JP2001058900A - Crystal of nitride of group iii, crystal growth crystal growth apparatus and semiconductor device of nitride of group iii - Google Patents

Crystal of nitride of group iii, crystal growth crystal growth apparatus and semiconductor device of nitride of group iii

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JP2001058900A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a crystal of nitride of group III having a practical side for manufacturing a device such as a high-performance light emitting diode, LD, etc., and provide both a method and an apparatus for crystal growth, capable of growing the crystal of nitride of group III. SOLUTION: In this crystal growing apparatus for subjecting crystal of nitride of group III to crystal growth by using at least a flux (e.g. metal Na or a compound containing Na), a metal of group III (e.g. Ga (gallium)) and nitrogen or a nitrogen-containing compound, a region 102 for crystal growth of the crystal of nitride of group III (e.g. GaN crystal) is separated from regions 103 and 108 to which a metal of group III (e.g. gallium) and nitrogen (N) or a nitrogen (N)-containing compound are supplied in a reaction container whose temperature and pressure are controlled.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、III族窒化物結晶
および結晶成長方法および結晶成長装置およびIII族窒
化物半導体デバイスに関する。
The present invention relates to a group III nitride crystal, a crystal growth method, a crystal growth apparatus, and a group III nitride semiconductor device.

【0002】[0002]

【従来の技術】現在、紫〜青〜緑色光源として用いられ
ているInGaAlN系(III族窒化物)デバイスは、そ
のほとんどがサファイアあるいはSiC基板上にMOC
VD法(有機金属化学気相成長法)やMBE法(分子線結
晶成長法)等を用いた結晶成長により作製されている。
サファイアやSiCを基板として用いる場合には、III
族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいことに
起因する結晶欠陥が多くなる。このために、デバイス特
性が悪く、例えば発光デバイスの寿命を長くすることが
困難であったり、動作電力が大きくなったりするという
問題がある。
2. Description of the Related Art Most of InGaAlN-based (III-nitride) devices currently used as violet-blue-green light sources are MOC on sapphire or SiC substrates.
It is produced by crystal growth using VD (metal organic chemical vapor deposition), MBE (molecular beam crystal growth), or the like.
When sapphire or SiC is used as the substrate, III
Crystal defects due to a large difference in thermal expansion coefficient and lattice constant from group nitrides increase. For this reason, there are problems in that the device characteristics are poor, for example, it is difficult to extend the life of the light emitting device, and the operating power increases.

【0003】また、電子デバイスに応用した場合には、
高濃度の結晶欠陥がリーク電流の経路となり、特性の悪
化を招く。更に、二次元電子ガスを用いた電界効果トラ
ンジスタの場合には、次のような問題点もある。すなわ
ち、トランジスタ構造内に欠陥が生じると格子緩和がな
される。GaN系ではピエゾ電界効果により、二次元電
子ガスの閉じ込め効果が促進されるが、欠陥による格子
緩和が生じると、この閉じ込め効果が低減する。この結
果、二次元電子移動度が低減し、トランジスタ特性が悪
化する。
When applied to electronic devices,
High-concentration crystal defects serve as a path for leakage current, which causes deterioration of characteristics. Further, in the case of a field effect transistor using a two-dimensional electron gas, there are the following problems. That is, when a defect occurs in the transistor structure, lattice relaxation is performed. In the GaN system, the confinement effect of the two-dimensional electron gas is promoted by the piezoelectric field effect. However, when lattice relaxation due to defects occurs, the confinement effect is reduced. As a result, the two-dimensional electron mobility decreases, and the transistor characteristics deteriorate.

【0004】さらに、サファイア基板の場合には絶縁性
であるために、従来の発光デバイスのように基板側から
の電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半
導体表面側からの電極取り出しが必要となる。その結
果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながると
いう問題がある。また、サファイア基板上に作製したII
I族窒化物半導体デバイスは劈開によるチップ分離が困
難であり、レーザダイオード(LD)で必要とされる共振
器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現
在はドライエッチングによる共振器端面形成や、あるい
はサファイア基板を100μm以下の厚さまで研磨した
後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行なってい
る。この場合にも、従来のLDのような共振器端面とチ
ップ分離を単一工程で、容易に行なうことが不可能であ
り、工程の複雑化ひいてはコスト高につながる。
Further, in the case of a sapphire substrate, since it is insulative, it is impossible to take out an electrode from the substrate side as in a conventional light emitting device. Required. As a result, there is a problem in that the device area increases and the cost increases. In addition, II fabricated on a sapphire substrate
It is difficult to separate a group I nitride semiconductor device by cleavage, and it is not easy to obtain a cavity facet required for a laser diode (LD) by cleavage. For this reason, at present, a resonator end face is formed by dry etching or a sapphire substrate is polished to a thickness of 100 μm or less, and then a resonator end face is formed in a form close to cleavage. Also in this case, it is impossible to easily separate the end face of the resonator from the chip as in the conventional LD in a single process, which leads to a complicated process and a high cost.

【0005】この問題を解決するために、サファイア基
板上にIII族窒化物半導体膜を選択横方向成長やその他
の工程を行なうことで、結晶欠陥を低減させることが提
案されている。
[0005] In order to solve this problem, it has been proposed to reduce the crystal defects by performing selective lateral growth and other processes of a group III nitride semiconductor film on a sapphire substrate.

【0006】例えば文献「Japanese Journal of App
lied Physics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A,
L1568-1571」(以下、第1の従来技術と称す)には、図
9に示すようなレーザダイオード(LD)が示されてい
る。図9のレーザダイオードは、MOVPE(有機金属
気相成長)装置にてサファイア基板1上にGaN低温バ
ッファ層2とGaN層3を順次成長した後に、選択成長
用のSiO2マスク4を形成する。このSiO2マスク4
は、別のCVD(化学気相堆積)装置にてSiO2膜を堆
積した後に、フォトリソグラフィー,エッチング工程を
経て形成される。次に、このSiO2マスク4上に再
度、MOVPE装置にて20μmの厚さのGaN膜3を
成長することで、横方向にGaNが選択成長し、選択横
方向成長を行なわない場合に比較して結晶欠陥を低減さ
せている。さらに、その上層に形成されている変調ドー
プ歪み超格子層(MD−SLS)5を導入することで、活
性層6へ結晶欠陥が延びることを防いでいる。この結
果、選択横方向成長および変調ドープ歪み超格子層を用
いない場合に比較して、デバイス寿命を長くすることが
可能となる。
For example, the reference "Japanese Journal of App
lied Physics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A,
L1568-1571 "(hereinafter, referred to as a first conventional technique) shows a laser diode (LD) as shown in FIG. In the laser diode of FIG. 9, a GaN low-temperature buffer layer 2 and a GaN layer 3 are sequentially grown on a sapphire substrate 1 by an MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) apparatus, and then a SiO 2 mask 4 for selective growth is formed. This SiO 2 mask 4
Is formed through a photolithography and etching process after depositing a SiO 2 film by another CVD (chemical vapor deposition) apparatus. Next, the GaN film 3 having a thickness of 20 μm is grown on the SiO 2 mask 4 again by the MOVPE apparatus, so that GaN is selectively grown in the lateral direction and a case where the selective lateral direction growth is not performed. Thus, crystal defects are reduced. Further, by introducing the modulation-doped strained superlattice layer (MD-SLS) 5 formed thereon, it is possible to prevent crystal defects from extending to the active layer 6. As a result, the device lifetime can be extended as compared with the case where the selective lateral growth and the modulation-doped strained superlattice layer are not used.

【0007】この第1の従来技術の場合には、サファイ
ア基板上にGaN膜を選択横方向成長しない場合に比べ
て、結晶欠陥を低減させることが可能となるが、サファ
イア基板を用いることによる、絶縁性と劈開に関する前
述の問題は依然として残っている。さらには、SiO2
マスク形成工程を挟んで、MOVPE装置による結晶成
長が2回必要となり、工程が複雑化するという問題が新
たに生じる。
In the case of the first prior art, it is possible to reduce crystal defects as compared with a case where a GaN film is not selectively grown in a lateral direction on a sapphire substrate. The aforementioned problems with insulation and cleavage remain. Furthermore, SiO 2
The crystal growth by the MOVPE apparatus is required twice with the mask forming step interposed therebetween, which causes another problem that the step becomes complicated.

【0008】また、別の方法として、例えば文献「Appl
ied Physics Letters, Vol.73,No.6, P832-834 (1
998)」(以下、第2の従来技術と称す)には、GaN厚膜
基板を応用することが提案されている。この第2の従来
技術では、前述の第1の従来技術の20μmの選択横方
向成長後に、H−VPE(ハイドライド気相成長)装置に
て200μmのGaN厚膜を成長し、その後に、この厚
膜成長したGaN膜を150μmの厚さになるように、
サファイア基板側から研磨することにより、GaN基板
を作製する。このGaN基板上にMOVPE装置を用い
て、LDデバイスとして必要な結晶成長を順次行ない、
LDデバイスを作製する。この結果、結晶欠陥の問題に
加えて、サファイア基板を用いることによる絶縁性と劈
開に関する前述の問題点を解決することが可能となる。
As another method, for example, the document “Appl
ied Physics Letters, Vol. 73, No. 6, P832-834 (1
998) "(hereinafter, referred to as a second conventional technique) proposes applying a GaN thick film substrate. In the second prior art, after the 20 μm selective lateral growth of the first prior art, a 200 μm GaN thick film is grown by an H-VPE (hydride vapor phase epitaxy) apparatus, and thereafter, the GaN thick film is grown. The grown GaN film has a thickness of 150 μm,
A GaN substrate is manufactured by polishing from the sapphire substrate side. Using a MOVPE apparatus on this GaN substrate, crystal growth required as an LD device is sequentially performed,
Create an LD device. As a result, in addition to the problem of crystal defects, it is possible to solve the above-mentioned problems relating to insulation and cleavage caused by using a sapphire substrate.

【0009】しかしながら、第2の従来技術は、第1の
従来技術よりもさらに工程が複雑になっており、より一
層のコスト高となる。また、第2の従来技術の方法で2
00μmものGaN厚膜を成長させる場合には、基板で
あるサファイアとの格子定数差および熱膨張係数差に伴
う応力が大きくなり、クラックが生じるという問題が新
たに発生する。このため、大面積化が困難となり、一層
のコスト上昇につながる。
[0009] However, the second prior art has a more complicated process than the first prior art, resulting in higher cost. In addition, the second prior art method uses
When a GaN thick film having a thickness of 00 μm is grown, a stress caused by a difference in lattice constant and a difference in thermal expansion coefficient from sapphire as a substrate becomes large, and a new problem that cracks occur. Therefore, it is difficult to increase the area, which leads to a further increase in cost.

