JP2007186420A - Method and apparatus for growing crystal, group iii nitride crystal, and group iii nitride semiconductor device - Google Patents

Method and apparatus for growing crystal, group iii nitride crystal, and group iii nitride semiconductor device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a group III nitride crystal having a practical size for manufacturing a high performance light-emitting diode, an LD or the like without complicating a process, using an expensive reactor, and making the crystal size small; and to provide a method and an apparatus capable of growing such a group III nitride crystal. <P>SOLUTION: When the group III nitride crystal is grown in a first reaction vessel 101 by using a mixed melt 102 containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel 101, the vapor of the alkali metal is shut up in the first reaction vessel 101. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

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, a crystal growth apparatus, a group III nitride crystal, and a group III nitride semiconductor device.

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。   Currently, most of InGaAlN-based (group III nitride) devices used as purple-blue-green light sources are MO-CVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE ( It is produced by crystal growth using a molecular beam crystal growth method) or the like. When sapphire or SiC is used as a substrate, crystal defects due to large difference in thermal expansion coefficient and difference in lattice constant from group III nitride increase. For this reason, there is a problem that the device characteristics are poor, for example, it is difficult to extend the life of the light emitting device, or the operating power is increased.

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。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。   Furthermore, in the case of a sapphire substrate, since it is insulative, it is impossible to take out the electrode from the substrate side as in the conventional light emitting device, and it is necessary to take out the electrode from the nitride semiconductor surface side where the crystal has grown. . As a result, there is a problem that the device area is increased, leading to high costs. Further, the group III nitride semiconductor device fabricated on the sapphire substrate is difficult to separate the chip by cleavage, and it is not easy to obtain the resonator end face required for the laser diode (LD) by cleavage. For this reason, at present, resonator end faces are formed by dry etching, or resonator end faces are formed in a form close to cleavage after polishing the sapphire substrate to a thickness of 100 μm or less. Also in this case, it is impossible to easily separate the resonator end face from the conventional LD and the chip in a single process, resulting in a complicated process and an increase in cost.

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 crystal defects by performing selective lateral growth and other devices on a sapphire substrate for a group III nitride semiconductor film.

例えば文献「Japanese Journal of Applied Physics Vol.36 (1997) Part 2,No.12A, L1568-1571」（以下、第１の従来技術と称す）には、図６に示すようなレーザダイオード（ＬＤ）が示されている。図６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ＳｉＯ2マスク４を形成する。このＳｉＯ2マスク４は、別のＣＶＤ（化学気相堆積）装置にてＳｉＯ2膜を堆積した後に、フォトリソグラフィ、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。 For example, in the document “Japanese Journal of Applied Physics Vol. 36 (1997) Part 2, No. 12A, L1568-1571” (hereinafter referred to as the first prior art), a laser diode (LD) as shown in FIG. It is shown. In the laser diode of FIG. 6, after 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, a SiO 2 mask 4 for selective growth is formed. To do. 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, when the GaN film 3 having a thickness of 20 μm is grown again on the SiO 2 mask 4 by the MO-VPE apparatus, GaN is selectively grown in the lateral direction, and selective lateral growth is not performed. In comparison, crystal defects are reduced. Further, by introducing a modulation-doped strained superlattice layer (MD-SLS) 5 formed thereon, crystal defects are prevented 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 modulation-doped strained superlattice layer is not used.

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、ＳｉＯ2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 this first prior art, it is possible to reduce crystal defects compared to the case where a GaN film is not selectively grown in the lateral direction on the sapphire substrate. And the aforementioned problems regarding cleavage still remain. Furthermore, the crystal growth by the MO-VPE apparatus is required twice with the SiO 2 mask formation process in between, and a new problem that the process becomes complicated arises.

また、別の方法として、例えば文献「Applied Physics Letters, Vol.73, No.6, P.832-834(1998)」（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, in the document “Applied Physics Letters, Vol. 73, No. 6, P. 832-834 (1998)” (hereinafter referred to as second prior art), a GaN thick film substrate is used. Application is proposed. In the second prior art, after the selective lateral growth of 20 μm of the first prior art described above, a 200 μm thick GaN film is grown by an H-VPE (hydride vapor phase epitaxy) apparatus, and then this thickness is increased. The grown GaN film is polished from the sapphire substrate side to a thickness of 150 μm to produce a GaN substrate. Using the MO-VPE apparatus on this GaN substrate, crystal growth necessary for the LD device is sequentially performed to manufacture the LD device. As a result, in addition to the problem of crystal defects, it is possible to solve the above-described problems related to insulation and cleavage by using a sapphire substrate.

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２００μｍ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。 However, the process of the second conventional technique is more complicated than that of the first conventional technique, which further increases the cost. Further, when a GaN thick film having a thickness of 200 μm is grown by the second prior art method, the stress accompanying the difference in lattice constant and thermal expansion coefficient from sapphire, which is the substrate, is increased, causing the substrate to warp and crack. A new problem arises. Even if such a complicated process is performed, the crystal defect density can be reduced only to about 10 6 / cm 2 , and a practical semiconductor device cannot be obtained.

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１０−２５６６６２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。   In order to avoid this problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-256661 discloses that the thickness of the original substrate on which a thick film is grown (In Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-256661, sapphire and spinel are most desirable) is set to 1 mm or more. Has been proposed. By using a substrate having a thickness of 1 mm or more, even when a thick GaN film is grown to 200 μm, the substrate is not warped or cracked. However, such a thick substrate has a high cost of the substrate itself and needs to spend a lot of time for polishing, leading to an increase in the cost of the polishing process. That is, using a thick substrate increases the cost compared to using a thin substrate. When a thick substrate is used, the substrate is not warped or cracked after the thick GaN film is grown, but stress is relaxed in the polishing process, and warping or cracking occurs during polishing. For this reason, even if a thick substrate is used, a GaN substrate having a high crystal quality cannot be easily formed with a large area.

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, in the document “Journal of Crystal Growth, Vol.189 / 190, p.153-158 (1998)” (hereinafter referred to as the third prior art), GaN bulk crystals are grown and homoepitaxially grown. It has been proposed to be used as a substrate. This technique is a technique for crystal growth of GaN from liquid Ga at a high temperature of 1400 to 1700 ° C. and an ultrahigh pressure of several tens of kbar. In this case, a group III nitride semiconductor film necessary for the device can be grown using the bulk-grown GaN substrate. Therefore, the GaN substrate can be provided without complicating the process as in the first and second conventional techniques.

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, in the third prior art, there is a problem that crystal growth at high temperature and high pressure is required, and a reaction vessel that can withstand the growth becomes extremely expensive. In addition, even with such a growth method, there is a problem that the size of the obtained crystal is at most about 1 cm, which is too small for practical use of the device.

