CN103958746A - β-Ga2O3系单晶的生长方法 - Google Patents

β-Ga2O3系单晶的生长方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种能够有效地抑制双晶化的β-Ga2O3系单晶的生长方法。本发明的一个实施方式提供一种β-Ga2O3系单晶(25)的生长方法，是使用EFG法的β-Ga2O3系单晶(25)的生长方法，包括使晶种(20)与Ga2O3系熔液(12)接触的工序，以及提拉晶种(20)，且不进行缩颈工序地使β-Ga2O3系单晶(25)生长的工序；在全部方向β-Ga2O3系单晶(25)的宽度为晶种(20)的宽度的110％以下。

Description

β-Ga2O3系单晶的生长方法
技术领域
本发明涉及β-Ga2O3系单晶的生长方法，特别涉及能够抑制双晶化的β-Ga2O3系单晶的生长方法。
背景技术
以往，已知通过布里奇曼法使与晶种大致相同大小的InP单晶生长的晶体生长方法(例如，参照非专利文献1)。根据非专利文献1所记载的方法，能够得到不含双晶的InP单晶。
现有技术文献
非专利文献
非专利文献1：F.Matsumoto,et al.Journal of Crystal Growth132(1993)pp.348-350.
发明内容
但是，通过布里奇曼法使单晶生长时，晶体生长后需要将单晶与坩埚剥离，因此坩埚由与晶体的密合性高的材料构成时，难以取下生长的单晶。
例如，Ga2O3晶体的生长通常使用由Ir构成的坩埚，但Ir对β-Ga2O3系单晶的密合性高。因此，使用布里奇曼法使β-Ga2O3系单晶生长时，难以从坩埚取下单晶。
因此，本发明的目的是提供一种能够得到双晶化被抑制的β-Ga2O3系单晶的β-Ga2O3系单晶的生长方法。
本发明的一个方式为了达成上述目的，提供[1]～[4]的β-Ga2O3系单晶的生长方法。
[1]一种β-Ga2O3系单晶的生长方法，是使用EFG法的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，包括使晶种与Ga2O3系熔液接触的工序，以及提拉上述晶种，且不进行缩颈工序地使β-Ga2O3系单晶生长的工序；在全部方向上述β-Ga2O3系单晶的宽度为上述晶种的宽度的110％以下。
[2]根据上述[1]所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，在全部方向上述β-Ga2O3系单晶的宽度为上述晶种的宽度的100％以下。
[3]根据上述[2]所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，在全部方向上述β-Ga2O3系单晶的宽度与上述晶种的宽度相等。
[4]根据上述[1]～[3]中任一项所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，使上述β-Ga2O3系单晶向其b轴方向生长。
根据本发明，能够提供可有效地抑制双晶化的β-Ga2O3系单晶的生长方法。
附图说明
图1是实施方式所涉及的EFG晶体制造装置的一部分的垂直剖面图。
图2是表示β-Ga2O3系单晶的生长中的情况的立体图。
图3A是实施方式的晶种(宽度：W1)与β-Ga2O3系单晶(宽度：W2)的边界附近的(W1＝W2时的)部分放大图。
图3B是实施方式的晶种(宽度：W1)与β-Ga2O3系单晶(宽度：W2)的边界附近的(W1＞W2时的)部分放大图。
图3C是实施方式的晶种(宽度：W1)与β-Ga2O3系单晶(宽度：W2)的边界附近的(W1＜W2时的)部分放大图。
图4是作为比较例的在边界附近具有颈部的晶种和β-Ga2O3系单晶的部分放大图。
具体实施方式
〔实施方式〕
