(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022167667
(43)【公開日】2022-11-04
(54)【発明の名称】ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及び製造方法
(51)【国際特許分類】
C30B 29/38 20060101AFI20221027BHJP
C23C 16/34 20060101ALI20221027BHJP
C23C 16/448 20060101ALI20221027BHJP
C30B 25/14 20060101ALI20221027BHJP
C30B 25/08 20060101ALI20221027BHJP
H01L 21/205 20060101ALI20221027BHJP
【ＦＩ】
C30B29/38 D
C23C16/34
C23C16/448
C30B25/14
C30B25/08
H01L21/205
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021073613
(22)【出願日】2021-04-23
【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）令和２年度、環境省、令和２年度未来のあるべき社会・ライフスタイルを創造する技術イノベーション事業（高品質ＧａＮ基板を用いた超高効率ＧａＮパワー・光デバイスの技術開発とその実証）委託業務、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願
(71)【出願人】
【識別番号】000005821
【氏名又は名称】パナソニックホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100106518
【弁理士】
【氏名又は名称】松谷 道子
(74)【代理人】
【識別番号】100132241
【弁理士】
【氏名又は名称】岡部 博史
(74)【代理人】
【識別番号】100113170
【弁理士】
【氏名又は名称】稲葉 和久
(72)【発明者】
【氏名】森 勇介
(72)【発明者】
【氏名】吉村 政志
(72)【発明者】
【氏名】今西 正幸
(72)【発明者】
【氏名】宇佐美 茂佳
(72)【発明者】
【氏名】北本 啓
(72)【発明者】
【氏名】滝野 淳一
(72)【発明者】
【氏名】布袋田 暢行
(72)【発明者】
【氏名】松野 俊一
【テーマコード（参考）】
4G077
4K030
5F045
【Ｆターム（参考）】
4G077AA03
4G077BE15
4G077DB02
4G077EG21
4G077EG25
4G077EG30
4G077HA12
4G077TB01
4G077TH01
4G077TH06
4G077TH11
4K030AA01
4K030AA13
4K030AA17
4K030AA18
4K030BA38
4K030BB02
4K030CA04
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4K030EA01
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4K030FA10
4K030JA09
4K030JA10
4K030KA25
4K030KA46
4K030KA49
4K030LA14
5F045AA03
5F045AB09
5F045AB14
5F045AC12
5F045AC15
5F045AD16
5F045DP03
5F045EK06
(57)【要約】
【課題】寄生成長を抑制し、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を製造しうるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置を提供する。
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する原料チャンバと、原料チャンバから供給されるＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、を備え、育成チャンバは、未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口と種基板との間に未反応の窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する。
【選択図】図１
【解決手段】ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する原料チャンバと、原料チャンバから供給されるＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、を備え、育成チャンバは、未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口と種基板との間に未反応の窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する。
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する原料チャンバと、
前記原料チャンバから供給される前記ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、
を備え、
前記育成チャンバは、未反応の前記ＩＩＩ族酸化物ガス及び前記窒素元素含有ガスを排気する排気口と前記種基板との間に未反応の前記窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する、
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
前記原料チャンバから供給される前記ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、
を備え、
前記育成チャンバは、未反応の前記ＩＩＩ族酸化物ガス及び前記窒素元素含有ガスを排気する排気口と前記種基板との間に未反応の前記窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する、
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【請求項2】
前記分解促進部がＭｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含む、
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
請求項１に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【請求項3】
前記分解促進部の全表面積が前記育成チャンバの断面積に対して５倍以上である、
請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
請求項１又は２に記載のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置。
【請求項4】
ＩＩＩ族元素源と反応性ガスとを反応させてＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成することと、
前記ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成することと、
前記種基板と未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口との間において、未反応の前記窒素元素含有ガスの一部を分解することと、
を含む、
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
前記ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成することと、
前記種基板と未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口との間において、未反応の前記窒素元素含有ガスの一部を分解することと、