【0010】一方、文献「Journal of Crystal Grow
th, Vol.189/190, p.153-158 (1998)」(以下、第3
の従来技術と称す)には、GaNのバルク結晶を成長さ
せ、それをホモエピタキシャル基板として用いることが
提案されている。この技術は、1400〜1700℃の
高温、および数10kbarもの超高圧の窒素圧力中
で、液体GaからGaNを結晶成長させる手法となって
いる。この場合には、このバルク成長したGaN基板を
用いて、デバイスに必要なIII族窒化物半導体膜を成長
することが可能となる。従って、第1および第2の従来
技術のように工程を複雑化させることなく、GaN基板
を提供できる。
On the other hand, the literature "Journal of Crystal Grow"
th, Vol.189 / 190, p.153-158 (1998) "
(Hereinafter referred to as the prior art) proposes growing a GaN bulk crystal and using it as a homoepitaxial substrate. This technique is a technique of growing GaN from liquid Ga at a high temperature of 1400 to 1700 ° C. and a nitrogen pressure of an extremely high pressure of several tens of kbar. In this case, a group III nitride semiconductor film required for a device can be grown using the bulk-grown GaN substrate. Therefore, a GaN substrate can be provided without complicating the process unlike the first and second prior arts.

【0011】しかしながら、第3の従来技術では、高
温,高圧中での結晶成長が必要となり、それに耐えうる
反応容器が極めて高価になるという問題がある。加え
て、このような成長方法をもってしても、得られる結晶
の大きさは高々1cm程度であり、デバイスを実用化す
るには小さ過ぎるという問題がある。
However, the third prior art has a problem in that crystal growth at a high temperature and a high pressure is required, and a reaction vessel capable of withstanding the growth is extremely expensive. In addition, even with such a growth method, the size of the obtained crystal is at most about 1 cm, which is too small for practical use of the device.

【0012】この高温,高圧中でのGaN結晶成長の問
題点を解決する手法として、文献「Chemistry of Mat
erials Vol.9 (1997) p.413-416」(以下、第4の従
来技術と称す)には、Naをフラックスとして用いたG
aN結晶成長方法が提案されている。この方法は、フラ
ックスとしてのアジ化ナトリウム(NaN3)と金属Ga
とを原料として、ステンレス製の反応容器(容器内寸
法;内径=7.5mm、長さ=100mm)に窒素雰囲
気で封入し、その反応容器を600〜800℃の温度で
24〜100時間保持することにより、GaN結晶を成
長させるものである。この第4の従来技術の場合には、
600〜800℃程度の比較的低温での結晶成長が可能
であり、容器内圧力も高々100kg/cm2程度と第
3の従来技術に比較して圧力を低くできる点が特徴であ
る。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶
の大きさが1mmに満たない程度に小さい点である。こ
の程度の大きさではデバイスを実用化するには第3の従
来技術の場合と同様に小さすぎる。
As a method for solving the problem of the GaN crystal growth at a high temperature and a high pressure, reference is made to “Chemistry of Mat”.
erials Vol. 9 (1997) p. 413-416 ”(hereinafter, referred to as a fourth conventional technique) includes G using Na as a flux.
An aN crystal growth method has been proposed. This method uses sodium azide (NaN 3 ) as a flux and metallic Ga
Is sealed in a stainless steel reaction vessel (inside dimensions: inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm) in a nitrogen atmosphere, and the reaction vessel is kept at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours. Thereby, a GaN crystal is grown. In the case of the fourth prior art,
It is characterized in that crystal growth can be performed at a relatively low temperature of about 600 to 800 ° C., and the pressure in the vessel can be as low as about 100 kg / cm 2, which is lower than that of the third conventional technique. However, a problem with this method is that the size of the obtained crystal is small to less than 1 mm. Such a size is too small, as in the case of the third prior art, to make the device practical.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は、第1や第2
の従来技術の問題点である工程を複雑化させることな
く、第3の従来技術の問題点である高価な反応容器を用
いることなく、かつ第3や第4の従来技術の問題点であ
る結晶の大きさが小さくなることなく、高性能の発光ダ
イオードやLD等の光デバイスや電子デバイスを作製す
るための実用的な大きさのIII族窒化物結晶を提供し、
また、このようなIII族窒化物結晶を成長させることの
可能な結晶成長方法および結晶成長装置を提供し、さら
に、高性能なIII族窒化物半導体デバイスを提供するこ
とを目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention is directed to a first and a second invention.
Without complicating the process which is a problem of the prior art, without using an expensive reaction vessel which is a problem of the third conventional technology, and without using a crystal which is a problem of the third or fourth conventional technology. Provide a group III nitride crystal of a practical size for producing optical devices and electronic devices such as high performance light emitting diodes and LDs without reducing the size of
Another object of the present invention is to provide a crystal growth method and a crystal growth apparatus capable of growing such a group III nitride crystal, and to provide a high-performance group III nitride semiconductor device.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項1記載の発明は、反応容器内に、少なくとも
III族金属とフラックスとが収容されており、III族窒化
物結晶を結晶成長させるために反応容器の外部から反応
容器内に窒素または窒素を含む化合物を導入することを
特徴としている。
Means for Solving the Problems In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 includes at least a reactor
It contains a group III metal and a flux, and is characterized in that nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel from outside the reaction vessel in order to grow a group III nitride crystal.

【0015】また、請求項2記載の発明は、反応容器内
に、少なくともIII族金属とフラックスとが収容されて
おり、反応容器内に窒素または窒素を含む化合物を導入
してIII族窒化物結晶を結晶成長させるようになってお
り、この際、III族窒化物結晶の大きさを大きくするた
めに、III族窒化物結晶の結晶成長時に、さらに、III族
金属を追加補給することを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a group III nitride crystal in which at least a group III metal and a flux are contained in a reaction vessel, and nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel. In this case, in order to increase the size of the group III nitride crystal, during the growth of the crystal of the group III nitride crystal, additionally, a group III metal is additionally supplied. I have.

【0016】また、請求項3記載の発明は、請求項1ま
たは請求項2記載の結晶成長方法において、III族金属
と窒素または窒素を含む化合物との比率を一定に制御し
て、III族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とし
ている。
According to a third aspect of the present invention, there is provided the crystal growth method according to the first or second aspect, wherein the ratio of the group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen is controlled to be constant, and It is characterized in that a crystal is grown.

【0017】また、請求項4記載の結晶成長装置は、反
応容器内に、少なくともIII族金属とフラックスとが収
容されており、III族窒化物結晶を結晶成長させるため
に反応容器の外部から反応容器内に窒素または窒素を含
む化合物を導入する手段を備えていることを特徴として
いる。
According to a fourth aspect of the present invention, at least a group III metal and a flux are contained in a reaction vessel, and a reaction is performed from outside the reaction vessel to grow a group III nitride crystal. It is characterized in that a means for introducing nitrogen or a compound containing nitrogen into the container is provided.

【0018】また、請求項5記載の結晶成長装置は、反
応容器内に、少なくともIII族金属とフラックスとが収
容されており、反応容器内に窒素または窒素を含む化合
物を導入してIII族窒化物結晶を結晶成長させるように
なっており、この際、III族窒化物結晶の大きさを大き
くするために、III族窒化物結晶の結晶成長時に、さら
に、III族金属を追加補給する手段を備えていることを
特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the crystal growth apparatus, at least a group III metal and a flux are contained in a reaction vessel, and nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel to form a group III nitride. At this time, in order to increase the size of the group III nitride crystal, a means for additionally replenishing the group III metal during the growth of the group III nitride crystal is provided. It is characterized by having.

【0019】また、請求項6記載の結晶成長装置は、請
求項4または請求項5記載の結晶成長装置において、II
I族窒化物結晶を結晶成長させるときに、III族金属と窒
素または窒素を含む化合物との比率を一定に制御する手
段を備えていることを特徴としている。
The crystal growth apparatus according to claim 6 is the crystal growth apparatus according to claim 4 or 5, wherein
When the group I nitride crystal is grown, a means for controlling the ratio of the group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen to be constant is provided.

【0020】また、請求項7記載の結晶成長装置は、少
なくともフラックスとIII族金属と窒素あるいは窒素を
含む化合物とを用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させ
る結晶成長装置において、温度と圧力とが制御される反
応容器内で、III族窒化物の結晶成長がなされる領域
と、III族金属と窒素あるいは窒素を含む化合物とが供
給される領域とが分離されていることを特徴としてい
る。
A crystal growth apparatus according to a seventh aspect of the present invention is a crystal growth apparatus for growing a group III nitride crystal using at least a flux, a group III metal, and nitrogen or a compound containing nitrogen. Is characterized in that a region where a group III nitride crystal is grown is separated from a region where a group III metal and nitrogen or a compound containing nitrogen are supplied in a reaction vessel in which is controlled.

【0021】また、請求項8記載の結晶成長装置は、請
求項7記載の結晶成長装置において、反応容器の外側に
さらに外側容器が設けられており、III族窒化物結晶が
成長するために必要な窒素圧力と大気圧との差圧が生じ
る領域と、III族窒化物が成長するために必要な温度に
なる領域とが分離されていることを特徴としている。
The crystal growth apparatus according to claim 8 is the crystal growth apparatus according to claim 7, further comprising an outer vessel provided outside the reaction vessel, which is necessary for growing a group III nitride crystal. It is characterized in that a region where a high pressure difference between the nitrogen pressure and the atmospheric pressure is generated and a region where the temperature required for growing the group III nitride is attained.

【0022】また、請求項9記載の結晶成長装置は、請
求項8記載の結晶成長装置において、外側容器と反応容
器との間には窒素が導入されるようになっていることを
特徴としている。
A crystal growth apparatus according to a ninth aspect is characterized in that, in the crystal growth apparatus according to the eighth aspect, nitrogen is introduced between the outer vessel and the reaction vessel. .

【0023】また、請求項10記載の結晶成長装置は、
請求項7乃至請求項9のいずれか一項に記載の結晶成長
装置において、原料と接する領域が、原料およびそれら
の生成物に溶出,混入しない材料で覆われていることを
特徴としている。
Further, the crystal growth apparatus according to claim 10 is
The crystal growth apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein the region in contact with the raw material is covered with a material that does not elute or mix with the raw material and their products.

