JP2007145679A - Apparatus for and method of producing aluminum nitride single crystal - Google Patents

Apparatus for and method of producing aluminum nitride single crystal Download PDF

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Toshiaki Mabuchi
利明 馬淵
Hiroyuki Kamata
弘之 鎌田
Kunihiro Naoe
邦浩 直江
Shoji Mimura
彰治 味村
Kazuo Sanada
和夫 真田
Noboru Ichinose
昇 一ノ瀬
Shintaro Miyazawa
信太郎 宮澤
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Fujikura Ltd
Waseda University
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Fujikura Ltd
Waseda University
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method of producing an aluminum nitride single crystal using a sublimation method, capable of preventing occurrence of defects in the single crystal and of efficiently producing the crystal with good quality and large diameter. <P>SOLUTION: The graphite crucible 4 which is disposed on the lower part in a heating furnace body 2 has on its inner face, a coated film 5 comprising the nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium and osmium. Since such a coated film 5 is stable even at high temperatures of ≥2,000°C and also chemically stable to sublimation gases (Al, N<SB>2</SB>), the aluminum nitride single crystal grown by using the gas generated from the graphite crucible can be prevented from occurrence of defects, thus efficiently producing the single crystal with good quality and large diameter. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

この発明は窒化アルミニウム単結晶の製造装置及びその製造方法に関し、さらに詳しくは、欠陥の少ない窒化アルミニウム単結晶を昇華法により製造する技術に関するものである。   The present invention relates to an apparatus for producing an aluminum nitride single crystal and a method for producing the same, and more particularly to a technique for producing an aluminum nitride single crystal with few defects by a sublimation method.

III族元素の窒化物のうち、窒化アルミニウムは熱伝導率が高く、窒化ガリウムと格子整合性が高いことから、GaN系半導体デバイス用基板の材料として期待されている。従来、この種の窒化物単結晶の製造方法としては、いくつかの方法が知られているが、特に昇華法が有望視されている(例えば、特許文献1及び特許文献2参照)。   Of the nitrides of Group III elements, aluminum nitride is expected as a material for a substrate for a GaN-based semiconductor device because of its high thermal conductivity and high lattice matching with gallium nitride. Conventionally, several methods are known as a method for producing this type of nitride single crystal, and the sublimation method is particularly promising (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2).

図2は、昇華法を用いて窒化物単結晶を製造する従来の加熱炉(製造装置)100を示している。この加熱炉100は、加熱炉本体101と、この加熱炉本体101を取り囲む誘導加熱コイル102と、を備えている。   FIG. 2 shows a conventional heating furnace (manufacturing apparatus) 100 for manufacturing a nitride single crystal using a sublimation method. The heating furnace 100 includes a heating furnace main body 101 and an induction heating coil 102 that surrounds the heating furnace main body 101.

加熱炉本体101内の下部には、容器状の黒鉛るつぼ103が配置されている。この黒鉛るつぼ103内には、窒化物の粉末や焼結体などの原料104が配置される。   A container-like graphite crucible 103 is disposed in the lower part of the heating furnace main body 101. In the graphite crucible 103, a raw material 104 such as a nitride powder or a sintered body is disposed.

また、加熱炉本体101内の上壁部には、黒鉛るつぼ103に対向するように板状のサセプタ105が配置されている。このサセプタ105は、黒鉛で形成されている。また、サセプタ105の下面には、種子結晶106が貼り付けられている。このサセプタ105の下面及び種子結晶106の表面(下面)は、水平となるように設定されている。   A plate-shaped susceptor 105 is arranged on the upper wall portion in the heating furnace main body 101 so as to face the graphite crucible 103. The susceptor 105 is made of graphite. A seed crystal 106 is attached to the lower surface of the susceptor 105. The lower surface of the susceptor 105 and the surface (lower surface) of the seed crystal 106 are set to be horizontal.