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 Materials 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、ＧａＮ結晶を成長させるものである。この第４の従来技術の場合には、６００〜８００℃程度の比較的低温での結晶成長が可能であり、容器内圧力も高々１００ｋｇ／ｃｍ2程度と第３の従来技術に比較して圧力を低くできる点が特徴である。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶の大きさが１ｍｍに満たない程度に小さい点である。この程度の大きさではデバイスを実用化するには第３の従来技術の場合と同様に小さすぎる。
特開平１０−２５６６６２号公報 Japanese Journal of Applied Physics Vol.36 (1997) Part 2,No.12A, L1568-1571 Applied Physics Letters, Vol.73, No.6, P.832-834(1998) Journal of Crystal Growth, Vol.189/190, p.153-158(1998) Chemistry of Materials Vol.9 (1997) P.413-416 As a technique for solving this problem of GaN crystal growth under high temperature and high pressure, the document “Chemistry of Materials Vol.9 (1997) P.413-416” (hereinafter referred to as “fourth prior art”) includes: A GaN crystal growth method using Na, which is an alkali metal, as a flux has been proposed. In this method, sodium azide (NaN 3 ) and metal Ga are used as a flux and a raw material, and sealed in a stainless steel reaction vessel (inner dimensions; inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm) in a nitrogen atmosphere, and the reaction A GaN crystal is grown by holding the container at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours. 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 about 100 kg / cm 2 at most, which is a pressure higher than that of the third prior art. It is a feature that can be lowered. However, the problem with this method is that the crystal size obtained is small enough to be less than 1 mm. This size is too small for practical use of the device, as in the case of the third prior art.
Japanese Patent Laid-Open No. 10-256661 Japanese Journal of Applied Physics Vol.36 (1997) Part 2, No.12A, L1568-1571 Applied Physics Letters, Vol.73, No.6, P.832-834 (1998) Journal of Crystal Growth, Vol.189 / 190, p.153-158 (1998) Chemistry of Materials Vol.9 (1997) P.413-416

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III族窒化物結晶を成長させることの可能な結晶成長方法および結晶成長装置を提供し、さらに、高性能なIII族窒化物半導体デバイスを提供することを目的としている。   The present invention does not complicate the process that is the problem of the first and second prior arts, without using the expensive reaction vessel that is the problem of the third prior art, and the third and fourth. The present invention provides a group III nitride crystal of a practical size for producing a device such as a high-performance light-emitting diode or LD without reducing the size of the crystal, which is a problem of the prior art, It is an object of the present invention to provide a crystal growth method and a crystal growth apparatus capable of growing such a group III nitride crystal, and to provide a high-performance group III nitride semiconductor device.

上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属蒸気を第１の反応容器内に閉じ込め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 the first aspect of the present invention, wherein a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel are provided. When the group III nitride crystal is grown using the above, the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel.

また、請求項２記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、アルカリ金属蒸気が塞がないようにすることを特徴としている。   In addition, the invention described in claim 2 uses a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. When growing a group nitride crystal, it is characterized in that the alkali metal vapor does not block the region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel.

また、請求項３記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液の表面より上部の温度を、アルカリ金属蒸気が凝縮しない温度以上に制御することを特徴としている。   In addition, the invention described in claim 3 uses a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. When the group nitride crystal is grown, the temperature above the surface of the mixed melt containing the alkali metal and at least the group III metal is controlled to be higher than the temperature at which the alkali metal vapor is not condensed.

また、請求項４記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、温度制御することを特徴としている。   In addition, the invention according to claim 4 uses a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. When the group nitride crystal is grown, the temperature of the region where the nitrogen material passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel is controlled.

また、請求項５記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、第１の反応容器の外側に第２の反応容器を設け、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第２の反応容器内の窒素原料を第１の反応容器内に導入しつつ、第１の反応容器内にアルカリ金属蒸気を閉じ込めることを特徴としている。   In addition, the invention described in claim 5 uses a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. When growing a group nitride crystal, a second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and the nitrogen material in the second reaction vessel is It is characterized in that alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel while being introduced into the first reaction vessel.

また、請求項６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において、窒素原料を、第１の反応容器あるいは第２の反応容器の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、第１の反応容器あるいは第２の反応容器内に導入することを特徴としている。   The invention according to claim 6 is the crystal growth method according to any one of claims 1 to 5, wherein the nitrogen raw material is supplied from the horizontal direction of the first reaction vessel or the second reaction vessel. Alternatively, it is characterized in that it is introduced into the first reaction vessel or the second reaction vessel from the lower side of the horizontal direction.

また、請求項７記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液が保持されている第１の反応容器の外側には、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できるように第１の加熱装置が設けられており、さらに、混合融液の表面より上部の温度を制御できるように、第２の加熱装置が第１の加熱装置の上部に設けられていることを特徴としている。   In addition, the invention according to claim 7 uses a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel, and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. A crystal growth apparatus for growing a group nitride crystal, wherein a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal is held outside the first reaction vessel, in the mixed melt or on the surface of the mixed melt The first heating device is provided so that the group III nitride can be controlled to a temperature at which crystal growth is possible, and the second heating device is provided so that the temperature above the surface of the mixed melt can be controlled. Is provided in the upper part of the first heating device.

また、請求項８記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を温度制御するために、前記領域の外側には第３の加熱装置が設けられていることを特徴としている。   Further, the invention according to claim 8 is characterized in that in the first reaction vessel, a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel are used. A crystal growth apparatus for growing a group nitride crystal, in order to control the temperature of a region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel to the inside of the first reaction vessel, The heating device is provided.

また、請求項９記載の発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、第１の反応容器の外側には第２の反応容器が設けられており、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第２の反応容器内の窒素原料を第１の反応容器内に導入しつつ、第１の反応容器内にアルカリ金属蒸気を閉じ込めるようになっていることを特徴としている。   Further, the invention according to claim 9 is characterized in that in the first reaction vessel, a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel are used. A crystal growth apparatus for growing a group nitride crystal, wherein a second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen raw material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and a second reaction vessel is provided. It is characterized in that alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel while introducing the nitrogen raw material in the reaction vessel into the first reaction vessel.

また、請求項１０記載の発明は、請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の結晶成長装置において、窒素原料を、第１の反応容器あるいは第２の反応容器の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、第１の反応容器あるいは第２の反応容器内に導入するようになっていることを特徴としている。   Further, the invention according to claim 10 is the crystal growth apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein the nitrogen raw material is supplied from the horizontal direction of the first reaction container or the second reaction container. Alternatively, it is characterized in that it is introduced into the first reaction vessel or the second reaction vessel from the lower side of the horizontal direction.

また、請求項１１記載の発明は、請求項１乃至請求項６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族窒化物結晶を特徴としている。   The invention described in claim 11 is characterized by a group III nitride crystal grown by the crystal growth method according to any one of claims 1 to 6.

また、請求項１２記載の発明は、請求項１１記載のIII族窒化物結晶を用いて作製されたIII族窒化物半導体デバイスを特徴としている。   The invention described in claim 12 is characterized by a group III nitride semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal described in claim 11.

以上に説明したように、請求項１乃至請求項１０記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるので、第１あるいは第２の従来技術で述べたような複雑な工程を必要とせず、低コストで高品質なIII族窒化物結晶を得ることが可能となる。さらに、１０００℃以下と成長温度が低く、１００ｋｇ／ｃｍ2Ｇ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III族窒化物結晶を得ることが可能となる。また、低温，低圧であることから、種結晶を核として結晶成長させることで、III族窒化物結晶の大きさを大きくすることが可能となる。 As described above, according to the inventions of claims 1 to 10, the mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in the first reaction vessel and the outside of the first reaction vessel. Since the group III nitride crystal is grown by using the introduced nitrogen source, the complicated process as described in the first or second prior art is not required, and the high-quality group III nitridation is performed at a low cost. It becomes possible to obtain physical crystals. Furthermore, since it is possible to grow a group III nitride crystal under conditions where the growth temperature is as low as 1000 ° C. or less and the pressure is as low as 100 kg / cm 2 G or less, ultrahigh pressure, There is no need to use an expensive reaction vessel that can withstand high temperatures. As a result, a group III nitride crystal can be obtained at low cost. Further, since the temperature is low and the pressure is low, the size of the group III nitride crystal can be increased by growing the crystal using the seed crystal as a nucleus.

