CN104047058A - 制造13族氮化物晶体的方法和装置 - Google Patents

制造13族氮化物晶体的方法和装置 Download PDF

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Abstract

一种制造13族氮化物晶体的方法，包括如下的晶体生长步骤：使氮与包含至少一种13族金属以及碱金属和碱土金属中的至少一种的混合熔体进行反应，以在所述混合晶体中由籽晶生长氮化物晶体，其中，在所述晶体生长步骤中使混合熔体与籽晶至少二者之一旋转，在所述晶体生长步骤中混合熔体与籽晶之间的相对速度按照一种或多种类型的预定模式重复波动，并且该模式显示的相对速度最大值为0.01m/s以上。

Description

制造13族氮化物晶体的方法和装置
技术领域
本发明涉及制造13族氮化物晶体的方法和装置。
背景技术
采用助熔剂法由籽晶生长氮化物晶体(如氮化镓)以制造13族氮化物晶体的方法已众所周知。已知的作为采用助熔剂法的制造方法是在晶体生长过程中，在容纳有含助熔剂和材料的混合熔体的坩埚中由籽晶生长晶体的方法。
此外，还披露了制造高质量半导体晶体的技术。例如，公开了在晶体生长期间摇动坩埚、旋转坩埚或搅拌混合熔体的技术(参见，例如，日本专利4189423，日本公开特许公报2007-277055和公开特许公报2007-254161)。此外，已经公开了下面的技术：在晶体生长过程中旋转容纳助熔剂混合物的坩埚，同时在正向旋转和反向旋转之间交替切换，并且在助熔剂混合物的流速降低至最大流速的0.1倍以下时切换旋转方向(参见日本公开特许公报201083711)。
然而，日本专利4189423、日本公开特许公报2007-277055以及日本公开特许公报2007-254161中的技术通过简单地摇动或旋转坩埚，或者搅拌混合熔体来制造半导体晶体，可能损害晶体质量。日本公开特许公报2010-83711中的技术也可能损害晶体质量。因此，一直以来很难提供适用于生产半导体的高质量13族氮化物晶体的制造方法。
鉴于上述问题，有必要提供一种制造高质量13族氮化物晶体的方法。
发明内容
本发明之目的是至少部分解决传统技术中的问题。
根据本发明，提供了一种制造13族氮化物晶体的方法，包括如下的晶体生长步骤：在使氮与其中含有至少一种13族金属以及碱金属和碱土金属的至少一种的混合熔体进行反应，以在所述混合熔体中由籽晶生长氮化物晶体，其中在晶体生长步骤中使混合熔体和籽晶至少二者之一进行旋转，在晶体生长步骤中混合熔体与籽晶之间的相对速度按照一种或多种类型的预定模式重复波动，并且该模式表示的相对速度最大值为0.01m/s以上。
本发明还提供用于制造13族氮化物晶体的方法的制造装置，所述制造方法包括如下的晶体生长步骤：使氮与其中含有至少一种13族金属以及碱金属和碱土金属中的至少一种的混合熔体进行反应，以在混合熔体中由籽晶生长氮化物晶体，所述制造装置包括：驱动单元，用于旋转混合熔体和籽晶至少二者之一，以及控制单元，用于控制驱动单元，使得混合熔体与籽晶至少二者之一在晶体生长步骤中进行旋转，在晶体生长步骤中混合熔体与籽晶之间的相对速度根据一种或多种类型的预定模式重复波动，并且该模式表示的相对速度的最大值为0.01m/s以上。
结合附图，阅读下文本发明的优选实施方式的详细描述，本领域技术人员能够更好地理解本发明的上述和其它目的、特征、优点以及技术和工业重要性。
附图说明
图1是说明根据本具体实施方式的制造装置的实施例的示意图。
图2是说明籽晶的实施例的示意图。
图3是籽晶的横截面视图。
图4是说明制造装置的实施例的示意图。
图5是说明制造装置的实施例的示意图。
图6是说明制造装置的实施例的示意图。
图7是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图8是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图9是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图10是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图11是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图12是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图13是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图14是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图15是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图16是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图17是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图18是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图19是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图20是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图21是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图22是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图23是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图24是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图25是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图26是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图27是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图28是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图29是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图30是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图31是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图32是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图33是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图34是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图35是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图36是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图37是说明模式和控制信息的实施例的示意图。
图38(A)和38(B)是说明制造装置的实施例的示意图。
图39是说明对比例1中籽晶和混合熔体的相对速度及其各自的旋转速度的示意图。
具体实施方式
下文将参考附图描述根据本具体实施方式制造13族氮化物晶体的方法和装置。在下文的描述中，示意性地说明附图中组成部分的形状、尺寸和布置仅仅用于理解而非限制本发明。附图中相同的组成部分用相同的标号表示，并省略了多余的描述。
在根据本具体实施方式的制造13族氮化物晶体的方法中，按照助熔剂法通过由籽晶生长氮化物晶体来制造13族氮化物晶体。
图1是说明根据本具体实施方式的制造装置2的实施例的示意图。
制造装置2包括外部耐压容器50。例如，外部耐压容器50用不锈钢制成。外部耐压容器50包括置于其内部的内部容器51。内部容器51进一步容纳反应容器52。内部容器51可拆卸地与外部耐压容器50连接。
反应容器52用于容纳籽晶30和混合熔体24以由籽晶30生长氮化物晶体27。
籽晶30是根据本具体实施方式用于制造13族氮化物晶体的方法中所用的氮化物晶体。籽晶30是可以用于根据制造13族氮化物晶体的助熔剂法来生长氮化物晶体的籽晶，并且，籽晶30的形式没有限制。例如，用于助熔剂法中的众所周知的籽晶可被用作籽晶30。
具体地，具有形成为晶体生长层的GaN薄膜的基底(例如，日本公开特许公报2007-277055中描述的籽晶)可以用作籽晶30，或者日本公开特许公报2011-216579中描述的针状晶体可以用作籽晶。
从制造高质量13族氮化物晶体的角度来看，根据本具体实施方式制造13族氮化物晶体的方法优选使用日本公开特许公报2011-213579中描述的长籽晶作为籽晶30。在制造装置2中制造的13族氮化物晶体可进一步用作籽晶30。
在本具体实施方式中，“具有高质量的13族氮化物晶体”表示高的晶体质量。高的晶体质量表示在所制造的13族氮化物晶体中所含的夹杂物的量比未采用本具体实施方式的制造方法的产品低。夹杂物是在晶体生长步骤中用作助熔剂并在晶体生长过程中混入的材料。
