JP2013100208A - Selection 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 - Google Patents

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集 福村
Sumitaka Ito
純貴 伊藤
Kohei Kubota
浩平 久保田
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method to accurately and conveniently select members of a reaction vessel, a stirring blade, a seed crystal holding rod, a seed crystal holding table, a baffle, a gas introduction pipe, a valve or the like that can be used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, and to provide a manufacturing method of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal in which an adverse effect is not caused by the change in quality and/or the deterioration of the members.SOLUTION: The volume and/or the size of the member is measured, the volume change and/or the dimensional change from the unused state is made an indicator, and the member used for the manufacturing of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal is selected, thereby the member not to affect the crystal growth negatively can be selected accurately and simply. The influence that incorporates hydrogen is large for the expansion of the member, thereby the selection method of the member is especially suitable for the manufacturing method in which the component including a hydrogen element exists in a reaction system.

Description

本発明は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法、及び周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for selecting a member used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal and a method for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal.

窒化ガリウムに代表される周期表第13族金属窒化物半導体は、大きなバンドギャップを有し、さらにバンド間遷移が直接遷移型であることから、紫外、青色等の発光ダイオード、半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子として実用化されている。これらの素子は、同種の材料からなり、かつ転位密度の少ない高品質な基板を用いて製造されることが好ましく、このような基板となり得る周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造技術が盛んに研究されている。代表的な製造方法としては、ハライド気相成長法(HVPE法)や有機金属化学蒸着法(MOCVD法)等の気相エピタキシャル成長法が一般的に知られているが、最近では品質向上及び経済性の観点等から、ナトリウムフラックス法等の液相エピタキシャル成長法の検討も進められている。   Periodic table Group 13 metal nitride semiconductors typified by gallium nitride have a large band gap, and the transition between bands is a direct transition type. It has been put to practical use as a light emitting element on the short wavelength side. These elements are preferably manufactured using a high-quality substrate made of the same kind of material and having a low dislocation density, and a manufacturing technique of a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal that can be such a substrate is used. It has been actively studied. As typical production methods, vapor phase epitaxial growth methods such as halide vapor phase epitaxy (HVPE) and metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) are generally known. From the above viewpoint, etc., studies on a liquid phase epitaxial growth method such as a sodium flux method are also in progress.

ナトリウムフラックス法等の液相エピタキシャル成長法については、製造に使用する反応容器が、膨潤・浸潤し、劣化するという課題が報告されており、かかる課題を解決する方法として窒化チタンや窒化ジルコニウムからなるセラミックス製の反応容器を使用することが提案されている(特許文献1参照)。また、セラミックス製の反応容器が加工性や機械的耐久性に劣ることから、表面に窒化物層を形成した周期表第4〜6族元素を含む金属製の部材(反応容器、撹拌翼、種結晶保持棒、種結晶保持台、バッフル、ガス導入管およびバルブ等)を使用することが提案されている(特許文献2参照)。耐食性・加工性に優れるかかる部材を使用することによって、製造コストを大幅に下げることができることが報告されている。   Regarding liquid phase epitaxial growth methods such as the sodium flux method, the problem that reaction vessels used for production swell, infiltrate and deteriorate has been reported, and ceramics made of titanium nitride or zirconium nitride have been reported as a method for solving such problems. It has been proposed to use a manufactured reaction vessel (see Patent Document 1). In addition, since a ceramic reaction vessel is inferior in workability and mechanical durability, a metal member containing a Group 4-6 element in the periodic table with a nitride layer formed on the surface (reaction vessel, stirring blade, seed) It has been proposed to use a crystal holding rod, a seed crystal holding table, a baffle, a gas introduction pipe and a valve (see Patent Document 2). It has been reported that the use of such a member having excellent corrosion resistance and workability can greatly reduce the manufacturing cost.

特開2006−265069号公報JP 2006-265069 A 国際公開第2010/140665号International Publication No. 2010/140665

周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に用いられる反応容器等の部材は、耐食性に優れる材質が選択されているが、繰り返し及び/又は長時間の使用によって、変質及び/又は劣化が進行することがある。このような状態に至った部材を半導体結晶の製造に使用すると、結晶成長に悪影響を与える可能性があるため、使用する前に部材の使用可否を判断する必要がある。部材を精密に分析することによって変質及び/又は劣化の状況を把握することもできるが、操作が複雑となれば効率・コストの観点から好ましくない一方、正確な使用可否判断ができない場合には、窒化物半導体結晶の製造に悪影響を及ぼすことになる。
即ち、本発明は周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用することができる部材を正確かつ簡便に選定する方法、並びに部材の変質及び/又は劣化に悪影響を受けない周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法を提供することを課題とする。
A material excellent in corrosion resistance is selected as a member such as a reaction vessel used for the production of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table, but deterioration and / or deterioration progresses by repeated and / or long-time use. There are things to do. If a member that has reached such a state is used in the manufacture of semiconductor crystals, it may adversely affect crystal growth. Therefore, it is necessary to determine whether or not the member can be used before use. Although it is possible to grasp the state of alteration and / or deterioration by analyzing the member precisely, if the operation becomes complicated, it is not preferable from the viewpoint of efficiency and cost, but if it is not possible to accurately determine whether it can be used, This adversely affects the production of nitride semiconductor crystals.
That is, the present invention provides a method for accurately and simply selecting a member that can be used in the manufacture of a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, and a periodic table that is not adversely affected by alteration and / or deterioration of the member. It is an object of the present invention to provide a method for producing a group metal nitride semiconductor crystal.

本発明者らは、上記の課題を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、周期表第13族金属窒
化物半導体結晶の製造に繰り返し及び/又は長時間の使用することによって、部材が累積的に膨張すること、及び特定の大きさまで膨張した部材を使用して結晶成長を行うと、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の成長速度が著しく低下することを明らかにした。また、反応系中に水素元素を含む成分(H2、NH3、CH4等)が存在する製造方法に使用
した場合には、部材が特に水素を取り込んで膨張することを明らかにした。これらの知見に基づき、本発明者らはさらに鋭意検討を重ねた結果、部材の膨張率を観測することによって、結晶成長に悪影響を与える可能性がある部材を把握できることを見出し、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法を確立した。
As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have repeatedly and / or used for a long time in the production of Group 13 metal nitride semiconductor crystals of the periodic table. It has been clarified that the growth rate of the group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is remarkably reduced when the crystal growth is performed using the member expanded to a specific size. Further, when used in a production method in which a component containing a hydrogen element (H 2 , NH 3 , CH 4, etc.) is present in the reaction system, it has been clarified that the member particularly takes in hydrogen and expands. Based on these findings, the present inventors have conducted further intensive studies. As a result, by observing the expansion coefficient of the member, it has been found that a member that may adversely affect crystal growth can be grasped. A method for selecting members to be used in the manufacture of Group III nitride semiconductor crystals was established.

即ち本発明は以下のとおりである。
(1)周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法であって、前記部材の体積及び/又は寸法を測定し、未使用の状態からの体積変化及び/又は寸法変化を指標として前記部材を選択することを特徴とする、部材の選定方法。
(2)未使用状態からの寸法変化率の最大値が、0.8%以下である部材を選択する、(1)に記載の部材の選定方法。
(3)未使用状態からの体積変化率が、2.4%以下である部材を選択する、(1)又は(2)に記載の部材の選定方法。
(4)前記部材が周期表第4〜6族元素、Sc、Y、Ni及びPdから選ばれる少なくとも1種を含むものである、(1)〜(3)の何れかに記載の部材の選定方法。
(5)前記部材が周期表第4〜6族元素、Sc、Y、Ni及びPdから選ばれる少なくとも1種を含む金属又は合金でその90重量%以上が構成されているものである、(1)〜(4)の何れかに記載の部材の選定方法。
(6)前記部材が表面に周期表第4〜6族元素から選ばれる少なくとも1種を含有する窒化物が形成されたものである、(1)〜(5)の何れかに記載の部材の選定方法。
(7)前記周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造が、反応系中に水素元素を含む成分が存在する製造方法である、(1)〜(6)の何れかに記載の部材の選定方法。
(8)前記部材が、反応容器、撹拌翼、種結晶保持棒、種結晶保持台、バッフル、ガス導入管及びバルブから選ばれる少なくとも1種である、(1)〜(7)の何れかに記載の部材の選定方法。
(9)(1)〜(8)の何れかに記載の部材の選定方法によって部材を選択する選定工程、原料及び溶媒を含む溶液又は融液を作製する工程、並びに前記溶液又は融液中で周期表第13族金属窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる成長工程を含む周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法であって、前記融液又は溶液を作製する工程及び/又は前記成長工程が、前記選定工程で選択された部材及び/又は前記部材を含む装置を用いて行われることを特徴とする、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
(10)前記成長工程が、反応系中に水素元素を含む成分が存在するものである、(9)に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
That is, the present invention is as follows.
(1) A method for selecting a member to be used for producing a Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table, wherein the volume and / or dimension of the member is measured, and the volume change and / or dimension from an unused state. A member selecting method, wherein the member is selected using a change as an index.
(2) The member selection method according to (1), wherein a member having a maximum dimensional change rate from an unused state is 0.8% or less.
(3) The method for selecting a member according to (1) or (2), wherein a member whose volume change rate from an unused state is 2.4% or less is selected.
(4) The method for selecting a member according to any one of (1) to (3), wherein the member includes at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table, Sc, Y, Ni, and Pd.
(5) The member is composed of 90% by weight or more of a metal or alloy containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table, Sc, Y, Ni and Pd. (1 The method for selecting a member according to any one of (4) to (4).
(6) The member according to any one of (1) to (5), wherein the member is formed with a nitride containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table on the surface. Selection method.
(7) The member according to any one of (1) to (6), wherein the production of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is a production method in which a component containing a hydrogen element is present in the reaction system. Selection method.
(8) In any one of (1) to (7), the member is at least one selected from a reaction vessel, a stirring blade, a seed crystal holding rod, a seed crystal holding table, a baffle, a gas introduction pipe, and a valve. The method for selecting the described member.
(9) A selecting step for selecting a member by the method for selecting a member according to any one of (1) to (8), a step for preparing a solution or melt containing a raw material and a solvent, and the solution or melt A method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal comprising a growth step of epitaxially growing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, wherein the step of producing the melt or solution and / or the growth step comprises The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal, which is performed using the member selected in the selection step and / or an apparatus including the member.
(10) The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to (9), wherein the growth step includes a component containing a hydrogen element in the reaction system.

