ＩＩＩ族窒化物半導体結晶の製造方法、ＩＩＩ族窒化物半導体基板およびＩＩＩ族窒化物半導体結晶
【課題】非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶をより簡便に製造する方法を提供する。
【解決手段】極性面を主面とする下地基板１０上に、極性面以外のファセット面１１〜１８を含む凸状ライン部２１〜２４を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させる。
【解決手段】極性面を主面とする下地基板１０上に、極性面以外のファセット面１１〜１８を含む凸状ライン部２１〜２４を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非極性面または半極性面を主面とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法と、その方法を利用して製造されるIII族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体結晶を用いたＬＥＤなどの半導体発光デバイスは、基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させることにより一般に製造されている。このとき、異種基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させると結晶欠陥が発生しやすいために、効率のよい半導体発光デバイスを提供することが困難であるが、同種のIII族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体結晶をホモエピタキシャル成長させれば結晶欠陥の発生が抑制されるために、高性能な半導体発光デバイスを提供しやすいことが知られている。また、ホモエピタキシャル成長に用いるIII族窒化物半導体基板は、結晶欠陥が少ないほど、その上に良好なIII族窒化物半導体結晶を成長できることも知られている。このため、できるだけ結晶欠陥が少ないIII族窒化物半導体基板を提供することが必要とされている。
【０００３】
そこで、このようなIII族窒化物半導体基板として用いることができるような良質なIII族窒化物半導体結晶を製造する方法が、これまでに種々研究され、幾つかの方法が提案されるに至っている。
例えば特許文献１には、ピッチ幅２０〜２０００μｍのストライプ状のマスクパターンをあらかじめ形成した平板状のサファイア基板のＣ面上に、ファセットからなる直線状のＶ字溝を形成しながらｃ軸方向にＧａＮ結晶を０．１〜４．４ｍｍ程度成長させることが記載されている。また、成長後の結晶をＣ面にてスライスして、Ｃ面を主面とするＧａＮ基板を得ることも記載されている。この方法によれば、Ｖ字溝の底部に欠陥を集合させることができるため、結晶欠陥が少ないＧａＮ結晶を製造することができると説明されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｃ面を主面とし短辺が１０ｍｍのバー状のＧａＮ基板４枚を５ｍｍ間隔で配列したものを下地基板として用い、側面であるＭ面からｃ軸方向へ壁状のＧａＮ結晶を成長させる方法が記載されている。特許文献２には、この方法によって成長させた結晶から、ｃ軸方向の長さが３５ｍｍのＭ面を主面とするＧａＮ基板を切り出したことが記載されている。また、この方法により製造されるＧａＮ結晶には、下地基板に由来する結晶欠陥や、表面に平行な転位線が存在しないことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８３１００号公報
【特許文献２】特開２００８−３０８４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される方法は、成長させたＧａＮ結晶をＣ面にてスライスしてＣ面を主面とするＧａＮ基板を得ることを目的とするものであり、非極性面や半極性面を主面とするＧａＮ基板を得ることについては記載も示唆もされていない。また、特許文献１には、サファイア基板のストライプ状のマスクパターンのピッチ幅を２０００μｍ超にするとファセット面が乱れて結晶欠陥が発生し、ファセットからなる山の頂部が乱れてピットが生じることが記載されている（特許文献１段落番号０１４３〜０１４４、０２８５〜０２８６参照）。このため、特許文献１に記載される方法では、厚膜結晶を成長することはできない。
一方、上記の特許文献２によれば、非極性面や半極性面を主面とするＧａＮ基板を得ることができるが、下地基板の側面であるＭ面からｃ軸方向に結晶を成長するものであるため、主面にて成長する場合に比べて成長の制御が困難であるという問題がある。
本発明者らは、これらの従来技術の課題に鑑みて、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶をより簡便に製造する方法を提供することを目的として鋭意検討を進めた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その結果、本発明者らは、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成した下地基板を用いることにより、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造しうることを見出すに至った。また、この方法を採用すれば、下地基板の作製が簡単であるうえ、主面上に結晶を成長させることができるため、一度の成長で多数の結晶を速い成長速度で効率良く製造しうることも見出すに至った。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の内容を含むものである。
【０００８】
［１］ 極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［２］ 前記下地基板の主面に垂直な方向への前記III族窒化物半導体結晶の平均成長速度が１５０μｍ／ｈｒ以上であることを特徴とする［１］に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［３］ 前記下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクがピッチ幅２５００μｍ以上で形成されていることを特徴とする［１］または［２］に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［４］ 前記III族窒化物半導体結晶を前記下地基板の主面に垂直な方向へ５ｍｍ以上成長させることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［５］ 少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［６］ すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［７］ 成長させる前記III族窒化物半導体結晶が単結晶であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［８］ ［１］〜［７］のいずれか１項に記載の製造方法にて得られたIII族窒化物半導体結晶を加工して得られるIII族窒化物半導体基板。
［９］ 極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有することを特徴とするIII族窒化物半導体結晶。
［１０］ 前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であることを特徴とする［９］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
［１１］ 少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［９］または［１０］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
［１２］ すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［９］または［１０］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法によれば、非極性面または半極性面を主面とする良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造することができる。また、本発明の製造方法によれば、速い成長速度で効率良くIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能である。さらに、本発明の製造方法によれば、主面が大きなIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ストライプ状のマスクを形成した下地基板の斜視図である。
【図２】ストライプ状のマスクを形成した下地基板の側面図である。
【図３】凸状ライン部が形成された下地基板の側面図である。
【図４】ピッチ幅が狭い従来法によりIII族窒化物半導体結晶を成長させたときの断面図である。
【図５】ピッチ幅が広い本発明の製造方法によりIII族窒化物半導体結晶を成長させたときの断面図である。
【図６】本発明の製造方法で用いることができる製造装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。例えば、III族窒化物半導体結晶の代表例としてＧａＮ結晶を例に挙げて説明がなされることがあるが、本発明はＧａＮ結晶およびその製造方法に限定されるものではない。
【００１２】
本明細書においてIII族窒化物半導体結晶の「主面」とは、当該III族窒化物半導体結晶における最も広い面であって、結晶成長を行うべき面を指す。本明細書において「Ｃ面」とは、六方晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における｛０００１｝面と等価な面であり、極性面である。III族窒化物半導体結晶では、Ｃ面はIII族面またはＶ族面であり、窒化ガリウムではそれぞれＧａ面またはＮ面に相当する。また、本明細書において「Ｍ面」とは、｛１−１００｝面、｛０１−１０｝面、[−１０１０]面、｛−１１００｝面、｛０−１１０｝面、｛１０−１０｝面として包括的に表される非極性面であり、具体的には（１−１００）面、（０１−１０）面、（−１０１０）面、（−１１００）面、（０−１１０）面、（１０−１０）面を意味する。さらに、本明細書において「Ａ面」とは、｛２−１−１０｝面、｛−１２−１０｝面、｛−１−１２０｝面、｛−２１１０｝面、｛１−２１０｝面、｛１１−２０｝面として包括的に表される非極性面であり、具体的には（２−１−１０）面、（−１２−１０）面、（−１−１２０）面、（−２１１０）面、（１−２１０）面、（１１−２０）面を意味する。本明細書において「ｃ軸」「ｍ軸」「ａ軸」とは、それぞれＣ面、Ｍ面、Ａ面に垂直な軸を意味する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１３】
本明細書において「非極性面」とは、表面にIII族元素と窒素元素の両方が存在しており、かつその存在比が１：１である面を意味する。具体的には、Ｍ面やＡ面を好ましい面として挙げることができる。本明細書において「半極性面」とは、例えば、III族窒化物が六方晶であってその主面が（ｈｋｌｍ）で表される場合、ｈ，ｉ，ｋのうち少なくとも２つが０でなく、且つｌが０でない面をいう。また、半極性面は、ｃ面、すなわち（０００１）面に対して傾いた面で、表面にIII族元素と窒素元素の両方あるいはＣ面のように片方のみが存在する場合で、かつその存在比が１：１でない面を意味する。ｈ、ｋ、ｌ、ｍはそれぞれ独立に−５〜５のいずれかの整数であることが好ましく、−２〜２のいずれかの整数であることがより好ましく、低指数面であることが好ましい。本発明において好ましく採用できる半極性面として、例えば（１０−１１）面、（１０−１−１）面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１２）面、（１０−１−２）面などを挙げることができる。
なお、本明細書においてＣ面、Ｍ面、Ａ面や特定の指数面を称する場合には、±０．０１°以内の精度で計測される各結晶軸から１０°以内のオフ角を有する範囲内の面を含む。好ましくはオフ角が５°以内であり、より好ましくは３°以内である。
【００１４】
［III族窒化物半導体結晶の製造方法］
（基本構成）
