JP2003313099A - Apparatus for growing group iii nitride crystal - Google Patents

Apparatus for growing group iii nitride crystal

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JP2003313099A
JP2003313099A JP2002119453A JP2002119453A JP2003313099A JP 2003313099 A JP2003313099 A JP 2003313099A JP 2002119453 A JP2002119453 A JP 2002119453A JP 2002119453 A JP2002119453 A JP 2002119453A JP 2003313099 A JP2003313099 A JP 2003313099A
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JP
Japan
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group iii
iii nitride
crystal growth
nitride crystal
growth apparatus
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Application number
JP2002119453A
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Japanese (ja)
Inventor
Shoji Sarayama
正二 皿山
Hirokazu Iwata
浩和 岩田
Hisanori Yamane
久典 山根
Masahiko Shimada
昌彦 島田
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Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the crystal quality of a group III nitride crystal by easily setting the temperature distribution in a reaction vessel with high accuracy and performing the control of nucleation of the group III nitride and the vapor control of an alkali metal with high accuracy. <P>SOLUTION: The temperature distribution in the reaction vessel 101 can be easily set with high accuracy and the control of the nucleation of the group III nitride and the control of the vapor of the alkali metal can be conducted with high accuracy by providing a heating unit 106 in the reaction vessel 101. Accordingly, the crystal quality of the group III nitride crystal 110 can be enhanced. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

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、光ディスク用青紫
色光源,紫外光源(LDやLED),電子写真用青紫色
光源,III族窒化物電子デバイスなどに利用可能なIII族
窒化物結晶を成長させるためのIII族窒化物結晶成長装
置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention grows a group III nitride crystal that can be used as a blue-violet light source for optical disks, an ultraviolet light source (LD or LED), a blue-violet light source for electrophotography, a group III nitride electronic device, and the like. And a group III nitride crystal growth apparatus for producing the same.

【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、
その殆どがサファイア基板あるいはSiC基板上に、M
O−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 (group III nitride) devices currently used as light sources of purple to blue to green are
Most of them are M on a sapphire substrate or SiC substrate.
It is produced by crystal growth using an O-CVD method (metal organic chemical vapor deposition method), MBE method (molecular beam crystal growth method), or the like. When sapphire or SiC is used as the substrate, there are many crystal defects due to a large difference in thermal expansion coefficient or lattice constant with the group III nitride. For this,
There are problems that the device characteristics are poor, for example, it is difficult to extend the life of the light emitting device, and the operating power is increased.

【0003】更に、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III族窒化
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
III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
いるが、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, since the sapphire substrate is insulative, it is impossible to take out the electrode from the substrate side as in the conventional light emitting device, and the electrode from the crystal-grown group III nitride semiconductor surface side is not possible. It needs to be taken out. As a result, there is a problem that the device area becomes large, leading to high cost. Also, it was fabricated on a sapphire substrate.
In the group III nitride semiconductor device, chip separation by cleavage is difficult, and it is not easy to obtain the cavity end face required for a laser diode (LD) by cleavage. For this reason, currently, cavity end face formation by dry etching,
Alternatively, after the sapphire substrate is polished to a thickness of 100 μm or less, the resonator end face is formed in a shape close to the cleavage, but in this case also, the resonator end face and the chip separation as in the conventional LD are separated in a single process Therefore, it is impossible to easily carry out the process, and the process becomes complicated and the cost becomes high.

【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。この手法では、サファイア基板上にG
aN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。更には、工程が複雑化するこ
と、及びサファイア基板とGaN薄膜という異種材料の
組み合わせに伴う基板の反りという問題が生じる。これ
らは高コスト化につながっている。
In order to solve these problems, it has been proposed to reduce the crystal defects by selectively laterally growing a group III nitride semiconductor film on a sapphire substrate or by taking other measures. In this method, G on the sapphire substrate
Although it becomes possible to reduce the crystal defects as compared with the case where the aN film is not selectively laterally grown, the above-mentioned problems regarding the insulating property and the cleavage due to the use of the sapphire substrate still remain. Furthermore, there are problems that the process becomes complicated and that the substrate warps due to the combination of different materials such as the sapphire substrate and the GaN thin film. These lead to higher costs.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】上述したような問題を
解決するためには、基板としては、基板上に結晶成長す
るIII族窒化物材料(ここでは、GaNとする)と同一
であるGaN基板が最も適切である。そのため、気相成
長,融液成長等によりバルクGaNの結晶成長の研究が
なされている。しかし、未だ高品質で且つ実用的な大き
さを有するGaN基板は実現していない。
In order to solve the above-mentioned problems, the substrate is a GaN substrate which is the same as the group III nitride material (here, GaN) crystal-grown on the substrate. Is the most appropriate. Therefore, research on crystal growth of bulk GaN has been conducted by vapor phase growth, melt growth and the like. However, a GaN substrate having high quality and practical size has not yet been realized.

【0006】GaN基板を実現する一つの手法として、
文献「Chemistry of Materials Vol.9 (1997) p.413-41
6」(以下、従来技術という)には、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
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。
As one method for realizing a GaN substrate,
Reference `` Chemistry of Materials Vol.9 (1997) p.413-41
6 ”(hereinafter referred to as“ conventional technology ”), a GaN crystal growth method using Na as a flux has been proposed. In this method, sodium azide (NaN 3 ) and metallic Ga are used as raw materials and 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 sealed. 24 ~ at a temperature of 600 ~ 800 ℃
The GaN crystal is grown by holding it for 100 hours.

【0007】この従来技術の場合には、600〜800
℃と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程度と比較的圧力が低く、実
用的な成長条件であることが特徴である。しかし、この
従来技術の方法では、得られる結晶の大きさが1mmに
満たない程度に小さいという問題がある。
In the case of this prior art, 600 to 800
The crystal growth is possible at a relatively low temperature of ℃, and the pressure inside the container is relatively low at about 100 kg / cm 2, which is a practical growth condition. However, this conventional method has a problem in that the size of the obtained crystal is small to less than 1 mm.

【0008】上述の従来技術の問題を解決するために、
本願出願人は、III族原料および/またはV族原料を外
部より反応容器内に供給する発明を数多く案出し、特許
出願している。
In order to solve the above-mentioned problems of the prior art,
The applicant of the present application has devised a large number of inventions for supplying the group III raw material and / or the group V raw material into the reaction vessel from the outside and applied for a patent.

【0009】しかしながら、いずれのIII族窒化物結晶
成長装置においても、III族窒化物が結晶成長可能な温
度にするための加熱装置は、反応容器の外側に設けられ
ている。
However, in any of the group III nitride crystal growth apparatuses, a heating device for raising the temperature of the group III nitride crystal growth is provided outside the reaction vessel.

【0010】反応容器内では、III族窒化物の核発生制
御やアルカリ金属の蒸発制御を行うために、反応容器内
の温度分布制御が必要となるが、従来では、III族窒化
物が結晶成長可能な温度にするための加熱装置は、反応
容器の外側に設けられていたので、反応容器内の温度分
布制御を精度良く行なうことが困難であり、従って、II
I族窒化物の核発生制御やアルカリ金属の蒸発制御を精
度良く行なうことができなかった。
In the reaction vessel, it is necessary to control the temperature distribution in the reaction vessel in order to control the nucleation of the group III nitride and the evaporation of the alkali metal. Conventionally, however, the group III nitride undergoes crystal growth. Since the heating device for adjusting the temperature to a possible temperature was provided outside the reaction vessel, it was difficult to control the temperature distribution inside the reaction vessel with high accuracy.
It was not possible to accurately control the nucleation of group I nitrides and the evaporation of alkali metals.

【0011】また、従来におけるIII族窒化物の結晶成
長条件では、アルカリ金属は蒸気圧を有しており、混合
融液保持容器から外にアルカリ金属が移動するようにな
っていた。このため、III族金属とアルカリ金属の量比
が変動し、成長条件制御が困難となり、結晶品質を高め
るには限界があった。
Under the conventional III-nitride crystal growth conditions, the alkali metal has a vapor pressure, so that the alkali metal moves out of the mixed melt holding container. Therefore, the amount ratio of the group III metal and the alkali metal fluctuates, it becomes difficult to control the growth conditions, and there is a limit in improving the crystal quality.