助熔剂包含碱金属、碱土金属及其混合物中的至少一种。碱金属是选自钠(Na)、锂(Li)和钾(K)的至少一种。优选钠(Na)或钾(K)。碱土金属是选自钙(Ca)、镁(Mg)、锶(Sr)和钡(Ba)的至少一种。在下文的描述中，可能将助熔剂和夹杂物简单地称为碱金属，但应当理解助熔剂和夹杂物还可能包括碱金属以外的其他上述金属。
在下文中，本具体实施方式将描述将针状籽晶(氮化镓晶体)用作籽晶30的情况。如上所述，用作籽晶30的晶体并非限制为针状，还可以是棒状或者板状。籽晶30的形状没有限制。
图2是根据本具体实施方式制造13族氮化物晶体的方法所使用的籽晶30的实施例的示意图。图3是籽晶30的横截面视图。
图2说明了用于本具体实施方式的籽晶30是具有六边形晶体结构(六边形结构)的氮化镓晶体的情况。籽晶30具有m-面和{10-11}面。籽晶30可具有含m-面和c-面的六边形柱的形状，或者具有在图2所示的籽晶30的六边形棱锥顶点部分形成c-面的形状。
在本具体实施方式中，籽晶30中垂直于c-轴的横截面c-面具有六边形的形状。在本具体实施方式中，六边形形状包括标准的六边形和非标准六边形的六边形形状。对应于六边形的边，籽晶30的边主要由六边形晶体的晶体结构的m-面，即{10-10}面构成。
图3说明了图2所示的籽晶30的平行于c-轴和a-轴的横截面视图。尽管籽晶30在c-轴方向的长度没有限制，但从制造具有更大c-面的13族氮化物晶体的角度来看，优选使用具有六边形晶体结构，且其中c-轴方向最大长度L与c-面最大直径d的比值，即，L/d的比值大于0.813的氮化镓晶体。
如上所述，籽晶30优选具有上述形状，但籽晶30并非限制为针状或长的形状，也可以是板状或其他形状。
返回图1，反应容器52的内部容纳有混合熔体24，并且混合熔体24容纳籽晶30使得籽晶30浸入混合熔体24中。图1所示的实施例表示籽晶30安装在反应容器52内侧底部的状态。
反应容器52的材料没有特殊限制，可以使用氮化物例如BN烧结体和P-BN，氧化物例如氧化铝和YAG，碳化物例如SiC以及其他材料。反应容器52的内壁表面，即反应容器52与混合熔体24接触的部分，希望用不与混合熔体24反应的材料制成。这种材料的例子可以包括氮化物例如氮化硼(BN)、热解BN(P-BN)和氮化铝，氧化物例如氧化铝、钇铝石榴石(YAG)和不锈钢(SUS)。
外部耐压容器50和内部容器51分别与提供氮气(N2)和稀释气体的气体供应管65和66相连，氮气作为13族氮化物晶体19的原材料，稀释气体用于调整外部耐压容器50内部空间67和内部容器51内部空间68的总压力。气体供应管54分支为氮供应管57和气体供应管60。管57和60可分别在阀55和58处断开。
惰性气体氩气(Ar)希望用作稀释气体，但稀释气体不限于此。其他惰性气体例如氦(He)可用作稀释气体。
从与氮气罐或类似物相连的氮供应管57引入氮气。用压力调节器56调整压力后，经阀55将氮气送入气体供应管54。另一方面，从与气体供应管60引入用于调整总压的气体(例如，氩气)来调整总压，气体供应管60与用于调整总压或者其他参数的气体的气体罐或类似物相连。用压力控制器59调整压力后，经阀58将用于调整总压的气体送入供应管54。以这种方式，将压力调整后的氮气与用于调整总压的气体供应至气体供应管54并使之混合。
然后，从气体供应管54经阀63、气体供应管65、阀61和气体供应管66将氮和稀释气体的气体混合物供应至外部耐压容器50和内部容器51内。内部容器51可以在阀61处与制造装置2分离。气体供应管65经阀62与外部相连。
气体供应管54配有压力计64。当用压力计64监控外部耐压容器50和内部容器51内的总压时，可以调整外部耐压容器50和内部容器51内的总压。
在本具体实施方式中，可以用阀55和58以及压力控制器56和59来控制氮气和稀释气体的压力，通过这种方式可调整氮的分压。由于可以调整外部耐压容器50和内部容器51内的总压，因此可以增大内部容器51的总压以抑制反应容器52中助熔剂(例如，钠)的蒸发。换句话说，可以分别控制作为氮材料影响氮化镓晶体生长条件的氮分压，和控制抑制助熔剂例如钠的蒸发的总压。
如图1所示，在外部耐压容器50内围绕内部容器51设置加热器53。加热器53加热内部容器51和反应容器52来调节混合熔体24的温度。
将籽晶30安装在反应容器52中。将混合熔体24加入反应容器52中，混合熔体24包含含有至少一种13族金属的材料和如上所述用作助熔剂的物质。在本具体实施方式中，对碱金属Na作为助熔剂的情况进行了说明，但助熔剂并不限于Na。
例如，将籽晶30、材料、助熔剂和添加剂(例如C)、掺杂剂(例如Ge)等加入到反应容器52中的同时，将内部容器51放置在充满惰性气体环境(如氩气)的手套箱内。将反应容器52放置在内部容器51中的同时可以进行此过程。
在本具体实施方式中，对镓作为含有用作材料的13族金属的物质的情况进行说明。作为13族金属，可以使用其他的13族金属，例如硼、铝、铟，或者也可使用选自13族金属中的两种或多种金属的混合物。
虽然包含在混合熔体24中的13族金属和碱金属的摩尔比没有特别限定，但是碱金属与13族金属和碱金属总摩尔数的摩尔比优选设定为40％至95％。
以这种方式安装好材料和其他物质后，将加热器53通电以加热内部容器51及其中的反应容器52至晶体生长温度。在反应容器52中，13族金属的材料、碱金属、其它添加剂等熔化以形成混合熔体24。使混合熔体24与具有上述分压的氮接触，以使氮溶解在混合熔体24中，从而将氮气作为13族氮化物晶体19的材料供给到混合熔体24中。
然后将溶解在混合熔体24中的材料提供给籽晶30的外周表面，从而材料能够使氮化物晶体27从籽晶30的外周表面上生长出来(晶体生长步骤)。这样制造出13族氮化物晶体19。
利用这种方式，通过使氮化物晶体27从籽晶30的外周表面上生长出来，制造装置2可以制造出13族氮化物晶体19。
在本具体实施方式中，制造装置2包括驱动单元32、控制单元34以及存储单元35。
驱动单元32使反应容器52中所容纳的混合熔体24和籽晶30至少二者之一进行旋转。众所周知的马达等可用于驱动单元32。
控制单元34控制驱动单元32的驱动以旋转混合熔体24和籽晶30至少二者之一。控制单元34控制制造装置2所配置的每个单元。存储单元35是用于存储各种数据的存储介质(细节将在下文描述)。
在本具体实施方式中，可以将驱动单元32设置为直接或通过各种支承件等旋转混合熔体24和籽晶30至少二者之一，并且驱动单元32的结构不限。
图4至8的示意图示出了几种类型制造装置2(2A至2D)的相应结构，其具有不同的旋转机制，通过驱动单元32用于混合熔体24和籽晶30至少二者之一。
图4的示意图表示制造装置2A的结构。制造装置2A包括代替驱动单元32和控制单元34的驱动单元32A和控制单元34A，并且除了还包括支承件36之外，具有与图1中制造装置2相同的结构。
在制造装置2A中，籽晶30固定在反应容器52的内侧底部，并通过控制单元34A控制驱动单元32A来控制反应容器52的旋转，由此使反应容器52中容纳的混合熔体24和籽晶30旋转。
在图4中，驱动单元32A用电连接到控制单元34A。控制单元34A控制驱动单元32A以及整个制造装置2A。制造装置2A包括支承反应容器52的杆状支承件36。支承件36纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，另一端固定在驱动单元32A上。支承件36纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，位于与反应容器52水平横截面的中心对应的位置。
驱动单元32A在控制单元34A的控制下进行驱动，使得驱动单元32A的驱动力通过支承件36传递到反应容器52中。因此，反应容器52绕着作为旋转轴的支承件36旋转(参见图4中箭头线A的方向)。
在图4所示实施例中，籽晶30固定至反应容器52的内侧底部。具体而言，籽晶30纵向方向上的一端固定到反应容器52内侧底部。在本具体实施方式中，优选将籽晶30安装在其纵向方向与反应容器52的旋转轴相同的位置，但安装籽晶30的方式不限于这种形式。
因此，在图4的实施例中，当通过控制单元34A控制驱动单元32A使反应容器52旋转时，固定在反应容器52底部的籽晶30也将随着反应容器52的旋转而旋转。
图5的示意图表示制造装置2B的结构。制造装置2B包括代替驱动单元32和控制单元34的驱动单元32B和控制单元34B，并且除了通过支承件38将籽晶30固定在外部耐热容器50上之外，具有与图1中制造装置2相同的结构。
在制造装置2B中，籽晶30固定在外部耐热容器50上，并通过控制单元34B控制驱动单元32B来旋转反应容器52，由此使容纳在反应容器52中的混合熔体24旋转。
驱动单元32B用电连接到控制单元34B。控制单元34B控制驱动单元32B以及整个制造装置2B。制造装置2B包括支承反应容器52的杆状支承件37。支承件37纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，另一端固定在驱动单元32B上。支承件37纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，位于与反应容器52水平横截面的中心相对应的位置。
在图5所示的实施例中，长支承件38的一端固定在外部耐压容器50的内壁上。支承件38纵向方向上的另一端固定在籽晶30纵向方向上的一端上。
驱动单元32B在控制单元34B的控制下进行驱动，使得驱动单元32B的驱动力通过支承件37传递到反应容器52中。因此，反应容器52绕着作为旋转轴的支承件37旋转(参见图5中箭头线A的方向)。当反应容器52旋转时，反应容器52内容纳的混合熔体24旋转。
在图5所示的实施例中，通过固定在外部耐压容器50上的支承件38来固定籽晶30。因此，当被固定在图5所示的实施例中时，籽晶30不能旋转。
因此，在制造装置2B具有图5所示的结构的情况下，通过控制反应容器52的旋转，控制单元34B控制反应容器52中容纳的混合熔体24的旋转。籽晶30在图5所示的实施例中不能旋转。