さらに、加熱炉本体101の底部には雰囲気ガスの流入口107が形成され、加熱炉本体101の上壁部には雰囲気ガスの排出口108が形成されている。   Further, an atmospheric gas inlet 107 is formed at the bottom of the heating furnace main body 101, and an atmospheric gas outlet 108 is formed at the upper wall of the heating furnace main body 101.

このような加熱炉100を用いて窒化アルミニウム単結晶を製造する方法について説明する。先ず、窒化アルミニウムの粉末や焼結体などの原料104を黒鉛るつぼ103内に配置させる。次に、加熱炉本体101内を真空排気した後、底部の雰囲気ガスの流入口107から窒素等の雰囲気ガスを導入する。そして、誘導加熱コイル102を動作させて、黒鉛るつぼ103内の原料104やサセプタ105、種子結晶106を加熱する。また、加熱炉本体101の上壁部に形成された排気口108から雰囲気ガスを排気する。   A method for producing an aluminum nitride single crystal using such a heating furnace 100 will be described. First, a raw material 104 such as aluminum nitride powder or sintered body is placed in a graphite crucible 103. Next, after the inside of the heating furnace body 101 is evacuated, an atmosphere gas such as nitrogen is introduced from the atmosphere gas inlet 107 at the bottom. Then, the induction heating coil 102 is operated to heat the raw material 104, the susceptor 105, and the seed crystal 106 in the graphite crucible 103. Further, the atmospheric gas is exhausted from the exhaust port 108 formed in the upper wall portion of the heating furnace main body 101.

この加熱により、黒鉛るつぼ103内の原料104が溶融、昇華し、昇華ガスが種子結晶106の表面に付着し、結晶成長する。この際、種子結晶106での結晶成長の結晶化速度を制御するため、サセプタ105の温度と原料104から昇華する昇華ガスの昇華速度をそれぞれ最適化することが行われている。   By this heating, the raw material 104 in the graphite crucible 103 is melted and sublimated, and the sublimation gas adheres to the surface of the seed crystal 106 and grows. At this time, in order to control the crystallization speed of crystal growth in the seed crystal 106, the temperature of the susceptor 105 and the sublimation speed of the sublimation gas sublimated from the raw material 104 are respectively optimized.

また、窒化アルミニウム等の窒化物単結晶の製造方法に関する先行技術としては、以下のような非特許文献1及び非特許文献2に記載されたものが知られている。
特開平10−53495号公報 特開2004−284869号公報 Glen A. Slack and T. F. Mcnelly, J. Cryst. Growth, 34(1976)263-279 R. Schlesser and Z. Sitar, J. Cryst. Growth, 234(2002)349
Further, as a prior art relating to a method for producing a nitride single crystal such as aluminum nitride, those described in Non-Patent Document 1 and Non-Patent Document 2 as described below are known.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-53495 JP 2004-284869 A Glen A. Slack and TF Mcnelly, J. Cryst. Growth, 34 (1976) 263-279 R. Schlesser and Z. Sitar, J. Cryst. Growth, 234 (2002) 349

しかしながら、従来の窒化アルミニウム単結晶の製造方法では、種子結晶の表面に原料ガスを供給する際に、原料ガスの発生と同時に黒鉛るつぼの成分であるカーボンが単結晶中に混入し、欠陥の起点となったり、コンタミネーションとなるなどの問題点がある。   However, in the conventional method for producing an aluminum nitride single crystal, when supplying the raw material gas to the surface of the seed crystal, carbon that is a component of the graphite crucible is mixed into the single crystal simultaneously with the generation of the raw material gas, and the origin of the defect And there are problems such as contamination.

