ＧａＮ結晶の成長方法
【課題】主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法を提供する。
【解決手段】ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させ、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することによりＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得て、この第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを液相法により成長させることにより第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得て、この第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０の成長させる。
【解決手段】ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させ、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することによりＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得て、この第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを液相法により成長させることにより第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得て、この第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０の成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などの光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板として、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板が求められている。
【０００３】
このような大口径のＧａＮ結晶基板を製造するために、特開２００５−２３６２６１号公報（以下、特許文献１という。）は、下地基板上にフラックス法などの液相法により第１のＩＩＩ族窒化物結晶として第１のＧａＮ（窒化ガリウム）結晶を成長させる工程と、この第１のＧａＮ結晶上にＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法などの気相法により第２のＩＩＩ族窒化物結晶として第２のＧａＮ結晶を成長させる方法を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第２のＧａＮ結晶は、結晶成長とともに第２のＧａＮ結晶の外周部に結晶成長主面以外のファセットが形成される。このため、第２のＧａＮ結晶を加工して得られるＧａＮ結晶基板は、下地基板とされた第１のＧａＮ結晶に比べて、主面の面積が小さくすなわち口径が小さくなる。
【０００６】
すなわち、ＨＶＰＥ法などの気相法では、下地基板として用いたＧａＮ結晶基板の主面の面積以上の主面を有するＧａＮ結晶基板を再生産することが難しい。このため、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を得るために、下地基板として主面の面積が大きな大口径のサファイア基板、ＧａＡｓ基板などのＧａＮと化学式が異なる基板上にＧａＮ結晶をヘテロエピタキシャル成長させる必要があり、結晶性を高めることが困難であり、生産コストも高くなっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ＧａＮ種結晶基板を準備する工程と、ＧａＮ種結晶基板の主面上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶を成長させる工程と、ＧａＮ種結晶基板および第１のＧａＮ結晶の少なくともいずれかを加工することによりＧａＮ種結晶基板の主面に比べて面積が小さな主面を有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板を得る工程と、第１のＧａＮ結晶基板を液相法により成長させることにより第１のＧａＮ結晶基板の主面に比べて面積が大きな主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得る工程と、第２のＧａＮ結晶基板の主面上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶を成長させる工程と、を備えるＧａＮ結晶の成長方法である。
【０００９】
本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において、第２のＧａＮ結晶基板の主面の面積を、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上とすることができる。さらに、第１のＧａＮ結晶基板は、第１のＧａＮ結晶の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域から加工して得ることができる。また、第１のＧａＮ結晶基板は、ＧａＮ種結晶基板および第１のＧａＮ結晶の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域の少なくともいずれかから加工して得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法のある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の別の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図３を参照して、本発明のある実施形態であるＧａＮ結晶の成長方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程（図１（Ａ）、図２（Ａ）および図３（Ａ））と、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）および図３（Ｂ））と、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することにより、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得る工程（図１（Ｃ）および（Ｄ）、図２（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図３（Ｃ）および（Ｄ））と、第１のＧａＮ結晶基板１１１を液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得る工程（図１（Ｅ）、図２（Ｅ）および図３（Ｅ））と、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる工程（図１（Ｆ）、図２（Ｆ）および図３（Ｆ））と、を備える。かかるＧａＮ結晶の成長方法により、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産することができる。
【００１３】
［ＧａＮ種結晶基板の準備工程］
図１（Ａ）、図２（Ａ）および図３（Ａ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程を備える。ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程は、特に制限はなく、主面の面積が大きい大口径の下地基板上に気相法または液相法によりＧａＮ種結晶を成長させ、得られたＧａＮ種結晶の外周部を除去し、下地基板の主面に平行な面でスライスし、スライス面を研磨するなどの加工をすることによりＧａＮ種結晶基板１０１が得られる。
【００１４】
ＧａＮ種結晶の成長に用いられる下地基板は、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の高いＧａＮ種結晶を成長させる観点から、ＧａＮ種結晶の格子定数との整合性が高い基板が好ましい。たとえば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板、ＧａＡｓ（砒化ガリウム）基板などが好ましく、ＩＩＩ族窒化物基板がより好ましく、ＧａＮ基板がさらに好ましい。また、ＧａＮ種結晶を成長させる方法は、特に制限はないが、転位密度（主面および／または主面に平行な面における平均の転位密度をいう。以下同じ。）が低く結晶性の高いＧａＮ種結晶を成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法、液相法に類似した方法であるアモノサーマル法などが好適に用いられる。
【００１５】
［第１のＧａＮ結晶を得る工程］
図１（Ｂ）、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程を備える。かかる第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程により、転位密度の低い第１のＧａＮ結晶１１０が得られる。
【００１６】
第１の気相法は、転位密度が低く結晶性の高い第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる方法であれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法などが用いられるが、結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法が好適に用いられる。ＨＶＰＥ法などの気相法で成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶１１０の外周部には（１０−１０）面のファセット１１０ｅも形成されるが、かかる（１０−１０）面にはＧａＮ多結晶が成長しやすい。
【００１７】
［第１のＧａＮ結晶基板を得る工程］
図１（Ｃ）、図２（Ｃ）および図３（Ｃ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することにより、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得る工程を備える。
【００１８】
上記のように、第１のＧａＮ結晶１１０は、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。このため、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかから、その外周部を除去する加工をして得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さくなる。
【００１９】
ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１に加工する工程には、特に制限はなく、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去するサブ工程、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程などが含まれる。これらの外周部除去サブ工程、分離サブ工程の順序には特に制限はなく、たとえば以下の方法がある。
【００２０】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態１）
図１（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程のある形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００２１】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２２】
また、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２３】
また、分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００２４】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００２５】