图5描述了在支承件38纵向方向上的一端设置籽晶30的情况，但是支撑籽晶30的方式不限于此种形式。例如，可将籽晶30设置在支承件38纵向方向的一端的侧面。也就是说，可以按照籽晶30纵向方向的轴线不与支承件38纵向方向的轴线对准的方式来安装籽晶30。
图6的示意图表示制造装置2C的结构。除了包括代替驱动单元32和控制单元34的驱动单元32C、驱动单元32D和控制单元34C之外，制造装置2C具有与图1中制造装置2相同的结构。
在图6所示的制造装置2C中，反应容器52和籽晶30都进行旋转。
在制造装置2C中，驱动单元32C用电连接到控制单元34C。驱动单元32D用电连接到控制单元34C。在制造装置2C中，在支承件40的另一端提供籽晶30.
控制单元34C控制驱动单元32C和驱动单元32D以及整个制造装置2C。在图6所示的实施例中，驱动单元32C固定在外部耐压容器50的内壁上。长支承件40的一端固定在驱动单元32C上。籽晶30固持在支承件40的另一端。籽晶30浸入反应容器52内容纳的混合熔体24中。
虽然图中并未示出，但可以在混合熔体24中安装具有一定形状(例如，螺旋桨形状)的能够搅拌混合熔体24的搅拌器。搅拌器可以是能够搅拌混合熔体24的任何部件，并且可以设置成随支承件40的旋转而旋转，从而搅拌混合熔体24。
支承件40和籽晶30的旋转轴平行于籽晶30的晶体生长方向，并进一步设置成与旋转中的混合熔体24的旋转中心重合。在图6所示的制造装置2C中，将支承件40和籽晶30沿纵向方向的轴线调整为彼此重合。即，将支撑件40和晶种30沿纵向方向的轴线与旋转轴分别调整为彼此重合。
驱动单元32C在控制单元34C的控制下进行驱动，使得驱动单元32C的驱动力传递到支承件40。这样旋转支承件40，并且籽晶30随着支承件40的旋转而旋转，从而旋转搅拌器(未示出)和混合熔体24(参见图6中箭头线A的方向)。
制造装置2C包括支承反应容器52的杆状支承件41。支承件41纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，另一端固定在驱动单元32D上。支承件41纵向方向上的一端固定在反应容器52底部，位于与反应容器52水平横截面的中心对应的位置。
驱动单元32D在控制单元34C的控制下进行驱动，使得驱动单元32D的驱动力通过支承件41传递到反应容器52中。因此，反应容器52绕着作为旋转轴的支承件41旋转(参见图6中箭头线B的方向)。
控制单元34C分别控制籽晶40和反应容器52的旋转方向和旋转速度。例如，控制单元34C可以控制籽晶40和反应容器52的旋转方向，使这些方向是相同的(图6中箭头线A的方向)，或者可以控制籽晶40的旋转方向(图6中箭头线A的方向)和反应容器52的旋转方向(图6中箭头线B的方向)，使这些方向是彼此相反的。此外，例如，控制单元34C可以控制籽晶40和反应容器52的旋转速度、加速度等等，使它们分别相同，或者也可以分别控制它们。
在图4至6所示的实施例中，对籽晶30安装在对应于反应容器52水平横截面中心的位置的情况进行了描述，但籽晶30的安装不限于安装在对应于横截面中心的位置。籽晶30优选地设置在与反应容器52的旋转轴重合的位置上。籽晶30的安装位置并不限于与反应容器52的旋转轴重合的位置。
然而，优选将籽晶30安装在对应于反应容器52水平横截面中心的位置，并进一步安装在与反应容器52的旋转轴重合的位置。这样考虑的原因在于，当针状籽晶作为籽晶30时，晶体在m-轴方向和籽晶30外周的c-轴方向上同时生长，因此在上述位置安装籽晶30能够制造具有较高质量的13族氮化物晶体。
返回到图1，在本具体实施方式中，制造装置2具有制造装置2A至2C中所示的任何结构，并相应地旋转反应容器52中容纳的混合熔体24和籽晶30至少二者之一。因此，本具体实施方式的制造装置2可具有制造装置2A至2C中所示的任何结构。
可以进一步在反应容器52中安装具有板状、圆筒状或其它形状的结构。
在下文的描述中，制造装置2A至2C可以统一简称为制造装置2，控制单元34A至34C可以统一简称为控制单元34，以及驱动单元32A至32C可以统一简称为驱动单元32。
在制造装置2中使晶体从籽晶30上生长出来的晶体生长步骤中，控制单元34控制驱动单元32来旋转混合熔体24和籽晶30至少二者之一。控制单元34控制驱动单元32以使混合熔体24和籽晶30在晶体生长步骤中的相对速度根据一种或多种类型的预定模式重复波动，并且每个模式中相对速度的最大值为0.01m/s以上。
混合熔体24和籽晶30的相对速度是指籽晶30相对于混合熔体24的相对速度的绝对值。混合熔体24和籽晶30的相对速度与混合熔体24相对于籽晶30的相对速度的绝对值具有相同的含义。在下文的描述中，混合熔体24和籽晶30的相对速度可以简称为相对速度。
一种或多种类型的模式预先存储在存储单元35中。
该模式是显示相对速度波动周期的波形。具体地，通过显示相对速度在经过的时间内的波动(增大或减小)周期的波形来代表该模式。每个模式所表示的相对速度的波动是通过控制以下因素来实现的：混合熔体24和籽晶30至少二者之一的旋转速度的加速与所述旋转速度的减速和所述旋转速度的恒定至少二者之一的组合；并控制用于限定这些加速、减速、恒速顺序的序列以及加速、减速、恒速的各自期间；加速过程中加速度的值；减速过程中减速度的值；最大旋转速度；最小旋转速度；波动周期；旋转方向，等等。
换句话说，当使籽晶30和混合熔体24至少二者之一进行旋转时，为了控制相对速度，多种类型的模式在参数方面具有至少一个不同之处，例如旋转速度的加速、旋转速度的减速和恒定的旋转速度的组合；上述序列；加速过程中加速度的值；减速过程中减速度的值；最大旋转速度；最小旋转速度；波动周期；旋转方向，等等。
“根据一个模式重复波动”是指按照该模式重复由模式指定的一个相对速度波动的周期(相对速度波动的一个周期)，其中该模式是预先确定的或由用户指定的。在这种情况下，对由特定模式所表示的一个相对速度波动的周期进行控制以在制造装置2中周期性地重复。
“根据多种类型的模式重复波动”是指对由多种类型模式分别表示的一个或多个相对速度波动的周期进行组合来使相对速度进行波动，其中所述模式是预先确定的或由用户指定的。
在本具体实施方式中，为了实现每个模式，存储单元35将多个类型模式中每一个的特定信息，与籽晶30和熔体混合24至少二者之一的旋转速度所对应的控制信息相关联，并将其预先存储。在本具体实施方式中，将每个模式的特定信息描述为表示一段时间内相对速度波动的一个周期的波形，但并不限于这种形式。
在存储于存储单元35内的所有的多个模式中，各模式所表示的相对速度的最大值预先设定为0.01m/s以上。
“每个模式所表示的相对速度最大值为0.01m/s以上”具体指的是由每个模式表示的相对速度波动的每个周期中相对速度的最大值为0.01m/s以上。
在晶体生长步骤中，当每个模式中的相对速度最大值为0.01m/s以上时，能够制造高质量的13族氮化物晶体。
产生上述效果的原因尚不清楚，但假定如下。然而，本发明并不受以下假定的限制。
据推测，可以通过在晶体生长步骤中旋转混合熔体24和籽晶30至少二者之一，并且在晶体生长步骤中根据一种或多种类型的预定模式使混合熔体24和籽晶30的相对速度重复波动，能够有效地抑制反应容器52中与籽晶30接触的区域内混合熔体24流动的停滞，其中每个模式表示的相对速度最大值为0.01m/s以上。因此，据推测，在本具体实施方式中，可以降低在晶体生长步骤期间掺入晶体中的夹杂物的量。
每个模式表示的相对速度的最大值可为0.01m/s以上，更优选为0.03m/s以上，或0.09m/s以上。
按照以下方法测定相对速度。具体而言，通过应用混合熔体的物理性质的数值和旋转条件进行热流体仿真来计算相对速度。
在每个模式中，周期T1的相对速度满足由下式(1)所表示的关系，周期T2的相对速度满足由下式(2)所表示的关系，所述周期T1和周期T2满足由下式(3)所表示的关系。
0≤V＜0.01        (1)
0.01≤V          (2)
T1＜T2           (3)
在公式(1)和(2)中，V代表相对速度(m/s)。
“在每个模式中，相对速度满足由下式(1)所表示的关系的周期T1和相对速度满足由下式(2)所表示的关系的周期T2满足由下式(3)所表示的关系”意味着在晶体生长步骤中，相对速度小于0.01m/s的周期T1的长度大于相对速度为0.01m/s以上的周期T2的长度。
因此，可以认为，通过满足公式(3)的关系可进一步降低在晶体生长过程中掺入到晶体中的夹杂物的量。
优选的是，周期T1和T2之间的关系满足公式(3)所表示的关系。更优选的是，周期T2是周期T1的2倍，或者10倍。
在本具体实施方式中，将混合熔体24和籽晶30至少二者之一刚开始旋转后的期间作为初始期间。混合熔体24的流速符合旋转模式后，具有满足由公式(1)所表示的关系的相对速度的期间作为周期T1，并且具有满足由公式(2)所表示的关系的相对速度的期间作为周期T2。
在每个模式中，在满足公式(2)所表示的关系的期间T2中某个瞬间，在晶体生长步骤中籽晶30的主生长面上的相对速度的最大值Vmax与最小值Vmin的比例优选满足由下式(4)表示的关系。
Vmax/Vmin＜10        (4)
具体地，在期间T2中的某一时刻(时间)，在籽晶30主生长面的整个表面上，具有最大相对速度的区域中的相对速度称为最大值Vmax，而具有最小相对速度的区域中的相对速度称为最小值Vmin。
籽晶30主生长面上的相对速度随着在主生长面上的位置而变化。通过基于混合熔体24的粘度、混合熔体24和籽晶30的旋转速度的公式来计算主生长面上相对速度的最大值Vmax和最小值Vmin。可以预先准备好这个公式，通过输入影响相对速度的参数(例如混合熔体24中所包含的材料的种类或组合)以及温度环境，从而计算出最大值Vmax和最小值Vmin。具体地，通过热流体仿真来计算最大值Vmax和最小值Vmin。