また、特許文献2に記載された窒化物単結晶の製造方法では、るつぼ及びサセプタの表面を窒化ホウ素(BN)や窒化珪素(SiN)で被覆した黒鉛製のものを用いているが、ホウ素はアルミニウムと同様、III族元素であるため、混晶(Al1−xN)を作るため、作製した単結晶の品質が低下する。また、珪素(Si)はフィールドエミッションの効率向上のためにドーパントとして使用する材料である。珪素の混入により、材料の導電性や、品質が大きく変化することはよく知られており、窒化珪素でるつぼを被覆することは適当ではない。また、実際にドーピングの際にも、被覆物からのドーピング濃度への影響が無視できないため、ドーピング量が精密に制御できない可能性があり、不適である。 In addition, in the method for manufacturing a nitride single crystal described in Patent Document 2, a graphite product in which the surfaces of a crucible and a susceptor are coated with boron nitride (BN) or silicon nitride (SiN) is used. Like aluminum, since it is a group III element, a mixed crystal (Al x B 1-x N) is produced, so that the quality of the produced single crystal is lowered. Silicon (Si) is a material used as a dopant to improve the field emission efficiency. It is well known that the conductivity and quality of the material greatly change due to the mixing of silicon, and it is not appropriate to cover the crucible with silicon nitride. In addition, in actual doping, since the influence on the doping concentration from the coating cannot be ignored, the doping amount may not be precisely controlled, which is inappropriate.

そこで、本発明の目的は、単結晶に欠陥が発生することを抑制でき、良質で大口径の単結晶が効率よく製造できる、昇華法を用いた窒化物単結晶の製造方法及びその製造装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for manufacturing a nitride single crystal using a sublimation method and an apparatus for manufacturing the same, which can suppress the occurrence of defects in the single crystal and can efficiently manufacture a single crystal having a high quality and a large diameter. It is to provide.

本発明の第1の特徴は、窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼと、黒鉛るつぼから昇華した窒化アルミニウムを付着させて単結晶を成長させる種子結晶を支持するサセプタと、を備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置であって、黒鉛るつぼの表面を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物で被覆したことを要旨とする。   A first feature of the present invention is a nitriding comprising: a graphite crucible containing a raw material for an aluminum nitride single crystal; and a susceptor that supports a seed crystal on which aluminum nitride sublimated from the graphite crucible is attached to grow the single crystal. An apparatus for producing an aluminum single crystal, wherein the surface of a graphite crucible is coated with a nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium. Is the gist.

本発明の第2の特徴は、窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼと、前記黒鉛るつぼから昇華した窒化アルミニウムを付着させて単結晶を成長させる種子結晶を支持するサセプタと、を備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置であって、黒鉛るつぼ、前記サセプタ及び昇華ガスが接触する部位の表面を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物で被覆したことを要旨とする。   A second feature of the present invention includes a graphite crucible containing a raw material for an aluminum nitride single crystal, and a susceptor that supports a seed crystal on which aluminum nitride sublimated from the graphite crucible is adhered to grow a single crystal. An apparatus for producing an aluminum nitride single crystal, wherein the surface of the portion in contact with the graphite crucible, the susceptor and the sublimation gas is at least selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, osmium. The gist is that it is coated with a nitride of one material.

本発明の第3の特徴は、窒化アルミニウム単結晶の製造方法であって、窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼの少なくとも内側面に、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物を被覆した後、黒鉛るつぼ内に窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納し、黒鉛るつぼを加熱して窒化アルミニウム単結晶用の原料を昇華させて原料ガスを発生させ、原料ガスを付着させて窒化アルミニウム単結晶を成長させることを要旨とする。   A third feature of the present invention is a method for producing an aluminum nitride single crystal, comprising hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, at least an inner surface of a graphite crucible containing a raw material for the aluminum nitride single crystal, After coating a nitride of at least one material selected from rhenium, iridium, ruthenium, and osmium, the raw material for the aluminum nitride single crystal is housed in the graphite crucible, and the graphite crucible is heated to produce the aluminum nitride single crystal The gist is to grow a single crystal of aluminum nitride by sublimating the raw material to generate a raw material gas and attaching the raw material gas.

