JP2003277182A - Method for manufacturing nitride single crystal - Google Patents

Method for manufacturing nitride single crystal

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JP2003277182A JP2002076167A JP2002076167A JP2003277182A JP 2003277182 A JP2003277182 A JP 2003277182A JP 2002076167 A JP2002076167 A JP 2002076167A JP 2002076167 A JP2002076167 A JP 2002076167A JP 2003277182 A JP2003277182 A JP 2003277182A
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for manufacturing a lumpy single crystal of a nitride of an element of the group 13 in the Periodic Table, which is based on an ammonothermal method and comprises a simple and inexpensive process, and by which contamination with impurities is prevented and a large lumpy single crystal is obtained in a good yield. <P>SOLUTION: A polycrystalline nitride of at least one of elements of the group 13 in the Periodic Table as a raw material and a solvent containing a mineralizer including nitrogen atom are supplied to a raw material filling part of a high temperature and pressure reaction vessel which is constituted of an alloy containing nickel and chromium. Thereafter, the crystal is ammonothermally grown by providing a temperature gradient between a seed crystal placed at a growing section in the reaction vessel and the polycrystalline nitride. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、周期表13族元素の窒
化物の塊状単結晶、とりわけGaNの塊状単結晶の育成
方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for growing a bulk single crystal of a nitride of a group 13 element of the periodic table, especially a bulk single crystal of GaN.

【0002】[0002]

【従来の技術】GaNは発光ダイオード及びレーザーダ
イオード等の電子素子に適用される物質として有用であ
る。現在、公知の方法で製造される、窒化ガリウム(G
aN)結晶サイズ及び成長は、幾つかの用途では十分で
あるが、しかしながら多くの他の用途では、窒化ガリウ
ムの結晶サイズ及び品質は十分ではない。これまで実用
的なGaNの結晶化については、S. Nakamuraらによっ
てJ.Appl.Phys.37(1998)L309等においてサファイヤ又は
炭化ケイ素等のような基板上にMOCVD(Metal-Orga
nic Chemical Vapor Deposition)法による気相エピタ
キシャル成長を行う方法が提案されている。しかしこの
方法では、基板とGaNの格子定数、熱膨張係数が異な
るヘテロエピタキシャル成長であるために、得られるG
aN格子欠陥等の課題が指摘されている。具体的には、
高濃度の転移、空格子点及び不純物の少なくとも1つが
挙げられる。これらの欠陥は、エピタキシャルに成長さ
せられた窒化ガリウムで、望ましくない影響及び悪影響
を有し、得られる窒化ガリウムをベースとする電子素子
の操作に悪影響を与え得る。このためこれらの方法で得
られたGaNは、青色レーザー等の応用分野に用いるに
は満足すべき性能を発現できない。現在、ヘテロエピタ
キシャル窒化ガリウム成長法では、窒化ガリウムにおけ
る欠陥濃度を減らすために、複雑で長い工程が必要であ
る。このため、近年では、GaN塊状単結晶の製造技術
の確立が強く望まれている。このようなホモエピタキシ
ー成長によるGaNの結晶化については、現在大きく分
かれて三つの方法が開発されつつある。第1には、S. P
orowskiらによってJ.Crystal Growth178(1997)174.にお
いて開示された、約10〜約20kbarの範囲の圧力
下で、かつ約1200℃〜約1500℃の範囲の温度下
で窒素とGaを反応させる方法(高圧法)であるが、こ
れは装置のコストが高くなる上に反応工程が複雑であ
る。さらに、この方法によって製造された窒化ガリウム
結晶の品質は、幾つかの窒化ガリウム用途では、転移密
度に関しては十分であり得る。しかしながら、この方法
によって形成させられた窒化ガリウム結晶の品質は、望
ましくない窒素の空格子点欠陥を高い濃度で示し、これ
は窒化ガリウム結晶用途に悪影響を与える。第2にはMa
sato AokiらによってJ.Crystal Growth218(2000)7-12に
おいて開示された、ガリウム及びNaN3を、昇圧下で
反応させる方法、大気圧フラックス成長、及びメタセシ
ス反応(GaI3+Li3N)等の、他の方法から成長さ
せられた窒化ガリウムも提案されている。これは成長領
域の制御が困難であり、またフラックスによる汚染が懸
念され、さらにこの成長法は、高価であると考えられ、
高品質で、欠陥のない、塊状の窒化ガリウム単結晶を生
じるとは考えられていない。これらの方法はある程度の
結晶化に成功しているものの、より大きな単結晶を得る
には未だ至っていない。一方、第3の方法として、R. D
wilinskiらによってACTA PHYSICA POLONICA A Vol.88(1
995)においてアモノサーマル法によるGaNの結晶合成
方法が報告されている。ここでは、超臨界状態のアンモ
ニア中で高温にて、結晶化のための鉱化剤としてKNH
2を用いてGaNの単結晶を得る方法が開示されてい
る。また、その後にJ.W.KOLISらによってJ.Crystal Gro
wth222(2001)431-434において同じくアモノサーマル法
によって鉱化剤としてKNH2とKIを併用し、結晶を
合成することが提案された。また、Andrew.P.Purdyらは
Chem.Master 1999,11,1648-1651において、同じくアモ
ノサーマル法における鉱化剤としてハロゲン化アンモニ
ウム等を用いることを提案した。そして、X.L.Chenらは
J.Crystal Growth209(2000)208-212において、同じくア
モノサーマル法における反応容器のステンレスオートク
レーブの中に白金ライナーを使用することにより、四角
柱状のGaN結晶の発生を抑止し、六方晶系のGaNを
選択的に結晶化できた、としている。これらの文献はア
モノサーマル法において、GaNの結晶化を行うことを
提案しているが、種結晶を用いていないため結晶成長は
ランダムであり、その結晶成長方位およびサイズの管理
は困難と想定され、青色レーザー等の工業製品に応用で
きるサイズの結晶を得るにいたっていない。また、これ
らの超臨界アンモニアを用いたアモノサーマル法は、遅
い成長速度を示し、従って塊状又は大きい窒化ガリウム
結晶を容易には製造することができない。また、圧力容
器は、これらの窒化ガリウムの成長法を制限する。圧力
容器は約5kbar未満の圧力まで、超臨界アンモニア
成長法を制限し、従って超臨界アンモニア成長法の温度
及び反応速度を制限する。さらに、これらの文献には、
結晶成長の詳細な条件が記載されていないので、結晶成
長速度がアモノサーマル法における拡散支配であるかG
aNの生成反応支配であるかが明らかになっていない。
2. Description of the Related Art GaN is useful as a material applied to electronic devices such as light emitting diodes and laser diodes. At present, gallium nitride (G
The aN) crystal size and growth is sufficient for some applications, but in many other applications the crystal size and quality of gallium nitride is not sufficient. So far, practical crystallization of GaN has been reported by S. Nakamura et al. In J. Appl. Phys. 37 (1998) L309 etc. on MOCVD (Metal-Orga) on a substrate such as sapphire or silicon carbide.
A method of performing vapor phase epitaxial growth by the nic chemical vapor deposition method has been proposed. However, in this method, since the substrate and GaN are heteroepitaxially grown with different lattice constants and thermal expansion coefficients, the obtained G
Problems such as aN lattice defects have been pointed out. In particular,
At least one of high-concentration transition, vacancies, and impurities. These defects have undesired effects and adverse effects on epitaxially grown gallium nitride and can adversely affect the operation of the resulting gallium nitride-based electronic device. For this reason, the GaN obtained by these methods cannot exhibit satisfactory performance when used in applications such as blue lasers. Currently, the heteroepitaxial gallium nitride growth method requires complicated and long steps to reduce the defect concentration in gallium nitride. Therefore, in recent years, establishment of a technique for producing a GaN massive single crystal has been strongly desired. Regarding the crystallization of GaN by such homoepitaxy growth, three methods are currently being largely divided and developed. First, SP
Method of reacting nitrogen with Ga under a pressure in the range of about 10 to about 20 kbar and at a temperature in the range of about 1200 ° C. to about 1500 ° C. disclosed by orowski et al. in J. Crystal Growth 178 (1997) 174. (High-pressure method), which requires high equipment cost and complicated reaction process. Moreover, the quality of gallium nitride crystals produced by this method may be sufficient in terms of dislocation density for some gallium nitride applications. However, the quality of gallium nitride crystals formed by this method exhibits a high concentration of unwanted nitrogen vacancies, which adversely affects gallium nitride crystal applications. Second is Ma
As disclosed in J. Crystal Growth 218 (2000) 7-12 by sato Aoki et al., a method of reacting gallium and NaN 3 under elevated pressure, atmospheric pressure flux growth, and metathesis reaction (GaI 3 + Li 3 N), etc., Gallium nitride grown from other methods has also been proposed. It is difficult to control the growth area, and there is concern about contamination by flux, and this growth method is considered to be expensive,
It is not believed to produce high quality, defect-free, bulky gallium nitride single crystals. Although these methods have succeeded in crystallization to some extent, they have not yet been able to obtain larger single crystals. On the other hand, as the third method, R. D
wilinski et al. by ACTA PHYSICA POLONICA A Vol.88 (1
995), a GaN crystal synthesis method by an ammonothermal method has been reported. Here, KNH is used as a mineralizer for crystallization in supercritical ammonia at high temperature.
A method for obtaining a single crystal of GaN using 2 is disclosed. After that, J. Crystal Gro by JWKOLIS et al.
In wth222 (2001) 431-434, it was also proposed to use KNH 2 and KI as mineralizers by the ammonothermal method to synthesize crystals. Also, Andrew.P.Purdy and others
In Chem. Master 1999, 11, 1648-1651, it was proposed to use ammonium halide as a mineralizer in the ammonothermal method. And XL Chen et al.
In J. Crystal Growth 209 (2000) 208-212, the use of a platinum liner in the stainless autoclave of the reaction vessel in the ammonothermal method also suppresses the generation of quadrangular prismatic GaN crystals, and suppresses hexagonal GaN. It was said that it could be selectively crystallized. These documents propose to crystallize GaN by the ammonothermal method, but the crystal growth is random because no seed crystal is used, and it is assumed that it is difficult to control the crystal growth orientation and size. However, it has not been possible to obtain crystals of a size applicable to industrial products such as blue lasers. In addition, the ammonothermal method using these supercritical ammonia shows a slow growth rate, and therefore bulky or large gallium nitride crystals cannot be easily produced. Also, pressure vessels limit the growth of these gallium nitrides. The pressure vessel limits the supercritical ammonia growth process to pressures less than about 5 kbar, and thus limits the temperature and reaction rate of the supercritical ammonia growth process. In addition, these documents include:
Since the detailed conditions for crystal growth are not described, whether the crystal growth rate is diffusion-controlled in the ammonothermal method G
It has not been clarified that the reaction is governed by the production reaction of aN.

【0003】一方、仏国の特許公開公報FR 2796657 A1
には、まず窒化物の多結晶を調整し、これを原料として
ソルボサーマル法により結晶成長することが提案されて
いる。この文献には溶液成長法によるGaN単結晶の育
成が記載されており、この育成法によれば、GaN多結
晶窒化物を結晶育成装置内の下部に、一方、GaN種結
晶を該育成装置の上部にそれぞれ配置し、次いで、窒化
物溶媒を充填する。この状態で、結晶育成装置内を10
0〜600℃の育成温度、5MPa〜2GPaの圧力で
運転を行うが、ここで、結晶育成装置内の上部と下部
で、下部の温度が上部の温度より10〜100℃高くな
るように運転することにより、GaNの単結晶を育成す
る。
On the other hand, French patent publication FR 2796657 A1
Proposes to first prepare a polycrystal of nitride and grow the crystal by the solvothermal method using this as a raw material. This document describes the growth of a GaN single crystal by the solution growth method. According to this growth method, a GaN polycrystal nitride is placed in the lower part of the crystal growth apparatus, while a GaN seed crystal is grown in the growth apparatus. Each is placed on top and then filled with the nitride solvent. In this state, 10
The operation is carried out at a growth temperature of 0 to 600 ° C. and a pressure of 5 MPa to 2 GPa. Here, the operation is performed so that the temperature of the lower part is 10 to 100 ° C. higher than the temperature of the upper part in the crystal growth device. As a result, a GaN single crystal is grown.