【0012】本発明は、反応容器内の温度分布を精度良
く容易に設定することができ、III族窒化物の核発生制
御とアルカリ金属の蒸気制御を精度良く行なうことがで
きて、III族窒化物結晶の結晶品質を高めることの可能
なIII族窒化物結晶成長装置を提供することを目的とし
ている。
According to the present invention, the temperature distribution in the reaction vessel can be set easily with high precision, and the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be performed with high precision. An object of the present invention is to provide a group III nitride crystal growth apparatus capable of improving the crystal quality of a product crystal.

【0013】[0013]

【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、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、
III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成
長させるIII族窒化物結晶成長装置であって、反応容器
内には、III族窒化物が結晶成長可能な温度にするため
の加熱手段を有していることを特徴としている。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is characterized in that 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,
A group III nitride crystal growth apparatus for crystallizing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, wherein heating is performed in a reaction vessel to a temperature at which the group III nitride can grow crystals. It is characterized by having means.

【0014】また、請求項2記載の発明は、請求項1記
載のIII族窒化物結晶成長装置において、加熱手段とし
て、反応容器内に1つの加熱装置を有し、該加熱装置は
温度制御可能となっていることを特徴としている。
According to a second aspect of the present invention, in the group III nitride crystal growth apparatus according to the first aspect, one heating device is provided in the reaction vessel as a heating means, and the heating device can control the temperature. It is characterized by.

【0015】また、請求項3記載の発明は、請求項1記
載のIII族窒化物結晶成長装置において、加熱手段とし
て、反応容器内に複数の加熱装置を有し、各加熱装置
は、独立に温度制御可能となっていることを特徴として
いる。
The invention according to claim 3 is the group III nitride crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a plurality of heating devices are provided in the reaction vessel as heating means, and each heating device is independent. The feature is that the temperature can be controlled.

【0016】また、請求項4記載の発明は、請求項3記
載のIII族窒化物結晶成長装置において、前記複数の加
熱装置として、混合融液内あるいは混合融液表面でIII
族窒化物が結晶成長可能な温度に制御するための第1の
加熱装置と、第1の加熱装置の上部に設けられ、混合融
液表面よりも上部の温度を制御するための第2の加熱装
置とを有していることを特徴としている。
According to a fourth aspect of the present invention, in the group III nitride crystal growth apparatus according to the third aspect, as the plurality of heating devices, III is provided in the mixed melt or on the surface of the mixed melt.
A first heating device for controlling the temperature at which the group-nitride can grow crystals, and a second heating device provided above the first heating device and for controlling the temperature above the surface of the mixed melt. And a device.

【0017】また、請求項5記載の発明は、請求項1乃
至請求項4のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶成
長装置において、混合融液を保持する混合融液保持容器
には、発熱体が設けられていることを特徴としている。
According to a fifth aspect of the present invention, in the group III nitride crystal growth apparatus according to any one of the first to fourth aspects, a mixed melt holding container for holding the mixed melt is provided. It is characterized in that a heating element is provided.

【0018】また、請求項6記載の発明は、第1の反応
容器の外側に第2の反応容器があり、第1の反応容器内
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、該混合融液と少なくとも窒素を含
む物質とから、III族金属と窒素とから構成されるIII族
窒化物を結晶成長させるIII族窒化物結晶成長装置であ
って、第1の反応容器と第2の反応容器との間に加熱手
段を有していることを特徴としている。
According to the invention of claim 6, there is a second reaction vessel outside the first reaction vessel, and the alkali metal and the substance containing at least a Group III metal are mixed in the first reaction vessel. A Group III nitride crystal growth apparatus for forming a melt and 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 in that a heating means is provided between the reaction container of (1) and the second reaction container.

【0019】また、請求項7記載の発明は、請求項6記
載のIII族窒化物結晶成長装置において、第1の反応容
器と第2の反応容器の雰囲気を独立に制御可能となって
いることを特徴としている。
According to a seventh aspect of the invention, in the group III nitride crystal growth apparatus according to the sixth aspect, the atmospheres of the first reaction vessel and the second reaction vessel can be controlled independently. Is characterized by.

【0020】また、請求項8記載の発明は、請求項6ま
たは請求項7記載のIII族窒化物結晶成長装置におい
て、第1の反応容器内に混合融液からのアルカリ金属蒸
気を閉じ込めるように構成されていることを特徴として
いる。
Further, the invention according to claim 8 is the group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6 or 7, wherein the alkali metal vapor from the mixed melt is confined in the first reaction vessel. It is characterized by being configured.

【0021】また、請求項9記載の発明は、請求項6乃
至請求項8のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶成
長装置において、第1の反応容器内と第2の反応容器内
との圧力差を少なくすることが可能に構成されているこ
とを特徴としている。
Further, the invention according to claim 9 is the group III nitride crystal growth apparatus according to any one of claims 6 to 8, wherein the inside of the first reaction vessel and the inside of the second reaction vessel It is characterized in that it can be configured to reduce the pressure difference between and.

【0022】また、請求項10記載の発明は、請求項6
乃至請求項9のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶
成長装置において、第1の反応容器と第2の反応容器と
の間には、加熱手段として、1つの加熱装置を有し、該
加熱装置は温度制御可能となっていることを特徴として
いる。
The invention according to claim 10 is the same as claim 6
The group III nitride crystal growth apparatus according to any one of claims 9 to 9, wherein one heating device is provided as a heating unit between the first reaction container and the second reaction container, The heating device is characterized in that the temperature can be controlled.

【0023】また、請求項11記載の発明は、請求項6
乃至請求項9のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶
成長装置において、第1の反応容器と第2の反応容器と
の間には、加熱手段として、複数の加熱装置を有し、各
加熱装置は、独立に温度制御可能となっていることを特
徴としている。
The invention described in claim 11 is the same as claim 6.
The group III nitride crystal growth apparatus according to any one of claims 9 to 9, wherein a plurality of heating devices are provided as heating means between the first reaction container and the second reaction container, Each heating device is characterized in that the temperature can be controlled independently.

【0024】また、請求項12記載の発明は、請求項1
1記載のIII族窒化物結晶成長装置において、前記複数
の加熱装置として、混合融液内あるいは混合融液表面で
III族窒化物が結晶成長可能な温度に制御するための第
1の加熱装置と、第1の加熱装置の上部に設けられ、混
合融液表面よりも上部の温度を制御するための第2の加
熱装置とを有していることを特徴としている。
The invention according to claim 12 is the same as claim 1
In the Group III nitride crystal growth apparatus according to 1, the plurality of heating devices may be used in or on the surface of the mixed melt.
A first heating device for controlling the temperature at which the group III nitride can grow crystals, and a second heating device for controlling the temperature above the surface of the mixed melt, which is provided on the first heating device. It is characterized by having a heating device.

【0025】[0025]

【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。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0026】第1の実施形態 図1は本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第1の
実施形態の構成例を示す図である。図1を参照すると、
このIII族窒化物結晶成長装置は、反応容器101内
に、アルカリ金属(以下の例では、Na)と少なくともII
I族金属を含む物質(以下の例では、Ga)との混合融液
103を保持する混合融液保持容器102が設置されて
いる。
First Embodiment FIG. 1 is a diagram showing a structural example of a first embodiment of a group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention. Referring to FIG.
In this group III nitride crystal growth apparatus, an alkali metal (Na in the following example) and at least II are placed in a reaction vessel 101.
A mixed melt holding container 102 for holding a mixed melt 103 with a substance containing a Group I metal (Ga in the following example) is installed.

【0027】なお、アルカリ金属は、外部から供給され
ても良いし、あるいは、最初から反応容器101内に存
在していても良い。
The alkali metal may be supplied from the outside or may be present in the reaction vessel 101 from the beginning.