を含む、
ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及び製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
ＧａＮ等のＩＩＩ族窒化物結晶は、高出力ＬＥＤ（発光ダイオード）及びＬＤ（レーザーダイオード）等の次世代光デバイスや、ＥＶ（電気自動車）及びＰＨＶ（プラグインハイブリッド自動車）等に搭載される高出力パワートランジスタ等の次世代電子デバイスへの応用が期待されている。ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法として、ＩＩＩ族酸化物を原料とするＯｘｉｄｅ Ｖａｐｏｒ Ｐｈａｓｅ Ｅｐｉｔａｘｙ（ＯＶＰＥ）法が用いられている（例えば、特許文献１参照。）。
【0003】
ＯＶＰＥ法における反応系の例は、以下に示す通りである。Ｇａを加熱し、この状態で、Ｈ２Ｏガスを導入する。導入されたＨ２Ｏガスは、Ｇａと反応して、Ｇａ２Ｏガスを生成させる（下記式（Ｉ））。そして、ＮＨ３ガスを導入し、ＮＨ３ガスを生成されたＧａ２Ｏガスと反応させて、種基板上にＧａＮ結晶を生成する（下記式（ＩＩ））。
２Ｇａ（ｌ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｇａ２Ｏ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）・・・（Ｉ）
Ｇａ２Ｏ（ｇ）＋２ＮＨ３（ｇ）→２ＧａＮ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋２Ｈ２（ｇ）・・・（ＩＩ）
２Ｇａ（ｌ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）→Ｇａ２Ｏ（ｇ）＋Ｈ２（ｇ）・・・（Ｉ）
Ｇａ２Ｏ（ｇ）＋２ＮＨ３（ｇ）→２ＧａＮ（ｓ）＋Ｈ２Ｏ（ｇ）＋２Ｈ２（ｇ）・・・（ＩＩ）
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】国際公開第２０１５／０５３３４１号
【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、特許文献１に記載の製造方法では、ＩＩＩ族窒化物結晶を成長させる際に、ＩＩＩ族窒化物結晶の下流部において未反応のＩＩＩ族酸化物ガスと窒素元素含有ガスとが反応し、リアクタの壁部や排気配管にＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長が生じるおそれがある。寄生成長したＩＩＩ族窒化物結晶（以下、「寄生結晶」という。）は、リアクタ壁部の材質と異なる熱膨張係数を有する。リアクタ壁部と寄生結晶との熱膨張係数差によって、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造における昇降温過程でリアクタの割れや欠けといった破損・劣化が生じる場合がある。さらに、リアクタ壁部で発生した寄生結晶は、ＩＩＩ族窒化物結晶の成長空間でのパーティクル源となる。そのため、種基板上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶の上に寄生結晶のパーティクルが飛散する可能性があり、成長結晶の多結晶化やピットの発生などの異常成長が生じやすくなる。また、排気配管部で寄生成長が生じた場合、排気配管の閉塞による長時間成長の阻害要因となるおそれがある。
【0006】
本開示は、上記の問題を解決するものであり、寄生成長を抑制し、高品質のＩＩＩ族窒化物結晶を製造しうるＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及び製造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】
【0007】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する原料チャンバと、原料チャンバから供給されるＩＩＩ族酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、を備える。育成チャンバは、未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口と種基板との間に未反応の前記窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する。
【0008】
本開示のＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、ＩＩＩ族元素源と反応性ガスとを反応させてＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成することと、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成することと、種基板と未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口との間において、未反応の窒素元素含有ガスの一部を分解することと、を含む。
【発明の効果】
【0009】
本開示に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及び製造方法によれば、寄生成長を抑制することができ、高品質なＩＩＩ族窒化物結晶を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本開示の一実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の構成を示す概略断面図である。
【図2】本開示の一実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法を示すフローチャートである。
【図3】育成チャンバの断面積で規格化した分解促進部の規格化表面積とＮＨ３ガスの分解率との関係を表すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
第１の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する原料チャンバと、原料チャンバから供給されるＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成する育成チャンバと、を備え、育成チャンバは、未反応の前記ＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを排気する排気口と種基板との間に未反応の窒素元素含有ガスの分解を促進する分解促進部を有する。
【0012】
第２の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、上記第１の態様において、分解促進部がＭｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含んでもよい。
【0013】
第３の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、上記第１又は第２の態様において、分解促進部の全表面積が育成チャンバの断面積に対して５倍以上であってもよい。
【0014】
第４の態様に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、ＩＩＩ族元素源と反応性ガスとを反応させてＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成することと、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとを反応させて種基板の上にＩＩＩ族窒化物結晶を生成することと、種基板と排気口との間において、未反応の窒素元素含有ガスの一部を分解することと、を含む。
【0015】
以下、実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及びＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法について、添付図面を参照しながら説明する。なお、図面において実質的に同一の部材については同一の符号を付している。