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法は、極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とする。以下に本発明の製造方法で用いる下地基板や形成する凸状ライン部などについて詳細に説明する。
【００１５】
（下地基板）
本発明の製造方法で用いる下地基板は、本発明により成長しようとしているIII族窒化物半導体結晶と同種の結晶からなる基板であってもよいし、異種の結晶からなる基板であってもよい。例えば、窒化ガリウム結晶を製造しようとしている場合は、窒化ガリウム基板を用いてもよいし、サファイアなどの異種基板を用いてもよい。異種の結晶としては、サファイア以外にＳｉＣ、ＺｎＯなどを挙げることができる。異種の結晶として好ましいのは、サファイアである。
【００１６】
本発明の製造方法で用いる下地基板は、極性面を主面とするものである。例えば窒化ガリウム基板やサファイア基板を用いる場合は、（０００１）面や（０００−１）面を主面とする基板を用いることができる。このうち、本発明の製造方法における結晶成長には、（０００１）面側を用いることが好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法で用いる下地基板は、平坦な基板でもよいし、凹凸加工を施した基板であってもよい。例えば平坦な基板上に平坦なIII族窒化物（例えば窒化ガリウム）の薄膜を成長したものでも良いし、平坦な基板上に成長を阻害するマスクを施してからIII族窒化物の薄膜を成長して凹凸をつけても良い。平坦な基板上に成長を阻害するマスクを施してからIII族窒化物の薄膜を成長して凹凸をつけてから更にエッチングにより成長を阻害するマスクを除去して空隙を形成してもよいし、凹凸をつけた基板上にIII族窒化物の薄膜を成長して空隙を形成してもよい。
【００１８】
本発明の製造方法で用いる下地基板の形状は、後述する複数の凸状ライン部を形成しうるものであれば特に制限されない。例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、５角形以上の多角形などの主面を有する下地基板を、成長しようとしているIII族窒化物半導体結晶の形状やサイズ等を考慮して適宜選択して使用することができる。例えば、大型のIII族窒化物半導体基板を数多く取得したい場合は、長方形の主面を有する下地基板を好ましく選択することができる。下地基板は自己支持性を有する厚みを持つことが好ましく、通常は厚みが０．２０ｍｍ以上であり、好ましくは０．２５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．３０ｍｍ以上であり、また、上限値としては例えば１．００ｍｍ以下のものを用いることができる。
【００１９】
本発明の製造方法では、下地基板の主面上に凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成する。このため、下地基板には、凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成しうるような処理を行ってから、III族窒化物半導体結晶の成長を行うことが好ましい。そのような処理の例として、極性面からなる主面の一部をマスクする態様を挙げることができる。あるいは、下地基板の主面の一部をエッチングによりストライプ状に除去した溝を形成してもよい。
【００２０】
具体的には、下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクをピッチ幅２５００μｍ以上で形成しておくことができる。例えば図１に示すように、Ｃ面を主面とし、Ａ面とＭ面を側面とする長方形の下地基板１０を想定したとき、非極性面であるＭ面と平行な方向に伸長するストライプ状のマスク１，２，３，４，５をＣ面上に形成することができる。このとき、ストライプ状のマスクのピッチ幅は図２のＰMで表され、２５００μｍ以上となるように設置する。ピッチ幅は、２５００μｍ以上であることが好ましく、２７５０μｍ以上であることがより好ましく、３０００μｍ以上であることがさらに好ましい。ピッチ幅が２５００μｍ以上であれば、非マスク領域に成長するIII族窒化物半導体結晶の頂部がストライプ状のマスク上で互いに結合して一体化することなく成長し、良好な品質を有するIII族窒化物半導体結晶が得られやすくなる。一方、ピッチ幅の上限値は、９０００μｍ以下であることが好ましく、８０００μｍ以下であることがより好ましく、７０００μｍ以下であることがさらに好ましい。ピッチ幅はある程度以上確保すれば、得られるIII族窒化物半導体結晶の品質や形状はほぼ同等となるため、III族窒化物半導体結晶の製造効率を考慮すれば上記の上限値以下にすることが好ましい。また、ピッチの幅は、すべての隣り合うストライプ状マスクの間で同じにする必要はなく、２５００μｍ以上離れていれば異なっていても構わない。ただ、下地基板上において、より均一なIII族窒化物半導体結晶の成長を図る場合は、間隔を等しくしておくことが好ましい。
【００２１】
マスクの幅ＷMは、１０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、１５００μｍ以下であることが好ましく、１０００μｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以下であることがさらに好ましい。また、マスクの高さＨMは１００Å以上であることが好ましく、３００Å以上であることがより好ましく、５００Å以上であることがさらに好ましい。また、３０００Å以下であることが好ましく、２０００Å以下であることがより好ましく、１０００Å以下であることがさらに好ましい。また、マスクの材質は、成長を阻害するものであれば特段限定されず、具体的にはＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯなどがあげられる。
【００２２】
（凸状ライン部）
本発明の製造方法では、下地基板の主面上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成する。凸状ライン部のファセット面は、半極性面であっても非極性面であってもよい。このような凸状ライン部は、例えば上記のストライプ状のマスクを形成した下地基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させることにより、形成することができる。凸状ライン部は、外表面が２つ以上のファセット面により構成されていることが好ましい。例えば２つのファセット面で構成されている場合、下で説明する図３に示す態様のように、２つのファセット面は凸状ライン部の断面が対称形となるように配置され、ファセット面の接合部が凸状ライン部の頂部稜線を形成していることが好ましい。また、２つのファセット面の面積は等しいかほぼ等しいことが好ましい。２つのファセット面の組み合わせとしては、例えば（１１−２２）面と（−１−１２２）面の組み合わせ、（１０−１１）面と（−１０１１）面の組み合わせなどを挙げることができる。
【００２３】
例えば、図１および図２に示すストライプ状のマスクを形成した下地基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させると、非マスク領域の極性面上に図３に示すようにファセット面１１，１２を有する凸状ライン部２１；ファセット面１３，１４を有する凸状ライン部２２；ファセット面１５，１６を有する凸状ライン部２３；ファセット面１７，１８を有する凸状ライン部２４が形成される。このような凸状ライン部は、例えばストライプ状のマスクを形成したＧａＮ下地基板やサファイヤ下地基板の極性面上に本発明にしたがってＧａＮ結晶を成長させた場合に観察される。
【００２４】
凸状ライン部のピッチＰLは２５００μｍ以上である。ピッチ幅が２５００μｍ以上であれば、非マスク領域に成長するIII族窒化物半導体結晶の頂部がストライプ状のマスク上で互いに結合して一体化することなく成長し、良好な品質を有するIII族窒化物半導体結晶が得られやすくなる。凸状ライン部のピッチＰLの好ましい範囲は、上記のストライプ状のマスクのピッチＰMの好ましい範囲と同じである。なお、ここでいう凸状ライン部のピッチＰLは、図３に示すような断面を観察したときに、凸状ライン部が下地基板の極性面に接する最左端部と、その隣の凸状ライン部が下地基板の極性面に接する最左端部との距離を意味する。
【００２５】
凸状ライン部の幅ＷLは、上記のストライプ状のマスクのピッチ幅Ｐm及びマスクの幅Ｗmの組み合わせにより決定する事ができる。凸状ライン部の幅ＷLを大きくすれば、それだけ凸状ライン部の頂点を高くすることができ、サイズが大きなIII族窒化物半導体結晶を最終的に取得することが可能になる。このため、大型なIII族窒化物半導体結晶を得たい場合は、それに応じて凸状ライン部の幅ＷLが大きくなるようにＰm及びＷmを設定することが好ましい。
【００２６】
凸状ライン部の高さＨLは、上記のストライプ状のマスクのピッチ幅Ｐmやマスクの幅Ｗmにより、ある程度定まる。凸状ライン部の高さＨLは、通常は上記凸状ライン部の幅ＷLの１．０倍以上であることが好ましく、ＷLの１．５倍以上であることがより好ましく、ＷLの２．０倍以上であることがさらに好ましい。
【００２７】
凸状ライン部の形状やサイズについては、III族窒化物半導体結晶の成長を完了した後に、例えば凸状ラインに直交する結晶断面を蛍光顕微鏡観察することにより確認することができる。凸状ライン部は、その上に成長するIII族窒化物半導体結晶とは明確に区別して観察することができる。このため、例えば下地基板の下面（主面と反対側の面）側から図３の下から上へ透過観察することにより、凸状ライン部の幅ＷLを測定することが可能である。
【００２８】
（III族窒化物半導体結晶の成長）
本発明の製造方法では、さらにIII族窒化物半導体結晶を成長させる。III族窒化物半導体結晶の成長は、凸状ライン部のファセット面上において主として行われる。III族窒化物半導体結晶は、下地基板の主面である極性面に垂直な方向に成長する。つまり、下地基板の主面である極性面に垂直な方向に、前記結晶の厚みが増していく。例えば、Ｃ面を主面とする下地基板を用いた場合は、ｃ軸方向にIII族窒化物半導体結晶が成長する。III族窒化物半導体結晶の成長は、凸状ライン部の形成と連続して間断なく行うことが可能であり、そうすることが好ましい。
【００２９】
本発明の製造方法にしたがって、凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成してからIII族窒化物半導体結晶を形成させることによって、従来の方法が抱えていた課題を解決することができるようになった。上記の特許文献１に記載されているように、従来はピッチ幅が２０〜２０００μｍのストライプ状のマスクパターンを下地基板上に形成した後に、III族窒化物半導体結晶を形成させる方法が採用されていた。この方法では、図４に示すように、最初は凸状ライン部２５のファセット面上にIII族窒化物半導体結晶３１がｃ軸方向に成長して行くが（図４（ａ））、成長を続けると頂部のＣ面成長部４１が隣のラインと互いに近づき合う方向に不規則に曲がり始め、やがて隣どうしで部分的な結合が始まる（図４（ｂ））。さらに成長を続けると、頂部のＣ面成長端４２が完全に結合して一体化し（図４（ｃ））、さらになお成長を続けると、結合したラインどうしがさらに結合してさらにより大きなラインへと一体化する（図４（ｄ））。このような結合と一体化を繰り返して、やがて壁面成長に近い成長となる。隣どうしのラインが結合すると、Ｃ面成長する頂部が大きくなり、そこに多結晶が発生する。この傾向は、図４（ｃ）から図４（ｄ）へ至るように、ラインどうしの結合を繰り返すたびに大きくなり、多結晶の発生量も増えてくる。このため、大型の結晶を製造しようとしてIII族窒化物半導体結晶の成長を継続すると、次第に多結晶が増えて結晶の品質が低下してしまう。
【００３０】
一方、図５に示すように、本発明の製造方法にしたがって、凸状ライン部２６，２７を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成してからIII族窒化物半導体結晶３２，３３を形成させた場合は、成長を続けても頂部のＣ面成長端４３，４４が互いに近づくことなくｃ軸方向に成長しやすくなる。このため、各凸状ライン部２６，２７の上に形成されるIII族窒化物半導体結晶３２，３３の間には、凹部５１が認められる。このような成長態様は、図４（ｃ）や図４（ｄ）のような結合と一体化とは異なるため、頂部に多結晶が発生するのを効果的に防ぐことができる。このため、本発明の製造方法によれば、結晶性が高くて大型なIII族窒化物半導体結晶を容易に製造することができる。上記の従来法と比較する場合は、特にIII族窒化物半導体結晶を厚膜成長させたときに差異が顕著になる。具体的には、III族窒化物半導体結晶を下地基板の主面に垂直な方向（例えばｃ軸方向）へ５ｍｍ以上成長させたときに差異が顕著に観察される。本発明の製造方法における下地基板の主面に垂直な方向への成長厚みは、例えば１０ｍｍ以上にすることができ、さらには１５ｍｍ以上にすることもできる。なお、成長厚みとは、下地基板の主面である極性面から、結晶頂部のＣ面成長端までの結晶厚みを差す。