特に、請求項１記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属蒸気を第１の反応容器内に閉じ込めるので、アルカリ金属の蒸発，凝縮を防止することができ、窒素原料の導入の阻害、及び原料組成の変動を抑制することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができて、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   In particular, according to the first aspect of the present invention, in the first reaction vessel, a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel are used. When the group III nitride crystal is grown, the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel, so that the evaporation and condensation of the alkali metal can be prevented, the introduction of the nitrogen raw material is inhibited, and the raw material composition It becomes possible to suppress fluctuations. As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項２記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、アルカリ金属蒸気が塞がないようにするので、第１の反応容器内への窒素導入の阻害を防止することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができて、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   According to the invention of claim 2, in the first reaction vessel, a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel are used. When the group III nitride crystal is grown, the alkali metal vapor does not block the region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel. It is possible to prevent inhibition of nitrogen introduction into the reaction vessel. As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項３，請求項７記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液の表面より上部の温度を、アルカリ金属蒸気が凝縮しない温度以上に制御するので、第１の反応容器上部へのアルカリ金属の凝縮を防止でき、窒素原料導入の阻害、及び原料組成の変動を抑制することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができ、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   Moreover, according to invention of Claim 3 and Claim 7, in the 1st reaction container, the nitrogen raw material introduce | transduced from the exterior of the 1st reaction container and the mixed melt containing an alkali metal and at least group III metal Is used to control the temperature above the surface of the mixed melt containing the alkali metal and at least the group III metal to be higher than the temperature at which the alkali metal vapor does not condense. It is possible to prevent condensation of alkali metal on the upper part of one reaction vessel, and to inhibit the introduction of nitrogen raw material and the fluctuation of raw material composition. As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項４，請求項８記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、温度制御するので、窒素原料が通過する領域でのアルカリ金属の凝縮をより確実に防止でき、窒素原料導入の阻害、及び原料組成の変動を抑制することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができ、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   Moreover, according to invention of Claim 4 and Claim 8, in the 1st reaction container, the nitrogen raw material introduce | transduced from the outside of the 1st reaction container and the mixed melt containing an alkali metal and at least group III metal And when the group III nitride crystal is grown, the temperature of the region where the nitrogen material passes from the outside of the first reaction vessel to the inside of the first reaction vessel is controlled. It is possible to more reliably prevent alkali metal from condensing, and to inhibit the introduction of the nitrogen raw material and the fluctuation of the raw material composition. As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項５，請求項９記載の発明によれば、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、第１の反応容器の外側に第２の反応容器を設け、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第２の反応容器内の窒素原料を第１の反応容器内に導入しつつ、第１の反応容器内にアルカリ金属蒸気を閉じ込めるので、窒素原料導入の阻害、及び原料組成の変動を抑制することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができ、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   Further, according to the inventions of claims 5 and 9, in the first reaction vessel, the mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and the nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel When the group III nitride crystal is grown using the second reaction vessel, a second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen raw material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and the second reaction is performed. Since the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel while introducing the nitrogen raw material in the vessel into the first reaction vessel, it is possible to suppress the inhibition of the introduction of the nitrogen material and the fluctuation of the raw material composition. . As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項６，請求項１０記載の発明によれば、窒素原料を、第１の反応容器あるいは第２の反応容器の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、第１の反応容器あるいは第２の反応容器内に導入するので、窒素原料を導入する領域へのアルカリ金属の凝縮を防止することができ、窒素原料導入の阻害、及び原料組成の変動を抑制することが可能となる。その結果、結晶成長の制御性を向上させることができ、良質なIII族窒化物結晶を安定に成長させることができる。   Further, according to the invention described in claims 6 and 10, the nitrogen raw material is supplied from the horizontal direction of the first reaction vessel or the second reaction vessel, or from the lower side of the horizontal direction. Since it is introduced into the reaction vessel or the second reaction vessel, it is possible to prevent the alkali metal from condensing in the region where the nitrogen raw material is introduced, and to inhibit the nitrogen raw material introduction and the fluctuation of the raw material composition. It becomes. As a result, the controllability of crystal growth can be improved, and a high-quality group III nitride crystal can be stably grown.

また、請求項１１記載の発明によれば、請求項１乃至請求項６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、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。   According to the eleventh aspect of the present invention, since the group III nitride crystal is crystal-grown using the crystal growth method according to any one of the first to sixth aspects, the crystal quality is high. A group III nitride crystal large enough to produce a device can be provided at low cost.

また、請求項１２記載の発明によれば、請求項１１記載のIII族窒化物結晶を用いて作製されたIII族窒化物半導体デバイスであるので、高性能なデバイスを低コストで実現できる。すなわち、上記III族窒化物結晶は、結晶欠陥の少ない高品質な結晶であり、このIII族窒化物結晶を用いて、デバイスを作製あるいは基板として用いて、薄膜成長からデバイス作製を行うことで、高性能なデバイスを実現できる。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。   Further, according to the invention described in claim 12, since it is a group III nitride semiconductor device manufactured using the group III nitride crystal described in claim 11, a high-performance device can be realized at low cost. That is, the group III nitride crystal is a high-quality crystal with few crystal defects, and by using the group III nitride crystal to produce a device or as a substrate, device fabrication from thin film growth, A high-performance device can be realized. The high performance here refers to, for example, semiconductor lasers and light emitting diodes, which have not been realized in the past and have high output and long life, and in the case of electronic devices, low power consumption, low noise, and high speed. It can operate and operate at high temperature, and the light receiving device has low noise and long life.

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、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属蒸気を第１の反応容器内に閉じ込めることを特徴としている。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention grows a group III nitride crystal in a first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. In this case, the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel.

本発明の結晶成長方法では、第１の反応容器内には、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液があり、この第１の反応容器は結晶成長が可能なように温度制御されている。窒素原料はこの第１の反応容器の外部より導入され、アルカリ金属とIII族金属と窒素原料が反応することで、III族窒化物が結晶成長する。なお、ここで、窒素原料とは、窒素分子，原子状窒素，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のことである。   In the crystal growth method of the present invention, in the first reaction vessel, there is a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal, and the temperature of the first reaction vessel is controlled so that crystal growth is possible. Yes. The nitrogen raw material is introduced from the outside of the first reaction vessel, and the alkali metal, the group III metal, and the nitrogen raw material react to cause group III nitride crystal growth. Here, the nitrogen raw material means nitrogen molecules or atomic nitrogen generated from nitrogen molecules, atomic nitrogen, or a compound containing nitrogen.

III族窒化物が結晶成長する温度領域では、アルカリ金属はある蒸気圧を有する。本発明では、このアルカリ金属蒸気が第１の反応容器内に閉じ込められ、第１の反応容器外に拡散することがないようにしている。   In the temperature region where the group III nitride crystal grows, the alkali metal has a certain vapor pressure. In the present invention, the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel so that it does not diffuse out of the first reaction vessel.

特に、本発明は、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、アルカリ金属蒸気が塞がないようにすることを特徴としている。   In particular, the present invention relates to a group III nitride crystal using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal in a first reaction vessel and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel. Is characterized in that the alkali metal vapor does not block the region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel.