【0004】さらに、国際特許出願の公開公報WO 01/24
921 A1では、GaNの種結晶を用い、反応容器を封止
し、反応容器内を高温高圧化でHPHT法を用いて、G
aN多結晶窒化物またはGaと窒化物溶媒の反応を用い
てGaNの単結晶結晶成長を行う方法が提案されてい
る。また、この文献には、HPHT反応装置に有害な水
素の透過性が低く、またHPHT反応によっては容易に
腐蝕しない望ましい冷間圧接特性を示す反応容器の素材
として、銅または白金を用いることが提案されている。
また、同文献には、原料のGaN結晶として、結晶性が
比較的低い原料、結晶性が高い原料、非晶質の原料等を
用いることが開示され、それらの原料は未処理の形態で
現状のまま、結晶成長工程に供給されることなどが記載
されている。
[0004] Furthermore, International Patent Application Publication WO 01/24
In 921 A1, a GaN seed crystal is used, the reaction vessel is sealed, and the inside of the reaction vessel is heated to a high temperature and high pressure by using the HPHT method.
A method of growing a single crystal of GaN using a reaction of aN polycrystalline nitride or Ga and a nitride solvent has been proposed. Further, in this document, it is proposed to use copper or platinum as a material for a reaction vessel which has a low permeability of hydrogen, which is harmful to the HPHT reactor, and which has a desirable cold pressure welding property that is not easily corroded by the HPHT reaction. Has been done.
Further, the same document discloses that a raw material having relatively low crystallinity, a raw material having high crystallinity, an amorphous raw material, etc. is used as a raw material GaN crystal. It is described that it is supplied to the crystal growth step as it is.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】このようなGaNの育
成法においては、種結晶を用いたアモノサーマル法また
はHPHT法を用いているので、結晶成長に改良が見ら
れるものの、未だ十分な結晶サイズのものを得ることが
できない。アモノサーマル法においては、窒化物原料の
窒化溶媒への溶解性、溶媒対流中のイオン可搬性、種結
晶への再結晶要因の制御等が重要な因子となり、これら
を総合して制御することが必要であるが、上記文献記載
の方法では、基本的な結晶成長の条件が検討されるにと
どまっており、未だ改良が望まれているのが実状であ
る。例えば、種結晶を用いた場合の、種結晶の溶出によ
る種結晶の落下、種結晶上への微結晶の付着または析出
の問題、原料に含まれる微結晶の反応容器端末における
付着と結晶成長、原料の種結晶への供給切れ、結晶成長
の偏向性等の大きな塊状結晶の成長に関する各種阻害要
因について、有効な対策がなされていない。また、超臨
界状態のアンモニアを溶媒として用いるアモノサーマル
法による結晶成長を行う環境では、系内の酸化力、還元
力、酸性度、アルカリ性度等の各条件の組合せによっ
て、反応容器や容器内のバッフル板等の各部材の耐食性
を十分にもたせることが、工業的な安定生産の観点から
も、結晶の純度や特性に対する影響からも、極めて重要
である。従って、より大きく、かつより高性能な塊状単
結晶を歩留まりよく、安価かつ安定的に得る方法の確立
が工業的に強く望まれている。
In such a GaN growth method, an ammonothermal method using a seed crystal or an HPHT method is used. Therefore, although crystal growth is improved, a sufficient crystal is still available. You can't get one in size. In the ammonothermal method, the solubility of the nitride raw material in the nitriding solvent, the ion transportability in the solvent convection, the control of the recrystallization factor to the seed crystal, etc. are important factors, and these should be controlled comprehensively. However, in the method described in the above literature, the basic conditions for crystal growth are only examined, and the actual situation is that improvement is still desired. For example, when a seed crystal is used, the seed crystal falls due to the elution of the seed crystal, the problem of adhesion or precipitation of the microcrystals on the seed crystal, the adhesion and crystal growth of the microcrystals contained in the raw material at the reaction vessel end, No effective countermeasures have been taken for various kinds of inhibiting factors related to the growth of large lump crystals such as the supply of raw materials to seed crystals and the deviation of crystal growth. Also, in an environment in which crystal growth is performed by the ammonothermal method using supercritical ammonia as a solvent, the reaction vessel or the vessel may be mixed depending on the combination of various conditions such as oxidizing power, reducing power, acidity, and alkalinity in the system. It is extremely important to provide each of the members such as the baffle plate with sufficient corrosion resistance, from the viewpoint of industrial stable production and from the influence on the crystal purity and characteristics. Therefore, it is industrially strongly desired to establish a method for obtaining a larger and higher-performance massive single crystal with high yield, at low cost, and stably.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段】本発明者等は、上記の課
題に鑑み、工業的に利用可能で経済的な方法で、10−
100mmの範囲のサイズの単結晶を製造できる方法に
つき、鋭意検討した結果、本発明に到達した。即ち本発
明の要旨は、以下の通りである。 (1)周期表13族元素の窒化物の塊状単結晶を製造す
る方法において、ニッケル及びクロムを含有する合金か
ら構成された反応容器内で、周期表13族元素の多結晶
窒化物を原料として該反応容器の原料充填部に供給し、
種結晶を育成部に設置し、アモノサーマル的に結晶成長
を行うことを特徴とする周期表13族元素の窒化物の塊
状単結晶の製造方法。 (2)周期表13族元素がガリウム(Ga)もしくはア
ルミニウム(Al)であることを特徴とする上記1記載
の製造方法。 (3)ニッケル及びクロムを含有する合金が、ニッケル
・クロム系合金またはニッケル・クロム・モリブデン系
合金であることを特徴とする上記(1)または(2)記
載の製造方法。 (4)反応容器内に、窒素原子を有する鉱化剤を含有さ
せたことを特徴とする上記(1)、(2)または(3)
記載の製造方法。 (5)窒素原子を有する鉱化剤が、アルカリ金属アミ
ド、ハロゲン化アンモニウム、窒化アルカリ金属または
窒化アルカリ土類金属からなる群から選ばれる少なくと
も一つの化合物であることを特徴とする上記(4)記載
の製造方法。 (6)アルカリ金属アミドが、カリウムアミド(KNH
2)であることを特徴とする(5)記載の製造方法。 (7)ハロゲン化アンモニウムが、臭化アンモニウム
(NH4Br)等であることを特徴とする上記(6)記
載の製造方法。 (8)反応容器内に、溶媒としてアンモニア(N
3)、ヒドラジン(NH2NH 2)、尿素等、アミン
類、メラミンからなる群より選ばれる少なくとも一つの
化合物を含有させたことを特徴とする上記(1)ないし
(7)記載の製造方法。 (9)溶媒が、超臨界状態で用いられることを特徴とす
る(8)記載の製造方法。 (10)反応容器を封止し、反応容器内を高温高圧化で
反応させることを特徴とする上記(1)ないし(9)記
載の製造方法。 (11)反応容器内の原料充填部と育成部の間に、バッ
フル板を設けることを特徴とする上記(1)ないし(1
0)記載の製造方法。 (12)バッフル板の表面の材質が、ニッケル及びクロ
ムを含有する合金であることを特徴とする上記(11)
記載の製造方法。 (13)ニッケル及びクロムを含有する合金が、ニッケ
ル・クロム系合金またはニッケル・クロム・モリブデン
系合金であることを特徴とする上記(12)記載の製造
方法。
[Means for Solving the Problems]
In view of the problem, 10-
For a method that can produce single crystals in the size range of 100 mm
As a result of intensive studies, the present invention has been achieved. That is,
The gist of Ming is as follows. (1) Manufacturing a bulk single crystal of a nitride of Group 13 element of the periodic table
The alloy containing nickel and chromium
In a reaction vessel composed of
Supply the nitride as a raw material to the raw material charging section of the reaction vessel,
A seed crystal is installed in the growing section, and the crystal grows ammonothermally.
Mass of a nitride of a group 13 element of the periodic table, characterized in that
Of producing a crystalline single crystal. (2) Group 13 element of the periodic table is gallium (Ga) or
1. The above-mentioned item 1 characterized in that it is aluminum (Al)
Manufacturing method. (3) The alloy containing nickel and chromium is nickel
・ Chromium alloy or nickel ・ chromium ・ molybdenum
The above-mentioned item (1) or (2) characterized by being an alloy
Manufacturing method. (4) The reaction vessel contains a mineralizer having a nitrogen atom.
The above (1), (2) or (3) characterized in that
The manufacturing method described. (5) The mineralizer having a nitrogen atom is an alkali metal amide.
Or ammonium halide, alkali metal nitride or
At least one selected from the group consisting of alkaline earth metal nitrides
The above (4) is also characterized in that it is also one compound
Manufacturing method. (6) The alkali metal amide is potassium amide (KNH
2(5) The manufacturing method according to (5). (7) Ammonium halide is ammonium bromide
(NHFour(6) above, which is Br) or the like.
Manufacturing method. (8) Ammonia (N
H3), Hydrazine (NH2NH 2), Urea, etc., amine
, At least one selected from the group consisting of melamine
(1) or (1), which is characterized by containing a compound
(7) The production method described in (9) It is characterized in that the solvent is used in a supercritical state
The manufacturing method according to (8). (10) Seal the reaction vessel and increase the temperature and pressure inside the reaction vessel.
The above-mentioned items (1) to (9) characterized by reacting
Manufacturing method. (11) Between the raw material filling section and the growing section in the reaction vessel, a bag
(1) to (1) characterized in that a full plate is provided
0) The production method described. (12) The surface material of the baffle plate is nickel or black.
(11) characterized in that it is an alloy containing aluminum
The manufacturing method described. (13) Nickel and chromium containing alloy is nickel
Le-chromium alloy or nickel-chromium-molybdenum
Production according to the above (12), characterized by being a system alloy
Method.

【0007】本発明によれば、超臨界状態のアンモニア
を溶媒とするアモノサーマル法のような反応容器にとっ
て過酷な条件における反応系においても、長期にわたっ
て十分な耐食性を発揮するとともに、塊状結晶にとって
不利益をもたらす不純物のコンタミネーションを防止
し、高性能の塊状結晶を工業的に安定的であり、安価か
つ簡易な窒化物の塊状結晶の製造工程が提供される。
According to the present invention, even in a reaction system under a severe condition for a reaction vessel such as an ammonothermal method using ammonia in a supercritical state as a solvent, sufficient corrosion resistance is exhibited for a long period of time and a lump crystal is formed. (EN) Provided is a process for producing a bulk crystal of a nitride, which is capable of preventing contamination of impurities which causes a disadvantage, is industrially stable to a high-performance bulk crystal, and is inexpensive and simple.

【0008】以下に、GaN単結晶の合成を参照して本
発明を説明するが、本発明は、もちろん、上記物質の合
成に限定されるものではなく、周期表13族元素および
その合金(例えば、GaInN,GaAlN)の窒化物
の合成にも適用できる。従って、ガリウムに疑問がある
場合は常に、その適切な特徴を考慮して(特に、固体ま
たは液体である場合)、上記元素のうちの1つの元素ま
たは上記元素の合金をガリウムの代わりに使用できる。
Hereinafter, the present invention will be described with reference to the synthesis of a GaN single crystal, but the present invention is not limited to the synthesis of the above substances, of course, and an element of Group 13 of the periodic table and alloys thereof (for example, , GaInN, GaAlN). Thus, whenever in doubt, gallium may be replaced by an element of one of the above elements or an alloy of the above elements, in view of its appropriate characteristics (particularly if it is a solid or a liquid). .

【0009】本発明にもとづき、この種の窒化物の合成
法は、2つの工程を含む:第1工程では、微細な多結晶
窒化物、例えば窒化ガリウム(以下では、“微結晶原
料”と呼ぶ)を調製し、第2工程では、微結晶原料から
単結晶成長を実現する。この原料は、多くの場合GaN
の多結晶であり、微結晶原料の平均粒径は、好ましく
は、5μm以下である。
According to the invention, the method for synthesizing this kind of nitride comprises two steps: in the first step, a fine polycrystalline nitride, for example gallium nitride (hereinafter referred to as "microcrystalline raw material"). ) Is prepared, and in the second step, single crystal growth is realized from the microcrystalline raw material. This source is often GaN
The average grain size of the microcrystalline raw material is preferably 5 μm or less.

【0010】このような平均粒径が小さい範囲にある場
合は、比表面積が大きくなり、溶媒との反応性が良くな
る。よりよい態様の微結晶原料の粒径としては、平均粒
径の小さい、すなわち溶解速度の大きいGaN微結晶原
料を用いることである。この場合、望ましいGaN微結
晶原料の平均粒径は1μm以上である。1μm以下の平
均粒径を有する微結晶原料を用いた場合は、これが熱対
流により結晶育成部に輸送され、種結晶上に付着する恐
れがあるので回避策を講じる必要がある。
When the average particle size is in such a small range, the specific surface area becomes large and the reactivity with the solvent becomes good. As a grain size of the fine crystal raw material in a better mode, a GaN fine crystal raw material having a small average grain size, that is, a high dissolution rate is used. In this case, the preferable average grain size of the GaN microcrystalline raw material is 1 μm or more. When a fine crystal raw material having an average grain size of 1 μm or less is used, it may be transported to the crystal growing portion by thermal convection and adhere to the seed crystal, so it is necessary to take a avoidance measure.

【0011】平均粒径の異なる2種の微結晶原料を用い
ることにより、小さい粒径の微結晶原料による速い溶解
速度と、大きい粒径の遅い溶解速度のものが系内に混在
することによりGa(含有)イオンの結晶育成部への供
給切れを抑止し、その結果として、種結晶の溶出という
塊状単結晶の育成上の不利益を抑止することもできる。
また、GaN微結晶の形状としては、特に限定されるも
のではないが、溶媒への溶解の均一性等を考慮すれば、
球状が好ましい。
By using two kinds of fine crystal raw materials having different average particle diameters, a fast dissolution rate of a fine crystal raw material having a small particle diameter and a material having a slow dissolution rate of a large particle diameter are mixed in the system. It is also possible to prevent the supply of (containing) ions from being supplied to the crystal growth portion, and as a result, to prevent the disadvantage of growing the bulk single crystal, which is the elution of the seed crystal.
Further, the shape of the GaN microcrystal is not particularly limited, but if the uniformity of dissolution in a solvent is taken into consideration,
A spherical shape is preferable.