【0016】
（実施の形態１）
【0017】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の概要＞
本開示の実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の概要を、図１の概略断面図を参照して説明する。なお、図１は概略図であり、各構成部材の大きさ、比率等は実際とは異なる場合がある。
本実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、原料チャンバ１００を有する。原料チャンバ１００内に、原料反応室１０１が配置されており、原料反応室１０１内に出発ＩＩＩ族元素源１０５を載置した原料ボート１０４が配置されている。本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５は出発Ｇａ源である。原料反応室１０１には、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応する反応性ガスを供給する反応性ガス供給管１０３が接続されている。原料反応室１０１は、ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を有する。出発ＩＩＩ族元素源１０５が酸化物の場合は、反応性ガスとして還元性ガスを用いる。また、出発ＩＩＩ族元素源１０５が金属の場合は、反応性ガスとして酸化性ガスを用いる。また原料チャンバ１００には、第１搬送ガス供給口１０２が設けられている。第１搬送ガス供給口１０２から供給された第１搬送ガスは、ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７から排出されるＩＩＩ族元素酸化物ガスを、ガス排出口１０８から接続管１０９を通過し育成チャンバ１１１へと搬送する。育成チャンバ１１１は、ＩＩＩ族元素酸化物ガス及び第１搬送ガスを供給するガス供給口１１８と、第３搬送ガス供給口１１２と、窒素元素含有ガス供給口１１３と、第２搬送ガス供給口１１４と、排気口１１９と分解促進部１２０と、を有する。育成チャンバ１１１内には、種基板１１６を設置する基板サセプタ１１７が配置されている。
本開示の実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置の概要を、図１の概略断面図を参照して説明する。なお、図１は概略図であり、各構成部材の大きさ、比率等は実際とは異なる場合がある。
本実施の形態１に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置は、原料チャンバ１００を有する。原料チャンバ１００内に、原料反応室１０１が配置されており、原料反応室１０１内に出発ＩＩＩ族元素源１０５を載置した原料ボート１０４が配置されている。本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５は出発Ｇａ源である。原料反応室１０１には、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応する反応性ガスを供給する反応性ガス供給管１０３が接続されている。原料反応室１０１は、ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を有する。出発ＩＩＩ族元素源１０５が酸化物の場合は、反応性ガスとして還元性ガスを用いる。また、出発ＩＩＩ族元素源１０５が金属の場合は、反応性ガスとして酸化性ガスを用いる。また原料チャンバ１００には、第１搬送ガス供給口１０２が設けられている。第１搬送ガス供給口１０２から供給された第１搬送ガスは、ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７から排出されるＩＩＩ族元素酸化物ガスを、ガス排出口１０８から接続管１０９を通過し育成チャンバ１１１へと搬送する。育成チャンバ１１１は、ＩＩＩ族元素酸化物ガス及び第１搬送ガスを供給するガス供給口１１８と、第３搬送ガス供給口１１２と、窒素元素含有ガス供給口１１３と、第２搬送ガス供給口１１４と、排気口１１９と分解促進部１２０と、を有する。育成チャンバ１１１内には、種基板１１６を設置する基板サセプタ１１７が配置されている。
【0018】
本開示のＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置では、育成チャンバ内の基板サセプタ１１７よりも下流側に分解促進部を設置している。これによって、結晶成長過程において未反応のＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとが基板サセプタ１１７の下流に流れた場合であっても、分解促進部により窒素元素含有ガスを分解することができる。分解促進部がない場合であっても、熱によって、窒素元素含有ガスはある程度分解される場合があるが、寄生成長を防ぐのに十分に分解することはできない。分解促進部を配置することで、窒素元素含有ガスの分解をより促進することができる。そのため、育成チャンバ内のリアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を抑制できる。これにより、リアクタや排気配管の破損を防ぐことができ、信頼性が高くＩＩＩ族窒化物結晶の製造を行うことができる。加えて、育成チャンバ内の破損を低減することができるため、メンテナンスコストを抑制することが可能であり、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造コストを低減することができる。また、寄生成長を防ぐことで、寄生成長したＩＩＩ族窒化物結晶（寄生結晶）がパーティクル源となり種基板上に成長したＩＩＩ族窒化物結晶上に飛散することを防止できる。このため、多結晶化やピットの発生などの異常成長を抑制し、ＩＩＩ族窒化物結晶の品質を向上させることができる。
【0019】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の概要＞
本開示の一実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の概要を、図２のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、反応性ガス供給工程、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程、ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程、窒素元素含有ガス供給工程、ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程、残留窒素元素含有ガス分解工程、及び残留ガス排出工程を有する。
本開示の一実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の概要を、図２のフローチャートを参照して説明する。本実施の形態では、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法は、反応性ガス供給工程、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程、ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程、窒素元素含有ガス供給工程、ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程、残留窒素元素含有ガス分解工程、及び残留ガス排出工程を有する。
【0020】
＜反応ガス供給工程＞
反応性ガス供給工程では、反応性ガスを、反応性ガス供給管１０３から原料チャンバ１００内の原料反応室１０１へ供給する。上述の通り、反応性ガスは、必要に応じて還元性ガス又は酸化性ガスを用いることができる。
