JP2010260752A - Method for producing group 13 metal nitride crystal - Google Patents

Method for producing group 13 metal nitride crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2010260752A
JP2010260752A JP2009111613A JP2009111613A JP2010260752A JP 2010260752 A JP2010260752 A JP 2010260752A JP 2009111613 A JP2009111613 A JP 2009111613A JP 2009111613 A JP2009111613 A JP 2009111613A JP 2010260752 A JP2010260752 A JP 2010260752A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
metal nitride
group
solution
nitride
nitride crystal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2009111613A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Takeshi Tawara
岳史 田原
Hide Terada
秀 寺田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Chemical Corp
Original Assignee
Mitsubishi Chemical Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Chemical Corp filed Critical Mitsubishi Chemical Corp
Priority to JP2009111613A priority Critical patent/JP2010260752A/en
Publication of JP2010260752A publication Critical patent/JP2010260752A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for efficiently producing a bulk single crystal of group 13 metal nitride of high quality by preparing a solution or a melt containing high concentrations of Ga and nitrogen, which is suitable for growing the crystal of the group 13 metal nitride. <P>SOLUTION: The method for producing the group 13 metal nitride includes a step of preparing the solution or the melt by dissolving a raw material in a solvent and a step of growing the group 13 metal nitride crystal in the solution or the melt, provided that two or more nitrides are used as the solvent. The nitrides used as the solvent are preferably alkali metal nitrides or alkaline earth metal nitrides, more preferably a combination of one or more alkali metal nitrides and one or more alkaline earth metal nitrides, more preferably a combination of lithium nitride and barium nitride. Use of two or more nitrides as the solvent stabilizes the solution, thereby suppressing decomposition of the group 13 metal nitride component and increasing solubility of the raw material under ordinary pressure. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化ガリウムに代表される第13族金属窒化物の製造方法に関し、詳しくは、高品質の第13族金属窒化物の塊状単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a Group 13 metal nitride represented by gallium nitride, and more particularly to a method for producing a high-quality Group 13 metal nitride bulk single crystal.

窒化ガリウム(GaN)は発光ダイオード及びレーザーダイオード等の電子素子に適用される物質として有用である。この窒化ガリウム結晶の製造方法としては、現在サファイア又は炭化ケイ素等のような基板上にMOCVD(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition)法による気相エピタキシャル成長を行う方法が最も一般的である。しかしながら、該方法では基板とGaNの格子定数、熱膨張係数が異なるヘテロエピタキシャル成長であるために、得られるGaNに格子欠陥が発生しやすく、青色レーザー等で応用できるような高品質の結晶を得ることが難しいという問題がある。格子欠陥を低減するための手法も種々提案されているが、工程が複雑化し、コストアップにつながるなどの問題が発生する。   Gallium nitride (GaN) is useful as a material applied to electronic devices such as light emitting diodes and laser diodes. The most common method for producing this gallium nitride crystal is a method of performing vapor phase epitaxial growth by MOCVD (Metal-Organic Chemical Vapor Deposition) on a substrate such as sapphire or silicon carbide. However, since this method uses heteroepitaxial growth in which the lattice constant and thermal expansion coefficient of the substrate and GaN are different, lattice defects are likely to occur in the obtained GaN, and a high-quality crystal that can be applied with a blue laser or the like is obtained. There is a problem that is difficult. Various methods for reducing lattice defects have been proposed, but problems such as complicated processes and increased costs occur.

そこで、近年、上記方法に代わる、ホモエピタキシャル基板用の高品質の窒化ガリウムの塊状単結晶の新しい製造技術の確立が強く望まれている。かかる新しい窒化ガリウム結晶の製造方法として、各種の方法が提案されている。
伊藤らは、500MPa以下の加圧下で第13族金属窒化物原料と金属ハロゲン化物の混合物を加熱溶融して結晶成長を行い、窒化ガリウムを得る方法を提案している(特許文献1参照)。
Therefore, in recent years, there has been a strong demand for establishment of a new manufacturing technique for high-quality gallium nitride massive single crystals for homoepitaxial substrates, which can replace the above method. Various methods have been proposed for producing such a new gallium nitride crystal.
Ito et al. Have proposed a method of obtaining gallium nitride by crystal growth by heating and melting a mixture of a Group 13 metal nitride raw material and a metal halide under a pressure of 500 MPa or less (see Patent Document 1).

岩田らは、8MPaの加圧下でNaとGaを用い、さらに、原料として窒素ガスと窒化リチウムを用い、窒化ガリウムを結晶成長させる方法を提案している(特許文献2参照)。
Frazierらは、0.2MPaの加圧下で、窒化リチウムとフッ化バリウムの混合溶媒にGaNを溶解させて溶液を作成し窒化ガリウム結晶を得ている(非特許文献1参照)。
Iwata et al. Have proposed a method of crystal growth of gallium nitride using Na and Ga under a pressure of 8 MPa and further using nitrogen gas and lithium nitride as raw materials (see Patent Document 2).
Frazier et al. Have obtained a gallium nitride crystal by preparing a solution by dissolving GaN in a mixed solvent of lithium nitride and barium fluoride under a pressure of 0.2 MPa (see Non-Patent Document 1).