【0012】本発明の方法は、他の窒化物(例えば、A
lN,InNまたはIII族の他の元素の窒化物)に適
用されるので、この方法の第1工程は、異なる態様で展
開することがあるが、微結晶原料を調製する条件は、共
通する。ガリウムの場合、例えば下記の如く第1工程を
実施する。液体状態への移行温度よりも僅かに高い温度
において、ガリウムを微細な1つまたは複数の材料と混
合して操作し易い粉体を調製し、かくして、ガリウムで
1つまたは複数の上記材料(鉱化剤と呼ぶ)を包む。こ
のような 鉱化剤(又は溶解剤)は、反応媒体における
溶質の溶解度を高める及び核形成サイトへ溶質を移送す
るために当該分野において周知である。鉱化剤は、反応
媒体において溶質が溶解した際に消費され、結晶が形成
した際に再生するため「触媒」であると解釈される。好
適な鉱化剤の例は、フッ化物または窒素原子を有する鉱
化剤である。フッ化物の例としては、フッ化アンモニウ
ム、フッ化水素、二フッ化ナトリウム、アンモニウムヘ
キサフルオロシリケート、及びヒドロカルビルアンモニ
ウムフルオリド、例えばテトラメチルフッ化アンモニウ
ム、テトラエチルフッ化アンモニウム、ベンジルトリメ
チルフッ化アンモニウム、ジプロピルフッ化アンモニウ
ム、及びイソプロピルフッ化アンモニウムを含む。この
他に、反応混合物中で反応性である限り、フッ化ナトリ
ウムのようなフッ化アルキル金属塩も用いてよい。好ま
しくは、フッ化物源はフッ化アンモニウム、フッ化水
素、フッ化ナトリウム、二フッ化ナトリウム、又はアン
モニウムヘキサフルオロシリケートである。より好まし
くは、フッ化物源はフッ化アンモニウムである。
The method of the present invention can be used with other nitrides (eg, A
The first step of the method may be developed in different ways, since it is applied to 1N, InN or nitrides of other elements of group III), but the conditions for preparing the microcrystalline raw material are common. In the case of gallium, for example, the first step is performed as follows. At a temperature slightly above the transition temperature to the liquid state, gallium is mixed with one or more finely divided materials to prepare a powder that is easy to work with, and thus with gallium, one or more of the above materials (minerals). Called agent). Such mineralizers (or solubilizers) are well known in the art for enhancing the solubility of solutes in the reaction medium and for transporting the solutes to nucleation sites. A mineralizer is understood to be a "catalyst" as it is consumed when the solute is dissolved in the reaction medium and is regenerated when crystals are formed. Examples of suitable mineralizers are those containing fluoride or nitrogen atoms. Examples of fluorides include ammonium fluoride, hydrogen fluoride, sodium difluoride, ammonium hexafluorosilicate, and hydrocarbyl ammonium fluoride such as tetramethyl ammonium fluoride, tetraethyl ammonium fluoride, benzyltrimethyl ammonium fluoride, dipropyl fluoride. Ammonium fluoride and isopropyl ammonium fluoride. Alternatively, a fluoroalkyl metal salt such as sodium fluoride may be used as long as it is reactive in the reaction mixture. Preferably, the fluoride source is ammonium fluoride, hydrogen fluoride, sodium fluoride, sodium difluoride, or ammonium hexafluorosilicate. More preferably, the fluoride source is ammonium fluoride.

【0013】窒素原子を有する鉱化剤としては、分解時
に窒化能を有することができるまたは溶媒の窒化能を増
大できる微細なすべての化合物である。例えば、ナトリ
ウムアミド(NaNH2)、カリウムアミド(KN
2)、リチウムアミド(LiNH 2)、リチウムジエチ
ルアミド((C252NLi))等のアルカリ金属ア
ミドや、塩化アンモニウム(NH4Cl)、フッ化アン
モニウム(NH4F)、臭化アンモニウム(NH4Br)
等のハロゲン化アンモニウム、Li3N、Mg32、C
32、Na3N等の窒化アルカリ金属または窒化アル
カリ土類金属、NH2NH 3ClまたはNH3NH3
2、NHI、窒化クロム(CrN)、窒化ニオブ(N
bN)、窒化ケイ素(Si34)、窒化亜鉛(Zn
33)、炭酸アンモニウム((NH42CO3)が挙げ
られる。その他の鉱化剤としては、NaCl、KI等の
ハロゲン化アルカリ金属、Li2S、KNO3、窒化リン
(P−N,P=N)等が挙げられる。また、下記の溶媒
として例示した各種の窒素化合物も少量を用いる場合
は、鉱化剤としての役割を果たすことがある。
As a mineralizer having a nitrogen atom, it can be decomposed.
Can have a nitriding ability or increase the nitriding ability of the solvent
It is a fine, all-compound compound. For example, Natri
Umamide (NaNH2), Potassium amide (KN
H2), Lithium amide (LiNH 2), Lithium die
Lamide ((C2HFive)2Alkali metals such as NLi))
Amide and ammonium chloride (NHFourCl), ammonium fluoride
Monium (NHFourF), ammonium bromide (NHFourBr)
Ammonium halides such as Li3N, Mg3N2, C
a3N2, Na3Alkali metal nitride such as N or aluminum nitride
Potassium earth metal, NH2NH 3Cl or NH3NH3C
l2, NHI, chromium nitride (CrN), niobium nitride (N
bN), silicon nitride (Si3NFour), Zinc nitride (Zn nitride
3N3), Ammonium carbonate ((NHFour)2CO3) Is listed
To be Other mineralizers include NaCl and KI
Alkali metal halide, Li2S, KNO3, Phosphorus nitride
(P−N, P = N) and the like. In addition, the following solvents
When using small amounts of various nitrogen compounds exemplified as
May serve as a mineralizer.

【0014】これらのうち適切な鉱化剤を選択すれば、
超臨界状態におけるNH3の存在下の窒化速度は、溶媒
NH3のみの使用の場合よりも遥かに大きい。使用した
鉱化剤または共鉱化剤が、その分解時に、更に、水素雰
囲気を形成する場合、上記窒化速度を改善できる。一般
に、ガリウムを活性化できるとともにガリウムの窒化を
促進できる物質から鉱化剤を選択することが好ましい。
特に、本発明の原料中に含まれるGaをGaNから分離
する鉱化剤を選択することが肝要である。ガリウムは、
例えばNH2NH3Clによって分割できるので、多結晶
窒化物中のGa含有量が多い場合、NH2NH3Clを共
鉱化剤として用いることが好ましい。
If an appropriate mineralizer is selected from these,
Nitriding rate in the presence of NH 3 in the supercritical state is much larger than in the case of use of only the solvent NH 3. The above nitriding rate can be improved if the mineralizer or co-mineralizer used further forms a hydrogen atmosphere during its decomposition. In general, it is preferred to select the mineralizer from materials that can activate gallium and promote nitridation of gallium.
In particular, it is important to select a mineralizer that separates Ga contained in the raw material of the present invention from GaN. Gallium
For example, NH 2 NH 3 Cl is preferably used as a co-mineralizer when the content of Ga in the polycrystalline nitride is high, since NH 2 NH 3 Cl can be divided by NH 2 NH 3 Cl.

【0015】上記第1工程を確実に遂行するため、ガリ
ウムの場合、ガリウム量および鉱化剤量を最適化する。
例えば、NH2NH3Cl/Gaモル比として、1−10
の範囲の比を選択できる。反応は、溶媒および試薬を導
入した容器内で行われる。溶媒は、例えば、アンモニア
(NH3)、ヒドラジン(NH2NH2)、尿素等、アミ
ン類例えば、メチルアミンのような第1級アミン、ジメ
チルアミンのような第二級アミン、トリメチルアミンの
ような第三級アミン、エチレンジアミンのようなジアミ
ンあるいはメラミン等の窒化物III−Vの安定性を損
なうことのない他のすべての溶媒を用いることができ
る。これらの溶媒は単独でも、混合しても用いることが
できる。
In the case of gallium, the amount of gallium and the amount of mineralizing agent are optimized in order to reliably perform the first step.
For example, as NH 2 NH 3 Cl / Ga molar ratio, 1-10
You can select a ratio in the range of. The reaction is carried out in a container into which a solvent and reagents have been introduced. The solvent is, for example, ammonia (NH 3 ), hydrazine (NH 2 NH 2 ), urea and the like, amines such as primary amines such as methylamine, secondary amines such as dimethylamine and trimethylamine. It is possible to use all other solvents which do not impair the stability of the nitride III-V, such as tertiary amines, diamines such as ethylenediamine or melamine. These solvents may be used alone or as a mixture.

【0016】これらの溶媒は、超臨界状態で用いること
が好ましい。超臨界流体は、その臨界温度以上で維持さ
れる濃ガスを意味し、臨界温度とは圧力によってそのガ
スが液化させられ得ない温度である。超臨界流体は一般
的には、粘度が低く、液体よりも容易に拡散されるが、
しかしながら液体と同様の溶媒和力を有する。反応混合
物は、溶媒の臨界温度(400<T<800℃)よりも
高い温度に保持する。反応混合物は一定容積(容器容
積)内に封入されているので、温度上昇は、流体の圧力
を増大する。一般に、圧力は、40−400MPaの範
囲にある。T>Tc(1つの溶媒の臨界温度)およびP
>Pc(1つの溶媒の臨界圧力)であるので、流体は、
超臨界条件にある。上記条件において、GaNの微結晶
の生成が認められる。実際、溶媒中に導入された試薬の
溶解度は、亜臨界条件と超臨界条件との間で極めて異な
るので、超臨界条件では、GaNの十分な種結晶生成が
誘起され、かくして、微結晶が形成される。逆に亜臨界
状態では、反応容器の腐蝕の点で、超臨界状態よりも不
利な場合があるので、超臨界状態であることが望まし
い。本発明における反応容器は詳細に後述するが、ニッ
ケルおよびクロムを含む合金であるが、これらの素材の
耐食性は超臨界状態の酸化力、還元力、およびpHによ
り異なった特性を示す。反応時間は、特に、鉱化剤また
は共鉱化剤の反応性および熱力学的パラメータ、即ち、
温度および圧力の数値に依存する。かくして得られたG
aN(またはその合金の1つ)の微結晶は、第2工程の
アモノサーマル法による単結晶成長に適したものであ
る。
These solvents are preferably used in a supercritical state. A supercritical fluid means a concentrated gas that is maintained at or above its critical temperature, which is the temperature at which the gas cannot be liquefied by pressure. Supercritical fluids generally have lower viscosities and diffuse more easily than liquids,
However, it has a solvating power similar to that of liquids. The reaction mixture is kept above the critical temperature of the solvent (400 <T <800 ° C.). Since the reaction mixture is enclosed in a constant volume (vessel volume), increasing the temperature increases the pressure of the fluid. Generally, the pressure is in the range of 40-400 MPa. T> Tc (critical temperature of one solvent) and P
> Pc (the critical pressure of one solvent), the fluid is
It is in a supercritical condition. Under the above conditions, generation of GaN microcrystals is observed. In fact, the solubility of the reagents introduced into the solvent is very different between subcritical and supercritical conditions, so that under supercritical conditions sufficient seed crystal formation of GaN is induced, thus forming microcrystals. To be done. On the other hand, in the subcritical state, it may be more disadvantageous than the supercritical state in terms of corrosion of the reaction vessel, so the supercritical state is desirable. Although the reaction vessel in the present invention will be described in detail later, it is an alloy containing nickel and chromium, but the corrosion resistance of these materials shows different characteristics depending on the oxidizing power, reducing power, and pH in the supercritical state. The reaction time is in particular the reactivity and thermodynamic parameters of the mineralizer or co-mineralizer, ie
Depends on temperature and pressure figures. G thus obtained
Microcrystals of aN (or one of its alloys) are suitable for single crystal growth by the ammonothermal method in the second step.

【0017】その他に、ガリウム化合物をアンモニアガ
ス気流中において600℃以上の温度範囲で熱処理して
窒化反応せしめることによっても、本発明の多結晶原料
を調整することができる。かかる窒化反応において、該
ガリウム化合物を好ましくは固相で反応せしめ、固相の
ガリウム化合物の表面積を増やして反応速度を上げる必
要がある場合には、固相のガリウム化合物を乳鉢や粉砕
器等で十分に粉砕して微粉状にしておくことが望まし
い。かかる微粉状のガリウム化合物は、そのハンドリン
グを容易にする目的等で、加圧してペレット状に成形し
ても構わず、グリセリンやエチレングリコール等の粘度
が高くある程度の親水性を有する液体をバインダーとし
て練り合わせても構わない。前記のアンモニアガス気流
中におけるガリウム化合物の熱処理温度範囲は使用する
ガリウム化合物の熱分解温度により調整されるが、生成
物の粒径の制御性や結晶性、あるいは製造に要する加熱
を経済的に行う点で通常600℃〜1200℃、好まし
くは700℃〜1100℃、更に好ましくは750℃〜
1050℃程度である。この温度が低すぎると窒化反応
の進行や窒化ガリウムの結晶性が極端に阻害される場合
がある。かかる加熱は、反応器に原料として使用するガ
リウム化合物を入れここにアンモニアガス気流を通じな
がら所定温度まで昇温して行われる。かかる昇温の速度
には特に制限はないが、例えば1〜50℃/分、生産性
と昇温制御性の点で好ましくは3〜30℃/分、更に好
ましくは5〜20℃/分程度である。アンモニアガス気
流とはアンモニアを含有する気体の気流を意味する。該
気体中のアンモニア含有量は通常10〜100モル%、
反応速度の点で好ましくは30〜100モル%、更に好
ましくは50〜100モル%程度とし、アンモニアと混
合する気体としては本発明の製造方法の窒化反応に好ま
しくない影響を与える化学反応を起こさないもの、具体
的には窒素ガスやアルゴンガス等の不活性気体の使用が
望ましい。
In addition, the polycrystalline raw material of the present invention can be prepared by heat-treating a gallium compound in an ammonia gas stream in a temperature range of 600 ° C. or higher to cause a nitriding reaction. In such a nitriding reaction, the gallium compound is preferably reacted in the solid phase, and when it is necessary to increase the surface area of the solid phase gallium compound to increase the reaction rate, the solid phase gallium compound is mortar or crusher. It is desirable to sufficiently pulverize it into a fine powder. Such finely powdered gallium compound may be molded into pellets by pressurization for the purpose of facilitating its handling, and a liquid having a high viscosity such as glycerin or ethylene glycol and having a certain degree of hydrophilicity is used as a binder. You can knead them. The heat treatment temperature range of the gallium compound in the ammonia gas flow is adjusted by the thermal decomposition temperature of the gallium compound used, but the grain size controllability and crystallinity of the product, or heating required for production is economically performed. In this respect, it is usually 600 ° C to 1200 ° C, preferably 700 ° C to 1100 ° C, more preferably 750 ° C to
It is about 1050 ° C. If this temperature is too low, the progress of the nitriding reaction and the crystallinity of gallium nitride may be extremely hindered. Such heating is carried out by placing a gallium compound used as a raw material in the reactor and raising the temperature to a predetermined temperature while passing an ammonia gas stream there. Although there is no particular limitation on the rate of temperature increase, for example, 1 to 50 ° C./min, preferably 3 to 30 ° C./min, more preferably 5 to 20 ° C./min from the viewpoint of productivity and temperature controllability. Is. The ammonia gas stream means a stream of gas containing ammonia. The ammonia content in the gas is usually 10 to 100 mol%,
The reaction rate is preferably 30 to 100 mol%, more preferably about 50 to 100 mol%, and the gas mixed with ammonia does not cause a chemical reaction that adversely affects the nitriding reaction of the production method of the present invention. It is desirable to use an inert gas such as nitrogen gas or argon gas.