＜ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程では、原料反応室１０１内において、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応性ガス（出発ＩＩＩ族元素源が酸化物の場合は還元性ガス、出発ＩＩＩ族元素源が金属の場合は酸化性ガス）とを反応させ、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。
反応性ガス供給工程では、反応性ガスを、反応性ガス供給管１０３から原料チャンバ１００内の原料反応室１０１へ供給する。上述の通り、反応性ガスは、必要に応じて還元性ガス又は酸化性ガスを用いることができる。
＜ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程では、原料反応室１０１内において、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応性ガス（出発ＩＩＩ族元素源が酸化物の場合は還元性ガス、出発ＩＩＩ族元素源が金属の場合は酸化性ガス）とを反応させ、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する。
【0021】
＜ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程で製造されたＩＩＩ族元素酸化物ガスを、育成チャンバ１１１へ供給する。ＩＩＩ族元素酸化物ガスは、原料反応室１０１内からＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を通じて排出され、第１搬送ガス供給口１０２から供給される第１搬送ガスと共にガス排出口１０８から排出され、接続管１０９を通って搬送され、ガス供給口１１８から育成チャンバ１１１内へと供給される。
ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程で製造されたＩＩＩ族元素酸化物ガスを、育成チャンバ１１１へ供給する。ＩＩＩ族元素酸化物ガスは、原料反応室１０１内からＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を通じて排出され、第１搬送ガス供給口１０２から供給される第１搬送ガスと共にガス排出口１０８から排出され、接続管１０９を通って搬送され、ガス供給口１１８から育成チャンバ１１１内へと供給される。
【0022】
＜窒素元素含有ガス供給工程＞
窒素元素含有ガス供給工程では、窒素元素含有ガスを窒素元素含有ガス供給口１１３から育成チャンバ１１１へ供給する。
窒素元素含有ガス供給工程では、窒素元素含有ガスを窒素元素含有ガス供給口１１３から育成チャンバ１１１へ供給する。
【0023】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程＞
ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程で育成チャンバ１１１内へ供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスと、窒素元素含有ガス供給工程で育成チャンバ１１１内へ供給された窒素元素含有ガスとを反応させ、ＩＩＩ族窒化物結晶を種基板１１６上に成長させる。
ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程で育成チャンバ１１１内へ供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスと、窒素元素含有ガス供給工程で育成チャンバ１１１内へ供給された窒素元素含有ガスとを反応させ、ＩＩＩ族窒化物結晶を種基板１１６上に成長させる。
【0024】
＜残留窒素元素含有ガス分解工程＞
残留窒素元素含有ガス分解工程では、未反応の窒素元素含有ガスが分解促進部１２０により分解される。これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長が抑制される。
なお、フローチャートでは工程間を矢印で示しているが、実際には、フローチャートに示す各工程は同時に行われていてよい。フローチャートは、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置において上流で行われる工程から下流へ行われる工程へと矢印で示している。
残留窒素元素含有ガス分解工程では、未反応の窒素元素含有ガスが分解促進部１２０により分解される。これにより、ＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長が抑制される。
なお、フローチャートでは工程間を矢印で示しているが、実際には、フローチャートに示す各工程は同時に行われていてよい。フローチャートは、ＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置において上流で行われる工程から下流へ行われる工程へと矢印で示している。
【0025】
＜残留ガス排出工程＞
残留ガス排出工程では、ＩＩＩ族窒化物結晶の生成に寄与しない未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを含む残留ガスを排気口１１９から育成チャンバ１１１外に排出する。
残留ガス排出工程では、ＩＩＩ族窒化物結晶の生成に寄与しない未反応のＩＩＩ族酸化物ガス及び窒素元素含有ガスを含む残留ガスを排気口１１９から育成チャンバ１１１外に排出する。
【0026】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法及び製造装置の詳細＞
本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の詳細を説明する。なお、本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５として金属Ｇａを用いている。
＜反応性ガス供給工程＞
反応性ガス供給工程では、反応性ガス供給管１０３より反応性ガスを原料反応室１０１へ供給する。本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５として金属Ｇａを用いているため、反応性ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる。尚、反応性ガスとしては、Ｏ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏ４ガスを用いてもよい。
本実施の形態に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法の詳細を説明する。なお、本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５として金属Ｇａを用いている。
＜反応性ガス供給工程＞
反応性ガス供給工程では、反応性ガス供給管１０３より反応性ガスを原料反応室１０１へ供給する。本実施の形態１では、出発ＩＩＩ族元素源１０５として金属Ｇａを用いているため、反応性ガスとしてＨ２Ｏガスを用いる。尚、反応性ガスとしては、Ｏ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏ４ガスを用いてもよい。
【0027】
＜ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程では、反応性ガス供給工程で原料反応室１０１へ供給された反応性ガスが、出発ＩＩＩ族元素源１０５であるＧａと反応し、ＩＩＩ族元素酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスを生成する。生成されたＧａ２ＯガスはＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を経由し、原料反応室１０１から原料チャンバ１００に排出される。排出されたＧａ２Ｏガスは第１搬送ガス供給口１０２から原料チャンバ１００へと供給される第１搬送ガスと混合され、ガス排出口１０８へと供給される。