ここで、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、アルカリ金属蒸気が塞がないようにするということは、その領域にアルカリ金属が凝縮しないことのみならず、その領域に凝縮したアルカリ金属（例えば機械的に）を取り除くことをも含んでいる。   Here, to prevent the alkali metal vapor from blocking the region where the nitrogen raw material passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel, only that the alkali metal does not condense in that region. It also includes removing alkali metal (eg, mechanically) condensed in the region.

上記のようなアルカリ金属の凝集等を防止するため、本発明では、第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液の表面より上部の温度を、アルカリ金属蒸気が凝縮しない温度以上に制御することを特徴としている。すなわち、第１の反応容器内の混合融液表面より上部の温度が、混合融液表面を含む混合融液の温度以上となっていることもこれに含まれる。   In order to prevent the aggregation of the alkali metal as described above, the present invention introduces the mixed melt containing the alkali metal and at least a group III metal from the outside of the first reaction vessel in the first reaction vessel. When a group III nitride crystal is grown using a nitrogen source, the temperature above the surface of the mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal is controlled to a temperature that does not condense the alkali metal vapor. It is characterized by. That is, the temperature above the surface of the mixed melt in the first reaction vessel is equal to or higher than the temperature of the mixed melt including the surface of the mixed melt.

図１は本発明の結晶成長装置の第１の構成例を示す図である。図１の例では、第１の反応容器１０１内には、アルカリ金属としてのＮａと、少なくともIII族金属元素を含む物質としての金属Ｇａとが収容され、それらはIII族窒化物結晶が成長する温度領域で混合融液１０２を形成している。   FIG. 1 is a diagram showing a first configuration example of the crystal growth apparatus of the present invention. In the example of FIG. 1, Na as an alkali metal and metal Ga as a substance containing at least a group III metal element are accommodated in the first reaction vessel 101, and a group III nitride crystal grows in them. The mixed melt 102 is formed in the temperature region.

ここで、第１の反応容器１０１は、ステンレス製であり、第１の反応容器１０１内の空間領域には、少なくとも窒素元素を含む物質として窒素ガス（Ｎ2）１０３が充填されている。この窒素ガス１０３は、窒素供給管１０４を通して、第１の反応容器１０１外から供給可能な状態となっており、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。この圧力調整機構１０５は、例えば、圧力センサー及び圧力調整弁等により構成されており、この圧力調整機構１０５によって、第１の反応容器１０１内の窒素圧力は、例えば５０気圧に制御されている。 Here, the first reaction vessel 101 is made of stainless steel, and a space region in the first reaction vessel 101 is filled with nitrogen gas (N 2 ) 103 as a substance containing at least nitrogen element. The nitrogen gas 103 can be supplied from the outside of the first reaction vessel 101 through the nitrogen supply pipe 104. In order to adjust the nitrogen pressure, the apparatus shown in FIG. ing. The pressure adjustment mechanism 105 includes, for example, a pressure sensor and a pressure adjustment valve. The nitrogen pressure in the first reaction vessel 101 is controlled to, for example, 50 atm by the pressure adjustment mechanism 105.

また、図１の結晶成長装置では、アルカリ金属ＮａとIII族金属Ｇａの混合融液１０２が保持されている第１の反応容器１０１の領域の外側には、この混合融液１０２内あるいは混合融液１０２表面で、III族窒化物が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１０６が設けられている。   In the crystal growth apparatus of FIG. 1, the mixed melt 102 or mixed melt is disposed outside the region of the first reaction vessel 101 where the mixed melt 102 of alkali metal Na and group III metal Ga is held. A first heating device 106 is provided on the surface of the liquid 102 so that the temperature of the group III nitride can be controlled to allow crystal growth.

さらに、図１の結晶成長装置では、混合融液１０２の表面より上部の温度を制御できるように、第２の加熱装置１０７が第１の加熱装置１０６の上部に設けられている。 Furthermore, in the crystal growth apparatus of FIG. 1, a second heating device 107 is provided above the first heating device 106 so that the temperature above the surface of the mixed melt 102 can be controlled.

このような構成では、第１の加熱装置１０６によりIII族窒化物結晶が成長する温度（例えば７５０℃）に制御することで、アルカリ金属であるＮａとIII族金属原料であるＧａが混合融液１０２を形成する。ここで、アルカリ金属であるＮａとIII族金属原料であるＧａからなる混合融液１０２の表面よりも上部の温度が混合融液１０２の温度以上となるように、第２の加熱装置１０７により第１の反応容器１０１の上部の温度が制御されている。この状態で、混合融液１０２からIII族金属であるＧａが供給され、成長温度に一定保持することで、III族窒化物としてのＧａＮ結晶が混合融液中１０８及び混合融液表面１０９で結晶成長する。 In such a configuration, the first heating device 106 controls the temperature at which the group III nitride crystal grows (for example, 750 ° C.), whereby the alkali metal Na and the group III metal raw material Ga are mixed melt. 102 is formed. Here, the second heating device 107 causes the temperature above the surface of the mixed melt 102 made of alkali metal Na and group III metal raw material Ga to be equal to or higher than the temperature of the mixed melt 102. The temperature at the top of one reaction vessel 101 is controlled. In this state, Ga, which is a group III metal, is supplied from the mixed melt 102 and kept constant at the growth temperature, so that a GaN crystal as a group III nitride is crystallized in the mixed melt 108 and the mixed melt surface 109. grow up.

図１の結晶成長装置では、ＮａとＧａの混合融液中１０８及び混合融液表面１０９で、窒素ガスとＧａとが反応することで、あるいは、窒素ガスから供給された融液中の窒素成分とＧａとが反応することで、継続的なＧａＮ結晶が成長し、結晶サイズの大きなものを得ることが可能となる。 In the crystal growth apparatus of FIG. 1, nitrogen gas reacts with Ga in the mixed melt 108 of Na and Ga and the mixed melt surface 109, or the nitrogen component in the melt supplied from the nitrogen gas. By reacting Ga with Ga, a continuous GaN crystal grows and a crystal with a large crystal size can be obtained.

さらに、図１の結晶成長装置では、アルカリ金属であるＮａとIII族金属原料であるＧａからなる混合融液１０２の表面よりも上部の温度が混合融液１０２の温度以上となるように、第２の加熱装置１０７により第１の反応容器１０１の上部の温度が制御されていることで、第１の反応容器１０１の上部へのＮａの凝縮が防止できる。すなわち、混合融液１０２上部の温度が混合融液１０２の温度以上であることから、第１の反応容器１０１の上部へのＮａの凝縮が防止できる。この結果、窒素供給管１０４へのＮａの凝縮を防止することが可能となる。すなわち、窒素供給管１０４へのＮａの凝縮による窒素導入の阻害を防止することが可能となる。また、混合融液１０２のアルカリ金属ＮａとIII族金属Ｇａとの組成の変化が生じにくくなり、安定的な結晶成長が可能となる。ここで、アルカリ金属（アルカリ金属蒸気）Ｎａは第１の反応容器１０１内に閉じ込められることとなる。   Further, in the crystal growth apparatus of FIG. 1, the temperature above the surface of the mixed melt 102 made of Na which is an alkali metal and Ga which is a group III metal raw material is equal to or higher than the temperature of the mixed melt 102. Since the temperature of the upper part of the first reaction vessel 101 is controlled by the second heating device 107, condensation of Na on the upper part of the first reaction vessel 101 can be prevented. That is, since the temperature of the upper part of the mixed melt 102 is equal to or higher than the temperature of the mixed melt 102, the condensation of Na on the upper part of the first reaction vessel 101 can be prevented. As a result, it is possible to prevent Na from condensing on the nitrogen supply pipe 104. That is, it is possible to prevent inhibition of nitrogen introduction due to the condensation of Na into the nitrogen supply pipe 104. In addition, the composition of the mixed melt 102 between the alkali metal Na and the group III metal Ga hardly changes, and stable crystal growth is possible. Here, alkali metal (alkali metal vapor) Na is confined in the first reaction vessel 101.