【００３１】
本発明の製造方法によれば、成長する領域が頂部のＣ面成長端に集中するため、表面全体を成長する従来法よりも速い速度でIII族窒化物半導体結晶を成長させることが可能である。下地基板の主面に垂直な方向へのIII族窒化物半導体結晶の平均成長速度は、好ましくは１５０μｍ／ｈｒ以上であり、より好ましくは１７５μｍ／ｈｒ以上であり、さらに好ましくは２００μｍ／ｈｒ以上であり、特に好ましくは２５０μｍ／ｈｒ以上である。上限値は例えば５００μｍ／ｈｒとすることができる。なお、ここでいう平均成長速度は下地基板の主面である極性面から、頂部Ｃ面成長端までの結晶厚みを、成長時間で除することにより求めることができる。
【００３２】
本発明で成長させるIII族窒化物半導体結晶は、III族元素の窒化物からなる。具体的には、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、またはこれらが混ざった単結晶を挙げることができる。好ましくは窒化ガリウムである。
【００３３】
本発明においてIII族窒化物半導体結晶を成長させる方法としては、例えば、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、昇華法などの気相法を採用することが可能であり、ＨＶＰＥ法を好ましく用いることができる。以下において、好ましい製造装置の一例として、図６を参照しながらＨＶＰＥ法の製造装置を説明する。
【００３４】
１）基本構造
図６の製造装置は、リアクター１００内に、下地基板（シード）１１０を載置するためのサセプター１０８と、成長させるIII族窒化物半導体の原料を入れるリザーバー１０６とを備えている。また、リアクター１００内にガスを導入するための導入管１０１〜１０４と、排気するための排気管１０９が設置されている。さらに、リアクター１００を側面から加熱するためのヒーター１０７が設置されている。
【００３５】
２）リアクターの材質、雰囲気ガスのガス種
リアクター１００の材質としては、石英、焼結体窒化ホウ素、ステンレス等が用いられる。好ましい材質は石英である。リアクター１００内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガス（キャリアガス）としては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【００３６】
３）サセプターの材質、形状、成長面からサセプターまでの距離
サセプター１０８の材質としてはカーボンが好ましく、ＳｉＣで表面をコーティングしているものがより好ましい。サセプター１０８の形状は、本発明で用いる下地基板を設置することができる形状であれば特に制限されないが、結晶成長する際に結晶成長面付近に構造物が存在しないものであることが好ましい。結晶成長面付近に成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてＨＣｌガスが発生して結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまう。下地基板１１０とサセプター１０８の接触面は、下地基板の主面（結晶成長面）から１ｍｍ以上離れていることが好ましく、３ｍｍ以上離れていることがより好ましく、５ｍｍ以上離れていることがさらに好ましい。
【００３７】
４）リザーバー
リザーバー１０６には、成長させるIII族窒化物半導体の原料を入れる。具体的には、III族源となる原料を入れる。そのようなIII族源となる原料として、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎなどを挙げることができる。リザーバー１０６にガスを導入するための導入管１０３からは、リザーバー１０６に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバー１０６にIII族源となる原料を入れた場合は、導入管１０３からＨＣｌガスを供給することができる。このとき、ＨＣｌガスとともに、導入管１０３からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えば水素、窒素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【００３８】
５）窒素源（アンモニア）、セパレートガス、ドーパントガス
導入管１０４からは、窒素源となる原料ガスを供給する。通常はＮＨ3を供給する。また、導入管１０１からは、キャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、導入管１０３から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。このキャリアガスは原料ガス同士の気相での反応を抑制し、ノズル先端にポリ結晶が付着することを防ぐ効果もある。また、導入管１０２からは、ドーパントガスを供給することもできる。例えば、ＳｉＨ4やＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｈ2Ｓ等のｎ型のドーパントガスを供給することができる。
【００３９】
６）ガス導入方法
導入管１０１〜１０４から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクター１００の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。
【００４０】
７）排気管の設置場所
ガス排気管１０９は、リアクター内壁の上面、底面、側面に設置することができる。ゴミ落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図６のようにリアクター底面にガス排気管１０９が設置されていることがより好ましい。
【００４１】
８）結晶成長条件
上記の製造装置を用いた結晶成長は、９５０℃以上で行うことが好ましく、９７０℃以上で行うことがより好ましく、９８０℃以上で行うことがさらに好ましい。また、１１２０℃以下で行うことが好ましく、１１００℃以下で行うことがより好ましく、１０９０℃以下で行うことがさらに好ましい。結晶成長中の温度低下は６０℃以内に制御することが好ましく、４０℃以内に制御することがより好ましく、２０℃以内に制御することがさらに好ましい。リアクター内の圧力は１０ｋＰａ以上とすることが好ましく、３０ｋＰａ以上とすることがより好ましく、５０ｋＰａ以上とすることがさらに好ましい。また、２００ｋＰａ以下とすることが好ましく、１５０ｋＰａ以下とすることがより好ましく、１２０ｋＰａ以下とすることがさらに好ましい。
【００４２】
［III族窒化物半導体結晶］
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造される凸状ライン部を含む結晶は、従来にない特徴的な構造を有している。すなわち、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有している点で特徴的である。特に、前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上もある結晶は、２５００μｍ以上のピッチで配列した凸状ライン部上でIII族窒化物半導体結晶を大きく成長させた例がないことから、斬新であり、またIII族窒化物半導体結晶が高品質で大型であることから有用性が高いものである。
【００４３】
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造される凸状ライン部を含む結晶では、少なくとも１つの凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在する。好ましくは、すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在する。特に、凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であるときに、このような条件を満たす結晶は従来法では製造することができなかったものである。
【００４４】
［III族窒化物半導体基板］
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造した結晶を加工することにより、III族窒化物半導体基板を製造することができる。所望の形状のIII族窒化物半導体基板を得るために、得られたIII族窒化物半導体結晶に対してスライス、外形加工、表面研磨などを適宜行うことが好ましい。これらの方法は、いずれか１つだけを選択して用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。組み合わせて用いる場合は、例えば、スライス、外形加工、表面研磨の順に行うことができる。各処理について詳しく説明すると、スライスは、例えばワイヤーで切断することにより行うことができる。外形加工とは、基板形状を円形にしたり、長方形にしたりすることを意味し、例えばダイシング、外周研磨、ワイヤーで切断する方法などを挙げることができる。表面研磨の例として、ダイヤモンド砥粒などの砥粒を用いて表面を研磨する方法、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）、機械研磨後のＲＩＥでのダメージ層エッチングなどを挙げることができる。
【００４５】
本発明の製造方法によれば、高品質でサイズが大きなIII族窒化物半導体結晶を得ることができる。このため、従来法では取得することが困難であった大きな非極性主面や半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板を得ることが可能である。また、本発明の製造方法によれば、効率良く一度に多くのIII族窒化物半導体基板を製造することが可能である。
本発明を利用すれば、例えば１つの結晶から１０ｍｍ×２０ｍｍのIII族窒化物半導体基板を５０枚以上提供することが可能であり、さらには１０ｍｍ×５０ｍｍのIII族窒化物半導体基板を１０枚以上提供することも可能である。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４７】
（実施例１）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は２９５０μｍとした。３０００μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で２４本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃ面［（０００１）面］が上向きになるように上記基板をセットした。この時−Ｃ面［（０００−１）面］は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．３４×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１１×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を６．６０×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．５８×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状はＧａＮ露出部の中央を頂点としたラインが形成されており、ＳｉＮｘが谷部となった高低差の大きいファセット成長となっている。直径７０ｍｍの下地基板を使用した結果、ラインの長さは最長７０ｍｍ、頂点部の膜厚は２０ｍｍ、頂点の平均成長速度は１５４μｍ／ｈｒであった。
このバルク結晶をカッティング、スライスすることによりライン頂点部から１０ｍｍ×２０ｍｍ以上の非極性（１０−１０）ＧａＮ基板を複数枚得ることが見込める。
【００４８】
（実施例２）
下地として、直径５０ｍｍＣ面ＧａＮ自立基板を使用した。