本発明によれば、使用する黒鉛るつぼの、原料ガスと接触する部分を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの窒化物で被覆することにより、原料ガス中にカーボンの混入がみられなくなり、昇華法により窒化アルミニウム単結晶を製造する際に、得られる単結晶中に欠陥がなく、良質で、大口径の単結晶が効率よく製造できる。   According to the present invention, the portion of the graphite crucible to be used that is in contact with the source gas is coated with a nitride of hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, osmium, and thereby the source gas When the aluminum nitride single crystal is produced by the sublimation method, carbon is not mixed therein, and the obtained single crystal is free from defects, and a high-quality, large-diameter single crystal can be produced efficiently.

以下、本発明の実施の形態に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置及びその製造方法について説明する。   Hereinafter, an apparatus and a method for manufacturing an aluminum nitride single crystal according to an embodiment of the present invention will be described.

(第1の実施の形態)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置としての加熱炉1を示している。この加熱炉1は、加熱炉本体2と、この加熱炉本体2を取り囲む誘導加熱コイル3と、を備えている。
(First embodiment)
FIG. 1 shows a heating furnace 1 as an apparatus for producing an aluminum nitride single crystal according to a first embodiment of the present invention. The heating furnace 1 includes a heating furnace body 2 and an induction heating coil 3 that surrounds the heating furnace body 2.

図1に示すように、加熱炉本体(チャンバ)2内の下部には、容器状の黒鉛るつぼ4が配置されている。この黒鉛るつぼ4の内側面には、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物でなる被覆膜5が形成されている。この黒鉛るつぼ4には、窒化アルミニウムの粉末や焼結体などの原料6が配置される。なお、このような材料でなる被覆膜5は、2000℃以上の高温下でも安定で、昇華ガス(Al,N)に対しても化学的に安定である。 As shown in FIG. 1, a container-like graphite crucible 4 is disposed in the lower part of the heating furnace main body (chamber) 2. A coating film 5 made of nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium is formed on the inner surface of the graphite crucible 4. Yes. The graphite crucible 4 is provided with a raw material 6 such as aluminum nitride powder or sintered body. In addition, the coating film 5 made of such a material is stable even at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and chemically stable against a sublimation gas (Al, N 2 ).

また、加熱炉本体2内の上壁部には、黒鉛るつぼ4に対向するように板状のサセプタ7が配置されている。このサセプタ7は、黒鉛で形成されている。また、サセプタ7の下面には、種子結晶8が貼り付けられるようになっている。このサセプタ7の下面及び種子結晶8の表面(下面)は、水平となるように設定されている。   A plate-shaped susceptor 7 is disposed on the upper wall portion in the heating furnace body 2 so as to face the graphite crucible 4. The susceptor 7 is made of graphite. A seed crystal 8 is attached to the lower surface of the susceptor 7. The lower surface of the susceptor 7 and the surface (lower surface) of the seed crystal 8 are set to be horizontal.

さらに、加熱炉本体2の底部には雰囲気ガスの流入口9が形成され、加熱炉本体2の上壁部には雰囲気ガスの排出口10が形成されている。   Further, an atmosphere gas inlet 9 is formed at the bottom of the heating furnace body 2, and an atmosphere gas outlet 10 is formed at the upper wall of the heating furnace body 2.