【0028】また、混合融液保持容器102の上には蓋
109があり、混合融液保持容器102と蓋109との
間には、気体が出入できる程度の僅かな隙間がある。
A lid 109 is provided on the mixed melt holding container 102, and there is a small gap between the mixed melt holding container 102 and the lid 109 so that gas can flow in and out.

【0029】また、反応容器101は、例えばステンレ
スで形成されている。また、混合融液保持容器102お
よび蓋109は、例えば、BN(窒化ホウ素)、あるい
は、AlN、あるいは、パイロリティックBNで形成さ
れていても良いし、タングステン(W)やステンレスス
チール(SUS)やニッケル(Ni)等の金属で形成さ
れていても良い。また、混合融液保持容器102には、
発熱体が設けられていても良い。
The reaction vessel 101 is made of stainless steel, for example. Further, the mixed melt holding container 102 and the lid 109 may be formed of, for example, BN (boron nitride), AlN, or pyrolytic BN, or tungsten (W), stainless steel (SUS), or the like. It may be formed of a metal such as nickel (Ni). Further, in the mixed melt holding container 102,
A heating element may be provided.

【0030】また、図1のIII族窒化物結晶成長装置に
は、反応容器101内に少なくとも窒素を含む物質(例
えば、窒素ガスやアンモニアガス)を供給するための供
給管104が設けられている。なお、ここで言う窒素と
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
分子団のことであり、本発明において、窒素とは、この
ようなものであるとする。
The group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 1 is provided with a supply pipe 104 for supplying a substance containing at least nitrogen (for example, nitrogen gas or ammonia gas) into the reaction vessel 101. . The term "nitrogen" as used herein means a nitrogen molecule or atomic nitrogen produced from a nitrogen molecule or a compound containing nitrogen, and an atomic group or molecular group containing nitrogen, and in the present invention, nitrogen means Let's say that

【0031】また、少なくとも窒素を含む物質は、容器
107に収納されている。ここで、少なくとも窒素を含
む物質として窒素ガスを用いるときには、容器107に
は窒素ガスが収納されている。
Further, a substance containing at least nitrogen is contained in the container 107. Here, when nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, the container 107 stores the nitrogen gas.

【0032】また、少なくとも窒素を含む物質として窒
素ガスを用いるときには、供給管104には、窒素ガス
の圧力を調整するために圧力調整機構(例えば、圧力調
整弁)105が設けられている。また、図1の装置に
は、反応容器101内の窒素ガスの圧力を検知する圧力
センサー111が設置され、反応容器101内の圧力が
所定の圧力となるように、圧力センサー111は圧力調
整機構105にフィードバックをかけるように構成され
ている。
When nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, the supply pipe 104 is provided with a pressure adjusting mechanism (for example, a pressure adjusting valve) 105 for adjusting the pressure of the nitrogen gas. Further, a pressure sensor 111 for detecting the pressure of nitrogen gas in the reaction vessel 101 is installed in the apparatus of FIG. 1, and the pressure sensor 111 is a pressure adjusting mechanism so that the pressure in the reaction vessel 101 becomes a predetermined pressure. It is configured to give feedback to 105.

【0033】本発明の具体例では、少なくとも窒素を含
む物質として、窒素ガスを用い、窒素ガスを、反応容器
101外に設置されている容器107から供給管104
を通して反応容器101内の空間108に供給すること
ができる。この際、窒素ガスは、図1に示されているよ
うに、反応容器101の下側から供給されるようにして
いる。この窒素ガスの圧力は、圧力調整機構105によ
って調整することができる。
In the embodiment of the present invention, nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, and the nitrogen gas is supplied from the container 107 installed outside the reaction container 101 to the supply pipe 104.
Can be supplied to the space 108 in the reaction vessel 101 through. At this time, the nitrogen gas is supplied from the lower side of the reaction vessel 101 as shown in FIG. The pressure of the nitrogen gas can be adjusted by the pressure adjusting mechanism 105.

【0034】また、本発明は、反応容器101内におい
て、III族窒化物(例えば、GaN)が結晶成長可能な
温度にするための加熱手段を有していることを特徴とし
ている。
Further, the present invention is characterized in that the reaction vessel 101 is provided with a heating means for raising the temperature of the group III nitride (for example, GaN) to the crystal growth possible.

【0035】ここで、本発明の第1の実施形態では、加
熱手段は、反応容器101内に設けられている1つの加
熱装置106と、混合融液保持容器102の温度を検知
し、加熱装置106にフィードバックをかける温度セン
サー112とにより構成されている。
Here, in the first embodiment of the present invention, the heating means detects the temperature of one heating device 106 provided in the reaction vessel 101 and the temperature of the mixed melt holding vessel 102, and the heating device And a temperature sensor 112 that feeds back to 106.

【0036】すなわち、本発明の第1の実施形態では、
加熱手段として、反応容器101内に1つの加熱装置1
06を有し、該加熱装置106は温度制御可能となって
いる。
That is, in the first embodiment of the present invention,
As a heating means, one heating device 1 is provided in the reaction vessel 101.
06, the heating device 106 is temperature controllable.

【0037】本発明の第1の実施形態では、反応容器1
01内に加熱装置106が設けられていることによっ
て、反応容器101内の温度分布を精度良く容易に設定
することができ、III族窒化物の核発生制御とアルカリ
金属の蒸気制御を精度良く行なうことができて、III族
窒化物結晶110の結晶品質を高めることができる。
In the first embodiment of the present invention, the reaction container 1
Since the heating device 106 is provided inside 01, the temperature distribution in the reaction vessel 101 can be set easily with high precision, and the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be performed with high precision. Thus, the crystal quality of group III nitride crystal 110 can be improved.

【0038】従来技術である反応容器の外側に加熱装置
が設けられた場合は、加熱装置と混合融液との間に反応
容器が位置することで、加熱装置と混合融液との間の熱
抵抗が大きくなり、混合融液の温度制御精度を高くする
ことが出来ない。本実施例の場合は、この加熱装置と混
合融液との間の熱抵抗が小さいことから温度制御精度を
高くすることが可能となる。
When a heating device is provided outside the reaction vessel of the prior art, the reaction vessel is located between the heating device and the mixed melt, so that the heat between the heating device and the mixed melt is increased. The resistance increases, and the temperature control accuracy of the mixed melt cannot be increased. In the case of the present embodiment, since the thermal resistance between the heating device and the mixed melt is small, it is possible to improve the temperature control accuracy.

【0039】第2の実施形態 図2は本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第2の
実施形態の構成例を示す図である。図2を参照すると、
このIII族窒化物結晶成長装置は、基本的には、図1のI
II族窒化物結晶成長装置と同様の構成となっているが、
反応容器101内における加熱手段の構成を図1のIII
族窒化物結晶成長装置と異にしている。
Second Embodiment FIG. 2 is a diagram showing a structural example of a second embodiment of the group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention. Referring to FIG.
This group III nitride crystal growth apparatus is basically the same as that shown in FIG.
Although it has the same structure as the group II nitride crystal growth device,
The structure of the heating means in the reaction vessel 101 is shown in FIG.
It is different from the group nitride crystal growth device.

【0040】すなわち、図2のIII族窒化物結晶成長装
置では、加熱手段は、反応容器101内に設けられてい
る2つの加熱装置106,206と、混合融液保持容器
102の温度を検知し、加熱装置106,206にフィ
ードバックをかける温度センサー112,212とによ
り構成されている。
That is, in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 2, the heating means detects the temperatures of the two heating devices 106 and 206 provided in the reaction vessel 101 and the mixed melt holding vessel 102. , And temperature sensors 112 and 212 that feed back the heating devices 106 and 206.