特開2005−112718号公報JP 2005-127718 A 特開2004−307322号公報JP 2004-307322 A

Journal of Crystal Growth 310 (2008) 3934- 3940Journal of Crystal Growth 310 (2008) 3934- 3940

特許文献1の方法では、第13族金属窒化物原料と金属ハロゲン化物の混合物を加熱溶融して結晶成長を行う実施例において、結晶成長時に窒素分解を抑える目的から81MPa〜152MPaもの加圧が必要とされている。このように結晶成長時に100MPaオーダーの加圧が必要なため、高価な高圧設備が必要であり生産コストの点で課題がある。
特許文献2の方法では、Na−Ga合金融液に窒素の溶解度を増加させる物質として窒化リチウムを添加しているが溶解度は必ずしも高くない。また、特許文献1と同じく窒素の分解を抑える目的での加圧が必要なため、高価な高圧設備が必要であり生産コストの点で課題がある。また、反応性の高いアルカリ金属をフラックスとして使用するために安全性の確保も厳重に行わなければならず、従って高い生産効率を得るのが困難である。
In the method of Patent Document 1, in an example in which crystal growth is performed by heating and melting a mixture of a Group 13 metal nitride raw material and a metal halide, pressurization of 81 MPa to 152 MPa is required for the purpose of suppressing nitrogen decomposition during crystal growth. It is said that. Thus, since pressurization of the order of 100 MPa is necessary at the time of crystal growth, expensive high-pressure equipment is necessary and there is a problem in terms of production cost.
In the method of Patent Document 2, lithium nitride is added as a substance for increasing the solubility of nitrogen in the Na—Ga compound financial solution, but the solubility is not necessarily high. Moreover, since the pressurization for the purpose of suppressing decomposition | disassembly of nitrogen is required like patent document 1, an expensive high voltage | pressure installation is required and there exists a subject in terms of production cost. In addition, since a highly reactive alkali metal is used as a flux, safety must be strictly ensured, and it is therefore difficult to obtain high production efficiency.

また、非特許文献1の方法でも、特許文献1,2と同様に窒素の分解を抑えるために加圧しており、工業的に十分な大きさの結晶を成長させるには至っていない。
以上のとおり、これらの方法による窒化物の結晶成長の方法は、工業的に確立されておらず、初歩的な検討に留まる。溶解度が低いためサイズの大きい塊状の高品質の単結晶を得るには至っておらず、また高圧装置のため非常に高価な設備が必要であったり、反応性の高いアルカリ金属を使用するため安全性の確保が困難であったりするため、高い生産効率を得るのが困難である。
Further, even in the method of Non-Patent Document 1, pressure is applied in order to suppress the decomposition of nitrogen as in Patent Documents 1 and 2, and crystals having an industrially sufficient size have not been grown.
As described above, nitride crystal growth methods by these methods have not been established industrially, and are only a preliminary study. Due to its low solubility, large single-piece high-quality single crystals have not been obtained, and because it is a high-pressure device, very expensive equipment is required, or because highly reactive alkali metals are used, it is safe. It is difficult to ensure high production efficiency.

本発明者等は、上記の課題に鑑み、毒性や危険性の高い物質を使用することなく、工業的にも十分適用可能な方法で、高品質の第13族金属窒化物の塊状単結晶を製造できる方法につき鋭意検討を行った。その結果、原料を溶解するための溶媒として窒化物を2種類以上用いた結晶成長の方法によれば、溶液が安定化して第13族金属窒化物成分の分解を抑え、常圧下においても原料の溶解度が高くなることを見出し、本発明に到達した。本発明は、原料を溶媒に溶解して溶液または融液を作成し、該溶液または融液中で第13族金属窒化物結晶を成長させる結晶成長方法において、溶媒として2種類以上の窒化物を用いることを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法に存する。即ち、
〔1〕原料を溶媒に溶解して溶液または融液を作成する工程、該溶液または融液中で第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程、を備える第13族金属窒化物結晶の製造方法において、溶媒として2種類以上の窒化物を用いることを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法。
In view of the above-mentioned problems, the present inventors made a high-quality Group 13 metal nitride massive single crystal by a method that can be industrially applied without using a highly toxic or dangerous substance. The method which can be manufactured earnestly examined. As a result, according to the crystal growth method using two or more types of nitrides as the solvent for dissolving the raw material, the solution is stabilized and the decomposition of the Group 13 metal nitride component is suppressed, and the raw material The present inventors have found that the solubility is high and have reached the present invention. The present invention provides a crystal growth method in which a raw material is dissolved in a solvent to prepare a solution or a melt, and a Group 13 metal nitride crystal is grown in the solution or the melt. It exists in the manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal characterized by using. That is,
[1] Production of a Group 13 metal nitride crystal comprising a step of dissolving a raw material in a solvent to prepare a solution or a melt, and a step of growing a Group 13 metal nitride crystal in the solution or the melt In the method, a method for producing a Group 13 metal nitride crystal, wherein two or more types of nitrides are used as a solvent.