このため、本形態の加工工程においては、同じ外周径で同じ面積の主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を複数枚同時に作製することができるが、それらの第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、小さくなる。また、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの転位密度は低くなる。
【００２６】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態２）
図２（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の別の形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａと、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂと、に分離するサブ工程と、ＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａの外周部ならびに結晶成長後半領域１１０ｂの外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａならびに外周部が除去された結晶成長後半領域１１０ｂをそれぞれＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００２７】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａと第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂとに分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２８】
また、ＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａの外周部ならび結晶成長後半領域１１０ｂの外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２９】
また、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａならびに外周部が除去された結晶成長後半領域１１０ｂを、それぞれＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３０】
また、分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００３１】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００３２】
このため、本形態の加工工程においては、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの転位密度は低くなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓおよび第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積はいずれもＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓの面積は、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積に比べて、大きくなる。
【００３３】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態３）
図３（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程のさらに別の形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で、ＧａＮ種結晶基板１０１およびその近傍のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃと、第１のＧａＮ結晶１１０からＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを除いた第１のＧａＮ結晶の結晶成長領域１１０ｄと、に分離するサブ工程と、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃの外周部ならびに結晶成長領域１１０ｄの外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃをＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、上記少なくともいずれかの分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００３４】
なお、本形態の加工工程におけるＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃは、形態２の加工工程におけるＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａに含まれる領域である。
【００３５】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃと第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄとに分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３６】
また、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃの外周部ならび結晶成長領域１１０ｄの外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３７】
また、外周部が除去された結晶成長領域１１０ｄを、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３８】
また、上記の少なくともいずれかの分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００３９】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００４０】
このため、本形態の加工工程においては、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工により得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの転位密度は低くなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの主面１１１ｃｓおよび第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの主面１１１ｄｓの面積はいずれもＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの主面１１１ｃｓの面積は、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの主面１１１ｄｓの面積に比べて、大きくなる。
【００４１】
このようにして、少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１が得られる。こうして得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、上記の加工工程の形態１〜形態３のいずれの場合においても、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。このため、第１のＧａＮ結晶基板上に気相法によりさらに成長させた次のＧａＮ結晶から加工により得られる次のＧａＮ結晶基板は、その主面の面積が第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積よりさらに小さくなる。すなわち、得られたＧａＮ結晶基板をそのまま用いてその主面上に気相法により次のＧａＮ結晶を成長させ、ＧａＮ結晶基板およびその主面上に成長させた次のＧａＮ結晶を加工して次のＧａＮ結晶基板を生産するＧａＮ結晶基板の再生産を繰り返すと、得られるＧａＮ結晶基板はその主面の面積が低減する。
【００４２】
上記のようなＧａＮ結晶基板の再生産において、得られるＧａＮ結晶基板の主面の面積が低減するのを防止するためには、上記の第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積を増大させて、主面の面積を増大させたＧａＮ結晶基板の主面上に次のＧａＮ結晶を成長させる必要がある。
【００４３】
［第２のＧａＮ結晶基板を得る工程］
図１（Ｃ）〜（Ｅ）、図２（Ｃ）〜（Ｅ）、および図３（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得る工程を備える。
【００４４】
第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに垂直な方向の結晶成長速度に比べて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに平行な方向の結晶成長速度を高くすることができる。このため、第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積を増大させて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２が得られる。
【００４５】
第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを成長させる液相法は、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに垂直な方向の結晶成長速度に比べて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに平行な方向の結晶成長速度が高いものであれば特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の高いＧａＮ結晶を成長させる観点から、フラックス法、高窒素圧溶液法などが好ましい。また、同様の観点から、液相法に類似した方法であるアモノサーマル法なども好適である。
【００４６】
ここで、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓに平行な方向の結晶成長速度を高める観点から、上記のフラックス法において、フラックスは、Ｎａ、Ｌｉ、またはＮａおよびＬｉの混合フラックスなどが好ましく、結晶成長温度は８００℃以上９００℃以下が好ましく、窒素原料ガス圧力は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。また、同様の観点から、上記の高窒素圧溶液法において、結晶成長温度は１０００℃以上１２００℃以下が好ましく、窒素原料ガス圧力は５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下が好ましい。
【００４７】
さらに、上記第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓの面積以上の主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を再生産させることができる観点から、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積以上であることが好ましい。
【００４８】
ここで、図１（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態１〜形態３において、それぞれ第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる場合は、そのＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、相当に小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度が低いが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により相当成長させる必要がある。