本实施方式中，通过EFG(Edge-defined film-fed growth)法，不进行缩颈、大幅度的扩肩工序地使β-Ga2O3系单晶生长。
缩颈工序是指使晶种与晶体的原料的熔液接触时，形成细的颈部的工序。形成颈部后，一边扩大宽度直至成为所需的大小为止一边使晶体生长(扩肩工序)，其后，保持所需宽度地使晶体生长。
通过进行缩颈工序，能够防止晶种所含的位错延续至生长晶体，但在使β-Ga2O3系单晶生长时进行缩颈工序的情况下，在缩颈工序后的大幅度的扩肩工序中容易产生双晶。
另外，通过以提高晶体的提拉速度等方法在缩颈工序后将β-Ga2O3系单晶急剧冷却，能够抑制双晶化，但热冲击导致β-Ga2O3系单晶产生裂纹。
图1是本实施方式所涉及的EFG晶体制造装置的一部分的垂直剖面图。该EFG晶体制造装置10具有：坩埚13，其容纳Ga2O3系熔液12；模具14，其具有设置于该坩埚13内的狭缝14A；盖15，其封闭除狭缝14A的开口14B以外的坩埚13的上面；晶种保持具21，其保持β-Ga2O3系晶种(以下称为“晶种”)20；以及轴22，其可升降地支撑晶种保持具21。
坩埚13收容使β-Ga2O3系粉末熔解而得到的Ga2O3系熔液12。坩埚13由具有可收容Ga2O3系熔液12的耐热性的铱等金属材料构成。
模具14具有用于利用毛细管现象使Ga2O3系熔液12上升的狭缝14A。
盖15防止高温的Ga2O3系熔液12从坩埚13蒸发，进一步防止Ga2O3系熔液12的蒸气附着于狭缝14A的上面以外的部分。
使晶种20下降而与利用毛细管现象上升的Ga2O3系熔液12接触，提拉与Ga2O3系熔液12接触的晶种20，从而使平板状的β-Ga2O3系单晶25生长。β-Ga2O3系单晶25的结晶方位与晶种20的结晶方位相同，为了控制β-Ga2O3系单晶25的结晶方位，例如，调整晶种20的底面的面方位和水平面内的角度。
图2是表示β-Ga2O3系单晶的生长中的情况的立体图。图2中的面26是与狭缝14A的狭缝方向平行的β-Ga2O3系单晶25的主面。将生长的β-Ga2O3系单晶25切出而形成β-Ga2O3系基板时，使β-Ga2O3系单晶25的面26的面方位与β-Ga2O3系基板的所需的主面的面方位一致。例如，形成以(101)面为主面的β-Ga2O3系基板时，使面26的面方位为(101)。此外，生长的β-Ga2O3系单晶25可以作为用于使新的β-Ga2O3系单晶生长的晶种使用。
β-Ga2O3系单晶25和晶种20是β-Ga2O3单晶或添加了Cu、Ag、Zn、Cd、Al、In、Si、Ge、Sn等元素的β-Ga2O3单晶。β-Ga2O3晶体具有属于单斜晶系的β-gallia结构，其典型的晶格常数为a0＝b0＝ c0＝α＝γ＝90°，β＝103.8°。
在β-Ga2O3系单晶的生长中产生的双晶由镜面对称的2个β-Ga2O3系晶体构成。β-Ga2O3系晶体的双晶的对称面(双晶面)是(100)面。利用EFG法使β-Ga2O3系单晶生长时，缩颈工序后的大幅度的扩肩工序中容易产生双晶。
图3A～图3C是本实施方式的晶种与β-Ga2O3系单晶的边界附近的部分放大图。若将晶种20和β-Ga2O3系单晶25的宽度分别设为W1和W2，则图3A中W1＝W2，图3B中W1＞W2，图3C中W1＜W2。
图3A～图3C中的任一个在晶种20与β-Ga2O3系单晶25的边界附近，均不存在通过缩颈工序形成的颈部。因此，β-Ga2O3系单晶25不含双晶，或即使含有也是少量的。另外，即使不进行缩颈工序时，若W2与W1的比变大，则也存在双晶化发展的趋势，因此要求W2为W1的110％以下。
另外，上述W2与W1的关系对于晶种20与β-Ga2O3系单晶25的全部方向的宽度都成立。即，本实施方式中，在全部方向Ga2O3系单晶25的宽度为晶种20的宽度的110％以下。