換言すれば、混合融液１０２の表面よりも上部の温度が混合融液１０２の温度よりも低い場合には、第１の反応容器１０１の内壁や窒素供給管１０４へのＮａの凝縮が生じてしまう。この結果、混合融液１０２中のアルカリ金属ＮａとIII族金属Ｇａとの組成が変化したり、窒素供給管１０４をＮａが塞いでしまい、窒素の供給が困難な状態になる。本発明では、混合融液１０２の表面よりも上部の温度が混合融液１０２の温度以上となるように、第２の加熱装置１０７により第１の反応容器１０１の上部の温度が制御されていることで、このような状況を回避することが可能となる。   In other words, when the temperature above the surface of the mixed melt 102 is lower than the temperature of the mixed melt 102, condensation of Na on the inner wall of the first reaction vessel 101 and the nitrogen supply pipe 104 occurs. End up. As a result, the composition of the alkali metal Na and the group III metal Ga in the mixed melt 102 changes or the nitrogen supply pipe 104 is blocked by Na, which makes it difficult to supply nitrogen. In the present invention, the temperature above the first reaction vessel 101 is controlled by the second heating device 107 so that the temperature above the surface of the mixed melt 102 is equal to or higher than the temperature of the mixed melt 102. Thus, it is possible to avoid such a situation.

また、図１の結晶成長装置において、さらに、窒素原料が第１の反応容器１０１の外部から第１の反応容器１０１内に通過する領域を、温度制御するようにすることもできる。   Further, in the crystal growth apparatus of FIG. 1, the temperature of the region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel 101 into the first reaction vessel 101 can also be controlled.

図２は本発明の結晶成長装置の第２の構成例を示す図であり、図２の結晶成長装置では、図１の結晶成長装置において、さらに、窒素原料が第１の反応容器１０１の外部から第１の反応容器１０１内に通過する領域を、温度制御するように構成されている。   FIG. 2 is a diagram showing a second configuration example of the crystal growth apparatus of the present invention. In the crystal growth apparatus of FIG. 2, in the crystal growth apparatus of FIG. To the temperature of the region passing through the first reaction vessel 101 is controlled.

すなわち、図２の結晶成長装置では、窒素原料が第１の反応容器１０１の外部から第１の反応容器１０１内に通過する領域（すなわち窒素供給管１０４）を温度制御するために、窒素供給管１０４の外側に第３の加熱装置１１０が設けられている。   That is, in the crystal growth apparatus of FIG. 2, a nitrogen supply pipe is used to control the temperature of the region (that is, the nitrogen supply pipe 104) through which the nitrogen source passes from the outside of the first reaction container 101 into the first reaction container 101. A third heating device 110 is provided outside 104.

図２の結晶成長装置では、第３の加熱装置１１０によって窒素供給管１０４の温度制御が可能となる。すなわち、第３の加熱装置１１０によって窒素供給管１０４を加熱することで、図１の結晶成長装置よりもさらに効果的に、アルカリ金属が窒素供給管１０４に凝縮することを防止することができる。その結果、窒素を反応容器１０１内により一層スムーズに導入することが可能となり、安定的な結晶成長が可能となる。   In the crystal growth apparatus of FIG. 2, the temperature of the nitrogen supply pipe 104 can be controlled by the third heating apparatus 110. That is, by heating the nitrogen supply pipe 104 by the third heating device 110, it is possible to prevent the alkali metal from condensing into the nitrogen supply pipe 104 more effectively than the crystal growth apparatus of FIG. As a result, nitrogen can be introduced more smoothly into the reaction vessel 101, and stable crystal growth becomes possible.

このように、図２の結晶成長装置では、窒素原料が第１の反応容器１０１の外部から第１の反応容器１０１内に通過する領域（窒素供給管１０４）を加熱することで、アルカリ金属のその領域（窒素供給管１０４）への凝縮を防止している。前述したように、窒素原料が通過する領域（窒素供給管１０４）へのアルカリ金属の凝縮を防ぐ以外に、この領域（窒素供給管１０４）に吸着したアルカリ金属を（例えば機械的に）取り除くこともできるが、装置上の構造等を考慮すると、図２の結晶成長装置のような構造の方が簡便に本来の機能を満足する。また、図２の結晶成長装置のように窒素原料が通過する領域（窒素供給管１０４）の温度を制御可能となっていることで、もしアルカリ金属がその領域（窒素供給管１０４）に凝縮した場合でも、この領域（窒素供給管１０４）を加熱することで、凝集したアルカリ金属を再蒸発させることが可能となる。   As described above, in the crystal growth apparatus of FIG. 2, by heating the region (nitrogen supply pipe 104) through which the nitrogen raw material passes from the outside of the first reaction vessel 101 into the first reaction vessel 101, Condensation to that region (nitrogen supply pipe 104) is prevented. As described above, in addition to preventing the alkali metal from condensing in the region (the nitrogen supply pipe 104) through which the nitrogen material passes, the alkali metal adsorbed in this region (the nitrogen supply pipe 104) is removed (for example, mechanically). However, considering the structure on the apparatus, the structure such as the crystal growth apparatus in FIG. 2 more easily satisfies the original function. Further, since the temperature of the region through which the nitrogen material passes (nitrogen supply pipe 104) can be controlled as in the crystal growth apparatus of FIG. 2, the alkali metal is condensed in that region (nitrogen supply pipe 104). Even in this case, it is possible to re-evaporate the agglomerated alkali metal by heating the region (nitrogen supply pipe 104).

図１，図２の結晶成長装置の構成例の他にも、アルカリ金属蒸気を第１の反応容器内に閉じ込める機能を実現することが可能である。例えば、第１の反応容器の外側に第２の反応容器を設け、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第１の反応容器は、第２の反応容器からの窒素原料を透過しつつ、アルカリ金属蒸気を閉じ込める構造とすることもできる。   In addition to the configuration example of the crystal growth apparatus of FIGS. 1 and 2, it is possible to realize a function of confining alkali metal vapor in the first reaction vessel. For example, a second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and the first reaction vessel permeates the nitrogen material from the second reaction vessel. However, a structure in which alkali metal vapor is confined can also be employed.

このような構成では、窒素原料は第２の反応容器の外部より第２の反応容器内に導入される。第１の反応容器の内部にはアルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液があり、窒素原料は第２の反応容器を透過して第１の反応容器内に導入され、第１の反応容器内においてアルカリ金属とIII族金属と窒素原料が反応することで、III族窒化物が結晶成長する。III族窒化物が結晶成長する温度領域では、アルカリ金属はある蒸気圧を有し、そのアルカリ金属蒸気は第１の反応容器内に閉じ込められる。   In such a configuration, the nitrogen raw material is introduced into the second reaction vessel from the outside of the second reaction vessel. There is a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal inside the first reaction vessel, and the nitrogen raw material is introduced into the first reaction vessel through the second reaction vessel. The alkali metal, the group III metal, and the nitrogen raw material react in the container, so that the group III nitride crystal grows. In the temperature region where the group III nitride crystal grows, the alkali metal has a certain vapor pressure, and the alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel.