【００４９】
また、図２（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態２において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる場合は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、少し小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ａは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度は同じまたは僅かに低い程度であるが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により少し成長させれば足りる。
【００５０】
また、図３（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態３において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工して得られる場合は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、少し小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度は同程度であるが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により少し成長させれば足りる。
【００５１】
［第２のＧａＮ結晶を成長させる工程］
図１（Ｆ）、図２（Ｆ）および図３（Ｆ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる工程を備える。第２のＧａＮ結晶基板１１２は、その主面１１２ｓの面積が、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積より大きく、好ましくはＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積以上である。このため、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により成長させた第２のＧａＮ結晶１２０から加工された次のＧａＮ結晶基板（第３のＧａＮ結晶基板という。以下同じ。）を、その主面の面積の低減を抑制して、生産することができる。このようにして、ＧａＮ結晶基板を、その主面の面積の低減を抑制して、再生産することができる。
【００５２】
第２の気相法は、転位密度が低く結晶性の高い第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる方法であれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法などが用いられるが、結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法が好適に用いられる。なお、ＨＶＰＥ法などの気相法で成長させた第２のＧａＮ結晶１２０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶１１０の外周部には（１０−１０）面のファセット１１０ｅも形成されるが、かかる（１０−１０）面にはＧａＮ多結晶が成長しやすい。すなわち、第２の気相法も、上記の点については、第１の気相法と同様である。
【００５３】
ここで、図１（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態１〜形態３において、それぞれ第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度が低くなる。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度の低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００５４】
また、図２（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態２において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域１１０ａから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１の密度と同じまたは僅かに低い転位密度である。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度が同じまたは僅かに低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００５５】
また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態３において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１の密度と同等の転位密度である。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度が同等のＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図１（Ａ）を参照して、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、転位密度（主面における平均の転位密度をいう。以下同じ。）が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。ここで、結晶基板の主面の面方位はＸ線回折により同定し、転位密度はＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定した。かかるＧａＮ種結晶基板１０１は、下地基板であるＧａＡｓ基板の（１１１）主面上に、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ種結晶を、下地基板の主面に平行な面でスライスして、スライス面を鏡面研磨して得られた。
【００５７】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図１（Ｂ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に、ＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１１００℃、結晶成長速度３００μｍ／ｈｒで、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００５８】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図１（Ｃ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、それらの外周部を研削により除去して、直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１を６枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１のスライス面を鏡面研磨して、直径が５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１を６枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００５９】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図１（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記６枚の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１側から６枚目の第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂは、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから上記３．のように作製されたもの）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、２００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。
【００６０】
次いで、その外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００６１】
さらに、主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が２×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）に比べて、低くなった。フラックス法による横方向成長領域（主面に平行な方向に成長した結晶の領域をいう、以下同じ。）の転位密度は１×１０5ｃｍ-2〜２×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００６２】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図１（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１１００℃、結晶成長速度３００μｍ／ｈｒで、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶１１０と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（２×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）に比べて低いことから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度に比べて低くなる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、転位密度の低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００６３】
（実施例２）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図２（Ａ）を参照して、実施例１と同様にして、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、転位密度が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。
【００６４】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図２（Ｂ）を参照して、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００６５】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図２（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶１１０をその中央を含むＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａと、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂとに分離した。
【００６６】
次いで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａを、それらの外周部を研削により除去して、直径５４ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを複数枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａのスライス面を鏡面研磨した。こうして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａから直径が５４ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを複数枚得た。
【００６７】