本実施の形態１では、第１ヒータ１０６によって原料チャンバ１００を加熱する。原料チャンバ１００を加熱する場合、原料チャンバ１００の温度を、Ｇａ２Ｏガスの沸点よりも高い８００℃以上とすることが好ましい。また、原料チャンバ１００の温度を、育成チャンバ１１１よりも低温とすることが好ましい。後述のように、第２ヒータ１１５によって育成チャンバ１１１を加熱する場合には、原料チャンバ１００の温度を、例えば、１８００℃未満とすることが好ましい。出発ＩＩＩ族元素源１０５は、原料反応室１０１内に配置された原料ボート１０４内に載置されている。原料ボート１０４は、反応性ガスと出発ＩＩＩ族元素源１０５との接触面積を大きくできる形状であることが好ましい。例えば、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応性ガスとが非接触の状態で原料反応室１０１を通過することを防ぐために、原料ボート１０４は、多段の皿形状であることが好ましい。
ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程では、反応性ガス供給工程で原料反応室１０１へ供給された反応性ガスが、出発ＩＩＩ族元素源１０５であるＧａと反応し、ＩＩＩ族元素酸化物ガスであるＧａ２Ｏガスを生成する。生成されたＧａ２ＯガスはＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口１０７を経由し、原料反応室１０１から原料チャンバ１００に排出される。排出されたＧａ２Ｏガスは第１搬送ガス供給口１０２から原料チャンバ１００へと供給される第１搬送ガスと混合され、ガス排出口１０８へと供給される。
本実施の形態１では、第１ヒータ１０６によって原料チャンバ１００を加熱する。原料チャンバ１００を加熱する場合、原料チャンバ１００の温度を、Ｇａ２Ｏガスの沸点よりも高い８００℃以上とすることが好ましい。また、原料チャンバ１００の温度を、育成チャンバ１１１よりも低温とすることが好ましい。後述のように、第２ヒータ１１５によって育成チャンバ１１１を加熱する場合には、原料チャンバ１００の温度を、例えば、１８００℃未満とすることが好ましい。出発ＩＩＩ族元素源１０５は、原料反応室１０１内に配置された原料ボート１０４内に載置されている。原料ボート１０４は、反応性ガスと出発ＩＩＩ族元素源１０５との接触面積を大きくできる形状であることが好ましい。例えば、出発ＩＩＩ族元素源１０５と反応性ガスとが非接触の状態で原料反応室１０１を通過することを防ぐために、原料ボート１０４は、多段の皿形状であることが好ましい。
【0028】
なお、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する方法には、大別して、出発ＩＩＩ族元素源１０５を還元する方法と、出発ＩＩＩ族元素源１０５を酸化する方法とがある。
例えば、還元する方法においては、出発ＩＩＩ族元素源１０５として酸化物（例えばＧａ２Ｏ３）、反応性ガスとして還元性ガス（例えばＨ２ガス、ＣＯガス、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｈ２Ｓガス、ＳＯ２ガス）を用いる。
一方、出発ＩＩＩ族元素源１０５を酸化する方法においては、出発ＩＩＩ族元素源１０５として非酸化物（例えば液体Ｇａ）、反応性ガスとして酸化性ガス（例えばＨ２Ｏガス、Ｏ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏ４ガス）を用いる。
出発ＩＩＩ族元素源１０５として、Ｇａ源の他に、Ｉｎ源、Ａｌ源を用いてもよい。第１搬送ガスとしては、不活性ガス、Ｈ２ガス等を用いることができる。
例えば、還元する方法においては、出発ＩＩＩ族元素源１０５として酸化物（例えばＧａ２Ｏ３）、反応性ガスとして還元性ガス（例えばＨ２ガス、ＣＯガス、ＣＨ４ガス、Ｃ２Ｈ６ガス、Ｈ２Ｓガス、ＳＯ２ガス）を用いる。
一方、出発ＩＩＩ族元素源１０５を酸化する方法においては、出発ＩＩＩ族元素源１０５として非酸化物（例えば液体Ｇａ）、反応性ガスとして酸化性ガス（例えばＨ２Ｏガス、Ｏ２ガス、ＣＯガス、ＮＯガス、Ｎ２Ｏガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏ４ガス）を用いる。
出発ＩＩＩ族元素源１０５として、Ｇａ源の他に、Ｉｎ源、Ａｌ源を用いてもよい。第１搬送ガスとしては、不活性ガス、Ｈ２ガス等を用いることができる。
【0029】
＜ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程で生成されたＧａ２Ｏガスを、ガス排出口１０８、接続管１０９、ガス供給口１１８を経由し育成チャンバ１１１へと供給する。原料チャンバ１００と育成チャンバ１１１とを接続する接続管１０９の温度が、原料チャンバ１００の温度より低下すると、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じ、出発ＩＩＩ族元素源１０５が接続管１０９内で析出するおそれがある。そのため、接続管１０９は第３ヒータ１１０によって、原料チャンバ１００の温度より低下しないように加熱されることが好ましい。
ＩＩＩ族元素酸化物ガス供給工程では、ＩＩＩ族元素酸化物ガス生成工程で生成されたＧａ２Ｏガスを、ガス排出口１０８、接続管１０９、ガス供給口１１８を経由し育成チャンバ１１１へと供給する。原料チャンバ１００と育成チャンバ１１１とを接続する接続管１０９の温度が、原料チャンバ１００の温度より低下すると、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じ、出発ＩＩＩ族元素源１０５が接続管１０９内で析出するおそれがある。そのため、接続管１０９は第３ヒータ１１０によって、原料チャンバ１００の温度より低下しないように加熱されることが好ましい。
【0030】
＜窒素元素含有ガス供給工程＞
窒素元素含有ガス供給工程では、窒素元素含有ガスを窒素元素含有ガス供給口１１３から育成チャンバ１１１に供給する。窒素元素含有ガスの例は、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｎ２Ｏ４ガス、Ｎ２Ｈ２ガス、及びＮ２Ｈ４ガスを含む。
ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程では、各供給工程を経て、育成チャンバ１１１内へと供給された原料ガスを反応させＩＩＩ族窒化物結晶を種基板１１６上に成長させる。育成チャンバ１１１は第２ヒータ１１５により、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとが反応する温度まで高温化されることが好ましい。この際、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じないようにするため、育成チャンバ１１１の温度が、原料チャンバ１００の温度及び接続管１０９の温度より低下しないよう、育成チャンバ１１１の温度を制御することが好ましい。第２ヒータ１１５によって加熱される育成チャンバ１１１の温度は、１０００℃以上１８００℃以下であることが好ましい。
窒素元素含有ガス供給工程では、窒素元素含有ガスを窒素元素含有ガス供給口１１３から育成チャンバ１１１に供給する。窒素元素含有ガスの例は、ＮＨ３ガス、ＮＯガス、ＮＯ２ガス、Ｎ２Ｏガス、Ｎ２Ｏ４ガス、Ｎ２Ｈ２ガス、及びＮ２Ｈ４ガスを含む。
ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程では、各供給工程を経て、育成チャンバ１１１内へと供給された原料ガスを反応させＩＩＩ族窒化物結晶を種基板１１６上に成長させる。育成チャンバ１１１は第２ヒータ１１５により、ＩＩＩ族元素酸化物ガスと窒素元素含有ガスとが反応する温度まで高温化されることが好ましい。この際、ＩＩＩ族元素酸化物ガスを生成する反応の逆反応が生じないようにするため、育成チャンバ１１１の温度が、原料チャンバ１００の温度及び接続管１０９の温度より低下しないよう、育成チャンバ１１１の温度を制御することが好ましい。第２ヒータ１１５によって加熱される育成チャンバ１１１の温度は、１０００℃以上１８００℃以下であることが好ましい。
【0031】
＜ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程＞