上記Ｃ面ＧａＮ自立基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は２９５０μｍとした。３０００μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で１６本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．３４×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１１×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を６．６０×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．５８×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状は頂点の一部が隣のラインと結合しているが、高低差の大きいファセット成長となっている。直径５０ｍｍの下地基板を使用した結果、ラインの長さは最長５０ｍｍ、頂点部の膜厚は約１４ｍｍ、頂点の平均成長速度は１０８μｍ／ｈｒであった。
このバルク結晶をカッティング、スライスすることによりライン頂点部から最大で１２ｍｍ×４５ｍｍの非極性（１０−１０）ＧａＮ基板が複数枚得られた。また１０ｍｍ×２０ｍｍの定型サイズ非極性（１０−１０）ＧａＮ基板は３８枚の切出しが可能であった。
【００４９】
（比較例１）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上にはＳｉＮｘのラインパターンは形成しない。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を１０８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を４５分間成長した。その後、反応室の温度を１０１５℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１０５時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を７．０２×１０3Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３２×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を５．３７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を８．０２×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１０５時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶は凹凸の無い平坦な形状となっている。直径７０ｍｍの下地基板を使用した結果、平坦部の膜厚は約８ｍｍ、平均成長速度は７６μｍ／ｈｒであった。しかしこの結晶には表面で直径約６ｍｍの穴が１０個程度発生していること及び結晶内にクラックが内在していることにより、非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５０】
（比較例２）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は４００μｍとした。４５０μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で１５５本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を８．１４×１０3Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１７×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を７．００×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を８．０４×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に繰返し結合していた。このため頂点ライン及び谷ラインも不規則に曲がっていた。
このバルク結晶を非極性（１０−１０）面でカッティング、スライスすると切出した面内に頂点と谷部が混在することになり、非極性面（１０−１０）の１０ｍｍ×１０ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５１】
（比較例３）
下地として、直径７０ｍｍサファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１１−２０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は７００μｍとした。７５０μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で９３本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９７０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１００５℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１２８時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．５１×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３５×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を４．５７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．２０×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１２８時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ結晶の一部は多結晶化していた。ＧａＮ単結晶が得られた部分の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に結合していた。
このバルク結晶を非極性（１０−１０）面でカッティング、スライスすると多結晶化した部分からの割れが多数発生して非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５２】
（比較例４）
下地として、直径７０ｍｍの約１／４片サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１１−２０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は１０７５μｍとした。１１２５μｍピッチのラインパターンである。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を９８０℃に保ったまま、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を５０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．５１×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３５×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を４．５７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．２０×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
５０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ結晶の一部は多結晶化していた。ＧａＮ単結晶が得られた部分の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に結合していた。この状態では１００時間以上の長時間成長により頂点１０ｍｍ以上の成長厚みを得たとしても、スライスする際に多結晶化した部分からの割れが予想され、非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは難しいと考えられる。
【００５３】
（比較例５）
実施例１のラインパターンのピッチを７５０μｍにし、ＧａＮ露出部の幅を７００μｍに変更した点以外は実施例１と同じ条件で結晶成長を行う。その結果、比較例３と同様の結果を得る。
【００５４】
（比較例６）
実施例１のラインパターンのピッチを１０２５μｍにし、ＧａＮ露出部の幅を９７５μｍに変更した点以外は実施例１と同じ条件で結晶成長を行う。その結果、比較例４と同様の結果を得る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の製造方法によれば、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造することができる。非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶は、従来法では容易に製造することができなかったことから、本発明によれば高品質なIII族窒化物半導体基板やそれを利用したデバイスの提供が可能になる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【００５６】
１〜５ ストライプ状のマスク
１０ 下地基板
１１〜１８ ファセット面
２１〜２７ 凸状ライン部
３１〜３３ III族窒化物半導体結晶
４１〜４４ Ｃ面成長部
５１ 凹部
１００ リアクター
１０１ キャリアガス用配管
１０２ ドーパントガス用配管
１０３ III族原料用配管
１０４ 窒素原料用配管
１０６ III族原料用リザーバー
１０７ ヒーター
１０８ サセプター
１０９ 排気管
１１０ 下地基板（シード）
Ｇ１ キャリアガス
Ｇ２ ドーパントガス
Ｇ３ III族原料ガス
Ｇ４ 窒素原料ガス
Ｇ５ ＨＣｌガス
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非極性面または半極性面を主面とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法と、その方法を利用して製造されるIII族窒化物半導体基板およびIII族窒化物半導体結晶に関する。
【背景技術】
【０００２】
III族窒化物半導体結晶を用いたＬＥＤなどの半導体発光デバイスは、基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させることにより一般に製造されている。このとき、異種基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させると結晶欠陥が発生しやすいために、効率のよい半導体発光デバイスを提供することが困難であるが、同種のIII族窒化物半導体基板上にIII族窒化物半導体結晶をホモエピタキシャル成長させれば結晶欠陥の発生が抑制されるために、高性能な半導体発光デバイスを提供しやすいことが知られている。また、ホモエピタキシャル成長に用いるIII族窒化物半導体基板は、結晶欠陥が少ないほど、その上に良好なIII族窒化物半導体結晶を成長できることも知られている。このため、できるだけ結晶欠陥が少ないIII族窒化物半導体基板を提供することが必要とされている。
【０００３】
そこで、このようなIII族窒化物半導体基板として用いることができるような良質なIII族窒化物半導体結晶を製造する方法が、これまでに種々研究され、幾つかの方法が提案されるに至っている。
例えば特許文献１には、ピッチ幅２０〜２０００μｍのストライプ状のマスクパターンをあらかじめ形成した平板状のサファイア基板のＣ面上に、ファセットからなる直線状のＶ字溝を形成しながらｃ軸方向にＧａＮ結晶を０．１〜４．４ｍｍ程度成長させることが記載されている。また、成長後の結晶をＣ面にてスライスして、Ｃ面を主面とするＧａＮ基板を得ることも記載されている。この方法によれば、Ｖ字溝の底部に欠陥を集合させることができるため、結晶欠陥が少ないＧａＮ結晶を製造することができると説明されている。
【０００４】
また、特許文献２には、Ｃ面を主面とし短辺が１０ｍｍのバー状のＧａＮ基板４枚を５ｍｍ間隔で配列したものを下地基板として用い、側面であるＭ面からｃ軸方向へ壁状のＧａＮ結晶を成長させる方法が記載されている。特許文献２には、この方法によって成長させた結晶から、ｃ軸方向の長さが３５ｍｍのＭ面を主面とするＧａＮ基板を切り出したことが記載されている。また、この方法により製造されるＧａＮ結晶には、下地基板に由来する結晶欠陥や、表面に平行な転位線が存在しないことも記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１８３１００号公報