【0018】また、不純物としての酸化物の生成を抑制
するためには該アンモニアガス気流中の酸素ガス濃度を
可及的小さくすることが望ましく、この濃度は例えば1
0ppm以下好ましくは1ppm以下、更に好ましくは
0.1ppm以下程度である。該ガリウム化合物は、例
えば周期表の第15族あるいは第16族に属する元素を
含有する陰イオンのガリウム塩類やガリウムカルコゲニ
ド類等が代表的なものとして挙げられ、これらは結晶水
を含有したものでも構わないが無水物が望ましい。具体
的には、硫酸ガリウムや硝酸ガリウム等の強酸陰イオン
のガリウム塩類、亜硫酸ガリウムや亜硝酸ガリウム等の
低酸化度陰イオンのガリウム塩類、あるいは酸化ガリウ
ム等のガリウムカルコゲニド類等が例示され、硫酸ガリ
ウムと酸化ガリウムは生成物の結晶性の点で好ましく用
いられ、中でも好適な熱分解温度の点で更に好ましく用
いられるのは硫酸ガリウムである。かかるガリウム化合
物の熱分解温度は、前記の熱処理温度範囲内にあること
が好ましく、例えば硫酸ガリウムのように600℃〜1
000℃程度の温度範囲内に熱分解温度を有するガリウ
ム化合物が本発明において好ましく用いられる。この熱
分解温度のより好ましい範囲は650℃〜900℃程
度、更に好ましくは700℃〜850℃程度である。な
おここで言う熱分解温度とは、結晶水や吸着水等の低分
子含有物質が除去された状態での全重量の50%が空気
中での加熱により失われる温度として定義する。また、
前記のガリウム化合物は含水率が小さいものが本発明に
おいては好ましく、例えば結晶水や吸着水等いかなる形
式の水分子にせよこれを可及的含まないものを原料とし
て使用することが望ましい。含水率が大きい場合には生
成物の結晶性や純度が極端に低下する場合がある。従っ
て、ガリウム化合物中の含水率は、含有されるガリウム
の元素としての重量に対する水の重量として通常3倍以
下、好ましくは2倍以下、更に好ましくは1.6倍以下
程度とする。前記のアンモニアガス気流の供給量と速度
に制限はなく原料として使用するガリウム化合物の量や
反応容器の断面積等により調整されるが、通常該ガリウ
ム化合物のガリウム原子に対して過剰当量のアンモニア
分子を供給することが反応速度と反応の完結の点で望ま
しい。なお、前記の窒化反応の進行状況の確認は、例え
ば、銅のKα線をエックス線源とするエックス線回折法
による生成物の結晶構造解析により、原料のガリウム化
合物と生成する窒化ガリウムのそれぞれの結晶構造に由
来する既知の回折パターンの比較により可能である。
Further, in order to suppress the production of oxides as impurities, it is desirable to make the oxygen gas concentration in the ammonia gas flow as low as possible.
It is 0 ppm or less, preferably 1 ppm or less, and more preferably about 0.1 ppm or less. Typical examples of the gallium compound include gallium salts of anions and gallium chalcogenides containing an element belonging to Group 15 or Group 16 of the periodic table, and those containing crystallization water. It does not matter, but anhydrous is preferable. Specific examples include gallium salts of strong acid anions such as gallium sulfate and gallium nitrate, gallium salts of low-oxidation anions such as gallium sulfite and gallium nitrite, and gallium chalcogenides such as gallium oxide. Gallium and gallium oxide are preferably used from the viewpoint of crystallinity of the product, and gallium sulfate is more preferably used from the viewpoint of suitable thermal decomposition temperature. The thermal decomposition temperature of the gallium compound is preferably within the above heat treatment temperature range, for example, 600 ° C. to 1 as in gallium sulfate.
A gallium compound having a thermal decomposition temperature within a temperature range of about 000 ° C. is preferably used in the present invention. The thermal decomposition temperature is more preferably in the range of 650 ° C to 900 ° C, and further preferably in the range of 700 ° C to 850 ° C. The thermal decomposition temperature referred to here is defined as the temperature at which 50% of the total weight of the state in which low-molecular-weight substances such as water of crystallization and adsorbed water are removed is lost by heating in air. Also,
The gallium compound preferably has a low water content in the present invention, and it is desirable to use, as a raw material, any form of water molecule such as crystallization water or adsorbed water, which does not contain water as much as possible. When the water content is high, the crystallinity and purity of the product may be extremely reduced. Therefore, the water content in the gallium compound is usually not more than 3 times, preferably not more than 2 times, more preferably not more than 1.6 times as much as the weight of water with respect to the weight of gallium contained as an element. The supply amount and speed of the ammonia gas flow are not limited and are adjusted depending on the amount of the gallium compound used as a raw material, the cross-sectional area of the reaction vessel, etc. Is preferable in terms of reaction rate and completion of the reaction. The progress of the nitriding reaction can be confirmed by, for example, analyzing the crystal structure of the product by an X-ray diffraction method using a copper Kα ray as an X-ray source to determine the crystal structure of each of the raw material gallium compound and the generated gallium nitride. This is possible by comparing the known diffraction patterns from

【0019】かくして得られたGaN(またはその合金
の1つ)の微結晶原料は反応効率を100%とすること
が困難であるため未反応のGaと副生成物との混合物中
に存在することが通常である。この場合、第一工程後に
未反応のGaと副生成物成分を除去しなければならず、
微結晶原料の粒径が小さい場合はその除去が困難であ
る。微結晶原料表面に残存する未反応のGaと副生成物
を除去するために酸溶液中で数時間から場合によっては
数十時間の処理が必要とされる。除去速度を高めるため
には、加熱処理を行うことが有効であり例えば塩酸を沸
騰させた状態での使用は有効である。一方、この除去処
理が行き過ぎた場合には、逆に粒子表面にNが過剰な表
面が形成されてしまう恐れがあるので注意を要する。こ
のような処理を行うことは生産効率の上から不利であ
り、本発明者らは微結晶原料表面に残存する未反応のG
aと副生成物を除去せずに、またはGaを積極的に追加
してハイブリッド化することにより、第1工程により得
た微結晶原料を含む第2工程の塊状のGaN単結晶成長
に用いる出発原料(以下では「出発原料」と呼ぶ)とす
ることが有効であることを発見した。出発原料のハイブ
リッド率に関して好ましくは50%くらいまでである。
もし残留酸化物が残存し、アモノサーマル法による単結
晶成長に懸念がある場合は脱気加熱が有効である。
The microcrystalline raw material of GaN (or one of its alloys) thus obtained is present in the mixture of unreacted Ga and by-products because it is difficult to make the reaction efficiency 100%. Is normal. In this case, unreacted Ga and by-product components must be removed after the first step,
If the particle size of the microcrystalline raw material is small, it is difficult to remove it. In order to remove unreacted Ga and by-products remaining on the surface of the microcrystalline raw material, treatment in an acid solution for several hours to tens of hours is required in some cases. In order to increase the removal rate, it is effective to perform heat treatment, for example, to use hydrochloric acid in a boiling state. On the other hand, if this removal treatment is performed excessively, on the contrary, a surface with excessive N may be formed on the surface of the particles, so caution is required. Performing such a treatment is disadvantageous in terms of production efficiency, and the present inventors have found that unreacted G remaining on the surface of the microcrystalline raw material is not reacted.
Starting for use in bulk GaN single crystal growth in the second step including the microcrystalline raw material obtained in the first step by removing a and by-products or by actively adding Ga to hybridize It has been found that it is effective to use it as a raw material (hereinafter referred to as "starting raw material"). With respect to the hybrid ratio of the starting material, it is preferably up to about 50%.
If residual oxide remains and there is concern about single crystal growth by the ammonothermal method, deaeration heating is effective.

【0020】第2工程においては、塊状のGaN単結晶
を成長させる。この工程は、閉じた反応容器内で行わ
れ、いわゆるアモノサーマル法である。図面に、垂直に
配置された長い円筒形容器の形の反応容器を含む装置の
略図を示した。容器の上部は、圧力制御装置(図示して
ない)に接続されたノズルによって閉鎖されている。容
器は、容器を全高さにわたって囲み容器軸線に沿って温
度勾配を容器に加えることができる炉内に設けてある。
In the second step, a massive GaN single crystal is grown. This step is performed in a closed reaction vessel and is a so-called ammonothermal method. The drawing shows a schematic representation of an apparatus comprising a reaction vessel in the form of a vertically arranged long cylindrical vessel. The top of the container is closed by a nozzle connected to a pressure control device (not shown). The vessel is provided in a furnace that encloses the vessel over its entire height and can apply a temperature gradient to the vessel along the vessel axis.

【0021】容器は、重畳する2つのゾーン、即ち、バ
ッフル板によって分離された下部の原料充填部および上
部の育成部に分割されている。これら2つのゾーンの間
の温度勾配△Tは、10−100℃である。勾配の方向
は、特に、温度の関数としての原料の溶解度に依存す
る。原料充填部には、第1工程において調製した原料を
装入し、育成部には、種結晶を設置する。種結晶は、G
aN結晶格子(単結晶)のサイズパラメータに適合する
サイズパラメータを有する、あるいは、ヘテロエピタキ
シー(即ち、若干の原子の結晶学的位置の一致)を保証
するよう配位した単結晶材料片または多結晶材料片から
構成されている。上記種結晶は、GaN,InN,AI
NまたはGaNの結晶構造に極めて近い結晶構造を有す
るすべての材料から構成でき、例えば、GaNの場合で
あれば、GaNの単結晶、酸化亜鉛(ZnO)の単結
晶、炭化ケイ素(SiC)の単結晶、ガリウム酸リチウ
ム(LiGaO2)、二ホウ化ジルコニウム(ZrB2
の単結晶等が挙げられる。
The container is divided into two overlapping zones, that is, a lower raw material charging section and an upper growing section separated by a baffle plate. The temperature gradient ΔT between these two zones is 10-100 ° C. The direction of the gradient depends, among other things, on the solubility of the raw materials as a function of temperature. The raw material prepared in the first step is charged in the raw material charging section, and the seed crystal is set in the growing section. Seed crystal is G
Single crystal material pieces or polycrystals having size parameters that match those of the aN crystal lattice (single crystal) or coordinated to ensure heteroepitaxy (ie, coincidence of crystallographic positions of some atoms). Composed of pieces of material. The seed crystal is GaN, InN, AI.
It can be composed of all materials having a crystal structure extremely close to that of N or GaN. For example, in the case of GaN, a single crystal of GaN, a single crystal of zinc oxide (ZnO), a single crystal of silicon carbide (SiC). Crystal, lithium gallate (LiGaO 2 ), zirconium diboride (ZrB 2 )
And a single crystal thereof.

【0022】種結晶は、貴金属線によって保持され、こ
の貴金属線をフレームに締結することにより固定するこ
とができる。貴金属線とは、好ましくは、周期表13族
元素、例えばニッケル(Ni)、タンタル(Ta)、チ
タン(Ti)、パラジウム(Pd)、白金(Pt)、ニ
オブ(Nb)である。種結晶の設置方向としては、任意
のものが用いられるが、種結晶のc軸と窒化物溶媒の対
流方向とのなす角度が、0〜180°(但し、0°と1
80°を除く)、さらに好ましくは60°〜120°で
ある。このようにして配置された種結晶を用いることに
より、得られるGaN単結晶は種結晶に対して偏心して
育成され、大きな単結晶を得ることができる。
The seed crystal is held by the noble metal wire and can be fixed by fastening the noble metal wire to the frame. The noble metal wire is preferably an element of Group 13 of the periodic table, for example, nickel (Ni), tantalum (Ta), titanium (Ti), palladium (Pd), platinum (Pt), niobium (Nb). The seed crystal may be installed in any direction, but the angle between the c-axis of the seed crystal and the convection direction of the nitride solvent is 0 to 180 ° (where 0 ° and 1
(Excluding 80 °), and more preferably 60 ° to 120 °. By using the seed crystal thus arranged, the obtained GaN single crystal is eccentrically grown with respect to the seed crystal, and a large single crystal can be obtained.