本発明によれば、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用できる部材を、正確かつ簡便に選択することができ、加えて部材の変質及び/又は劣化に悪影響を受けずに周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造することができる。   According to the present invention, a member that can be used in the production of a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal can be selected accurately and simply, and in addition, the periodicity is not adversely affected by deterioration and / or deterioration of the member. Table 13 Group 13 metal nitride semiconductor crystals can be manufactured.

部材表面を窒化する装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus which nitrides the member surface. 本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法に使用する装置の概念図である。It is a conceptual diagram of the apparatus used for the manufacturing method of the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal of this invention.

本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法、及び
周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法ついて以下詳細に説明するが、本発明の趣旨に反しない限り、これらの内容に限定されるものではない。
The method for selecting members used for the production of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table and the method for producing the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table will be described in detail below. Unless it is contrary, it is not limited to these contents.

<周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法>
本発明は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶(以下、「第13族窒化物半導体結晶」という場合がある)の製造に使用する部材であって、結晶成長に悪影響を与えない部材を選定する方法である。本発明者らは、第13族窒化物半導体結晶の製造に繰り返し及び/又は長時間使用することによって、部材が累積的に膨張すること(加熱等による一時的な膨張ではなく、室温状態における観測で、未使用状態から膨張している)、さらに特定の大きさまで膨張した部材を使用して結晶成長を行うと、第13族窒化物半導体結晶の成長速度が著しく低下することを見出した。かかる原理については充分に明らかとされていないが、部材が反応系中に存在する成分を吸収して膨張し、一定以上膨張することによって、部材から不純物が放出され易くなり、放出された不純物によって結晶成長が阻害されるためであると考えられる。部材が吸収する成分は、部材の材質や第13族窒化物半導体結晶の製造方法によっても異なるが、反応系中に水素元素を含む成分(H2、NH3、CH4等)が存在する製造方法に使用した場合、主に水素を取り込むことが明らかとなった。
部材の膨張、即ち体積変化については、未使用の状態の部材の体積を予め測定しておくことにより、選定時の測定結果と比較して簡易的に算出できる。従って、部材を選定するに当たり、部材の体積変化を観測し、かかる結果を指標とすることによって、結晶成長に悪影響を与えない部材を簡易的に判断することができる。
<Selection method of member used for production of periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal>
The present invention relates to a member used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal (hereinafter sometimes referred to as “group 13 nitride semiconductor crystal”), which does not adversely affect crystal growth. This is the method of selection. The present inventors repeatedly expand and / or use the group 13 nitride semiconductor crystal for a long time, so that the member expands cumulatively (not a temporary expansion due to heating or the like, but an observation in a room temperature state). It has been found that the growth rate of the group 13 nitride semiconductor crystal is remarkably reduced when crystal growth is performed using a member expanded to a specific size. Although such a principle has not been fully clarified, when the member absorbs the components present in the reaction system and expands and expands to a certain level or more, impurities are easily released from the member. This is probably because crystal growth is inhibited. The component absorbed by the member differs depending on the material of the member and the manufacturing method of the Group 13 nitride semiconductor crystal, but the production includes a component containing hydrogen element (H 2 , NH 3 , CH 4, etc.) in the reaction system. When used in the method, it was found that mainly hydrogen was taken up.
The expansion of the member, that is, the volume change, can be easily calculated by measuring the volume of the unused member in advance, compared with the measurement result at the time of selection. Therefore, in selecting a member, it is possible to easily determine a member that does not adversely affect crystal growth by observing the volume change of the member and using this result as an index.

本発明は、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法であるが、本発明が対象とする第13族窒化物半導体結晶の製造方法は特に限定されず、ハライド気相成長法(HVPE法)、有機金属化学蒸着法(MOCVD法)等の気相エピタキシャル成長法、或いは融液成長、高圧溶液法、フラックス法、安熱法等の液相エピタキシャル成長法の何れの成長方法に対しても適用可能である。ただし、前述したように、部材の膨張に関して、水素を取り込む影響が大きいため、反応系中に水素元素を含む成分が存在する製造方法に対して特に好適である。「水素元素を含む成分」としては、例えばH2、NH3のほか、CH4、C26、C38等の炭化水素類、HF、HCl、HBr、HI等のハロゲン
化水素等が挙げられる。特にH2を反応系中に含む液相エピタキシャル成長法に利用する
場合、本発明の選定方法を好適に利用することができる。また、製造する第13族窒化物半導体結晶の種類も特に限定されず、GaN、AlN、InN等の1種類の第13族金属からなる窒化物のほかに、GaInN、GaAlN等の2種類以上の第13族金属からなる複合窒化物が挙げられる。
The present invention is a method for selecting a member to be used for manufacturing a group 13 nitride semiconductor crystal, but the method for manufacturing a group 13 nitride semiconductor crystal targeted by the present invention is not particularly limited, and halide vapor phase growth is possible. For any growth method such as vapor phase epitaxy such as metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) or liquid phase epitaxy such as melt growth, high pressure solution method, flux method, and low temperature method Is applicable. However, as described above, since the influence of taking in hydrogen is large with respect to the expansion of the member, it is particularly suitable for a production method in which a component containing a hydrogen element exists in the reaction system. Examples of the “component containing hydrogen element” include H 2 , NH 3 , hydrocarbons such as CH 4 , C 2 H 6 , C 3 H 8 , hydrogen halides such as HF, HCl, HBr, HI, etc. Is mentioned. In particular, when used in a liquid phase epitaxial growth method containing H 2 in the reaction system, the selection method of the present invention can be suitably used. Further, the type of the Group 13 nitride semiconductor crystal to be manufactured is not particularly limited, and in addition to a nitride composed of one type of Group 13 metal such as GaN, AlN, InN, two or more types of GaInN, GaAlN, etc. Examples include composite nitrides made of Group 13 metals.

本発明は、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用する部材を選定するために、未使用の状態からの体積変化及び/又は寸法変化を指標とすることを特徴とする。前述のように、本発明者らは第13族窒化物半導体結晶の製造に繰り返し及び/又は長時間使用することによって、部材が累積的に膨張することを見出し、さらに特定の大きさまで膨張した部材を使用して結晶成長を行うと、結晶成長速度が著しく低下することを見出した。即ち、部材の膨張率を観測することによって、結晶成長に悪影響を与える可能性がある部材を把握できることを意味している。膨張率に関しては、部材の体積変化又は寸法変化を測定することによって把握することができるため、部材を選択するために、これらの値を指標として用いることができる。体積変化(寸法変化)は、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用していない状態(以下、「未使用の状態」ともいう)の部材の体積(寸法)を予め測定しておき、選定時に測定した体積(寸法)と比較することにより容易に算出することができる。また、未使用の状態の部材の体積(寸法)を測定していない等の場合には、膨張していないことが明らかである状態の体積(寸法)の値を利用して算出してもよい。体積変化(寸法変化)は、体積(寸法)の量的変化を表す値であれば特に限定されず、選定時の体積(寸法)と未使用の状態の体積(寸法)の差によって算出される体積変化量(寸法
変化量)のほか、下記[1]、[2]の式によって算出される体積変化率(寸法変化率)であってもよい。また、体積(寸法)の量的変化を表すものであれば、所望の計算方法によって処理した値であってもよい。

Figure 2013100208
The present invention is characterized in that a volume change and / or a dimensional change from an unused state is used as an index in order to select a member to be used for manufacturing a Group 13 nitride semiconductor crystal. As described above, the present inventors have found that a member expands cumulatively when used repeatedly and / or for a long time in the production of a group 13 nitride semiconductor crystal, and further expands to a specific size. It has been found that the crystal growth rate is remarkably reduced when crystal growth is carried out by using. That is, by observing the expansion coefficient of the member, it is possible to grasp a member that may adversely affect the crystal growth. Since the expansion coefficient can be grasped by measuring the volume change or dimensional change of the member, these values can be used as an index for selecting the member. Volume change (dimension change) is selected by measuring in advance the volume (dimension) of a member that is not used for manufacturing the Group 13 nitride semiconductor crystal (hereinafter also referred to as “unused state”). It can be easily calculated by comparing with the volume (dimension) sometimes measured. Moreover, when the volume (dimension) of the member in an unused state is not measured, it may be calculated using the value of the volume (dimension) in a state where it is clear that the member is not expanded. . The volume change (dimension change) is not particularly limited as long as it is a value representing a quantitative change of the volume (dimension), and is calculated by the difference between the volume (dimension) at the time of selection and the volume (dimension) in an unused state. In addition to the volume change amount (dimensional change amount), the volume change rate (dimensional change rate) calculated by the following equations [1] and [2] may be used. Moreover, the value processed by the desired calculation method may be sufficient if it represents the quantitative change of a volume (dimension).
Figure 2013100208

本発明の選定方法は、体積変化又は寸法変化のどちらかを指標とするものであっても、或いは体積変化及び寸法変化の両方を指標とするものであってもよく、部材の種類等によって適宜選択することができる。例えば、測定する部材の形状が複雑である場合又は部材の膨張が微小である場合等には体積変化を指標とすることが好適である一方、体積の測定が困難な場合又は膨張が部分的・局所的に生じる場合等には寸法変化を指標とすることが好適である。特に、測定する部材の形状が複雑でない、例えば、直方体や立方体や円筒のような単純な形状である場合には、体積変化率と寸法変化率との間には、一定の相関がある場合がある。具体的には、測定する部材が立方体であって各辺において同じだけ膨張したと仮定すると、一辺の寸法変化率が0.5%である場合には、その部材の体積変化率は式[1]より、{(1+0.5×0.01)3−13}/13×100≒1.5%と算出す
ることができる。
The selection method of the present invention may use either volume change or dimensional change as an index, or may use both volume change and dimensional change as an index. You can choose. For example, when the shape of the member to be measured is complex or when the expansion of the member is very small, it is preferable to use the volume change as an index, while when the volume measurement is difficult or the expansion is partially When it occurs locally, it is preferable to use a dimensional change as an index. In particular, when the shape of the member to be measured is not complicated, for example, when it is a simple shape such as a rectangular parallelepiped, a cube, or a cylinder, there may be a certain correlation between the volume change rate and the dimensional change rate. is there. Specifically, assuming that the member to be measured is a cube and expands by the same amount on each side, when the dimensional change rate of one side is 0.5%, the volume change rate of the member is expressed by the equation [1. ], It can be calculated as {(1 + 0.5 × 0.01) 3 −1 3 } / 1 3 × 100≈1.5%.