【0041】ここで、第1の温度センサー112は混合
融液保持容器の下部の温度を、第2の温度センサー21
2は混合融液保持容器の上部の温度を各々検知するよう
になっている。第1の温度センサー112は第1の加熱
装置106にフィードバックをかけ、第2の温度センサ
ー212は第2の加熱装置206にフィードバックをか
けるように構成されている。第1の加熱装置106は混
合融液保持容器の下部の領域を加熱制御し、第2の加熱
装置206は混合融液保持容器の上部の領域を加熱制御
するようになっている。
Here, the first temperature sensor 112 indicates the temperature of the lower part of the mixed melt holding container and the second temperature sensor 21 indicates
2 detects the temperature of the upper portion of the mixed melt holding container. The first temperature sensor 112 is configured to provide feedback to the first heating device 106 and the second temperature sensor 212 is configured to provide feedback to the second heating device 206. The first heating device 106 heats and controls the lower region of the mixed melt holding container, and the second heating device 206 heats and controls the upper region of the mixed melt holding container.

【0042】上記2つの加熱装置106,206のう
ち、第1の加熱装置106は、混合融液103内あるい
は混合融液103の表面でIII族窒化物が結晶成長可能
な温度に制御するためのものであり、また、第1の加熱
装置106の上部に設けられている第2の加熱装置20
6は、混合融液103の表面よりも上部の温度を制御す
るためのものである。
Of the two heating devices 106 and 206, the first heating device 106 is for controlling the temperature within the mixed melt 103 or on the surface of the mixed melt 103 to a temperature at which group III nitride crystal growth is possible. The second heating device 20 provided above the first heating device 106.
Reference numeral 6 is for controlling the temperature above the surface of the mixed melt 103.

【0043】換言すれば、本発明の第2の実施形態で
は、反応容器101内には、加熱手段として、複数の
(図2の例では、2つの)加熱装置106,206を有
し、各加熱装置106,206は、独立に温度制御可能
となっていることを特徴としている。
In other words, in the second embodiment of the present invention, a plurality of (two in the example of FIG. 2) heating devices 106 and 206 are provided in the reaction vessel 101 as heating means. The heating devices 106 and 206 are characterized by independent temperature control.

【0044】本発明の第2の実施形態では、反応容器1
01内に、加熱手段として、複数の加熱装置106,2
06を有していることによって、反応容器101内の温
度分布をより一層精度良く容易に設定することができ、
III族窒化物の核発生制御とアルカリ金属の蒸気制御を
より一層精度良く行なうことができて、III族窒化物結
晶110の結晶品質を高めることができる。
In the second embodiment of the present invention, the reaction container 1
In 01, a plurality of heating devices 106, 2 are provided as heating means.
By having 06, the temperature distribution in the reaction vessel 101 can be set more accurately and easily,
The group III nitride nucleation control and the alkali metal vapor control can be performed more accurately, and the crystal quality of the group III nitride crystal 110 can be improved.

【0045】具体的に、本発明の第2の実施形態では、
第2の加熱装置206によって、混合融液103の表面
よりも上部の温度を上昇させて、混合融液103の上方
の方が温度が高い温度分布を形成することで、混合融液
103中のアルカリ金属の蒸発を防止することができ
る。すなわち、混合融液保持容器102から外へのアル
カリ金属の移動を抑制することができる。これにより、
III族金属とアルカリ金属の量比の変動を防止すること
ができて、III族窒化物結晶の結晶品質をより一層高め
ることができる。すなわち、III族金属とアルカリ金属
の量比を一定とすることで、III族窒化物結晶のより一
層の高品質化を行うことができる。
Specifically, in the second embodiment of the present invention,
The second heating device 206 raises the temperature above the surface of the mixed melt 103 to form a temperature distribution in which the temperature above the mixed melt 103 is higher. It is possible to prevent evaporation of alkali metal. That is, it is possible to suppress the movement of the alkali metal from the mixed melt holding container 102 to the outside. This allows
It is possible to prevent a change in the amount ratio of the group III metal and the alkali metal and further improve the crystal quality of the group III nitride crystal. That is, by making the amount ratio of the group III metal and the alkali metal constant, it is possible to further improve the quality of the group III nitride crystal.

【0046】第3の実施形態 図3は本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第3の
実施形態の構成例を示す図である。図3を参照すると、
このIII族窒化物結晶成長装置では、第1の反応容器2
01内には、アルカリ金属(以下の例では、Na)と少な
くともIII族金属を含む物質(以下の例では、Ga)との
混合融液103を保持する混合融液保持容器102が設
置されている。
Third Embodiment FIG. 3 is a diagram showing a structural example of a third embodiment of the group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention. Referring to FIG.
In this group III nitride crystal growth apparatus, the first reactor 2
In 01, a mixed melt holding container 102 for holding a mixed melt 103 of an alkali metal (Na in the following example) and a substance containing at least a Group III metal (Ga in the following example) is installed. There is.

【0047】なお、アルカリ金属は、外部から供給され
ても良いし、あるいは、最初から第1の反応容器201
内に存在していても良い。
The alkali metal may be supplied from the outside or the first reaction vessel 201 from the beginning.
It may exist inside.

【0048】また、混合融液保持容器102の上には蓋
109があり、混合融液保持容器102と蓋109との
間には、気体が出入できる程度の僅かな隙間がある。
A lid 109 is provided on the mixed melt holding container 102, and there is a small gap between the mixed melt holding container 102 and the lid 109 so that gas can flow in and out.

【0049】また、混合融液保持容器102および蓋1
09は、例えば、BN(窒化ホウ素)、あるいは、Al
N、あるいは、パイロリティックBNで形成されていて
も良いし、タングステン(W)やステンレススチール
(SUS)やニッケル(Ni)等の金属で形成されてい
ても良い。また、混合融液保持容器102には、発熱体
が設けられていても良い。
Further, the mixed melt holding container 102 and the lid 1
09 is, for example, BN (boron nitride) or Al
It may be formed of N or pyrolytic BN, or may be formed of a metal such as tungsten (W), stainless steel (SUS), nickel (Ni), or the like. A heating element may be provided in the mixed melt holding container 102.

【0050】また、この第3の実施形態のIII族窒化物
結晶成長装置では、第1の反応容器201の外側に第2
の反応容器101があり、III族窒化物(例えば、Ga
N)が結晶成長可能な温度にするための加熱手段が、第
1の反応容器201と第2の反応容器101との間に設
けられている。
In addition, in the group III nitride crystal growth apparatus of the third embodiment, the second reactor is provided outside the first reaction vessel 201.
There is a reaction vessel 101 of a group III nitride (for example, Ga
A heating means is provided between the first reaction container 201 and the second reaction container 101 to bring the temperature of N) to a temperature at which crystal growth is possible.

【0051】ここで、本発明の第3の実施形態では、加
熱手段は、第1の反応容器201と第2の反応容器10
1との間に設けられている1つの加熱装置106と、混
合融液保持容器102の温度を検知し、加熱装置106
にフィードバックをかける温度センサー112とにより
構成されている。
Here, in the third embodiment of the present invention, the heating means is composed of the first reaction container 201 and the second reaction container 10.
The temperature of one heating device 106 provided between the heating device 106 and the heating device 106 is detected.
And a temperature sensor 112 that feeds back to the.

【0052】すなわち、本発明の第3の実施形態では、
第1の反応容器201と第2の反応容器101との間に
加熱手段を有していることを特徴としている。
That is, in the third embodiment of the present invention,
It is characterized in that a heating means is provided between the first reaction container 201 and the second reaction container 101.

【0053】また、図3のIII族窒化物結晶成長装置に
おいて、第1の反応容器201,第2の反応容器101
は、例えばステンレスで形成されている。
In addition, in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3, the first reaction vessel 201 and the second reaction vessel 101
Are formed of, for example, stainless steel.

【0054】また、図3のIII族窒化物結晶成長装置で
は、第1の反応容器201と第2の反応容器101の雰
囲気を独立に制御可能となっている。
In the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3, the atmospheres of the first reaction vessel 201 and the second reaction vessel 101 can be controlled independently.