【0023】このように偏心して成長する理由について
は定かではないが、高さ方向がc軸方向である種結晶の
側面のうち、上記対流が直接接触する部分と迂回して接
触する部分とでは、対流により輸送されるGa(含有)
イオンの供給速度が異なる。一方、GaN単結晶は、六
方晶系(wurtzite)を取り、6回対称軸を持つ。このた
め、アモノサーマル法でGaN単結晶を育成する際、G
aN(あるいは他の)種結晶のc軸方向を窒化物溶媒の
対流方向に平行に配置した場合には、この種結晶を中心
にほぼ均等に成長するものと考えられるが、この方法に
よれば、Ga(含有)イオンの供給速度が小さい箇所と
大きい箇所を設けることにより、結晶成長が他の面より
遅い面を意図的に作成し、この遅い面が他の速い面より
育成効率が良いということが推察され、これにより大き
な結晶を得られるという利益が発生するものと考えられ
る。
The reason for the eccentric growth is not clear, but in the side surface of the seed crystal whose height direction is the c-axis direction, the portion where the convection directly contacts and the portion where the convection makes a detour contact. , Ga (contained) transported by convection
Ion supply rate is different. On the other hand, the GaN single crystal has a hexagonal system (wurtzite) and has a 6-fold symmetry axis. Therefore, when growing a GaN single crystal by the ammonothermal method, G
When the c-axis direction of the aN (or other) seed crystal is arranged in parallel to the convection direction of the nitride solvent, it is considered that the seed crystal grows almost uniformly, but according to this method. , By providing a portion where the supply rate of Ga (containing) ions is small and a portion where the supply rate of Ga ions is large, a surface where crystal growth is slower than other surfaces is intentionally created, and this slow surface has higher growth efficiency than other fast surfaces. It is conjectured that this may lead to the advantage that large crystals can be obtained.

【0024】また、種結晶は種結晶同士を接合して用い
ることもできる。この場合は、c軸極性を合致させて当
接させ、本発明のアモノサーマル法によって、あるいは
MOCVD法のような気相法を用いて、ホモエピタキシ
ー作用を利用して接合することにより、接合部の転位低
減を図ることができる。そしてこのように種結晶同士を
接合することにより、a軸方向への選択的な成長が起き
る場合でも、c軸方向に大きな種結晶を得ることができ
る。この場合、c軸極性を合致させるのみならず、a軸
極性も合致するように接合することが好ましく、従っ
て、同一形状同士の種結晶を接合することが好ましい。
The seed crystals can also be used by joining the seed crystals together. In this case, the c-axis polarities are brought into contact with each other and brought into contact with each other, and the bonding is carried out by the ammonothermal method of the present invention or by using the vapor phase method such as the MOCVD method and utilizing the homoepitaxy action. It is possible to reduce dislocations in the area. By joining the seed crystals to each other in this way, a large seed crystal can be obtained in the c-axis direction even when selective growth in the a-axis direction occurs. In this case, it is preferable to bond not only the c-axis polarities but also the a-axis polarities so that the seed crystals having the same shape are bonded.

【0025】また種結晶同士を接合する際には、接合面
を鏡面レベルで平滑な面に研磨することが好ましい。原
子レベルで平滑に研磨することは更に好ましい。研磨法
は特に限定されるものではないが、例えばEEM加工
(Elastic Emission Manchin
g)によって行うことができる。これに用いる研磨剤も
特に限定されるものではないく、SiO2、Al23
ZrO2等が例示されるが、コロイダル・シリカが好ま
しい。このように、c面を平滑にする理由は、c面が粗
いと結晶成長の速度が速くなり、接合せんとするc面同
士の整合性が損なわれ易いからである。
When the seed crystals are bonded to each other, it is preferable to polish the bonding surface to a smooth surface at a mirror surface level. It is more preferable to polish the surface smoothly at the atomic level. Although the polishing method is not particularly limited, for example, EEM processing (Elastic Emission Machine) is used.
g). The polishing agent used for this purpose is not particularly limited, and SiO 2 , Al 2 O 3 ,
ZrO 2 and the like are exemplified, but colloidal silica is preferable. The reason why the c-plane is smoothed in this way is that if the c-plane is rough, the rate of crystal growth increases, and the matching between the c-planes to be bonded is likely to be impaired.

【0026】本発明においては種結晶を配置した育成部
に、さらに超音波を印可してもよい。種結晶は育成部の
温度に応じた通常の熱振動に加えて、印可された超音波
による振動を受けることとなる。このため、前記種結晶
はこの印可された超音波の周波数に比例して決定される
周波数で振動する。この振動によって結晶格子の原子が
位置する空間を相対的に広める形を有するので、種結晶
の表面と接触する原料化合物等が結晶格子に入り込む確
率が、従来の状態に比較して相対的に大きくなる。ま
た、多結晶の原因となる結晶核や他の粒子が発生して
も、今まで単結晶で育成されていた結晶界面との格子の
整合が悪いために、結合力が弱くて結晶中に取り込まれ
ない。。即ち、結合力の強い格子整合した結晶核だけが
結晶に取り込まれて単結晶が育成されていく。つまり超
音波振動により多結晶の発生を抑制することができる。
この結果、結晶格子の適正部位に正確に位置した原子
は、相対的によい結晶質を実現し、これにより形成され
る物質の電気的、光学的特性が向上される。
In the present invention, ultrasonic waves may be further applied to the growing portion on which the seed crystal is arranged. The seed crystal will be subjected to vibration due to applied ultrasonic waves in addition to normal thermal vibration according to the temperature of the growing portion. Therefore, the seed crystal vibrates at a frequency determined in proportion to the frequency of the applied ultrasonic wave. Since this vibration has a shape in which the space where the atoms of the crystal lattice are located is relatively widened, the probability that raw material compounds that contact the surface of the seed crystal will enter the crystal lattice is relatively large compared to the conventional state. Become. In addition, even if crystal nuclei or other particles that cause polycrystals are generated, the bond strength is weak and the crystals are incorporated into the crystal because the lattice matching with the crystal interface, which was grown up to now in single crystals, is poor. I can't. . That is, only the crystal nuclei that have a strong bond and are lattice-matched are taken into the crystal to grow a single crystal. That is, the generation of polycrystals can be suppressed by ultrasonic vibration.
As a result, the atoms accurately located in the proper part of the crystal lattice realize a relatively good crystal quality, and the electrical and optical characteristics of the substance formed thereby are improved.

【0027】この理由は定かではないが、次のように考
えられる。即ち、超音波というのは、音の振動数が20
kHz以上である音波であり、超音波を物質に加えると
物質内で圧力、温度、密度等の変化を起すようになる。
このような超音波は、物質を構成している原子に超音波
を伝達し、原子の振動を促進し、二つの物質を溶解させ
ることにより接着を可能とする特徴を有している。した
がって、超音波のこのような性能を用いることで、窒化
ガリウム単結晶成長時に、種結晶の表面に超音波を加え
ると種結晶を構成している物質と入射する物質とが互い
に溶着されやすくすることができ、その結果、従来の方
法に比較してより低い結晶成長温度でも、高品質の塊状
単結晶を成長させることができる。
The reason for this is not clear, but it is considered as follows. That is, ultrasonic waves have a sound frequency of 20.
It is a sound wave having a frequency of kHz or higher, and when ultrasonic waves are applied to a substance, changes in pressure, temperature, density, etc. occur within the substance.
Such an ultrasonic wave has a feature that ultrasonic waves are transmitted to the atoms constituting a substance, the vibration of the atoms is promoted, and the two substances are melted so that they can be bonded. Therefore, by using such performance of ultrasonic waves, when the ultrasonic wave is applied to the surface of the seed crystal during the growth of the gallium nitride single crystal, the material forming the seed crystal and the incident material are easily welded to each other. As a result, a high quality massive single crystal can be grown even at a lower crystal growth temperature as compared with the conventional method.

【0028】さらに、後述するように、原料化合物にも
超音波を同時に加えることで、活性化率を上昇させるこ
とができるため、成長系の結晶成長効率を増加させられ
る。容器には、窒化物溶媒(例えば、ヒドラジンN24
またはアニモニアNH3)または窒化物III−Vと混
和できるすべての溶媒を充填する。容器は、約5MPa
−2GPaの範囲の圧力に保持する。窒化物溶媒の注入
の割合は、該容器のフリー容積、即ち該容器にGaN多
結晶窒化物を含んだ原料及びバッフル板等を設置した際
に残存する容積の約60〜85%とするのが好ましい。
窒素源との配合比は微結晶と混在する残存Ga重量に応
じて調整を行う。
Further, as will be described later, the activation rate can be increased by simultaneously applying ultrasonic waves to the raw material compounds, so that the crystal growth efficiency of the growth system can be increased. The container contains a nitride solvent (eg, hydrazine N 2 H 4
Alternatively, fill with any solvent that is miscible with Animonia NH 3 ) or Nitride III-V. The container is about 5 MPa
Hold at a pressure in the range of -2 GPa. The rate of injection of the nitride solvent is set to be about 60 to 85% of the free volume of the container, that is, the volume remaining when the raw material containing the GaN polycrystalline nitride, the baffle plate and the like are installed in the container. preferable.
The compounding ratio with the nitrogen source is adjusted according to the weight of the residual Ga mixed with the microcrystals.

【0029】原料から種結晶へのガリウムおよび窒素の
輸送を保証するため、アニオン(例えば、N3-または窒
素を含む他のすべての化合物またはハロゲンアニオンを
含む全ての化合物)を供給できる中間化合物を原料充填
部に生成すれば有利である。上記化合物は、原料GaN
と“前駆体”と呼ばれる少なくとも1つの他の化合物と
の間に化学反応を結果する。本発明では、前駆体とし
て、多結晶原料、多結晶中に含まれるGa金属以外にさ
らにGaX(X=Cl,Br、I)、GaX2(X=C
l,Br、I)、GaX3(X=Cl,Br、I)、G
2S、Ga2O等の化合物を反応系に供給してもよい。
In order to ensure the transport of gallium and nitrogen from the raw material to the seed crystal, an intermediate compound capable of supplying an anion (for example, all other compounds containing N 3 − or nitrogen or all compounds containing a halogen anion) is selected. It is advantageous if it is generated in the raw material filling section. The above compound is a raw material GaN
Results in a chemical reaction between at least one other compound called a "precursor". In the present invention, as the precursor, in addition to the polycrystalline raw material, Ga metal contained in the polycrystalline, GaX (X = Cl, Br, I), GaX 2 (X = C)
l, Br, I), GaX 3 (X = Cl, Br, I), G
A compound such as a 2 S or Ga 2 O may be supplied to the reaction system.

【0030】この種の化合物は、ガリウムおよび窒素の
上記輸送を促進するイオン種の生成にもとづき、(極め
て微細な粒子の形であっても極めて僅かな)GaNの溶
解度を改善する。例えば、ハロゲン化物は最初にGaN
を攻撃して、ハロゲン複合物を形成し、これがアミドに
置換され、錯体Ga(NH3x 3+、Gaアミド、Gaイ
ミド、GaNアミン等を形成し、輸送可能物質へと変換
されることが考えられる。
Compounds of this kind improve the solubility of GaN (very little, even in the form of very fine particles), due to the production of ionic species which promote the above-mentioned transport of gallium and nitrogen. For example, the halide is initially GaN
To form a halogen complex, which is substituted with an amide to form a complex Ga (NH 3 ) x 3+ , Ga amide, Ga imide, GaN amine, etc., which is converted into a transportable substance. Can be considered.

【0031】すべての場合、中間の錯化合物がGaNお
よびN3-(またはNH3)に分解され、窒化物が、種結
晶上に堆積するよう、上記中間化合物の生成である原料
充填部と種結晶との間に温度勾配を保持する必要があ
る。超臨界状態(温度および圧力)に置かれた溶媒の特
殊な性質を考慮して、容器の温度条件および圧力条件を
制御することによって(安定性が比較的限られた)錯体
Ga(NH3x 3+の生成領域を避けるのが好ましい。
In all cases, the intermediate complex compound is decomposed into GaN and N 3 − (or NH 3 ) and the nitride is deposited on the seed crystal so that the intermediate compound is produced and the raw material filling part and seed are formed. It is necessary to maintain a temperature gradient with the crystal. By controlling the temperature and pressure conditions of the container, taking into account the special properties of the solvent placed in the supercritical state (temperature and pressure), the complex Ga (NH 3 ) complex (relatively limited in stability) It is preferable to avoid the x 3+ generation region.