図３は本発明の結晶成長装置の第３の構成例を示す図であり、図３の結晶成長装置では、第１の反応容器１０１の外側に第２の反応容器１１１を設け、第２の反応容器１１１の外側から窒素原料を導入し、第１の反応容器１０１は、第２の反応容器１１１からの窒素原料を透過しつつ、アルカリ金属蒸気を閉じ込める構造となっている。 FIG. 3 is a diagram showing a third configuration example of the crystal growth apparatus of the present invention. In the crystal growth apparatus of FIG. 3, a second reaction vessel 111 is provided outside the first reaction vessel 101, and a second A nitrogen raw material is introduced from the outside of the reaction vessel 111, and the first reaction vessel 101 has a structure in which alkali metal vapor is confined while permeating the nitrogen raw material from the second reaction vessel 111.

すなわち、図３の結晶成長装置では、第１の反応容器１０１の外側に第２の反応容器１１１がある。そして、第１の反応容器１０１の上部には蓋１１２がある。ここで、第１の反応容器１０１の材質はＢＮ（窒化硼素）であり、第２の反応容器１１１はステンレス製である。   That is, in the crystal growth apparatus of FIG. 3, the second reaction vessel 111 is provided outside the first reaction vessel 101. There is a lid 112 at the top of the first reaction vessel 101. Here, the material of the first reaction vessel 101 is BN (boron nitride), and the second reaction vessel 111 is made of stainless steel.

第１の反応容器１０１内には、アルカリ金属としてのＮａと、少なくともIII族金属元素を含む物質としての金属Ｇａが収容されており、それらはIII族窒化物結晶が成長する温度領域で混合融液１０２を形成している。そして、少なくとも窒素元素を含む物質として窒素ガス（Ｎ2）が、第１の反応容器１０１内の空間領域１０３と、第２の反応容器１１１内の空間領域１１３に充填されている。この窒素ガスは、窒素供給管１０４を通して、第２の反応容器１１１の外部から第２の反応容器１１１内に供給可能となっている。さらに、第１の反応容器１０１の蓋１１２には、窒素ガスが透過できる程度の微細な隙間があり、その隙間を透過して窒素ガスが第２の反応容器１１１から第１の反応容器１０１内に供給可能となっている。 The first reaction vessel 101 contains Na as an alkali metal and metal Ga as a substance containing at least a group III metal element, which are mixed and melted in a temperature region where a group III nitride crystal grows. A liquid 102 is formed. Then, nitrogen gas (N 2 ) as a substance containing at least nitrogen element is filled in the space region 103 in the first reaction vessel 101 and the space region 113 in the second reaction vessel 111. This nitrogen gas can be supplied into the second reaction vessel 111 from the outside of the second reaction vessel 111 through the nitrogen supply pipe 104. Further, the lid 112 of the first reaction vessel 101 has a minute gap that allows nitrogen gas to pass therethrough, and the nitrogen gas passes through the gap from the second reaction vessel 111 into the first reaction vessel 101. Can be supplied.

なお、窒素圧力を調整するために、図３の装置では、圧力調整機構１０５が設けられている。この圧力調整機構１０５は、例えば、圧力センサー及び圧力調整弁等により構成されており、この圧力調整機構１０５によって、第２の反応容器１１１，第１の反応容器１０１内の窒素圧力は、例えば５０気圧に制御されている。   In order to adjust the nitrogen pressure, the apparatus of FIG. 3 is provided with a pressure adjusting mechanism 105. The pressure adjustment mechanism 105 includes, for example, a pressure sensor and a pressure adjustment valve. By the pressure adjustment mechanism 105, the nitrogen pressure in the second reaction vessel 111 and the first reaction vessel 101 is, for example, 50. It is controlled to atmospheric pressure.

また、図３の結晶成長装置では、第２の反応容器１１１の外側には、第１の反応容器１０１内の混合融液１０２内あるいは混合融液１０２表面で、III族窒化物が結晶成長可能な温度に制御できるように加熱装置１１６が設けられている。   In the crystal growth apparatus of FIG. 3, group III nitride can be grown on the outside of the second reaction vessel 111 in the mixed melt 102 in the first reaction vessel 101 or on the surface of the mixed melt 102. A heating device 116 is provided so that the temperature can be controlled at a proper temperature.

このような構成では、加熱装置１１６により、III族窒化物結晶が成長する温度（例えば７５０℃）に制御することで、アルカリ金属であるＮａとIII族金属原料であるＧａとの混合融液１０２が形成される。この状態で、混合融液１０２からIII族金属であるＧａが供給され、成長温度に一定保持することで、III族窒化物としてのＧａＮ結晶が混合融液中１０８及び混合融液表面１０９で結晶成長する。   In such a configuration, the molten melt 102 of Na, which is an alkali metal, and Ga, which is a group III metal raw material, is controlled by the heating device 116 at a temperature at which the group III nitride crystal grows (for example, 750 ° C.). Is formed. In this state, Ga, which is a group III metal, is supplied from the mixed melt 102 and kept constant at the growth temperature, so that a GaN crystal as a group III nitride is crystallized in the mixed melt 108 and the mixed melt surface 109. grow up.

図３の結晶成長装置では、ＮａとＧａの混合融液中１０８及び混合融液表面１０９で、窒素ガスとＧａとが反応することで、あるいは、窒素ガスから供給された融液中の窒素成分とＧａとが反応することで、継続的なＧａＮ結晶が成長し、結晶サイズの大きなものを得ることが可能となる。   In the crystal growth apparatus of FIG. 3, nitrogen gas reacts with Ga in the mixed melt of Na and Ga and the mixed melt surface 109, or the nitrogen component in the melt supplied from the nitrogen gas. By reacting Ga with Ga, a continuous GaN crystal grows and a crystal with a large crystal size can be obtained.

ところで、図３の結晶成長装置では、第１の反応容器１０１とその蓋１１２があることで、第１の反応容器１０１内のアルカリ金属を第１の反応容器１０１内に大部分閉じ込めることが可能となる。これにより、アルカリ金属とIII族金属の組成の変動が抑制され、制御性良くIII族窒化物結晶を成長することが可能となる。この時、アルカリ金属の窒素供給管１０４への凝縮も抑制できる。   By the way, in the crystal growth apparatus of FIG. 3, the first reaction vessel 101 and its lid 112 are provided so that most of the alkali metal in the first reaction vessel 101 can be confined in the first reaction vessel 101. It becomes. Thereby, the variation of the composition of the alkali metal and the group III metal is suppressed, and the group III nitride crystal can be grown with good controllability. At this time, condensation of alkali metal into the nitrogen supply pipe 104 can also be suppressed.

また、図１の結晶成長装置において説明したように、アルカリ金属であるＮａとIII族金属原料であるＧａからなる混合融液１０２の表面より上部の温度が混合融液１０２の温度以上となるように第１の反応容器１０１内の温度を制御する場合には、より確実にアルカリ金属の混合融液１０２以外への凝縮等による拡散を防止することが可能となる。   Further, as described in the crystal growth apparatus of FIG. 1, the temperature above the surface of the mixed melt 102 made of Na, which is an alkali metal, and Ga, which is a group III metal material, is equal to or higher than the temperature of the mixed melt 102. In addition, when the temperature in the first reaction vessel 101 is controlled, it is possible to more reliably prevent diffusion due to condensation or the like of the alkali metal other than the mixed melt 102.