在期间T2中，在晶体生长步骤中籽晶30主生长面上相对速度的最大值Vmax和最小值Vmin的比例满足由公式(4)所表示的关系时，主生长面上相对速度变化较小，从而能够防止产生局部生长速率较低的部分。因此，可以说能够制造具有更高质量的13族氮化物晶体。
最大值Vmax/最小值Vmin的值小于5，或者更优选小于2。
在晶体生长步骤中，混合熔体24和籽晶30至少二者之一在加速旋转或减速旋转时的旋转速度的变化率(加速度或减速度)优选为50rpm/min以上。
当旋转速度的变化率为50rpm/min以上时，相对速度可进一步增大从而制造更高质量的13族氮化物晶体。
旋转速度的变化率为300rpm/min(在3秒内加速至15rpm)以上，更优选900rpm/min(在1秒内加速至15rpm)以上。
通过在制造装置2中安装测量籽晶30和混合熔体24旋转速度的众所周知的测量设备并利用该测量设备的检测结果，可以计算加速旋转和减速旋转过程中的加速度和减速度。
控制单元34读出与存储单元所存储的多种类型模式的特定信息相对应的籽晶30和混合熔体24至少二者之一的控制信息。例如，通过用户对操作单元(未示出)的操作方向，可以改变控制相对速度的模式。
例如，控制单元34允许制造装置2的显示单元(未示出)显示存储在存储单元35中的模式的选项，相对速度根据所述模式进行波动。当用户通过操作单元(未示出)的操作方向选择模式后，控制单元34可以根据所选模式对应的控制信息来控制驱动单元32。
当用户通过操作单元的操作方向选择多种类型模式和模式执行顺序的组合后，控制单元34组合相应的控制信息片段并控制驱动单元32，以获得按所选执行顺序排列的所选模式的波形所代表的相对速度的波动。可以设置每个模式重复的次数。
接下来，为了实现本具体实施方式中制造装置2的各种模式，将具体阐述作为实施例的相对速度最大值为0.01m/s的各种类型的模式，以及籽晶30和混合熔体24至少二者之一的旋转速度的控制信息。
控制单元34可以从众所周知的测量设备接收籽晶30和反应容器52(混合熔体24)的每单位时间的转数(rpm)、旋转速度、旋转方向、旋转时间等(以下可统称为旋转控制参数)，并且可以使用它们进行控制。例如，将可以测量籽晶30和反应容器52(混合熔体24)各自的rpm、旋转速度、旋转方向和旋转时间的众所周知的测量仪器安装在混合熔体24、驱动单元32的驱动机构内等等。这些测量仪器和控制单元34彼此相连以传输信号。控制单元34可接收来自这些测量仪器的测量结果，以获得籽晶30和反应容器52(混合熔体24)的每单位时间的转数(rpm)、旋转速度、旋转方向、旋转时间等，并且可以使用它们进行控制。
存储单元35可将各种模式与混合熔体24内组分的控制信息和环境参数(例如环境温度)的各种组合相关联，并可将其存储。然后，控制单元34可以读出对应于由用户在各种模式中所指定的模式的控制信息，并可执行旋转控制，所述各种模式对应于在晶体生长步骤中混合熔体24的组分和环境参数。
图7至37的示意图显示了一些模式和控制信息的实施例，用表示本具体实施方式的制造装置2中相对速度波动的波形来代表这些模式，并且籽晶30和混合熔体24至少二者之一的旋转速度的控制信息用于实现各种模式所代表的相对速度的波动。图7至37仅用于说明并且模式并不限于这些。
首先将描述图7至18。图7至18显示了通过控制在内侧底部容纳籽晶30的反应容器52的旋转来使相对速度按照模式进行重复波动的情况。在这些情况下，例如，在具有图4所示结构的制造装置2A中，通过控制容纳籽晶30和混合熔体24的反应容器52的旋转来控制籽晶30和混合熔体24的旋转。在图7至18的说明中，将描述利用制造装置2A控制旋转的情况。
在图7所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图7所示的每个周期P1中的线76A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，然后保持3秒，在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图7中的线76B所示的旋转速度的波动(参见图中的“种子速度”；下同)。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图7中的线76C所示的流速(旋转速度)的波动(参见图中的“流速”，下同)。因此，反应容器52的旋转实现了由线76A所示模式的相对速度的波动。
在图8所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图8所示的每个周期P2中的线77A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图8中的线77B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图8中的线77C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线77A所示模式的相对速度的波动。
在图9所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图9所示的每个周期P3中的线78A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图9中的线78B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图9中的线78C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线78A所示模式的相对速度的波动。
在图10所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图10所示的每个周期P4中的线79A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，并使反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图10中的线79B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图10中的线79C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线79A所示模式的相对速度的波动。
在图11所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图11所示的每个周期P5中的线80A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图11中的线80B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图11中的线80C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线80A所示模式的相对速度的波动。
在图12所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图12所示的每个周期P6中的线81A部分所表示的波形(除了作为初始波形的前四个循环之外)中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图12中的线81B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图12中的线81C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线81A所示模式的相对速度的波动。
在图13所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图7所示的周期P7和P7’中的线82A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图13中的线82B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图13中的线82C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线82A所示模式的相对速度的波动。
在图14所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图14所示的周期P8和P8’中的线83A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图14中的线83B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图14中的线83C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线83A所示模式的相对速度的波动。
在图15所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图15所示的周期P9和P9’中的线84A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图15中的线84B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图15中的线84C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线84A所示模式的相对速度的波动。