【特許文献２】特開２００８−３０８４０１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１に記載される方法は、成長させたＧａＮ結晶をＣ面にてスライスしてＣ面を主面とするＧａＮ基板を得ることを目的とするものであり、非極性面や半極性面を主面とするＧａＮ基板を得ることについては記載も示唆もされていない。また、特許文献１には、サファイア基板のストライプ状のマスクパターンのピッチ幅を２０００μｍ超にするとファセット面が乱れて結晶欠陥が発生し、ファセットからなる山の頂部が乱れてピットが生じることが記載されている（特許文献１段落番号０１４３〜０１４４、０２８５〜０２８６参照）。このため、特許文献１に記載される方法では、厚膜結晶を成長することはできない。
一方、上記の特許文献２によれば、非極性面や半極性面を主面とするＧａＮ基板を得ることができるが、下地基板の側面であるＭ面からｃ軸方向に結晶を成長するものであるため、主面にて成長する場合に比べて成長の制御が困難であるという問題がある。
本発明者らは、これらの従来技術の課題に鑑みて、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶をより簡便に製造する方法を提供することを目的として鋭意検討を進めた。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その結果、本発明者らは、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成した下地基板を用いることにより、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造しうることを見出すに至った。また、この方法を採用すれば、下地基板の作製が簡単であるうえ、主面上に結晶を成長させることができるため、一度の成長で多数の結晶を速い成長速度で効率良く製造しうることも見出すに至った。本発明は、このような知見に基づいてなされたものであり、以下の内容を含むものである。
【０００８】
［１］ 極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［２］ 前記下地基板の主面に垂直な方向への前記III族窒化物半導体結晶の平均成長速度が１５０μｍ／ｈｒ以上であることを特徴とする［１］に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［３］ 前記下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクがピッチ幅２５００μｍ以上で形成されていることを特徴とする［１］または［２］に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［４］ 前記III族窒化物半導体結晶を前記下地基板の主面に垂直な方向へ５ｍｍ以上成長させることを特徴とする［１］〜［３］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［５］ 少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［６］ すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［１］〜［４］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［７］ 成長させる前記III族窒化物半導体結晶が単結晶であることを特徴とする［１］〜［６］のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
［８］ ［１］〜［７］のいずれか１項に記載の製造方法にて得られたIII族窒化物半導体結晶を加工して得られるIII族窒化物半導体基板。
［９］ 極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有することを特徴とするIII族窒化物半導体結晶。
［１０］ 前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であることを特徴とする［９］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
［１１］ 少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［９］または［１０］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
［１２］ すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする［９］または［１０］に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法によれば、非極性面または半極性面を主面とする良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造することができる。また、本発明の製造方法によれば、速い成長速度で効率良くIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能である。さらに、本発明の製造方法によれば、主面が大きなIII族窒化物半導体結晶を製造することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】ストライプ状のマスクを形成した下地基板の斜視図である。
【図２】ストライプ状のマスクを形成した下地基板の側面図である。
【図３】凸状ライン部が形成された下地基板の側面図である。
【図４】ピッチ幅が狭い従来法によりIII族窒化物半導体結晶を成長させたときの断面図である。
【図５】ピッチ幅が広い本発明の製造方法によりIII族窒化物半導体結晶を成長させたときの断面図である。
【図６】本発明の製造方法で用いることができる製造装置の一例を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下において、本発明の内容について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様や具体例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様や具体例に限定されるものではない。例えば、III族窒化物半導体結晶の代表例としてＧａＮ結晶を例に挙げて説明がなされることがあるが、本発明はＧａＮ結晶およびその製造方法に限定されるものではない。
【００１２】
本明細書においてIII族窒化物半導体結晶の「主面」とは、当該III族窒化物半導体結晶における最も広い面であって、結晶成長を行うべき面を指す。本明細書において「Ｃ面」とは、六方晶構造（ウルツ鋼型結晶構造）における｛０００１｝面と等価な面であり、極性面である。III族窒化物半導体結晶では、Ｃ面はIII族面またはＶ族面であり、窒化ガリウムではそれぞれＧａ面またはＮ面に相当する。また、本明細書において「Ｍ面」とは、｛１−１００｝面、｛０１−１０｝面、[−１０１０]面、｛−１１００｝面、｛０−１１０｝面、｛１０−１０｝面として包括的に表される非極性面であり、具体的には（１−１００）面、（０１−１０）面、（−１０１０）面、（−１１００）面、（０−１１０）面、（１０−１０）面を意味する。さらに、本明細書において「Ａ面」とは、｛２−１−１０｝面、｛−１２−１０｝面、｛−１−１２０｝面、｛−２１１０｝面、｛１−２１０｝面、｛１１−２０｝面として包括的に表される非極性面であり、具体的には（２−１−１０）面、（−１２−１０）面、（−１−１２０）面、（−２１１０）面、（１−２１０）面、（１１−２０）面を意味する。本明細書において「ｃ軸」「ｍ軸」「ａ軸」とは、それぞれＣ面、Ｍ面、Ａ面に垂直な軸を意味する。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。
【００１３】
本明細書において「非極性面」とは、表面にIII族元素と窒素元素の両方が存在しており、かつその存在比が１：１である面を意味する。具体的には、Ｍ面やＡ面を好ましい面として挙げることができる。本明細書において「半極性面」とは、例えば、III族窒化物が六方晶であってその主面が（ｈｋｌｍ）で表される場合、ｈ，ｉ，ｋのうち少なくとも２つが０でなく、且つｌが０でない面をいう。また、半極性面は、ｃ面、すなわち（０００１）面に対して傾いた面で、表面にIII族元素と窒素元素の両方あるいはＣ面のように片方のみが存在する場合で、かつその存在比が１：１でない面を意味する。ｈ、ｋ、ｌ、ｍはそれぞれ独立に−５〜５のいずれかの整数であることが好ましく、−２〜２のいずれかの整数であることがより好ましく、低指数面であることが好ましい。本発明において好ましく採用できる半極性面として、例えば（１０−１１）面、（１０−１−１）面、（２０−２１）面、（２０−２−１）面、（１０−１２）面、（１０−１−２）面などを挙げることができる。
なお、本明細書においてＣ面、Ｍ面、Ａ面や特定の指数面を称する場合には、±０．０１°以内の精度で計測される各結晶軸から１０°以内のオフ角を有する範囲内の面を含む。好ましくはオフ角が５°以内であり、より好ましくは３°以内である。
【００１４】
［III族窒化物半導体結晶の製造方法］
（基本構成）
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法は、極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とする。以下に本発明の製造方法で用いる下地基板や形成する凸状ライン部などについて詳細に説明する。
【００１５】
（下地基板）
本発明の製造方法で用いる下地基板は、本発明により成長しようとしているIII族窒化物半導体結晶と同種の結晶からなる基板であってもよいし、異種の結晶からなる基板であってもよい。例えば、窒化ガリウム結晶を製造しようとしている場合は、窒化ガリウム基板を用いてもよいし、サファイアなどの異種基板を用いてもよい。異種の結晶としては、サファイア以外にＳｉＣ、ＺｎＯなどを挙げることができる。異種の結晶として好ましいのは、サファイアである。
【００１６】
本発明の製造方法で用いる下地基板は、極性面を主面とするものである。例えば窒化ガリウム基板やサファイア基板を用いる場合は、（０００１）面や（０００−１）面を主面とする基板を用いることができる。このうち、本発明の製造方法における結晶成長には、（０００１）面側を用いることが好ましい。
【００１７】
本発明の製造方法で用いる下地基板は、平坦な基板でもよいし、凹凸加工を施した基板であってもよい。例えば平坦な基板上に平坦なIII族窒化物（例えば窒化ガリウム）の薄膜を成長したものでも良いし、平坦な基板上に成長を阻害するマスクを施してからIII族窒化物の薄膜を成長して凹凸をつけても良い。平坦な基板上に成長を阻害するマスクを施してからIII族窒化物の薄膜を成長して凹凸をつけてから更にエッチングにより成長を阻害するマスクを除去して空隙を形成してもよいし、凹凸をつけた基板上にIII族窒化物の薄膜を成長して空隙を形成してもよい。
【００１８】
本発明の製造方法で用いる下地基板の形状は、後述する複数の凸状ライン部を形成しうるものであれば特に制限されない。例えば、円形、楕円形、正方形、長方形、５角形以上の多角形などの主面を有する下地基板を、成長しようとしているIII族窒化物半導体結晶の形状やサイズ等を考慮して適宜選択して使用することができる。例えば、大型のIII族窒化物半導体基板を数多く取得したい場合は、長方形の主面を有する下地基板を好ましく選択することができる。下地基板は自己支持性を有する厚みを持つことが好ましく、通常は厚みが０．２０ｍｍ以上であり、好ましくは０．２５ｍｍ以上であり、さらに好ましくは０．３０ｍｍ以上であり、また、上限値としては例えば１．００ｍｍ以下のものを用いることができる。
【００１９】
本発明の製造方法では、下地基板の主面上に凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成する。このため、下地基板には、凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成しうるような処理を行ってから、III族窒化物半導体結晶の成長を行うことが好ましい。そのような処理の例として、極性面からなる主面の一部をマスクする態様を挙げることができる。あるいは、下地基板の主面の一部をエッチングによりストライプ状に除去した溝を形成してもよい。