寸法変化を測定する場合の寸法の種類は特に限定されず、部材の縦、横、高さ等の値のほか、円筒形等の形状をもつ部材等の場合には、内径や外径、奥行き等も用いることができる。測定する寸法の種類も1つに限定されず、複数種類の寸法を測定し、それらの値を適宜利用してもよい。測定精度及び簡便性の観点から、代表的な寸法変化を選択し、その値を指標として用いることが好ましく、特に寸法変化率が最大となる寸法を利用することがより好ましい。本発明において、寸法変化率が最大となる寸法における寸法変化率を「寸法変化率の最大値」と呼ぶ。この最大値を指標とすることがさらに好ましい。   There are no particular restrictions on the types of dimensions when measuring dimensional changes. In addition to values such as the length, width, and height of a member, in the case of a member having a cylindrical shape, the inner diameter, outer diameter, and depth Etc. can also be used. The number of dimensions to be measured is not limited to one, and a plurality of kinds of dimensions may be measured, and those values may be used as appropriate. From the viewpoint of measurement accuracy and simplicity, it is preferable to select a representative dimensional change and use the value as an index, and it is more preferable to use a dimension that maximizes the dimensional change rate. In the present invention, the dimensional change rate at the dimension at which the dimensional change rate is maximum is referred to as “maximum value of dimensional change rate”. More preferably, this maximum value is used as an index.

体積(寸法)の測定方法は、公知の方法を適宜利用することができ、具体的には、定規、メジャー、ノギス等を使用して寸法を測定する方法、レーザー変位計を用いて測定する方法、画像撮影・画像処理装置を用いて測定する方法、水などの液体中に被測定物をつけたときの液体の除去体積を測定するアルキメデス法を利用して測定する方法等が挙げられる。   As a method for measuring the volume (dimension), a known method can be used as appropriate. Specifically, a method for measuring a dimension using a ruler, a measure, a caliper, or the like, or a method for measuring using a laser displacement meter And a method of measuring using an image capturing / image processing apparatus, a method of measuring using an Archimedes method of measuring a removal volume of a liquid when an object to be measured is put in a liquid such as water, and the like.

「体積変化及び/又は寸法変化を指標とする」とは、具体的には、体積変化及び/又は寸法変化の測定値と比較する判定基準を予め設定しておき、かかる測定値が判定基準よりも大きい場合、その部材を使用しないと判断し、それ以外の場合には部材を使用してもよいと判断することが挙げられる。判断に用いる判定基準は、部材の種類、材質の種類、又は第13族窒化物半導体結晶の製造方法等に応じて適宜設定することができる。例えば、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用した部材の体積変化及び/又は寸法変化を測定し、さらにその部材を使用した場合の結晶成長速度を算出して、体積変化及び/又は寸法変化と結晶成長速度の関係性を見出すことにより、判定基準となる数値を導き出すことができる。具体的な判定基準は特に限定されないが、体積変化率を用いる場合には、通常は2.4%以下、好ましくは1.2%以下を判定基準とすることが挙げられる。また、下限は特に限定されないが、通常は0.0%以上とすることが挙げられる。寸法変化率の最大値を用いる場合には、通常は0.8%以下、好ましくは0.4%以下を判定基準とすること
が挙げられる。また、下限は特に限定されないが、通常は0.0%以上とすることが挙げられる。上限超過の部材を用いて結晶成長を行った場合には、結晶成長速度が遅くなる傾向がある。判定基準の値が小さいほど、結晶成長に使用不可な部材を選定するリスクが減少するが、判定基準の値が小さすぎると、結晶成長に本来使用可能なはずの部材を使用不可と判定してしまう可能性が生じ、製造時の部材のコストが大きくなってしまう。
Specifically, the phrase “volume change and / or dimensional change is used as an index” means that a criterion for comparison with a measured value of volume change and / or dimensional change is set in advance, and the measured value is determined from the criterion. Is larger, it is determined that the member is not used, and in other cases, it is determined that the member may be used. The determination criteria used for the determination can be appropriately set according to the type of member, the type of material, the manufacturing method of the group 13 nitride semiconductor crystal, and the like. For example, the volume change and / or dimensional change of a member used for the production of a group 13 nitride semiconductor crystal is measured, and the crystal growth rate when the member is used is further calculated to determine the volume change and / or dimensional change. By finding the relationship between the crystal growth rate and the crystal growth rate, it is possible to derive a numerical value as a criterion. Although the specific criterion is not particularly limited, when the volume change rate is used, it is usually 2.4% or less, preferably 1.2% or less. Moreover, although a minimum is not specifically limited, Usually, setting it as 0.0% or more is mentioned. When the maximum value of the dimensional change rate is used, the criterion is usually 0.8% or less, preferably 0.4% or less. Moreover, although a minimum is not specifically limited, Usually, setting it as 0.0% or more is mentioned. When crystal growth is performed using a member exceeding the upper limit, the crystal growth rate tends to be slow. The smaller the criterion value, the lower the risk of selecting a member that cannot be used for crystal growth. However, if the criterion value is too small, the member that should originally be usable for crystal growth is determined to be unusable. This may cause the cost of the member at the time of manufacture.

本発明は、未使用の状態からの体積変化及び/又は寸法変化を指標とすることを特徴とする部材の選定方法であるが、本発明における「使用」とは、第13族窒化物半導体結晶の製造に実際に部材が使用された場合のほか、結晶成長に至らない条件であっても、部材が結晶成長における雰囲気ガス又は融液若しくは溶液に曝される状態に至った場合には、その部材は「使用」されたものとして含まれる。前述のように、反応系中に存在する成分を吸収していることによって部材が膨張すると考えられるため、雰囲気ガス又は融液若しくは溶液に曝されることによって、その成分を吸収している可能性がある。なお、後述する部材を窒化する工程は、「使用」されたことには含まれないこととする。   The present invention is a method for selecting a member characterized by using a volume change and / or a dimensional change from an unused state as an index. The “use” in the present invention is a group 13 nitride semiconductor crystal. In addition to the case where the member is actually used in the manufacture of the above, even if the condition does not lead to crystal growth, if the member is exposed to the atmospheric gas, melt or solution in crystal growth, Members are included as “used”. As described above, it is considered that the member expands by absorbing a component present in the reaction system. Therefore, the component may be absorbed by exposure to an atmospheric gas, a melt or a solution. There is. Note that the step of nitriding a member to be described later is not included in the “use”.

本発明の選定方法が対象とする部材は、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用するものであれば特に限定されないが、結晶の成長工程における雰囲気ガス或いは溶液又は融液等に曝される可能性のある部材を挙げることができる。具体的には、反応容器、撹拌翼、種結晶保持棒、種結晶保持台、バッフル、ガス導入管、バルブ等が挙げられる。   The member targeted by the selection method of the present invention is not particularly limited as long as it is used for the production of a Group 13 nitride semiconductor crystal, but is exposed to an atmospheric gas, a solution, a melt, or the like in the crystal growth process. Possible members can be mentioned. Specifically, a reaction vessel, a stirring blade, a seed crystal holding rod, a seed crystal holding table, a baffle, a gas introduction pipe, a valve, and the like can be given.

本発明の選定方法が対象とする部材の材質は、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用可能なものであれば特に限定されないが、前述したように部材が水素を取り込んで膨張する場合があるため、水素との親和性が高く、特に水素化物を形成し得る金属元素を含む部材に対して特に好適である。具体的には、周期表第4〜6族元素(Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W)、Sc、Y、Ni、Pdから選ばれる少なくとも1種を含む部材が挙げられる。その中でも、その水素化物の標準生成エネルギーΔGf 0が0未満である元素を含む部材が好ましい。特にTi及びZrは、その水素化物の標準生成自由エネルギーΔGf 0がそれぞれ−80.3kJ/mol、−128.8kJ/molであり、水素との親和性が特に高いことから本発明の選定方法に特に好適である。 The material of the member targeted by the selection method of the present invention is not particularly limited as long as it can be used for the production of a Group 13 nitride semiconductor crystal. However, as described above, the member may expand by taking in hydrogen. Therefore, it has a high affinity with hydrogen and is particularly suitable for a member containing a metal element that can form a hydride. Specifically, a member containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table (Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W), Sc, Y, Ni, Pd. Can be mentioned. Among them, a member containing an element whose standard generation energy ΔG f 0 of the hydride is less than 0 is preferable. In particular, Ti and Zr have standard generation free energies ΔG f 0 of their hydrides of −80.3 kJ / mol and −128.8 kJ / mol, respectively, and have a particularly high affinity with hydrogen. Is particularly suitable.