また、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂを、その外周部を研削により除去して、直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを複数枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂのスライス面を鏡面研磨した。こうして、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂから直径５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを、それぞれ複数枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００６８】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図２（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記複数の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１を含む第１のＧａＮ結晶基板１１１ａ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａは、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａから上記３．のように作製されたもの）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、１００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。
【００６９】
次いで、外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００７０】
さらに主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が５×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であった。フラックス法による横方向成長領域の転位密度は３×１０5ｃｍ-2〜５×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００７１】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図２（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶１１０と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であるから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度と同じ程度となる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、同程度の転位密度を有するＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００７２】
（実施例３）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図３（Ａ）を参照して、実施例１と同様にして、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定した転位密度が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。
【００７３】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図３（Ｂ）を参照して、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００７４】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図３（Ｃ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域と、第１のＧａＮ結晶１１０からＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを除いた第１のＧａＮ結晶の結晶成長領域１１０ｄと、に分離した。
【００７５】
次いで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域を、その外周部を研削により除去した後、スライス面を研磨して、主面１１１ｃｓの直径が５４ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃを得た。
【００７６】
また、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄを、その外周部を研削により除去して直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄを複数枚得た。それらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄのスライス面を鏡面研磨して、主面１１１ｄｓの直径が５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄを複数枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００７７】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図３（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記複数の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１を含む第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃは、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域から上記３．のように作製されたものである。ここで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域は、図２（Ｃ）のＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａ内に含まれる。）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、１００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。次いで、外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００７８】
さらに、主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が５×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であった。フラックス法による横方向成長領域の転位密度は３×１０5ｃｍ-2〜５×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００７９】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図３（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であるから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度と同じ程度となる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、同程度の転位密度を有するＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００８０】
今回開示された実施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。
【符号の説明】
【００８１】
１０１ ＧａＮ種結晶基板、１０１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓ，１１１ｓ，１１２ｓ 主面、１１０ 第１のＧａＮ結晶、１１０ａ 結晶成長前半領域、１１０ｂ 結晶成長後半領域、１１０ｃ ＧａＮ種結晶基板近傍領域、１１０ｄ 結晶成長領域、１１０ｅ，１１０ｆ ファセット、１１０ｇ 結晶成長主面、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ 第１のＧａＮ結晶基板、１１２ 第２のＧａＮ結晶基板、１２０ 第２のＧａＮ結晶。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＬＥＤ（発光ダイオード）、ＬＤ（レーザダイオード）などの光デバイス、電子デバイスなどの半導体デバイス用の基板として、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板が求められている。
【０００３】
このような大口径のＧａＮ結晶基板を製造するために、特開２００５−２３６２６１号公報（以下、特許文献１という。）は、下地基板上にフラックス法などの液相法により第１のＩＩＩ族窒化物結晶として第１のＧａＮ（窒化ガリウム）結晶を成長させる工程と、この第１のＧａＮ結晶上にＨＶＰＥ（ハイドライド気相成長）法などの気相法により第２のＩＩＩ族窒化物結晶として第２のＧａＮ結晶を成長させる方法を提案する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２３６２６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第２のＧａＮ結晶は、結晶成長とともに第２のＧａＮ結晶の外周部に結晶成長主面以外のファセットが形成される。このため、第２のＧａＮ結晶を加工して得られるＧａＮ結晶基板は、下地基板とされた第１のＧａＮ結晶に比べて、主面の面積が小さくすなわち口径が小さくなる。
【０００６】
すなわち、ＨＶＰＥ法などの気相法では、下地基板として用いたＧａＮ結晶基板の主面の面積以上の主面を有するＧａＮ結晶基板を再生産することが難しい。このため、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を得るために、下地基板として主面の面積が大きな大口径のサファイア基板、ＧａＡｓ基板などのＧａＮと化学式が異なる基板上にＧａＮ結晶をヘテロエピタキシャル成長させる必要があり、結晶性を高めることが困難であり、生産コストも高くなっていた。
【０００７】
本発明は、上記問題点を解決して、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、ＧａＮ種結晶基板を準備する工程と、ＧａＮ種結晶基板の主面上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶を成長させる工程と、ＧａＮ種結晶基板および第１のＧａＮ結晶の少なくともいずれかを加工することによりＧａＮ種結晶基板の主面に比べて面積が小さな主面を有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板を得る工程と、第１のＧａＮ結晶基板を液相法により成長させることにより第１のＧａＮ結晶基板の主面に比べて面積が大きな主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得る工程と、第２のＧａＮ結晶基板の主面上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶を成長させる工程と、を備えるＧａＮ結晶の成長方法である。
【０００９】
本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法において、第２のＧａＮ結晶基板の主面の面積を、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上とすることができる。さらに、第１のＧａＮ結晶基板は、第１のＧａＮ結晶の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域から加工して得ることができる。また、第１のＧａＮ結晶基板は、ＧａＮ種結晶基板および第１のＧａＮ結晶の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域の少なくともいずれかから加工して得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産するためのＧａＮ結晶の成長方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法のある例を示す概略断面図である。