在图16所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图16所示的周期P10和P10’中的线85A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，使反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图16中的线85B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图16中的线85C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线85A所示模式的相对速度的波动。
在图17所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图17所示的周期P11和P11’中的线86A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图17中的线86B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图17中的线86C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线86A所示模式的相对速度的波动。
在图18所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图18所示的周期P12和P12’中的线87A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图18中的线87B所示的旋转速度的波动。反应容器52旋转速度的波动使混合熔体24显示出由图18中的线87C所示的流速(旋转速度)的波动。因此，反应容器52的旋转实现了由线87A所示模式的相对速度的波动。
接下来将描述图19至30。图19至30显示了相对速度根据通过控制混合熔体24的旋转而不控制籽晶30旋转的模式进行重复波动的情况。在这些情况下，例如，在具有图5所示结构的制造装置2B中，通过控制反应容器52的旋转来控制混合熔体24的旋转。在具有图6所示结构的制造装置2C中，通过控制搅拌器40B的旋转而只控制混合熔体24的旋转。
在图19至30中，利用图5所示的制造装置2B，将描述通过控制反应容器52的旋转来控制混合熔体24的旋转的情况。
在图19所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图19所示的每个周期P13中的线88A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，然后保持3秒，在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图19中的线88C所示的旋转速度的波动(参见图中的“熔体速度”，下同)。因此，混合熔体24的旋转实现了由线88A所示模式的相对速度的波动。
在图20所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图20所示的每个周期P14中的线89A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图20中的线89C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线89A所示模式的相对速度的波动。
在图21所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图21所示的每个周期P15中的线90A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图21中的线90C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线90A所示模式的相对速度的波动。
在图22所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图22所示的每个周期P16中的线91A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，并将反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图22中的线91C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线91A所示模式的相对速度的波动。
在图23所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图23所示的每个周期P17中的线92A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图23中的线92C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线92A所示模式的相对速度的波动。
在图24所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图24所示的每个周期P18中的线93A部分所表示的波形(除了作为初始波形的前四个波形之外)中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止0秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图24中的线93C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线93A所示模式的相对速度的波动。
在图25所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图25所示的周期P19和P19’中的线94A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，将反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图25中的线94C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线94A所示模式的相对速度的波动。
在图26所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图26所示的周期P20和P20’中的线95A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图26中的线95C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线95A所示模式的相对速度的波动。
在图27所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图27所示的周期P21和P21’中的线96A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止3秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图27中的线96C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线96A所示模式的相对速度的波动。
在图28所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图28所示的周期P22和P22’中的线97A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，将反应容器52的转速在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图28中的线97C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线97A所示模式的相对速度的波动。
在图29所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图29所示的周期P23和P23’中的线98A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图29中的线98C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线98A所示模式的相对速度的波动。
在图30所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图30所示的周期P24和P24’中的线99A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的反应容器52旋转速度的控制信息，例如，信息显示如下“重复以下内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持0秒，减速1秒，并停止0秒；并在相反的旋转方向执行相同序列”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52的旋转。这种控制使混合熔体24显示出由图30中的线99C所示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，混合熔体24的旋转实现了由线99A所示模式的相对速度的波动。
接下来，将描述图31-37。
在图31至37中，将描述反应容器52和籽晶30在相反的方向上旋转(反向旋转)并且控制其各自的旋转速度以控制混合熔体24的相对速度的情况。