【0024】また、請求項11記載のIII族窒化物結晶
は、請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の結晶
成長方法を用いて結晶成長させることを特徴としてい
る。
Further, the group III nitride crystal according to claim 11 is characterized in that the crystal is grown by using the crystal growth method according to any one of claims 1 to 3.

【0025】また、請求項12記載のIII族窒化物半導
体デバイスは、請求項11記載のIII族窒化物結晶を用
いて作製したものである。
A group III nitride semiconductor device according to a twelfth aspect is fabricated using the group III nitride crystal according to the eleventh aspect.

【0026】また、請求項13記載のIII族窒化物半導
体デバイスは、光デバイスであることを特徴としてい
る。
A group III nitride semiconductor device according to a thirteenth aspect is an optical device.

【0027】また、請求項14記載のIII族窒化物半導
体デバイスは、電子デバイスであることを特徴としてい
る。
The group III nitride semiconductor device according to claim 14 is an electronic device.

【0028】[0028]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図面に
基づいて説明する。図1は本発明に係る結晶成長装置の
構成例を示す図(断面図)である。図1を参照すると、こ
の結晶成長装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容
器101内に、結晶成長を行なうための成長容器102
が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram (cross-sectional view) showing a configuration example of a crystal growth apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 1, this crystal growth apparatus includes a growth vessel 102 for growing a crystal in a reaction vessel 101 having a closed shape made of stainless steel.
Is provided.

【0029】また、反応容器101の内部空間107に
窒素(N)ガスを充満させ、かつ反応容器101内の窒素
(N)圧力を制御することが可能となるように、窒素供給
管108が反応容器101を貫通して装着されている。
窒素供給管108の一端は反応容器101の内部にあ
り、他端は反応容器101の外部で圧力制御装置109
に接続されている。
Further, the inside space 107 of the reaction vessel 101 is filled with nitrogen (N) gas,
(N) A nitrogen supply pipe 108 is mounted through the reaction vessel 101 so that the pressure can be controlled.
One end of the nitrogen supply pipe 108 is inside the reaction vessel 101, and the other end is outside the reaction vessel 101 and a pressure control device 109.
It is connected to the.

【0030】また、成長容器102から空間的に離れた
上方には、III族金属(例えば、Ga(ガリウム))を供給
するための金属供給管103が設けられている。
Further, a metal supply pipe 103 for supplying a group III metal (for example, Ga (gallium)) is provided above and spatially separated from the growth vessel 102.

【0031】金属供給管103および窒素供給管108
が反応容器101と接している箇所は、溶接,メタルシ
ール等で外部と空間的に遮断されている。なお、成長容
器102,金属供給管103および窒素供給管108の
材質はステンレスである。
The metal supply pipe 103 and the nitrogen supply pipe 108
The portion in contact with the reaction vessel 101 is spatially isolated from the outside by welding, a metal seal, or the like. The material of the growth vessel 102, the metal supply pipe 103, and the nitrogen supply pipe 108 is stainless steel.

【0032】成長容器102内には、III族窒化物結晶
の結晶成長開始時に、少なくとも、フラックス(例え
ば、金属NaあるいはNaを含む化合物(アジ化ナトリ
ウムなど))とIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))とが
収容されている。また、金属供給管103の内部には、
III族金属(例えば、Ga(ガリウム))104を貯えるこ
とのできる空間があり、その最下端には穴105が開け
られており、また、金属供給管103の穴105とは反
対の側の上端は、反応容器101の外部に位置し、所定
のガス(例えば、窒素ガスあるいは不活性ガス)により圧
力をかけることのできる加圧装置106が装着されてい
る。すなわち、金属供給管103,穴105および成長
容器102は、金属供給管103の上端の加圧装置10
6によって高圧ガス(例えば、窒素ガスあるいは不活性
ガス)で圧力を制御することにより、最下端の穴105
からIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))104を成長
容器102に滴下することが可能となる位置関係にあ
る。
In the growth vessel 102, at the start of the crystal growth of the group III nitride crystal, at least a flux (eg, metal Na or a compound containing Na (eg, sodium azide)) and a group III metal (eg, Ga ( Gallium)). Also, inside the metal supply pipe 103,
There is a space in which a group III metal (for example, Ga (gallium)) 104 can be stored, and a hole 105 is formed at the lowermost end thereof, and an upper end of the metal supply pipe 103 on the side opposite to the hole 105 is provided. Is equipped with a pressurizing device 106 located outside the reaction vessel 101 and capable of applying pressure with a predetermined gas (for example, nitrogen gas or inert gas). That is, the metal supply pipe 103, the hole 105, and the growth vessel 102 are connected to the pressurizing device 10 at the upper end of the metal supply pipe 103.
6 controls the pressure with a high-pressure gas (for example, nitrogen gas or an inert gas) so that the lowermost hole 105
And a group III metal (for example, Ga (gallium)) 104 can be dropped onto the growth vessel 102 from the position shown in FIG.

【0033】また、図1の結晶成長装置には、反応容器
101内にある成長容器102の温度と、金属供給管1
03のIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))104が貯
えられている領域の温度とを、任意の温度に制御するこ
とが可能となるように、加熱手段(110,111)が設
けられている。ここで、加熱手段(110,111)は、
反応容器101の外部の下部に位置している下部ヒータ
ー110と、反応容器101側壁の外部に位置している
側部ヒーター111とからなっている。これらのヒータ
ー110,111は、温度制御機構(図示せず)により、
反応容器101内にある成長容器102の温度と、金属
供給管103のIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))1
04が貯えられている領域の温度とを任意の温度に制御
することが可能となっている。
In the crystal growth apparatus shown in FIG. 1, the temperature of the growth vessel 102 in the reaction vessel 101 and the metal supply pipe 1
The heating means (110, 111) is provided so that the temperature of the region where the group III metal of No. 03 (for example, Ga (gallium)) 104 is stored can be controlled to an arbitrary temperature. I have. Here, the heating means (110, 111)
It comprises a lower heater 110 located below the outside of the reaction vessel 101 and a side heater 111 located outside the side wall of the reaction vessel 101. These heaters 110 and 111 are controlled by a temperature control mechanism (not shown).
The temperature of the growth vessel 102 in the reaction vessel 101 and the group III metal (for example, Ga (gallium)) 1
It is possible to control the temperature of the area in which 04 is stored to an arbitrary temperature.

【0034】図1の結晶成長装置は、少なくともフラッ
クス(例えば、金属NaあるいはNaを含む化合物)とII
I族金属(例えば、Ga(ガリウム))と窒素あるいは窒素
を含む化合物とを用いてIII族窒化物結晶を結晶成長さ
せるものであって、温度と圧力とが制御される反応容器
101内で、III族窒化物結晶(例えばGaN結晶)の結
晶成長がなされる領域(102)と、III族金属(例えば、
Ga(ガリウム))と窒素(N)あるいは窒素(N)を含む化
合物とが供給される領域(103,108)とが分離され
ている。そして、この反応容器101には、少なくとも
結晶成長がなされる領域(102)を含んだ領域を任意の
温度に制御できるような機構(110,111)が具備さ
れている。さらに、反応容器101内を任意の窒素圧力
に制御できる機構(108,109)も具備されている。
The crystal growth apparatus shown in FIG. 1 uses at least flux (for example, metallic Na or a compound containing Na) and II
Group I metal (e.g., Ga (gallium)) and nitrogen or a compound containing nitrogen to grow a group III nitride crystal, in a reaction vessel 101 in which temperature and pressure are controlled, A region (102) where a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) is grown, and a group III metal (for example,
Ga (gallium)) and regions (103, 108) to which nitrogen (N) or a compound containing nitrogen (N) is supplied are separated. The reaction vessel 101 is provided with a mechanism (110, 111) capable of controlling at least a region including a region (102) where crystal growth is performed at an arbitrary temperature. Further, a mechanism (108, 109) capable of controlling the inside of the reaction vessel 101 to an arbitrary nitrogen pressure is also provided.

【0035】図2は本発明に係る結晶成長装置の他の構
成例を示す図(断面図)である。なお、図2において、図
1と同様の箇所には同じ符号を付している。
FIG. 2 is a diagram (cross-sectional view) showing another configuration example of the crystal growth apparatus according to the present invention. In FIG. 2, the same parts as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals.

【0036】図2の結晶成長装置も、基本的には、図1
の結晶成長装置と同様のものとなっている。すなわち、
図2を参照すると、この結晶成長装置も、図1の結晶成
長装置と同様に、ステンレス製の閉じた形状の反応容器
101内に、結晶成長を行なうための成長容器102が
設けられている。
The crystal growth apparatus shown in FIG.
It is the same as the crystal growth apparatus of the above. That is,
Referring to FIG. 2, this crystal growth apparatus also has a growth vessel 102 for growing crystals in a stainless steel closed reaction vessel 101, similarly to the crystal growth apparatus of FIG.

【0037】また、反応容器101の内部空間107に
窒素(N)ガスを充満させ、かつ反応容器101内の窒素
(N)圧力を制御することが可能となるように、窒素供給
管108が反応容器101を貫通して装着されている。
窒素供給管108の一端は反応容器101の内部にあ
り、他端は反応容器101の外部で圧力制御装置109
に接続されている。
Further, the interior space 107 of the reaction vessel 101 is filled with nitrogen (N) gas,
(N) A nitrogen supply pipe 108 is mounted through the reaction vessel 101 so that the pressure can be controlled.
One end of the nitrogen supply pipe 108 is inside the reaction vessel 101, and the other end is outside the reaction vessel 101 and a pressure control device 109.
It is connected to the.

【0038】また、成長容器102から空間的に離れた
上方には、III族金属(例えば、Ga(ガリウム))を供給
するための金属供給管103が設けられている。
Further, a metal supply pipe 103 for supplying a group III metal (for example, Ga (gallium)) is provided above and spatially separated from the growth vessel 102.

【0039】金属供給管103および窒素供給管108
が反応容器101と接している箇所は、溶接,メタルシ
ール等で外部と空間的に遮断されている。なお、成長容
器102,金属供給管103および窒素供給管108の
材質はステンレスである。
The metal supply pipe 103 and the nitrogen supply pipe 108
The portion in contact with the reaction vessel 101 is spatially isolated from the outside by welding, a metal seal, or the like. The material of the growth vessel 102, the metal supply pipe 103, and the nitrogen supply pipe 108 is stainless steel.