〔2〕前記溶媒として少なくともアルカリ金属窒化物を用いることを特徴とする〔1〕に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
〔3〕前記溶媒として少なくともアルカリ土類金属窒化物を用いることを特徴とする〔1〕に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
〔4〕前記溶媒として少なくともアルカリ金属窒化物とアルカリ土類金属窒化物を用いることを特徴とする〔1〕に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[2] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [1], wherein at least an alkali metal nitride is used as the solvent.
[3] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [1], wherein at least an alkaline earth metal nitride is used as the solvent.
[4] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [1], wherein at least alkali metal nitride and alkaline earth metal nitride are used as the solvent.

〔5〕前記アルカリ金属窒化物が窒化リチウムを含むことを特徴とする〔2〕又は〔4〕に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
〔6〕前記アルカリ土類金属窒化物が窒化バリウムを含むことを特徴とする〔3〕又は〔4〕に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
〔7〕 前記溶液又は融液がGa及び窒素を含み、かつ、前記溶液又は融液中のGa濃度が0.20〜83wt%、窒素濃度が0.30〜17wt%であることを特徴とする請求項〔1〕〜〔6〕のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[5] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to [2] or [4], wherein the alkali metal nitride contains lithium nitride.
[6] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [3] or [4], wherein the alkaline earth metal nitride contains barium nitride.
[7] The solution or melt contains Ga and nitrogen, the Ga concentration in the solution or melt is 0.20 to 83 wt%, and the nitrogen concentration is 0.30 to 17 wt%. The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of Claims [1] to [6].

〔8〕前記溶液または融液中にさらに補助溶解剤として金属ハロゲン化物を添加することを特徴とする〔1〕〜〔7〕のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
〔9〕前記溶液または融液を作成する工程及び/又は前記第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を、常圧で行うことを特徴とする〔1〕〜〔8〕のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[8] The group 13 metal nitride crystal production as described in any one of [1] to [7], wherein a metal halide is further added as an auxiliary solubilizer to the solution or melt. Method.
[9] Any one of [1] to [8], wherein the step of preparing the solution or melt and / or the step of growing the Group 13 metal nitride crystal is performed at normal pressure. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to Item.

〔10〕前記溶液または融液を作成する工程及び/又は前記第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を、不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする〔1〕〜〔9〕のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   [10] The process according to [1] to [9], wherein the step of preparing the solution or melt and / or the step of growing the Group 13 metal nitride crystal is performed in an inert gas atmosphere. The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one.

本発明の製造方法によれば、第13族金属窒化物の結晶成長に適した高濃度のGa及び窒素を含む溶液又は融液を得ることができる。また、本発明の製造方法により、従来よりも簡易かつ安全な方法によって、高品質な、第13族金属窒化物の塊状単結晶を効率良く製造することができる。また、本発明の製造方法によれば、毒性や反応性の高い物質を使用することもなく、低圧または常圧で製造することも可能なため、安全性が高く工業的実施も容易である。   According to the production method of the present invention, a solution or melt containing Ga and nitrogen at a high concentration suitable for crystal growth of a Group 13 metal nitride can be obtained. Further, the production method of the present invention can efficiently produce a high-quality group 13 metal nitride massive single crystal by a simpler and safer method than before. Further, according to the production method of the present invention, it is possible to produce at a low pressure or normal pressure without using a highly toxic or reactive substance, so that safety is high and industrial implementation is easy.

以下、本発明について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の一例であり、本発明はこれらの実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書において「シード」とは、第13族金属窒化物結晶以外に、サファイア、SiC、ZnO等の異種基板のほか、結晶成長によって形成された第13族金属窒化物結晶も含まれる。   Hereinafter, the present invention will be described in detail. The description of the constituent requirements described below is an example of embodiments of the present invention, and the present invention is not limited to these embodiments. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value. In addition, in the present specification, “seed” includes, in addition to the group 13 metal nitride crystal, a group 13 metal nitride crystal formed by crystal growth in addition to a heterogeneous substrate such as sapphire, SiC, or ZnO. .

(第13族金属窒化物)
本発明の製造対象である第13族金属窒化物としては、通常、B、Al、Ga、In等の周期表第13族元素の単独金属の窒化物(例えば、GaN、AlN、InN)が挙げられ、合金族の窒化物(例えば、GaInN,GaAlN)も含まれる。本発明は、このうち、特に窒化ガリウムの結晶を得る場合に好適である。
(Group 13 metal nitride)
As the Group 13 metal nitride which is the production target of the present invention, a single metal nitride of a Group 13 element of the periodic table such as B, Al, Ga, In or the like (for example, GaN, AlN, InN) is usually mentioned. Further, alloy group nitrides (eg, GaInN, GaAlN) are also included. Of these, the present invention is particularly suitable for obtaining gallium nitride crystals.

(原料)
本発明の方法において、原料としては、第13族元素を含む窒化物であれば特に限定されない。例えば、窒化ガリウム(GaN)やLi3GaN2等の複合窒化物が挙げられる。
原料の形態としては、粉末状でも塊状でもよい。例えば、窒化物の多結晶粉末原料(以下、 "多結晶原料 "と呼ぶ場合がある)が用いることができる。
(material)
In the method of the present invention, the raw material is not particularly limited as long as it is a nitride containing a Group 13 element. For example, composite nitrides, such as gallium nitride (GaN) and Li3GaN2, are mentioned.
The form of the raw material may be powder or lump. For example, a nitride polycrystalline powder raw material (hereinafter sometimes referred to as “polycrystalline raw material”) may be used.