【図２】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法の別の例を示す概略断面図である。
【図３】本発明にかかるＧａＮ結晶の成長方法のさらに別の例を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１〜図３を参照して、本発明のある実施形態であるＧａＮ結晶の成長方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程（図１（Ａ）、図２（Ａ）および図３（Ａ））と、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程（図１（Ｂ）、図２（Ｂ）および図３（Ｂ））と、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することにより、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得る工程（図１（Ｃ）および（Ｄ）、図２（Ｃ）および（Ｄ）、ならびに図３（Ｃ）および（Ｄ））と、第１のＧａＮ結晶基板１１１を液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得る工程（図１（Ｅ）、図２（Ｅ）および図３（Ｅ））と、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる工程（図１（Ｆ）、図２（Ｆ）および図３（Ｆ））と、を備える。かかるＧａＮ結晶の成長方法により、主面の面積が大きな大口径のＧａＮ結晶基板を効率よく生産することができる。
【００１３】
［ＧａＮ種結晶基板の準備工程］
図１（Ａ）、図２（Ａ）および図３（Ａ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程を備える。ＧａＮ種結晶基板１０１を準備する工程は、特に制限はなく、主面の面積が大きい大口径の下地基板上に気相法または液相法によりＧａＮ種結晶を成長させ、得られたＧａＮ種結晶の外周部を除去し、下地基板の主面に平行な面でスライスし、スライス面を研磨するなどの加工をすることによりＧａＮ種結晶基板１０１が得られる。
【００１４】
ＧａＮ種結晶の成長に用いられる下地基板は、特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の高いＧａＮ種結晶を成長させる観点から、ＧａＮ種結晶の格子定数との整合性が高い基板が好ましい。たとえば、サファイア基板、ＳｉＣ（炭化珪素）基板、ＧａＡｓ（砒化ガリウム）基板などが好ましく、ＩＩＩ族窒化物基板がより好ましく、ＧａＮ基板がさらに好ましい。また、ＧａＮ種結晶を成長させる方法は、特に制限はないが、転位密度（主面および／または主面に平行な面における平均の転位密度をいう。以下同じ。）が低く結晶性の高いＧａＮ種結晶を成長させる観点から、ＨＶＰＥ（ハイドライド気相エピタキシ）法、ＭＯＣＶＤ（有機金属化学気相堆積）法、ＭＢＥ（分子線エピタキシ）法などの気相法、フラックス法、高窒素圧溶液法などの液相法、液相法に類似した方法であるアモノサーマル法などが好適に用いられる。
【００１５】
［第１のＧａＮ結晶を得る工程］
図１（Ｂ）、図２（Ｂ）および図３（Ｂ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程を備える。かかる第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる工程により、転位密度の低い第１のＧａＮ結晶１１０が得られる。
【００１６】
第１の気相法は、転位密度が低く結晶性の高い第１のＧａＮ結晶１１０を成長させる方法であれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法などが用いられるが、結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法が好適に用いられる。ＨＶＰＥ法などの気相法で成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶１１０の外周部には（１０−１０）面のファセット１１０ｅも形成されるが、かかる（１０−１０）面にはＧａＮ多結晶が成長しやすい。
【００１７】
［第１のＧａＮ結晶基板を得る工程］
図１（Ｃ）、図２（Ｃ）および図３（Ｃ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを加工することにより、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに比べて面積が小さな主面１１１ｓを有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１を得る工程を備える。
【００１８】
上記のように、第１のＧａＮ結晶１１０は、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。このため、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかから、その外周部を除去する加工をして得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さくなる。
【００１９】
ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の少なくともいずれかを少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１に加工する工程には、特に制限はなく、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去するサブ工程、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程などが含まれる。これらの外周部除去サブ工程、分離サブ工程の順序には特に制限はなく、たとえば以下の方法がある。
【００２０】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態１）
図１（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程のある形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００２１】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２２】
また、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０をＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２３】
また、分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００２４】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００２５】
このため、本形態の加工工程においては、同じ外周径で同じ面積の主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を複数枚同時に作製することができるが、それらの第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、小さくなる。また、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの転位密度は低くなる。
【００２６】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態２）
図２（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の別の形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａと、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂと、に分離するサブ工程と、ＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａの外周部ならびに結晶成長後半領域１１０ｂの外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａならびに外周部が除去された結晶成長後半領域１１０ｂをそれぞれＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、かかる分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００２７】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａと第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂとに分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２８】
また、ＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａの外周部ならび結晶成長後半領域１１０ｂの外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００２９】
また、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１および結晶成長前半領域１１０ａならびに外周部が除去された結晶成長後半領域１１０ｂを、それぞれＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３０】
また、分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００３１】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００３２】
このため、本形態の加工工程においては、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの転位密度は低くなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓおよび第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積はいずれもＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓの面積は、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積に比べて、大きくなる。
【００３３】
（第１のＧａＮ結晶基板への加工工程の形態３）
図３（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板への加工工程のさらに別の形態は、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で、ＧａＮ種結晶基板１０１およびその近傍のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃと、第１のＧａＮ結晶１１０からＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを除いた第１のＧａＮ結晶の結晶成長領域１１０ｄと、に分離するサブ工程と、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃの外周部ならびに結晶成長領域１１０ｄの外周部を除去するサブ工程と、外周部が除去されたＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃをＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離するサブ工程と、上記少なくともいずれかの分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨するサブ工程と、を含む。本形態の加工工程により、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積より小さな主面１１１ｓを有する第１のＧａＮ結晶基板１１１を少なくとも１つ得ることができる。