このような加熱炉1を用いて窒化アルミニウム単結晶を製造する方法について説明する。先ず、窒化アルミニウムの粉末や焼結体などの原料6を黒鉛るつぼ4内に配置させる。次に、加熱炉本体2内を真空排気した後、底部の雰囲気ガスの流入口9から窒素等の雰囲気ガスを導入する。そして、誘導加熱コイル3を動作させて、黒鉛るつぼ4内の原料6やサセプタ7、種子結晶8を加熱する。因みに、黒鉛るつぼ4内の温度は2000〜2300℃、種子結晶8の表面温度は1990〜2050℃となるように制御する。また、加熱炉本体2の上壁部に形成された排気口10から雰囲気ガスを排気する。   A method for producing an aluminum nitride single crystal using such a heating furnace 1 will be described. First, a raw material 6 such as aluminum nitride powder or sintered body is placed in a graphite crucible 4. Next, after the inside of the heating furnace body 2 is evacuated, an atmosphere gas such as nitrogen is introduced from the atmosphere gas inlet 9 at the bottom. Then, the induction heating coil 3 is operated to heat the raw material 6, the susceptor 7 and the seed crystal 8 in the graphite crucible 4. Incidentally, the temperature in the graphite crucible 4 is controlled to 2000 to 2300 ° C., and the surface temperature of the seed crystal 8 is controlled to 1990 to 2050 ° C. Further, the atmospheric gas is exhausted from the exhaust port 10 formed in the upper wall portion of the heating furnace body 2.

この加熱により、黒鉛るつぼ4内の原料6が溶融、昇華し、昇華ガスが種子結晶8の表面に付着し、結晶成長する。この結晶成長中においては、種子結晶8の表面での結晶成長の結晶化速度を制御するため、種子結晶8の温度と原料6から昇華する昇華ガスの昇華速度(単位時間当たりの昇華量)とをそれぞれ最適化する温度制御が行われている。   By this heating, the raw material 6 in the graphite crucible 4 is melted and sublimated, and the sublimation gas adheres to the surface of the seed crystal 8 and grows. During the crystal growth, in order to control the crystallization speed of the crystal growth on the surface of the seed crystal 8, the temperature of the seed crystal 8 and the sublimation speed of the sublimation gas sublimated from the raw material 6 (sublimation amount per unit time) Temperature control is performed to optimize each of these.

以下に実施例を示す。   Examples are shown below.

下表1に、黒鉛るつぼ4の内側面のコーティング材料の有無、種類と、これらの黒鉛るつぼ4を用いた加熱炉1で製造した窒化アルミニウム単結晶のカーボン含有率(ppm)及びX線ロッキングカーブの半値幅(arcsec)を示す。

Figure 2007145679
Table 1 below shows the presence / absence and type of coating material on the inner surface of the graphite crucible 4, the carbon content (ppm) and the X-ray rocking curve of the aluminum nitride single crystal produced in the heating furnace 1 using these graphite crucibles 4 The full width at half maximum (arcsec) is shown.
Figure 2007145679

上記表1に示すように、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのそれぞれの窒化物で黒鉛るつぼ4の内側面をコーティングすることで、原料ガス中にカーボンが混入することを抑え、窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率を100ppm以下に抑えることができる。従って、窒化アルミニウム単結晶にカーボンが混入して欠陥が発生することを抑制できる。これに対して、黒鉛るつぼ4の内側面に被覆膜を形成しない場合は窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率は1000ppmであり、被覆膜としてホウ素窒化物をコーティングした場合の窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率は120ppm、被覆膜として珪素窒化物をコーティングした場合の窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率は110ppmであった。このため、本発明によれば、窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率を低くすることができ、単結晶中に欠陥が発生することを抑制できる。   As shown in Table 1, by coating the inner surface of the graphite crucible 4 with each nitride of hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium, Can be suppressed, and the carbon content in the aluminum nitride single crystal can be suppressed to 100 ppm or less. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of defects due to carbon mixing into the aluminum nitride single crystal. On the other hand, when the coating film is not formed on the inner surface of the graphite crucible 4, the carbon content in the aluminum nitride single crystal is 1000 ppm, and the aluminum nitride single crystal is coated with boron nitride as the coating film. The carbon content in the aluminum nitride single crystal when the silicon nitride coating was 120 ppm and silicon nitride was coated as the coating film was 110 ppm. For this reason, according to this invention, the carbon content rate in an aluminum nitride single crystal can be made low, and it can suppress that a defect generate | occur | produces in a single crystal.