进而，为了更有效地抑制β-Ga2O3系单晶25的双晶化，优选在全部方向Ga2O3系单晶25的宽度为晶种20的宽度的100％以下，更优选在全部方向Ga2O3系单晶25的宽度与晶种20的宽度相等。
相对于晶种20的宽度W1，Ga2O3系单晶25的宽度W2例如可以通过使Ga2O3系单晶25生长时的温度条件进行控制。在这种情况下，使Ga2O3系单晶25生长时的温度越低，其宽度W2越大。
图4是作为比较例的在边界附近具有颈部的晶种与β-Ga2O3系单晶的部分放大图。在晶种120与β-Ga2O3系单晶125的边界附近存在颈部121。β-Ga2O3系单晶125是经过缩颈工序后的大幅度的扩肩工序而形成的，因此大多含有大量双晶。
例如，使β-Ga2O3系单晶125在b轴方向生长时，主面(与图4的纸面平行的面)上的与b轴垂直的方向的每1cm的双晶的平均数为30.7～37.0个。
另一方面，根据本实施方式，即使使Ga2O3系单晶25在b轴方向生长时，也可以形成在与面26上的b轴垂直的方向的每1cm的双晶的平均数大致为0个的Ga2O3系单晶25。
以下，对本实施方式的Ga2O3系单晶25的生长条件的一个例子进行说明。
例如，在氮气氛下进行Ga2O3系单晶25的生长。
晶种20是与Ga2O3系单晶25大致相同的大小或更大，因此比通常的晶体生长所使用的晶种大，且对热冲击较弱。因此，与Ga2O3系熔液12接触前的晶种20的从模具14开始的高度优选低至一定程度，例如，10mm。另外，直至与Ga2O3系熔液12接触为止的晶种20的下降速度优选低至一定程度，例如，1mm/min。
为了使温度更稳定而防止热冲击，使晶种20与Ga2O3系熔液12接触后至提拉为止的待机时间优选长至一定程度，例如，10min。
为了防止坩埚13周边的温度急剧上升而对晶种20施加热冲击，熔解坩埚13中的原料时的升温速度优选低至一定程度，例如，用11小时熔解原料。
(实施方式的效果)
根据本实施方式，通过不进行缩颈、大幅度的扩肩工序地使Ga2O3系单晶生长，能够有效地抑制β-Ga2O3系单晶的双晶化。
通常，通过EFG法生长β-Ga2O3系单晶时，若使晶体在其b轴方向生长，则特别容易双晶化。但是，根据本实施方式，即使使β-Ga2O3系单晶在b轴方向生长时，也能够抑制双晶化。
以上，说明了本发明的实施方式，上述所记载的实施方式不限定专利申请的范围所涉及的发明。另外，应当注意实施方式中说明的特征的所有组合未必是用于解决发明的课题的方法所必需的。
能够提供可有效地抑制双晶化的β-Ga2O3系单晶的生长方法。
符号说明
10…EFG晶体制造装置，20…晶种，25…β-Ga2O3系单晶

Claims (4)

1.一种β-Ga2O3系单晶的生长方法，是使用EFG法的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，包括如下工序：
使晶种与Ga2O3系熔液接触的工序，以及
提拉所述晶种，且不进行缩颈工序地使β-Ga2O3系单晶生长的工序；
在全部方向所述β-Ga2O3系单晶的宽度为所述晶种的宽度的110％以下。
2.根据权利要求1所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，在全部方向所述β-Ga2O3系单晶的宽度为所述晶种的宽度的100％以下。
3.根据权利要求2所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，在全部方向所述β-Ga2O3系单晶的宽度与所述晶种的宽度相等。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的β-Ga2O3系单晶的生长方法，其中，使所述β-Ga2O3系单晶向其b轴方向生长。
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