２００３−２０６１９８号公報 M. Bockowski,"Growth and Doping of GaN and AlN Single Crystals under High Nitrogen Pressure", Cryst. Res. Technol., vol.36, (2001), 8-10, p.771-787 H. Yamane, 他３名,"Preparation of GaN Single Crystals Usinga Na Flux", Chem. Mater., Vol.9, No.2, (1997), p.413-416

しかし、溶液法、フラックス法などの液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長においては、大口径の板状のＩＩＩ族窒化物結晶基板上に、基板と化学組成が同じＩＩＩ族窒化物結晶をホモエピタキシャル成長させても、基板および基板上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶にクラックが発生し、大型のＩＩＩ族窒化物結晶基板を得ることが困難である。

本発明は、液相法において大型の結晶を成長させることができる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。

かかるＩＩＩ族窒化物結晶基板およびＩＩＩ族窒化物結晶のクラックの原因について詳細に検討した結果、基板およびＩＩＩ族窒化物結晶のクラックと基板の厚さとの間に相関があることを見出した。さらに、検討を進めることにより、液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶基板上におけるＩＩＩ族窒化物結晶のホモエピタキシャル成長において、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の厚さを０．５ｍｍ以上、好ましくは０．６７ｍｍ以上、より好ましくは０．８４ｍｍ以上、さらに好ましくは１．０ｍｍ以上とすることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶基板およびその上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶のクラックが抑制され、大型のＩＩＩ族窒化物結晶の成長が可能となることを見出した。

本発明は、液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、ＩＩＩ族窒化物結晶と同じ化学組成を有しかつ１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の厚さを有しかつ主面が２０ｃｍ ² 以上の面積を有するＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の主面に、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、主面上にＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備え、溶媒は純度が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とを含む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、窒素含有ガスは純度が９９モル％以上の窒素ガスとすることができる。

本発明によれば、液相法においてクラックの発生を抑制して大型の結晶を成長させることができるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法が提供される。

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は、図１を参照して、液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長方法であって、ＩＩＩ族窒化物結晶１０と同じ化学組成を有しかつ０．５ｍｍ以上の厚さを有するＩＩＩ族窒化物結晶基板１を準備する工程と、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍ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、主面１ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させる工程と、を備えるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法である。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法によれば、ＩＩＩ族窒化物結晶基板およびその基板の主面上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶におけるクラックの発生が抑制され、大型のＩＩＩ族窒化物結晶が得られる。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長方法である。ここで、液相法とは、液相において結晶を成長させる方法をいう。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１０と同じ化学組成を有しかつ０．５ｍｍ以上の厚さを有するＩＩＩ族窒化物結晶基板１を準備する工程を備える。ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は成長させるＩＩＩ族窒化物結晶と同じ化学組成を有しているため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶１０をホモエピタキシャル成長させることができる。たとえば、ＩＩＩ族窒化物結晶１０としてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）をホモエピタキシャル成長させる場合には、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１としてＡｌ_xＧａ_yＩｎ_1-x-yＮ結晶（０≦ｘ、０≦ｙ、ｘ＋ｙ≦１）を用いる。

また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は０．５ｍｍ以上の厚さを有しているため、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１とその主面１ｍ上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶１０との間に生じた応力によるクラック発生をＩＩＩ族窒化物結晶基板１の剛性により抑制することができる。かかる観点から、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、０．６７ｍｍ以上の厚さを有していることが好ましく、０．８４ｍｍ以上の厚さを有していることがより好ましく、１．０ｍｍ以上の厚さを有していることがさらに好ましい。一方、ＩＩＩ族窒化物結晶基板は、高価であるため、コストの観点から基板の厚さは小さいほど好ましく、たとえば２．０ｍｍ以下の厚さを有していることが好ましい。

また、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍの面積は、特に制限はないが、０．７８ｃｍ²以上であることが好ましく、５ｃｍ²以上であることがより好ましく、２０ｃｍ²以上であることがさらに好ましい。本実施形態の成長方法におけるＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長においては、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍの面積が大きくなっても、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１およびＩＩＩ族窒化物結晶１０にクラックが発生するのを抑制することができる。

ここで、本実施形態において用いられるＩＩＩ族窒化物結晶基板１は、成長させるＩＩＩ族窒化物結晶１０と同じ化学組成を有しかつ０．５ｍｍ以上の厚さを有するものであれば、特に制限なく、溶液法、フラックス法などの液相法によって成長させたものであっても、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線成長）法などの気相法によって成長させたものであってもよい。厚い結晶が得られやすい観点から、ＨＶＰＥ法により成長させたものが好ましい。

本実施形態のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法は、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍ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、主面１ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させる工程を備える。かかるＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長工程を備えることにより、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１およびその基板上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶１０にクラックが発生するのを抑制することができる。