【0055】また、図3のIII族窒化物結晶成長装置に
は、第1の反応容器201内に少なくとも窒素を含む物
質(例えば、窒素ガスやアンモニアガス)を供給するた
めの供給管104と、第2の反応容器101内に少なく
とも窒素を含む物質(例えば、窒素ガスやアンモニアガ
ス)を供給するための供給管120とが設けられてい
る。なお、ここで言う窒素とは、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り、本発
明において、窒素とは、このようなものであるとする。
Further, in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3, a supply pipe 104 for supplying a substance containing at least nitrogen (for example, nitrogen gas or ammonia gas) into the first reaction vessel 201, A supply pipe 120 for supplying a substance containing at least nitrogen (for example, nitrogen gas or ammonia gas) is provided in the second reaction container 101. The term "nitrogen" as used herein means a nitrogen molecule or atomic nitrogen produced from a nitrogen molecule or a compound containing nitrogen, and an atomic group or molecular group containing nitrogen, and in the present invention, nitrogen means Let's say that

【0056】また、少なくとも窒素を含む物質は、容器
107に収納されている。ここで、少なくとも窒素を含
む物質として窒素ガスを用いるときには、容器107に
は窒素ガスが収納されている。
A substance containing at least nitrogen is contained in the container 107. Here, when nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, the container 107 stores the nitrogen gas.

【0057】供給管104と120には、各々途中に逆
止弁123と122が設置されている。これら逆止弁は
容器107側から反応容器側にはガスが移動するように
なっているが、反応容器側から外側へのガスの移動は出
来ないようになっている。
Check valves 123 and 122 are installed in the supply pipes 104 and 120, respectively. These check valves are designed so that the gas can move from the container 107 side to the reaction container side, but the gas cannot move from the reaction container side to the outside.

【0058】また、少なくとも窒素を含む物質として窒
素ガスを用いるときには、供給管104,120には、
窒素ガスの圧力を調整するために圧力調整機構(例え
ば、圧力調整弁)105が設けられている。また、図3
の装置には、第1の反応容器201内の圧力を検知する
圧力センサー111と、第2の反応容器101内の圧力
を検知する圧力センサー211とが設置され、第1の反
応容器201,第2の反応容器101内の圧力が所定の
圧力となるように、圧力センサー111と圧力センサー
211とは圧力調整機構105にフィードバックをかけ
るように構成されている。
When nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, the supply pipes 104 and 120 are
A pressure adjusting mechanism (for example, a pressure adjusting valve) 105 is provided to adjust the pressure of the nitrogen gas. Also, FIG.
In this apparatus, a pressure sensor 111 for detecting the pressure in the first reaction container 201 and a pressure sensor 211 for detecting the pressure in the second reaction container 101 are installed. The pressure sensor 111 and the pressure sensor 211 are configured to feed back to the pressure adjusting mechanism 105 so that the pressure in the second reaction vessel 101 becomes a predetermined pressure.

【0059】本発明の具体例では、少なくとも窒素を含
む物質として、窒素ガスを用い、窒素ガスを、第1,第
2の反応容器201,101外に設置されている容器1
07から供給管104,120を通して第1,第2の反
応容器201,101内の空間130,108に供給す
ることができる。この際、窒素ガスの圧力は、圧力調整
機構105によって調整することができる。
In the embodiment of the present invention, nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen, and the nitrogen gas is placed outside the first and second reaction vessels 201 and 101.
It is possible to supply from 07 through the supply pipes 104 and 120 to the spaces 130 and 108 in the first and second reaction vessels 201 and 101. At this time, the pressure of the nitrogen gas can be adjusted by the pressure adjusting mechanism 105.

【0060】このような構成により、図3のIII族窒化
物結晶成長装置では、第1の反応容器201内と第2の
反応容器101内との圧力差を少なくすることができ
る。
With such a structure, in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3, the pressure difference between the inside of the first reaction vessel 201 and the inside of the second reaction vessel 101 can be reduced.

【0061】また、図3のIII族窒化物結晶成長装置で
は、第1の反応容器201内に混合融液103からのア
ルカリ金属蒸気を閉じ込めるように構成されている。
Further, the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3 is constructed so that the alkali metal vapor from the mixed melt 103 is confined in the first reaction vessel 201.

【0062】前述した第1,第2の実施形態では、加熱
装置を反応容器101内に設けることにより、反応容器
101内の温度分布を精度良く容易に設定することがで
きるという効果を得ることができる反面、加熱装置がア
ルカリ金属蒸気が存在する反応容器101内に設けられ
ていることにより、加熱装置が腐食する恐れがある。
In the first and second embodiments described above, by providing the heating device in the reaction vessel 101, it is possible to obtain the effect that the temperature distribution in the reaction vessel 101 can be set easily with high accuracy. On the other hand, since the heating device is provided in the reaction vessel 101 where the alkali metal vapor exists, the heating device may be corroded.

【0063】これに対し、第3の実施形態では、加熱装
置106は、第1の反応容器201の外側に設置され、
上述のように、混合融液103からのアルカリ金属蒸気
を第1の反応容器201内に閉じ込めるようにすること
ができるので、加熱装置106がアルカリ金属蒸気にさ
らされて腐食するのを有効に防止することができる。
On the other hand, in the third embodiment, the heating device 106 is installed outside the first reaction vessel 201,
As described above, since the alkali metal vapor from the mixed melt 103 can be confined in the first reaction vessel 201, it is possible to effectively prevent the heating device 106 from being corroded by being exposed to the alkali metal vapor. can do.

【0064】但し、加熱装置106を第1の反応容器2
01の外側に設置する構成では、第1の反応容器201
の肉厚が大きいと、従来技術で説明したように、第1の
反応容器201内の温度分布制御を精度良く行なうこと
が困難であり、従って、III族窒化物の核発生制御やア
ルカリ金属の蒸発制御を精度良く行なうことができない
という問題が生ずる。
However, the heating device 106 is connected to the first reaction vessel 2
01 is installed outside the first reaction container 201.
If the wall thickness is large, it is difficult to accurately control the temperature distribution in the first reaction vessel 201, as described in the prior art. Therefore, the nucleation control of the group III nitride and the alkali metal There is a problem that the evaporation control cannot be performed accurately.

【0065】しかしながら、この第3の実施形態では、
上述したように、第1の反応容器201内の圧力と第2
の反応容器101内の圧力とをほぼ同じにすることがで
きるので、第1の反応容器201を薄肉の材料(例え
ば、薄肉のステンレス)で形成することができる。これ
によって、加熱装置106を第1の反応容器201の外
側に設置するときにも、第1の反応容器201が薄肉で
あることから、第1の反応容器201内の温度分布を精
度良く容易に設定することができ、III族窒化物の核発
生制御とアルカリ金属の蒸気制御を精度良く行なうこと
ができる。
However, in the third embodiment,
As described above, the pressure in the first reaction vessel 201 and the second pressure
Since the pressure inside the reaction container 101 can be made substantially the same, the first reaction container 201 can be formed of a thin material (for example, thin stainless steel). Accordingly, even when the heating device 106 is installed outside the first reaction container 201, the temperature distribution in the first reaction container 201 can be accurately and easily performed because the first reaction container 201 is thin. It can be set, and the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be accurately performed.

【0066】このように、本発明の第3の実施形態で
は、第1の反応容器201と第2の反応容器101との
間に、加熱装置106が設けられているので、加熱装置
106がアルカリ金属蒸気にさらされて腐食したりする
のを有効に防止することができるとともに、この加熱装
置106によって第1の反応容器201内の温度分布を
精度良く容易に設定することができ、III族窒化物の核
発生制御とアルカリ金属の蒸気制御を精度良く行なうこ
とができて、III族窒化物結晶の結晶品質を高めること
ができる。
As described above, in the third embodiment of the present invention, since the heating device 106 is provided between the first reaction container 201 and the second reaction container 101, the heating device 106 is alkaline. It is possible to effectively prevent corrosion due to exposure to metal vapor, and it is possible to accurately and easily set the temperature distribution in the first reaction vessel 201 by the heating device 106, and to perform group III nitriding. The nucleation control of the substance and the vapor control of the alkali metal can be accurately performed, and the crystal quality of the group III nitride crystal can be improved.

