JP2002128587A - Method and apparatus for crystal growth, group iii nitride crystal, and semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for crystal growth, group iii nitride crystal, and semiconductor device

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JP2002128587A JP2000318988A JP2000318988A JP2002128587A JP 2002128587 A JP2002128587 A JP 2002128587A JP 2000318988 A JP2000318988 A JP 2000318988A JP 2000318988 A JP2000318988 A JP 2000318988A JP 2002128587 A JP2002128587 A JP 2002128587A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride crystal whose size is usable for manufacturing a device such as a high-performance light emitting diode, a high- performance laser diode(LD), etc., without complicating its producing method, without using an expensive reaction vessel, and without allowing the crystal size to become smaller, and to provide the method and apparatus for crystal where such a group III nitride crystal can be grown. SOLUTION: A group III nitride composed of a group III metal and nitrogen is grown to crystal from a mixture melt, in which an alkaline metal and a substance containing at least a group III are mixed, and from a substance containing at least nitrogen. A mixture melt-holding container 102 for holding a mixture melt 103 is installed inside a reaction vessel. The inner shape 102a of the container 102 is so formed that a local density distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixture melt 103.

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、結晶成長方法およ
び結晶成長装置およびIII族窒化物結晶およびIII族窒化
物半導体デバイスに関する。
The present invention relates to a crystal growth method and a crystal growth apparatus, a group III nitride crystal, 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MO
−CVD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 InGaAlN-based (group III nitride) devices currently used as violet-blue-green light sources are:
Most of them are MO on sapphire or SiC substrate.
-It is manufactured by crystal growth using a CVD method (metal organic chemical vapor deposition method), an MBE method (molecular beam crystal growth method), or the like. When sapphire or SiC is used as a substrate, crystal defects due to a large difference in thermal expansion coefficient and lattice constant from group III 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】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
In the group I nitride semiconductor device, it is difficult to separate a chip 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, cavity end face formation by dry etching,
Alternatively, after the sapphire substrate is polished to a thickness of 100 μm or less, 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, and the process becomes complicated, which leads to an increase in cost.

【0004】これら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
の他の工夫を行うことで、結晶欠陥を低減させることが
提案されている。
In order to solve these problems, it has been proposed to reduce the crystal defects by selectively growing a group III nitride semiconductor film on a sapphire substrate in a lateral direction or by taking other measures.

【0005】例えば文献「Japanese Journal of Applie
d Physics Vol.36 (1997) Part 2,No.12A, L1568-157
1」(以下、第1の従来技術と称す)には、図7に示す
ようなレーザダイオード(LD)が示されている。図7
のレーザダイオードは、MO−VPE(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S
iO2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、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、MO
−VPE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
択横方向成長及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。
[0005] For example, the document "Japanese Journal of Applie"
d Physics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A, L1568-157
"1" (hereinafter, referred to as a first conventional technique) shows a laser diode (LD) as shown in FIG. FIG.
In the laser diode of (1), a GaN low-temperature buffer layer 2 and a GaN layer 3 are sequentially grown on a sapphire substrate 1 by an MO-VPE (metal organic chemical vapor deposition) apparatus,
An iO 2 mask 4 is formed. The 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 MO 2 is again placed on the SiO 2 mask 4.
By growing the GaN film 3 having a thickness of 20 μm with a −VPE device, GaN is selectively grown in the lateral direction, and crystal defects are reduced as compared with the case where selective lateral growth is not performed. 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.

【0006】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較
して、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、SiO
2マスク形成工程を挟んで、MO−VPE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 regard to insulation and cleavage still remain. Furthermore, SiO
The crystal growth by the MO-VPE apparatus is required twice with the two mask forming steps interposed therebetween, which causes a new problem that the steps become complicated.

【0007】また、別の方法として、例えば文献「Appl
ied Physics Letters, Vol.73, No.6,P.832-834(199
8)」(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MO−VPE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, P. 832-834 (199
8) "(hereinafter referred to as a second prior art) proposes to apply 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 thick GaN film is grown by an H-VPE (hydride vapor phase epitaxy) apparatus. By polishing the grown GaN film from the sapphire substrate side to a thickness of 150 μm,
Make a substrate. Using an MO-VPE apparatus, crystal growth necessary for an LD device is sequentially performed on this GaN substrate to produce 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.

【0008】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及び熱膨張係数差に伴う
応力が大きくなり、基板の反りやクラックが生じるとい
う問題が新たに発生する。また、このような複雑な工程
を行なっても結晶欠陥密度は106個/cm2台程度まで
しか低減できず、実用的な半導体デバイスを得ることが
できない。
[0008] 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 as large as 00 μm is grown, a stress due to a difference in lattice constant and a difference in thermal expansion coefficient from sapphire, which is a substrate, becomes large, and a new problem arises in that the substrate is warped or cracked. Further, even if such a complicated process is performed, the crystal defect density can be reduced to only about 10 6 / cm 2 , and a practical semiconductor device cannot be obtained.

【0009】この問題を回避するために、特開平10−
256662号には、厚膜成長する元の基板(特開平1
0−256662号ではサファイアとスピネルが最も望
ましいと記載されている)の厚さを1mm以上とするこ
とが提案されている。この厚さ1mm以上の基板を用い
ることにより、厚膜のGaN膜を200μm成長して
も、基板の反りやクラックが生じないとしている。しか
し、このように厚い基板は、基板自体のコストが高く、
また研磨に多くの時間を費やす必要があり、研磨工程の
コストアップにつながる。すなわち、厚い基板を用いる
ことにより、薄い基板を用いる場合に比較して、コスト
が高くなる。また、厚い基板を用いる場合には、厚膜の
GaN膜を成長した後には基板の反りやクラックが生じ
ないが、研磨の工程で応力緩和し、研磨途中で反りやク
ラックが発生する。このため、厚い基板を用いても、結
晶品質の高いGaN基板を大面積化で容易に作成するこ
とはできない。
To avoid this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No.
Japanese Patent No. 2566662 discloses a substrate on which a thick film is grown (Japanese Patent Laid-Open No.
No. 0-256662 describes that sapphire and spinel are most desirable). By using a substrate having a thickness of 1 mm or more, even if a thick GaN film is grown to a thickness of 200 μm, no warping or cracking of the substrate occurs. However, such a thick substrate has a high cost of the substrate itself,
In addition, it is necessary to spend much time for polishing, which leads to an increase in the cost of the polishing process. That is, by using a thick substrate, the cost is higher than when using a thin substrate. When a thick substrate is used, the substrate does not warp or crack after growing a thick GaN film, but stress is relaxed in the polishing step, and warpage or cracks occur during polishing. For this reason, even if a thick substrate is used, a GaN substrate with high crystal quality cannot be easily formed with a large area.

【0010】一方、文献「Journal of Crystal Growth,
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、及
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及び第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 Growth,
Vol.189 / 190, p.153-158 (1998) "(hereinafter referred to as a third conventional technique) proposes growing a GaN bulk crystal and using it as a homoepitaxial substrate. . This technique uses liquid Ga at high temperatures of 1400-1700 ° C. and nitrogen pressures as high as tens of kbar.
This is a technique for growing GaN from a crystal. 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 Materi
als Vol.9 (1997) P.413-416」(以下、第4の従来技術
と称す)には、アルカリ金属であるNaをフラックスと
して用いたGaN結晶成長方法が提案されている。この
方法は、アジ化ナトリウム(NaN3)と金属Gaをフ
ラックスおよび原料として、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、Ga
N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/cm
2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, the literature "Chemistry of Materi
als Vol. 9 (1997) P. 413-416 ”(hereinafter referred to as a fourth conventional technique) proposes a GaN crystal growth method using Na which is an alkali metal as a flux. According to this method, a reaction vessel made of stainless steel (inside dimensions: inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm) using sodium azide (NaN 3 ) and metal Ga as flux and raw materials.
In a nitrogen atmosphere, and the reaction vessel is 600 to 800
C. for 24 to 100 hours.
This is for growing an N crystal. In the case of the fourth prior art, crystal growth at a relatively low temperature of about 600 to 800 ° C. is possible, and the pressure in the container is at most 100 kg / cm.
The feature is that the pressure can be reduced as compared with the second prior art, which is about two . 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I
II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. The present invention provides a group III nitride crystal of a practical size for manufacturing high-performance light-emitting diodes and devices such as LDs without reducing the size of
It is an object of the present invention to provide a crystal growth method and a crystal growth apparatus capable of growing a group II 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、反応容器内で、アルカリ金
属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を形
成しており、前記混合融液と少なくとも窒素を含む物質
から、III族金属と窒素から構成されるIII族窒化物を結
晶成長させるときに、混合融液中に溶存窒素の局所的な
濃度分布を生じさせることを特徴としている。
According to a first aspect of the present invention, an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt in a reaction vessel. Generating a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt when growing a Group III nitride composed of a Group III metal and nitrogen from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen. It is characterized by.