【００３４】
なお、本形態の加工工程におけるＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃは、形態２の加工工程におけるＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａに含まれる領域である。
【００３５】
本形態の加工工程において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃと第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄとに分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３６】
また、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃの外周部ならび結晶成長領域１１０ｄの外周部を除去する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、外周研削、レーザー加工、コアドリル加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３７】
また、外周部が除去された結晶成長領域１１０ｄを、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面で分離する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高い観点から、スライス、レーザー加工、放電加工などの方法が好ましい。
【００３８】
また、上記の少なくともいずれかの分離により得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１の分離された面を研磨する方法には、特に制限はないが、加工が容易で加工精度が高く大口径化への対応が容易な観点から、ＣＭＰ（化学機械的研磨）、機械研磨、光照射援用化学研磨法などの方法が好ましい。
【００３９】
ここで、ＨＶＰＥ法などの気相法により成長させた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、外周部に（１０−１０）面のファセット１１０ｅが形成されて、（１０−１０）面にＧａＮ多結晶が成長する。
【００４０】
このため、本形態の加工工程においては、ＧａＮ種結晶基板１０１およびＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工により得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの転位密度に比べて、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄから加工して得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの転位密度は低くなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの主面１１１ｃｓおよび第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの主面１１１ｄｓの面積はいずれもＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃの主面１１１ｃｓの面積は、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄの主面１１１ｄｓの面積に比べて、大きくなる。
【００４１】
このようにして、少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板１１１が得られる。こうして得られる第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積は、上記の加工工程の形態１〜形態３のいずれの場合においても、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて小さくなる。このため、第１のＧａＮ結晶基板上に気相法によりさらに成長させた次のＧａＮ結晶から加工により得られる次のＧａＮ結晶基板は、その主面の面積が第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積よりさらに小さくなる。すなわち、得られたＧａＮ結晶基板をそのまま用いてその主面上に気相法により次のＧａＮ結晶を成長させ、ＧａＮ結晶基板およびその主面上に成長させた次のＧａＮ結晶を加工して次のＧａＮ結晶基板を生産するＧａＮ結晶基板の再生産を繰り返すと、得られるＧａＮ結晶基板はその主面の面積が低減する。
【００４２】
上記のようなＧａＮ結晶基板の再生産において、得られるＧａＮ結晶基板の主面の面積が低減するのを防止するためには、上記の第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積を増大させて、主面の面積を増大させたＧａＮ結晶基板の主面上に次のＧａＮ結晶を成長させる必要がある。
【００４３】
［第２のＧａＮ結晶基板を得る工程］
図１（Ｃ）〜（Ｅ）、図２（Ｃ）〜（Ｅ）、および図３（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を得る工程を備える。
【００４４】
第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを液相法により成長させることにより、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに垂直な方向の結晶成長速度に比べて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに平行な方向の結晶成長速度を高くすることができる。このため、第１のＧａＮ結晶基板の主面の面積を増大させて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに比べて面積が大きな主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２が得られる。
【００４５】
第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを成長させる液相法は、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに垂直な方向の結晶成長速度に比べて、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓに平行な方向の結晶成長速度が高いものであれば特に制限はないが、転位密度が低く結晶性の高いＧａＮ結晶を成長させる観点から、フラックス法、高窒素圧溶液法などが好ましい。また、同様の観点から、液相法に類似した方法であるアモノサーマル法なども好適である。
【００４６】
ここで、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓに平行な方向の結晶成長速度を高める観点から、上記のフラックス法において、フラックスは、Ｎａ、Ｌｉ、またはＮａおよびＬｉの混合フラックスなどが好ましく、結晶成長温度は８００℃以上９００℃以下が好ましく、窒素原料ガス圧力は１ＭＰａ以上１０ＭＰａ以下が好ましい。また、同様の観点から、上記の高窒素圧溶液法において、結晶成長温度は１０００℃以上１２００℃以下が好ましく、窒素原料ガス圧力は５０ＭＰａ以上２００ＭＰａ以下が好ましい。
【００４７】
さらに、上記第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃの主面１１１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓの面積以上の主面１１２ｓを有する第２のＧａＮ結晶基板１１２を再生産させることができる観点から、第１のＧａＮ結晶基板１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃを成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積以上であることが好ましい。
【００４８】
ここで、図１（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態１〜形態３において、それぞれ第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られる場合は、そのＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｂｓの面積は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、相当に小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度が低いが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により相当成長させる必要がある。
【００４９】
また、図２（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態２において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域１１０ａの少なくともいずれかから加工して得られる場合は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、少し小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ａは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度は同じまたは僅かに低い程度であるが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により少し成長させれば足りる。
【００５０】
また、図３（Ｃ）および（Ｄ）を参照して、第１のＧａＮ結晶基板１１１が、上記加工工程の形態３において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工して得られる場合は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積に比べて、少し小さくなっている。したがって、このような第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃは、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度は同程度であるが、ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上の主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得るためには第１のＧａＮ結晶基板を液相法により少し成長させれば足りる。
【００５１】
［第２のＧａＮ結晶を成長させる工程］
図１（Ｆ）、図２（Ｆ）および図３（Ｆ）を参照して、本実施形態のＧａＮ結晶の製造方法は、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる工程を備える。第２のＧａＮ結晶基板１１２は、その主面１１２ｓの面積が、第１のＧａＮ結晶基板１１１の主面１１１ｓの面積より大きく、好ましくはＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓの面積以上である。このため、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上に第２の気相法により成長させた第２のＧａＮ結晶１２０から加工された次のＧａＮ結晶基板（第３のＧａＮ結晶基板という。以下同じ。）を、その主面の面積の低減を抑制して、生産することができる。このようにして、ＧａＮ結晶基板を、その主面の面積の低減を抑制して、再生産することができる。