【0067】第4の実施形態 図4は本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第4の
実施形態の構成例を示す図である。図4を参照すると、
このIII族窒化物結晶成長装置は、基本的には、図3のI
II族窒化物結晶成長装置と同様の構成となっているが、
第1の反応容器201と第2の反応容器101との間に
設けられる加熱手段の構成を図3のIII族窒化物結晶成
長装置と異にしている。
Fourth Embodiment FIG. 4 is a diagram showing a structural example of a fourth embodiment of the group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention. Referring to FIG.
This group III nitride crystal growth apparatus is basically the same as that shown in FIG.
Although it has the same structure as the group II nitride crystal growth device,
The structure of the heating means provided between the first reaction container 201 and the second reaction container 101 is different from that of the group III nitride crystal growth apparatus of FIG.

【0068】すなわち、図4のIII族窒化物結晶成長装
置では、加熱手段は、第1の反応容器201と第2の反
応容器101との間に設けられている2つの加熱装置1
06,206と、混合融液保持容器102の温度を検知
し、加熱装置106,206にフィードバックをかける
温度センサー112,212とにより構成されている。
That is, in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 4, the heating means is the two heating apparatuses 1 provided between the first reaction vessel 201 and the second reaction vessel 101.
06 and 206, and temperature sensors 112 and 212 that detect the temperature of the mixed melt holding container 102 and feed back to the heating devices 106 and 206.

【0069】第1の温度センサー112は混合融液保持
容器の下部の温度を、第2の温度センサー212は混合
融液保持容器の上部の温度を各々検知するようになって
いる。第1の温度センサー112は第1の加熱装置10
6にフィードバックをかけ、第2の温度センサー212
は第2の加熱装置206にフィードバックをかけるよう
に構成されている。第1の加熱装置106は混合融液保
持容器の下部の領域を加熱制御し、第2の加熱装置20
6は混合融液保持容器の上部の領域を加熱制御するよう
になっている。
The first temperature sensor 112 detects the temperature of the lower portion of the mixed melt holding container, and the second temperature sensor 212 detects the temperature of the upper portion of the mixed melt holding container. The first temperature sensor 112 is the first heating device 10
6 is fed back to the second temperature sensor 212.
Is configured to provide feedback to the second heating device 206. The first heating device 106 heats and controls the lower region of the mixed melt holding container, and the second heating device 20
Reference numeral 6 is adapted to control heating of the upper region of the mixed melt holding container.

【0070】上記2つの加熱装置106,206のう
ち、第1の加熱装置106は、混合融液103内あるい
は混合融液103の表面でIII族窒化物が結晶成長可能
な温度に制御するためのものであり、また、第1の加熱
装置106の上部に設けられている第2の加熱装置20
6は、混合融液103の表面よりも上部の温度を制御す
るためのものである。
Of the two heating devices 106 and 206 described above, the first heating device 106 is for controlling the temperature within the mixed melt 103 or on the surface of the mixed melt 103 to a temperature at which group III nitride crystal growth is possible. The second heating device 20 provided above the first heating device 106.
Reference numeral 6 is for controlling the temperature above the surface of the mixed melt 103.

【0071】換言すれば、本発明の第4の実施形態で
は、第1の反応容器201と第2の反応容器101との
間には、加熱手段として、複数の(図4の例では、2つ
の)加熱装置106,206を有し、各加熱装置10
6,206は、独立に温度制御可能となっている。
In other words, in the fourth embodiment of the present invention, between the first reaction container 201 and the second reaction container 101, a plurality of heating means (two in the example of FIG. Heating device 106, 206, each heating device 10
The temperature of 6, 206 can be controlled independently.

【0072】図4のIII族窒化物結晶成長装置において
も、図3のIII族窒化物結晶成長装置と同様に、第1の
反応容器201内と第2の反応容器101内との圧力差
を少なくすることができる。
Also in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 4, as in the group III nitride crystal growth apparatus of FIG. 3, the pressure difference between the first reaction vessel 201 and the second reaction vessel 101 is reduced. Can be reduced.

【0073】また、図4のIII族窒化物結晶成長装置に
おいても、第1の反応容器201内に混合融液103か
らのアルカリ金属蒸気を閉じ込めるように構成されてい
る。
The group III nitride crystal growth apparatus shown in FIG. 4 is also configured to confine the alkali metal vapor from the mixed melt 103 in the first reaction vessel 201.

【0074】この第4の実施形態においても、加熱装置
106,206は、第1の反応容器201の外側に設置
され、上述のように、混合融液103からのアルカリ金
属蒸気を第1の反応容器201内に閉じ込めるようにす
ることができるので、加熱装置106,206がアルカ
リ金属蒸気にさらされて腐食したりするのを有効に防止
することができる。
Also in the fourth embodiment, the heating devices 106 and 206 are installed outside the first reaction vessel 201, and as described above, the alkali metal vapor from the mixed melt 103 is used for the first reaction. Since it can be confined in the container 201, it is possible to effectively prevent the heating devices 106 and 206 from being exposed to the alkali metal vapor and corroding.

【0075】そして、この第4の実施形態においても、
上述したように、第1の反応容器201内の圧力と第2
の反応容器101内の圧力とをほぼ同じにすることがで
きるので、第1の反応容器201を薄肉の材料(例え
ば、ステンレス)で形成することができる。これによっ
て、加熱装置106,206を第1の反応容器201の
外側に設置するときにも、第1の反応容器201が薄肉
であることから、第1の反応容器201内の温度分布を
精度良く容易に設定することができ、III族窒化物の核
発生制御とアルカリ金属の蒸気制御を精度良く行なうこ
とができる。
Also in the fourth embodiment,
As described above, the pressure in the first reaction vessel 201 and the second pressure
Since the pressure inside the reaction container 101 can be made substantially the same, the first reaction container 201 can be formed of a thin material (for example, stainless steel). Thus, even when the heating devices 106 and 206 are installed outside the first reaction container 201, the temperature distribution in the first reaction container 201 can be accurately measured because the first reaction container 201 is thin. It can be easily set, and the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be accurately performed.

【0076】このように、本発明の第4の実施形態で
は、第1の反応容器201と第2の反応容器101との
間に、加熱装置106,206が設けられているので、
加熱装置106,206がアルカリ金属蒸気にさらされ
て腐食したりするのを有効に防止することができるとと
もに、加熱装置106,206によって第1の反応容器
201内の温度分布をより一層精度良く容易に設定する
ことができ、III族窒化物の核発生制御とアルカリ金属
の蒸気制御をより一層精度良く行なうことができて、II
I族窒化物結晶の結晶品質を高めることができる。
As described above, in the fourth embodiment of the present invention, since the heating devices 106 and 206 are provided between the first reaction container 201 and the second reaction container 101,
It is possible to effectively prevent the heating devices 106 and 206 from being corroded by being exposed to the alkali metal vapor, and by the heating devices 106 and 206, the temperature distribution in the first reaction container 201 can be more accurately and easily. It is possible to control the nucleation of III-nitride and vapor control of alkali metal with higher accuracy.
The crystal quality of the group I nitride crystal can be improved.

【0077】具体的に、本発明の第4の実施形態では、
第2の加熱装置206によって、混合融液103の表面
よりも上部の温度を上昇させて、混合融液103の上方
の方が温度が高い温度分布を形成することで、混合融液
103中のアルカリ金属の蒸発を防止することができ
る。すなわち、混合融液保持容器102から外へのアル
カリ金属の移動を抑制することができる。これにより、
III族金属とアルカリ金属の量比の変動を防止すること
ができて、III族窒化物結晶の結晶品質をより一層高め
ることができる。すなわち、III族金属とアルカリ金属
の量比を一定とすることで、III族窒化物結晶のより一
層高品質化を行うことができる。
Specifically, in the fourth embodiment of the present invention,
The second heating device 206 raises the temperature above the surface of the mixed melt 103 to form a temperature distribution in which the temperature above the mixed melt 103 is higher. It is possible to prevent evaporation of alkali metal. That is, it is possible to suppress the movement of the alkali metal from the mixed melt holding container 102 to the outside. This allows
It is possible to prevent a change in the amount ratio of the group III metal and the alkali metal and further improve the crystal quality of the group III nitride crystal. That is, by making the amount ratio of the group III metal and the alkali metal constant, it is possible to further improve the quality of the group III nitride crystal.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上に説明したように、請求項1乃至請
求項5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、該混合融液と少なくとも窒素を含む物質とから、
III族金属と窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成
長させるIII族窒化物結晶成長装置であって、反応容器
内には、III族窒化物が結晶成長可能な温度にするため
の加熱手段が設けられているので、反応容器内の温度分
布を容易にかつ精度良く設定することができ、III族窒
化物の核発生制御とアルカリ金属の蒸気制御を行うこと
ができる。
As described above, according to the inventions of claims 1 to 5, the alkali metal and the substance containing at least a group III metal form a mixed melt in the reaction vessel, From the mixed melt and a substance containing at least nitrogen,
A group III nitride crystal growth apparatus for crystallizing a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen, wherein heating is performed in a reaction vessel to a temperature at which the group III nitride can grow crystals. Since the means is provided, the temperature distribution in the reaction vessel can be easily and accurately set, and the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be performed.