ＩＩＩ族元素酸化物供給工程を経て、育成チャンバ１１１へと供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスと、窒素元素含有ガス供給工程を経て、育成チャンバ１１１へと供給される窒素元素含有ガスと、を種基板１１６より上流で混合することによって、種基板１１６上でＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行うことができる。
ＩＩＩ族元素酸化物供給工程を経て、育成チャンバ１１１へと供給されたＩＩＩ族元素酸化物ガスと、窒素元素含有ガス供給工程を経て、育成チャンバ１１１へと供給される窒素元素含有ガスと、を種基板１１６より上流で混合することによって、種基板１１６上でＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行うことができる。
【0032】
＜残留窒素元素含有ガス分解工程＞
残留窒素元素含有ガス分解工程では、ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程にて消費されなかった窒素元素含有ガスを分解促進部１２０により不活性化させる。分解促進部１２０は、種基板１１６上でのＩＩＩ族窒化物結晶の成長を阻害しないよう、種基板１１６よりも下流部、すなわち種基板１１６を保持する基板サセプタ１１７よりも下流部に配置される。換言すれば、分解促進部１２０は、基板サセプタ１１７と排気口１１９との間に配置される。分解促進部１２０で、窒素元素含有ガスを分解し不活性化させることで、種基板１１６よりも下流部においてＩＩＩ族窒化物結晶の生成に用いられなかった窒素元素含有ガスとＩＩＩ族元素酸化物ガスとが反応することを抑制し、リアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を防ぐことが可能となる。リアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を低減することで、信頼性の高い製造が可能になるとともにメンテナンスコストの抑制が可能となる。さらには寄生成長に起因するパーティクルの低減により結晶品質の向上が実現される。
例えば、ＩＩＩ族窒化物結晶が窒化ガリウムであり、窒素元素含有ガスにＮＨ３ガスを用いた場合、窒素元素含有ガスの分解反応は下記式（ＩＩＩ）で表される。
２ＮＨ３（ｇ）→Ｎ２（ｇ）＋３Ｈ２（ｇ）・・・（ＩＩＩ）
残留窒素元素含有ガス分解工程では、ＩＩＩ族窒化物結晶生成工程にて消費されなかった窒素元素含有ガスを分解促進部１２０により不活性化させる。分解促進部１２０は、種基板１１６上でのＩＩＩ族窒化物結晶の成長を阻害しないよう、種基板１１６よりも下流部、すなわち種基板１１６を保持する基板サセプタ１１７よりも下流部に配置される。換言すれば、分解促進部１２０は、基板サセプタ１１７と排気口１１９との間に配置される。分解促進部１２０で、窒素元素含有ガスを分解し不活性化させることで、種基板１１６よりも下流部においてＩＩＩ族窒化物結晶の生成に用いられなかった窒素元素含有ガスとＩＩＩ族元素酸化物ガスとが反応することを抑制し、リアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を防ぐことが可能となる。リアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を低減することで、信頼性の高い製造が可能になるとともにメンテナンスコストの抑制が可能となる。さらには寄生成長に起因するパーティクルの低減により結晶品質の向上が実現される。
例えば、ＩＩＩ族窒化物結晶が窒化ガリウムであり、窒素元素含有ガスにＮＨ３ガスを用いた場合、窒素元素含有ガスの分解反応は下記式（ＩＩＩ）で表される。
２ＮＨ３（ｇ）→Ｎ２（ｇ）＋３Ｈ２（ｇ）・・・（ＩＩＩ）
【0033】
分解促進部１２０の材質は、窒素元素含有ガスの分解反応の触媒効果の観点から、活性金属を含むことが好ましい。また、育成チャンバ１１１内は、およそ１２００℃程度の高温環境となることから、分解促進部１２０を構成する材料が上記温度で溶融しないことが必要となる。具体的には、分解促進部１２０は、Ｍｏ、Ｎｉ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｗ、及びＰｔからなる群から選択される少なくとも一つの元素を含むことが好ましい。特に、Ｍｏ、Ｔａ、Ｗ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＰｔは、融点が１７００℃以上であるため、第２ヒータ１１５を用いて育成チャンバ１１１を加熱した場合でも、軟化による劣化やＧａとの合金化が生じにくく、反応性ガスと反応する可能性がより低い。したがって、分解促進部１２０は、Ｍｏ、Ｔａ、Ｚｒ、Ｃｒ及びＰｔのうちの少なくとも一方の元素を含むことがより好ましい。
【0034】
分解促進部１２０は、窒素元素含有ガスの分解を促進させる観点から、より表面積を大きくし、窒素元素含有ガスとの表面接触率を向上させることが好ましい。分解促進部１２０の表面積とは、例えば、分解促進部１２０として一枚の金属板を用いた場合、その表裏面の合計面積のことである。分解促進部１２０の全表面積は、分解率を向上させる観点から、育成チャンバ１１１のリアクタ断面積を１として規格化した場合の規格化表面積が、５以上とすることが好ましく、さらには規格化表面積を１６．５以上とすることがより好ましく、規格化表面積を３２以上とすることが特に好ましい。分解促進部１２０の表面積を大きくするためには、パンチングプレート形状の多層体や多孔質体を用いればよい。多層体は、例えば、複数枚の金属製の板をそれぞれスペーサで間隔を空けて配置したものである。また、スポンジ状の金属、例えば、スポンジ状の鉄等を用いてもよい。さらに、ハニカム構造の金属又はセラミックの内部表面に微粒子のＰｔ等を担持した担持体であってもよい。これによって、窒素元素含有ガスが基板サセプタ１１７の下流部で分解され、ＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長をより効率的に抑制することができる。
【0035】
分解促進部１２０の形状は、排気口１１９からのガスの排出を阻害しない形状であればよい。分解促進部１２０は、例えば板状であってよく、円環形状であってよい。
分解促進部１２０は、基板サセプタの下流部の温度が８００℃以上の領域に設置することが窒素元素含有ガスの分解を促進する観点から好ましい。
分解促進部１２０は、基板サセプタの下流部の温度が８００℃以上の領域に設置することが窒素元素含有ガスの分解を促進する観点から好ましい。
【0036】
また、第２搬送ガス供給口１１４から育成チャンバ１１１へと第２搬送ガスを供給することで、ＩＩＩ族元素酸化物ガス及び窒素元素含有ガスの濃度を制御してもよい。この場合、育成チャンバ１１１の炉壁や基板サセプタ１１７へのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を抑制することができる。
【0037】
種基板１１６の例は、窒化ガリウム、ガリウム砒素、シリコン、サファイア、炭化珪素、酸化亜鉛、酸化ガリウム、及びＳｃＡｌＭｇＯ４を含む。
【0038】
第２搬送ガスとしては、不活性ガス、Ｈ２ガス等を用いることができる。
【0039】
未反応のＩＩＩ族元素酸化物ガス及び窒素元素含有ガス、並びに第１搬送ガス、第２搬送ガス、及び第３搬送ガス等の残留ガスは、排気口１１９から排出される。
【実施例0040】
（実施例と比較例の概要）
図１に示すＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である成長炉を用いてＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行った。ここでは、ＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮを成長させた。出発Ｇａ源として、液体Ｇａを用い、Ｇａを反応性ガスであるＨ２Ｏガスと反応させ、得られたＧａ２ＯガスをＩＩＩ族元素酸化物ガスとして用いた。窒素元素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスを用い、第１搬送ガスおよび第２搬送ガスとして、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合物を用いた。種基板としては、ＧａＮ自立基板を用いた。また成長時間は１時間で検証を行った。また、ＮＨ３の分解率はガスクロマトグラフィーを用いて測定を行った。