また、第13族窒化物半導体結晶の製造に使用する部材としては、加工性や機械的耐久性に富む材質であることが好ましく、部材は主に金属(バルク体)によって構成されていることがより好ましい。具体的には部材の90重量%以上が、より好ましくは99重量%以上が周期表第4〜6族元素、Sc、Y、Ni、Pdから選ばれる少なくとも1種を含む金属又は合金で構成されていることがより好ましい。また、部材は金属又は合金のほかに、酸化物、窒化物又は炭化物等が含まれていてもよい。特に周期表第4〜6族元素は、窒化物の標準生成自由エネルギーΔGf 0が0未満であり、安定な窒化物を形成する。かか
る窒化物層を表面に形成することによって、第13族窒化物半導体結晶の製造に好適な耐久性が得られる。従って、本発明が対象とする部材は、周期表第4〜6族元素から選ばれる少なくとも1種を含有する窒化物を含むものが好ましく、特に表面にかかる窒化物層が形成されているものが好ましい。窒化物層の厚みは、特に限定されないが、通常10nm〜1mm程度であり、好ましくは100nm〜100μm、さらに好ましくは1μm〜10μmである。
Moreover, as a member used for manufacture of a group 13 nitride semiconductor crystal, it is preferable that it is a material rich in workability and mechanical durability, and a member is mainly comprised with the metal (bulk body). More preferred. Specifically, 90% by weight or more, more preferably 99% by weight or more of the member is made of a metal or alloy containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table, Sc, Y, Ni, Pd. More preferably. Further, the member may contain an oxide, nitride, carbide, or the like in addition to the metal or alloy. In particular, Group 4 to 6 elements of the periodic table have a standard free energy of formation ΔG f 0 of nitride of less than 0, and form a stable nitride. By forming such a nitride layer on the surface, durability suitable for the manufacture of a Group 13 nitride semiconductor crystal can be obtained. Therefore, the member targeted by the present invention preferably contains a nitride containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table, and particularly has a nitride layer formed on the surface. preferable. The thickness of the nitride layer is not particularly limited, but is usually about 10 nm to 1 mm, preferably 100 nm to 100 μm, more preferably 1 μm to 10 μm.

第13族窒化物半導体結晶の製造に使用する部材が、表面に窒化物層が形成されている部材である場合、その窒化物層の形成方法は特に限定されないが、PVD法(Physical Vapor Deposition)及びCVD法(Chemical Vapor Deposition)等の蒸着法によって窒化物層を積層する方法、窒化物を別途作製しておき、これを部材表面に張り合わせる方法等が挙げられる。また、部材表面の組成そのものを窒化して、窒化物層を形成させる方法も挙げられる。これらの内、部材の
形状が制限されず、かつ比較的容易に窒化物層を形成できることから、部材表面の組成そのものを窒化して窒化物層を形成する方法がより好ましい。
When the member used for manufacturing the Group 13 nitride semiconductor crystal is a member having a nitride layer formed on the surface, the method of forming the nitride layer is not particularly limited, but the PVD method (Physical Vapor Deposition) And a method of laminating a nitride layer by a vapor deposition method such as a CVD method (Chemical Vapor Deposition), a method of separately producing a nitride, and laminating it on the surface of a member, and the like. Another example is a method of forming a nitride layer by nitriding the composition of the member surface itself. Among these, since the shape of the member is not limited and the nitride layer can be formed relatively easily, a method of forming the nitride layer by nitriding the composition of the member surface itself is more preferable.

部材表面の組成そのものを窒化する方法は、表面に窒化物層が安定に形成される方法であれば特に限定はされないが、例えば、100〜1500℃、好ましくは700℃以上の窒素雰囲気下において加熱保持することで、安定な窒化物層を形成することができる。また、アルカリ金属窒化物やアルカリ土類金属窒化物等を窒化剤として使用して窒化処理を行うことも可能であり、例えば、窒化剤の存在下、通常200〜1500℃、好ましくは600〜800℃の温度で部材を加熱保持することで安定な窒化物層を形成することができる。窒素雰囲気下とする場合は、常温常圧に換算した量で、好ましくは1〜10000cm3/min、10〜1000cm3/minでN2ガスを流通させて行うことがより好
ましい。
The method of nitriding the composition of the member surface itself is not particularly limited as long as the nitride layer is stably formed on the surface. For example, heating is performed in a nitrogen atmosphere at 100 to 1500 ° C., preferably 700 ° C. or higher. By holding, a stable nitride layer can be formed. It is also possible to perform nitriding using an alkali metal nitride, alkaline earth metal nitride or the like as a nitriding agent, for example, usually in the presence of a nitriding agent, 200 to 1500 ° C., preferably 600 to 800. A stable nitride layer can be formed by heating and holding the member at a temperature of ° C. In the case of a nitrogen atmosphere, it is more preferable to circulate N 2 gas in an amount converted to normal temperature and normal pressure, preferably 1 to 10000 cm 3 / min and 10 to 1000 cm 3 / min.

本発明は、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法であるが、「周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の交換時期の判断方法」、或いは「周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造への使用継続の判断方法」等も本発明の選定方法と同義であり、本発明に含まれる。   The present invention is a method for selecting a member to be used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal. “A method for determining the replacement time of a member to be used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal” Or “a method for determining whether to continue using the group 13 metal nitride semiconductor crystal in the periodic table” is synonymous with the selection method of the present invention, and is included in the present invention.

<本発明の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法>
本発明の部材の選定方法によって、結晶成長に悪影響を与えない部材を正確かつ簡便に選択することができるが、かかる選定方法によって選択された部材及び/又は選択された部材を含む装置を用いて第13族窒化物半導体結晶を製造する製造方法も本発明の1つである。具体的には、本発明の部材の選定方法を選定工程として含み、液相エピタキシャル成長法(Liquid Phase Epitaxy)を利用して第13族窒化物半導体結晶を製造する製造方法である。液相エピタキシャル成長法では、液相を介した部材の変質及び/又は劣化が生じ易く、結晶成長が悪影響を受けやすい。本発明の部材の選定方法を工程として含むことにより、部材の使用可否判断を正確かつ簡便に行うことができ、第13族窒化物半導体結晶の製造方法としても効率的な方法であると言える。以下、本発明の第13族窒化物半導体結晶の製造方法について詳細を説明する。
<Method for Producing Periodic Table Group 13 Metal Nitride Semiconductor Crystal of the Present Invention>
According to the member selection method of the present invention, a member that does not adversely affect crystal growth can be selected accurately and simply, but the member selected by such a selection method and / or an apparatus including the selected member is used. A manufacturing method for manufacturing a Group 13 nitride semiconductor crystal is also one aspect of the present invention. Specifically, it is a manufacturing method that includes the method for selecting a member of the present invention as a selection step, and manufactures a Group 13 nitride semiconductor crystal using a liquid phase epitaxy (Liquid Phase Epitaxy). In the liquid phase epitaxial growth method, the member is easily deteriorated and / or deteriorated through the liquid phase, and the crystal growth is likely to be adversely affected. By including the method for selecting a member of the present invention as a process, it is possible to accurately and easily determine whether or not the member can be used, and it can be said that this is an efficient method for producing a Group 13 nitride semiconductor crystal. Hereinafter, the method for producing a Group 13 nitride semiconductor crystal of the present invention will be described in detail.

本発明の第13族窒化物半導体結晶の製造方法は、以下の工程を含むことを特徴とする。
(1)製造に使用する部材を選択する選定工程
(2)原料及び溶媒を含む溶液又は融液を作製する工程
(3)溶液又は融液中で周期表第13族金属窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる成長工程
The method for producing a group 13 nitride semiconductor crystal of the present invention includes the following steps.
(1) Selection process for selecting members to be used for manufacturing (2) Process for producing solution or melt containing raw materials and solvent (3) Epitaxial growth of Group 13 metal nitride semiconductor crystals in the periodic table in solution or melt Growth process

(1)製造に使用する部材を選択する選定工程とは、即ち前述した本発明の部材の選定方法である。かかる工程では、(2)の融液又は溶液を作製する工程や(3)の成長工程に使用できる部材や装置に組み込んでもよい部材を選定するための工程である。   (1) The selection process of selecting a member to be used for manufacturing is the above-described method for selecting a member of the present invention. This step is a step for selecting a member that may be incorporated into a member or an apparatus that can be used in the step (2) for producing the melt or solution and the growth step (3).

(2)原料及び溶媒を含む溶液又は融液を作製する工程とは、成長工程の前段階として、エピタキシャル成長に使用する液相用の溶液又は融液を調製する工程を意味し、(3)溶液又は融液中で周期表第13族金属窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる成長工程とは、即ち、液相エピタキシャル成長方法を利用した成長工程であることを意味する。液相エピタキシャル方法を利用した成長工程とは、具体的には、フラックス法で主に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)法、トップシード(Top−Seeded Solution Growth
)法、溶媒移動法及びその変形である溶媒移動浮遊帯域(Traveling−Solvent Floating−Zone)法並びに蒸発法等、さらにはこれらの方法を任意に組み合わせた方法が挙げられる。これらの工程の詳細については特に限定されず、公知の条件を適宜採用して実施することができるが、これらの工程で用いる反応容器、撹拌翼、種結晶保持棒、種結晶保持台、バッフル、ガス導入管及びバルブ等の部材については、(1)の部材の選定工程で選択された部材を使用するものとする。(1)の部材の選定工程によって、結晶成長に悪影響を与えない部材が選択でき、第13族窒化物半導体結晶の製造方法としても効率的である。なお、原料及び溶媒を含む溶液又は融液とは、原料が溶媒に完全に溶解されている必要はなく、固体原料が分散又は固形物として溶液中に存在する不均一系であってもよい。また、成長工程における「溶液又は融液である液相」とは、溶液又は融液を作製する工程における「溶液又は融液」と必ずしも同一のものを意図するものではない。溶液又は融液を作製する工程における「溶液又は融液」は、成長工程に使用するために作製されるが、成長工程における「溶液又は融液」には、エピタキシャル成長の反応によって生じた副生成物等が含まれる場合があり、初期(エピタキシャル成長開始前)の組成と同一とは限らないためである。
(2) The step of preparing a solution or melt containing a raw material and a solvent means a step of preparing a solution or melt for liquid phase used for epitaxial growth as a pre-stage of the growth step, and (3) solution Alternatively, the growth step of epitaxially growing the periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal in the melt means a growth step using a liquid phase epitaxial growth method. Specifically, the growth process using the liquid phase epitaxial method includes a temperature difference (Gradient Transport) method, a slow cooling method, a temperature cycling method, which are mainly used in the flux method, Crucible Acceleration Rotation (Accelerated Crucible Rotation Technique) method, Top-Seeded Solution Growth
) Method, solvent transfer method and solvent-transfer floating-zone method, which is a variation thereof, and evaporation method, and a method in which these methods are arbitrarily combined. The details of these steps are not particularly limited and can be carried out by appropriately adopting known conditions, but the reaction vessel, stirring blade, seed crystal holding rod, seed crystal holding table, baffle, used in these steps, Regarding the members such as the gas introduction pipe and the valve, the members selected in the member selection step (1) are used. The member selecting step (1) can select a member that does not adversely affect the crystal growth, and is efficient as a method for manufacturing a Group 13 nitride semiconductor crystal. The solution or melt containing the raw material and the solvent does not need to be completely dissolved in the solvent, and may be a heterogeneous system in which the solid raw material is dispersed or present in the solution as a solid. In addition, the “liquid phase that is a solution or melt” in the growth step is not necessarily intended to be the same as the “solution or melt” in the step of producing the solution or melt. The “solution or melt” in the process of preparing the solution or melt is prepared for use in the growth process, but the “solution or melt” in the growth process includes a by-product generated by the reaction of epitaxial growth. This is because the composition may not be the same as the initial composition (before the start of epitaxial growth).