また、上記表1に示すように、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムのそれぞれの窒化物で黒鉛るつぼ4の内側面をコーティングして窒化アルミニウム単結晶の製造を行った場合、X線ロッキングカーブの半値幅が270秒以下となり良質な結晶性を有していることがわかる。これに対して、黒鉛るつぼ4の内側面に被覆膜を形成しない場合は窒化アルミニウム単結晶のX線ロッキングカーブの半値幅が540秒であり、被覆膜としてホウ素窒化物をコーティングした場合の窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率は120ppm、被覆膜として珪素窒化物をコーティングした場合の窒化アルミニウム単結晶中のカーボン含有率は110ppmであった。   Further, as shown in Table 1 above, the inner surface of the graphite crucible 4 is coated with each nitride of hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium to form an aluminum nitride single crystal. When manufactured, the half width of the X-ray rocking curve is 270 seconds or less, and it can be seen that the crystal has good crystallinity. On the other hand, when the coating film is not formed on the inner surface of the graphite crucible 4, the half width of the X-ray rocking curve of the aluminum nitride single crystal is 540 seconds, and boron nitride is coated as the coating film. The carbon content in the aluminum nitride single crystal was 120 ppm, and the carbon content in the aluminum nitride single crystal was 110 ppm when silicon nitride was coated as a coating film.

(第2の実施の形態)
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る窒化アルミニウム単結晶の製造装置としての加熱炉20を示している。この加熱炉20は、加熱炉本体21と、この加熱炉本体21を取り囲む誘導加熱コイル(加熱ヒータ)22とを備えている。
(Second Embodiment)
FIG. 2 shows a heating furnace 20 as an aluminum nitride single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment of the present invention. The heating furnace 20 includes a heating furnace body 21 and an induction heating coil (heating heater) 22 surrounding the heating furnace body 21.

図2に示すように、加熱炉本体21内には、容器状の黒鉛るつぼ23が配置されている。この黒鉛るつぼ23の内側面には、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物でなる被覆膜24が形成されている。この黒鉛るつぼ23の上部開口部は、黒鉛で形成されたるつぼ蓋25で閉塞されるようになっている。このるつぼ蓋25の下面には、黒鉛るつぼ23と同様の被覆膜24が形成されている。なお、このような材料でなる被覆膜24は、2000℃以上の高温下でも安定で、昇華ガス(Al,N)に対しても化学的に安定である。そして、黒鉛るつぼ23内には、窒化アルミニウムの多結晶粉末や焼結体などの窒化金属粉末からなる原料26が配置される。 As shown in FIG. 2, a container-like graphite crucible 23 is disposed in the heating furnace main body 21. A coating film 24 made of nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium is formed on the inner surface of the graphite crucible 23. Yes. The upper opening of the graphite crucible 23 is closed with a crucible lid 25 made of graphite. A coating film 24 similar to the graphite crucible 23 is formed on the lower surface of the crucible lid 25. The coating film 24 made of such a material is stable even at a high temperature of 2000 ° C. or higher, and chemically stable against sublimation gases (Al, N 2 ). In the graphite crucible 23, a raw material 26 made of metal nitride powder such as polycrystalline aluminum nitride powder or sintered body is disposed.

また、るつぼ蓋25の下面には、種子結晶27が貼り付けられるようになっている。このるつぼ蓋25の下面及び種子結晶27の表面(下面)は、水平となるように設定されている。   A seed crystal 27 is attached to the lower surface of the crucible lid 25. The lower surface of the crucible lid 25 and the surface (lower surface) of the seed crystal 27 are set to be horizontal.

本実施の形態に係る加熱路20では、誘導加熱コイル22により加熱炉本体21が加熱され、黒鉛るつぼ23の下部が昇華部(気化部)となり、るつぼ蓋25の下面側が析出部となる。   In the heating path 20 according to the present embodiment, the heating furnace body 21 is heated by the induction heating coil 22, the lower portion of the graphite crucible 23 becomes a sublimation portion (vaporization portion), and the lower surface side of the crucible lid 25 becomes a precipitation portion.