【0040】成長容器102内には、III族窒化物結晶
の結晶成長開始時に、少なくとも、フラックス(例え
ば、金属NaあるいはNaを含む化合物(アジ化ナトリ
ウムなど))とIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))とが
収容されている。また、金属供給管103の内部には、
III族金属(例えば、Ga(ガリウム))104を貯えるこ
とのできる空間があり、その最下端には穴105が開け
られており、また、金属供給管103の穴105とは反
対の側の上端は、反応容器101の外部に位置し、所定
のガス(例えば、窒素ガスあるいは不活性ガス)により圧
力をかけることのできる加圧装置106が装着されてい
る。すなわち、金属供給管103,穴105および成長
容器102は、金属供給管103の上端の加圧装置10
6によって高圧ガス(例えば、窒素ガスあるいは不活性
ガス)で圧力を制御することにより、最下端の穴105
からIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))104を成長
容器102に滴下することが可能となる位置関係にあ
る。
In the growth vessel 102, at the start of the crystal growth of the group III nitride crystal, at least a flux (eg, metal Na or a compound containing Na (eg, sodium azide)) and a group III metal (eg, Ga ( Gallium)). Also, inside the metal supply pipe 103,
There is a space in which a group III metal (for example, Ga (gallium)) 104 can be stored, and a hole 105 is formed at the lowermost end thereof, and an upper end of the metal supply pipe 103 on the side opposite to the hole 105 is provided. Is equipped with a pressurizing device 106 located outside the reaction vessel 101 and capable of applying pressure with a predetermined gas (for example, nitrogen gas or inert gas). That is, the metal supply pipe 103, the hole 105, and the growth vessel 102 are connected to the pressurizing device 10 at the upper end of the metal supply pipe 103.
6 controls the pressure with a high-pressure gas (for example, nitrogen gas or an inert gas) so that the lowermost hole 105
And a group III metal (for example, Ga (gallium)) 104 can be dropped onto the growth vessel 102 from the position shown in FIG.

【0041】また、図2の結晶成長装置においても、反
応容器101内にある成長容器102の温度と、金属供
給管103のIII族金属(例えば、Ga(ガリウム))10
4が貯えられている領域の温度とを任意の温度に制御す
ることが可能となるように、加熱手段(110,111)
が設けられている。ここで、加熱手段(110,111)
は、反応容器101の外部の下部に位置している下部ヒ
ーター110と、反応容器101側壁の外部に位置して
いる側部ヒーター111とからなっている。これらのヒ
ーター110,111は、温度制御機構(図示せず)によ
り、反応容器101内にある成長容器102の温度と、
金属供給管103のIII族金属(例えば、Ga(ガリウ
ム))104が貯えられている領域の温度とを任意の温度
に制御することが可能となっている。
In the crystal growth apparatus shown in FIG. 2, the temperature of the growth vessel 102 in the reaction vessel 101 and the group III metal (for example, Ga (gallium)) 10
Heating means (110, 111) so that the temperature of the area where the fluid 4 is stored can be controlled to an arbitrary temperature.
Is provided. Here, the heating means (110, 111)
Is composed of a lower heater 110 located below the outside of the reaction vessel 101 and a side heater 111 located outside the side wall of the reaction vessel 101. These heaters 110 and 111 are controlled by a temperature control mechanism (not shown) to control the temperature of the growth vessel 102 in the reaction vessel 101,
The temperature of the region of the metal supply tube 103 where the group III metal (for example, Ga (gallium)) 104 is stored can be controlled to an arbitrary temperature.

【0042】このように、図2の結晶成長装置も、図1
の結晶成長装置と同様に、少なくともフラックス(例え
ば、金属NaあるいはNaを含む化合物)とIII族金属
(例えば、Ga(ガリウム))と窒素あるいは窒素を含む化
合物とを用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させるもの
であって、温度と圧力とが制御される反応容器101内
で、III族窒化物結晶(例えばGaN結晶)の結晶成長が
なされる領域(102)と、III族金属(例えば、Ga(ガ
リウム))と窒素(N)あるいは窒素(N)を含む化合物とが
供給される領域(103,108)とが分離されている。
そして、この反応容器101には、少なくとも結晶成長
がなされる領域(102)を含んだ領域を任意の温度に制
御できるような機構(110,111)が具備されてい
る。さらに、反応容器101内を任意の窒素圧力に制御
できる機構(108,109)も具備されている。
As described above, the crystal growth apparatus shown in FIG.
As in the case of the crystal growth apparatus, at least flux (for example, metal Na or a compound containing Na) and a group III metal
A group III nitride crystal is grown using Ga (gallium) and nitrogen or a compound containing nitrogen, and a group III nitride crystal is grown in a reaction vessel 101 in which temperature and pressure are controlled. Region (102) where crystal growth of a material crystal (for example, GaN crystal) is performed, and a region where a group III metal (for example, Ga (gallium)) and nitrogen (N) or a compound containing nitrogen (N) are supplied ( 103, 108).
The reaction vessel 101 is provided with a mechanism (110, 111) capable of controlling at least a region including a region (102) where crystal growth is performed at an arbitrary temperature. Further, a mechanism (108, 109) capable of controlling the inside of the reaction vessel 101 to an arbitrary nitrogen pressure is also provided.

【0043】ところで、図2の結晶成長装置では、反応
容器101および下部ヒーター110,側部ヒーター1
11を覆うように外側容器112がさらに設けられ、外
側容器112と下部ヒーター110,側部ヒーター11
1との間には断熱材115が設けられている。
In the crystal growth apparatus shown in FIG. 2, the reaction vessel 101, the lower heater 110, and the side heater 1 are provided.
An outer container 112 is further provided to cover the outer container 112, the lower heater 110, and the side heater 11.
A heat insulating material 115 is provided between the two.

【0044】また、金属供給管103および窒素供給管
108は、ともに、外側容器112を貫通して反応容器
101内に至っている。
The metal supply pipe 103 and the nitrogen supply pipe 108 both penetrate the outer vessel 112 and reach the inside of the reaction vessel 101.

【0045】さらに、図2の結晶成長装置では、ヒータ
ー110,111および断熱材115を含む外側容器1
12と反応容器101との間の領域に、任意のガス圧
(例えば、窒素圧力)をかけることが可能となるように、
第2のガス供給管(例えば、窒素供給管)113および圧
力制御装置114が設置されている。すなわち、第2の
ガス供給管113は外側容器112の外部より、外側容
器112と反応容器101との間に貫通するように設置
されている。
Further, in the crystal growth apparatus shown in FIG. 2, the outer container 1 including the heaters 110 and 111 and the heat insulating material 115 is provided.
An arbitrary gas pressure is applied to an area between the reaction vessel 12 and the reaction vessel 101.
(E.g., nitrogen pressure)
A second gas supply pipe (for example, a nitrogen supply pipe) 113 and a pressure control device 114 are provided. That is, the second gas supply pipe 113 is provided so as to penetrate between the outer container 112 and the reaction container 101 from outside the outer container 112.

【0046】図2の構成の結晶成長装置では、反応容器
101の外側に外側容器112が設けられ、外側容器1
12には、反応容器101内の窒素圧力との差圧を減少
させるのに必要な圧力のガス(例えば窒素)が導入される
ので、反応容器101の内側と外側の圧力差を、III族
窒化物結晶が成長するために必要な窒素圧力と大気圧と
の差圧よりも著しく小さくすることが可能となる。これ
により、反応容器101には、耐圧性が要求されず、反
応容器101は耐熱性だけを具備していれば良い。一
方、外側容器112については、外側容器112と下部
ヒーター110,側部ヒーター111との間には断熱材
115が設けられていることにより、耐熱性は差程要求
されず、III族窒化物結晶が成長するために必要な窒素
圧力と同程度の圧力と大気圧との差圧に耐えうる耐圧性
だけを具備していれば良い。換言すれば、図1の装置構
成では、反応容器101は、耐熱性と耐圧性との両方を
具備する必要があるが、図2の装置構成では、耐熱性と
耐圧性を反応容器101と外側容器112とに分散させ
ることができる。
In the crystal growth apparatus having the configuration shown in FIG. 2, an outer container 112 is provided outside the reaction
Since a gas (for example, nitrogen) having a pressure required to reduce the pressure difference from the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is introduced into the reaction vessel 12, the pressure difference between the inside and the outside of the reaction vessel 101 is reduced by the group III nitride. The pressure difference between the nitrogen pressure and the atmospheric pressure required for growing the crystal can be significantly reduced. Accordingly, the pressure resistance of the reaction vessel 101 is not required, and the reaction vessel 101 only needs to have heat resistance. On the other hand, the outer container 112 is provided with a heat insulating material 115 between the outer container 112 and the lower heater 110 and the side heater 111, so that the heat resistance is not required much, and the group III nitride crystal is not required. It is only necessary to have a pressure resistance enough to withstand a pressure difference between the atmospheric pressure and a pressure substantially equal to the nitrogen pressure necessary for the growth of GaN. In other words, in the apparatus configuration of FIG. 1, the reaction vessel 101 needs to have both heat resistance and pressure resistance, but in the apparatus configuration of FIG. It can be dispersed in the container 112.

【0047】このように、図2の結晶成長装置において
は、III族窒化物結晶が成長するために必要な窒素圧力
と大気圧との差圧が生じる領域(外側容器112)と、II
I族窒化物が成長するために必要な温度になる領域(反応
容器101)とが分離されていることによって、温度制
御と圧力制御とを確実に行なうことができる。
As described above, in the crystal growth apparatus shown in FIG. 2, the region where the pressure difference between the nitrogen pressure and the atmospheric pressure necessary for growing the group III nitride crystal is generated (outer vessel 112),
The temperature control and the pressure control can be reliably performed by separating the region (reaction vessel 101) having a temperature required for growing the group I nitride from the region.

【0048】すなわち、図2の構成の結晶成長装置で
は、外側容器112と下部ヒーター110,側部ヒータ
ー111との間には断熱材115が設けられていること
により、下部ヒーター110,側部ヒーター111によ
る温度制御をより確実に行なうことができる。また、図
2の構成の結晶成長装置では、ヒーター110,111
および断熱材115を含む外側容器112と反応容器1
01との間の領域に、任意のガス圧力(例えば、窒素ガ
ス圧力)をかけることが可能となるように、第2のガス
供給管(窒素供給管)113および圧力制御装置114が
設置されていることにより、反応容器101内部の窒素
圧力制御をより確実に行なうことができる。
That is, in the crystal growth apparatus having the structure shown in FIG. 2, since the heat insulating material 115 is provided between the outer vessel 112 and the lower heater 110 and the side heater 111, the lower heater 110 and the side heater 111 are provided. Temperature control by 111 can be performed more reliably. In the crystal growth apparatus having the configuration shown in FIG.
And the outer container 112 including the heat insulating material 115 and the reaction container 1
A second gas supply pipe (nitrogen supply pipe) 113 and a pressure control device 114 are provided so that an arbitrary gas pressure (for example, nitrogen gas pressure) can be applied to a region between the first gas supply pipe and the first gas supply pipe. Thus, the nitrogen pressure inside the reaction vessel 101 can be more reliably controlled.