【００２０】
具体的には、下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクをピッチ幅２５００μｍ以上で形成しておくことができる。例えば図１に示すように、Ｃ面を主面とし、Ａ面とＭ面を側面とする長方形の下地基板１０を想定したとき、非極性面であるＭ面と平行な方向に伸長するストライプ状のマスク１，２，３，４，５をＣ面上に形成することができる。このとき、ストライプ状のマスクのピッチ幅は図２のＰMで表され、２５００μｍ以上となるように設置する。ピッチ幅は、２５００μｍ以上であることが好ましく、２７５０μｍ以上であることがより好ましく、３０００μｍ以上であることがさらに好ましい。ピッチ幅が２５００μｍ以上であれば、非マスク領域に成長するIII族窒化物半導体結晶の頂部がストライプ状のマスク上で互いに結合して一体化することなく成長し、良好な品質を有するIII族窒化物半導体結晶が得られやすくなる。一方、ピッチ幅の上限値は、９０００μｍ以下であることが好ましく、８０００μｍ以下であることがより好ましく、７０００μｍ以下であることがさらに好ましい。ピッチ幅はある程度以上確保すれば、得られるIII族窒化物半導体結晶の品質や形状はほぼ同等となるため、III族窒化物半導体結晶の製造効率を考慮すれば上記の上限値以下にすることが好ましい。また、ピッチの幅は、すべての隣り合うストライプ状マスクの間で同じにする必要はなく、２５００μｍ以上離れていれば異なっていても構わない。ただ、下地基板上において、より均一なIII族窒化物半導体結晶の成長を図る場合は、間隔を等しくしておくことが好ましい。
【００２１】
マスクの幅ＷMは、１０μｍ以上であることが好ましく、３０μｍ以上であることがより好ましく、５０μｍ以上であることがさらに好ましい。また、１５００μｍ以下であることが好ましく、１０００μｍ以下であることがより好ましく、５００μｍ以下であることがさらに好ましい。また、マスクの高さＨMは１００Å以上であることが好ましく、３００Å以上であることがより好ましく、５００Å以上であることがさらに好ましい。また、３０００Å以下であることが好ましく、２０００Å以下であることがより好ましく、１０００Å以下であることがさらに好ましい。また、マスクの材質は、成長を阻害するものであれば特段限定されず、具体的にはＳｉＯ2、ＳｉＮ、Ａｌ2Ｏ3、ＡｌＮ、ＺｒＯ2、Ｙ2Ｏ3、ＭｇＯなどがあげられる。
【００２２】
（凸状ライン部）
本発明の製造方法では、下地基板の主面上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成する。凸状ライン部のファセット面は、半極性面であっても非極性面であってもよい。このような凸状ライン部は、例えば上記のストライプ状のマスクを形成した下地基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させることにより、形成することができる。凸状ライン部は、外表面が２つ以上のファセット面により構成されていることが好ましい。例えば２つのファセット面で構成されている場合、下で説明する図３に示す態様のように、２つのファセット面は凸状ライン部の断面が対称形となるように配置され、ファセット面の接合部が凸状ライン部の頂部稜線を形成していることが好ましい。また、２つのファセット面の面積は等しいかほぼ等しいことが好ましい。２つのファセット面の組み合わせとしては、例えば（１１−２２）面と（−１−１２２）面の組み合わせ、（１０−１１）面と（−１０１１）面の組み合わせなどを挙げることができる。
【００２３】
例えば、図１および図２に示すストライプ状のマスクを形成した下地基板上にIII族窒化物半導体結晶を成長させると、非マスク領域の極性面上に図３に示すようにファセット面１１，１２を有する凸状ライン部２１；ファセット面１３，１４を有する凸状ライン部２２；ファセット面１５，１６を有する凸状ライン部２３；ファセット面１７，１８を有する凸状ライン部２４が形成される。このような凸状ライン部は、例えばストライプ状のマスクを形成したＧａＮ下地基板やサファイヤ下地基板の極性面上に本発明にしたがってＧａＮ結晶を成長させた場合に観察される。
【００２４】
凸状ライン部のピッチＰLは２５００μｍ以上である。ピッチ幅が２５００μｍ以上であれば、非マスク領域に成長するIII族窒化物半導体結晶の頂部がストライプ状のマスク上で互いに結合して一体化することなく成長し、良好な品質を有するIII族窒化物半導体結晶が得られやすくなる。凸状ライン部のピッチＰLの好ましい範囲は、上記のストライプ状のマスクのピッチＰMの好ましい範囲と同じである。なお、ここでいう凸状ライン部のピッチＰLは、図３に示すような断面を観察したときに、凸状ライン部が下地基板の極性面に接する最左端部と、その隣の凸状ライン部が下地基板の極性面に接する最左端部との距離を意味する。
【００２５】
凸状ライン部の幅ＷLは、上記のストライプ状のマスクのピッチ幅Ｐm及びマスクの幅Ｗmの組み合わせにより決定する事ができる。凸状ライン部の幅ＷLを大きくすれば、それだけ凸状ライン部の頂点を高くすることができ、サイズが大きなIII族窒化物半導体結晶を最終的に取得することが可能になる。このため、大型なIII族窒化物半導体結晶を得たい場合は、それに応じて凸状ライン部の幅ＷLが大きくなるようにＰm及びＷmを設定することが好ましい。
【００２６】
凸状ライン部の高さＨLは、上記のストライプ状のマスクのピッチ幅Ｐmやマスクの幅Ｗmにより、ある程度定まる。凸状ライン部の高さＨLは、通常は上記凸状ライン部の幅ＷLの１．０倍以上であることが好ましく、ＷLの１．５倍以上であることがより好ましく、ＷLの２．０倍以上であることがさらに好ましい。
【００２７】
凸状ライン部の形状やサイズについては、III族窒化物半導体結晶の成長を完了した後に、例えば凸状ラインに直交する結晶断面を蛍光顕微鏡観察することにより確認することができる。凸状ライン部は、その上に成長するIII族窒化物半導体結晶とは明確に区別して観察することができる。このため、例えば下地基板の下面（主面と反対側の面）側から図３の下から上へ透過観察することにより、凸状ライン部の幅ＷLを測定することが可能である。
【００２８】
（III族窒化物半導体結晶の成長）
本発明の製造方法では、さらにIII族窒化物半導体結晶を成長させる。III族窒化物半導体結晶の成長は、凸状ライン部のファセット面上において主として行われる。III族窒化物半導体結晶は、下地基板の主面である極性面に垂直な方向に成長する。つまり、下地基板の主面である極性面に垂直な方向に、前記結晶の厚みが増していく。例えば、Ｃ面を主面とする下地基板を用いた場合は、ｃ軸方向にIII族窒化物半導体結晶が成長する。III族窒化物半導体結晶の成長は、凸状ライン部の形成と連続して間断なく行うことが可能であり、そうすることが好ましい。
【００２９】
本発明の製造方法にしたがって、凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成してからIII族窒化物半導体結晶を形成させることによって、従来の方法が抱えていた課題を解決することができるようになった。上記の特許文献１に記載されているように、従来はピッチ幅が２０〜２０００μｍのストライプ状のマスクパターンを下地基板上に形成した後に、III族窒化物半導体結晶を形成させる方法が採用されていた。この方法では、図４に示すように、最初は凸状ライン部２５のファセット面上にIII族窒化物半導体結晶３１がｃ軸方向に成長して行くが（図４（ａ））、成長を続けると頂部のＣ面成長部４１が隣のラインと互いに近づき合う方向に不規則に曲がり始め、やがて隣どうしで部分的な結合が始まる（図４（ｂ））。さらに成長を続けると、頂部のＣ面成長端４２が完全に結合して一体化し（図４（ｃ））、さらになお成長を続けると、結合したラインどうしがさらに結合してさらにより大きなラインへと一体化する（図４（ｄ））。このような結合と一体化を繰り返して、やがて壁面成長に近い成長となる。隣どうしのラインが結合すると、Ｃ面成長する頂部が大きくなり、そこに多結晶が発生する。この傾向は、図４（ｃ）から図４（ｄ）へ至るように、ラインどうしの結合を繰り返すたびに大きくなり、多結晶の発生量も増えてくる。このため、大型の結晶を製造しようとしてIII族窒化物半導体結晶の成長を継続すると、次第に多結晶が増えて結晶の品質が低下してしまう。
【００３０】
一方、図５に示すように、本発明の製造方法にしたがって、凸状ライン部２６，２７を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成してからIII族窒化物半導体結晶３２，３３を形成させた場合は、成長を続けても頂部のＣ面成長端４３，４４が互いに近づくことなくｃ軸方向に成長しやすくなる。このため、各凸状ライン部２６，２７の上に形成されるIII族窒化物半導体結晶３２，３３の間には、凹部５１が認められる。このような成長態様は、図４（ｃ）や図４（ｄ）のような結合と一体化とは異なるため、頂部に多結晶が発生するのを効果的に防ぐことができる。このため、本発明の製造方法によれば、結晶性が高くて大型なIII族窒化物半導体結晶を容易に製造することができる。上記の従来法と比較する場合は、特にIII族窒化物半導体結晶を厚膜成長させたときに差異が顕著になる。具体的には、III族窒化物半導体結晶を下地基板の主面に垂直な方向（例えばｃ軸方向）へ５ｍｍ以上成長させたときに差異が顕著に観察される。本発明の製造方法における下地基板の主面に垂直な方向への成長厚みは、例えば１０ｍｍ以上にすることができ、さらには１５ｍｍ以上にすることもできる。なお、成長厚みとは、下地基板の主面である極性面から、結晶頂部のＣ面成長端までの結晶厚みを差す。
【００３１】
本発明の製造方法によれば、成長する領域が頂部のＣ面成長端に集中するため、表面全体を成長する従来法よりも速い速度でIII族窒化物半導体結晶を成長させることが可能である。下地基板の主面に垂直な方向へのIII族窒化物半導体結晶の平均成長速度は、好ましくは１５０μｍ／ｈｒ以上であり、より好ましくは１７５μｍ／ｈｒ以上であり、さらに好ましくは２００μｍ／ｈｒ以上であり、特に好ましくは２５０μｍ／ｈｒ以上である。上限値は例えば５００μｍ／ｈｒとすることができる。なお、ここでいう平均成長速度は下地基板の主面である極性面から、頂部Ｃ面成長端までの結晶厚みを、成長時間で除することにより求めることができる。
【００３２】
本発明で成長させるIII族窒化物半導体結晶は、III族元素の窒化物からなる。具体的には、窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、またはこれらが混ざった単結晶を挙げることができる。好ましくは窒化ガリウムである。
【００３３】
本発明においてIII族窒化物半導体結晶を成長させる方法としては、例えば、ハイドライド気相成長（ＨＶＰＥ）法、有機金属化学気相堆積（ＭＯＣＶＤ）法、昇華法などの気相法を採用することが可能であり、ＨＶＰＥ法を好ましく用いることができる。以下において、好ましい製造装置の一例として、図６を参照しながらＨＶＰＥ法の製造装置を説明する。
【００３４】
１）基本構造
図６の製造装置は、リアクター１００内に、下地基板（シード）１１０を載置するためのサセプター１０８と、成長させるIII族窒化物半導体の原料を入れるリザーバー１０６とを備えている。また、リアクター１００内にガスを導入するための導入管１０１〜１０４と、排気するための排気管１０９が設置されている。さらに、リアクター１００を側面から加熱するためのヒーター１０７が設置されている。
【００３５】
２）リアクターの材質、雰囲気ガスのガス種
リアクター１００の材質としては、石英、焼結体窒化ホウ素、ステンレス等が用いられる。好ましい材質は石英である。リアクター１００内には、反応開始前にあらかじめ雰囲気ガスを充填しておく。雰囲気ガス（キャリアガス）としては、例えば、水素、窒素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【００３６】
３）サセプターの材質、形状、成長面からサセプターまでの距離
サセプター１０８の材質としてはカーボンが好ましく、ＳｉＣで表面をコーティングしているものがより好ましい。サセプター１０８の形状は、本発明で用いる下地基板を設置することができる形状であれば特に制限されないが、結晶成長する際に結晶成長面付近に構造物が存在しないものであることが好ましい。結晶成長面付近に成長する可能性のある構造物が存在すると、そこに多結晶体が付着し、その生成物としてＨＣｌガスが発生して結晶成長させようとしている結晶に悪影響が及んでしまう。下地基板１１０とサセプター１０８の接触面は、下地基板の主面（結晶成長面）から１ｍｍ以上離れていることが好ましく、３ｍｍ以上離れていることがより好ましく、５ｍｍ以上離れていることがさらに好ましい。