【0015】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載の結晶成長方法において、前記混合融液を保持する混
合融液保持容器の容器内形状によって、混合融液中に溶
存窒素の局所的な濃度分布を生じさせることを特徴とし
ている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided the crystal growth method according to the first aspect, wherein the local shape of dissolved nitrogen in the mixed melt is determined by the shape of the mixed melt holding container holding the mixed melt. The characteristic feature is that a typical concentration distribution is generated.

【0016】また、請求項3記載の発明は、請求項2記
載の結晶成長方法において、前記混合融液保持容器とし
て、その内壁の形状が、下方に向かうに伴って横断面積
が小さくなる形状のものを用いて、混合融液中に溶存窒
素の局所的な濃度分布を生じさせることを特徴としてい
る。
According to a third aspect of the present invention, in the crystal growth method according to the second aspect, the shape of the inner wall of the mixed melt holding container is such that the cross-sectional area decreases as it goes downward. It is characterized in that a local concentration distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixed melt by using the same.

【0017】また、請求項4記載の発明は、請求項2記
載の結晶成長方法において、前記混合融液保持容器とし
て、その内壁の一部に横断面積が小さい部分を有してい
るものを用いて、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度
分布を生じさせることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the crystal growth method according to the second aspect, wherein the mixed melt holding vessel has a portion having a small cross-sectional area in a part of an inner wall thereof. Thus, a local concentration distribution of dissolved nitrogen is produced in the mixed melt.

【0018】また、請求項5記載の発明は、請求項2記
載の結晶成長方法において、混合融液保持容器として、
その容器内形状が、下方に向かうに伴って横断面積が小
さくなり、途中から、横断面積が一様となるか、もしく
は、下方に向かうに伴って横断面積が大きくなる形状の
ものを用いて、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分
布を生じさせることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the crystal growth method of the second aspect, the mixed melt holding container is
The shape in the container, the cross-sectional area becomes smaller as going downward, and from the middle, the cross-sectional area becomes uniform, or using a shape whose cross-sectional area becomes larger as going down, It is characterized in that a local concentration distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixed melt.

【0019】また、請求項6記載の発明は、反応容器内
で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質と
が混合融液を形成しており、この混合融液と少なくとも
窒素を含む物質から、III族金属と窒素から構成されるI
II族窒化物を結晶成長させる結晶成長装置であって、反
応容器内には、混合融液を保持する混合融液保持容器が
設けられ、混合融液保持容器は、その容器内形状が、混
合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を生じさせる形
状のものとなっていることを特徴としている。
Further, according to the present invention, the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, and the mixed melt is mixed with the substance containing at least nitrogen. , Consisting of Group III metals and nitrogen
A crystal growth apparatus for growing a group II nitride crystal, wherein a mixed melt holding vessel for holding a mixed melt is provided in a reaction vessel, and the mixed melt holding vessel has a mixed shape in the vessel. It is characterized in that it has a shape that produces a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the melt.

【0020】また、請求項7記載の発明は、請求項6記
載の結晶成長装置において、前記混合融液保持容器は、
その内壁の形状が、下方に向かうに伴って横断面積が小
さくなる形状となっていることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the present invention, in the crystal growth apparatus according to the sixth aspect, the mixed melt holding container is
It is characterized in that the shape of the inner wall is such that the cross-sectional area decreases as it goes downward.

【0021】また、請求項8記載の発明は、請求項6記
載の結晶成長装置において、前記混合融液保持容器は、
その内壁の一部に横断面積が小さい部分を有しているこ
とを特徴としている。
The invention according to claim 8 is the crystal growth apparatus according to claim 6, wherein the mixed melt holding container is
It is characterized in that a part of the inner wall has a small cross-sectional area.

【0022】また、請求項9記載の発明は、請求項6記
載の結晶成長装置において、混合融液保持容器は、その
容器内形状が、下方に向かうに伴って横断面積が小さく
なり、途中から、横断面積が一様となるか、もしくは、
下方に向かうに伴って横断面積が大きくなる形状となっ
ていることを特徴としている。
According to a ninth aspect of the present invention, in the crystal growth apparatus according to the sixth aspect, the cross-sectional area of the mixed melt holding container becomes smaller as the shape of the container goes downward, and , The cross-sectional area is uniform, or
It is characterized in that the cross-sectional area increases as it goes downward.

【0023】また、請求項10記載の発明は、請求項7
または請求項8記載の結晶成長装置において、反応容器
101内を結晶成長可能な温度に制御できるように加熱
装置がさらに設けられていることを特徴としている。
The invention according to claim 10 is the invention according to claim 7.
Alternatively, in the crystal growth apparatus according to the eighth aspect, a heating apparatus is further provided so that the inside of the reaction vessel 101 can be controlled to a temperature at which a crystal can be grown.

【0024】また、請求項11記載の発明は、請求項9
記載の結晶成長装置において、第1の加熱装置と、第2
の加熱装置とがさらに設けられており、第1の加熱装置
と第2の加熱装置とによって、前記混合融液保持容器の
上部の加熱温度と前記混合融液保持容器の下部の加熱温
度との間に所定の温度差を設定することを特徴としてい
る。
Further, the invention described in claim 11 is the same as the ninth invention.
The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the first heating device and the second heating device
Is further provided, and the first heating device and the second heating device determine a heating temperature of an upper portion of the mixed melt holding container and a heating temperature of a lower portion of the mixed melt holding container. It is characterized in that a predetermined temperature difference is set between them.

【0025】また、請求項12記載の発明は、請求項1
乃至請求項5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族窒化物結晶である。
The invention according to claim 12 is the first invention.
A group III nitride crystal grown using the crystal growth method according to any one of claims 1 to 5.

【0026】また、請求項13記載の発明は、請求項1
2記載のIII族窒化物結晶を用いて作製した半導体デバ
イスである。
The invention of claim 13 is the first invention.
A semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal according to item 2.

【0027】また、請求項14記載の発明は、請求項1
3記載の半導体デバイスは、400nmより短い波長で
発光する発光デバイスであることを特徴としている。
The invention according to claim 14 is the first invention.
The semiconductor device described in 3 is a light emitting device that emits light at a wavelength shorter than 400 nm.

【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。本発明は、反応容器内に、アルカリ
金属と少なくともIII族金属を含む物質との混合融液が
あり、この混合融液と少なくとも窒素を含む物質とか
ら、III族金属と窒素とにより構成されるIII族窒化物を
結晶成長させるものであって、III族窒化物を結晶成長
させるときに、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分
布を生じさせることを特徴としている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The present invention provides, in a reaction vessel, a mixed melt of an alkali metal and a substance containing at least a group III metal, and is composed of a group III metal and nitrogen from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen. A group III nitride crystal is grown, characterized in that when growing a group III nitride crystal, a local concentration distribution of dissolved nitrogen is produced in the mixed melt.

【0029】ここで、混合融液を保持する混合融液保持
容器の容器内形状によって、混合融液中に溶存窒素の局
所的な濃度分布を生じさせることができる。
Here, a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt can be generated by the shape of the mixed melt holding container for holding the mixed melt.

【0030】本発明によるIII族窒化物結晶の成長方法
をより具体的に説明する。すなわち、反応容器内には、
アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質、及び
少なくとも窒素を含む物質が存在する。これらの物質は
外部から供給しても良いし、あるいは、最初から反応容
器内に存在させても良い。また、この反応容器には温度
制御機構が設けられており、反応容器内を結晶成長可能
な温度に上げること、及び、結晶成長が停止する温度に
下げること、及び、それらの温度に任意の時間保持する
ことが可能となっている。反応容器内の温度および実効
窒素分圧をIII族窒化物結晶が結晶成長する条件に設定
することにより、III族窒化物の結晶成長を開始させる
ことが可能である。
The method for growing a group III nitride crystal according to the present invention will be described more specifically. That is, in the reaction vessel,
There are substances containing alkali metals and at least Group III metals, and substances containing at least nitrogen. These substances may be supplied from the outside or may be present in the reaction vessel from the beginning. Further, the reaction vessel is provided with a temperature control mechanism. The temperature inside the reaction vessel can be raised to a temperature at which crystal growth can be performed, and the temperature can be lowered to a temperature at which crystal growth is stopped, and the temperature can be raised for any time. It is possible to hold. By setting the temperature in the reaction vessel and the effective nitrogen partial pressure to the conditions under which the group III nitride crystal grows, the crystal growth of the group III nitride can be started.