図１に示すＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置である成長炉を用いてＩＩＩ族窒化物結晶の成長を行った。ここでは、ＩＩＩ族窒化物結晶としてＧａＮを成長させた。出発Ｇａ源として、液体Ｇａを用い、Ｇａを反応性ガスであるＨ２Ｏガスと反応させ、得られたＧａ２ＯガスをＩＩＩ族元素酸化物ガスとして用いた。窒素元素含有ガスとしては、ＮＨ３ガスを用い、第１搬送ガスおよび第２搬送ガスとして、Ｈ２ガスとＮ２ガスとの混合物を用いた。種基板としては、ＧａＮ自立基板を用いた。また成長時間は１時間で検証を行った。また、ＮＨ３の分解率はガスクロマトグラフィーを用いて測定を行った。
【0041】
（実施例１）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０８ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４５ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、２５．５２７倍の表面積（規格化表面積２５．５２７）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、種基板上に成長させたＧａＮの成長速度は９４μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は９９．５％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。尚、ＮＨ３の分解率は、育成チャンバに流入させた全ガス中のＮＨ３ガス濃度と排気口でのＮＨ３ガス濃度とから算出した。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０８ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４５ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、２５．５２７倍の表面積（規格化表面積２５．５２７）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、種基板上に成長させたＧａＮの成長速度は９４μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は９９．５％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。尚、ＮＨ３の分解率は、育成チャンバに流入させた全ガス中のＮＨ３ガス濃度と排気口でのＮＨ３ガス濃度とから算出した。
【0042】
（実施例２）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガのス分圧を０．００１０６ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、３１．９０９倍の表面積（規格化表面積３１．９０９）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮ成長させた結果、成長速度は１１６μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１００％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガのス分圧を０．００１０６ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、３１．９０９倍の表面積（規格化表面積３１．９０９）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮ成長させた結果、成長速度は１１６μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１００％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
【0043】
（実施例３）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０９ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４４ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、６３．８１８倍の表面積（規格化表面積６３．８１８）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮ成長させた結果、成長速度は１１１μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１００％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０９ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４４ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、６３．８１８倍の表面積（規格化表面積６３．８１８）を保有する円環形状の多孔質Ｎｉを基板サセプタの下流部、つまり、基板サセプタと排気口との間に設置した。
ＧａＮ成長させた結果、成長速度は１１１μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１００％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
【0044】
（実施例４）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０７ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４６ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、２．５０６倍の表面積（規格化表面積２．５０６）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１００μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は７８．７％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長がほとんど確認されなかった。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０７ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４６ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、２．５０６倍の表面積（規格化表面積２．５０６）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１００μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は７８．７％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長がほとんど確認されなかった。
【0045】