多結晶原料の製造方法に特に制限はないが、例えば、アンモニアガスを流通させた反応容器内で、第13族金属の酸化物、水酸化物、あるいは、より反応性の高い金属化合物として、ハロゲン化物、アミド化合物、イミド化合物、及びガラザンなどの共有性MN結合を有する化合物などを前記アンモニアと反応させることで窒化物多結晶を得ることができる。更には、第13族金属を高温高圧で窒素と反応させてつくった窒化物多結晶を用いることもできる。本発明の窒化物結晶の製造原料としての窒化物多結晶原料は完全な窒化物であるという必要は特になく、条件によっては、第13族金属そのものを、即ち、メタル状態(即ち、ゼロ価)の金属成分を、通常1ppm以上、上限は結晶成長を阻害しない限り特に制限はないが、最大で20重量%程度まで含んでいても良い。これは反応系に微量の酸素が混入した場合に、メタル成分が、該酸素がフラックス中に拡散するのを防ぐ酸素トラップ剤のような役割が、メタル成分に期待されるからである。   There is no particular limitation on the method for producing the polycrystalline raw material. For example, in a reaction vessel in which ammonia gas is circulated, as a Group 13 metal oxide, hydroxide, or more reactive metal compound, halogen A nitride polycrystal can be obtained by reacting a compound having a covalent MN bond, such as a compound, an amide compound, an imide compound, and a galazan with the ammonia. Furthermore, it is also possible to use a nitride polycrystal produced by reacting a Group 13 metal with nitrogen at high temperature and pressure. The nitride polycrystalline raw material as the raw material for producing the nitride crystal of the present invention is not particularly required to be a complete nitride. Depending on the conditions, the Group 13 metal itself, that is, the metal state (ie, zero valence) is used. The metal component is usually 1 ppm or more, and the upper limit is not particularly limited as long as it does not inhibit crystal growth, but it may contain up to about 20% by weight. This is because when a trace amount of oxygen is mixed in the reaction system, the metal component is expected to play a role like an oxygen trap agent that prevents the oxygen from diffusing into the flux.

(溶媒)
本発明の方法において、溶媒に用いる窒化物としては、アルカリ金属窒化物(窒化リチウム、窒化ナトリウムなど)、アルカリ土類金属窒化物(窒化マグネシウム、窒化カルシウム、 窒化ストロンチウム、窒化バリウムなど)が好ましく、さらに好ましくはアルカ
リ金属窒化物から1種類以上、アルカリ土類金属窒化物から1種類以上選んで組み合わせるのがよい。さらに好ましくは窒化リチウムと窒化バリウムを組み合わせて用いるのがよい。
(solvent)
In the method of the present invention, the nitride used for the solvent is preferably an alkali metal nitride (lithium nitride, sodium nitride, etc.) or an alkaline earth metal nitride (magnesium nitride, calcium nitride, strontium nitride, barium nitride, etc.), More preferably, one or more alkali metal nitrides and one or more alkaline earth metal nitrides are selected and combined. More preferably, lithium nitride and barium nitride are used in combination.

(溶液又は融液中のGa濃度及び窒素濃度)
本発明の方法によれば、溶媒として2種類以上の窒化物を用いることにより、第13族金属窒化物の結晶成長に適した高濃度のGa及び窒素を含む溶液又は融液を得ることができる。
本発明において、前記溶液又は融液中のGa濃度は、通常0.20〜83wt%、好ましくは2.2〜83wt%、さらに好ましくは、9.9〜83wt%であり、前記溶液又は融液中の窒素濃度は、通常0.30〜17wt%、好ましくは3.0〜17wt%、さらに好ましくは、5.2〜17wt%である。
(Ga concentration and nitrogen concentration in solution or melt)
According to the method of the present invention, by using two or more types of nitrides as a solvent, a solution or melt containing Ga and nitrogen at a high concentration suitable for crystal growth of a Group 13 metal nitride can be obtained. .
In the present invention, the Ga concentration in the solution or melt is usually 0.20 to 83 wt%, preferably 2.2 to 83 wt%, more preferably 9.9 to 83 wt%, and the solution or melt The nitrogen concentration inside is usually 0.30 to 17 wt%, preferably 3.0 to 17 wt%, and more preferably 5.2 to 17 wt%.

(補助溶解剤)
本発明の方法において、補助溶解剤として用いる金属ハロゲン化物としては、金属成分が、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)などのアルカリ金属、マグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)などのアルカリ土類金属や遷移金属であり、ハロゲン成分が、フッ素(F)、塩素(Cl)、臭素(Br)、ヨウ素(I)などであり、これらの成分の組み合わせにより化合物を形成するものを使用するとよい。かかる金属ハロゲン化物は、一種類だけではなく数種類のものを使用してもよい。最適な金属ハロゲン化物の種類は、結晶原料との組み合わせや結晶成長の条件によって選択されるべきものであるが、通常、ハロゲン化アルカリやハロゲン化アルカリ土類の使用が好ましく、ハロゲン化アルカリのなかでは塩化リチウムなどのアルカリ塩化物が、ハロゲン化アルカリ土類のなかでは塩化バリウムなどのアルカリ土類塩化物の使用が好ましい。
(Auxiliary solubilizer)
In the method of the present invention, the metal halide used as an auxiliary solubilizer includes an alkali metal such as lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), and cesium (Cs), Alkaline earth metals and transition metals such as magnesium (Mg), calcium (Ca), strontium (Sr), barium (Ba), and halogen components are fluorine (F), chlorine (Cl), bromine (Br), It is preferable to use iodine (I) or the like that forms a compound by combining these components. Such metal halides may be used not only in one type but also in several types. The optimum metal halide type should be selected depending on the combination with the crystal raw materials and the conditions of crystal growth. Usually, alkali halides and alkaline earth halides are preferably used. In this case, it is preferable to use an alkaline chloride such as lithium chloride and an alkaline earth chloride such as barium chloride among the alkaline earth halides.