【００５２】
第２の気相法は、転位密度が低く結晶性の高い第２のＧａＮ結晶１２０を成長させる方法であれば特に制限はなく、ＨＶＰＥ法、ＭＯＣＶＤ法、ＭＢＥ法、昇華法などが用いられるが、結晶成長速度が高い観点からＨＶＰＥ法が好適に用いられる。なお、ＨＶＰＥ法などの気相法で成長させた第２のＧａＮ結晶１２０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓから遠い位置になるほど、転位密度が低くなるとともに、外周部に（１０−１１）面および（１１−２２）面の少なくともいずれかのファセット１１０ｆが形成され、外周径が小さくなる。また、第１のＧａＮ結晶１１０の外周部には（１０−１０）面のファセット１１０ｅも形成されるが、かかる（１０−１０）面にはＧａＮ多結晶が成長しやすい。すなわち、第２の気相法も、上記の点については、第１の気相法と同様である。
【００５３】
ここで、図１（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態１〜形態３において、それぞれ第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域１１０ｂから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１に比べて転位密度が低くなる。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度の低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００５４】
また、図２（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態２において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域１１０ａから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１の密度と同じまたは僅かに低い転位密度である。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度が同じまたは僅かに低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００５５】
また、図３（Ｄ）〜（Ｆ）を参照して、上記加工工程の形態３において、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃから加工して得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを液相法により成長させた第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＧａＮ種結晶基板１０１の密度と同等の転位密度である。このため、かかる第２のＧａＮ結晶基板１１２を用いて、第２のＧａＮ結晶１２０を成長させることにより、転位密度が同等のＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【実施例】
【００５６】
（実施例１）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図１（Ａ）を参照して、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、転位密度（主面における平均の転位密度をいう。以下同じ。）が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。ここで、結晶基板の主面の面方位はＸ線回折により同定し、転位密度はＣＬ（カソードルミネッセンス）により測定した。かかるＧａＮ種結晶基板１０１は、下地基板であるＧａＡｓ基板の（１１１）主面上に、ＨＶＰＥ法により成長させたＧａＮ種結晶を、下地基板の主面に平行な面でスライスして、スライス面を鏡面研磨して得られた。
【００５７】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図１（Ｂ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓ上に、ＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１１００℃、結晶成長速度３００μｍ／ｈｒで、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００５８】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図１（Ｃ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、それらの外周部を研削により除去して、直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１を６枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１のスライス面を鏡面研磨して、直径が５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１を６枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００５９】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図１（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記６枚の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１側から６枚目の第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂは、第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりも結晶成長主面１１０ｇ側の結晶成長後半領域１１０ｂから上記３．のように作製されたもの）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂの主面１１１ｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、２００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。
【００６０】
次いで、その外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００６１】
さらに、主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が２×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）に比べて、低くなった。フラックス法による横方向成長領域（主面に平行な方向に成長した結晶の領域をいう、以下同じ。）の転位密度は１×１０5ｃｍ-2〜２×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００６２】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図１（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、結晶成長温度１１００℃、結晶成長速度３００μｍ／ｈｒで、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶１１０と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（２×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）に比べて低いことから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度に比べて低くなる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、転位密度の低いＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００６３】
（実施例２）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図２（Ａ）を参照して、実施例１と同様にして、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、転位密度が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。
【００６４】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図２（Ｂ）を参照して、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００６５】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図２（Ｃ）を参照して、第１のＧａＮ結晶１１０をその中央を含むＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａと、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂとに分離した。
【００６６】
次いで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａを、それらの外周部を研削により除去して、直径５４ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを複数枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａのスライス面を鏡面研磨した。こうして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長前半領域１１０ａから直径が５４ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ａを複数枚得た。
【００６７】
また、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂを、その外周部を研削により除去して、直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを複数枚得た。これらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂのスライス面を鏡面研磨した。こうして、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長後半領域１１０ｂから直径５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｂを、それぞれ複数枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００６８】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図２（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記複数の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１を含む第１のＧａＮ結晶基板１１１ａ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ａは、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａから上記３．のように作製されたもの）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、１００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。
【００６９】
次いで、外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００７０】