在图31所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图31所示的每个周期P25中的线100A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm然后保持”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图31中的线100B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24显示出由图31线100C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线100A所示模式的相对速度的波动。
在图32所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图32所示的每个周期P26中的线101A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm然后保持”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图32中的线101B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24显示出由图32线101C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线101A所示模式的相对速度的波动。
在图33所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图33所示的每个周期P27中的线102A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒；并使籽晶30的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30显示出由图33中的线102B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24显示出由图33线102C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线102A所示模式的相对速度的波动。
在图34所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图34所示的每个周期P28中的线103A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒；并使籽晶30的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30周期性地重复由图34中的线103B所示的旋转速度(种子速度)的波动(参见图34中P28)。这种控制使混合熔体24周期性地重复由图34线103C所示的旋转速度(流速)的波动(参见图34中P28)。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线103A所示模式的相对速度的波动。
在图35所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图34所示的每个周期P29中的线104A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒；并使籽晶30的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒，并使反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30重复由图35中的线104B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24重复由图35线104C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线104A所示模式的相对速度的波动。
在图36所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图36所示的每个周期P30中的线105A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm然后保持”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30重复由图36中的线105B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24重复由图36中的线105C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线105A所示模式的相对速度的波动。
在图37所示的实施例中，控制单元34从存储单元35读出与图37所示的每个周期P31中的线106A部分所表示的波形中指定的模式相对应的控制信息。具体地，控制单元34读取为了实现这种模式的籽晶30旋转速度的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒(在每个周期P31)”。控制单元34读取用于实现这种模式的混合熔体24，即反应容器52等的控制信息，例如，控制信息显示“重复以下内容：在与籽晶30的旋转方向相反的方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm并保持3秒；并在上述方向上使反应容器52的旋转在1秒内加速至30rpm，保持3秒，减速2秒，并停止3秒(在每个周期P31)”。控制单元34根据读取的控制信息控制反应容器52和籽晶30各自的旋转。这种控制使籽晶30重复由图37中的线106B所示的旋转速度(种子速度)的波动。这种控制使混合熔体24重复由图37中的线106C所示的旋转速度(流速)的波动。因此，籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线106A所示模式的相对速度的波动。
如上所述，在本具体实施方式的制造装置2中，在晶体生长步骤中对混合熔体24和籽晶30至少二者之一进行旋转，并且在晶体生长步骤中混合熔体24和籽晶30的相对速度按照一种或多种类型的预定模式重复波动，其中每种模式显示的相对速度最大值为0.01m/s以上。
因此认为可以制造高质量的13族氮化物晶体。
本具体实施方式的制造装置2包括：控制设备(控制单元34)例如CPU；存储设备(存储单元35)例如ROM和RAM；外部存储设备例如HDD和CD设备；显示装置(显示单元)例如显示设备；以及输入设备(操作单元)例如键盘和鼠标。本具体实施方式的制造装置2具有使用普通电脑的硬件结构。
在本具体实施方式的制造装置2中所进行的晶体生长步骤中，提供用于执行旋转控制的程序，并将其作为可安装或可执行的文件存储在电脑可读储存介质中，例如CD-ROMs、软盘(FD)、CD-Rs和数字多功能盘(DVD)。
可以用于在晶体生长步骤中执行旋转控制的程序存储在连接到网络(例如互联网)的计算机上，并且可以经由网络下载来提供，其中所述晶体生长步骤在本具体实施方式的制造装置2中进行。在本具体实施方式的制造装置2中所进行的晶体生长步骤中用于执行旋转控制的程序可以经由网络(例如互联网)提供或分发。
在本具体实施方式的制造装置2中所进行的晶体生长步骤中用于执行旋转控制的程序可以预先放入ROM等并被提供。
在本具体实施方式的制造装置2中所进行的晶体生长步骤中用于执行旋转控制的程序包括含有如上所述用于执行位置控制过程的功能部分的模块。作为操作硬件的CPU(处理器)从存储介质中读出该程序，并执行程序使得用于执行程序的功能部分写入主存储设备并由主存储设备产生。
尽管上文中描述了本具体实施方式，但是本具体实施方式仅用于说明而非用于限制本发明的范围。可以以各种其他形式实施这种新颖的实施方式，并且在不脱离本发明的精神的情况下可以做出各种省略、替代和改变。本具体实施方式及其变型落入本发明的范围和精神之内，并进一步落入本发明权利要求书及其等同物的范围内。
实施例
在下文中将通过实施例的方式更详细地描述本发明，但本发明并不限于这些实施例。标号对应于上述制造装置2的结构。
-制造籽晶-
首先，根据下述制造方法制造用于生产13族氮化物晶体的籽晶。
籽晶的制造实施例
在与日本特许公开专利2011-213579中实施例1相同的条件下制造出针状籽晶，将其作为籽晶30。籽晶30是在c-轴方向上具有55mm的长度和在垂直于c-轴的方向上具有1mm的长度的针状晶体。在下列实施例和对比例中，所制造的籽晶30用于制造13族氮化物晶体。
-制造13族氮化物晶体-
接下来，制造13族氮化物晶体。
实施例1
在本实施例中，通过在图4所示的制造装置2A中使氮化物晶体27从籽晶30上生长出来以制造13族氮化物晶体19。
首先，在阀61处将内部容器51与制造装置2分开，并将其放置在具有Ar气环境的手套箱中。接着，将籽晶30安装在由氧化铝制成并具有140mm内径和100mm深度的反应容器52中。在反应容器52底部的中心设置具有4mm深孔的支承件，并将籽晶30插入支承件的孔中并保持。
接着，将作为助熔剂的钠(Na)加热至成为液体并放置在反应容器52中。钠固化后将镓置于其中。在本实施例中，镓和钠的摩尔比设定为0.25∶0.75。
随后，在高浓度(grade)Ar气环境下的手套箱中，将反应容器52安装在内部容器51中。然后关闭阀61以密封填充有Ar气的内部容器51，并且将反应容器52的内部与外部环境隔离。接着，将内部容器51从手套箱中取出并放入制造装置2A中。具体而言，将内部容器51安装在相对于加热器53的某一位置，并在阀61处连接到气体供应管54上。