【0049】また、図2の結晶成長装置においては、II
I族窒化物結晶が成長するために必要な窒素圧力と大気
圧との差圧が生じる領域(外側容器112)と、III族窒
化物が成長するために必要な温度になる領域(反応容器
101)とが分離されていることによって、反応容器の
コストを抑えることが可能となる。すなわち、III族窒
化物が結晶成長する温度になる反応容器の領域には、そ
の反応容器の内側および外側から任意の圧力をかけるこ
とが可能であり、そのため反応容器の材質がステンレス
等の一般的な材質でも、肉厚を薄くすることが可能とな
り、低コストで結晶成長装置を実現することが可能とな
る。
In the crystal growth apparatus shown in FIG.
A region where the pressure difference between the nitrogen pressure and the atmospheric pressure necessary for growing the group I nitride crystal is generated (the outer vessel 112), and a region where the temperature required for growing the group III nitride is reached (the reaction vessel 101) ) Can be separated from the cost of the reaction vessel. That is, it is possible to apply an arbitrary pressure from the inside and outside of the reaction vessel to the region of the reaction vessel where the temperature at which the group III nitride crystal grows is obtained. Even with a simple material, the thickness can be reduced, and a crystal growth apparatus can be realized at low cost.

【0050】次に、図1あるいは図2の結晶成長装置を
用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させる仕方について
説明する。III族窒化物結晶 (例えばGaN結晶)を結晶
成長させるための原料は、少なくとも、フラックス(例
えば金属NaあるいはNaを含む化合物),III族金属
(例えば、金属ガリウム),窒素あるいは窒素を含む化合
物である。
Next, a method of growing a group III nitride crystal using the crystal growth apparatus shown in FIG. 1 or 2 will be described. Raw materials for growing a group III nitride crystal (eg, GaN crystal) include at least flux (eg, metal Na or a compound containing Na), group III metal
(Eg, metallic gallium), nitrogen, or a compound containing nitrogen.

【0051】図1あるいは図2の結晶成長装置では、反
応容器101内に成長容器102が設置されており、当
初、成長容器102内には、図3に示すように、一部の
原料として、フラックス(例えば、アジ化ナトリウムと
金属ナトリウム)120とIII族金属(例えば金属ガリウ
ム)121とが入っている。この状態で、窒素供給管1
08から窒素または窒素を含む化合物を反応容器101
内に導入し、反応容器101内を所定の窒素圧力にす
る。そして、加熱手段(110,111)によって反応容
器101の温度をIII族窒化物の結晶が成長する温度ま
で上げることで、図4に示すように、成長容器102内
においてIII族窒化物結晶(例えばGaN)116の成長
を開始させる。
In the crystal growth apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2, a growth vessel 102 is provided in a reaction vessel 101. Initially, as shown in FIG. It contains a flux (eg, sodium azide and metallic sodium) 120 and a Group III metal (eg, metallic gallium) 121. In this state, the nitrogen supply pipe 1
08 to nitrogen or a compound containing nitrogen
And the inside of the reaction vessel 101 is set to a predetermined nitrogen pressure. Then, by raising the temperature of the reaction vessel 101 to a temperature at which the group III nitride crystal grows by the heating means (110, 111), the group III nitride crystal (for example, GaN) 116 is started to grow.

【0052】この際、反応容器101内の窒素量は、II
I族窒化物結晶116の成長が進行するとともに減少
し、反応容器101内の窒素圧力は減少するので、この
反応容器101内の窒素圧力の減少を防止し、反応容器
101内の窒素圧力が常にほぼ一定のものとなるよう、
結晶成長中、圧力制御装置109によって窒素供給管1
08から窒素または窒素を含む化合物を反応容器101
内に導入する。すなわち、窒素供給管108から窒素あ
るいは窒素を含む化合物との追加原料を任意量で追加す
ることにより、また、反応容器101内の窒素圧力を制
御する。これにより、反応容器101内の窒素圧力を常
にほぼ一定のものに保持し、持続的にIII族窒化物結晶
116の成長を続けさせることが可能となる。また、反
応容器101内に、金属供給管103からIII族金属(例
えば金属ガリウム)を任意量で追加補給する。これによ
って、III族窒化物結晶(例えばGaN結晶)を大きく成
長させることができる。
At this time, the amount of nitrogen in the reaction vessel 101 is II
Since the growth of the group I nitride crystal 116 decreases as the growth proceeds, and the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 decreases, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is prevented from decreasing, and the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is constantly reduced. To be almost constant,
During crystal growth, the nitrogen supply pipe 1 is
08 to nitrogen or a compound containing nitrogen
Introduce within. That is, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is controlled by adding an optional amount of additional raw material with nitrogen or a compound containing nitrogen from the nitrogen supply pipe 108. Thereby, it is possible to keep the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 almost constant at all times, and to continue the growth of the group III nitride crystal 116 continuously. Further, a group III metal (for example, metal gallium) is additionally supplied into the reaction vessel 101 from the metal supply pipe 103 in an arbitrary amount. Thereby, a group III nitride crystal (for example, a GaN crystal) can be largely grown.

【0053】図5はGa/(Na+Ga)に対するGaN
組成すなわちGa/Nの関係を、反応容器101内の窒
素圧力aをパラメータにして示した図である。図5か
ら、良質でかつ大きなGaN結晶を得るためには、Ga
/Nが常に“1”となるように、Ga量と反応容器10
1内の窒素圧力とが持続的に制御される必要がある。す
なわち、本発明では、III族金属と窒素または窒素を含
む化合物との比率を一定に制御して、III族窒化物結晶
を結晶成長させる。
FIG. 5 shows GaN against Ga / (Na + Ga).
FIG. 4 is a diagram showing the composition, that is, the relationship of Ga / N, using the nitrogen pressure a in the reaction vessel 101 as a parameter. From FIG. 5, it can be seen from FIG.
/ N so that / N always becomes “1”.
1 and the nitrogen pressure within 1 needs to be continuously controlled. That is, in the present invention, the group III nitride crystal is grown by controlling the ratio of the group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen to be constant.

【0054】より具体的に、例えば図2の結晶成長装置
を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長させる仕方につい
て説明する。反応容器101内に設置されている成長容
器102内には、当初、一部の原料として、フラックス
(例えばアジ化ナトリウムや金属ナトリウム)およびIII
族金属(金属ガリウム)が入れられている。また、III族
金属を供給するための金属供給管103の内部には、II
I族金属(金属ガリウム)104が入れられており、この
金属供給管103の上端の加圧装置106により、金属
供給管103内が加圧されて金属ガリウム104が供給
可能となっている。また、反応容器101の内部には、
窒素供給管108および圧力制御装置109を通して、
窒素が加圧されて供給可能となっている。図2の結晶成
長装置では、さらに、外側容器112と反応容器101
との間の領域は、第2のガス供給管(例えば窒素供給管)
113および圧力制御装置114によって加圧される。
この際、反応容器101内と、外側容器112と反応容
器101との間の領域と、加圧装置106による金属供
給管103内との3つの領域のガス圧力は概ね同じ圧力
となるように制御されている。
More specifically, a method of growing a group III nitride crystal using the crystal growth apparatus shown in FIG. 2 will be described. Initially, flux as a part of the raw material
(E.g. sodium azide and metallic sodium) and III
Group metal (metal gallium) is contained. Further, inside the metal supply pipe 103 for supplying the group III metal,
A group I metal (metal gallium) 104 is put in, and the inside of the metal supply pipe 103 is pressurized by the pressurizing device 106 at the upper end of the metal supply pipe 103 so that the metal gallium 104 can be supplied. Further, inside the reaction vessel 101,
Through a nitrogen supply pipe 108 and a pressure control device 109,
Nitrogen is pressurized and can be supplied. In the crystal growth apparatus of FIG. 2, the outer vessel 112 and the reaction vessel 101 are further provided.
Between the second gas supply pipe (for example, nitrogen supply pipe)
Pressurized by 113 and pressure control device 114.
At this time, the gas pressures in the three regions of the inside of the reaction vessel 101, the area between the outer vessel 112 and the reaction vessel 101, and the inside of the metal supply pipe 103 by the pressurizing device 106 are controlled to be substantially the same. Have been.

【0055】この状態で、下部ヒーター110および側
部ヒーター111により、反応容器101内の温度をII
I族窒化物であるGaNが結晶成長を開始する温度まで
昇温する。このときも、上述した3つの領域のガス圧力
は概ね同じ圧力となるように制御されている。このGa
Nの結晶成長が開始するまでは、金属供給管103の穴
105から金属ガリウム104が滴下しないように、金
属供給管103上部からのガス圧力が制御されている。
In this state, the temperature inside the reaction vessel 101 is set to II by the lower heater 110 and the side heater 111.
The temperature is raised to a temperature at which GaN, which is a group I nitride, starts crystal growth. Also at this time, the gas pressures in the three regions are controlled so as to be substantially the same. This Ga
Until the crystal growth of N starts, the gas pressure from above the metal supply pipe 103 is controlled so that the metal gallium 104 does not drop from the hole 105 of the metal supply pipe 103.

【0056】次に、GaN結晶116の成長が開始した
後には、金属供給管103の穴105から金属ガリウム
104が滴下するように、金属供給管103上部からの
ガス圧力が制御され、また、窒素供給管108を通して
圧力制御装置109により反応容器101内に加わる窒
素圧力が制御される。このことにより原料であるGa
(ガリウム)と窒素(N)とが断続的に供給され、成長容器
102においてGaN結晶116の成長が継続する。こ
の間、ヒーター110および側部ヒーター111により
成長容器102内の温度は制御される。
Next, after the growth of the GaN crystal 116 starts, the gas pressure from above the metal supply pipe 103 is controlled so that the metal gallium 104 drops from the hole 105 of the metal supply pipe 103, The pressure of the nitrogen applied to the reaction vessel 101 is controlled by the pressure control device 109 through the supply pipe 108. As a result, the raw material Ga
(Gallium) and nitrogen (N) are intermittently supplied, and the growth of the GaN crystal 116 in the growth vessel 102 continues. During this time, the temperature inside the growth vessel 102 is controlled by the heater 110 and the side heater 111.