(結晶成長方法)
結晶成長方法としては、フラックス法で用いられている温度差 (Gradient Transport)
法、徐冷(Slow Cooling)法、温度サイクル (Temperature Cycling)法、るつぼ加速回転 (Accelerated Crucible-Rotation Technique:ACRT)法、トップシード (Top-Seeded Solution Growth:TSSG)法、溶媒移動法やその変形である溶媒移動浮遊帯域 (Traveling-Solvent Floating-Zone:TSFZ)法などを用いることができる。また、これらの方法を組み合わせて用いることもできる。
(Crystal growth method)
As a crystal growth method, the temperature difference used in the flux method (Gradient Transport)
Method, Slow Cooling method, Temperature Cycling method, Accelerated Crucible-Rotation Technique (ACRT) method, Top-Seeded Solution Growth (TSSG) method, solvent transfer method and its A modified solvent migration floating zone (Traveling-Solvent Floating-Zone: TSFZ) method or the like can be used. A combination of these methods can also be used.

本発明においては、以上のような原料と溶媒、また、必要に応じて補助溶解剤の混合物を反応容器に充填し、不活性ガス雰囲気下で加熱溶融させて溶液または融液を作成し結晶成長を行う。この場合より高品質の窒化物結晶を得るために、できるだけ水や酸素の混入を回避すべきである。従って、各成分、ないし、混合物中の含有酸素原子量を、通常5重量%以下、好ましくは2重量%以下、特に好ましくは0.5重量%以下に留めるべきである。また、吸湿性のものを使用する場合は、充填前に加熱脱気するなどして十分乾燥し、且つ、各成分の混合、充填についても、酸素や水分を極力排した不活性ガス雰囲気下で速やかに行うべきである。   In the present invention, a raw material and a solvent as described above, and a mixture of an auxiliary solubilizer as required are filled in a reaction vessel, and heated and melted in an inert gas atmosphere to prepare a solution or a melt to grow crystals. I do. In this case, in order to obtain a higher quality nitride crystal, mixing of water and oxygen should be avoided as much as possible. Therefore, the oxygen atom content in each component or mixture should be usually 5% by weight or less, preferably 2% by weight or less, particularly preferably 0.5% by weight or less. In addition, when using a hygroscopic material, it is sufficiently dried by heating and degassing before filling, and each component is mixed and filled in an inert gas atmosphere where oxygen and moisture are eliminated as much as possible. Should be done promptly.

(反応容器)
本発明に用いられる反応容器は、熱的および化学的に安定な酸化物を主成分とする反応容器であることが好ましい。ここでいう主成分とは、反応容器内の溶液または融液に触れる壁面を構成する材質に含まれる酸化物成分において90重量%以上を占める成分を意味し、好ましくは反応容器内の溶液または融液に触れる壁面を構成する材質に含まれる酸化物成分において95重量%以上を占める成分である。反応容器が均一な材質からなる場合は、反応容器全体を構成する材質に含まれる酸化物成分において90重量%以上、好ましくは95重量%以上を占める成分に等しい。また、ここでいう酸化物は、Mg、Ca、Al、Ti、Y、Ce、La等の周期表第2〜3族金属元素を含む酸化物であることが好ましい。より好ましくは標準生成エネルギーが1000Kにおいて−930kJ/mol以下であり化学的に安定な酸化物、具体的にはY2O3、CaO、La2O3、MgOなどが好ましく、特に好ましくは標準生成エネルギーが1000Kにおいて−1000kJ/mol以下である酸化物、具体的にはY2O3、CaO、La2O3などが好ましい。
(Reaction vessel)
The reaction vessel used in the present invention is preferably a reaction vessel mainly composed of a thermally and chemically stable oxide. The main component here means a component that occupies 90% by weight or more of the oxide component contained in the material constituting the wall in contact with the solution or melt in the reaction vessel, preferably the solution or melt in the reaction vessel. It is a component that occupies 95% by weight or more in the oxide component contained in the material constituting the wall surface in contact with the liquid. When the reaction vessel is made of a uniform material, it is equal to a component occupying 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more in the oxide component contained in the material constituting the entire reaction vessel. Moreover, it is preferable that an oxide here is an oxide containing periodic table 2nd-3rd group metal elements, such as Mg, Ca, Al, Ti, Y, Ce, La. More preferably, oxides having a standard generation energy of −930 kJ / mol or less at 1000 K and chemically stable, specifically Y 2 O 3, CaO, La 2 O 3, MgO, etc. are preferable, and particularly preferably −1000 kJ at a standard generation energy of 1000 K. Oxides of less than / mol, specifically Y2O3, CaO, La2O3, etc. are preferred.