接着，将氩气从内部容器51中清除，然后从氮气供应管57导入氮气。打开阀55并通过用压力控制器56控制压力将内部容器51中的总压调节至1.2MPa。然后关闭阀55并将压力控制器56设定为3.0MPa。
接着，将加热器53通电以加热反应容器52到晶体生长温度。晶体生长温度为870℃。然后打开阀55将氮气的压力调节为2.8MPa。
也就是说，在晶体生长步骤中温度条件为870℃，氮气压力为2.8MPa。
在这种条件下，使反应容器52在一个方向上旋转(参见图4中箭头A的方向)，同时在1000小时内重复下面的序列以使晶体生长：将转速在1秒内加速至15rpm，保持15rpm3秒钟，在1秒内减速至0rpm，并再次在1秒内加速至15rpm而不设置旋转停止期间。
具体地，如图8的描述，控制单元34从存储单元35读出与图8所示的每个周期P2的线77A部分所表示的波形指定的模式相对应的控制信息来执行下面的控制。具体地，控制单元34读出用于实现这种模式的反应容器52的旋转速度的控制信息，信息显示“重复下面的内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据所读取的控制信息来控制反应容器52的旋转。通过使控制单元34执行预先存储在ROM(未示出)中的程序来执行这种控制。
可以确认，这种控制使得籽晶30显示出图8由线77B所表示的旋转速度的波动。还可以确认，反应容器52的旋转速度的波动使得混合熔体24显示出由图8线77C所示的流速(旋转速度)的波动。
因此，可以确认反应容器52的旋转实现了由线77A所示的模式的相对速度的波动。
籽晶30和混合熔体24的相对速度最大值为0.032m/s。
在晶体生长步骤中，周期T1为0秒且周期T2为8秒，这满足了T1＜T2的关系，其中周期T1是相对速度满足由上述公式(1)表示的关系的期间，周期T2是相对速度满足由上述公式(2)表示的关系的期间。
周期T2中Vmax/Vmin的值为6.5，小于10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生长面上的相对速度的最大值Vmax与最小值Vmin的比值。
在晶体生长步骤中，加速和减速期间的变化率(加速度和减速度)为900rpm/min。
使用热流体仿真来计算晶体生长步骤的相对速度。类似地，还从热流体仿真结果计算出周期T1和T2。从上述序列计算出加速度和减速度。
在晶体生长步骤之后，制造出在c-轴方向上具有65mm的长度和在垂直c-轴的方向上具有55mm的长度的块状GaN晶体作为13族氮化物晶体。
用电子天平测定所生产的块状GaN晶体中的粗晶体沉积量，并发现所生产的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量达到总产率的4％。
将所制造的块状GaN晶体平行于c-面进行切割并从背面照射可见光，以评估不透光部分所含的夹杂物。利用这个程序来观察切片的块状GaN晶体，发现整个c-面的5％含有夹杂物。在晶体中未观察到着色。通过XRC分析所生成的块状GaN晶体，得到32弧秒的FWHM。
因此，经证实，与下文将要描述的对比例制造的13族氮化物晶体相比，实施例1中制造的13族氮化物晶体为具有更高质量的13族氮化物晶体。
(实施例2)
在本实施例中，通过在图5所示的制造装置2B中的籽晶30上使氮化物晶体27生长来制造13族氮化物晶体19。
首先，在阀61处将内部容器51与制造装置2B分开，并将其放置在具有Ar气环境的手套箱中。接着，将籽晶30安装在支承件38长度方向上的一端，其中支承件38安装在外部耐压容器50的顶部内壁上。
使用与实施例1中同样的助熔剂。按照与实施例1中相同的方式将容纳混合熔体24的反应容器52安装在内部容器51中。然后关闭阀61以密封填充有Ar气的内部容器51，并且将反应容器52的内部与外部环境隔离。接着，将内部容器51从手套箱中取出并放入制造装置2B。具体而言，将内部容器51安装在相对于加热器53的某一位置，并在阀61处连接到气体供应管54上。
接着，将氩气从内部容器51中清除，然后从氮气供应管57导入氮气。打开阀55并通过用压力控制器56控制压力将内部容器51中的总压调节至1.2MPa。然后关闭阀55并将压力控制器56设定为3.0MPa。
接着，将加热器53通电以加热反应容器52到晶体生长温度。晶体生长温度为870℃。然后打开阀55将氮气的压力调节为2.8MPa。
也就是说，按照与实施例1同样的方法，在晶体生长步骤中温度条件为870℃，氮气压力为2.8MPa。
在这种条件下，使反应容器52在一个方向上旋转(参见图5中箭头A的方向)，同时在1000小时内重复下面的序列以使晶体生长：将转速在1秒内加速至15rpm，保持15rpm3秒钟，在1秒内减速，并停止3秒。
具体地，如图20的描述，控制单元34从存储单元35读出与图20所示的每个周期P14的线89A部分所表示的波形指定的模式相对应的控制信息来执行下面的控制。具体地，控制单元34读出用于实现这种模式的反应容器52的旋转速度的控制信息，信息显示“重复下面的内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据所读取的控制信息来控制反应容器52的旋转。通过使控制单元34执行预先存储在ROM(未示出)中的程序来进行这种控制。
可以确认，这种控制使得混合熔体24显示出图20中由线89C所表示的熔体速度(旋转速度)的波动。因此，还可以确认混合熔体24的旋转实现了由线89A所示的模式的相对速度的波动。
因此，在本实施例中籽晶30和混合熔体24的相对速度最大值为0.047m/s。
在晶体生长步骤中，周期T1为0秒且周期T2为8秒，这满足了T1＜T2的关系，其中周期T1是相对速度满足由上式(1)表示的关系的期间，并且周期T2是相对速度满足由上式(2)表示的关系的期间。
期间T2中Vmax/Vmin的值为5.3，小于10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生长面上的相对速度的最大值Vmax与最小值Vmin的比值。
在晶体生长步骤中，加速和减速期间的变化率(加速度和减速度)为900rpm/min。
利用与实施例1中同样的方法来计算晶体生长步骤的相对速度以及周期T1和T2。
在晶体生长步骤之后，制造出在c-轴方向上具有65mm的长度和在垂直c-轴的方向上具有55mm的长度的块状GaN晶体作为13族氮化物晶体。
利用与实施例1中同样的方法来测定所生产的块状GaN晶体中的粗晶体沉积量，并发现所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量达到总产率的2％。
按照与实施例1中同样的方式将所生成的块状GaN晶体平行于c-面进行切割并进行观察，发现整个c-面的2％含有夹杂物。在晶体中未观察到着色。通过XRD分析所制造的块状GaN晶体，得到25弧秒的FWHM。
因此，经证实，与下文将要描述的对比例1制造的13族氮化物晶体相比，实施例2中制造的13族氮化物晶体为具有更高质量的13族氮化物晶体。
(实施例3)
在本实施例中，通过在图6所示的制造装置2C中的籽晶30上使氮化物晶体27生长从而制造13族氮化物晶体19。
除了晶体生长步骤中旋转控制信息如下之外，利用与实施例2同样的方法制造13族氮化物晶体：“使籽晶30在一个方向上旋转，同时将其转速在1秒内加速至15rpm，然后保持15rpm的转速。使反应容器52在与籽晶30的旋转方向相反的方向上旋转，同时将其转速在1秒内加速至15rpm，保持15rpm3秒，在1秒内减速至0rpm，并停止3秒，然后再次在1秒内加速至15rpm。重复该循环”。
具体地，如图31的描述，控制单元34从存储单元35读出与图31所示的每个周期P25的线100A部分所表示的波形指定的模式相对应的控制信息来执行下面的控制。具体地，控制单元34读出用于实现这种模式的籽晶30的旋转速度的控制信息，控制信息显示“使籽晶30的旋转在1秒内加速至15rpm然后保持”。控制单元34读出用于实现这种模式的混合熔体24，即，反应容器52等的旋转速度的控制信息，控制信息显示“重复下面的内容：使反应容器52在与籽晶30相反的方向上的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据所读取的控制信息来控制反应容器52的旋转。通过使控制单元34执行预先存储在ROM(未示出)中的程序来进行这种控制。
可以确认，这种控制使得籽晶30显示出图31中由线100B所表示的旋转速度(种子速度)的波动。还可以确认这种控制使得混合熔体24显示出图31中由线100C所表示的旋转速度(流速)的波动。因此，还可以确认籽晶30和混合熔体24的旋转实现了由线100A所示的模式的相对速度的波动。
因此，在本实施例中籽晶30和混合熔体24的相对速度最大值为0.094m/s。
在晶体生长步骤中，周期T1为0秒且周期T2为8秒，这满足了T1＜T2的关系，其中周期T1是相对速度满足由上式(1)表示的关系的期间，并且周期T2是相对速度满足由上式(2)表示的关系的期间。
期间T2中Vmax/Vmin的值为3.7，小于10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生长面上的相对速度的最大值Vmax与最小值Vmin的比值。
在晶体生长步骤中，加速和减速期间的变化率(加速度和减速度)为900rpm/min。
利用与实施例1中同样的方法来计算晶体生长步骤的相对速度以及周期T1和T2。
在晶体生长步骤之后，制造出在c-轴方向上65mm的长度和在垂直c-轴的方向上具有55mm的长度的块状GaN晶体作为13族氮化物晶体。
利用与实施例1中同样的方法来测定所制造的块状GaN晶体中的粗晶体沉积量，并发现所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量达到总产率的2％。