【0031】上記温度制御機構によって所定の温度に設
定したとき、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含
む物質とは、混合融液を形成する。この混合融液中に窒
素が溶存する。なお、ここでいう溶存とは、窒素が混合
融液中に溶けた状態で存在していることである。
When the temperature is set to a predetermined value by the temperature control mechanism, the alkali metal and the substance containing at least the group III metal form a mixed melt. Nitrogen is dissolved in the mixed melt. The term “dissolved” as used herein means that nitrogen is present in the mixed melt in a dissolved state.

【0032】本発明では、この段階で、混合融液中の溶
存窒素の濃度に空間的な(局所的な)分布を生じさせ
る。なお、このような混合融液中における溶存窒素の局
所的な濃度分布は、所定の温度の下で、混合融液保持容
器内において窒素が混合融液の表面から混合融液内部に
向けて移動し、この際、混合融液保持容器が後述のよう
な容器内形状となっていることによって生じると考えら
れる。
In the present invention, at this stage, a spatial (local) distribution is generated in the concentration of the dissolved nitrogen in the mixed melt. Note that the local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt is such that nitrogen moves from the surface of the mixed melt toward the inside of the mixed melt in the mixed melt holding vessel at a predetermined temperature. However, at this time, it is considered that this is caused by the fact that the mixed melt holding container has an inner shape as described later.

【0033】そして、混合融液中に溶存窒素の局所的な
濃度分布を生じさせることで、混合融液の特定の領域に
おいてIII族窒化物の結晶を成長させることが可能とな
る。すなわち、結晶成長開始初期の時点において結晶核
が生じるが、混合融液中の溶存窒素濃度に局所的な分布
があると、結晶核の発生が混合融液中の一部に限定され
る。この結晶核が中心となり、III族窒化物の結晶成長
を進行させることができる。
Then, by generating a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt, it becomes possible to grow a group III nitride crystal in a specific region of the mixed melt. That is, crystal nuclei are generated at the initial stage of the crystal growth start, but if there is a local distribution of the dissolved nitrogen concentration in the mixed melt, the generation of the crystal nuclei is limited to a part of the mixed melt. With this crystal nucleus at the center, the crystal growth of the group III nitride can proceed.

【0034】そして、所望の大きさに結晶成長した後
に、反応容器の温度を、結晶を取り出すことができる程
度の温度まで下げる。
After the crystal is grown to a desired size, the temperature of the reaction vessel is lowered to a temperature at which the crystal can be taken out.

【0035】なお、上述の説明において、および、以下
の説明において、窒素とは、窒素分子あるいは窒素を含
む化合物から生成された窒素分子や原子状窒素、および
窒素を含む原子団および分子団のことである。
In the above description and in the following description, nitrogen refers to nitrogen molecules or atomic nitrogen produced from nitrogen molecules or compounds containing nitrogen, and atomic groups and molecular groups containing nitrogen. It is.

【0036】上述のように、本発明においては、混合融
液を保持する混合融液保持容器の容器内形状によって、
混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を生じさせる
ようなっている。
As described above, in the present invention, depending on the internal shape of the mixed melt holding container for holding the mixed melt,
A local concentration distribution of dissolved nitrogen is produced in the mixed melt.

【0037】図1は本発明の結晶成長装置の構成例を示
す図である。本発明の結晶成長装置は、反応容器内で、
アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む物質(例え
ば、Ga)とが混合融液を形成しており、この混合融液
と少なくとも窒素(N)を含む物質から、III族金属と
窒素から構成されるIII族窒化物を結晶成長させるよう
に構成されている。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a crystal growth apparatus of the present invention. The crystal growth apparatus of the present invention, in a reaction vessel,
An alkali metal and a substance containing at least a group III metal (for example, Ga) form a mixed melt. The mixed melt is made of a group III metal and nitrogen from a substance containing at least nitrogen (N). It is configured to grow a group III nitride crystal.

【0038】すなわち、図1を参照すると、反応容器1
01内には、混合融液保持容器102が設置されてい
る。ここで、混合融液保持容器102の材質は、例え
ば、BN(窒化ホウ素)である。そして、混合融液保持
容器102は、III族金属(例えば、Ga)とアルカリ
金属(例えば、Na)とにより構成される混合融液10
3を保持するようになっている。
That is, referring to FIG.
Inside 01, a mixed melt holding container 102 is provided. Here, the material of the mixed melt holding container 102 is, for example, BN (boron nitride). The mixed melt holding container 102 is a mixed melt 10 composed of a group III metal (eg, Ga) and an alkali metal (eg, Na).
3 is held.

【0039】また、図1を参照すると、反応容器101
には、反応容器101内を結晶成長可能な温度に制御で
きるように加熱装置106が設けられている。また、反
応容器101内の空間領域108には、窒素供給管10
4を通して、反応容器101外から窒素ガスが供給され
るようになっており、窒素圧力を調整するために、図1
の装置では、圧力調整機構105が設けられている。こ
の窒素圧力調整機構105は、圧力センサー及び圧力調
整弁等により構成されている。
Referring also to FIG. 1, the reaction vessel 101
Is provided with a heating device 106 so that the inside of the reaction vessel 101 can be controlled to a temperature at which a crystal can be grown. Further, a nitrogen supply pipe 10 is provided in a space area 108 in the reaction vessel 101.
4, a nitrogen gas is supplied from outside the reaction vessel 101. In order to adjust the nitrogen pressure, FIG.
In the device described above, a pressure adjusting mechanism 105 is provided. This nitrogen pressure adjusting mechanism 105 is constituted by a pressure sensor, a pressure adjusting valve, and the like.

【0040】本発明では、混合融液保持容器102は、
その容器内形状が、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃
度分布を生じさせる形状のものとなっている。
In the present invention, the mixed melt holding container 102 is
The inside shape of the container is a shape that causes a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt.

【0041】図2は混合融液保持容器102の一例を示
す図である。図2の混合融液保持容器102は、その内
壁102aの形状が、下方に向かって内容積(横断面
積)が小さくなる形状となっている。ここで、混合融液
保持容器102の内壁102aの形状が下方に向かうに
従って横断面積が小さくなる形状とは、混合融液保持容
器102の内壁102aの形状が、円錐形状もしくは角
錐形状で、下側に錘の頂点がある形状となっていること
である。すなわち、図2の例では、混合融液103は、
立体的には頂点を下にした円錐形状で削り取った形状の
内壁102aで囲まれた部分に保持される。
FIG. 2 is a view showing an example of the mixed melt holding container 102. The inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 in FIG. 2 has a shape in which the inner volume (cross-sectional area) decreases downward. Here, the shape in which the cross-sectional area becomes smaller as the shape of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 goes downward is defined as that the shape of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 is conical or pyramidal, Is a shape having a vertex of the weight at the top. That is, in the example of FIG.
Three-dimensionally, it is held at a portion surrounded by an inner wall 102a shaped like a cone with its apex down.

【0042】図1,図2のような構成の結晶成長装置で
は、反応容器101の窒素圧力を50気圧にし、温度を
結晶成長が開始する温度750℃まで昇温する。この成
長条件を一定時間保持することで、III族窒化物結晶
(例えば、GaN結晶)109が混合融液保持容器10
2内に成長する。このとき結晶成長初期の段階で、III
族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109の核が発生
し、そこを元に結晶成長が進行するが、III族窒化物結
晶(例えば、GaN結晶)109が成長する領域は、図
2の混合融液保持容器102の内壁102aの傾斜した
上部のみである。
In the crystal growth apparatus having the structure shown in FIGS. 1 and 2, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is set to 50 atm, and the temperature is increased to 750 ° C. at which the crystal growth starts. By keeping these growth conditions for a certain period of time, the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is mixed with the mixed melt holding container 10.
Growing into 2 At this time, at the initial stage of crystal growth, III
A nucleus of a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is generated, and crystal growth proceeds based on the nucleus. A region where a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows is shown in FIG. This is only the inclined upper part of the inner wall 102a of the melt holding container 102.