本発明の製造方法は、部材の選定方法を工程として含んだ第13族窒化物半導体結晶の製造方法であれば(3)の成長工程における条件は特に限定されないが、前述したように反応系中に水素元素を含む成分が存在する条件において、部材が水素を取り込んで膨張し、結晶成長に悪影響を及ぼす場合があるため、かかるような条件を有する製造方法において、特に有効である。以下に、反応系中に水素が存在する液相エピタキシャル法の製造方法を例に挙げる。   The manufacturing method of the present invention is not particularly limited as long as it is a Group 13 nitride semiconductor crystal manufacturing method including a member selection method as a step, but as described above, in the reaction system, This is particularly effective in a manufacturing method having such a condition because the member may take in hydrogen and expand under conditions where a component containing a hydrogen element is present in the material, and may adversely affect crystal growth. Below, the manufacturing method of the liquid phase epitaxial method in which hydrogen exists in a reaction system is mentioned as an example.

図2は、反応系中に水素が存在する液相エピタキシャル法の製造方法に使用する製造装置の概念図である。図2中の104は反応容器、101は原料となるLi3GaN2複合窒化物(固体)、102は溶媒であるLiCl溶融塩、100は種結晶である窒化ガリウム結晶を表している。かかる製造方法では、気相中に水素が含まれていることを特徴とし、水素を利用して結晶成長を行うことを特徴とする(気相中には窒素も含まれる)。
かかる製造方法の成長工程では、液相中のLi3GaN2複合窒化物(Li3GaN2複合窒化物は、LiClと錯塩を作り溶解すると考えられる)が、同じく液相中に存在する種結晶表面に到達し、下記反応式[3]に示される反応を起こして結晶成長が進行する。

Figure 2013100208
FIG. 2 is a conceptual diagram of a production apparatus used in a production method of a liquid phase epitaxial method in which hydrogen is present in the reaction system. In FIG. 2, 104 represents a reaction vessel, 101 represents a Li 3 GaN 2 composite nitride (solid) as a raw material, 102 represents a LiCl molten salt as a solvent, and 100 represents a gallium nitride crystal as a seed crystal. Such a production method is characterized in that hydrogen is contained in the gas phase, and crystal growth is performed using hydrogen (nitrogen is also contained in the gas phase).
In the growth process of such a manufacturing method, Li 3 GaN 2 composite nitride in a liquid phase (Li 3 GaN 2 composite nitride is considered to form a complex salt with LiCl and dissolve), and a seed crystal also exists in the liquid phase. It reaches the surface and undergoes the reaction shown in the following reaction formula [3], and crystal growth proceeds.
Figure 2013100208

また、気相中の水素及び窒素が、直接又は液相中に溶解して、上記式[3]で生成したLi3Nを水素化及び/又は窒化し、水素化リチウム、リチウムイミド、又はリチウムア
ミドを生成させる。例えばリチウムアミド(LiNH2)は、下記式[4]に示される反
応によって生成する。窒化ガリウム結晶近傍のLi3N濃度の上昇は、成長速度の低下を
招き、また急激なLi3N濃度の低下も急激なGaN生成に繋がり、雑晶の発生や結晶性
の低下を招く。水素及び窒素は成長速度を適度に調節する役割を果たし、結晶性の高い半導体結晶を得るために特に重要である。なお、水素化リチウム、リチウムイミド、リチウムアミドが生成する反応は何れも平衡反応であり、水素及び窒素の濃度によってLi3
濃度を調節することができる。

Figure 2013100208
In addition, hydrogen and nitrogen in the gas phase are dissolved directly or in the liquid phase to hydrogenate and / or nitride the Li 3 N produced by the above formula [3], thereby lithium hydride, lithium imide, or lithium An amide is formed. For example, lithium amide (LiNH 2 ) is produced by a reaction represented by the following formula [4]. An increase in the Li 3 N concentration in the vicinity of the gallium nitride crystal causes a decrease in the growth rate, and an abrupt decrease in the Li 3 N concentration also leads to rapid GaN formation, leading to the generation of miscellaneous crystals and a decrease in crystallinity. Hydrogen and nitrogen play a role in appropriately controlling the growth rate, and are particularly important for obtaining a semiconductor crystal having high crystallinity. Note that the reactions that generate lithium hydride, lithium imide, and lithium amide are all equilibrium reactions, and Li 3 N depends on the concentration of hydrogen and nitrogen.
The concentration can be adjusted.
Figure 2013100208

[原料]
本発明の製造方法に使用する原料は、目的とする第13族窒化物半導体結晶に応じて適宜設定することができるが、例えば、前述したLi3GaN2複合窒化物のように、周期表第13族金属と周期表第1族金属及び/又は周期表第2族金属とを含有する複合窒化物が好適なものとして例示することができる。第13族金属としては、GaのほかにAl、In、GaAl、GaIn等が、第1族金属及び/又は第2族金属としては、LiのほかにNa、Ca、Sr、Ba、Mg等が挙げられる。第13族金属と第1族金属及び/又は第2族金属とを含有する複合窒化物としては、Li3GaN2のほかに、Ca3Ga24、B
3Ga24、Mg3GaN3等が挙げられる。第13族金属と第1族金属及び/又は第2
族金属とを含有する複合窒化物は、例えば第13族金属窒化物粉体と第1族金属及び/又は第2族金属窒化物粉体(例えばLi3N、Ca32)とを混合した後、温度を上げて固
相反応させる方法;第13族元素と第1族金属及び/又は第2族金属とを含む合金を作製し、窒素雰囲気中で加熱する方法;等により調整することができる。例えばLi3GaN2は、Ga−Li合金を窒素雰囲気中で600〜800℃で加熱処理することによって作製することができる。
[material]
The raw material used in the production method of the present invention can be appropriately set according to the target group 13 nitride semiconductor crystal. For example, as in the above-described Li 3 GaN 2 composite nitride, A compound nitride containing a Group 13 metal and a Group 1 metal and / or a Group 2 metal of the periodic table can be exemplified as a preferable example. In addition to Ga, Group 13 metals include Al, In, GaAl, GaIn, etc., and Group 1 metals and / or Group 2 metals include Na, Ca, Sr, Ba, Mg, etc., in addition to Li. Can be mentioned. As a composite nitride containing a Group 13 metal and a Group 1 metal and / or a Group 2 metal, in addition to Li 3 GaN 2 , Ca 3 Ga 2 N 4 , B
a 3 Ga 2 N 4 , Mg 3 GaN 3 and the like. Group 13 metal and Group 1 metal and / or second
The compound nitride containing a group metal is, for example, a mixture of a group 13 metal nitride powder and a group 1 metal and / or a group 2 metal nitride powder (for example, Li 3 N, Ca 3 N 2 ). After that, adjusting the temperature by raising the temperature and causing a solid phase reaction; preparing an alloy containing a Group 13 element and a Group 1 metal and / or Group 2 metal and heating in a nitrogen atmosphere; Can do. For example, Li 3 GaN 2 can be manufactured by heat-treating a Ga—Li alloy at 600 to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere.

第13族金属と第1族金属及び/又は第2族金属を含有する複合窒化物以外の原料としては、第13族金属窒化物そのものを用いることができる。その他に、例えば第13族金属と第1族金属及び/又は第2族金属との合金からなるターゲットを用い、反応性スパッター法によって窒素プラズマと反応させて合成した混合窒化物膜を挙げることもできる。かかる混合窒化物膜は、化学的に合成が難しいような窒化物を用いる場合に好適である。   As a raw material other than the composite nitride containing the Group 13 metal and the Group 1 metal and / or the Group 2 metal, the Group 13 metal nitride itself can be used. In addition, for example, a mixed nitride film synthesized by reacting with nitrogen plasma by a reactive sputtering method using a target made of an alloy of a Group 13 metal and a Group 1 metal and / or a Group 2 metal may be mentioned. it can. Such a mixed nitride film is suitable when a nitride that is difficult to synthesize chemically is used.

原料が成長工程における条件下で固体である場合には、かかる固体原料は溶媒に完全に溶解している必要はない。一部が溶解せずに反応容器内に存在する場合であっても、結晶成長により消費された分が、随時、溶媒中に供給されることとなる。また、溶媒に対する原料の量は、特に限定されず目的に応じて適宜設定することができるが、5〜50重量%の範囲内であると連続生産のための効率性を高めることができ、さらに反応容器内のスペースを確保できる。   When the raw material is a solid under the conditions in the growth process, such a solid raw material need not be completely dissolved in the solvent. Even when a part is not dissolved but is present in the reaction vessel, the amount consumed by crystal growth is supplied to the solvent as needed. Further, the amount of the raw material with respect to the solvent is not particularly limited and can be appropriately set according to the purpose, but if it is within the range of 5 to 50% by weight, the efficiency for continuous production can be improved. Space in the reaction vessel can be secured.

[溶媒]
本発明の製造方法に使用する溶媒は、特に限定されないが、金属塩を主成分とする溶媒が好ましい。金属塩の含有量は50重量%以上が好ましく、70重量%以上がより好ましく、90重量%以上がさらに好ましい。特に金属塩を融解した溶融塩を溶媒として用いることが好ましい。
[solvent]
Although the solvent used for the manufacturing method of this invention is not specifically limited, The solvent which has a metal salt as a main component is preferable. The content of the metal salt is preferably 50% by weight or more, more preferably 70% by weight or more, and still more preferably 90% by weight or more. In particular, a molten salt obtained by melting a metal salt is preferably used as a solvent.