また、図１，図２，図３の結晶成長装置において、窒素原料を第１の反応容器１０１、あるいは、第２の反応容器１１１の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、反応容器１０１または１１１内に導入することもできる。   Moreover, in the crystal growth apparatus of FIG.1, FIG.2, FIG.3, a nitrogen raw material is used from the horizontal direction of the 1st reaction container 101 or the 2nd reaction container 111, or a lower side rather than a horizontal direction. It can also be introduced into the reaction vessel 101 or 111.

図４は本発明の結晶成長装置の第４の構成例を示す図であり、図４の結晶成長装置では、窒素供給管１０４が第２の反応容器１１１の下側に接続されている。そのため、窒素原料である窒素ガスは、第２の反応容器１１１の下側から供給される。本願の発明者は、蒸気となったアルカリ金属は反応容器内の上部により多く凝縮することを実験的に確認しており、図４の結晶成長装置のように下側から窒素ガスを導入することで、窒素供給管１０４へのアルカリ金属の凝縮をより確実に防止することができる。その結果、窒素ガスの導入をより確実に行うことが可能となり、結晶成長の制御性（窒素圧力の制御）を高めることができる。   FIG. 4 is a diagram showing a fourth configuration example of the crystal growth apparatus of the present invention. In the crystal growth apparatus of FIG. 4, a nitrogen supply pipe 104 is connected to the lower side of the second reaction vessel 111. Therefore, nitrogen gas that is a nitrogen raw material is supplied from the lower side of the second reaction vessel 111. The inventor of the present application has experimentally confirmed that the alkali metal that has become vapor condenses more in the upper part of the reaction vessel, and nitrogen gas is introduced from the lower side as in the crystal growth apparatus of FIG. Thus, it is possible to more reliably prevent alkali metal condensation on the nitrogen supply pipe 104. As a result, nitrogen gas can be introduced more reliably, and crystal growth controllability (control of nitrogen pressure) can be enhanced.

なお、図４の例では、窒素ガスを第２の反応容器１１１の下側から導入したが、窒素ガスの導入方向は、第２の反応容器１１１に対し水平方向よりも下側方向であれば上述の効果を得ることができる。   In the example of FIG. 4, nitrogen gas is introduced from the lower side of the second reaction vessel 111, but the introduction direction of the nitrogen gas is lower than the horizontal direction with respect to the second reaction vessel 111. The effects described above can be obtained.

また、図４の結晶成長装置は、図３の結晶成長装置の構成に適用したものとなっているが、図１あるいは図２の結晶成長装置の構成に適用することもできる。すなわち、この場合、窒素原料を第１の反応容器１０１、あるいは、第２の反応容器１１１の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、反応容器１０１または１１１内に導入することで、図４の結晶成長装置において得られたと同様の効果を得ることができる。   4 is applied to the configuration of the crystal growth apparatus of FIG. 3, it can also be applied to the configuration of the crystal growth apparatus of FIG. 1 or FIG. That is, in this case, the nitrogen raw material is introduced into the reaction vessel 101 or 111 from the horizontal direction of the first reaction vessel 101 or the second reaction vessel 111 or from the lower side of the horizontal direction. The same effect as that obtained in the crystal growth apparatus of FIG. 4 can be obtained.

なお、上述の例では、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 the above example, Na is used as a low melting point and high vapor pressure metal (alkali metal), but potassium (K) or the like may 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.

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を用いているが、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 a substance containing at least a group III metal element. However, in addition to Ga, a simple metal such as Al or In, or a mixture or alloy thereof may be used. it can.

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 example, nitrogen gas is used as the substance containing at least nitrogen element. However, other than nitrogen gas, a gas such as NH 3 can also be used.

また、上述の例では、第１の反応容器１０１をステンレス製のものとしているが、第１の反応容器１０１としては、外部と雰囲気を遮断し、III族窒化物結晶を成長させることが可能な温度，圧力に耐えうるもので、かつアルカリ金属と反応せずにIII族窒化物が結晶成長する際に不純物として溶出するようなものでなければ、任意の材料からなるものを用いることができる。   In the above example, the first reaction vessel 101 is made of stainless steel. However, as the first reaction vessel 101, it is possible to grow a group III nitride crystal by shutting off the atmosphere from the outside. Any material made of any material can be used as long as it can withstand temperature and pressure and does not react with an alkali metal and does not elute as an impurity when the group III nitride crystal is grown.

上述した各結晶成長装置（すなわち、図１，図２，図３，あるいは図４に示したような結晶成長装置）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 using the above-mentioned crystal growth apparatuses (that is, the crystal growth apparatuses as shown in FIG. 1, FIG. 2, FIG. 3, or FIG. 4), a group III nitride crystal is grown, so that the crystal quality is high. A group III nitride crystal large enough to produce a device can be provided at low cost.

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５０ｋｇ／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 a method for 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 raw material, Na is used as a flux, the temperature of the reaction vessel and the flux vessel is 750 ° C., and the nitrogen pressure is 50 kg. / Cm 2 G constant. Under such conditions, GaN crystals can be grown.

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。   In addition, a group III nitride semiconductor device can be manufactured using a group III nitride crystal grown by the growth method of the present invention.

図５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５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５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ＧａＮガイド層３０３、ＩｎＧａＮＭＱＷ（多重量子井戸）活性層３０４、ｐ型ＧａＮガイド層３０５、ｐ型ＡｌＧａＮクラッド層３０６、ｐ型ＧａＮコンタクト層３０７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. 5 is a diagram showing a configuration example of a semiconductor device according to the present invention. In the example of FIG. 5, the semiconductor device is configured as a semiconductor laser. Referring to FIG. 5, in this semiconductor device, an n-type AlGaN cladding layer 302, an n-type GaN guide layer 303 are formed on an n-type GaN substrate 301 using a group III nitride crystal grown in the manner described above. An InGaN MQW (multiple quantum well) active layer 304, a p-type GaN guide layer 305, a p-type AlGaN cladding layer 306, and a p-type GaN contact layer 307 are sequentially grown. As this crystal growth method, a thin film crystal growth method such as MO-VPE (metal organic chemical vapor deposition) method or MBE (molecular beam epitaxy) method can be used.

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／Ｎｉ３０９及びｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ ３１０を形成して、図５の半導体デバイス(半導体レーザ)が構成される。 Next, a ridge structure is formed in the laminated film of GaN, AlGaN, and InGaN, and the SiO 2 insulating film 308 is formed in a state where only the contact region is drilled, and the p-side ohmic electrode Al / Ni 309 and the n-side ohmic are formed on the upper and lower parts, respectively. The electrode Al / Ti 310 is formed to constitute the semiconductor device (semiconductor laser) of FIG.

この半導体レーザの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５の矢印Ａの方向にレーザ光を出射させることができる。   By injecting current from the p-side ohmic electrode Al / Ni 309 and the n-side ohmic electrode Al / Ti 310 of this semiconductor laser, this semiconductor laser oscillates and emits laser light in the direction of arrow A in FIG. Can do.

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６）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 group III nitride crystal (GaN crystal) of the present invention is used as the substrate 301, this semiconductor laser has few crystal defects in the semiconductor laser device, has a large output operation and a long life. Further, since the GaN substrate 301 is n-type, the electrode 310 can be formed directly on the substrate 301, and two electrodes on the p side and the n side can be formed from the surface as in the first prior art (FIG. 6). It is not necessary to take out only, and it is possible to reduce the cost.