(不活性ガス雰囲気)
不活性ガスの種類としては特に制限はないが、ヘリウム(He)、窒素(N2)、アル
ゴン(Ar)等が好適に使用される。また、反応容器の中に酸素や水分を選択的に吸収するスキャベンジャーの役割を果たす物質(例えば、チタンなどの金属片)を同伴させてもよい。
(Inert gas atmosphere)
There are no particular restrictions on the type of inert gas, but helium (He), nitrogen (N2), argon (Ar), and the like are preferably used. Further, a substance that functions as a scavenger that selectively absorbs oxygen and moisture (for example, a metal piece such as titanium) may be accompanied in the reaction vessel.

(圧力及び温度)
本発明を実施する最良の形態は常圧または低圧でGaN結晶を成長させることにあるが、気相の圧力をより高圧とした場合でも本発明を適用することは可能である。本発明において、第13族金属窒化物結晶を析出させるための反応容器内の圧力は、通常10MPa以下であり、好ましくは3MPa以下、さらに好ましくは0.3MPa以下、より好ましくは0.11MPa以下である。
(Pressure and temperature)
Although the best mode for carrying out the present invention is to grow a GaN crystal at normal pressure or low pressure, the present invention can be applied even when the gas phase pressure is set to a higher pressure. In the present invention, the pressure in the reaction vessel for precipitating the Group 13 metal nitride crystal is usually 10 MPa or less, preferably 3 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or less, more preferably 0.11 MPa or less. is there.

本発明において、第13族金属窒化物結晶を析出させるための成長温度は、通常200〜1000℃であり、好ましくは400〜850℃、さらに好ましくは、600〜800℃である。
(種結晶)
本発明の製造方法では、第13族金属窒化物結晶または基板を結晶成長のためのシード(種結晶)として用いることが好ましい。シードの形状は特に制限されず、平板状であっても、棒状であってもよい。また、ホモエピタキシャル成長用のシードであってもよいし、ヘテロエピタキシャル成長用のシードであってもよい。具体的には、気相成長させたGaN、InGaN、AlGaN等の第13族金属窒化物の種結晶を挙げることができる。また、サファイア、シリカ、ZnO、BeO等の金属酸化物や、SiC、Si等の珪素含有物や、GaAs等の気相成長等で基板として用いられる材料を挙げることもできる。これらのシードの材料は、本発明で成長させる第13族金属窒化物結晶の格子定数にできるだけ近いものを選択することが好ましい。棒状の種結晶を用いる場合には、最初に種結晶部分で成長させ、次いで水平方向にも結晶成長を行いながら、垂直方向に結晶成長を行うことによってバルク状の結晶を作製することもできる。
In the present invention, the growth temperature for precipitating the Group 13 metal nitride crystal is usually 200 to 1000 ° C., preferably 400 to 850 ° C., more preferably 600 to 800 ° C.
(Seed crystal)
In the production method of the present invention, it is preferable to use a Group 13 metal nitride crystal or a substrate as a seed (seed crystal) for crystal growth. The shape of the seed is not particularly limited, and may be a flat plate shape or a rod shape. Further, it may be a seed for homoepitaxial growth or a seed for heteroepitaxial growth. Specific examples include seed crystals of Group 13 metal nitrides such as vapor grown GaN, InGaN, and AlGaN. In addition, metal oxides such as sapphire, silica, ZnO, and BeO, silicon-containing materials such as SiC and Si, and materials used as a substrate in vapor phase growth of GaAs and the like can be given. The seed material is preferably selected as close as possible to the lattice constant of the Group 13 metal nitride crystal grown in the present invention. In the case of using a rod-shaped seed crystal, it is possible to produce a bulk crystal by first growing in the seed crystal portion and then performing crystal growth in the vertical direction while also performing crystal growth in the horizontal direction.

(半導体デバイスの製造方法)
本発明の製造方法は、半導体デバイスの製造方法における第13族金属窒化物結晶を製造する工程に用いることができる。その他の工程における原料、製造条件および装置は一般的な半導体デバイスの製造方法で用いられる原料、条件および装置をそのまま適用できる。
(Semiconductor device manufacturing method)
The manufacturing method of this invention can be used for the process of manufacturing the group 13 metal nitride crystal in the manufacturing method of a semiconductor device. The raw materials, conditions, and apparatuses used in general semiconductor device manufacturing methods can be applied as they are for the raw materials, manufacturing conditions, and apparatuses in other processes.