【0079】特に、請求項3,請求項4記載の発明によ
れば、請求項1記載のIII族窒化物結晶成長装置におい
て、加熱手段として、反応容器内に複数の加熱装置を有
し、各加熱装置は、独立に温度制御可能となっているの
で、さらに、混合融液保持容器から外へのアルカリ金属
の移動を抑制し、III族金属とアルカリ金属の量比を一
定とすることができ、これによって、III族窒化物結晶
の高品質化を行うことができる。
In particular, according to the inventions of claims 3 and 4, in the group III nitride crystal growth apparatus of claim 1, as a heating means, a plurality of heating devices are provided in the reaction vessel, and Since the heating device can control the temperature independently, it is possible to further suppress the movement of the alkali metal from the mixed melt holding container to the outside and to keep the amount ratio of the group III metal and the alkali metal constant. As a result, the quality of the group III nitride crystal can be improved.

【0080】すなわち、従来におけるIII族窒化物の結
晶成長条件では、アルカリ金属は蒸気圧を有しており、
混合融液保持容器から外にアルカリ金属が移動するよう
になっていた。このため、III族金属とアルカリ金属の
量比が変動し、成長条件制御が困難となり、結晶品質を
高めるには限界があった。
That is, under the conventional group III nitride crystal growth conditions, the alkali metal has a vapor pressure,
The alkali metal was designed to move out of the mixed melt holding container. Therefore, the amount ratio of the group III metal and the alkali metal fluctuates, it becomes difficult to control the growth conditions, and there is a limit in improving the crystal quality.

【0081】これに対し、請求項3,請求項4の発明で
は、混合融液保持容器から外へのアルカリ金属の移動を
抑制し、III族金属とアルカリ金属の量比を一定とする
ことで、III族窒化物結晶の高品質化を行うことができ
る。
On the other hand, in the inventions of claims 3 and 4, the movement of the alkali metal from the mixed melt holding container to the outside is suppressed and the amount ratio of the group III metal and the alkali metal is made constant. It is possible to improve the quality of the group III nitride crystal.

【0082】また、請求項6乃至請求項12記載の発明
によれば、第1の反応容器の外側に第2の反応容器があ
り、第1の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともII
I族金属を含む物質とが混合融液を形成し、該混合融液
と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と窒素
とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒
化物結晶成長装置であって、第1の反応容器と第2の反
応容器との間に加熱手段を有しているので、請求項8記
載の発明のように、第1の反応容器内に混合融液からの
アルカリ金属蒸気を閉じ込めるようにすれば、加熱装置
がアルカリ金属蒸気により腐食されるのを防止すること
ができる。
Further, according to the inventions of claims 6 to 12, there is a second reaction vessel outside the first reaction vessel, and at least II with an alkali metal is present in the first reaction vessel.
A group III nitride which forms a mixed melt with a substance containing a group I metal, and crystallizes a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen from the mixed melt and a substance containing at least nitrogen. A crystal growth apparatus, which has a heating means between the first reaction container and the second reaction container, and therefore, as in the invention according to claim 8, mixing and melting in the first reaction container. If the alkali metal vapor from the liquid is confined, the heating device can be prevented from being corroded by the alkali metal vapor.

【0083】なお、このとき、請求項9記載の発明のよ
うに、第1の反応容器内と第2の反応容器内の圧力差を
少なくすれば、第1の反応容器内の圧力と第2の反応容
器内の圧力との差が小さくなることから、第1の反応容
器の肉厚を薄くすることができ(例えば、薄肉のステン
レスで第1の反応容器を構成することができ)、この場
合には、第1の反応容器の外側に加熱装置が設けられて
いても、この加熱装置によって第1の反応容器内の温度
分布を良好に制御することが可能となる。
At this time, if the pressure difference between the first reaction container and the second reaction container is reduced as in the invention described in claim 9, the pressure in the first reaction container and the second reaction container Since the difference from the pressure in the reaction container of 1 becomes small, the wall thickness of the first reaction container can be made thin (for example, the first reaction container can be made of thin stainless steel). In this case, even if the heating device is provided outside the first reaction container, it becomes possible to favorably control the temperature distribution in the first reaction container by this heating device.

【0084】このように、請求項6乃至請求項12記載
の発明によれば、加熱装置がアルカリ金属蒸気にさらさ
れて腐食したりするのを有効に防止することができると
ともに、第1の反応容器201内の温度分布を容易にか
つ精度良く設定することができ、III族窒化物の核発生
制御とアルカリ金属の蒸気制御を精度良く行なうことが
できて、III族窒化物結晶の結晶品質を高めることがで
きる。
As described above, according to the sixth to twelfth aspects of the present invention, it is possible to effectively prevent the heating device from being corroded by being exposed to the alkali metal vapor, and at the same time, the first reaction. The temperature distribution in the container 201 can be easily and accurately set, the nucleation control of the group III nitride and the vapor control of the alkali metal can be performed accurately, and the crystal quality of the group III nitride crystal can be improved. Can be increased.

【0085】特に、請求項11,請求項12記載の発明
によれば、請求項6乃至請求項9のいずれか一項に記載
のIII族窒化物結晶成長装置において、第1の反応容器
と第2の反応容器との間には、加熱手段として、複数の
加熱装置を有し、各加熱装置は、独立に温度制御可能と
なっているので、さらに、混合融液保持容器から外への
アルカリ金属の移動を抑制し、III族金属とアルカリ金
属の量比を一定とすることができ、III族窒化物結晶の
高品質化を行うことができる。
According to the eleventh and twelfth aspects of the invention, in particular, in the group III nitride crystal growth apparatus according to any one of the sixth to ninth aspects, the first reaction container and the A plurality of heating devices are provided as heating means between the second reaction container and each of the heating devices, and the temperature of each heating device can be controlled independently. It is possible to suppress the movement of the metal, make the amount ratio of the group III metal and the alkali metal constant, and improve the quality of the group III nitride crystal.

【0086】すなわち、従来におけるIII族窒化物の結
晶成長条件では、アルカリ金属は蒸気圧を有しており、
混合融液保持容器から外にアルカリ金属が移動するよう
になっていた。このため、III族金属とアルカリ金属の
量比が変動し、成長条件制御が困難となり、結晶品質を
高めるには限界があった。
That is, under the conventional group III nitride crystal growth conditions, the alkali metal has a vapor pressure,
The alkali metal was designed to move out of the mixed melt holding container. Therefore, the amount ratio of the group III metal and the alkali metal fluctuates, it becomes difficult to control the growth conditions, and there is a limit in improving the crystal quality.

【0087】これに対し、請求項11,請求項12の発
明では、混合融液保持容器から外へのアルカリ金属の移
動を抑制し、III族金属とアルカリ金属の量比を一定と
することで、III族窒化物結晶の高品質化を行うことが
できる。
On the other hand, according to the eleventh and twelfth aspects of the invention, the movement of the alkali metal from the mixed melt holding container to the outside is suppressed, and the amount ratio of the group III metal and the alkali metal is kept constant. It is possible to improve the quality of the group III nitride crystal.