金属塩の種類は、結晶成長を阻害しないものであれば特に限定されないが、Li、Na、K等のアルカリ金属および/またはMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属のハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、イオウ化物等を挙げることができる。具体的には、LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、BaCl2、CsCl、LiBr、KBr、CsBr、LiF、KF、NaF、LiI、NaI、CaI2、BaI2等の金属ハロゲン化物が好ましく、LiCl、KCl、NaCl、CsCl、CaCl2、BaCl2がより好ましい。金属塩の種類は1種類に限定されず、複数種類の金属塩を適宜組み合わせて用いてもよい。なかでも、ハロゲン化リチウムとこれ以外の金属塩を併用することがより好ましい。ハロゲン化リチウムの含有率は金属塩の全体量に対して30%以上が好ましく、80%以上がさらに好ましい。 The type of the metal salt is not particularly limited as long as it does not inhibit crystal growth, but alkali metal such as Li, Na, K and / or alkaline earth metal halide such as Mg, Ca, Sr, carbonate, Examples thereof include nitrates and sulfurates. Specifically, LiCl, KCl, NaCl, CaCl 2, BaCl 2, CsCl, LiBr, KBr, CsBr, LiF, KF, NaF, LiI, NaI, metal halides such as CaI 2, BaI 2 preferably, LiCl, KCl, NaCl, CsCl, CaCl 2 and BaCl 2 are more preferable. The type of metal salt is not limited to one type, and a plurality of types of metal salts may be used in appropriate combination. Among these, it is more preferable to use lithium halide and a metal salt other than this together. The content of lithium halide is preferably 30% or more, more preferably 80% or more, based on the total amount of the metal salt.

また、第13族金属と第1族金属及び/又は第2族金属とを含有する複合窒化物の溶解度を増加させるために、例えばLi3N、Ca32、Mg32、Sr32、Ba32など
の第1族金属又は第2族金属の窒化物等が溶媒に含まれていることが好ましい。
In order to increase the solubility of a composite nitride containing a Group 13 metal and a Group 1 metal and / or a Group 2 metal, for example, Li 3 N, Ca 3 N 2 , Mg 3 N 2 , Sr 3 it is preferable that N 2, Ba 3 N 2 group 1 metal or a nitride of group 2 metals, such as such are included in the solvent.

金属塩は、一般的に吸湿性が強いため、多くの水分を含んでいる。本発明の周期表第1
3族金属窒化物半導体結晶を製造するためには、水分等の酸素源となり得る不純物をできるだけ取り除いておくことが必要であり、即ち溶媒を予め精製しておくことが好ましい。精製方法は特に限定されないが、例えば特開2007−084422号に記載されている装置を用い、溶媒に反応性気体を吹き込む方法が挙げられる。例えば、常温で固体の金属塩を溶媒とする場合には、加熱して融解し、塩化水素、ヨウ化水素、臭化水素、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、塩素、臭素、又はヨウ素等の反応性気体を吹き込みバブリングすることによって水分等の不純物を取り除くことができる。塩化物の溶融塩に対しては、特に塩化水素を用いることが好ましい。
Metal salts generally have a high hygroscopic property and therefore contain a large amount of moisture. First periodic table of the present invention
In order to produce a Group 3 metal nitride semiconductor crystal, it is necessary to remove impurities that can be an oxygen source such as moisture as much as possible, that is, it is preferable to purify the solvent in advance. Although the purification method is not particularly limited, for example, a method in which a reactive gas is blown into a solvent using an apparatus described in JP-A-2007-084422 can be mentioned. For example, when a metal salt that is solid at room temperature is used as a solvent, it is melted by heating to hydrogen chloride, hydrogen iodide, hydrogen bromide, ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, chlorine, bromine, or iodine. Impurities such as moisture can be removed by bubbling with a reactive gas such as. It is particularly preferable to use hydrogen chloride for the molten salt of chloride.

[種結晶(下地基板)]
エピタキシャル成長を進行させる液相には、工業的に十分なサイズの結晶を得るために、種結晶を設置することが好ましい。種結晶は、GaN、InGaN、AlGaN等の目的とする第13族窒化物半導体結晶と同種のものを用いる他、サファイア、ZnO、BeO等の金属酸化物、SiC、Si等の珪素含有物、又はGaAs等を用いることができる。本発明で成長させる第13族窒化物半導体結晶との整合性を考えると、最も好ましいのは第13族窒化物である。種結晶の形状も特に制限されず、平板状であっても、棒状であってもよい。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。種結晶上に効率よく第13族窒化物結晶を成長させるためには、種結晶周辺に雑晶を成長させたり、付着させたりしないことが好ましい。雑晶とは種結晶上以外に成長する粒子径の小さい結晶であり、雑晶が種結晶付近に存在すると液相中の第13族窒化物成分を種結晶上の成長と雑晶の成長で分け合うことになり、種結晶上の第13族窒化物半導体結晶の成長速度が十分に得られない。
[Seed crystal (underlying substrate)]
In order to obtain an industrially sufficient crystal, it is preferable to install a seed crystal in the liquid phase in which the epitaxial growth proceeds. The seed crystal is the same type as the target group 13 nitride semiconductor crystal such as GaN, InGaN, AlGaN, etc., metal oxide such as sapphire, ZnO, BeO, silicon-containing material such as SiC, Si, or GaAs or the like can be used. Considering the consistency with the Group 13 nitride semiconductor crystal grown in the present invention, the Group 13 nitride is most preferable. The shape of the seed crystal is not particularly limited, and may be a flat plate shape or a rod shape. 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. In order to efficiently grow the group 13 nitride crystal on the seed crystal, it is preferable that no miscellaneous crystal is grown or attached around the seed crystal. A miscellaneous crystal is a crystal having a small particle diameter that grows other than on the seed crystal. When the miscellaneous crystal exists near the seed crystal, the group 13 nitride component in the liquid phase is grown on the seed crystal and the growth of the miscellaneous crystal. As a result, the growth rate of the group 13 nitride semiconductor crystal on the seed crystal cannot be sufficiently obtained.

[温度・圧力その他の条件]
成長工程において、反応容器内にて第13族窒化物半導体結晶を成長させる際の成長温度は、通常200℃以上、好ましくは400℃以上、より好ましくは600℃以上であり、また、通常1000℃以下、好ましくは850℃以下、より好ましくは800℃以下である。また、前記成長工程において、第13族窒化物半導体結晶を成長させる際の反応容器内の圧力は、条件によって適宜選択することができ特に限定されないが、製造装置が簡便になり工業的に有利に製造できることから、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以下であって、通常0.01MPa以上、好ましくは0.09MPa以上である。
[Temperature, pressure and other conditions]
In the growth step, the growth temperature for growing the Group 13 nitride semiconductor crystal in the reaction vessel is usually 200 ° C. or higher, preferably 400 ° C. or higher, more preferably 600 ° C. or higher, and usually 1000 ° C. Hereinafter, it is preferably 850 ° C. or lower, more preferably 800 ° C. or lower. Further, in the growth step, the pressure in the reaction vessel for growing the group 13 nitride semiconductor crystal can be appropriately selected depending on the conditions and is not particularly limited. However, the production apparatus becomes simple and industrially advantageous. Since it can be produced, it 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, and usually 0.01 MPa or more, preferably 0.09 MPa or more.

成長工程における水素は、気相中に逐次供給しても或いは反応容器内に予め必要な量を準備しておいてもよいが、気相中に逐次供給することが好ましく、逐次供給する際の水素ガスの流量は常温常圧に換算した量で通常0.0001〜10L/min、好ましくは0.001〜5L/min、より好ましくは0.01〜1L/minである。上記範囲であると、副生成物の濃度を適度に保つことができる。気相中の水素濃度は通常0.001〜99.9mol%、好ましくは0.1〜99mol%、より好ましくは1〜90mol%である。   The hydrogen in the growth step may be sequentially supplied into the gas phase or a necessary amount may be prepared in the reaction vessel in advance, but it is preferable to supply it sequentially into the gas phase. The flow rate of the hydrogen gas is usually 0.0001 to 10 L / min, preferably 0.001 to 5 L / min, more preferably 0.01 to 1 L / min, in an amount converted to normal temperature and normal pressure. Within the above range, the concentration of by-products can be kept moderate. The hydrogen concentration in the gas phase is usually 0.001 to 99.9 mol%, preferably 0.1 to 99 mol%, more preferably 1 to 90 mol%.

成長工程における窒素は、気相中に逐次供給してもあるいは反応容器内に予め必要な量を準備しておいても良いが、気相中に逐次供給することが好ましく、逐次供給する際の窒素ガスの流量は常温常圧に換算した量で通常0.001〜100L/min、好ましくは0.01〜50L/min、より好ましくは0.1〜10L/minである。上記範囲であると、副生成物の濃度を適度に保つことができる。   Nitrogen in the growth step may be sequentially supplied into the gas phase or a necessary amount may be prepared in advance in the reaction vessel. However, it is preferable to supply nitrogen sequentially into the gas phase. The flow rate of nitrogen gas is usually 0.001 to 100 L / min, preferably 0.01 to 50 L / min, more preferably 0.1 to 10 L / min in terms of the amount converted to normal temperature and normal pressure. Within the above range, the concentration of by-products can be kept moderate.

気相から液相に溶存する水素を溶液又は融液内に均一に分布させるためには、溶液又は融液内を攪拌することが望ましい。攪拌方法は特に限定されないが、種結晶を回転させて
攪拌する方法、攪拌翼を入れ回転させて攪拌させる方法、ガスを溶液又は融液内にバブリングすることで流動を与え攪拌する方法、送液ポンプで流動を作成し攪拌させる方法などが挙げられる。
In order to uniformly distribute hydrogen dissolved from the gas phase to the liquid phase in the solution or melt, it is desirable to stir the solution or melt. The stirring method is not particularly limited, but is a method of rotating and stirring the seed crystal, a method of rotating by stirring with a stirring blade, a method of stirring by giving a flow by bubbling gas into the solution or melt, Examples include a method of creating a flow with a pump and stirring.