【００３７】
４）リザーバー
リザーバー１０６には、成長させるIII族窒化物半導体の原料を入れる。具体的には、III族源となる原料を入れる。そのようなIII族源となる原料として、Ｇａ、Ａｌ、Ｉｎなどを挙げることができる。リザーバー１０６にガスを導入するための導入管１０３からは、リザーバー１０６に入れた原料と反応するガスを供給する。例えば、リザーバー１０６にIII族源となる原料を入れた場合は、導入管１０３からＨＣｌガスを供給することができる。このとき、ＨＣｌガスとともに、導入管１０３からキャリアガスを供給してもよい。キャリアガスとしては、例えば水素、窒素、Ｈｅ、Ｎｅ、Ａｒのような不活性ガス等を挙げることができる。これらのガスは混合して用いてもよい。
【００３８】
５）窒素源（アンモニア）、セパレートガス、ドーパントガス
導入管１０４からは、窒素源となる原料ガスを供給する。通常はＮＨ3を供給する。また、導入管１０１からは、キャリアガスを供給する。キャリアガスとしては、導入管１０３から供給するキャリアガスと同じものを例示することができる。このキャリアガスは原料ガス同士の気相での反応を抑制し、ノズル先端にポリ結晶が付着することを防ぐ効果もある。また、導入管１０２からは、ドーパントガスを供給することもできる。例えば、ＳｉＨ4やＳｉＨ2Ｃｌ2、Ｈ2Ｓ等のｎ型のドーパントガスを供給することができる。
【００３９】
６）ガス導入方法
導入管１０１〜１０４から供給する上記ガスは、それぞれ互いに入れ替えて別の導入管から供給しても構わない。また、窒素源となる原料ガスとキャリアガスは、同じ導入管から混合して供給してもよい。さらに他の導入管からキャリアガスを混合してもよい。これらの供給態様は、リアクター１００の大きさや形状、原料の反応性、目的とする結晶成長速度などに応じて、適宜決定することができる。
【００４０】
７）排気管の設置場所
ガス排気管１０９は、リアクター内壁の上面、底面、側面に設置することができる。ゴミ落ちの観点から結晶成長端よりも下部にあることが好ましく、図６のようにリアクター底面にガス排気管１０９が設置されていることがより好ましい。
【００４１】
８）結晶成長条件
上記の製造装置を用いた結晶成長は、９５０℃以上で行うことが好ましく、９７０℃以上で行うことがより好ましく、９８０℃以上で行うことがさらに好ましい。また、１１２０℃以下で行うことが好ましく、１１００℃以下で行うことがより好ましく、１０９０℃以下で行うことがさらに好ましい。結晶成長中の温度低下は６０℃以内に制御することが好ましく、４０℃以内に制御することがより好ましく、２０℃以内に制御することがさらに好ましい。リアクター内の圧力は１０ｋＰａ以上とすることが好ましく、３０ｋＰａ以上とすることがより好ましく、５０ｋＰａ以上とすることがさらに好ましい。また、２００ｋＰａ以下とすることが好ましく、１５０ｋＰａ以下とすることがより好ましく、１２０ｋＰａ以下とすることがさらに好ましい。
【００４２】
［III族窒化物半導体結晶］
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造される凸状ライン部を含む結晶は、従来にない特徴的な構造を有している。すなわち、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有している点で特徴的である。特に、前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上もある結晶は、２５００μｍ以上のピッチで配列した凸状ライン部上でIII族窒化物半導体結晶を大きく成長させた例がないことから、斬新であり、またIII族窒化物半導体結晶が高品質で大型であることから有用性が高いものである。
【００４３】
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造される凸状ライン部を含む結晶では、少なくとも１つの凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在する。好ましくは、すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在する。特に、凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であるときに、このような条件を満たす結晶は従来法では製造することができなかったものである。
【００４４】
［III族窒化物半導体基板］
本発明のIII族窒化物半導体結晶の製造方法により製造した結晶を加工することにより、III族窒化物半導体基板を製造することができる。所望の形状のIII族窒化物半導体基板を得るために、得られたIII族窒化物半導体結晶に対してスライス、外形加工、表面研磨などを適宜行うことが好ましい。これらの方法は、いずれか１つだけを選択して用いてもよいし、組み合わせて用いてもよい。組み合わせて用いる場合は、例えば、スライス、外形加工、表面研磨の順に行うことができる。各処理について詳しく説明すると、スライスは、例えばワイヤーで切断することにより行うことができる。外形加工とは、基板形状を円形にしたり、長方形にしたりすることを意味し、例えばダイシング、外周研磨、ワイヤーで切断する方法などを挙げることができる。表面研磨の例として、ダイヤモンド砥粒などの砥粒を用いて表面を研磨する方法、ＣＭＰ（chemical mechanical polishing）、機械研磨後のＲＩＥでのダメージ層エッチングなどを挙げることができる。
【００４５】
本発明の製造方法によれば、高品質でサイズが大きなIII族窒化物半導体結晶を得ることができる。このため、従来法では取得することが困難であった大きな非極性主面や半極性主面を有するIII族窒化物半導体基板を得ることが可能である。また、本発明の製造方法によれば、効率良く一度に多くのIII族窒化物半導体基板を製造することが可能である。
本発明を利用すれば、例えば１つの結晶から１０ｍｍ×２０ｍｍのIII族窒化物半導体基板を５０枚以上提供することが可能であり、さらには１０ｍｍ×５０ｍｍのIII族窒化物半導体基板を１０枚以上提供することも可能である。
【実施例】
【００４６】
以下に実施例と比較例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。
【００４７】
（実施例１）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は２９５０μｍとした。３０００μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で２４本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃ面［（０００１）面］が上向きになるように上記基板をセットした。この時−Ｃ面［（０００−１）面］は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．３４×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１１×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を６．６０×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．５８×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状はＧａＮ露出部の中央を頂点としたラインが形成されており、ＳｉＮｘが谷部となった高低差の大きいファセット成長となっている。直径７０ｍｍの下地基板を使用した結果、ラインの長さは最長７０ｍｍ、頂点部の膜厚は２０ｍｍ、頂点の平均成長速度は１５４μｍ／ｈｒであった。
このバルク結晶をカッティング、スライスすることによりライン頂点部から１０ｍｍ×２０ｍｍ以上の非極性（１０−１０）ＧａＮ基板を複数枚得ることが見込める。
【００４８】
（実施例２）
下地として、直径５０ｍｍＣ面ＧａＮ自立基板を使用した。
上記Ｃ面ＧａＮ自立基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は２９５０μｍとした。３０００μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で１６本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．３４×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１１×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を６．６０×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．５８×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状は頂点の一部が隣のラインと結合しているが、高低差の大きいファセット成長となっている。直径５０ｍｍの下地基板を使用した結果、ラインの長さは最長５０ｍｍ、頂点部の膜厚は約１４ｍｍ、頂点の平均成長速度は１０８μｍ／ｈｒであった。
このバルク結晶をカッティング、スライスすることによりライン頂点部から最大で１２ｍｍ×４５ｍｍの非極性（１０−１０）ＧａＮ基板が複数枚得られた。また１０ｍｍ×２０ｍｍの定型サイズ非極性（１０−１０）ＧａＮ基板は３８枚の切出しが可能であった。
【００４９】
（比較例１）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上にはＳｉＮｘのラインパターンは形成しない。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を１０８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を４５分間成長した。その後、反応室の温度を１０１５℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１０５時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を７．０２×１０3Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３２×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を５．３７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を８．０２×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１０５時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶は凹凸の無い平坦な形状となっている。直径７０ｍｍの下地基板を使用した結果、平坦部の膜厚は約８ｍｍ、平均成長速度は７６μｍ／ｈｒであった。しかしこの結晶には表面で直径約６ｍｍの穴が１０個程度発生していること及び結晶内にクラックが内在していることにより、非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５０】
（比較例２）
下地として、凹凸をつけた基板上に窒素化ガリウムの薄膜を成長して空隙を形成した、直径７０ｍｍ空隙付サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１０−１０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は４００μｍとした。４５０μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で１５５本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１０３０℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１３０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を８．１４×１０3Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．１７×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を７．００×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を８．０４×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１３０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ単結晶の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に繰返し結合していた。このため頂点ライン及び谷ラインも不規則に曲がっていた。