【0032】上記結晶成長条件が満足された場合、原料
GaNと添加物との間の(窒化物溶媒に可溶な)中間種
xGaNyを生成すれば、有利な態様で、上記温度勾配
に依存してガリウムおよび窒素を輸送できる化学イオン
種を生成できる。中間化合物MxGaNyの良好な溶解
度、即ち、GaNの構成成分(即ち、Ga3+および
3-)の化学的輸送に役立つイオン種GaN2+δ(1+δ
)3-の生成に不可欠な溶解度を保証するため、Ga−N
結合のイオン化度を増大するすべての元素から物体Mを
選択できる。Mが、アルカリ元素、特に、リチウム)で
あれば有利であり、この場合、前駆体は、Li3Nであ
る。種結晶への原料の化学種の輸送に影響を与えるパラ
メータは、特に、中間化合物MxGaNyの性質、溶媒の
性質、種結晶の性質、原料と種結晶との間の温度勾配△
T、原料の温度、容器2内の圧力値である。中間化合物
(この場合、Mは、アルカリ元素または土類アルカリ元
素である)、溶媒として液体NH3、100−600℃
の範囲の原料温度、5MPa−2GPaの範囲の圧力お
よび10−100℃の範囲の温度勾配を使用すれば、1
0−100mmの範囲のサイズ(但し、このサイズに限
定されるものではない)のGaN単結晶の合成が可能で
ある。結晶成長プロセスの時間は、材料処理量、材料輸
送を制御できる化学的パラメータ(溶媒の性質、添加物
または共添加物の性質および量、温度勾配)、熱力学的
パラメータ(温度および圧力)に依存し、更に、所望の
単結晶のサイズに依存する。特に、上記後者のパラメー
タに依存して、1−10週間の期間が必要である。
If the above crystal growth conditions are satisfied, it is advantageous to generate the intermediate species M x GaN y (soluble in the nitride solvent) between the raw material GaN and the additive, in an advantageous manner, the above temperature gradient is obtained. Can generate chemical ionic species that can transport gallium and nitrogen depending on The good solubility of the intermediate compound M x GaN y , ie the ionic species GaN 2+ δ (1+ δ), which serves for the chemical transport of the constituents of GaN (ie Ga 3+ and N 3 − ).
) 3- to ensure the solubility essential for the formation of Ga-N
The body M can be selected from all elements that increase the ionization degree of the bond. It is advantageous if M is an alkaline element, especially lithium), in which case the precursor is Li 3 N. The parameters that influence the transport of the raw material species to the seed crystal are, inter alia, the properties of the intermediate compound M x GaN y , the properties of the solvent, the properties of the seed crystal, the temperature gradient between the raw material and the seed crystal Δ.
T, the temperature of the raw material, and the pressure value in the container 2. Intermediate compound (in this case, M is an alkali element or an alkaline earth element), liquid NH 3 as a solvent, 100-600 ° C.
Using a feed temperature in the range of 5 MPa, a pressure in the range of 5 MPa-2 GPa and a temperature gradient in the range of 10-100 ° C.
It is possible to synthesize GaN single crystals with a size in the range of 0-100 mm (but not limited to this size). The duration of the crystal growth process depends on material throughput, chemical parameters (solvent properties, properties and amounts of additives or co-additives, temperature gradients), thermodynamic parameters (temperature and pressure) that can control material transport Furthermore, it depends on the size of the desired single crystal. In particular, depending on the latter parameter above, a period of 1-10 weeks is required.

【0033】さらに本発明においては、GaNと“前駆
体”と呼ばれる少なくとも1つの他の化合物との間の化
学反応を超音波の印可により助長することが可能であ
る。この種の化合物は、ガリウムおよび窒素の原料から
種結晶への輸送を促進するイオン種の生成に基づきGa
Nのの溶解度を改善するが、超音波の印可により生成し
たイオン種の拡散が助長されること、および物質を構成
している原子に超音波が伝達され原子の振動を促進する
効果により多結晶原料の粒界の反応性が高められるため
と考えられる。また、超音波に印可により必要とされる
硬化剤の添加量を削減することも可能である。
Further, in the present invention, it is possible to promote the chemical reaction between GaN and at least one other compound called "precursor" by applying ultrasonic waves. This type of compound is based on the formation of Ga species that promotes the transport of gallium and nitrogen from the source to the seed crystal.
It improves the solubility of N, but promotes the diffusion of ionic species generated by the application of ultrasonic waves, and the effect of ultrasonic waves being transmitted to the atoms that make up the substance to promote the vibration of the polycrystals. It is considered that this is because the reactivity of the grain boundaries of the raw material is increased. Further, it is possible to reduce the amount of the curing agent added, which is required by applying ultrasonic waves.

【0034】GaN単結晶は、六方晶系の結晶である
が、育成条件によって四角柱状の形状になることもあ
る。六方晶として育成する場合は、特にc軸方向に成長
する条件を選択する必要がある。c軸方向の成長は、カ
リウム(K)または2族の元素、をドープすることによ
って達成される。2族の元素としては、マグネシウム
(Mg)、ベリリウム(Be)、カルシウム(Ca)等
をドープすることによって達成される。Kをドープする
には、前記のKNH2を鉱化剤として使用することで達
成できる。Mg、Caをドープするには鉱化剤として、
前記のMg32、Ca 32等を使用することで達成でき
る。
The GaN single crystal is a hexagonal crystal.
However, depending on the growing conditions, it may have a square columnar shape.
It When growing as a hexagonal crystal, it grows especially in the c-axis direction
It is necessary to select the conditions to do. Growth in the c-axis direction is
By doping with lithium (K) or a Group 2 element
Will be achieved. Magnesium as a Group 2 element
(Mg), beryllium (Be), calcium (Ca), etc.
Is achieved by doping Dope K
The above KNH2By using as a mineralizer
Can be done. As a mineralizer for doping Mg and Ca,
The above Mg3N2, Ca 3N2Can be achieved by using
It

【0035】また、a軸方向の成長についても促す必要
がある場合は、リチウム(Li)をドープすることが好
ましい。Liをドープするには、鉱化剤として、LiN
2を用いることの他、前記Li3Nを前駆体として使用
する態様も挙げられる。本発明の大きな特徴は、上記G
aN多結晶窒化物の反応容器内面をニッケルおよびクロ
ムを含有する合金で構成することである。前記の合金は
ニッケル・クロム系合金、例えば三菱マテリアル社製の
MCアロイ(クロム含量が45重量%、モリブデン含量
が1重量%)や、ニッケル・クロム・モリブデン系合
金、例えば三菱マテリアル社製のMAT21(クロム含
量が19重量%、モリブデン含量が19重量%)や特開
平1−50936号に記載された合金が挙げられる。本
発明に用いられるニッケルおよびクロムを含有する合金
中のクロム含量は、下限値としては好ましくは10重量
%、さらに好ましくは20重量%、特に好ましくは30
重量%、最も好ましくは40重量%であり、上限値とし
ては好ましくは55重量%以下、さらに好ましくは50
重量%以下、特に好ましくは45重量%以下である。ク
ロム含量が少なすぎると酸化力の強い条件になるに従
い、腐食性が増す傾向にあり、クロム含量が多すぎると
加工性に劣る傾向がある。また、ニッケル・クロム・モ
リブデン系合金の場合のクロムの含量は、ニッケルに対
する比率では前記ニッケル・クロム系合金の場合と同様
であるが、モリブデンの含量については、合金全体に対
して下限値は好ましくは1重量%以上、より好ましくは
5重量%、さらに好ましくは10重量%、特に好ましく
は15重量%以上であり、上限値は好ましくは35重量
%以下、より好ましくは30重量%以下、さらに好まし
くは25重量%以下、特に好ましくは20重量%以下で
ある。モリブデン含量が少なすぎる場合は、還元力が強
い条件になるに従い、腐食性が増す傾向にあり、モリブ
デン含量が多すぎるとニッケルに対する固溶限界を越え
てしまうだけでなく、加工性が劣る傾向にある。これら
の合金の組成比率は、系内の溶媒の温度・圧力の条件お
よび系内に含まれる前記各種の鉱化剤およびそれらの反
応物との反応性及び/または酸化力・還元力、pHの条
件に従い、適宜選択すればよい。これらを反応容器の内
面を構成する材料として用いる方法としては、反応容器
自体をこれらの合金を用いて製造してもよく、内筒とし
て薄膜を形成して反応容器内に設置する方法でもよく、
任意の反応容器の材料の内面にメッキ処理を施す方法で
もよい。本発明のニッケルおよびクロムを含有する合金
の組成好ましい範囲は上述の通りであるが、材質のより
詳細な組成はこれに限定されるものではなく、本発明の
ニッケルとクロムを含有する合金の有する特徴を損ねな
い範囲で他の金属成分、例えばマンガン、ケイ素、チタ
ン、タンタル、炭素、アルミニウム、マグネシウム、カ
ルシウム等が含まれることを妨げない。本発明において
は、ニッケルおよびクロムを含有する合金を反応容器の
内面の材質とすることで、超臨界状態のアンモニア溶媒
を用いる反応系において、例えば上記の鉱化剤としてN
4X(XはCl,Br等のハロゲンを示す。)を用い
た場合でも、Cl-等のハロゲンイオンによる中性域の
腐蝕に関する影響を低下させることが可能である。本発
明に用いるニッケルとクロムを含有する合金を用いは溶
接性が高く、その他の耐食性を有する金属に比べ、反応
器の製造を安価に行うことが可能となり、工業的に有利
である。本発明においては、必要に応じて、前記反応容
器内筒を封止し反応容器に設置する方法も用いることが
できる。以上により、反応容器からの不純物の混入を抑
制することができる。そして、所要に応じて、該容器内
にバッフル板を設置して、GaN多結晶窒化物からなる
原料を充填した原料充填部とGaN種結晶を配置する結
晶育成部とに区画する。このバッフル板としては、その
開孔率が2〜5%(但し、5%を含まず。)のものが好
ましく、バッフル板の表面の材質は、前記の反応容器の
材料と同一であることが好ましい。このように、バッフ
ル板の開孔率を制御することにより、溶液成長条件下に
おける結晶育成部でのGaNの過飽和度を適正に制御す
ることが容易になる。
If it is necessary to promote the growth in the a-axis direction, it is preferable to dope lithium (Li). To dope Li, as a mineralizer, LiN
In addition to using H 2 , an embodiment using Li 3 N as a precursor is also included. The major feature of the present invention is that the above G
The inner surface of the reaction container of the aN polycrystalline nitride is made of an alloy containing nickel and chromium. The above-mentioned alloys are nickel-chromium alloys such as MC alloy (Chromium content is 45% by weight and molybdenum content is 1% by weight) manufactured by Mitsubishi Materials, or nickel-chromium-molybdenum alloys such as MAT21 manufactured by Mitsubishi Materials. (Chromium content is 19% by weight, molybdenum content is 19% by weight) and alloys described in JP-A-1-50936. The lower limit of the chromium content in the alloy containing nickel and chromium used in the present invention is preferably 10% by weight, more preferably 20% by weight, and particularly preferably 30% by weight.
%, Most preferably 40% by weight, and the upper limit is preferably 55% by weight or less, more preferably 50% by weight.
It is preferably not more than 45% by weight, particularly preferably not more than 45% by weight. If the chromium content is too low, the corrosiveness tends to increase as the oxidizing conditions become stronger, and if the chromium content is too high, the workability tends to deteriorate. Further, the content of chromium in the case of the nickel-chromium-molybdenum alloy is the same as that in the case of the nickel-chromium alloy in the ratio to nickel, but the lower limit of the content of molybdenum with respect to the entire alloy is preferable. Is 1% by weight or more, more preferably 5% by weight, further preferably 10% by weight, particularly preferably 15% by weight or more, and the upper limit value is preferably 35% by weight or less, more preferably 30% by weight or less, further preferably Is 25% by weight or less, particularly preferably 20% by weight or less. If the molybdenum content is too low, the corrosiveness tends to increase as the reducing power becomes stronger, and if the molybdenum content is too high, not only will the solid solution limit for nickel be exceeded, but the workability will also tend to be poor. is there. The composition ratio of these alloys depends on the conditions of the temperature and pressure of the solvent in the system, the reactivity with the various mineralizing agents and their reactants contained in the system, and / or the oxidizing power, the reducing power, and the pH. It may be appropriately selected according to the conditions. As a method of using these as a material for forming the inner surface of the reaction vessel, the reaction vessel itself may be manufactured using these alloys, or a method of forming a thin film as an inner cylinder and installing it in the reaction vessel,
A method of plating the inner surface of the material of any reaction vessel may be used. The preferable composition range of the alloy containing nickel and chromium of the present invention is as described above, but the more detailed composition of the material is not limited thereto, and the alloy containing nickel and chromium of the present invention has It does not prevent inclusion of other metal components such as manganese, silicon, titanium, tantalum, carbon, aluminum, magnesium, calcium, etc. as long as the characteristics are not impaired. In the present invention, by using an alloy containing nickel and chromium as the material of the inner surface of the reaction vessel, in the reaction system using the ammonia solvent in the supercritical state, for example, as the above mineralizer, N
Even when H 4 X (X represents halogen such as Cl and Br) is used, it is possible to reduce the influence of halogen ions such as Cl − and the like on the corrosion of the neutral region. The use of the alloy containing nickel and chromium used in the present invention has high weldability and enables the reactor to be manufactured at a lower cost than other metals having corrosion resistance, which is industrially advantageous. In the present invention, a method of sealing the reaction vessel inner cylinder and installing it in the reaction vessel can also be used, if necessary. As described above, it is possible to suppress the mixing of impurities from the reaction container. Then, if necessary, a baffle plate is installed in the container to divide into a raw material filling portion filled with a raw material made of GaN polycrystalline nitride and a crystal growth portion in which a GaN seed crystal is arranged. The baffle plate preferably has a porosity of 2 to 5% (not including 5%), and the material of the surface of the baffle plate is the same as the material of the reaction vessel. preferable. As described above, by controlling the opening ratio of the baffle plate, it becomes easy to properly control the supersaturation degree of GaN in the crystal growth portion under the solution growth condition.

【0036】本発明においては、バッフル板上に、さら
に原料を供給することもできる。このように、バッフル
板上、即ち、原料充填部と種結晶配置部との間に原料を
さらに介在させることにより、結晶育成部の過飽和状態
への移行速度を上げることができ、種結晶の溶出におけ
る各種のデメリットを防止することができる。この場合
の原料のバッフル板上への供給量は、好ましくは結晶育
成部のGaNの溶解量の0.3〜3倍である。
In the present invention, the raw material can be further supplied onto the baffle plate. Thus, by further interposing the raw material on the baffle plate, that is, between the raw material filling portion and the seed crystal arrangement portion, the transition speed of the crystal growth portion to the supersaturated state can be increased, and the seed crystal elution It is possible to prevent various disadvantages in the above. In this case, the supply amount of the raw material onto the baffle plate is preferably 0.3 to 3 times the dissolution amount of GaN in the crystal growth portion.