結晶成長の成長速度は、上記温度、圧力等によって調節することが可能であり、特に限定されないが、通常0.1μm/h〜1000μm/hの範囲であり、1μm/h以上が好ましく、10μm/h以上がより好ましく、100μm以上であることがさらに好ましい。   The growth rate of crystal growth can be adjusted by the temperature, pressure, etc., and is not particularly limited, but is usually in the range of 0.1 μm / h to 1000 μm / h, preferably 1 μm / h or more, and 10 μm / h. h or more is more preferable, and 100 μm or more is further more preferable.

本発明に係る周期表第13族金属窒化物半導体結晶は、さまざまな用途に用いることができる。特に紫外〜青色の発光ダイオード又は半導体レーザー等の比較的短波長側の発光素子、及び緑色〜赤色の比較的長波長側の発光素子を製造するための基板として、さらに電子デバイス等の半導体デバイスの基板としても有用である。   The periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to the present invention can be used for various applications. In particular, as a substrate for manufacturing a light emitting element on a relatively short wavelength side such as an ultraviolet to blue light emitting diode or a semiconductor laser, and a light emitting element on a relatively long wavelength side of green to red, it is further used for a semiconductor device such as an electronic device. It is also useful as a substrate.

以下に、実施例及び比較例を挙げて本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples and comparative examples, but the present invention is not limited to these examples.

<参考例1:Ti製反応容器(部材)の窒化処理と、窒化処理後使用履歴のないTi製反応容器を用いたGaNの結晶成長>
(部材の窒化処理工程)
以下に説明する窒化処理工程については、図1を参照して説明する。
(1)Arボックス内で、Ti製反応容器104(高さ200.0mm、外径34mm、内径30mm)内に、窒化作用を有する原料(窒化剤)101であるLi3GaN2 1.5g、並びに溶媒102としてLiCl 4.5gとを順次加えた。固体のLi3GaN2は、篩を使用して2μm未満の粒径のものを除外し、2μm以上の粒径のものを選んで使用した。(2)Ti製反応容器104を石英製反応管105に入れ、石英製反応管105のガス導入口110およびガス排気口106を閉状態にした。
(3)石英製反応管105をArボックスから取り出し、電気炉111にセットした。(4)真空ポンプを用いて石英製反応管内を減圧状態とした。
(5)バルブ109を開いて、ガス導入環110からN2ガスを導入し、石英反応管内を
2雰囲気とした後、バルブ107を開き、ガス排気管106を介して、N2ガスを100cm3/minで流通させた。
(6)電気炉111を用いてTi製反応容器105の内部が室温から745℃になるまで1時間かけて昇温しLiClを溶融させ、750℃で60時間保持し、Ti製反応容器104の内壁表面を窒化させた。
<Reference Example 1: Nitriding treatment of Ti reaction vessel (member) and crystal growth of GaN using Ti reaction vessel with no use history after nitriding treatment>
(Nitriding process for members)
The nitriding process described below will be described with reference to FIG.
(1) In an Ar box, in a Ti reaction vessel 104 (height 200.0 mm, outer diameter 34 mm, inner diameter 30 mm), 1.5 g of Li 3 GaN 2 as a raw material (nitriding agent) 101 having a nitriding action, In addition, 4.5 g of LiCl was sequentially added as the solvent 102. Solid Li 3 GaN 2 having a particle diameter of less than 2 μm was excluded using a sieve and a particle having a particle diameter of 2 μm or more was selected and used. (2) The Ti reaction vessel 104 was placed in the quartz reaction tube 105, and the gas introduction port 110 and the gas exhaust port 106 of the quartz reaction tube 105 were closed.
(3) The quartz reaction tube 105 was taken out from the Ar box and set in the electric furnace 111. (4) The quartz reaction tube was evacuated using a vacuum pump.
(5) The valve 109 is opened, N 2 gas is introduced from the gas introduction ring 110 and the quartz reaction tube is filled with N 2 atmosphere. Then, the valve 107 is opened, and the N 2 gas is supplied through the gas exhaust pipe 106 to 100 cm. It was distributed at 3 / min.
(6) Using an electric furnace 111, the temperature inside the Ti reaction vessel 105 is raised from room temperature to 745 ° C. over 1 hour, LiCl is melted and held at 750 ° C. for 60 hours. The inner wall surface was nitrided.

(結晶成長工程)
以下に説明する結晶成長工程については、図2を参照して説明する。
(1)Arボックス中において、窒化処理後使用履歴のないTi製反応容器104中に固体のLi3GaN2 1.5gを入れ、続いてLiCl 15gを、炭化タングステン製乳鉢でよく粉砕混合してからTi製反応容器104に入れた。固体のLi3GaN2は、篩を使用して2μm未満の粒径のものを除外し、2μm以上の粒径のものを選んで使用した。
(2)Ti製反応容器104を石英製反応管105内にセットし、石英製反応管のガス導入口110およびガス排気口106を閉状態にした。
(3)石英製反応管105をArボックスから取り出し、電気炉111にセットした。石英製反応管105にガス導入管をつなぎ、導入管中を減圧にした後、さらに石英製反応管のガス導入口110を開いて石英製反応管105内を減圧してからH2 10vol%のH2/N2混合ガスで復圧し、石英製反応管105内をH210vol%のH2/N2混合ガス
雰囲気とした。その後、石英製反応管のガス排気口106を開き、H2/N2混合ガスを流
量計設定値100cm3/min(標準条件20℃、1atmにおける値)で流通させた

(4)電気炉の加熱を開始し、Ti製反応容器104の内部が室温から750℃になるまで1時間で昇温し、塩であるLiClを溶融させた。前処理として750℃で1時間保持した後、シード保持棒108の先端に取り付けたシード100をTi製反応容器中の溶液(溶融塩)102中に投入し、種結晶の回転速度が100rpmとなるように種結晶保持棒を回しながら結晶成長を行った。溶液102の底には原料101であるLi3GaN2が固体状で存在している。種結晶には(10−10)面から5°だけ(0001)面方向に傾いた面を主面とするGaN基板を用いた。
(5)6.3時間成長させた後、種結晶100を溶液102から引き上げてから炉の加熱を止め、石英製反応管105を冷却した。冷却後、石英製反応管105から種結晶を取り出し、種結晶に付着した塩を水に溶かし、種結晶の重量を重量計で測定した。種結晶の成長した重量増加は4.9mgであった。種結晶の重量増加分を成長時間で割って結晶成長速度を算出したところ、結晶成長速度は、56.6μm/dayであった。
(Crystal growth process)
The crystal growth process described below will be described with reference to FIG.
(1) In an Ar box, 1.5 g of solid Li 3 GaN 2 is put in a Ti reaction vessel 104 having no use history after nitriding, and then 15 g of LiCl is pulverized and mixed well in a tungsten carbide mortar. To Ti reaction vessel 104. Solid Li 3 GaN 2 having a particle diameter of less than 2 μm was excluded using a sieve and a particle having a particle diameter of 2 μm or more was selected and used.
(2) The Ti reaction vessel 104 was set in the quartz reaction tube 105, and the gas inlet 110 and the gas exhaust port 106 of the quartz reaction tube were closed.
(3) The quartz reaction tube 105 was taken out from the Ar box and set in the electric furnace 111. After connecting the gas introduction tube to the quartz reaction tube 105 and reducing the pressure in the introduction tube, the gas introduction port 110 of the quartz reaction tube is further opened to decompress the inside of the quartz reaction tube 105 and then 10 vol% of H 2 . H 2 / N 2 mixed condensate pressurized with gas, the quartz reaction tube 105 was set to H 2 / N 2 mixed gas atmosphere of H 2 10 vol%. Thereafter, the gas exhaust port 106 of the quartz reaction tube was opened, and the H 2 / N 2 mixed gas was circulated at a flow meter set value of 100 cm 3 / min (value at standard conditions of 20 ° C. and 1 atm).
(4) Heating of the electric furnace was started, and the temperature was raised in one hour until the inside of the Ti reaction vessel 104 reached from room temperature to 750 ° C., thereby melting LiCl as a salt. After maintaining at 750 ° C. for 1 hour as a pretreatment, the seed 100 attached to the tip of the seed holding rod 108 is put into the solution (molten salt) 102 in the Ti reaction vessel, and the rotation speed of the seed crystal becomes 100 rpm. As described above, crystal growth was performed while rotating the seed crystal holding rod. At the bottom of the solution 102, Li 3 GaN 2 as the raw material 101 exists in a solid state. As the seed crystal, a GaN substrate having a main surface inclined in the (0001) plane direction by 5 ° from the (10-10) plane was used.
(5) After growing for 6.3 hours, the seed crystal 100 was pulled up from the solution 102 and then the heating of the furnace was stopped, and the quartz reaction tube 105 was cooled. After cooling, the seed crystal was taken out from the quartz reaction tube 105, the salt adhering to the seed crystal was dissolved in water, and the weight of the seed crystal was measured with a weigh scale. The increase in weight of seed crystals grown was 4.9 mg. When the crystal growth rate was calculated by dividing the weight increase of the seed crystal by the growth time, the crystal growth rate was 56.6 μm / day.

<実施例1:Ti製反応容器(部材)の窒化処理の後に窒化処理後使用履歴があり、部材の選定工程を含み、長さの変化率が0であるTi製反応容器を用いたGaNの結晶成長>
窒化処理工程の後、結晶成長への使用履歴がある反応容器を用いたこと、結晶成長工程の前に、反応容器の長さ(高さ)を測定する部材の選定工程(長さの変化率により使用の可否判断は行わなかった)を含むこと、かつ以下の条件(本対比実験の効果を確認する上で本質的な差ではない)で結晶成長を行った以外は、参考例1と同様にして、GaNの結晶成長を行った。
<Example 1: After nitriding treatment of Ti reaction vessel (member), there is a use history after nitriding treatment, which includes a member selection step, and the change rate of length is 0. Crystal growth>
After the nitriding process, use of a reaction vessel that has a history of use for crystal growth, and before the crystal growth step, a process for selecting a member for measuring the length (height) of the reaction vessel (rate of change in length) In the same manner as in Reference Example 1 except that the crystal growth was performed under the following conditions (not an essential difference in confirming the effect of the comparison experiment). Then, GaN crystal growth was performed.