【0043】混合融液保持容器102の内壁102aの
形状が、図2のような形状(円錐形状や角錐形状のよう
な形状)でなく、円柱形状や角柱形状のものである場合
には、III族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109
の核は混合融液保持容器102の内壁102aの全面に
成長し、単結晶のIII族窒化物結晶(例えば、GaN結
晶)109は大きくならない。これに対し、混合融液保
持容器102の内壁102aの形状が図2のようになっ
ている場合には、III族窒化物結晶(例えば、GaN結
晶)109の核発生は、混合融液103の一部の領域に
留まり、混合融液103中のIII族金属(例えば、G
a)をIII族窒化物単結晶(例えば、GaN単結晶)の
成長に効率的に利用可能となり、結晶形状の大きいもの
を得ることが可能となる。
When the shape of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 is not a shape as shown in FIG. 2 (a shape such as a cone or a pyramid) but a column or a prism, III Group nitride crystal (for example, GaN crystal) 109
Grows on the entire inner wall 102a of the mixed melt holding vessel 102, and the single crystal group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 does not grow. On the other hand, when the shape of the inner wall 102 a of the mixed melt holding container 102 is as shown in FIG. 2, nucleation of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is caused by the mixed melt 103. Group III metals (for example, G
a) can be efficiently used for growing a group III nitride single crystal (for example, a GaN single crystal), and a crystal having a large crystal shape can be obtained.

【0044】これは次のメカニズムによるものと考えら
れる。すなわち、反応容器101の空間領域108に充
填されている窒素ガスからの窒素が、混合融液103の
表面103aから混合融液103中に溶け込む(混合融
液103の表面103aから混合融液103中に例えば
拡散によって移動する)。混合融液保持容器102の内
壁102aの形状が図2に示すような形状である場合、
混合融液103内の窒素の移動方向(窒素が混合融液1
03の表面103aから混合融液103の内部に拡散に
よって移動する方向(すなわち、上方から下方への方
向))に対して垂直な方向の混合融液保持容器102の
内壁102aの横断面形状が変化している。そのため、
混合融液103中での溶存窒素濃度に空間的な違い(分
布)が生じ、III族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)
109の結晶核が混合融液保持容器102の内壁102
aの一部で発生する。
This is considered to be due to the following mechanism. That is, the nitrogen from the nitrogen gas filled in the space region 108 of the reaction vessel 101 dissolves into the mixed melt 103 from the surface 103a of the mixed melt 103 (from the surface 103a of the mixed melt 103 to the For example by diffusion). When the shape of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 is as shown in FIG.
The direction of movement of nitrogen in the mixed melt 103
The cross-sectional shape of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 in a direction perpendicular to the direction (that is, the direction from above to below) that moves by diffusion from the surface 103a to the inside of the mixed melt 103 changes. are doing. for that reason,
A spatial difference (distribution) occurs in the dissolved nitrogen concentration in the mixed melt 103, and a group III nitride crystal (for example, a GaN crystal)
The crystal nucleus 109 forms the inner wall 102 of the mixed melt holding vessel 102.
Occurs in part of a.

【0045】すなわち、混合融液保持容器102の内壁
102aの横断面積を変化させると(混合融液103の
横断面積を容器102の内壁102aの形状により変化
させると)、混合融液103内に溶存窒素濃度の局所的
な分布が生じることとなる。その結果、III族窒化物結
晶(例えば、GaN結晶)109の結晶核の発生は、混
合融液103中の一部に限定される。発生した結晶核を
中心にして、さらにIII族窒化物結晶(例えば、GaN
結晶)109の成長が進行するが、一度発生した結晶核
の方が、結晶核が無い領域より優先的に結晶成長が進行
する。このとき、混合融液保持容器102、及び、その
内部の混合融液103の温度は均一である。従って、II
I族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109のV族原
料となる窒素は、混合融液103の表面103aより拡
散により移動し、III族窒化物結晶(例えば、GaN結
晶)109の結晶核で消費されることとなる。この結
果、混合融液保持容器102の内壁102aの一部にの
みIII族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109が成
長し、結晶寸法の大きなIII族窒化物結晶(例えば、G
aN結晶)109が成長可能となる。
That is, when the cross-sectional area of the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 is changed (when the cross-sectional area of the mixed melt 103 is changed according to the shape of the inner wall 102a of the container 102), the dissolved melt is dissolved in the mixed melt 103. A local distribution of the nitrogen concentration will result. As a result, generation of crystal nuclei of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is limited to a part of the mixed melt 103. Centering on the generated crystal nuclei, furthermore, a group III nitride crystal (for example, GaN
Although the growth of the crystal (crystal) 109 proceeds, the crystal nucleus generated once proceeds more preferentially than the region having no crystal nucleus. At this time, the temperature of the mixed melt holding container 102 and the temperature of the mixed melt 103 therein are uniform. Therefore, II
Nitrogen, which is a Group V source material of Group I nitride crystal (eg, GaN crystal) 109, moves by diffusion from surface 103a of mixed melt 103, and forms a crystal nucleus of Group III nitride crystal (eg, GaN crystal) 109. Will be consumed. As a result, the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows only on a part of the inner wall 102a of the mixed melt holding vessel 102, and the group III nitride crystal (for example, G
aN crystal) 109 can be grown.

【0046】また、図3は混合融液保持容器102の他
の例を示す図である。図3の例では、混合融液保持容器
102は、混合融液103の表面103aよりも下側
の、混合融液保持容器102の内壁102aに突起12
6が設けられた構成となっている。
FIG. 3 is a view showing another example of the mixed melt holding container 102. In the example of FIG. 3, the mixed melt holding container 102 has protrusions 12 on the inner wall 102a of the mixed melt holding container 102 below the surface 103a of the mixed melt 103.
6 is provided.

【0047】図3の混合融液保持容器102を用いてII
I族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109を成長さ
せる場合、混合融液保持容器102の内壁102aの突
起126の先端付近を中心にIII族窒化物結晶(例え
ば、GaN結晶)109の核が発生する。III族窒化物
結晶(例えば、GaN結晶)109の核の発生は、混合
融液103中において、突起126の先端付近の領域が
支配的である。そのため、この領域の結晶核が中心とな
り、III族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109の
成長が進行し、結晶形状の大きいものを成長させること
が可能となる。
Using the mixed melt holding vessel 102 of FIG.
When growing a group I nitride crystal (for example, GaN crystal) 109, the nucleus of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is formed around the tip of the protrusion 126 on the inner wall 102a of the mixed melt holding vessel 102. appear. The generation of nuclei of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is dominant in the mixed melt 103 in a region near the tip of the projection 126. Therefore, the crystal nucleus in this region becomes the center, the growth of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 proceeds, and it becomes possible to grow a crystal having a large crystal shape.

【0048】図1,図3のような構成の結晶成長装置で
は、反応容器101の窒素圧力を50気圧にし、温度を
結晶成長が開始する温度750℃まで昇温する。この成
長条件を一定時間保持することで、III族窒化物結晶
(例えば、GaN結晶)109が混合融液保持容器10
2内に成長する。このとき結晶成長初期の段階で、III
族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109の核が発生
し、そこを元に結晶成長が進行するが、III族窒化物結
晶(例えば、GaN結晶)109が成長する領域は、図
3の混合融液保持容器102の内壁102aの突起12
6の先端付近の領域のみである。
In the crystal growth apparatus having the structure shown in FIGS. 1 and 3, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is set to 50 atm, and the temperature is increased to 750 ° C. at which the crystal growth starts. By keeping these growth conditions for a certain period of time, the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is mixed with the mixed melt holding container 10.
Growing into 2 At this time, at the initial stage of crystal growth, III
A nucleus of a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 is generated, and crystal growth proceeds based on the nucleus. A region where a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows is shown in FIG. Projection 12 on inner wall 102a of melt holding container 102
6 is only the area near the tip.