以下、本発明を実施例に基づきさらに詳細に説明する。なお、本発明はその趣旨に反しない限り実施例に限定されるものではない。
(実施例1)
アルゴンガスで満たされたグローブボックスの中で、内径17mmのイットリア坩堝(反応容器)に1.00gの窒化ガリウム粉末と、溶媒として窒化リチウム0.43g、窒化バリウム0.90g、補助溶解剤として塩化リチウム-塩化バリウム共晶塩(塩化バリウム濃度40mol%)2.92gを入れ、ガス導入排出口を備えた石英反応管に封入した。グローブボックスから取り出した石英管を、抵抗加熱型電気炉に入れ、窒素ガス流通と電気炉の加熱を開始し、1hで745
℃まで加熱した。745℃で20h保持して、Ga及び窒素を含む溶液を作成した。その後、Ga及び窒素の濃度を測定するため、内径2mmの石英管を坩堝内部に差し込み、坩堝底から5mmの高さで溶液を約200mg採取した。採取した液の固化物を全て酸溶解し、分析液とした
。分析液をICP-AESとイオンクロマトグラフィーで分析したところ、Ga濃度は9.9wt%、窒
素濃度は5.2wt%であった。
Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on examples. In addition, this invention is not limited to an Example unless it is contrary to the meaning.
Example 1
In a glove box filled with argon gas, in a yttria crucible (reaction vessel) with an inner diameter of 17 mm, 1.00 g of gallium nitride powder, 0.43 g of lithium nitride as a solvent, 0.90 g of barium nitride, and lithium chloride-chloride as an auxiliary solubilizer 2.92 g of barium eutectic salt (barium chloride concentration 40 mol%) was added and sealed in a quartz reaction tube equipped with a gas inlet / outlet. The quartz tube taken out from the glove box is put into a resistance heating type electric furnace, and nitrogen gas circulation and heating of the electric furnace are started.
Heated to ° C. Holding at 745 ° C. for 20 h, a solution containing Ga and nitrogen was prepared. Thereafter, in order to measure the concentrations of Ga and nitrogen, a quartz tube having an inner diameter of 2 mm was inserted into the crucible, and about 200 mg of the solution was collected at a height of 5 mm from the bottom of the crucible. All of the solidified product collected was dissolved in acid to prepare an analysis solution. When the analysis solution was analyzed by ICP-AES and ion chromatography, the Ga concentration was 9.9 wt% and the nitrogen concentration was 5.2 wt%.

Figure 2010260752
Figure 2010260752

(比較例1)
溶媒として窒化バリウムを用い、かつ表1の条件を用いたこと以外は、実施例1と同様にして溶液を作成し、実施例1と同様にして分析を行った。その結果、Ga濃度は0.12wt%
、窒素濃度は0.24wt%であった。
(比較例2)
溶媒として窒化リチウムを用い、かつ表1の条件を用いたこと以外は、実施例1と同様にして溶液を作成し、実施例1と同様にして分析を行った。その結果、Ga濃度は0.025wt%、窒素濃度は0.12wt%であった。
(Comparative Example 1)
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that barium nitride was used as the solvent and the conditions shown in Table 1 were used, and analysis was performed in the same manner as in Example 1. As a result, Ga concentration is 0.12wt%
The nitrogen concentration was 0.24 wt%.
(Comparative Example 2)
A solution was prepared in the same manner as in Example 1 except that lithium nitride was used as the solvent and the conditions shown in Table 1 were used, and analysis was performed in the same manner as in Example 1. As a result, the Ga concentration was 0.025 wt%, and the nitrogen concentration was 0.12 wt%.

本発明により、第13族金属窒化物の結晶成長に適した高濃度のGa及び窒素を含む溶液又は融液を得ることができる点で有用である。また、本発明により、簡易かつ安全な方法によって、高品質な、第13族金属窒化物の塊状単結晶を効率良く製造することができる点で有用である。   The present invention is useful in that a solution or melt containing Ga and nitrogen at a high concentration suitable for crystal growth of a Group 13 metal nitride can be obtained. Further, the present invention is useful in that a high-quality group 13 metal nitride massive single crystal can be efficiently produced by a simple and safe method.

Claims (10)

原料を溶媒に溶解して溶液または融液を作成する工程、該溶液または融液中で第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程、を備える第13族金属窒化物結晶の製造方法において、溶媒として2種類以上の窒化物を用いることを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法。   In a method for producing a Group 13 metal nitride crystal, comprising: dissolving a raw material in a solvent to prepare a solution or melt; and growing a Group 13 metal nitride crystal in the solution or melt. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal, wherein two or more types of nitrides are used as a solvent. 前記溶媒として少なくともアルカリ金属窒化物を用いることを特徴とする請求項1に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1, wherein at least an alkali metal nitride is used as the solvent. 前記溶媒として少なくともアルカリ土類金属窒化物を用いることを特徴とする請求項1に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1, wherein at least an alkaline earth metal nitride is used as the solvent. 前記溶媒として少なくともアルカリ金属窒化物とアルカリ土類金属窒化物を用いることを特徴とする請求項1に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   2. The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1, wherein at least alkali metal nitride and alkaline earth metal nitride are used as the solvent. 前記アルカリ金属窒化物が窒化リチウムを含むことを特徴とする請求項2又は請求項4に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 2 or 4, wherein the alkali metal nitride contains lithium nitride. 前記アルカリ土類金属窒化物が窒化バリウムを含むことを特徴とする請求項3又は請求項4に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 3 or 4, wherein the alkaline earth metal nitride contains barium nitride. 前記溶液又は融液がGa及び窒素を含み、かつ、前記溶液又は融液中のGa濃度が0.20〜83wt%、窒素濃度が0.30〜17wt%であることを特徴とする請求項1〜6のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The solution or melt contains Ga and nitrogen, and the Ga concentration in the solution or melt is 0.20 to 83 wt%, and the nitrogen concentration is 0.30 to 17 wt%. The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one of -6. 前記溶液または融液中にさらに補助溶解剤として金属ハロゲン化物を添加することを特徴とする請求項1〜7のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of claims 1 to 7, further comprising adding a metal halide as an auxiliary solubilizer in the solution or melt. 前記溶液または融液を作成する工程及び/又は前記第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を、常圧で行うことを特徴とする請求項1〜8のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   9. The method according to claim 1, wherein the step of creating the solution or melt and / or the step of growing the Group 13 metal nitride crystal is performed at normal pressure. A method for producing a group 13 metal nitride crystal. 前記溶液または融液を作成する工程及び/又は前記第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を、不活性ガス雰囲気下で行うことを特徴とする請求項1〜9のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。   10. The method according to claim 1, wherein the step of creating the solution or melt and / or the step of growing the Group 13 metal nitride crystal is performed in an inert gas atmosphere. The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal of description.
JP2009111613A 2009-04-30 2009-04-30 Method for producing group 13 metal nitride crystal Pending JP2010260752A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009111613A JP2010260752A (en) 2009-04-30 2009-04-30 Method for producing group 13 metal nitride crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009111613A JP2010260752A (en) 2009-04-30 2009-04-30 Method for producing group 13 metal nitride crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010260752A true JP2010260752A (en) 2010-11-18