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

【図1】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第1
の構成例を示す図である。
FIG. 1 is a first III-nitride crystal growth apparatus according to the present invention.
It is a figure which shows the structural example.

【図2】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第2
の構成例を示す図である。
FIG. 2 is a second III-nitride crystal growth apparatus according to the present invention.
It is a figure which shows the structural example.

【図3】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第3
の構成例を示す図である。
FIG. 3 is a third group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention.
It is a figure which shows the structural example.

【図4】本発明に係るIII族窒化物結晶成長装置の第4
の構成例を示す図である。
FIG. 4 is a fourth group III nitride crystal growth apparatus according to the present invention.
It is a figure which shows the structural example.

【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 ガス供給管 105 窒素圧力調整弁 106 加熱装置 107 窒素ガス容器 108 反応容器内の空間 109 混合融液保持容器の蓋 110 III族窒化物(GaN)結晶 111 圧力センサー 112 温度センサー 106 第1の加熱装置 206 第2の加熱装置 101 第2の反応容器 201 第1の反応容器 101 reaction vessel 102 mixed melt holding container 103 mixed melt 104 gas supply pipe 105 Nitrogen pressure control valve 106 heating device 107 nitrogen gas container 108 Space inside reaction vessel 109 Lid of mixed melt holding container 110 Group III nitride (GaN) crystal 111 Pressure sensor 112 Temperature sensor 106 first heating device 206 Second heating device 101 Second reaction vessel 201 First reaction vessel

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山根 久典 宮城県仙台市宮城野区鶴ヶ谷1−12−4 (72)発明者 島田 昌彦 宮城県仙台市青葉区貝ヶ森3−29−5 Fターム(参考) 4G077 AA01 AA02 BE15 CC04 EC08 EG18 HA02 HA12    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hisanori Yamane             1-12-4 Tsurugaya, Miyagino-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture (72) Inventor Masahiko Shimada             3-29-5 Kaigamori, Aoba-ku, Sendai City, Miyagi Prefecture F term (reference) 4G077 AA01 AA02 BE15 CC04 EC08                       EG18 HA02 HA12

Claims (12)

【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、該混合
融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と
窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるIII
族窒化物結晶成長装置であって、反応容器内には、III
族窒化物が結晶成長可能な温度にするための加熱手段を
有していることを特徴とするIII族窒化物結晶成長装
置。
1. A reaction vessel, in which an alkali metal and a substance containing at least a group III metal form a mixed melt, and the mixed melt and a substance containing at least nitrogen are used to form a group III metal and nitrogen. Growth of group III nitrides III
A group-nitride crystal growth apparatus, in which a reaction vessel is provided with III
A group III nitride crystal growth apparatus comprising a heating means for controlling the temperature of the group nitride to allow crystal growth.
【請求項2】 請求項1記載のIII族窒化物結晶成長装
置において、加熱手段として、反応容器内に1つの加熱
装置を有し、該加熱装置は温度制御可能となっているこ
とを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
2. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 1, wherein the heating means has one heating device in the reaction vessel, and the heating device is temperature controllable. Group III nitride crystal growth apparatus.
【請求項3】 請求項1記載のIII族窒化物結晶成長装
置において、加熱手段として、反応容器内に複数の加熱
装置を有し、各加熱装置は、独立に温度制御可能となっ
ていることを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
3. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a plurality of heating devices are provided in the reaction vessel as heating means, and each heating device can independently control the temperature. A group III nitride crystal growth apparatus characterized by:
【請求項4】 請求項3記載のIII族窒化物結晶成長装
置において、前記複数の加熱装置として、混合融液内あ
るいは混合融液表面でIII族窒化物が結晶成長可能な温
度に制御するための第1の加熱装置と、第1の加熱装置
の上部に設けられ、混合融液表面よりも上部の温度を制
御するための第2の加熱装置とを有していることを特徴
とするIII族窒化物結晶成長装置。
4. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 3, wherein the plurality of heating devices are for controlling the temperature at which the group III nitride can grow crystals in the mixed melt or on the surface of the mixed melt. No. 1 heating device and a second heating device provided above the first heating device and for controlling the temperature above the surface of the mixed melt. III. Group Nitride Crystal Growth Equipment.
【請求項5】 請求項1乃至請求項4のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶成長装置において、混合融液を
保持する混合融液保持容器には、発熱体が設けられてい
ることを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
5. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 1, wherein a mixed melt holding container holding the mixed melt is provided with a heating element. A group III nitride crystal growth apparatus characterized by the above.
【請求項6】 第1の反応容器の外側に第2の反応容器
があり、第1の反応容器内で、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、該混合
融液と少なくとも窒素を含む物質とから、III族金属と
窒素とから構成されるIII族窒化物を結晶成長させるIII
族窒化物結晶成長装置であって、第1の反応容器と第2
の反応容器との間に加熱手段を有していることを特徴と
するIII族窒化物結晶成長装置。
6. A second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, and in the first reaction vessel, the alkali metal and the substance containing at least a Group III metal form a mixed melt, and the mixed melt is formed. Crystal growth of a group III nitride composed of a group III metal and nitrogen from a melt and a substance containing at least nitrogen III
A group nitride crystal growth apparatus, comprising: a first reaction container and a second reaction container.
A group III nitride crystal growth apparatus comprising a heating means between the reaction vessel and the reaction vessel.
【請求項7】 請求項6記載のIII族窒化物結晶成長装
置において、第1の反応容器と第2の反応容器の雰囲気
を独立に制御可能となっていることを特徴とするIII族
窒化物結晶成長装置。
7. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6, wherein the atmospheres of the first reaction container and the second reaction container can be independently controlled. Crystal growth equipment.
【請求項8】 請求項6または請求項7記載のIII族窒
化物結晶成長装置において、第1の反応容器内に混合融
液からのアルカリ金属蒸気を閉じ込めるように構成され
ていることを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
8. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6 or 7, wherein the alkali metal vapor from the mixed melt is confined in the first reaction vessel. Group III nitride crystal growth apparatus.
【請求項9】 請求項6乃至請求項8のいずれか一項に
記載のIII族窒化物結晶成長装置において、第1の反応
容器内と第2の反応容器内との圧力差を少なくすること
が可能に構成されていることを特徴とするIII族窒化物
結晶成長装置。
9. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6, wherein the pressure difference between the first reaction container and the second reaction container is reduced. A group III nitride crystal growth apparatus characterized in that
【請求項10】 請求項6乃至請求項9のいずれか一項
に記載のIII族窒化物結晶成長装置において、第1の反
応容器と第2の反応容器との間には、加熱手段として、
1つの加熱装置を有し、該加熱装置は温度制御可能とな
っていることを特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
10. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6, wherein a heating means is provided between the first reaction container and the second reaction container.
A group III nitride crystal growth apparatus having one heating device, the temperature of which is controllable.
【請求項11】 請求項6乃至請求項9のいずれか一項
に記載のIII族窒化物結晶成長装置において、第1の反
応容器と第2の反応容器との間には、加熱手段として、
複数の加熱装置を有し、各加熱装置は、独立に温度制御
可能となっていることを特徴とするIII族窒化物結晶成
長装置。
11. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 6, wherein a heating means is provided between the first reaction container and the second reaction container.
A Group III nitride crystal growth apparatus having a plurality of heating devices, each heating device being capable of independently controlling the temperature.
【請求項12】 請求項11記載のIII族窒化物結晶成
長装置において、前記複数の加熱装置として、混合融液
内あるいは混合融液表面でIII族窒化物が結晶成長可能
な温度に制御するための第1の加熱装置と、第1の加熱
装置の上部に設けられ、混合融液表面よりも上部の温度
を制御するための第2の加熱装置とを有していることを
特徴とするIII族窒化物結晶成長装置。
12. The group III nitride crystal growth apparatus according to claim 11, wherein the plurality of heating devices are for controlling a temperature at which group III nitride crystals can grow in the mixed melt or on the surface of the mixed melt. No. 1 heating device and a second heating device provided on top of the first heating device for controlling the temperature above the surface of the mixed melt. III. Group Nitride Crystal Growth Equipment.
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