【0049】これは次のメカニズムによるものと考えら
れる。すなわち、反応容器101の空間領域108に充
填されている窒素ガスからの窒素が、混合融液103の
表面103aから混合融液103中に溶け込む(混合融
液103の表面103aから混合融液103中に例えば
拡散によって移動する)。図3の例の場合、混合融液保
持容器102の内壁102aに突起126が設けられて
いることで、混合融液103内の窒素の移動方向に対し
て垂直な方向の混合融液保持容器102の内部の横断面
形状が変化することとなる。そのため、混合融液103
中の溶存窒素の濃度に空間的な違い(分布)が生じ、II
I族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109の結晶核
が突起126付近を中心に発生する。発生した結晶核を
中心にして、更に、III族窒化物結晶(例えば、GaN
結晶)109の成長が進行するが、一度発生した結晶核
の方が、結晶核が無い領域より優先的に結晶成長が進行
する。このとき、混合融液保持容器102、及び、その
内部の混合融液103の温度は均一である。従ってIII
族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109のV族原料
となる窒素は、混合融液103の表面103aより拡散
により移動し、III族窒化物結晶(例えば、GaN結
晶)109の結晶核で消費されることとなる。この結
果、混合融液保持容器102の内壁102aの一部にの
みIII族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109が成
長し、結晶寸法の大きなIII族窒化物結晶(例えば、G
aN結晶)109が成長可能となる。
This is considered to be due to the following mechanism. That is, the nitrogen from the nitrogen gas filled in the space region 108 of the reaction vessel 101 dissolves into the mixed melt 103 from the surface 103a of the mixed melt 103 (from the surface 103a of the mixed melt 103 to the For example by diffusion). In the case of the example of FIG. 3, since the projection 126 is provided on the inner wall 102 a of the mixed melt holding container 102, the mixed melt holding container 102 in a direction perpendicular to the moving direction of the nitrogen in the mixed melt 103. Is changed in the cross section. Therefore, the mixed melt 103
Difference (distribution) in the concentration of dissolved nitrogen in
A crystal nucleus of a group I nitride crystal (for example, a GaN crystal) 109 is generated around the protrusion 126. Centering on the generated crystal nucleus, further, a group III nitride crystal (for example, GaN
Although the growth of the crystal (crystal) 109 proceeds, the crystal nucleus generated once proceeds more preferentially than the region having no crystal nucleus. At this time, the temperature of the mixed melt holding container 102 and the temperature of the mixed melt 103 therein are uniform. Therefore III
Nitrogen, which is a Group V material of Group III nitride crystal (eg, GaN crystal) 109, moves by diffusion from surface 103 a of mixed melt 103 and is consumed by crystal nuclei of Group III nitride crystal (eg, GaN crystal) 109. Will be done. As a result, the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows only on a part of the inner wall 102a of the mixed melt holding vessel 102, and the group III nitride crystal (for example, G
aN crystal) 109 can be grown.

【0050】なお、図3の例では、混合融液保持容器1
02の内壁102aに突起126を設けたが、突起12
6にかわる手段を設けることもできる。すなわち、混合
融液保持容器102は、その内壁102aの一部に横断
面積が小さい部分を有していれば良い。
In the example shown in FIG. 3, the mixed melt holding container 1
02 is provided with the protrusion 126 on the inner wall 102a.
Means alternative to 6 can also be provided. That is, the mixed melt holding container 102 may have a portion having a small cross-sectional area in a part of the inner wall 102a.

【0051】図4は本発明の結晶成長装置の他の構成例
を示す図である。なお、図4において、図1と対応して
いる箇所には同じ符号を付している。図4の結晶成長装
置では、反応容器101内においてIII族窒化物結晶
(例えば、GaN結晶)109を結晶成長可能な温度に
制御できるように、第1の加熱装置116と、第2の加
熱装置117とが設けられている。ここで、第1の加熱
装置116と第2の加熱装置117とは、個別に温度制
御が可能である。
FIG. 4 is a diagram showing another example of the structure of the crystal growth apparatus of the present invention. In FIG. 4, the same reference numerals are given to portions corresponding to FIG. In the crystal growth apparatus shown in FIG. 4, a first heating apparatus 116 and a second heating apparatus are provided so that a group III nitride crystal (for example, a GaN crystal) 109 can be controlled to a temperature at which the crystal can be grown in the reaction vessel 101. 117 are provided. Here, the first heating device 116 and the second heating device 117 can be individually temperature-controlled.

【0052】図5は混合融液保持容器102の他の例を
示す図であり、図5の混合融液保持容器102は図4の
結晶成長装置に用いられるようになっている。図5を参
照すると、この混合融液保持容器102は、その内壁が
上部内壁102aと下部内壁102bとにより構成され
ており、上部内壁102aは、下方に向かって内容積
(横断面積)が小さくなるような形状となっている。ま
た、下部内壁102bは、横断面積が一様な形状となっ
ている。すなわち、図5の混合融液保持容器102の内
壁の立体形状は、頂点を下にした円錐形状を途中で切り
取り、円柱形状をその下に位置させたような形状となっ
ている。
FIG. 5 is a view showing another example of the mixed melt holding container 102. The mixed melt holding container 102 of FIG. 5 is adapted to be used in the crystal growth apparatus of FIG. Referring to FIG. 5, the mixed melt holding vessel 102 has an inner wall formed by an upper inner wall 102a and a lower inner wall 102b, and the inner volume (cross-sectional area) of the upper inner wall 102a decreases downward. It has such a shape. The lower inner wall 102b has a uniform cross-sectional area. That is, the three-dimensional shape of the inner wall of the mixed melt holding container 102 in FIG. 5 is a shape in which a conical shape with a vertex cut down is cut off in the middle and a columnar shape is positioned therebelow.

【0053】図4,図5の構成の結晶成長装置では、反
応容器101の窒素圧力を50気圧にし、第1の加熱装
置116によって混合融液保持容器102の上部(10
2a)の温度を結晶成長が開始する温度750℃まで昇
温する。また、第2の加熱装置117によって混合融液
保持容器102の下部(102b)の温度を780℃に
する。この成長条件を一定時間保持することで、III族
窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109が混合融液保
持容器102内に成長する。このとき、結晶成長初期の
段階で、III族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)10
9の核が発生し、そこを元に結晶成長が進行するが、II
I族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109が成長す
る領域は、図5の混合融液保持容器102の内壁の傾斜
した上部のみ(上部内壁102aの一部の領域のみ)で
ある。
In the crystal growth apparatus having the structure shown in FIGS. 4 and 5, the nitrogen pressure in the reaction vessel 101 is set to 50 atm, and the upper part (10
The temperature of 2a) is increased to 750 ° C. at which crystal growth starts. Further, the temperature of the lower portion (102b) of the mixed melt holding container 102 is set to 780 ° C. by the second heating device 117. By maintaining these growth conditions for a certain period of time, a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows in the mixed melt holding container 102. At this time, at the initial stage of crystal growth, a group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 10
Nine nuclei are generated, and crystal growth proceeds based on these nuclei. II
The region where the group I nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows is only the inclined upper part of the inner wall of the mixed melt holding vessel 102 in FIG. 5 (only a part of the upper inner wall 102a).

【0054】III族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)
の結晶核109が混合融液保持容器102の内壁の一部
にのみ発生するのは、図2の例の場合と同様である。こ
こで、図5の混合融液保持容器が図2の混合融液保持容
器と異なる点は、混合融液保持容器102の内壁の形状
が、途中からは横断面積が一様な形状となっていること
である。前述したように、混合融液保持容器の内壁が円
柱形状や角柱形状である場合には、III族窒化物結晶
(例えば、GaN結晶)109の核は混合融液保持容器
の内壁全面に成長し、単結晶のIII族窒化物結晶(例え
ば、GaN結晶)109は大きくならない。これに対
し、混合融液保持容器が図5の形状である場合には、核
発生は一部に留まり、混合融液中のIII族金属(例え
ば、Ga)をIII族窒化物単結晶(例えば、GaN単結
晶)109の成長に効率的に利用可能となり、結晶形状
の大きいものが得られる。しかも、混合融液保持容器1
02の内壁の横断面積が途中から一様なものとなること
で(すなわち、下部内壁102bの横断面積が一様とな
っていることで)、下部内壁102bの領域には、III
族窒化物結晶(例えば、GaN結晶)109の成長は抑
制され、III族金属(Ga)とアルカリ金属(例えば、
Na)から構成される混合融液が保持される。従って、
下部内壁102bの領域が、III族窒化物結晶(例え
ば、GaN結晶)109のIII族金属(例えば、Ga)
の保持領域となり、III族金属(例えば、Ga)が継続
的に供給可能となり、結晶を十分な大きさまで成長でき
る。
Group III nitride crystal (for example, GaN crystal)
The crystal nucleus 109 is generated only on a part of the inner wall of the mixed melt holding container 102 as in the case of the example of FIG. Here, the difference between the mixed melt holding container of FIG. 5 and the mixed melt holding container of FIG. 2 is that the shape of the inner wall of the mixed melt holding container 102 has a uniform cross-sectional area from the middle. It is that you are. As described above, when the inner wall of the mixed melt holding container has a cylindrical or prismatic shape, the nucleus of the group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 grows on the entire inner wall of the mixed melt holding container. In addition, the single crystal group III nitride crystal (for example, GaN crystal) 109 does not increase. On the other hand, when the mixed melt holding container has the shape shown in FIG. 5, nucleation occurs only partially, and the group III metal (eg, Ga) in the mixed melt is converted into a group III nitride single crystal (eg, Ga). , GaN single crystal) 109 can be efficiently used and a crystal having a large crystal shape can be obtained. Moreover, the mixed melt holding container 1
Since the cross-sectional area of the inner wall of No. 02 becomes uniform from the middle (that is, the cross-sectional area of the lower inner wall 102b is uniform), the region of the lower inner wall 102b has III.
Growth of the group III nitride crystal (eg, GaN crystal) 109 is suppressed, and the group III metal (Ga) and the alkali metal (eg,
The mixed melt composed of Na) is held. Therefore,
The region of the lower inner wall 102b is made of a group III metal (eg, Ga) of a group III nitride crystal (eg, GaN crystal) 109.
And a group III metal (for example, Ga) can be continuously supplied, and the crystal can be grown to a sufficient size.