さらに、図５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。   Furthermore, in the semiconductor device of FIG. 5, the light emitting end face can be formed by cleavage, and in combination with chip separation, a high-quality device can be realized at low cost.

本発明に係る結晶成長装置の第１の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 1st structural example of the crystal growth apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る結晶成長装置の第２の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 2nd structural example of the crystal growth apparatus based on this invention. 本発明に係る結晶成長装置の第３の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 3rd structural example of the crystal growth apparatus based on this invention. 本発明に係る結晶成長装置の第４の構成例を示す図である。It is a figure which shows the 4th structural example of the crystal growth apparatus based on this invention. 本発明に係る半導体デバイスの構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the semiconductor device which concerns on this invention. 従来のレーザダイオードを示す図である。It is a figure which shows the conventional laser diode.

符号の説明Explanation of symbols

１０１ 第１の反応容器
１０２ 混合融液
１０３ 窒素ガス
１０４ 窒素供給管
１０５ 圧力調整機構
１０６ 第１の加熱装置
１０７ 第２の加熱装置
１０８ 混合融液中
１０９ 混合融液表面
１１０ 第３の加熱装置
１１１ 第２の反応容器
１１２ 蓋
１１６ 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(多重量子井戸)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Ａｌ／Ｎｉ
３１０ ｎ側オーミック電極Ａｌ／Ｔｉ
101 First reaction vessel 102 Mixed melt 103 Nitrogen gas 104 Nitrogen supply pipe 105 Pressure adjusting mechanism 106 First heating device 107 Second heating device 108 Mixed melt 109 Mixed melt surface 110 Third heating device 111 Second reaction vessel 112 Lid 116 Heating device 301 n-type GaN substrate 302 n-type AlGaN cladding layer 303 n-type GaN guide layer 304 InGaN MQW (multiple quantum well) 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 Al / Ni
310 n-side ohmic electrode Al / Ti

Claims (12)

第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属蒸気を第１の反応容器内に閉じ込めることを特徴とする結晶成長方法。   When a group III nitride crystal is grown in the first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen source introduced from the outside of the first reaction vessel, A crystal growth method, wherein an alkali metal vapor is confined in a first reaction vessel. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、アルカリ金属蒸気が塞がないようにすることを特徴とする結晶成長方法。   When a group III nitride crystal is grown in the first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen source introduced from the outside of the first reaction vessel, A crystal growth method characterized by preventing alkali metal vapor from blocking a region in which a nitrogen raw material passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液の表面より上部の温度を、アルカリ金属蒸気が凝縮しない温度以上に制御することを特徴とする結晶成長方法。   When a group III nitride crystal is grown in the first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen source introduced from the outside of the first reaction vessel, A crystal growth method characterized by controlling a temperature above the surface of a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal to a temperature at which alkali metal vapor does not condense. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を、温度制御することを特徴とする結晶成長方法。   When a group III nitride crystal is grown in the first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen source introduced from the outside of the first reaction vessel, A crystal growth method comprising controlling the temperature of a region in which a nitrogen material passes from the outside of the first reaction vessel into the first reaction vessel. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させるときに、第１の反応容器の外側に第２の反応容器を設け、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第２の反応容器内の窒素原料を第１の反応容器内に導入しつつ、第１の反応容器内にアルカリ金属蒸気を閉じ込めることを特徴とする結晶成長方法。    When a group III nitride crystal is grown in the first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen source introduced from the outside of the first reaction vessel, A second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and a nitrogen material in the second reaction vessel is introduced into the first reaction vessel. A crystal growth method comprising confining an alkali metal vapor in a first reaction vessel. 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において、窒素原料を、第１の反応容器あるいは第２の反応容器の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、第１の反応容器あるいは第２の反応容器内に導入することを特徴とする結晶成長方法。   6. The crystal growth method according to claim 1, wherein the nitrogen material is supplied from a horizontal direction of the first reaction vessel or the second reaction vessel, or from a lower side than the horizontal direction. A crystal growth method comprising introducing into the first reaction vessel or the second reaction vessel. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液が保持されている第１の反応容器の外側には、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できるように第１の加熱装置が設けられており、さらに、混合融液の表面より上部の温度を制御できるように、第２の加熱装置が第１の加熱装置の上部に設けられていることを特徴とする結晶成長装置。   A crystal growth apparatus for growing a group III nitride crystal in a first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel In addition, a group III nitride can be grown on the outside of the first reaction vessel in which a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal is held in the mixed melt or on the surface of the mixed melt. The first heating device is provided so that the temperature can be controlled to a certain temperature, and the second heating device is provided above the first heating device so that the temperature above the surface of the mixed melt can be controlled. A crystal growth apparatus characterized by being made. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、窒素原料が第１の反応容器の外部から第１の反応容器内に通過する領域を温度制御するために、前記領域の外側には第３の加熱装置が設けられていることを特徴とする結晶成長装置。   A crystal growth apparatus for growing a group III nitride crystal in a first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel In order to control the temperature of the region where the nitrogen source passes from the outside of the first reaction vessel to the inside of the first reaction vessel, a third heating device is provided outside the region. A crystal growth apparatus. 第１の反応容器内で、アルカリ金属と少なくともIII族金属を含む混合融液と第１の反応容器の外部から導入される窒素原料とを用いて、III族窒化物結晶を成長させる結晶成長装置であって、第１の反応容器の外側には第２の反応容器が設けられており、第２の反応容器の外側から窒素原料を導入し、第２の反応容器内の窒素原料を第１の反応容器内に導入しつつ、第１の反応容器内にアルカリ金属蒸気を閉じ込めるようになっていることを特徴とする結晶成長装置。   A crystal growth apparatus for growing a group III nitride crystal in a first reaction vessel using a mixed melt containing an alkali metal and at least a group III metal and a nitrogen raw material introduced from the outside of the first reaction vessel A second reaction vessel is provided outside the first reaction vessel, a nitrogen material is introduced from the outside of the second reaction vessel, and the nitrogen material in the second reaction vessel is changed to the first reaction vessel. A crystal growth apparatus characterized in that an alkali metal vapor is confined in the first reaction vessel while being introduced into the reaction vessel. 請求項７乃至請求項９のいずれか一項に記載の結晶成長装置において、窒素原料を、第１の反応容器あるいは第２の反応容器の水平方向から、もしくは、水平方向よりも下側方向から、第１の反応容器あるいは第２の反応容器内に導入するようになっていることを特徴とする結晶成長装置。   The crystal growth apparatus according to any one of claims 7 to 9, wherein the nitrogen raw material is supplied from a horizontal direction of the first reaction vessel or the second reaction vessel, or from a lower side direction than the horizontal direction. A crystal growth apparatus characterized by being introduced into the first reaction vessel or the second reaction vessel. 請求項１乃至請求項６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。 A group III nitride crystal grown using the crystal growth method according to any one of claims 1 to 6. 請求項１１記載のIII族窒化物結晶を用いて作製されたIII族窒化物半導体デバイス。 A group III nitride semiconductor device produced using the group III nitride crystal according to claim 11.
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Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002068896A (en) * 2000-08-30 2002-03-08 Kobe Steel Ltd Method and device for producing nitride single crystal
JP3966682B2 (en) * 2000-10-19 2007-08-29 株式会社リコー Crystal growth method, crystal growth apparatus, crystal production apparatus, and crystal production method

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