Family

ID=43359165

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009111613A Pending JP2010260752A (en) 2009-04-30 2009-04-30 Method for producing group 13 metal nitride crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010260752A (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002152A (en) * 2002-02-22 2004-01-08 Mitsubishi Chemicals Corp Method of manufacturing nitride single crystal
JP2008120672A (en) * 2006-10-16 2008-05-29 Mitsubishi Chemicals Corp Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer, and device
JP2008222492A (en) * 2007-03-13 2008-09-25 Ngk Insulators Ltd Melt composition for growing gallium nitride single crystal and method for growing gallium nitride single crystal

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004002152A (en) * 2002-02-22 2004-01-08 Mitsubishi Chemicals Corp Method of manufacturing nitride single crystal
JP2008120672A (en) * 2006-10-16 2008-05-29 Mitsubishi Chemicals Corp Process for producing nitride semiconductor, crystal growth rate enhancement agent, nitride single crystal, wafer, and device
JP2008222492A (en) * 2007-03-13 2008-09-25 Ngk Insulators Ltd Melt composition for growing gallium nitride single crystal and method for growing gallium nitride single crystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP2005289797A (en) Method and apparatus for producing nitride crystal
JP5356933B2 (en) Nitride crystal manufacturing equipment
JP2010189270A (en) METHOD FOR PRODUCING GaN CRYSTAL, GaN CRYSTAL, GaN CRYSTAL SUBSTRATE, SEMICONDUCTOR DEVICE AND APPARATUS FOR PRODUCING GaN CRYSTAL
JP5200291B2 (en) Group III element nitride crystal manufacturing method, group III element nitride crystal, semiconductor device forming substrate, and semiconductor device
CN103620096B (en) Method for manufacturing group 13 element nitride crystal and solvent composition
JP6217825B2 (en) GaN crystal
JP2010155751A (en) Method for producing group 13 element nitrogen compound crystal
WO2018042705A1 (en) Iii nitride microcrystal aggregate production method, gallium nitride microcrystal aggregate production method, iii nitride microcrystal aggregate, and sputtering target
JP2005112718A (en) Method for manufacturing group 13 element nitride crystal
JP2010260752A (en) Method for producing group 13 metal nitride crystal
KR101286337B1 (en) Method for producing group 13 metal nitride crystal, method for manufacturing semiconductor device, and solution and melt used in those methods
JP5573225B2 (en) Method for producing Group 13 metal nitride crystal, Group 13 metal nitride crystal obtained by the production method, and method for producing semiconductor device
JP5983483B2 (en) Periodic table group 13 metal nitride polycrystal production method and periodic table group 13 metal nitride polycrystal
JP5066640B2 (en) Method for producing single crystal with controlled impurity content
Wang et al. Growth of GaN single crystals by Ca3N2 flux
JP2012214331A (en) Method for producing group 13 element nitride crystal
JP5392318B2 (en) Crystal manufacturing method and crystal growth rate control method
JP5392317B2 (en) Crystal manufacturing method and crystal growth rate control method
JP2011256055A (en) Method of producing group 13 metal nitride crystal, group 13 metal nitride crystal obtained by the same, and semiconductor device and method of manufacturing the same
JP2008201653A (en) Method for controlling crystal growth rate, compound crystal, method for producing the crystal, and method for producing semiconductor device
JP5491300B2 (en) Aluminum nitride manufacturing method
JP2013100207A (en) Regenerating method of member used for manufacturing periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, and manufacturing method of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal
JP2008088025A (en) METHOD FOR PRODUCING Ga-CONTAINING NITRIDE CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SEMICONDUCTOR DEVICE USING IT
JP2013184875A (en) Method for producing nitride crystal of group 13 metal in periodic table
JP2010070447A (en) Method for producing group 13 metal nitride crystal, and method for producing semiconductor device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Effective date: 20111115

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20120712

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20120724

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20121120