かかるＩＩＩ族窒化物結晶１０の成長工程は、たとえば、以下のようにして行なわれる。まず、結晶成長容器２３内に、ＩＩＩ族窒化物結晶基板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とを含むことが好ましく、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とを含むことがより好ましい。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。

溶媒３に含まれるＩＩＩ族金属Ｍ_IIIとアルカリ金属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２３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ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍ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ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍ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、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１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２３を加熱し、結晶成長容器２３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２３内の温度（結晶成長温度）を７５０℃〜９００℃、結晶成長容器２３内の窒素含有ガスの圧力（結晶成長圧力）を２ＭＰａ〜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ＩＩＩ族窒化物結晶基板１の主面１ｍに接触させることができ、主面１ｍ上にＩＩＩ族窒化物結晶１０が成長する。

窒素含有ガス５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、純度が９９モル％以上の窒素ガスが好ましく、純度が９９．９９９モル％以上の窒素ガスであることがより好ましい。

次に、ＩＩＩ族窒化物結晶１０を成長させた後、結晶成長容器２３内の温度および圧力を下げて室温および大気圧とした後に、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１上に成長させたＩＩＩ族窒化物結晶１０を溶媒３から取り出す。結晶成長の際および後に結晶成長容器２３内の温度および圧力を下げる際に、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１とＩＩＩ族窒化物結晶１０との間に応力がかかっても、０．５ｍｍ以上の厚さを有するＩＩＩ族窒化物結晶基板１の剛性により、ＩＩＩ族窒化物結晶基板１およびＩＩＩ族窒化物結晶１０へのクラックの発生が抑制される。

（参考例１）
図１を参照して、ＩＩＩ族窒化物結晶１として、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮバルク結晶を（０００１）面に平行な面でスライスしてその主面１ｍ（（０００１）表面）を研磨した直径が２インチ（５．０８ｃｍ）で厚さが０．５ｍｍのＧａＮ基板を準備した。ＧａＮ基板の主面１ｍの面積は、２０ｃｍ²であった。

次に、結晶成長容器２３内に、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）と、純度が９９．９９９９モル％の金属Ｇａおよび純度が９９.９９９９モル％の金属Ｎａ（溶媒３）とを配置した。ここで、金属Ｇａ（ＩＩＩ族金属Ｍ_III）と金属Ｎａ（アルカリ金属Ｍ_A）はモル比でＭ_III：Ｍ_A＝３０：７０となるようにした。次に、結晶成長容器２３内を真空排気（真空度：１×１０^-3Ｐａ）した。

次に、結晶成長容器２３内に純度が９９．９９９９９モル％の窒素ガス（窒素含有ガス５）を結晶成長容器内の圧力が１ＭＰａになるように供給した。次いで、結晶成長容器２３を加熱して、結晶成長容器２３内の温度を８５０℃まで上昇させた。このとき、金属Ｇａおよび金属Ｎａが液化してＧａ−Ｎａ融液（溶媒３）が形成され、Ｇａ−Ｎａ融液（溶媒３）の深さは融液の表面からＧａＮ基板の主面１ｍまで５ｍｍであった。

次に、結晶成長容器２３内の温度を８５０℃に維持したまま結晶成長容器２３内に純度が９９．９９９９９モル％の窒素ガス（窒素含有ガス５）をさらに供給して結晶成長容器内の圧力を３ＭＰａまで上昇させた。このとき、Ｇａ−Ｎａ融液（溶媒３）に窒素ガス（窒素含有ガス５）が溶解して、ＧａＮ基板の主面に接触する溶液が形成されている。

次に、結晶成長温度（結晶成長時の結晶成長容器内の温度）８５０℃、結晶成長圧力（結晶成長時の結晶成長容器内の圧力）３ＭＰａでＧａＮ基板の主面１ｍ上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を厚さ０．５ｍｍまで成長させた。

かかるＧａＮ結晶の成長を１０回行ない、１０個のＧａＮ基板およびＧａ結晶からなるサンプルにおいて、ＧａＮ基板およびＧａＮ結晶の少なくともいずれかにクラックが発生したサンプルの割合をクラック発生率（％）として算出した。参考例１におけるクラック発生率は７０％であった。ここで、クラック発生率が７０％以下であれば、製造に必要な最低限の再現性を確保でき、本製法でＧａＮ結晶を製造することが可能となる。結果を表１にまとめた。

（実施例２）
厚さが１．０ｍｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、参考例１と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例２におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表１にまとめた。

（実施例３）
厚さが１．３ｍｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、参考例１と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例３におけるクラック発生率は０％となり、クラックの発生を完全に抑制することができた。結果を表１にまとめた。

（比較例１）
厚さが０．３５ｍｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、実施例１と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。比較例１におけるクラック発生率は９０％と高かった。結果を表１にまとめた。また、基板の厚さとクラック発生率との関係を図２に示した。