【0037】また、本発明の反応容器には、種結晶の設
置場所の上方、即ち溶媒の対流の集束点近傍に、析出物
捕集ネットを設けることもできる。この析出物捕集ネッ
トの役割は以下の通りである。即ち、反応容器の上部に
行くに従って、溶媒の対流、すなわち溶質の輸送流はよ
り低温な領域に向かうことになるが、このような低温部
で過飽和状態になっている溶質は、種結晶上のみなら
ず、種結晶を吊り下げている貴金属線、この貴金属線を
締結するフレームや反応容器の内壁にも析出物として析
出する問題がある。このような場合に、析出物捕集ネッ
トを対流の集束点近傍に設けることにより、種結晶上に
析出しきらなかった残余の溶質を頂部内壁によって下方
向に反転させた後、輸送流中の微結晶あるいは析出物を
捕捉するとともに、この捕集ネット上に選択的に微結晶
を析出させることができる。
In addition, the reaction vessel of the present invention may be provided with a precipitate collecting net above the seed crystal installation location, that is, in the vicinity of the convection focusing point of the solvent. The role of this deposit collection net is as follows. That is, as it goes to the upper part of the reaction vessel, the convection of the solvent, that is, the transport flow of the solute, goes to a lower temperature region, but the solute supersaturated at such a low temperature portion is only on the seed crystal. In addition, there is a problem that the noble metal wire suspending the seed crystal, the frame for fastening the noble metal wire, and the inner wall of the reaction vessel are also precipitated as precipitates. In such a case, by providing a precipitate collecting net near the convection focusing point, the residual solute not completely precipitated on the seed crystal is inverted downward by the top inner wall, and then the It is possible to capture fine crystals or precipitates and selectively deposit the fine crystals on this collection net.

【0038】この捕集ネットの材質としては、前記の反
応容器の材質と同一であることが好ましい。また、本発
明において、このように過飽和度を適正に制御するため
には、原料充填部容積に対する結晶育成部容積の割合を
1〜5倍の範囲内にすることが好ましい。なお、過飽和
度が1.50を超える場合には、種結晶上に析出する速
度が速すぎるため育成される結晶内部の整合性が悪化す
るとともに、欠陥が導入され好ましくない。更に、育成
容器内壁及びフレームに析出する量が多くなるため、そ
の析出物が肥大化した場合には、GaN単結晶と接触
し、単結晶の成長を阻害することもあり好ましくない。
The material of this collecting net is preferably the same as the material of the above-mentioned reaction vessel. Further, in the present invention, in order to appropriately control the supersaturation degree in this manner, it is preferable to set the ratio of the volume of the crystal growth portion to the volume of the raw material filling portion within a range of 1 to 5 times. If the degree of supersaturation exceeds 1.50, the rate of precipitation on the seed crystal is too high, which deteriorates the internal consistency of the grown crystal and introduces defects, which is not preferable. Furthermore, since the amount of precipitation on the inner wall of the growth container and on the frame increases, if the precipitate enlarges, it may come into contact with the GaN single crystal and hinder the growth of the single crystal, which is not preferable.

【0039】ここで、「過飽和」とは、溶解量が飽和状
態より以上に増加した状態をいい、「過飽和度」とは、
過飽和状態の溶解量と飽和状態の溶解量との比をいう。
溶液成長法においては、原料充填部からの熱対流による
GaNの輸送により過飽和状態になっている結晶育成部
のGaNの溶解量と、結晶育成部の飽和状態でのGaN
の溶解量との比をいう。 過飽和度=(結晶育成部の過飽和状態での溶解量)/
(結晶育成部の飽和状態での溶解量) なお、本発明において、過飽和度は、多結晶窒化物の密
度、バッフル板の開孔率、原料充填部と結晶育成部との
温度差等を適宜変更・選定することにより制御できる。
Here, "supersaturation" means a state in which the amount of dissolution increases more than the saturated state, and "supersaturation" means
It refers to the ratio between the amount of dissolution in the supersaturated state and the amount of dissolution in the saturated state.
In the solution growth method, the amount of GaN dissolved in the crystal growth part that is in a supersaturated state due to the transport of GaN by thermal convection from the material filling part and the GaN in the crystal growth part in the saturated state.
It refers to the ratio with the dissolved amount of. Supersaturation degree = (dissolved amount in supersaturated state of crystal growth part) /
(Dissolved amount in saturated state of crystal growing portion) In the present invention, the degree of supersaturation is determined by appropriately determining the density of the polycrystalline nitride, the porosity of the baffle plate, the temperature difference between the raw material filling portion and the crystal growing portion, and the like. It can be controlled by changing or selecting.

【0040】本発明においては、得られた塊状単結晶
は、塩酸(HCl)、硝酸(HNO3)等で洗浄するこ
とができる。以下に本発明を実施するための具体的な態
様について述べるが、本発明はこれらの方法に限定され
ない。内面をニッケル・モリブデン系合金により構成さ
れた反応器に高純度の6N金属ガリウムとNH4Brを
入れ、次いで溶媒としてNH3を充填率60%程度で反
応器内に注入し、同じくニッケル・モリブデン系合金に
より構成されたキャップにより封止する。反応器を電気
炉内に設置し500℃程度にに昇温する。この時の反応
器の圧力は350MPa程度が好ましい。この状態を1
20hr程度保持した後、室温まで冷却しGaNの多結
晶を取り出す。これにより粒径が0.1μm〜1.2μ
m程度のGaN多結晶が所定量得られることになる。反
応器に先程得られたGaN多結晶を充填し、さらにGa
とGaNをハイブリッド化率が10%となるように調整
して添加する。次いで同じくニッケル・モリブデン系合
金により構成されたで開口率4%程度のバッフル板を設
置し、反応器内を原料充填部と結晶成長部に区画する。
そして種結晶としてC軸方向に垂直な面で切り出し鏡面
研磨された30mm×50mm程度の板状GaN単結晶
をPt製フレームにC軸が水平方向を向くよう上下5段
程度に吊り下げ、このフレームを上記結晶成長部に配置
する。3モル/l程度のKNH2とNH3からなる溶媒
を充填率80%程度で圧力容器に注入し、同じくニッケ
ル・モリブデン系合金により構成されたキャップにより
オートクレーブを封止する。
In the present invention, the obtained bulk single crystal can be washed with hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ) or the like. Specific embodiments for carrying out the present invention will be described below, but the present invention is not limited to these methods. High-purity 6N metallic gallium and NH 4 Br are put into a reactor whose inner surface is made of nickel-molybdenum alloy, and then NH 3 is injected as a solvent into the reactor at a filling rate of about 60%. It is sealed with a cap made of a system alloy. The reactor is installed in an electric furnace and the temperature is raised to about 500 ° C. The pressure of the reactor at this time is preferably about 350 MPa. This state is 1
After holding for about 20 hours, it is cooled to room temperature and GaN polycrystal is taken out. As a result, the particle size is 0.1 μm to 1.2 μm.
A predetermined amount of m GaN polycrystal is obtained. The reactor was filled with the GaN polycrystal obtained above, and Ga
And GaN are adjusted and added so that the hybridization rate is 10%. Next, a baffle plate which is also made of a nickel-molybdenum alloy and has an opening ratio of about 4% is installed, and the inside of the reactor is divided into a raw material charging part and a crystal growth part.
Then, as a seed crystal, a plate-shaped GaN single crystal of about 30 mm × 50 mm cut out in a plane perpendicular to the C-axis direction and mirror-polished was hung in a Pt frame in about 5 steps vertically so that the C-axis was oriented in the horizontal direction. Are arranged in the crystal growth portion. A solvent consisting of KNH2 and NH3 of about 3 mol / l is injected into the pressure vessel at a filling rate of about 80%, and the autoclave is sealed with a cap also made of a nickel-molybdenum alloy.

【0041】反応器を上下に5分割程度に分割されたヒ
ーターで構成された電気炉内に設置し、結晶育成部の温
度が原料充填部の温度より常に低くなるよう保ったま
ま、原料充填部を350℃程度、結晶育成部を300℃
程度に昇温する。この時の反応器内圧力は800MPa
程度が好ましい。この状態を60日程度保持した後、室
温まで冷却しGaN単結晶を取り出す。 取り出したG
aN単結晶をC軸と垂直な面で350μm厚程度でスラ
イス後、コロイダルシリカにて鏡面研磨し、50枚の3
0mm×50mm程度の角形ウエハーを得る。
The reactor was installed in an electric furnace composed of heaters divided into upper and lower parts by about 5 divisions, and the raw material charging part was kept while keeping the temperature of the crystal growing part always lower than the temperature of the raw material charging part. About 350 ° C, crystal growth part at 300 ° C
Increase the temperature. The pressure in the reactor at this time is 800 MPa
A degree is preferable. After maintaining this state for about 60 days, it is cooled to room temperature and the GaN single crystal is taken out. G taken out
After slicing an aN single crystal in a plane perpendicular to the C-axis to a thickness of about 350 μm, it was mirror-polished with colloidal silica and 50 sheets of 3
A square wafer of about 0 mm × 50 mm is obtained.

【0042】[0042]

【発明の効果】本発明の周期表13族元素の窒化物の塊
状単結晶の製造方法により、従来に比べ、簡易かつ経済
的な工程によって、不純物の汚染を防止し、大きな塊状
単結晶が収率良く、安価かつ安定的に得られる。
According to the method for producing a bulk single crystal of a nitride of a group 13 element of the periodic table of the present invention, contamination of impurities is prevented and a large bulk single crystal is collected by a simpler and more economical process than ever before. Efficient, cheap and stable.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による単結晶成長製造方法に用いる、結
晶育成容器を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a crystal growth container used in a single crystal growth manufacturing method according to the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 GaN多結晶原料 2 GaN種結晶 3 バッフル板 4 フレーム 5 結晶育成部 6 原料充填部 7 熱電対挿入部 7’熱電対挿入部 8 育成容器 9 貴金属線 1 GaN polycrystalline raw material 2 GaN seed crystal 3 baffle board 4 frames 5 Crystal growth department 6 Raw material filling section 7 Thermocouple insertion part 7'thermocouple insert 8 growth containers 9 precious metal wire

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和田 隆 東京都千代田区丸の内2−5−2 三菱化 学株式会社内 Fターム(参考) 4G077 AA02 BE13 BE15 CB04 EG25 EJ09 KA01 KA03 KA11 KA12   ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Takashi Wada             2-5-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi             Gaku Co., Ltd. F-term (reference) 4G077 AA02 BE13 BE15 CB04 EG25                       EJ09 KA01 KA03 KA11 KA12