【0055】さらに、図4,図5の結晶成長装置では、
混合融液保持容器102の上部と下部で温度差があるこ
とで、混合融液103に対流が生じる。この対流によ
り、III族金属(例えば、Ga)が混合融液保持容器1
02の下部から供給され、また、V族原料である窒素が
上部から供給され、効率的な結晶成長が可能となる。
Further, in the crystal growth apparatus shown in FIGS.
Due to the temperature difference between the upper part and the lower part of the mixed melt holding container 102, convection occurs in the mixed melt 103. Due to this convection, the group III metal (for example, Ga) contains the mixed melt holding vessel 1.
02, and nitrogen, which is a Group V raw material, is supplied from the upper portion, thereby enabling efficient crystal growth.

【0056】なお、図5の結晶成長装置の例では、混合
融液保持容器102は、その内壁の形状が、下方に向か
うに伴って横断面積が小さくなり、途中から横断面積が
一様となっているが、混合融液保持容器102は、その
内壁の形状が、下方に向かうに伴って横断面積が小さく
なり、途中から下方に向かうに伴って横断面積が大きく
なる形状となっていても良い。
In the example of the crystal growth apparatus shown in FIG. 5, the cross-sectional area of the inner wall of the mixed melt holding vessel 102 becomes smaller as it goes downward, and the cross-sectional area becomes uniform from the middle. However, the shape of the inner wall of the mixed melt holding container 102 may be such that the cross-sectional area becomes smaller as going downward, and the cross-sectional area becomes larger as going down from the middle. .

【0057】また、混合融液保持容器102の容器内形
状は、図2,図3,図5に示した形状である必要は無
く、混合融液103内に溶存窒素濃度の局所的な分布が
生じる形状であれば良い。また、混合融液保持容器10
2の容器内形状には、容器の内壁の形状のみならず、容
器102内に、容器102とは別の冶具や機械装置等の
物体を設置する場合、この物体の形状も含まれるとす
る。
Further, the internal shape of the mixed melt holding container 102 does not need to be the shape shown in FIGS. 2, 3 and 5. Any shape can be used as long as the shape is generated. Further, the mixed melt holding container 10
It is assumed that the inner shape of the container 2 includes not only the shape of the inner wall of the container but also the shape of the object such as a jig or a mechanical device other than the container 102 when the object is installed in the container 102.

【0058】また、上述の各例では、低融点かつ高蒸気
圧の金属(アルカリ金属)としてNaを用いているが、
Naのかわりに、カリウム(K)等を用いることもでき
る。すなわち、アルカリ金属としては、III族窒化物結
晶を成長させる温度において、融液となるものであれ
ば、任意のアルカリ金属を用いることができる。
In each of the above examples, Na is used as the metal (alkali metal) having a low melting point and a high vapor pressure.
Potassium (K) or the like can be used instead of Na. That is, as the alkali metal, any alkali metal can be used as long as it becomes a melt at the temperature at which the group III nitride crystal is grown.

【0059】また、上述の例では、少なくともIII族金
属元素を含む物質として、Gaを用いる場合を例示した
が、Ga以外にも、AlやIn等の単体の金属、あるい
は、それらの混合物、合金等を用いることもできる。
In the above example, Ga is used as the substance containing at least the group III metal element. However, other than Ga, a simple metal such as Al or In, or a mixture or alloy thereof may be used. Etc. can also be used.

【0060】また、上述の例では、少なくとも窒素元素
を含む物質として窒素ガスを用いているが、窒素ガス以
外にも、NH3等のガスを用いることもできる。
In the above-described example, nitrogen gas is used as a substance containing at least nitrogen element. However, other than nitrogen gas, a gas such as NH 3 can be used.

【0061】上述した本発明の結晶成長方法,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こと
で、結晶品質が高く、デバイスを作製することが可能な
程度に大きいIII族窒化物結晶を、低コストで提供する
ことができる。
By growing a group III nitride crystal using the above-described crystal growth method and crystal growth apparatus of the present invention, the group III nitride crystal has high crystal quality and is large enough to manufacture a device. Crystals can be provided at low cost.

【0062】本発明によるIII族窒化物結晶の成長方法
の一例としては、III族金属としてGa、窒素原料とし
て窒素ガス、フラックスとしてNaを用い、反応容器及
びフラックス容器の温度を750℃とし、窒素圧力を5
0kg/cm2Gに一定にする。このような条件下で、
GaN結晶が成長可能である。
As an example of the method of growing a group III nitride crystal according to the present invention, Ga is used as a group III metal, nitrogen gas is used as a nitrogen source, Na is used as a flux, the temperature of the reaction vessel and the flux vessel is 750 ° C. Pressure 5
It is kept constant at 0 kg / cm 2 G. Under these conditions,
A GaN crystal can be grown.

【0063】また、本発明の成長方法により成長させた
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。
Further, the growth was performed by the growth method of the present invention.
A group III nitride semiconductor device can be manufactured using a group III nitride crystal.

【0064】図6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6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6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
301上に、n型AlGaNクラッド層302、n型G
aNガイド層303、InGaN MQW(多重量子井
戸)活性層304、p型GaNガイド層305、p型A
lGaNクラッド層306、p型GaNコンタクト層3
07が順次に結晶成長されている。この結晶成長方法と
しては、MO−VPE(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. 6 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 6, the semiconductor device is configured as a semiconductor laser. Referring to FIG. 6, this semiconductor device comprises an n-type AlGaN cladding layer 302, an n-type G layer, and an n-type GaN substrate 301 using a group III nitride crystal grown in the manner described above.
aN guide layer 303, InGaN MQW (multiple quantum well) active layer 304, p-type GaN guide layer 305, p-type A
lGaN cladding layer 306, p-type GaN contact layer 3
07 are sequentially grown. As the crystal growth method, MO-VPE (metal organic chemical vapor deposition) method and MBE
A thin film crystal growth method such as a (molecular beam epitaxy) method can be used.

【0065】次いで、GaN,AlGaN,InGaN
の積層膜にリッジ構造を形成し、SiO2絶縁膜308
をコンタクト領域のみ穴開けした状態で形成し、上部及
び下部に各々p側オーミック電極Al/Ni 309及
びn側オーミック電極Al/Ti 310を形成して、
図6の半導体デバイス(半導体レーザ)が構成される。
Next, GaN, AlGaN, InGaN
The ridge structure is formed on the laminated film of, SiO 2 insulating film 308
Is formed in a state where only the contact region is perforated, and a p-side ohmic electrode Al / Ni 309 and an n-side ohmic electrode Al / Ti 310 are formed on the upper and lower parts, respectively.
The semiconductor device (semiconductor laser) of FIG. 6 is configured.

【0066】この半導体レーザのp側オーミック電極A
l/Ni 309及びn側オーミック電極Al/Ti
310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6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
1 / Ni 309 and n-side ohmic electrode Al / Ti
By injecting a current from 310, this semiconductor laser oscillates and can emit laser light in the direction of arrow A in FIG.

【0067】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301として用いているた
め、半導体レーザデバイス中の結晶欠陥が少なく、大出
力動作且つ長寿命のものとなっている。また、GaN基
板301はn型であることから、基板301に直接電極
310を形成することができ、第1の従来技術(図7)
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。
Since this semiconductor laser uses the group III nitride crystal (GaN crystal) of the present invention as the substrate 301, it has few crystal defects in the semiconductor laser device, and has a large output operation and a long life. I have. Further, since the GaN substrate 301 is n-type, the electrode 310 can be formed directly on the substrate 301, and the first conventional technology (FIG. 7)
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 above, and the cost can be reduced.