さらに、加熱炉本体21の底部には雰囲気ガスの流入口28が形成され、加熱炉本体21の上壁部には雰囲気ガスの排出口29が形成されている。   Further, an atmospheric gas inlet 28 is formed at the bottom of the heating furnace main body 21, and an atmospheric gas outlet 29 is formed at the upper wall of the heating furnace main body 21.

このような加熱炉20を用いて窒化アルミニウム単結晶を製造する方法について説明する。先ず、窒化アルミニウムの粉末や焼結体などの原料26を黒鉛るつぼ23内に配置させる。次に、加熱炉本体21内を真空排気した後、底部の雰囲気ガスの流入口28から窒素等の雰囲気ガスを所定量導入する。そして、誘導加熱コイル22を動作させて、原料26を気化させる。この気化した原料は、るつぼ蓋25の下面に接触することにより冷却され、種子結晶27上に単結晶が析出する。   A method for producing an aluminum nitride single crystal using such a heating furnace 20 will be described. First, a raw material 26 such as aluminum nitride powder or sintered body is placed in the graphite crucible 23. Next, after the inside of the heating furnace body 21 is evacuated, a predetermined amount of atmospheric gas such as nitrogen is introduced from the atmospheric gas inlet 28 at the bottom. And the induction heating coil 22 is operated and the raw material 26 is vaporized. The vaporized raw material is cooled by contacting the lower surface of the crucible lid 25, and a single crystal is deposited on the seed crystal 27.

このとき、使用する黒鉛るつぼ23の、原料ガスと接触する部分を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムの窒化物でなる被覆膜24で被覆することにより、原料ガス中にカーボンの混入がみられなくなり、昇華法により窒化アルミニウム単結晶を製造する際に、得られる単結晶中に欠陥がなく、良質で、大口径の単結晶が効率よく製造できる。   At this time, a portion of the graphite crucible 23 to be used that is in contact with the raw material gas is coated with a coating film 24 made of a nitride of hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, or osmium. As a result, carbon can be prevented from being mixed in the raw material gas, and when the aluminum nitride single crystal is produced by the sublimation method, the obtained single crystal is free from defects, and a high-quality, large-diameter single crystal can be produced efficiently. .

下表2に、黒鉛るつぼ23の内側面及びるつぼ蓋25の下面のコーティング材料の有無、種類と、製造した窒化アルミニウム単結晶のカーボン含有率を示す。

Figure 2007145679
Table 2 below shows the presence / absence and type of coating material on the inner surface of the graphite crucible 23 and the lower surface of the crucible lid 25, and the carbon content of the manufactured aluminum nitride single crystal.
Figure 2007145679

以上のように、2000℃以上の高温下でも安定で、昇華ガス(Al、N)に化学的に安定な材料を原料ガスが接する黒鉛るつぼ23の内側面及びるつぼ蓋25の下面に形成することで、得られる単結晶に欠陥がなく、良質で、大口径の単結晶が効率よく製造することができる。 As described above, a material that is stable even at a high temperature of 2000 ° C. or more and that is chemically stable to the sublimation gas (Al, N 2 ) is formed on the inner surface of the graphite crucible 23 and the lower surface of the crucible lid 25 in contact with the source gas. As a result, the obtained single crystal has no defects, and a high-quality, large-diameter single crystal can be produced efficiently.

このように、本発明に係る窒化物単結晶の製造装置及びその製造方法によれば、良質で大口径の単結晶窒化物を効率よく製造できる。   As described above, according to the nitride single crystal manufacturing apparatus and the manufacturing method thereof according to the present invention, it is possible to efficiently manufacture a single crystal nitride having a high quality and a large diameter.