Claims (13)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】周期表13族元素の窒化物の塊状単結晶を
製造する方法において、ニッケル及びクロムを含有する
合金から構成された反応容器内で、周期表13族元素の
多結晶窒化物を原料として該反応容器の原料充填部に供
給し、種結晶を育成部に設置し、アモノサーマル的に結
晶成長を行うことを特徴とする周期表13族元素の窒化
物の塊状単結晶の製造方法。
1. A method for producing a bulk single crystal of a nitride of a group 13 element of the periodic table, in which a polycrystalline nitride of a group 13 element of the periodic table is placed in a reaction vessel composed of an alloy containing nickel and chromium. Production of a bulk single crystal of a nitride of a Group 13 element of the periodic table, characterized in that it is supplied as a raw material to a raw material charging section of the reaction vessel, a seed crystal is set in a growing section, and crystal growth is performed ammonothermally. Method.
【請求項2】周期表13族元素がガリウム(Ga)もし
くはアルミニウム(Al)であることを特徴とする請求
項1記載の製造方法。
2. The method according to claim 1, wherein the Group 13 element of the periodic table is gallium (Ga) or aluminum (Al).
【請求項3】ニッケル及びクロムを含有する合金が、ニ
ッケル・クロム系合金またはニッケル・クロム・モリブ
デン系合金であることを特徴とする請求項1または2記
載の製造方法。
3. The manufacturing method according to claim 1, wherein the alloy containing nickel and chromium is a nickel-chromium alloy or a nickel-chromium-molybdenum alloy.
【請求項4】反応容器内に、窒素原子を有する鉱化剤を
含有させたことを特徴とする請求項1、2または3記載
の製造方法。
4. The method according to claim 1, 2 or 3, wherein the reaction vessel contains a mineralizer having a nitrogen atom.
【請求項5】窒素原子を有する鉱化剤が、アルカリ金属
アミド、、ハロゲン化アンモニウム、窒化アルカリ金属
または窒化アルカリ土類金属からなる群から選ばれる少
なくとも一つの化合物であることを特徴とする請求項4
記載の製造方法。
5. The mineralizer having a nitrogen atom is at least one compound selected from the group consisting of alkali metal amides, ammonium halides, alkali metal nitrides and alkaline earth metal nitrides. Item 4
The manufacturing method described.
【請求項6】アルカリ金属アミドが、カリウムアミド
(KNH2)であることを特徴とする請求項5記載の製
造方法。
6. The method according to claim 5, wherein the alkali metal amide is potassium amide (KNH 2 ).
【請求項7】ハロゲン化アンモニウムが、臭化アンモニ
ウム(NH4Br)等であることを特徴とする請求項6
記載の製造方法。
7. The ammonium halide is ammonium bromide (NH 4 Br) or the like.
The manufacturing method described.
【請求項8】反応容器内に、溶媒としてアンモニア(N
3)、ヒドラジン(NH2NH2)、尿素等、アミン
類、メラミンからなる群より選ばれる少なくとも一つの
化合物を含有させたことを特徴とする請求項1ないし7
記載の製造方法。
8. Ammonia (N
H 3 ), hydrazine (NH 2 NH 2 ), urea and the like, and at least one compound selected from the group consisting of amines and melamine is contained.
The manufacturing method described.
【請求項9】溶媒が、超臨界状態で用いられることを特
徴とする請求項8記載の製造方法。
9. The method according to claim 8, wherein the solvent is used in a supercritical state.
【請求項10】反応容器を封止し、反応容器内を高温高
圧化で反応させることを特徴とする請求項1ないし9記
載の製造方法。
10. The production method according to claim 1, wherein the reaction vessel is sealed and the inside of the reaction vessel is reacted at high temperature and high pressure.
【請求項11】反応容器内の原料充填部と育成部の間
に、バッフル板を設けることを特徴とする請求項1ない
し10記載の製造方法。
11. The manufacturing method according to claim 1, wherein a baffle plate is provided between the raw material charging section and the growing section in the reaction vessel.
【請求項12】バッフル板の表面の材質が、ニッケル及
びクロムを含有する合金であることを特徴とする請求項
11記載の製造方法。
12. The manufacturing method according to claim 11, wherein the material of the surface of the baffle plate is an alloy containing nickel and chromium.
【請求項13】ニッケル及びクロムを含有する合金が、
ニッケル・クロム系合金またはニッケル・クロム・モリ
ブデン系合金であることを特徴とする請求項12記載の
製造方法。
13. An alloy containing nickel and chromium,
The manufacturing method according to claim 12, which is a nickel-chromium alloy or a nickel-chromium-molybdenum alloy.
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Cited By (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006016252A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Nitride single crystal and its producing method
JP2006045052A (en) * 2004-07-02 2006-02-16 Mitsubishi Chemicals Corp Method for preparing crystal of nitride of metal belonging to group 13 of periodic table and method for manufacturing semiconductor device using the same
WO2006075613A1 (en) * 2005-01-12 2006-07-20 Solvothermal Crystal Growth Technology Research Alliance Pressure vessel for growing single crystal
JP2006315947A (en) * 2005-04-11 2006-11-24 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor wafer and its production method
JP2007039321A (en) * 2005-07-01 2007-02-15 Mitsubishi Chemicals Corp Crystal production method using supercritical solvent, crystal growth apparatus, crystal, and device
JP2007238348A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing crystal using supercritical solvent and apparatus for manufacturing crystal
JP2007238347A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing crystal using supercritical solvent and apparatus for manufacturing crystal
JP2007290921A (en) * 2006-04-26 2007-11-08 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride single crystal, nitride single crystal, and device
WO2008047637A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Mitsubishi Chemical Corporation Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer and device
JP2008120672A (en) * 2006-10-16 2008-05-29 Mitsubishi Chemicals Corp Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer, and device
JP2008143778A (en) * 2007-12-26 2008-06-26 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride single crystal
JP2009263229A (en) * 2004-03-10 2009-11-12 Mitsubishi Chemicals Corp Apparatus for producing nitride crystal
JP2010013351A (en) * 2004-06-11 2010-01-21 Ammono Sp Zo O Substrate for high electron mobility transistor (hemt)
JP2010105903A (en) * 2008-08-21 2010-05-13 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing group 13 metal nitride crystal and method for producing semiconductor device
KR100961416B1 (en) 2004-07-02 2010-06-09 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 Production process of periodic table group 13 metal nitride crystal and production method of semiconductor device using the same
WO2010079814A1 (en) 2009-01-08 2010-07-15 三菱化学株式会社 Nitride crystal manufacturing method, nitride crystal, and device for manufacturing same
JP2010222152A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Mitsubishi Chemicals Corp Production method of nitride crystal, dissolution and transportation accelerator for ammonothermal raw material, and growth accelerator for nitride crystal
JP2010538966A (en) * 2007-09-19 2010-12-16 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Bulk crystal of gallium nitride and its growth method
JP2011032154A (en) * 2009-02-20 2011-02-17 Mitsubishi Chemicals Corp Ammonothermal method and nitride crystal
JP2011153052A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Asahi Kasei Corp Method for producing nitride single crystal
JP2011153055A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Asahi Kasei Corp Method for producing nitride single crystal
JP2011190135A (en) * 2010-03-12 2011-09-29 Seiko Epson Corp Apparatus and method for manufacturing crystal and filter member
JP2011251910A (en) * 2004-08-20 2011-12-15 Mitsubishi Chemicals Corp Metal nitride and method for producing metal nitride
JP2012184162A (en) * 2012-04-27 2012-09-27 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing nitride single crystal, nitride single crystal, and device
JP2012250908A (en) * 2011-05-31 2012-12-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride semiconductor crystal, reaction vessel and member
WO2013062042A1 (en) 2011-10-28 2013-05-02 三菱化学株式会社 Method for producing nitride crystal, and nitride crystal
JP2013155112A (en) * 2005-12-02 2013-08-15 Crystal Is Inc Doped aluminum nitride crystal and method for producing the same
JP2014062017A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride semiconductor substrate of group 13 metal in periodical table
JP2014139118A (en) * 2012-12-21 2014-07-31 Mitsubishi Chemicals Corp Production method of nitride polycrystal of group 13 metal in periodic table, and nitride polycrystal of group 13 metal in periodic table
US9890474B2 (en) 2013-02-22 2018-02-13 Mitsubishi Chemical Corporation Crystal of nitride of group-13 metal on periodic table, and method for producing the same
KR20190022927A (en) 2011-10-28 2019-03-06 미쯔비시 케미컬 주식회사 Method for producing nitride crystal, and nitride crystal
WO2022181755A1 (en) 2021-02-25 2022-09-01 三菱ケミカル株式会社 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate, and method for producing gallium nitride substrate
WO2023027077A1 (en) 2021-08-25 2023-03-02 三菱ケミカル株式会社 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate, and method for producing gallium nitride crystal
US11624128B2 (en) 2020-06-12 2023-04-11 Panasonic Holdings Corporation Group III nitride crystal, group III nitride substrate, and method of manufacturing group III nitride crystal
US11713516B2 (en) 2020-06-12 2023-08-01 Panasonic Holdings Corporation Group III nitride crystal, group III nitride substrate, and method of manufacturing group III nitride crystal

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101760772B (en) * 2009-12-30 2012-01-11 苏州纳维科技有限公司 Reaction unit for ammonia thermal growth of nitride

Cited By (49)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009263229A (en) * 2004-03-10 2009-11-12 Mitsubishi Chemicals Corp Apparatus for producing nitride crystal
JP2010013351A (en) * 2004-06-11 2010-01-21 Ammono Sp Zo O Substrate for high electron mobility transistor (hemt)
JP2006016252A (en) * 2004-07-01 2006-01-19 Sumitomo Electric Ind Ltd Nitride single crystal and its producing method
JP4608970B2 (en) * 2004-07-01 2011-01-12 住友電気工業株式会社 Method for producing nitride single crystal
JP2006045052A (en) * 2004-07-02 2006-02-16 Mitsubishi Chemicals Corp Method for preparing crystal of nitride of metal belonging to group 13 of periodic table and method for manufacturing semiconductor device using the same
JP4609207B2 (en) * 2004-07-02 2011-01-12 三菱化学株式会社 Periodic table group 13 metal nitride crystal manufacturing method and semiconductor device manufacturing method using the same
KR100961416B1 (en) 2004-07-02 2010-06-09 미쓰비시 가가꾸 가부시키가이샤 Production process of periodic table group 13 metal nitride crystal and production method of semiconductor device using the same
JP2011251910A (en) * 2004-08-20 2011-12-15 Mitsubishi Chemicals Corp Metal nitride and method for producing metal nitride
WO2006075613A1 (en) * 2005-01-12 2006-07-20 Solvothermal Crystal Growth Technology Research Alliance Pressure vessel for growing single crystal
JP2006315947A (en) * 2005-04-11 2006-11-24 Nichia Chem Ind Ltd Nitride semiconductor wafer and its production method
JP2007039321A (en) * 2005-07-01 2007-02-15 Mitsubishi Chemicals Corp Crystal production method using supercritical solvent, crystal growth apparatus, crystal, and device
JP2013155112A (en) * 2005-12-02 2013-08-15 Crystal Is Inc Doped aluminum nitride crystal and method for producing the same
JP2007238348A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing crystal using supercritical solvent and apparatus for manufacturing crystal
JP2007238347A (en) * 2006-03-06 2007-09-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing crystal using supercritical solvent and apparatus for manufacturing crystal
US9243344B2 (en) 2006-04-07 2016-01-26 The Regents Of The University Of California Gallium nitride bulk crystals and their growth method
JP2007290921A (en) * 2006-04-26 2007-11-08 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride single crystal, nitride single crystal, and device
JP2008120672A (en) * 2006-10-16 2008-05-29 Mitsubishi Chemicals Corp Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer, and device
WO2008047637A1 (en) * 2006-10-16 2008-04-24 Mitsubishi Chemical Corporation Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer and device
JP2010538966A (en) * 2007-09-19 2010-12-16 ザ リージェンツ オブ ザ ユニバーシティ オブ カリフォルニア Bulk crystal of gallium nitride and its growth method
JP2008143778A (en) * 2007-12-26 2008-06-26 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride single crystal
JP2010105903A (en) * 2008-08-21 2010-05-13 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing group 13 metal nitride crystal and method for producing semiconductor device
WO2010079814A1 (en) 2009-01-08 2010-07-15 三菱化学株式会社 Nitride crystal manufacturing method, nitride crystal, and device for manufacturing same
US9192910B2 (en) 2009-01-08 2015-11-24 Mitsubishi Chemical Corporation Process for producing nitride crystal, nitride crystal and apparatus for producing same
JP2011032154A (en) * 2009-02-20 2011-02-17 Mitsubishi Chemicals Corp Ammonothermal method and nitride crystal
JP2010222152A (en) * 2009-03-19 2010-10-07 Mitsubishi Chemicals Corp Production method of nitride crystal, dissolution and transportation accelerator for ammonothermal raw material, and growth accelerator for nitride crystal
JP2011153055A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Asahi Kasei Corp Method for producing nitride single crystal
JP2011153052A (en) * 2010-01-28 2011-08-11 Asahi Kasei Corp Method for producing nitride single crystal
JP2011190135A (en) * 2010-03-12 2011-09-29 Seiko Epson Corp Apparatus and method for manufacturing crystal and filter member
JP2012250908A (en) * 2011-05-31 2012-12-20 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride semiconductor crystal, reaction vessel and member
WO2013062042A1 (en) 2011-10-28 2013-05-02 三菱化学株式会社 Method for producing nitride crystal, and nitride crystal
EP3312310A1 (en) 2011-10-28 2018-04-25 Mitsubishi Chemical Corporation Gallium nitride crystal
US10526726B2 (en) 2011-10-28 2020-01-07 Mitsubishi Chemical Corporation Method for producing nitride crystal and nitride crystal
US9518337B2 (en) 2011-10-28 2016-12-13 Mitsubishi Chemical Corporation Method for producing nitride crystal and nitride crystal
US11162190B2 (en) 2011-10-28 2021-11-02 Mitsubishi Chemical Corporation Method for producing nitride crystal and nitride crystal
US9096945B2 (en) 2011-10-28 2015-08-04 Mitsubishi Chemical Corporation Method for producing nitride crystal and nitride crystal
KR20190022927A (en) 2011-10-28 2019-03-06 미쯔비시 케미컬 주식회사 Method for producing nitride crystal, and nitride crystal
KR20190047122A (en) 2011-10-28 2019-05-07 미쯔비시 케미컬 주식회사 Method for producing nitride crystal, and nitride crystal
JP2012184162A (en) * 2012-04-27 2012-09-27 Mitsubishi Chemicals Corp Method for manufacturing nitride single crystal, nitride single crystal, and device
JP2014062017A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Mitsubishi Chemicals Corp Method for producing nitride semiconductor substrate of group 13 metal in periodical table
JP2014139118A (en) * 2012-12-21 2014-07-31 Mitsubishi Chemicals Corp Production method of nitride polycrystal of group 13 metal in periodic table, and nitride polycrystal of group 13 metal in periodic table
US10309038B2 (en) 2013-02-22 2019-06-04 Mitsubishi Chemical Corporation Crystal of nitride of group-13 metal on periodic table, and method for producing the same
US10995421B2 (en) 2013-02-22 2021-05-04 Mitsubishi Chemical Corporation Crystal of nitride of group-13 metal on periodic table, and method for producing the same
US9890474B2 (en) 2013-02-22 2018-02-13 Mitsubishi Chemical Corporation Crystal of nitride of group-13 metal on periodic table, and method for producing the same
US11624128B2 (en) 2020-06-12 2023-04-11 Panasonic Holdings Corporation Group III nitride crystal, group III nitride substrate, and method of manufacturing group III nitride crystal
US11713516B2 (en) 2020-06-12 2023-08-01 Panasonic Holdings Corporation Group III nitride crystal, group III nitride substrate, and method of manufacturing group III nitride crystal
WO2022181755A1 (en) 2021-02-25 2022-09-01 三菱ケミカル株式会社 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate, and method for producing gallium nitride substrate
KR20230147178A (en) 2021-02-25 2023-10-20 미쯔비시 케미컬 주식회사 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate and manufacturing method of gallium nitride substrate
WO2023027077A1 (en) 2021-08-25 2023-03-02 三菱ケミカル株式会社 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate, and method for producing gallium nitride crystal
KR20240051191A (en) 2021-08-25 2024-04-19 미쯔비시 케미컬 주식회사 Gallium nitride crystal, gallium nitride substrate, and method for producing gallium nitride crystal

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