【0068】さらに、図6の半導体デバイスでは、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。
Further, in the semiconductor device shown in FIG. 6, the light emitting end face can be formed by cleavage, and together with the separation of the chips, a low-cost and high-quality device can be realized.

【0069】なお、上述の例では、InGaN MQW
を活性層としたが、AlGaN MQWを活性層とし
て、発光波長の短波長化することも可能である。本発明
では、GaN基板の欠陥及び不純物が少ないことで、深
い順位からの発光が少なくなり、短波長化しても高効率
な発光デバイスが可能となる。
In the above example, InGaN MQW
Is used as the active layer, but it is also possible to shorten the emission wavelength by using AlGaN MQW as the active layer. In the present invention, since the defects and impurities of the GaN substrate are small, light emission from a deeper order is reduced, and a highly efficient light emitting device can be realized even if the wavelength is shortened.

【0070】具体的に、III族窒化物半導体デバイスと
して、400nmより短い波長で発光する発光デバイス
(紫外領域でも良好な特性を有する発光デバイス)を提
供することができる。すなわち、従来技術では、GaN
膜の発光スペクトルが深い順位からの発光が支配的とな
り、400nmより短い波長ではデバイス特性が悪いと
いう問題があったが、本発明では、紫外領域でも良好な
特性を有する発光デバイスを提供することができる。
Specifically, a light-emitting device that emits light at a wavelength shorter than 400 nm (a light-emitting device having good characteristics even in the ultraviolet region) can be provided as a group III nitride semiconductor device. That is, in the prior art, GaN
The emission spectrum of the film is dominant in emission from deeper order, and there is a problem that device characteristics are poor at a wavelength shorter than 400 nm. However, according to the present invention, it is possible to provide a light emitting device having good characteristics even in an ultraviolet region. it can.

【0071】また、上述の例では、光デバイスへの応用
について述べたが、電子デバイスに応用することも可能
である。すなわち、欠陥の少ないGaN基板を用いるこ
とで、その上にエピタキシャル成長したGaN系薄膜も
結晶欠陥が少なく、その結果、リーク電流を抑制できた
り、量子構造にした場合のキャリア閉じ込め効果を高め
たり、高性能なデバイスが実現可能となる。
Further, in the above example, application to an optical device has been described, but application to an electronic device is also possible. In other words, by using a GaN substrate having few defects, the GaN-based thin film epitaxially grown thereon has few crystal defects. As a result, it is possible to suppress the leak current, to enhance the effect of confining carriers in a quantum structure, High performance devices can be realized.

【0072】[0072]

【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、反応容器内で、アルカリ
金属と少なくともIII族金属を含む物質とが混合融液を
形成しており、前記混合融液と少なくとも窒素を含む物
質から、III族金属と窒素から構成されるIII族窒化物を
結晶成長させるときに、混合融液中に溶存窒素の局所的
な濃度分布を生じさせるので、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
窒化物結晶を成長させることができる。
As described above, according to the first to eleventh aspects of the present invention, in the reaction vessel, the alkali metal and the substance containing at least the group III metal form a mixed melt. When a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen is crystal-grown from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, a local concentration distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixed melt. Therefore, without complicating the process which is a problem of the first and second conventional techniques, and without using an expensive reaction vessel which is a problem of the third conventional technique,
In addition, a high performance light emitting diode or LD without reducing the size of the crystal which is a problem of the third and fourth prior arts.
A group III nitride crystal of a practical size for fabricating a device such as the above can be grown.

【0073】さらに、1000℃以下と成長温度が低
く、100気圧程度以下と圧力も低い条件下でIII族窒
化物の結晶成長が可能となることから、第3の従来技術
のように超高圧,超高温に耐えうる高価な反応容器を用
いる必要がない。その結果、低コストでのIII族窒化物
結晶及びそれを用いたデバイスを実現することが可能と
なる。
Further, the growth temperature is as low as 1000 ° C. or less, and the crystal growth of the group III nitride can be performed under the condition that the pressure is as low as about 100 atm or less. There is no need to use expensive reaction vessels that can withstand extremely high temperatures. As a result, a low-cost group III nitride crystal and a device using the same can be realized.

【0074】さらに、請求項1乃至請求項11記載の発
明では、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を生
じさせることにより、III族窒化物結晶の核発生を混合
融液中の一部に限定することが可能となり、結晶形状の
大きなIII族窒化物結晶を成長させることができる。
Further, in the inventions according to the first to eleventh aspects, the local concentration distribution of the dissolved nitrogen is generated in the mixed melt, so that the nucleation of the group III nitride crystal can be reduced in the mixed melt. It is possible to limit to a part, and a group III nitride crystal having a large crystal shape can be grown.

【0075】また、請求項5,請求項9記載の発明で
は、混合融液保持容器の容器内形状が、下方に向かうに
伴って横断面積が小さくなり、途中から、横断面積が一
様となるか、もしくは、下方に向かうに伴って横断面積
が大きくなる形状となっていることから、この領域に混
合融液が保持される。その結果、成長核が発生した領域
にIII族金属を継続的に供給することができ、より大き
なIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
According to the fifth and ninth aspects of the present invention, the cross-sectional area of the mixed melt holding container becomes smaller as it goes downward, and the cross-sectional area becomes uniform from the middle. Alternatively, since the cross-sectional area increases in the downward direction, the mixed melt is held in this region. As a result, the group III metal can be continuously supplied to the region where the growth nucleus has been generated, and a larger group III nitride crystal can be grown.

【0076】また、請求項12記載の発明によれば、請
求項1乃至請求項5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族窒化物結晶であるの
で、結晶品質が高く(結晶欠陥が少なく)、デバイスを
作製することが可能な程度大きい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 twelfth aspect of the present invention, the crystal is a group III nitride crystal grown by the crystal growth method of any one of the first to fifth aspects. Group III nitride crystals of high quality (less crystal defects) and large enough to produce devices
It can be provided at low cost.

【0077】また、請求項13記載の発明によれば、請
求項12記載のIII族窒化物結晶を用いて作製した半導
体デバイスであるので、高性能なIII族窒化物半導体デ
バイスを低コストで提供することができる。なお、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且つ長寿命
なものであり、電子デバイスの場合には低消費電力,低
雑音,高速動作,高温動作可能なものであり、受光デバ
イスとしては低雑音,長寿命等のものである。
According to the thirteenth aspect of the present invention, since the semiconductor device is manufactured using the group III nitride crystal according to the twelfth aspect, a high-performance group III nitride semiconductor device is provided at low cost. can do. The term “high performance” as used herein means, for example, a semiconductor laser or a light emitting diode that has a high output and a long life, which cannot be realized conventionally, and an electronic device that has low power consumption, low noise, and high speed. It can operate and operate at high temperatures, and the light receiving device has low noise and long life.

【0078】また、請求項14記載の発明によれば、請
求項13記載の半導体デバイスは、400nmより短い
波長で発光する発光デバイスであり、この波長域でも高
効率に発光するデバイスを提供することができる。すな
わち、請求項13の半導体デバイスは、結晶欠陥,不純
物の少ないIII族窒化物半導体デバイスであるので、そ
の結果、深い順位からの発光が抑制できた、高効率な発
光特性を実現することが可能となる。
According to a fourteenth aspect of the present invention, the semiconductor device according to the thirteenth aspect is a light emitting device that emits light at a wavelength shorter than 400 nm, and provides a device that emits light with high efficiency even in this wavelength range. Can be. That is, the semiconductor device according to the thirteenth aspect is a group III nitride semiconductor device having few crystal defects and impurities. As a result, it is possible to realize high-efficiency light emission characteristics in which light emission from a deep order can be suppressed. Becomes

【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】混合融液保持容器の一例を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an example of a mixed melt holding container.

【図3】混合融液保持容器の一例を示す図である。FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a mixed melt holding container.

【図4】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. 4 is a diagram showing another configuration example of the crystal growth apparatus according to the present invention.

【図5】混合融液保持容器の一例を示す図である。FIG. 5 is a diagram showing an example of a mixed melt holding container.

【図6】本発明に係る半導体デバイスの構成例を示す図
である。
FIG. 6 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention.