（実施例５）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０７ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４６ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、５．０１１倍の表面積（規格化表面積５．０１１）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１１８μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は８９．２％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０７ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４６ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４８ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８５０ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、５．０１１倍の表面積（規格化表面積５．０１１）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１１８μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は８９．２％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
【0046】
（実施例６）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０５ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、５．０１１倍の表面積（規格化表面積５．０１１）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１１２μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は９１．７％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０５ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部として、リアクタ断面積に対して、５．０１１倍の表面積（規格化表面積５．０１１）を保有する円環形状の多層体Ｍｏパンチングプレートを基板サセプタの下流部に設置した。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は１１２μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は９１．７％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長は全く確認されなかった。
【0047】
（比較例１）
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０５ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部は設置しなかった。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は９８μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１０．４％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長が確認された。
成長条件として育成チャンバの温度を１２００℃、原料チャンバの温度を１１００℃とした。また、Ｇａ２Ｏガスの分圧を０．００１０５ａｔｍ、Ｈ２Ｏガスの分圧を０．０００４８ａｔｍ、ＮＨ３ガスの分圧を０．１５７４９ａｔｍ、Ｈ２ガスの分圧を０．７１８４９ａｔｍ、Ｎ２ガスの分圧を０．１２２４９ａｔｍとし、１時間の結晶成長を行った。分解促進部は設置しなかった。
ＧａＮを成長させた結果、成長速度は９８μｍ／ｈであり、ＮＨ３の分解率は１０．４％であった。基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長が確認された。
【0048】
（実施例と比較例のまとめ）
図３に分解促進部の規格化表面積とＮＨ３ガスの分解率との関係を表すグラフを示す。本グラフは、各実施例及び比較例から得られたＮＨ３ガスの分解率と分解促進部の表面積を規格化した値（規格化表面積）とをプロットし、各値を直線で結んだものである。×のプロットは、基板サセプタの下流部のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長が確認されたものであり、○のプロットはＧａＮの寄生成長がほとんど確認されなかったものであり、●のプロットはＧａＮの寄生成長が全く確認されなかったものである。このグラフから示されるように、分解促進部を設置しなかった比較例１では、熱分解によってわずかにＮＨ３ガスが分解されているものの、分解率は低い。そのため、基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長を抑制することができていない。
図３に分解促進部の規格化表面積とＮＨ３ガスの分解率との関係を表すグラフを示す。本グラフは、各実施例及び比較例から得られたＮＨ３ガスの分解率と分解促進部の表面積を規格化した値（規格化表面積）とをプロットし、各値を直線で結んだものである。×のプロットは、基板サセプタの下流部のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長が確認されたものであり、○のプロットはＧａＮの寄生成長がほとんど確認されなかったものであり、●のプロットはＧａＮの寄生成長が全く確認されなかったものである。このグラフから示されるように、分解促進部を設置しなかった比較例１では、熱分解によってわずかにＮＨ３ガスが分解されているものの、分解率は低い。そのため、基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長を抑制することができていない。
【0049】
一方、分解促進部を設置した実施例１～６では、分解促進部によってＮＨ３ガスの分解率が高くなっている。そのため、ＮＨ３ガスの分解が十分に行われることで、基板サセプタの下流のリアクタ壁や排気配管へのＧａＮの寄生成長が抑制されている。さらに、グラフが示すように、分解促進部の表面積を大きくすることで、分解率をさらに高めることができる。特に、分解促進部の規格化表面積が５以上であれば、寄生成長発生をより抑制することができる。さらに、分解促進部の規格化表面積を１６．５以上とすることで、ＮＨ３ガスの分解率を９５％以上にでき、規格化表面積を３２以上とすることでＮＨ３ガスの分解率を１００％とすることができる。
【0050】
なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び／又は実施例のうちの任意の実施の形態及び／又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び／又は実施例が有する効果を奏することができる。
【産業上の利用可能性】
【0051】
本発明に係るＩＩＩ族窒化物結晶の製造装置及びＩＩＩ族窒化物結晶の製造方法によれば、未反応の残留ガスの分解促進部を有するので、基板サセプタの下流側で未反応の窒素元素含有ガスを分解することができる。これによって、育成チャンバ内のリアクタ壁や排気配管でのＩＩＩ族窒化物結晶の寄生成長を抑制できる。
【符号の説明】
【0052】
１００ 原料チャンバ
１０１ 原料反応室
１０２ 第１搬送ガス供給口
１０３ 反応性ガス供給管
１０４ 原料ボート
１０５ 出発ＩＩＩ族元素源
１０６ 第１ヒータ
１０７ ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口
１０８ ガス排出口
１０９ 接続管
１１０ 第３ヒータ
１１１ 育成チャンバ
１１２ 第３搬送ガス供給口
１１３ 窒素元素含有ガス供給口
１１４ 第２搬送ガス供給口
１１５ 第２ヒータ
１１６ 種基板
１１７ 基板サセプタ
１１８ ガス供給口
１１９ 排気口
１２０ 分解促進部
１０１ 原料反応室
１０２ 第１搬送ガス供給口
１０３ 反応性ガス供給管
１０４ 原料ボート
１０５ 出発ＩＩＩ族元素源
１０６ 第１ヒータ
１０７ ＩＩＩ族元素酸化物ガス排出口
１０８ ガス排出口
１０９ 接続管
１１０ 第３ヒータ
１１１ 育成チャンバ
１１２ 第３搬送ガス供給口
１１３ 窒素元素含有ガス供給口
１１４ 第２搬送ガス供給口
１１５ 第２ヒータ
１１６ 種基板
１１７ 基板サセプタ
１１８ ガス供給口
１１９ 排気口
１２０ 分解促進部
【図1】
【図2】
【図3】