なお、上記実施の形態及び実施例では、窒化物として窒化アルミニウムを適用して説明したが、他の窒化物単結晶の製造に本発明を適用できることは云うまでもない。   In the above-described embodiments and examples, description has been made by applying aluminum nitride as a nitride. However, it goes without saying that the present invention can be applied to the production of other nitride single crystals.

本発明の第1の実施の形態に係る窒化物単結晶の製造装置を示す断面説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view showing a nitride single crystal manufacturing apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第2の実施の形態に係る窒化物単結晶の製造装置を示す断面説明図である。It is a cross-sectional explanatory view showing a nitride single crystal manufacturing apparatus according to a second embodiment of the present invention. 従来の窒化物単結晶の製造装置を示す断面説明図である。It is sectional explanatory drawing which shows the manufacturing apparatus of the conventional nitride single crystal.

符号の説明Explanation of symbols

1,20 加熱炉(製造装置)
2,21 加熱炉本体
3,22 誘導加熱コイル
4,23 黒鉛るつぼ
5,24 被覆膜
6,26 原料
7 サセプタ
8,26 種子結晶
9,28 流入口
10、29 排気口
25 るつぼ蓋
1,20 Heating furnace (manufacturing equipment)
2,21 Heating furnace body 3,22 Induction heating coil 4,23 Graphite crucible 5,24 Coating film 6,26 Raw material 7 Susceptor 8,26 Seed crystal 9,28 Inlet port 10, 29 Exhaust port 25 Crucible lid

Claims (3)

窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼと、前記黒鉛るつぼから昇華した窒化アルミニウムを付着させて単結晶を成長させる種子結晶を支持するサセプタと、を備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置であって、
前記黒鉛るつぼの表面を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物で被覆したことを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造装置。
An apparatus for producing an aluminum nitride single crystal, comprising: a graphite crucible containing a raw material for an aluminum nitride single crystal; and a susceptor for supporting a seed crystal on which aluminum nitride sublimated from the graphite crucible is attached to grow the single crystal. And
The surface of the graphite crucible is coated with a nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium. Manufacturing equipment.
窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼと、前記黒鉛るつぼから昇華した窒化アルミニウムを付着させて単結晶を成長させる種子結晶を支持するサセプタと、を備える窒化アルミニウム単結晶の製造装置であって、
前記黒鉛るつぼ、前記サセプタ及び昇華ガスが接触する部位の表面を、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物で被覆したことを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造装置。
An apparatus for producing an aluminum nitride single crystal, comprising: a graphite crucible containing a raw material for an aluminum nitride single crystal; and a susceptor for supporting a seed crystal on which aluminum nitride sublimated from the graphite crucible is attached to grow the single crystal. And
The surface of the portion where the graphite crucible, the susceptor and the sublimation gas contact is coated with a nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium. An apparatus for producing an aluminum nitride single crystal.
窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納する黒鉛るつぼの少なくとも内側面に、ハフニウム、ニオブ、ジルコニウム、タングステン、バナジウム、モリブデン、レニウム、イリジウム、ルテニウム、オスミウムから選ばれる少なくとも1種の材料の窒化物を被覆した後、
前記黒鉛るつぼ内に前記窒化アルミニウム単結晶用の原料を収納し、
前記黒鉛るつぼを加熱して前記窒化アルミニウム単結晶用の原料を昇華させて原料ガスを発生させ、
前記原料ガスを付着させて窒化アルミニウム単結晶を成長させることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
At least the inner surface of the graphite crucible containing the raw material for aluminum nitride single crystal is coated with a nitride of at least one material selected from hafnium, niobium, zirconium, tungsten, vanadium, molybdenum, rhenium, iridium, ruthenium, and osmium. After
The raw material for the aluminum nitride single crystal is housed in the graphite crucible,
Heating the graphite crucible to sublimate the raw material for the aluminum nitride single crystal to generate a raw material gas;
A method for producing an aluminum nitride single crystal, comprising growing the aluminum nitride single crystal by attaching the source gas.
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