【0057】このように、本発明では、反応容器101
内に、少なくともIII族金属とフラックスとが収容され
ており、III族窒化物結晶を結晶成長させるために反応
容器101の外部から反応容器101内に窒素または窒
素を含む化合物を導入するようになっている。反応容器
101の外部から反応容器101内に窒素または窒素を
含む化合物を導入することにより、III族窒化物結晶の
成長が進行し、反応容器101内の窒素量が減少して
も、反応容器101内の窒素量を常に一定のものに制御
することが可能となる。なお、反応容器101の外部か
ら反応容器101内に窒素または窒素を含む化合物を導
入する手段は、図1,図2の例では、窒素供給管108
および圧力制御装置109である。
As described above, according to the present invention, the reaction vessel 101
At least a group III metal and a flux are accommodated therein, and nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel 101 from outside the reaction vessel 101 in order to grow a group III nitride crystal. ing. By introducing nitrogen or a compound containing nitrogen into the reaction vessel 101 from outside the reaction vessel 101, even if the growth of the group III nitride crystal progresses and the amount of nitrogen in the reaction vessel 101 decreases, the reaction vessel 101 It is possible to constantly control the amount of nitrogen in the inside. The means for introducing nitrogen or a compound containing nitrogen into the reaction vessel 101 from the outside of the reaction vessel 101 is a nitrogen supply pipe 108 in the example of FIGS.
And a pressure control device 109.

【0058】また、本発明では、反応容器101内に、
少なくともIII族金属とフラックスとが収容されてお
り、反応容器101内に窒素または窒素を含む化合物を
導入してIII族窒化物結晶を結晶成長させるようになっ
ており、この際、III族窒化物結晶の大きさを大きくす
るために、III族窒化物結晶の結晶成長時に、さらに、I
II族金属を追加補給するようになっている。III族窒化
物結晶の結晶成長時に、さらに、III族金属を追加補給
することにより、III族窒化物結晶の大きさを大きくす
ることが可能となる。なお、III族金属を追加補給する
手段は、図1,図2の例では、金属供給管103および
加圧装置106である。
In the present invention, the reaction vessel 101 is
At least a group III metal and a flux are accommodated, and nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel 101 to grow a group III nitride crystal. In order to increase the size of the crystal, when growing a group III nitride crystal,
Additional group II metals are now provided. During the crystal growth of the group III nitride crystal, the size of the group III nitride crystal can be increased by additionally supplying a group III metal. The means for additionally replenishing the group III metal is the metal supply pipe 103 and the pressurizing device 106 in the example of FIGS.

【0059】そして、本発明では、III族金属と窒素ま
たは窒素を含む化合物との比率を一定に制御して、III
族窒化物結晶を結晶成長させるようになっている。
In the present invention, the ratio of the group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen is controlled to be constant, and
A group nitride crystal is grown.

【0060】また、図6は本発明に係る結晶成長装置の
他の構成例を示す図(断面図)である。なお、図6の例で
は、基本的な構成として、図2の結晶成長装置の構成を
用いる場合が示されている。但し、基本的な構成とし
て、図1の結晶成長装置の構成を用いることももちろん
可能である。
FIG. 6 is a diagram (cross-sectional view) showing another configuration example of the crystal growth apparatus according to the present invention. In the example of FIG. 6, a case where the configuration of the crystal growth apparatus of FIG. 2 is used as a basic configuration is shown. However, it is of course possible to use the configuration of the crystal growth apparatus shown in FIG. 1 as a basic configuration.

【0061】図6の結晶成長装置では、成長容器102
の材質はニオブであり、また、ステンレスからなる金属
供給管103の金属ガリウム104が接する領域の内壁
には、ニッケル膜117が被覆されている。
In the crystal growth apparatus shown in FIG.
Is made of niobium, and a nickel film 117 is coated on an inner wall of a region where the metal gallium 104 of the metal supply tube 103 made of stainless steel contacts.

【0062】図1あるいは図2の結晶成長装置では、成
長容器102の材質はステンレスであり、また、ステン
レスの材質の金属供給管103の内壁に直接金属ガリウ
ムが接するので、成長容器102,金属供給管103の
材質であるステンレス中に含まれるクロムが温度上昇と
ともに、原料やそれら生成物に溶出,混入するが、図3
の結晶成長装置では、成長容器102の材質をニオブと
し、また、金属供給管103の内壁にはニッケル膜11
7が被膜されており、ニオブ,ニッケルは温度が上昇し
ても、原料やそれら生成物には溶出,混入しない。
In the crystal growth apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2, the material of the growth vessel 102 is stainless steel, and the metal gallium directly contacts the inner wall of the metal supply pipe 103 made of stainless steel. The chromium contained in the stainless steel, which is the material of the tube 103, elutes and mixes into the raw materials and their products as the temperature rises.
In this crystal growth apparatus, the material of the growth vessel 102 is made of niobium, and the nickel film 11 is formed on the inner wall of the metal supply pipe 103.
No. 7 is coated, and niobium and nickel do not elute or mix into the raw materials and their products even when the temperature rises.

【0063】このように、図6の結晶成長装置によって
III族窒化物結晶を成長させる場合には、結晶成長装置
に使用されている材質からの不純物の混入を防ぐこと
で、高純度なIII族窒化物結晶を成長させることが可能
となる。
As described above, the crystal growth apparatus shown in FIG.
In the case of growing a group III nitride crystal, it is possible to grow a high-purity group III nitride crystal by preventing impurities from being mixed with a material used in a crystal growth apparatus.

【0064】なお、上述の例では、成長容器102にニ
オブを用い、金属供給管103にニッケル膜117を被
膜したが、成長容器102の材質,金属供給膜103の
被膜材料は、ニオブやニッケルに限定されず、原料と接
する領域が原料およびそれらの生成物に溶出,混入しな
い材料であれば良い。
In the above-described example, niobium is used for the growth container 102 and the nickel film 117 is coated on the metal supply pipe 103. However, the material of the growth container 102 and the coating material of the metal supply film 103 may be niobium or nickel. The material is not limited, and any material may be used as long as the region in contact with the raw material does not elute or mix with the raw material and their products.

【0065】換言すれば、原料と接する領域が原料およ
びそれらの生成物に溶出,混入しない材料で覆われてい
れば良い。すなわち、図1あるいは図2の結晶成長装置
において、原料と接する領域は、結晶成長がなされる領
域と原料が供給される領域とであり、いずれの領域もそ
の領域を形成する材料として、原料およびそれらの生成
物に溶出,混入しない材質で覆われていれば良い。
In other words, it suffices that the region in contact with the raw material is covered with a material that does not elute or mix with the raw material and their products. That is, in the crystal growth apparatus shown in FIG. 1 or FIG. 2, the regions in contact with the raw material are a region where crystal growth is performed and a region where the raw material is supplied. What is necessary is just to be covered with the material which does not elute and mix with those products.

【0066】そして、本発明では、上述した結晶成長方
法、結晶成長装置により結晶成長させたIII族窒化物結
晶を用いて、III族窒化物半導体デバイスを作製するこ
とができる。
In the present invention, a group III nitride semiconductor device can be manufactured by using the group III nitride crystal grown by the above-described crystal growth method and crystal growth apparatus.

【0067】図7は本発明に係る半導体デバイスの構成
例を示す図である。なお、図7の例では、半導体デバイ
スは半導体レーザとして構成されている。図7を参照す
ると、この半導体デバイスは、上述したような仕方で結
晶成長させたIII族窒化物結晶を用いたn型GaN基板
701上に、n型AlGaNクラッド層702,n型G
aNガイド層703,InGaN MQW(多重量子井
戸)活性層704,p型GaNガイド層705,p型A
lGaNクラッド層706,p型GaNコンタクト層7
07が順次結晶成長されている。この結晶成長方法とし
ては、MOVPE(有機金属気相成長)法やMBE(分
子線エピタキシー)法等の薄膜結晶成長方法を用いるこ
とができる。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 7, the semiconductor device is configured as a semiconductor laser. Referring to FIG. 7, this semiconductor device has an n-type AlGaN cladding layer 702 and an n-type G layer on an n-type GaN substrate 701 using a group III nitride crystal grown in the manner described above.
aN guide layer 703, InGaN MQW (multiple quantum well) active layer 704, p-type GaN guide layer 705, p-type A
lGaN cladding layer 706, p-type GaN contact layer 7
07 are sequentially grown. As this crystal growth method, a thin film crystal growth method such as MOVPE (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam epitaxy) can be used.

【0068】次いで、GaN,AlGaN,InGaN
の積層膜701〜707の上部にリッジ構造を形成し、
SiO2絶縁膜708をコンタクト領域のみ穴開けした
状態で形成し、上部および下部に、各々、p側オーミッ
ク電極Au/Ni709およびn側オーミック電極Al
/Ti710を形成して、図7の半導体レーザが構成さ
れる。
Next, GaN, AlGaN, InGaN
A ridge structure is formed on the laminated films 701 to 707 of
An SiO 2 insulating film 708 is formed in a state where only the contact region is perforated, and a p-side ohmic electrode Au / Ni 709 and an n-side ohmic electrode Al
/ Ti 710 is formed to form the semiconductor laser of FIG.

【0069】この半導体レーザのp側オーミック電極A
u/Ni709およびn側オーミック電極Al/Ti7
10から電流を注入することで、この半導体レーザは発
振し、図7の矢印Aの方向にレーザ光を出射させること
ができる。
The p-side ohmic electrode A of this semiconductor laser
u / Ni709 and n-side ohmic electrode Al / Ti7
By injecting a current from 10, the semiconductor laser oscillates and can emit laser light in the direction of arrow A in FIG.

【0070】この半導体レーザは、本発明のIII族窒化
物結晶(GaN結晶)を基板701として用いているた
め、半導体レーザデバイス中の欠陥が少なく、大出力動
作かつ長寿命のものとなっている。また、GaN基板7
01はn型であることから、基板701に直接電極71
0を形成することができ、図9に示した従来技術のよう
にp側とn側の2つの電極を表面からのみ取り出す必要
がなく、低コスト化を図ることが可能となる。更に、光
出射端面を劈開で形成することが可能となり、チップの
分離と併せて、低コストで高品質なデバイスを実現する
ことができる。
Since this semiconductor laser uses the group III nitride crystal (GaN crystal) of the present invention as the substrate 701, the semiconductor laser device has few defects, has a large output operation, and has a long life. . The GaN substrate 7
01 is an n-type, so that the electrode 71
0 can be formed, and it is not necessary to take out the two electrodes on the p-side and the n-side only from the surface as in the prior art shown in FIG. 9, so that the cost can be reduced. Further, the light emitting end face can be formed by cleavage, and a low-cost and high-quality device can be realized in addition to chip separation.

