JP2008110910A - 製造装置、結晶製造方法、基板製造方法、窒化ガリウム結晶及び窒化ガリウム基板 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】製造装置1000は、結晶作製装置100と結晶成長装置500を備えている。結晶作製装置100は、金属Naと金属Gaとを含む混合融液に窒素ガスを供給して第1のGaN結晶を作製する。この第1のGaN結晶は、転位密度が小さく(≦105cm−2)高品質である。第1のGaN結晶は、スライス及び研磨され、GaNウエハが作製される。結晶成長装置500は、作製されたGaNウエハを基板として、HVPE法によって基板上に第2のGaN結晶を結晶成長させ、塊状のGaN結晶を製造する。
【選択図】図1
Description
図1には、本発明の一実施形態に係る塊状の窒化ガリウム(GaN)結晶を製造する製造装置1000の概略構成が示されている。
結晶作製装置100は、一例として図2に示されるように、坩堝10、反応容器20、ベローズ30、支持装置40、加熱装置50,60、温度センサ51,61,71,81、加熱/冷却器70,80、ガス供給管90,200、バルブ110,150、圧力調整器120、ガスボンベ130,220、排気管140、真空ポンプ160、圧力センサ170、配管180、熱電対190、流量計210、振動印加装置230、上下機構240、振動検出装置250、温度制御装置260、及びフローティングカバー300などを備えている。
坩堝10、反応容器20、融液溜め部23及び融液凝集部90Aの温度のタイミングチャートが一例として図7に示されている。また、図7に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23及び融液凝集部90A内の状態変化を示す模式図が、一例として図8(A)及び図8(B)に示されている。さらに、図7に示すタイミングt3における坩堝10及び反応容器20内の状態を示す模式図が、一例として図9に示されている。さらに、GaN結晶6の温度と窒素ガスの流量との関係が図10に示されている。
結晶成長装置500は、図12に示されるように、反応炉501、ヒータ502、ガス導入管503,504、Ga溜部505、サセプタ507、シャフト508、ガス排出管510等を備えている。
反応炉501内がヒータ502によって800〜1050℃に加熱されると、Gaの融点は、約29.8℃であるので、Ga溜部505に保持された金属Gaは、溶けて、Ga融液506になる。そして、ガス導入管503から導入されたHCl+H2がGa融液6に吹き付けられると、塩化ガリウムGaClが生成される。
製造装置1000を用いた塊状のGaN結晶の製造方法を説明するためのフローチャートが図13に示されている。
上記ステップS1の詳細な動作を説明するためのフローチャートが図14に示されている。
ステップS3の詳細な動作を説明するためのフローチャートが図15に示されている。
1.第1のGaN結晶が領域REG3の条件で作製され、m面を主面とするGaN基板を製造する場合(第1のGaN結晶のスライス有り)について、図17(A)〜図17(E)を用いて説明する。
Claims (22)
- III族窒化物結晶を製造する製造装置であって、
フラックス法によって作製された第1のIII族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させる結晶成長装置を備える製造装置。 - アルカリ金属とIII族金属とを含む混合融液に窒素原料ガスを供給して前記第1のIII族窒化物結晶を作製する結晶作製装置を、更に備えることを特徴とする請求項1に記載の製造装置。
- 前記結晶作製装置は、第1の結晶成長速度で前記第1のIII族窒化物結晶を作製し、
前記結晶成長装置は、前記第1の結晶成長速度よりも速い第2の結晶成長速度で、前記第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とする請求項2に記載の製造装置。 - 前記結晶作製装置は、種結晶から前記第1のIII族窒化物結晶を作製することを特徴とする請求項2又は3に記載の製造装置。
- III族窒化物結晶を製造する結晶製造方法であって、
フラックス法によって作製された第1のIII族窒化物結晶上に、気相成長法を用いて第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させる工程を含む結晶製造方法。 - 前記第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させる工程に先立って、アルカリ金属とIII族金属とを含む混合融液に窒素原料ガスを供給して前記第1のIII族窒化物結晶を作製する工程を、更に含むことを特徴とする請求項5に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶を作製する工程では、第1の結晶成長速度で前記第1のIII族窒化物結晶を製造し、
前記第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させる工程では、前記第1の結晶成長速度よりも速い第2の結晶成長速度で、前記第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させることを特徴とする請求項6に記載の結晶製造方法。 - 前記第1のIII族窒化物結晶を作製する工程では、種結晶から前記第1のIII族窒化物結晶を作製することを特徴とする請求項6又は7に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶は、板状であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶は、主面が、m面、a面及びc面のうちのいずれかであることを特徴とする請求項9に記載の結晶製造方法。
- 前記第2のIII族窒化物結晶を結晶成長させる工程に先立って、前記第1のIII族窒化物結晶をスライスする工程を更に含むことを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶をスライスする工程では、m面、a面及びc面のうちのいずれかが主面となるようにスライスすることを特徴とする請求項11に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶は、再使用可能であることを特徴とする請求項9〜12のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
- 前記第1のIII族窒化物結晶は、c軸方向の長さがa軸方向の長さよりも長い柱状結晶であることを特徴とする請求項5〜8のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
- 前記III族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶であることを特徴とする請求項5〜14のいずれか一項に記載の結晶製造方法。
- III族窒化物基板を製造する基板製造方法であって、
請求項5〜14のいずれか一項に記載の結晶製造方法によって塊状のIII族窒化物結晶を製造する工程と;
前記製造する工程で製造された塊状のIII族窒化物結晶をスライスする工程と;を含む基板製造方法。 - 前記塊状のIII族窒化物結晶をスライスする工程では、m面、a面及びc面のうちのいずれかが主面となるようにスライスすることを特徴とする請求項16に記載の基板製造方法。
- 前記III族窒化物結晶は、窒化ガリウム結晶であることを特徴とする請求項16又は17に記載の基板製造方法。
- 塊状の窒化ガリウム結晶であって、
フラックス法によって作製された第1の窒化ガリウム結晶と;
前記第1の窒化ガリウム結晶上に結晶成長した第2の窒化ガリウム結晶と;を有する窒化ガリウム結晶。 - 前記第1の窒化ガリウム結晶は、前記第2の窒化ガリウム結晶に内包されていることを特徴とする請求項19に記載の窒化ガリウム結晶。
- 請求項19又は20に記載の塊状の窒化ガリウム結晶をスライスして作製された窒化ガリウム基板。
- 主面がm面、a面及びc面のうちのいずれかであることを特徴とする請求項21に記載の窒化ガリウム基板。
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