表１より明らかなように、液相法により、０．５ｍｍ以上の厚さを有するＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の主面上にＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）をクラック発生率が７０％以下で成長させることができる。また、図２より明らかなように、クラック発生率を７０％以下にするためには０．５ｍｍ以上の厚さのＧａＮ基板が必要であり、クラック発生率を５０％以下にするためには０．６７ｍｍ以上のＧａＮ基板が必要であり、クラック発生率を３０％以下にするためには０．８４ｍｍ以上のＧａＮ基板が必要であり、クラック発生率を１０％以下にするためには１．０ｍｍ以上のＧａＮ基板が必要であることがわかる。したがって、ＩＩＩ族窒化物結晶基板の厚さは、０．５ｍｍ以上が必要であり、０．６７ｍｍ以上が好ましく、０．８４ｍｍ以上がより好ましく、１．０ｍｍ以上がさらに好ましいことがわかる。

（参考例４）
直径が１．０ｃｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。ここで、参考例４で用いたＧａＮ基板の主面の面積は０．７８ｃｍ²であった。参考例４におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表２にまとめた。

（参考例５）
直径が１．８ｃｍのＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。ここで、参考例５で用いたＧａＮ基板の主面の面積は２．５４ｃｍ²であった。参考例５におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表２にまとめた。

（参考例６）
直径が１インチ（２．５４ｃｍ）のＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）を用いた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。ここで、参考例６で用いたＧａＮ基板の主面の面積は５ｃｍ²であった。参考例６におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表２にまとめた。なお、表２には、対比のため実施例２も合わせてまとめた。

表２から明らかなように、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の厚さが同じであれば、ＧａＮ基板の主面の面積が異なっても、同じクラック発生率が得られることがわかる。すなわち、厚さが０．５ｍｍ以上で主面の面積が大きなＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いることにより、低いクラック発生率で大きなＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができることがわかる。

（実施例７）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を厚さ０．０１ｍｍまで成長させた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例７におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表３にまとめた。

（実施例８）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を厚さ１．０ｍｍまで成長させた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例８におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表３にまとめた。

（実施例９）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を厚さ２．０ｍｍまで成長させた他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例９におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表３にまとめた。なお、表３には、対比のため実施例２も合わせてまとめた。

表３から明らかなように、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の厚さが同じであれば、成長させるＧａＮ結晶の厚さが異なっても、同じクラック発生率が得られることがわかる。すなわち、厚さが０．５ｍｍ以上の主面の面積が大きなＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いることにより、低いクラック発生率で種々の厚さのＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができることがわかる。

（実施例１０）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させる際の結晶成長温度を８００℃および結晶成長圧力を２ＭＰａとした他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例１０におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表４にまとめた。

（実施例１１）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させる際の結晶成長温度を８７０℃および結晶成長圧力を４ＭＰａとした他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例１１におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表４にまとめた。

（実施例１２）
ＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させる際の結晶成長温度を９００℃および結晶成長圧力を５ＭＰａとした他は、実施例２と同様にしてＧａＮ結晶（ＩＩＩ族窒化物結晶１０）を成長させた。実施例１２におけるクラック発生率は１０％と極めて低くすることができた。結果を表４にまとめた。なお、表４には、対比のため実施例２も合わせてまとめた。

表４から明らかなように、ＧａＮ基板（ＩＩＩ族窒化物結晶基板１）の厚さが同じであれば、ＧａＮ結晶の成長条件が異なっても、同じクラック発生率が得られることがわかる。すなわち、厚さが０．５ｍｍ以上の主面の面積が大きなＩＩＩ族窒化物結晶基板を用いることにより、種々の結晶成長条件においても低いクラック発生率でＩＩＩ族窒化物結晶を成長させることができることがわかる。

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。

本発明にかかる成長方法により得られたＩＩＩ族窒化物結晶は、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（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−紫外光検出などの半導体センサ、ＳＡＷデバイス（表面弾性波素子）、振動子、共振子、発振器、ＭＥＭＳ（微小電子機械システム）部品、圧電アクチュエータなどのデバイス用の基板などに用いられる。

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。基板の厚さとクラック発生率との関係を示すグラフである。

符号の説明

１ＩＩＩ族窒化物結晶基板、１ｍ主面、３溶媒、５窒素含有ガス、１０ＩＩＩ族窒化物結晶、２３結晶成長装置。

Claims

液相法によるＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法であって、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶と同じ化学組成を有しかつ１．０ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の厚さを有しかつ主面が２０ｃｍ ² 以上の面積を有するＩＩＩ族窒化物結晶基板を準備する工程と、
前記ＩＩＩ族窒化物結晶基板の前記主面に、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、前記主面上に前記ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる工程と、を備え、
前記溶媒は純度が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とを含むＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。
前記窒素含有ガスは純度が９９モル％以上の窒素ガスである請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の成長方法。