【0071】また、図8は本発明に係る半導体デバイス
の他の構成例を示す図である。なお、図8の例では、半
導体デバイスは二次元電子ガスを有する電界効果トラン
ジスタとして構成されている。図8を参照すると、この
半導体デバイスは、上述したような仕方で結晶成長させ
たIII族窒化物結晶を用いたGaN基板801上に、A
lN絶縁層802,GaNバッファ層803,AlGa
N下部障壁層804,GaNチャネル層805,AlG
aN障壁層806,n−GaNコンタクト層807が順
次結晶成長されている。この結晶成長方法としては、M
OVPE(有機金属気相成長)法やMBE(分子線エピ
タキシー)法等の薄膜結晶成長方法を用いることができ
る。
FIG. 8 is a diagram showing another configuration example of the semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 8, the semiconductor device is configured as a field-effect transistor having a two-dimensional electron gas. Referring to FIG. 8, this semiconductor device is provided on a GaN substrate 801 using a group III nitride crystal grown in the manner described above.
1N insulating layer 802, GaN buffer layer 803, AlGa
N lower barrier layer 804, GaN channel layer 805, AlG
An aN barrier layer 806 and an n-GaN contact layer 807 are sequentially crystal-grown. As this crystal growth method, M
A thin film crystal growth method such as an OVPE (metal organic chemical vapor deposition) method or an MBE (molecular beam epitaxy) method can be used.

【0072】次いで、素子分離を施す。この素子分離で
は、図8には示していないが、少なくともGaNチャネ
ル層805を全てエッチングしており、AlGaN下部
障壁層804まで分離されている。ゲート電極808は
AlGaN上部障壁層806と接しており、Au/Ni
の積層構造により、ショットキー接合となっている。ソ
ース電極808とドレイン電極809はn−GaNコン
タクト層807と接しており、Al/Tiの積層構造に
より、オーミック接合となっている。
Next, element isolation is performed. In this element separation, although not shown in FIG. 8, at least the entire GaN channel layer 805 is etched, and the AlGaN lower barrier layer 804 is separated. The gate electrode 808 is in contact with the AlGaN upper barrier layer 806, and the Au / Ni
The structure is a Schottky junction. The source electrode 808 and the drain electrode 809 are in contact with the n-GaN contact layer 807, and have an ohmic junction due to the stacked structure of Al / Ti.

【0073】このようなデバイス構造で、ゲート電極8
08にゲート電圧を印加することで、GaNチャネル層
805に二次元電子ガスが発生する。この状態で、ソー
ス電極809とドレイン電極810との間にソースドレ
イン電圧を印加することで、電界効果トランジスタ特性
が得られる。
With such a device structure, the gate electrode 8
When a gate voltage is applied to the GaN channel layer 08, a two-dimensional electron gas is generated in the GaN channel layer 805. In this state, by applying a source / drain voltage between the source electrode 809 and the drain electrode 810, field-effect transistor characteristics can be obtained.

【0074】図8の構成例では、GaNチャネル層80
5を上部,下部のAlGaN障壁層806,804で挟
んだダブルヘテロ構造を有しているが、上部のAlGa
N障壁層806のみのシングルヘテロ構造でも適応可能
である。また、チャネル層805としてはGaN層を用
いているが、障壁層よりバンドギャップの小さいもので
あれば、例えばInGaN、AlInGaN等でも適応
可能である。また、コンタクト層807としてn−Ga
N層を用いているが、AlGaN障壁層806をn−A
lGaNとしてコンタクト層を兼用しても良い。
In the configuration example of FIG. 8, the GaN channel layer 80
5 has a double hetero structure in which upper and lower AlGaN barrier layers 806 and 804 are sandwiched.
A single hetero structure with only the N barrier layer 806 is also applicable. Further, although a GaN layer is used as the channel layer 805, for example, InGaN, AlInGaN, or the like can be used as long as the channel gap is smaller than that of the barrier layer. Further, n-Ga is used as the contact layer 807.
Although an N layer is used, the AlGaN barrier layer 806 has an n-A
A contact layer may also be used as lGaN.

【0075】さらに、本発明は、図8の二次元電子ガス
を有する電界効果トランジスタのみならず、ジャンクシ
ョン型電界効果トランジスタやヘテロバイボーラトラン
ジスタにも適応可能である。
Further, the present invention is applicable not only to the field effect transistor having the two-dimensional electron gas shown in FIG. 8, but also to a junction type field effect transistor and a heterobipolar transistor.

【0076】[0076]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項11記載の発明によれば、III族窒化物の結晶成長
が開始した後に、追加原料を供給するので、III族窒化
物の結晶をデバイスを作製することのできる程度の実用
的な大きさまで、大きく成長させることが可能となる。
しかも、実用的な大きさのIII族窒化物結晶(基板)を、
第1や第2の従来技術のような複雑な工程を経ることな
く、かつ第3の従来技術の問題点である高価な反応容器
を用いることなく、作製することが可能となる。また、
第1や第2の従来技術のような異種基板を用いた厚膜結
晶成長ではないので、作製されたIII族窒化物結晶に含
まれる結晶欠陥を大幅に低減することが可能となる。
As described above, according to the first to eleventh aspects of the present invention, the additional raw material is supplied after the crystal growth of the group III nitride is started. The crystal can be grown to a practical size large enough to produce a device.
Moreover, a group III nitride crystal (substrate) of a practical size,
It can be manufactured without going through complicated steps as in the first and second conventional techniques and without using an expensive reaction vessel which is a problem of the third conventional technique. Also,
Since this is not a thick-film crystal growth using a heterogeneous substrate as in the first and second prior arts, it is possible to greatly reduce crystal defects contained in the manufactured group III nitride crystal.

【0077】特に、請求項8記載の発明によれば、III
族窒化物結晶が成長するために必要な窒素圧力と大気圧
との差圧が生じる領域と、III族窒化物が成長するため
に必要な温度になる領域とが分離されているので、温度
制御と圧力制御とを確実に行なうことができ、また、反
応容器のコストを抑えることが可能となる。すなわち、
III族窒化物が結晶成長する温度になる反応容器の領域
には、その反応容器の内側および外側から任意の圧力を
かけることが可能であり、そのため反応容器の材質がス
テンレス等の一般的な材質でも、肉厚を薄くすることが
可能となり、低コストで結晶成長装置を実現することが
可能となる。
In particular, according to the invention of claim 8, III
Since the area where the pressure difference between the nitrogen pressure and the atmospheric pressure necessary for growing the group III nitride crystal is generated and the area where the temperature required for the group III nitride grows are separated, temperature control is performed. And pressure control can be performed reliably, and the cost of the reaction vessel can be reduced. That is,
An arbitrary pressure can be applied from the inside and outside of the reaction vessel to the region of the reaction vessel where the temperature at which the group III nitride crystal grows can be applied. Therefore, the material of the reaction vessel is made of a general material such as stainless steel. However, the thickness can be reduced, and a crystal growth apparatus can be realized at low cost.

【0078】また、請求項9記載の発明によれば、外側
容器と反応容器の間に窒素を導入することにより、反応
容器の結晶成長温度になる領域やヒーターの酸化を防止
することが可能となり、結晶成長装置の長寿命化が可能
となる。その結果、より一層の低コスト化が実現でき
る。
According to the ninth aspect of the present invention, by introducing nitrogen between the outer vessel and the reaction vessel, it becomes possible to prevent the region where the crystal growth temperature of the reaction vessel is reached or the oxidation of the heater. In addition, the life of the crystal growth apparatus can be extended. As a result, further cost reduction can be realized.

【0079】また、請求項10記載の発明によれば、原
料と接する領域が原料およびそれらの生成物に溶出,混
入しない材料で覆われているので、最終的に得られるII
I族窒化物結晶への不純物の混入を抑制することが可能
となり、高純度なIII族窒化物結晶を提供することが可
能となる。
According to the tenth aspect of the present invention, the region in contact with the raw material is covered with a material which does not elute or mix with the raw material and their products.
It becomes possible to prevent impurities from being mixed into the group I nitride crystal, and to provide a high-purity group III nitride crystal.

【0080】また、請求項11記載の発明によれば、請
求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の結晶成長方
法を用いてIII族窒化物結晶を結晶成長することで、半
導体デバイスを作製することが可能な程度の大きく、か
つ結晶品質の高いIII族窒化物結晶を低コストで提供す
ることが可能となる。
According to the eleventh aspect of the present invention, a group III nitride crystal is grown using the crystal growth method according to any one of the first to third aspects, thereby providing a semiconductor device. It is possible to provide, at low cost, a group III nitride crystal that is large enough to be able to be manufactured and has high crystal quality.

【0081】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項11記載のIII族窒化物結晶を用いて半導体デバイ
スを作製することで、高性能なデバイスを低コストで実
現できる。すなわち、このIII族窒化物結晶は、前述の
ように、結晶欠陥が少ない高品質な結晶であり、このII
I族窒化物を用いて、デバイスを作製し、あるいは、III
族窒化物の薄膜結晶成長用の基板として用いて、薄膜成
長からデバイス作製を行なうことで、高性能なデバイス
を実現できる。
According to the twelfth aspect of the present invention, a high-performance device can be realized at low cost by manufacturing a semiconductor device using the group III nitride crystal according to the eleventh aspect. That is, as described above, the group III nitride crystal is a high-quality crystal with few crystal defects,
Fabricate devices using Group I nitrides or III
A high-performance device can be realized by manufacturing a device from the growth of a thin film using the substrate as a substrate for growing a thin film crystal of a group nitride.

【0082】また、請求項13記載の発明によれば、請
求項11記載のIII族窒化物結晶を用いて光デバイスを
作製することで、高性能な光デバイスを低コストで実現
できる。ここで言う高性能とは、例えば半導体レーザや
発光ダイオードの場合には従来実現できていない高出力
かつ長寿命なものであり、受光デバイスとしては、低雑
音、長寿命なものである。
According to the thirteenth aspect, by manufacturing an optical device using the group III nitride crystal according to the eleventh aspect, a high-performance optical device can be realized at low cost. The term “high performance” as used herein means, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode which has a high output and a long life, which has not been realized conventionally, and a light receiving device which has a low noise and a long life.