さらに主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が５×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であった。フラックス法による横方向成長領域の転位密度は３×１０5ｃｍ-2〜５×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００７１】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図２（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶１１０と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であるから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度と同じ程度となる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、同程度の転位密度を有するＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００７２】
（実施例３）
１．ＧａＮ種結晶基板の準備
図３（Ａ）を参照して、実施例１と同様にして、直径が５５ｍｍで（０００１）面の主面１０１ｓを有し、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定した転位密度が５×１０5ｃｍ-2で厚さが４００μｍのＧａＮ種結晶基板１０１を準備した。
【００７３】
２．第１のＧａＮ結晶の成長
図３（Ｂ）を参照して、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第１のＧａＮ結晶１１０を成長させた。得られた第１のＧａＮ結晶１１０は、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な（０００１）面の結晶成長主面１１０ｇと、結晶成長主面１１０ｇの外周に繋がる（１０−１１）面および（１１−２２）面のファセット１１０ｆと、ファセット１１０ｆの外周に繋がる（１０−１０）面のファセット１１０ｅを有していた。また、ファセット１１０ｅには、ＧａＮ多結晶が成長していた。
【００７４】
３．第１のＧａＮ結晶基板の作製
図３（Ｃ）を参照して、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０を、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域と、第１のＧａＮ結晶１１０からＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを除いた第１のＧａＮ結晶の結晶成長領域１１０ｄと、に分離した。
【００７５】
次いで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域を、その外周部を研削により除去した後、スライス面を研磨して、主面１１１ｃｓの直径が５４ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃを得た。
【００７６】
また、第１のＧａＮ結晶１１０の結晶成長領域１１０ｄを、その外周部を研削により除去して直径５０ｍｍの円筒形状に加工した後、ＧａＮ種結晶基板１０１の主面１０１ｓに平行な面でスライスして、厚さが５００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄを複数枚得た。それらの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄのスライス面を鏡面研磨して、主面１１１ｄｓの直径が５０ｍｍで厚さが４００μｍの第１のＧａＮ結晶基板１１１ｄを複数枚得た。こうして得られた第１のＧａＮ結晶基板１１１は、以下のＧａＮ結晶基板の再生産用のＧａＮ結晶基板を除き、製品として供される。
【００７７】
４．第２のＧａＮ結晶基板の作製
図３（Ｃ）〜（Ｅ）を参照して、上記複数の第１のＧａＮ結晶基板１１１の内、ＧａＮ種結晶基板１０１を含む第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃ（かかる第１のＧａＮ結晶基板１１１ｃは、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域から上記３．のように作製されたものである。ここで、ＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０のＧａＮ種結晶基板近傍領域１１０ｃを含む厚さ５００μｍの領域は、図２（Ｃ）のＧａＮ種結晶基板１０１および第１のＧａＮ結晶１１０の中央よりもＧａＮ種結晶基板１０１側の結晶成長前半領域１１０ａ内に含まれる。）を、Ｎａフラックス法により、Ｇａ：Ｎａのモル比が１：３．７のＧａ−Ｎａ融液を用いて、窒素ガス圧力３．０３９ＭＰａ（３０気圧）、結晶成長温度８５０℃で、第１のＧａＮ結晶基板１１１ａの主面１１１ａｓに方向な方向の結晶成長速度が４０μｍ／ｈｒ、垂直な方向の結晶成長速度が８μｍ／ｈｒで、１００時間成長させることにより、主面の直径を５８ｍｍに増大させた。次いで、外周部および主面を研削して、主面上のフラックス成長領域を全て除去した。フラックス法で高速成長させると、Ｃ面上に成長したフラックス成長領域は結晶性が悪化しやすいので、これを除去することが好ましい。
【００７８】
さらに、主面を鏡面研磨して、主面１１２ｓの直径が５５ｍｍで厚さが３５０μｍの第２のＧａＮ結晶基板１１２を得た。この第２のＧａＮ結晶基板１１２は、ＣＬ（カソードルミネッセンス）法により測定したところ、転位密度が５×１０5ｃｍ-2であり、ＧａＮ種結晶基板の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であった。フラックス法による横方向成長領域の転位密度は３×１０5ｃｍ-2〜５×１０5ｃｍ-2と種結晶基板の転位密度より若干低くなった。
【００７９】
５．第２のＧａＮ結晶の成長
図３（Ｆ）を参照して、第２のＧａＮ結晶基板１１２の主面１１２ｓ上にＨＶＰＥ法により、実施例１と同様にして、厚さ５ｍｍの第２のＧａＮ結晶１２０を成長させた。かかる第２のＧａＮ結晶１２０は、上記の第１のＧａＮ結晶と同様の形状および大きさを有していた。ここで、第２のＧａＮ結晶１２０は第２のＧａＮ結晶基板１１２上にＨＶＰＥ法により成長されたものであり、第１のＧａＮ結晶１１０はＧａＮ種結晶基板１０１上にＨＶＰＥ法に成長されたものであり、第２のＧａＮ結晶基板１１２の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）はＧａＮ種結晶基板１０１の転位密度（５×１０5ｃｍ-2）と同様であるから、第２のＧａＮ結晶の転位密度は第１のＧａＮ結晶の転位密度と同じ程度となる。したがって、第２のＧａＮ結晶を基板に加工することにより、同程度の転位密度を有するＧａＮ結晶基板を再生産することができる。
【００８０】
今回開示された実施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。
【符号の説明】
【００８１】
１０１ ＧａＮ種結晶基板、１０１ｓ，１１１ａｓ，１１１ｂｓ，１１１ｃｓ，１１１ｄｓ，１１１ｓ，１１２ｓ 主面、１１０ 第１のＧａＮ結晶、１１０ａ 結晶成長前半領域、１１０ｂ 結晶成長後半領域、１１０ｃ ＧａＮ種結晶基板近傍領域、１１０ｄ 結晶成長領域、１１０ｅ，１１０ｆ ファセット、１１０ｇ 結晶成長主面、１１１，１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃ，１１１ｄ 第１のＧａＮ結晶基板、１１２ 第２のＧａＮ結晶基板、１２０ 第２のＧａＮ結晶。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＧａＮ種結晶基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ種結晶基板の主面上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶を成長させる工程と、
前記ＧａＮ種結晶基板および前記第１のＧａＮ結晶の少なくともいずれかを加工することにより、前記ＧａＮ種結晶基板の主面に比べて面積が小さな主面を有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板を得る工程と、
前記第１のＧａＮ結晶基板を液相法により成長させることにより、前記第１のＧａＮ結晶基板の主面に比べて面積が大きな主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得る工程と、
前記第２のＧａＮ結晶基板の主面上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶を成長させる工程と、を備えるＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項２】
前記第２のＧａＮ結晶基板の主面の面積は、前記ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上である請求項１に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項３】
前記第１のＧａＮ結晶基板は、前記第１のＧａＮ結晶の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域から加工して得られる請求項１または請求項２に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項４】
前記第１のＧａＮ結晶基板は、前記ＧａＮ種結晶基板および前記第１のＧａＮ結晶の中央よりも前記ＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域の少なくともいずれかから加工して得られる請求項１または請求項２に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項１】
ＧａＮ種結晶基板を準備する工程と、
前記ＧａＮ種結晶基板の主面上に第１の気相法により第１のＧａＮ結晶を成長させる工程と、
前記ＧａＮ種結晶基板および前記第１のＧａＮ結晶の少なくともいずれかを加工することにより、前記ＧａＮ種結晶基板の主面に比べて面積が小さな主面を有する少なくとも１つの第１のＧａＮ結晶基板を得る工程と、
前記第１のＧａＮ結晶基板を液相法により成長させることにより、前記第１のＧａＮ結晶基板の主面に比べて面積が大きな主面を有する第２のＧａＮ結晶基板を得る工程と、
前記第２のＧａＮ結晶基板の主面上に第２の気相法により第２のＧａＮ結晶を成長させる工程と、を備えるＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項２】
前記第２のＧａＮ結晶基板の主面の面積は、前記ＧａＮ種結晶基板の主面の面積以上である請求項１に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項３】
前記第１のＧａＮ結晶基板は、前記第１のＧａＮ結晶の中央よりも結晶成長主面側の結晶成長後半領域から加工して得られる請求項１または請求項２に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【請求項４】
前記第１のＧａＮ結晶基板は、前記ＧａＮ種結晶基板および前記第１のＧａＮ結晶の中央よりも前記ＧａＮ種結晶基板側の結晶成長前半領域の少なくともいずれかから加工して得られる請求項１または請求項２に記載のＧａＮ結晶の成長方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２０１２−６７９４（Ｐ２０１２−６７９４Ａ）
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１４４９７３（Ｐ２０１０−１４４９７３）
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１月１２日（２０１２．１．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年６月２５日（２０１０．６．２５）
【出願人】（０００００２１３０）住友電気工業株式会社 (12,747)
【Ｆターム（参考）】
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