按照与实施例1中同样的方式将所制造的块状GaN晶体平行于c-面进行切割并进行观察。因此，在整个c-面上未观察到夹杂物和着色。通过XRD分析所制造的块状GaN晶体，得到18弧秒的FWHM。
因此，经证实，与下文将要描述的对比例1制造的13族氮化物晶体相比，实施例3中制造的13族氮化物晶体为具有更高质量的13族氮化物晶体。
(实施例4)
在本实施例中，通过在图38所示的制造装置2D中的籽晶30上生长氮化物晶体27来制造13族氮化物晶体19。图38A显示了反应容器52部分的侧视图，并且图38B显示了反应容器52部分的俯视图。
如图4所示的制造装置2A，图38所示的制造装置2D具有使反应容器52进行旋转的结构，并利用具有的c-面和c-轴方向上0.4mm厚度的板状籽晶30来代替长籽晶30。在制造装置2D中，将板状籽晶30平行于反应容器52旋转方向(图38中箭头A的方向)的切线安装在反应容器52内侧底部。除了将代替长籽晶30的板状籽晶30安装在偏离反应容器52旋转中心α的上述位置以外，制造装置2D具有与图4表示的制造装置2A同样的结构。
使用与实施例1中同样的助熔剂。按照与实施例1中相同的方式将容纳混合熔体24的反应容器52安装在内部容器51中。然后关闭阀61以密封填充有Ar气的内部容器51，并且将反应容器52的内部与外部环境隔离。接着，将内部容器51从手套箱中取出并放入制造装置2B。具体而言，将内部容器51安装在相对于加热器53的某一位置，并在阀61处连接到气体供应管54上。
接着，将氩气从内部容器51中清除，然后从氮气供应管57导入氮气。打开阀55并通过压力控制器56控制压力将内部容器51中的总压调节至1.2MPa。然后关闭阀55并将压力控制器56设定为3.0MPa。
接着，将加热器53通电以加热反应容器52到晶体生长温度。晶体生长温度为870℃。然后打开阀55将氮气的压力调节为2.8MPa。
也就是说，按照与实施例1同样的方法，在晶体生长步骤中温度条件为870℃，氮气压力为2.8MPa。
在这种条件下，使反应容器52在一个方向上旋转(参见图38中箭头A的方向)，同时按照与实施例1相同的方式在1000小时内重复下面的序列以使晶体生长：将转速在1秒内加速至15rpm，保持15rpm3秒，在1秒内减速至0rpm，并再次在1秒内加速至15rpm而不设置停止时间。
具体地，如图8的描述，控制单元34从存储单元35读出与图8所示的每个周期P2的线77A部分所表示的波形指定的模式相对应的控制信息来执行下面的控制。具体地，控制单元34读出用于实现这种模式的反应容器52的旋转速度的控制信息，信息显示“重复下面的内容：使反应容器52的旋转在1秒内加速至15rpm，保持3秒，减速1秒，并停止3秒”。控制单元34根据所读取的控制信息来控制反应容器52的旋转。通过使控制单元34执行预先存储在ROM(未示出)中的程序来进行这种控制。
可以确认，按照与实施例1相同的方式，这种控制使得混合熔体24显示出流速(旋转速度)的波动。
籽晶30和混合熔体24的相对速度最大值为0.063m/s。
在晶体生长步骤中，周期T1为0秒且周期T2为8秒，这满足了T1＜T2的关系，其中周期T1是相对速度满足由上式(1)表示的关系的期间，并且周期T2是相对速度满足由上式(2)表示的关系的期间。
期间T2中Vmax/Vmin的值为9.7，小于10，其中Vmax/Vmin是籽晶30主生长面上的相对速度的最大值Vmax与最小值Vmin的比值。
在晶体生长步骤中，加速和减速期间的变化率(加速度和减速度)为900rpm/min。
使用热流体仿真来计算晶体生长步骤的相对速度。类似地，还从热流体仿真结果计算出周期T1和T2。由上述序列计算出加速度和减速度。
在晶体生长步骤之后，制造出在c-轴方向上具有20mm的长度和在垂直c-轴的方向上具有65mm的长度的块状GaN晶体作为13族氮化物晶体。
利用电子天平来测定所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量，并发现所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量达到总产率的2％。
将所生成的块状GaN晶体平行于c-面进行切割并从背面照射可见光，以评估不透光部分所含的夹杂物。利用这个程序来观察切片的块状GaN晶体，发现整个c-面的21％含有夹杂物。在晶体中未观察到着色。通过XRD分析所生成的块状GaN晶体，得到38弧秒的FWHM。
因此，经证实，与下文将要描述的对比例制造的13族氮化物晶体相比，实施例4中制造的13族氮化物晶体为具有更高质量的13族氮化物晶体。
(对比例1)
接下来，除了在晶体生长步骤的旋转控制如下之外，按照与实施例1相同的方法制造13族氮化物晶体：“在混合熔体24的流速降低至最大流速的0.1倍以下之后，通过将反应容器52的旋转方向从正向转换至反向从而保持恒定的相对旋转速度”。
图39的示意图显示了对比例1中籽晶30和混合熔体24相对速度，以及籽晶30和混合熔体24各自的旋转速度。
如图39所示，在混合熔体24的流速降低至最大流速的0.1倍以下之后(参见线107C和107B)，将反应容器52的旋转方向从正向转换至反向，从而使籽晶30和混合熔体24的相对旋转速度保持恒定(线107A)。
如线107A所示，可以确认晶体生长步骤中相对速度为“零”并保持恒定。按照与实施例1相同的方法来计算相对速度。
在晶体生长步骤之后，制造出在c-轴方向上具有60mm的长度和在垂直c-轴的方向上具有40mm长度的块状GaN晶体作为对比例的13族氮化物晶体。
利用与实施例1相同的方法来测定对比例所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量。因此，发现所制造的块状GaN晶体中粗晶体的沉积量达到总产率的57％，并且粗晶体的沉积量比实施例中的高14倍以上。
将本对比例所制造的块状GaN晶体平行于c-面进行切割并利用与实施例1相同的方法进行观察，发现整个c-面的67％含有夹杂物，表明夹杂物的量大于实施例。通过XRD分析本对比例所制造的块状GaN晶体，得到78弧秒的FWHM。
因此，与实施例中制造的13族氮化物晶体相比，对比例1中制造的13族氮化物晶体为具有较低质量的13族氮化物晶体。
本发明可以提供制造高质量13族氮化物晶体的方法。
相关申请的交叉引用
本申请要求2013年3月13日申请的日本专利申请2013-051056的优先权，并通过引用将其全部内容并入本文。
虽然已经针对具体实施方式进行了完整和清楚的公开从而描述了本发明，但所附权利要求书并不限于此，而应当将其理解为包括理所当然落在本文所阐述的基本教导之内的本领域技术人员可能做出的所有变型和结构替换。

Claims (9)

1.一种制造13族氮化物晶体的方法，包括如下的晶体生长步骤：使氮与包含至少一种13族金属以及碱金属和碱土金属中的至少一种的混合熔体进行反应，以在所述混合熔体中由籽晶生长氮化物晶体，
其中，在所述晶体生长步骤中使混合熔体和籽晶至少二者之一进行旋转，在所述晶体生长步骤中混合熔体与籽晶之间的相对速度按照一种或多种类型的预定模式重复波动，并且所述模式显示的所述相对速度最大值为0.01m/s以上。
2.根据权利要求1所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
通过将增加混合熔体和籽晶至少二者之一的旋转速度与降低旋转速度和恒定旋转速度至少二者之一进行组合来指定所述模式。
3.根据权利要求1或2所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
在所述模式中，周期T1的相对速度满足由下式(1)所表示的关系，周期T2的相对速度满足由下式(2)所表示的关系，所述周期T1和所述周期T2满足由下式(3)所表示的关系，
0≤V＜0.01          (1)
0.01≤V           (2)
T1＜T2           (3)
其中在公式(1)和(2)中，V代表相对速度(m/s)。
4.根据权利要求3所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
在所述模式中的周期T2内，所述晶体生长步骤中在籽晶主生长面上的相对速度的最大值Vmax和最小值Vmin的比值满足由下式(4)所表示的关系，
Vmax/Vmin＜10           (4)。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
在所述晶体生长步骤的加速旋转或减速旋转过程中，混合熔体和籽晶至少二者之一的旋转速度的变化率为50rpm/min以上。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
籽晶主生长面平行于籽晶旋转方向的切线。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
混合熔体的旋转轴与籽晶的旋转轴重合。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的制造13族氮化物晶体的方法，其中，
通过旋转容纳混合熔体的坩埚来旋转混合熔体，以及
坩埚的旋转轴与籽晶的旋转轴重合。
9.用于根据权利要求1至8中任一项所述的制造13族氮化物晶体的方法的制造装置，包括：
驱动单元，用于旋转混合熔体和籽晶至少二者之一；以及
控制单元，用于控制驱动单元，使所述驱动单元在所述晶体生长步骤中旋转混合熔体和籽晶至少二者之一，在所述晶体生长步骤中混合熔体与籽晶之间的相对速度按照一种或多种类型的预定模式重复波动，并且所述模式显示的所述相对速度最大值为0.01m/s以上。
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