【図7】従来のレーザダイオードを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing a conventional laser diode.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

101 反応容器 102 混合融液保持容器 103 混合融液 104 窒素ガス供給管 105 窒素圧力調整機構 106 加熱装置 108 反応容器内の空間領域 109 III族窒化物(GaN)結晶 103a 混合融液表面 126 混合融液保持容器の突起 116 第一の加熱装置 117 第二の加熱装置 301 n型GaN基板 302 n型AlGaNクラッド層 303 n型GaNガイド層 304 InGaN MQW活性層 305 p型GaNガイド層 306 p型AlGaNクラッド層 307 p型GaNコンタクト層 308 SiO2絶縁膜 309 p側オーミック電極 310 n側オーミック電極Reference Signs List 101 Reaction vessel 102 Mixed melt holding vessel 103 Mixed melt 104 Nitrogen gas supply pipe 105 Nitrogen pressure adjusting mechanism 106 Heating device 108 Spatial region in reaction vessel 109 Group III nitride (GaN) crystal 103a Mixed melt surface 126 Mixed melt Protrusion of liquid holding container 116 First heating device 117 Second heating device 301 n-type GaN substrate 302 n-type AlGaN cladding layer 303 n-type GaN guide layer 304 InGaN MQW active layer 305 p-type GaN guide layer 306 p-type AlGaN cladding Layer 307 p-type GaN contact layer 308 SiO 2 insulating film 309 p-side ohmic electrode 310 n-side ohmic electrode

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 青木 真登 宮城県宮城郡利府町青山3−3−1 Fターム(参考) 4G077 AA02 BE15 CC01 EA06 EC08 EG01 HA01 LA01 LA03 LA05 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA65 CA66 CA82 CA92 5F073 AA11 AA13 AA45 AA74 CA07 DA02 DA05 DA06 EA05  ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Maoto Aoki 3-3-1 Aoyama, Rifu-cho, Miyagi-gun, Miyagi F-term (reference) 4G077 AA02 BE15 CC01 EA06 EC08 EG01 HA01 LA01 LA03 LA05 5F041 AA40 CA05 CA34 CA40 CA65 CA66 CA82 CA92 5F073 AA11 AA13 AA45 AA74 CA07 DA02 DA05 DA06 EA05

Claims (14)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 反応容器内で、アルカリ金属と少なくと
もIII族金属を含む物質とが混合融液を形成しており、
前記混合融液と少なくとも窒素を含む物質から、III族
金属と窒素から構成されるIII族窒化物を結晶成長させ
るときに、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を
生じさせることを特徴とする結晶成長方法。
1. In a reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal form a mixed melt,
From the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, when growing a Group III nitride composed of a Group III metal and nitrogen, a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt may be generated. Characteristic crystal growth method.
【請求項2】 請求項1記載の結晶成長方法において、
前記混合融液を保持する混合融液保持容器の容器内形状
によって、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を
生じさせることを特徴とする結晶成長方法。
2. The method for growing a crystal according to claim 1, wherein
A crystal growth method, wherein a local concentration distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixed melt by a shape of the mixed melt holding container holding the mixed melt.
【請求項3】 請求項2記載の結晶成長方法において、
前記混合融液保持容器として、その内壁の形状が、下方
に向かうに伴って横断面積が小さくなる形状のものを用
いて、混合融液中に溶存窒素の局所的な濃度分布を生じ
させることを特徴とする結晶成長方法。
3. The method for growing a crystal according to claim 2, wherein
As the mixed melt holding container, the shape of the inner wall thereof is such that the cross-sectional area becomes smaller as it goes downward, thereby causing a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt. Characteristic crystal growth method.
【請求項4】 請求項2記載の結晶成長方法において、
前記混合融液保持容器として、その内壁の一部に横断面
積が小さい部分を有しているものを用いて、混合融液中
に溶存窒素の局所的な濃度分布を生じさせることを特徴
とする結晶成長方法。
4. The crystal growth method according to claim 2, wherein
As the mixed melt holding container, a container having a portion having a small cross-sectional area on a part of an inner wall thereof is used to generate a local concentration distribution of dissolved nitrogen in the mixed melt. Crystal growth method.
【請求項5】 請求項2記載の結晶成長方法において、
混合融液保持容器として、その容器内形状が、下方に向
かうに伴って横断面積が小さくなり、途中から、横断面
積が一様となるか、もしくは、下方に向かうに伴って横
断面積が大きくなる形状のものを用いて、混合融液中に
溶存窒素の局所的な濃度分布を生じさせることを特徴と
する結晶成長方法。
5. The method for growing a crystal according to claim 2, wherein
As the mixed melt holding container, the cross-sectional area decreases as the shape inside the container goes downward, and the cross-sectional area becomes uniform from the middle, or the cross-sectional area increases as going downward. A crystal growth method, wherein a local concentration distribution of dissolved nitrogen is produced in a mixed melt using a shape melt.
【請求項6】 反応容器内で、アルカリ金属と少なくと
もIII族金属を含む物質とが混合融液を形成しており、
この混合融液と少なくとも窒素を含む物質から、III族
金属と窒素から構成されるIII族窒化物を結晶成長させ
る結晶成長装置であって、反応容器内には、混合融液を
保持する混合融液保持容器が設けられ、混合融液保持容
器は、その容器内形状が、混合融液中に溶存窒素の局所
的な濃度分布を生じさせる形状のものとなっていること
を特徴とする結晶成長装置。
6. In a reaction vessel, an alkali metal and a substance containing at least a Group III metal form a mixed melt,
A crystal growth apparatus for growing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen, wherein a mixed melt holding the mixed melt is provided in a reaction vessel. A liquid growth container is provided, and the mixed melt holding container has a shape in which the shape of the container is such that a local concentration distribution of dissolved nitrogen is generated in the mixed melt. apparatus.
【請求項7】 請求項6記載の結晶成長装置において、
前記混合融液保持容器は、その内壁の形状が、下方に向
かうに伴って横断面積が小さくなる形状となっているこ
とを特徴とする結晶成長装置。
7. The crystal growth apparatus according to claim 6, wherein
The crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the mixed melt holding container has an inner wall having a shape in which a cross-sectional area decreases as it goes downward.
【請求項8】 請求項6記載の結晶成長装置において、
前記混合融液保持容器は、その内壁の一部に横断面積が
小さい部分を有し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 6, wherein
A crystal growth apparatus, wherein the mixed melt holding container has a portion having a small cross-sectional area on a part of an inner wall thereof.
【請求項9】 請求項6記載の結晶成長装置において、
混合融液保持容器は、その容器内形状が、下方に向かう
に伴って横断面積が小さくなり、途中から、横断面積が
一様となるか、もしくは、下方に向かうに伴って横断面
積が大きくなる形状と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 6, wherein
In the mixed melt holding container, the cross-sectional area becomes smaller as the shape in the container goes downward, and the cross-sectional area becomes uniform from the middle, or the cross-sectional area becomes larger as going downward. A crystal growth apparatus having a shape.
【請求項10】 請求項7または請求項8記載の結晶成
長装置において、反応容器101内を結晶成長可能な温
度に制御できるように加熱装置がさらに設けられている
ことを特徴とする結晶成長装置。
10. The crystal growth apparatus according to claim 7, further comprising a heating device so that the inside of the reaction vessel 101 can be controlled to a temperature at which crystal growth is possible. .
【請求項11】 請求項9記載の結晶成長装置におい
て、第1の加熱装置と、第2の加熱装置とがさらに設け
られており、第1の加熱装置と第2の加熱装置とによっ
て、前記混合融液保持容器の上部の加熱温度と前記混合
融液保持容器の下部の加熱温度との間に所定の温度差を
設定することを特徴とする結晶成長装置。
11. The crystal growth apparatus according to claim 9, further comprising a first heating device and a second heating device, wherein the first heating device and the second heating device provide the first heating device and the second heating device. A crystal growth apparatus, wherein a predetermined temperature difference is set between a heating temperature of an upper portion of a mixed melt holding container and a heating temperature of a lower portion of the mixed melt holding container.
【請求項12】 請求項1乃至請求項5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。
12. A group III nitride crystal grown using the crystal growth method according to claim 1. Description:
【請求項13】 請求項12記載のIII族窒化物結晶を
用いて作製した半導体デバイス。
13. A semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal according to claim 12.
【請求項14】 請求項13記載の半導体デバイスは、
400nmより短い波長で発光する発光デバイスである
ことを特徴とする半導体デバイス。
14. The semiconductor device according to claim 13,
A semiconductor device, which is a light emitting device that emits light at a wavelength shorter than 400 nm.
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