【0083】また、請求項14記載の発明によれば、請
求項11記載の記載のIII族窒化物結晶を用いて電子デ
バイスを作製することで、高性能な電子デバイスを低コ
ストで実現できる。ここで言う高性能とは、例えば低雑
音、高速動作、高温動作可能なものである。
According to the fourteenth aspect of the present invention, a high-performance electronic device can be realized at low cost by manufacturing an electronic device using the group III nitride crystal according to the eleventh aspect. The term "high performance" as used herein means, for example, low noise, high speed operation, and high temperature operation.

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

【図1】本発明に係る結晶成長装置の構成例を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a crystal growth apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る結晶成長装置の他の構成例を示す
図である。
FIG. 2 is a diagram showing another configuration example of the crystal growth apparatus according to the present invention.

【図3】本発明の結晶成長方法を説明するための図であ
る。
FIG. 3 is a diagram for explaining a crystal growth method of the present invention.

【図4】本発明の結晶成長方法を説明するための図であ
る。
FIG. 4 is a view for explaining a crystal growth method of the present invention.

【図5】Ga/(Na+Ga)に対するGaN組成すなわ
ちGa/Nの関係を、反応容器内の窒素圧力aをパラメ
ータにして示した図である。
FIG. 5 is a graph showing the relationship between Ga / (Na + Ga) and the GaN composition, that is, Ga / N, using the nitrogen pressure a in the reaction vessel as a parameter.

【図6】本発明に係る結晶成長装置の他の構成例を示す
図である。
FIG. 6 is a diagram showing another configuration example of the crystal growth apparatus according to the present invention.

【図7】本発明に係る半導体デバイス(光デバイス)の
構成例を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device (optical device) according to the present invention.

【図8】本発明に係る半導体デバイス(電子デバイス)
の構成例を示す図である。
FIG. 8 shows a semiconductor device (electronic device) according to the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the first embodiment.

【図9】従来技術に示されているレーザダイオードを示
す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a laser diode shown in the prior art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 反応容器 102 成長容器 103 金属供給管 104 III族金属 105 穴 106 加圧装置 107 反応容器の内部空間 108 窒素供給管 109 圧力制御装置 110 下部ヒーター 111 側部ヒーター 112 外側容器 113 第2の窒素供給管 114 圧力制御装置 115 断熱材 116 III族窒化物結晶 117 ニッケル膜 120 フラックス 121 III族金属 701 n型GaN基板 702 n型AlGaNクラッド層 703 n型GaNガイド層 704 InGaN MQW(多重量子井戸)活性
層 705 p型GaNガイド層 706 p型AlGaNクラッド層 707 p型GaNコンタクト層 708 SiO2絶縁膜 709 p側オーミック電極 710 n側オーミック電極 801 GaN基板上 802 AlN絶縁層 803 GaNバッファ層 804 AlGaN下部障壁層 805 GaNチャネル層 806 AlGaN障壁層 807 n−GaNコンタクト層 808 ゲート電極 808 ソース電極 809 ドレイン電極
Reference Signs List 101 Reaction vessel 102 Growth vessel 103 Metal supply pipe 104 Group III metal 105 Hole 106 Pressurizing device 107 Internal space of reaction vessel 108 Nitrogen supply pipe 109 Pressure controller 110 Lower heater 111 Side heater 112 Outer vessel 113 Second nitrogen supply Tube 114 pressure control device 115 heat insulator 116 group III nitride crystal 117 nickel film 120 flux 121 group III metal 701 n-type GaN substrate 702 n-type AlGaN cladding layer 703 n-type GaN guide layer 704 InGaN MQW (multiple quantum well) active layer 705 p-type GaN guide layer 706 p-type AlGaN cladding layer 707 p-type GaN contact layer 708 SiO 2 insulating film 709 p-side ohmic electrode 710 n-side ohmic electrode 801 GaN substrate 802 AlN insulating layer 803 GaN buffer § layer 804 AlGaN lower barrier layer 805 GaN channel layer 806 AlGaN barrier layer 807 n-GaN contact layer 808 gate electrode 808 source electrode 809 drain electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01L 33/00 H01L 33/00 C H01S 5/343 H01S 5/343 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01L 33/00 H01L 33/00 C H01S 5/343 H01S 5/343

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器内に、少なくともIII族金属と
フラックスとが収容されており、III族窒化物結晶を結
晶成長させるために反応容器の外部から反応容器内に窒
素または窒素を含む化合物を導入することを特徴とする
III族窒化物結晶の結晶成長方法。
At least a group III metal and a flux are contained in a reaction vessel. Nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel from outside the reaction vessel in order to grow a group III nitride crystal. Characterized by introducing
A method for growing a group III nitride crystal.
【請求項2】 反応容器内に、少なくともIII族金属と
フラックスとが収容されており、反応容器内に窒素また
は窒素を含む化合物を導入してIII族窒化物結晶を結晶
成長させるようになっており、この際、III族窒化物結
晶の大きさを大きくするために、III族窒化物結晶の結
晶成長時に、さらに、III族金属を追加補給することを
特徴とするIII族窒化物結晶の結晶成長方法。
2. A reaction vessel containing at least a group III metal and a flux, wherein nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel to grow a group III nitride crystal. At this time, in order to increase the size of the group III nitride crystal, during the growth of the group III nitride crystal, a group III nitride crystal is further supplemented with a group III metal. Growth method.
【請求項3】 請求項1または請求項2記載の結晶成長
方法において、III族金属と窒素または窒素を含む化合
物との比率を一定に制御して、III族窒化物結晶を結晶
成長させることを特徴とするIII族窒化物結晶の結晶成
長方法。
3. The crystal growth method according to claim 1, wherein the ratio of the group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen is controlled to be constant to grow the group III nitride crystal. Characteristic method for growing a group III nitride crystal.
【請求項4】 反応容器内に、少なくともIII族金属と
フラックスとが収容されており、III族窒化物結晶を結
晶成長させるために反応容器の外部から反応容器内に窒
素または窒素を含む化合物を導入する手段を備えている
ことを特徴とする結晶成長装置。
4. A reaction vessel containing at least a group III metal and a flux, wherein nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel from outside the reaction vessel in order to grow a group III nitride crystal. A crystal growth apparatus comprising a means for introducing.
【請求項5】 反応容器内に、少なくともIII族金属と
フラックスとが収容されており、反応容器内に窒素また
は窒素を含む化合物を導入してIII族窒化物結晶を結晶
成長させるようになっており、この際、III族窒化物結
晶の大きさを大きくするために、III族窒化物結晶の結
晶成長時に、さらに、III族金属を追加補給する手段を
備えていることを特徴とする結晶成長装置。
5. A reaction vessel containing at least a group III metal and a flux, wherein nitrogen or a compound containing nitrogen is introduced into the reaction vessel to grow a group III nitride crystal. At this time, in order to increase the size of the group III nitride crystal, the crystal growth is characterized by further comprising a means for additionally supplying a group III metal during the crystal growth of the group III nitride crystal. apparatus.
【請求項6】 請求項4または請求項5記載の結晶成長
装置において、III族窒化物結晶を結晶成長させるとき
に、III族金属と窒素または窒素を含む化合物との比率
を一定に制御する手段を備えていることを特徴とする結
晶成長装置。
6. The crystal growth apparatus according to claim 4, wherein a ratio of a group III metal to nitrogen or a compound containing nitrogen is controlled to be constant when growing a group III nitride crystal. A crystal growth apparatus comprising:
【請求項7】 少なくともフラックスとIII族金属と窒
素あるいは窒素を含む化合物とを用いてIII族窒化物結
晶を結晶成長させる結晶成長装置において、温度と圧力
とが制御される反応容器内で、III族窒化物の結晶成長
がなされる領域と、III族金属と窒素あるいは窒素を含
む化合物とが供給される領域とが分離されていることを
特徴とする結晶成長装置。
7. A crystal growth apparatus for growing a group III nitride crystal using at least a flux, a group III metal, and nitrogen or a compound containing nitrogen, comprising: A crystal growth apparatus, wherein a region where a group III nitride crystal is grown is separated from a region where a group III metal and nitrogen or a compound containing nitrogen are supplied.
【請求項8】 請求項7記載の結晶成長装置において、
反応容器の外側にさらに外側容器が設けられており、II
I族窒化物結晶が成長するために必要な窒素圧力と大気
圧との差圧が生じる領域と、III族窒化物が成長するた
めに必要な温度になる領域とが分離されていることを特
徴とする結晶成長装置。
8. The crystal growth apparatus according to claim 7, wherein
An outer container is further provided outside the reaction container, and II
It is characterized in that the region where the pressure difference between nitrogen pressure and atmospheric pressure necessary for growing Group I nitride crystal is generated and the region where the temperature required for growing Group III nitride is reached are separated. Crystal growth equipment.
【請求項9】 請求項8記載の結晶成長装置において、
外側容器と反応容器との間には窒素が導入されるように
なっていることを特徴とする結晶成長装置。
9. The crystal growth apparatus according to claim 8, wherein
A crystal growth apparatus characterized in that nitrogen is introduced between an outer vessel and a reaction vessel.
【請求項10】 請求項7乃至請求項9のいずれか一項
に記載の結晶成長装置において、原料と接する領域が、
原料およびそれらの生成物に溶出,混入しない材料で覆
われていることを特徴とする結晶成長装置。
10. The crystal growth apparatus according to claim 7, wherein the region in contact with the raw material is:
A crystal growth apparatus characterized by being covered with a material that does not elute or mix with the raw materials and their products.
【請求項11】 請求項1乃至請求項3のいずれか一項
に記載の結晶成長方法を用いて結晶成長させたIII族窒
化物結晶。
11. A group III nitride crystal grown using the crystal growth method according to claim 1. Description:
【請求項12】 請求項11記載のIII族窒化物結晶を
用いて作製したIII族窒化物半導体デバイス。
12. A group III nitride semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal according to claim 11.
【請求項13】 請求項12記載のIII族窒化物半導体
デバイスにおいて、該III族窒化物半導体デバイスは、
光デバイスであることを特徴とするIII族窒化物半導体
デバイス。
13. The group III nitride semiconductor device according to claim 12, wherein the group III nitride semiconductor device is
A group III nitride semiconductor device, which is an optical device.
【請求項14】 請求項12記載のIII族窒化物半導体
デバイスにおいて、該III族窒化物半導体デバイスは、
電子デバイスであることを特徴とするIII族窒化物半導
体デバイス。
14. The group III nitride semiconductor device according to claim 12, wherein the group III nitride semiconductor device is
A group III nitride semiconductor device, which is an electronic device.
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