このバルク結晶を非極性（１０−１０）面でカッティング、スライスすると切出した面内に頂点と谷部が混在することになり、非極性面（１０−１０）の１０ｍｍ×１０ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５１】
（比較例３）
下地として、直径７０ｍｍサファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１１−２０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は７００μｍとした。７５０μｍピッチのラインパターンであり、ＧａＮ露出部ラインは面内で９３本である。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９７０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を１００５℃まで上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を１２８時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．５１×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３５×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を４．５７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．２０×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
１２８時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ結晶の一部は多結晶化していた。ＧａＮ単結晶が得られた部分の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に結合していた。
このバルク結晶を非極性（１０−１０）面でカッティング、スライスすると多結晶化した部分からの割れが多数発生して非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは不可能であった。
【００５２】
（比較例４）
下地として、直径７０ｍｍの約１／４片サファイアＣ面基板を使用した。
上記サファイアＣ面基板上に、プラズマＣＶＤ法によって、厚さ８００ÅのＳｉＮｘ膜を形成した。更に、フォトリソグラフィによってラインパターンを露光し、現像を行い、ドライエッチングによりＳｉＮｘのラインパターンを形成した。ラインパターンは、成長すべきＧａＮの（１１−２０）面に平行になるように配置している。ＳｉＮｘのライン幅は５０μｍとし、ＧａＮ露出部の幅は１０７５μｍとした。１１２５μｍピッチのラインパターンである。
図６に示すＨＶＰＥ装置のリアクター１００内のサセプター１０８に、＋Ｃが上向きで上記基板をセットした。この時−Ｃ面は基板ホルダーに接しており、直接原料ガスと触れることはない。まず、反応室の温度を９８０℃に上げ、原料を＋Ｃ面方向から供給することにより、初期成長を１５分間成長した。その後、反応室の温度を９８０℃に保ったまま、原料を＋Ｃ面方向から供給することによりＧａＮ結晶を５０時間にわたって成長させた。この成長工程においては成長圧力を１．０１×１０5Ｐａとし、ＮＨ3ガスの分圧を１．５１×１０4Ｐａ、Ｎ2ガスの分圧を１．３５×１０4Ｐａ、ＧａＣｌガスの分圧を４．５７×１０2Ｐａ、Ｈ2ガスの分圧を７．２０×１０4Ｐａとし、原料を導入管より導入した。
５０時間成長した後、室温まで降温した。得られたＧａＮ結晶の一部は多結晶化していた。ＧａＮ単結晶が得られた部分の形状はＧａＮ露出部からのＧａＮ成長がＳｉＮｘを超えて、隣のＧａＮ露出部からのＧａＮ成長と不規則に結合していた。この状態では１００時間以上の長時間成長により頂点１０ｍｍ以上の成長厚みを得たとしても、スライスする際に多結晶化した部分からの割れが予想され、非極性面（１０−１０）の５ｍｍ×５ｍｍ以上の切出しは難しいと考えられる。
【００５３】
（比較例５）
実施例１のラインパターンのピッチを７５０μｍにし、ＧａＮ露出部の幅を７００μｍに変更した点以外は実施例１と同じ条件で結晶成長を行う。その結果、比較例３と同様の結果を得る。
【００５４】
（比較例６）
実施例１のラインパターンのピッチを１０２５μｍにし、ＧａＮ露出部の幅を９７５μｍに変更した点以外は実施例１と同じ条件で結晶成長を行う。その結果、比較例４と同様の結果を得る。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明の製造方法によれば、非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶を簡便に製造することができる。非極性面または半極性面を主面とする大型で良質なIII族窒化物半導体結晶は、従来法では容易に製造することができなかったことから、本発明によれば高品質なIII族窒化物半導体基板やそれを利用したデバイスの提供が可能になる。したがって、本発明の産業上の利用可能性は極めて高い。
【符号の説明】
【００５６】
１〜５ ストライプ状のマスク
１０ 下地基板
１１〜１８ ファセット面
２１〜２７ 凸状ライン部
３１〜３３ III族窒化物半導体結晶
４１〜４４ Ｃ面成長部
５１ 凹部
１００ リアクター
１０１ キャリアガス用配管
１０２ ドーパントガス用配管
１０３ III族原料用配管
１０４ 窒素原料用配管
１０６ III族原料用リザーバー
１０７ ヒーター
１０８ サセプター
１０９ 排気管
１１０ 下地基板（シード）
Ｇ１ キャリアガス
Ｇ２ ドーパントガス
Ｇ３ III族原料ガス
Ｇ４ 窒素原料ガス
Ｇ５ ＨＣｌガス
【特許請求の範囲】
【請求項１】
極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
前記下地基板の主面に垂直な方向への前記III族窒化物半導体結晶の平均成長速度が１５０μｍ／ｈｒ以上であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
前記下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクがピッチ幅２５００μｍ以上で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体結晶を前記下地基板の主面に垂直な方向へ５ｍｍ以上成長させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
成長させる前記III族窒化物半導体結晶が単結晶であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法にて得られたIII族窒化物半導体結晶を加工して得られるIII族窒化物半導体基板。
【請求項９】
極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有することを特徴とするIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１０】
前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項９または１０に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１２】
すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項９または１０に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１】
極性面を主面とする下地基板上に、極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本形成し、前記主面に垂直な方向にIII族窒化物半導体結晶を成長させることを特徴とするIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項２】
前記下地基板の主面に垂直な方向への前記III族窒化物半導体結晶の平均成長速度が１５０μｍ／ｈｒ以上であることを特徴とする請求項１に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項３】
前記下地基板の主面上に、非極性面または半極性面と平行な方向に伸長する複数のストライプ状のマスクがピッチ幅２５００μｍ以上で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項４】
前記III族窒化物半導体結晶を前記下地基板の主面に垂直な方向へ５ｍｍ以上成長させることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項５】
少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項６】
すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項７】
成長させる前記III族窒化物半導体結晶が単結晶であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のIII族窒化物半導体結晶の製造方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載の製造方法にて得られたIII族窒化物半導体結晶を加工して得られるIII族窒化物半導体基板。
【請求項９】
極性面以外のファセット面を含む凸状ライン部を２５００μｍ以上のピッチで複数本有することを特徴とするIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１０】
前記凸状ライン部の底面に垂直な方向の最大長が５ｍｍ以上であることを特徴とする請求項９に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１１】
少なくとも１つの前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項９または１０に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【請求項１２】
すべての前記凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶と、その凸状ライン部の隣の凸状ライン部上に成長したIII族窒化物半導体結晶との間に凹部が存在することを特徴とする請求項９または１０に記載のIII族窒化物半導体結晶。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７５７９１（Ｐ２０１３−７５７９１Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１６９３１（Ｐ２０１１−２１６９３１）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「次世代高効率・高品質照明の基盤技術開発／ＬＥＤ照明の高効率化・高品質化に係る基盤技術開発／窒化物等の結晶成長手法の高度化に関する基盤技術開発」にかかわる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）平成２３年度独立行政法人新エネルギー・産業技術総合開発機構、「次世代高効率・高品質照明の基盤技術開発／ＬＥＤ照明の高効率化・高品質化に係る基盤技術開発／窒化物等の結晶成長手法の高度化に関する基盤技術開発」にかかわる委託研究、産業技術力強化法第１９条の適用を受ける特許出願
【出願人】（０００００５９６８）三菱化学株式会社 (4,356)
【Ｆターム（参考）】
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