(部材の窒化処理工程)
参考例1と同条件で行った。
(Nitriding process for members)
It carried out on the same conditions as the reference example 1.

(部材の選定工程)
Ti製反応容器の長さをノギスにより測定したところ、200.0mmであった。窒化処理直後の長さ(高さ)は200.0mmであったので、長さの変化率を算出すると、0である。なお、長さの変化率が0であることから、体積変化率も0であると考えられる。長さの変化率により使用の可否判断は特に行わず、この反応容器を用いて結晶成長を行った。
(Part selection process)
It was 200.0 mm when the length of reaction container made from Ti was measured with the caliper. Since the length (height) immediately after the nitriding treatment was 200.0 mm, the length change rate was calculated to be zero. Since the rate of change in length is 0, the rate of change in volume is also considered to be 0. The use of this reaction vessel was used for crystal growth without any particular judgment as to whether or not it could be used based on the rate of change in length.

(結晶成長工程)
・種結晶には(11−22)面を主面とするGaN基板を用いた。
・結晶成長時間は6.8hであった。
結晶成長前後の種結晶の重量を測定したところ、結晶の成長量は3.6mgであり、結晶成長速度を算出したところ、結晶成長速度は、37.5μm/dayであった。
(Crystal growth process)
A GaN substrate having a (11-22) plane as the main surface was used as the seed crystal.
-Crystal growth time was 6.8h.
When the weight of the seed crystal before and after crystal growth was measured, the crystal growth amount was 3.6 mg, and when the crystal growth rate was calculated, the crystal growth rate was 37.5 μm / day.

<実施例2:Ti製反応容器(部材)の窒化処理の後に窒化処理後使用履歴があり、部材の選定工程を含み、長さの変化率が0.5%であるTi製反応容器を用いたGaNの結晶成長>
窒化処理工程の後、結晶成長への使用履歴がある反応容器を用いたこと、結晶成長工程の前に、反応容器の長さ(高さ)を測定する反応容器選定工程(長さの変化率により使用の可否判断は行わなかった)を含むこと、かつ以下の条件(本対比実験の効果を確認する上で本質的な差ではない)で結晶成長を行った以外は、参考例1と同様にして、GaNの結晶成長を行った。
<Example 2: Using a Ti reaction vessel having a use history after nitriding treatment after nitriding treatment of a Ti reaction vessel (member), including a member selection step, and a rate of change in length of 0.5% GaN crystal growth>
After the nitriding process, using a reaction vessel that has a history of use for crystal growth, and before the crystal growth step, the reaction vessel selection step (length change rate) that measures the length (height) of the reaction vessel In the same manner as in Reference Example 1 except that the crystal growth was performed under the following conditions (not an essential difference in confirming the effect of the comparison experiment). Then, GaN crystal growth was performed.

(部材の窒化処理工程)
参考例1と同条件で行った。
(Nitriding process for members)
It carried out on the same conditions as the reference example 1.

(部材の選定工程)
Ti製反応容器の長さをノギスにより測定したところ、201.0mmであった。窒化処理直後の長さは200.0mmであったので、長さの変化率を算出すると、0.5%であった。なお、長さの変化率が0.5%であることから、体積変化率は1.5%であると考えられる。長さの変化率により使用の可否判断は特に行わず、この反応容器を用いて結晶成長を行った。
(Part selection process)
It was 201.0 mm when the length of reaction container made from Ti was measured with the caliper. Since the length immediately after the nitriding treatment was 200.0 mm, the rate of change in length was calculated to be 0.5%. Since the length change rate is 0.5%, the volume change rate is considered to be 1.5%. The use of this reaction vessel was used for crystal growth without any particular judgment as to whether or not it could be used based on the rate of change in length.

(結晶成長工程)
条件:
・種結晶には(10−10)面から6°だけ(0001)面方向に傾いた面を主面とするGaN基板を用いた。
・結晶成長時間が7hであった。
結晶成長前後の種結晶の重量を測定したところ、結晶の成長量は4.5mgであり、結晶成長速度を算出したところ、結晶成長速度は、56.5μm/dayであった。
(Crystal growth process)
conditions:
-As the seed crystal, a GaN substrate having a main surface inclined in the (0001) plane direction by 6 ° from the (10-10) plane was used.
-Crystal growth time was 7h.
When the weight of the seed crystal before and after crystal growth was measured, the amount of crystal growth was 4.5 mg. When the crystal growth rate was calculated, the crystal growth rate was 56.5 μm / day.

<比較例1:Ti製反応容器(部材)の窒化処理と、窒化処理後使用履歴があり、長さの変化率が1.0%であるTi製反応容器を用いたGaNの結晶成長>
窒化処理工程の後、結晶成長への使用履歴がある反応容器を用いたこと、結晶成長工程の前に、反応容器の長さを測定する反応容器選定工程(長さの変化率により使用の可否判断は行わなかった)を含むこと、かつ以下の条件(本対比実験の効果を確認する上で本質的な差ではない)で結晶成長を行った以外は、参考例1と同様にして、GaNの結晶成長を行った。
<Comparative Example 1: Nitriding treatment of Ti reaction vessel (member) and GaN crystal growth using Ti reaction vessel with history of use after nitriding treatment and length change rate of 1.0%>
After the nitriding process, use of a reaction vessel with a history of use for crystal growth, and before the crystal growth step, a reaction vessel selection step for measuring the length of the reaction vessel (whether it can be used depending on the rate of change in length) In the same manner as in Reference Example 1, except that crystal growth was performed under the following conditions (not an essential difference in confirming the effect of this comparison experiment): Crystal growth was performed.

(部材の窒化処理工程)
参考例1と同条件であった。
(Nitriding process for members)
The conditions were the same as in Reference Example 1.

(部材の選定工程)
Ti製反応容器の長さをノギスにより測定したところ、202.0mmであった。窒化処理直後の長さは200.0mmであったので、長さの変化率を算出すると、1.0%であった。なお、長さの変化率が1.0%であることから、体積変化率は3.0%であると考えられる。長さの変化率により使用の可否判断は特に行わず、この反応容器を用いて結晶成長を行った。
(Part selection process)
It was 202.0 mm when the length of reaction container made from Ti was measured with the caliper. Since the length immediately after nitriding was 200.0 mm, the rate of change in length was calculated to be 1.0%. Since the length change rate is 1.0%, the volume change rate is considered to be 3.0%. The use of this reaction vessel was used for crystal growth without any particular judgment as to whether or not it could be used based on the rate of change in length.

(結晶成長工程)
条件:
・種結晶には(11−22)面を主面とするGaN基板を用いた。
・結晶成長時間が6.5hであった。
結晶成長前後の種結晶の重量を測定したところ、結晶の成長量は0.2mgであり、結晶成長速度を算出したところ、結晶成長速度は、2.3μm/dayであった。参考例1、実施例1、2、比較例1の結果について、表1にまとめて記載する。
(Crystal growth process)
conditions:
A GaN substrate having a (11-22) plane as the main surface was used as the seed crystal.
-Crystal growth time was 6.5h.
When the weight of the seed crystal before and after crystal growth was measured, the amount of crystal growth was 0.2 mg, and the crystal growth rate was calculated. As a result, the crystal growth rate was 2.3 μm / day. The results of Reference Example 1, Examples 1 and 2, and Comparative Example 1 are collectively shown in Table 1.

Figure 2013100208
Figure 2013100208

表1の結果から、結晶成長工程に使用した部材(反応容器)が、未使用の状態に比べて膨張し、寸法が変化していることが確認される。また、特定の大きさまで膨張した部材を使用して結晶成長を行うと、第13族窒化物半導体結晶の成長速度が著しく低下することが明らかである。   From the results of Table 1, it is confirmed that the member (reaction vessel) used in the crystal growth process expands and changes in size compared to the unused state. Further, it is apparent that the growth rate of the group 13 nitride semiconductor crystal is remarkably reduced when crystal growth is performed using a member expanded to a specific size.

100 種結晶(GaN)
101 原料(Li3GaN2
102 融液もしくは溶媒(LiCl)
103 ワイヤー(Ta製)
104 反応容器
105 石英製反応管
106 ガス排気管
107 バルブ
108 種結晶保持棒(W製)
109 バルブ
110 ガス導入管
111 電気炉
100 seed crystals (GaN)
101 Raw material (Li 3 GaN 2 )
102 Melt or solvent (LiCl)
103 wire (made of Ta)
104 Reaction vessel 105 Quartz reaction tube 106 Gas exhaust tube 107 Valve 108 Seed crystal holding rod (W)
109 Valve 110 Gas introduction pipe 111 Electric furnace

Claims (10)

周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造に使用する部材の選定方法であって、
前記部材の体積及び/又は寸法を測定し、未使用の状態からの体積変化及び/又は寸法変化を指標として前記部材を選択することを特徴とする、部材の選定方法。
A method for selecting a member to be used for manufacturing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal,
A method for selecting a member, comprising measuring the volume and / or size of the member, and selecting the member using a volume change and / or a dimensional change from an unused state as an index.
未使用状態からの寸法変化率の最大値が、0.8%以下である部材を選択する、請求項1に記載の部材の選定方法。 The member selection method according to claim 1, wherein a member having a maximum dimensional change rate from an unused state is 0.8% or less. 未使用状態からの体積変化率が、2.4%以下である部材を選択する、請求項1又は2に記載の部材の選定方法。 The method for selecting a member according to claim 1 or 2, wherein a member having a volume change rate from an unused state of 2.4% or less is selected. 前記部材が周期表第4〜6族元素、Sc、Y、Ni及びPdから選ばれる少なくとも1種を含むものである、請求項1〜3の何れか1項に記載の部材の選定方法。 The member selection method according to any one of claims 1 to 3, wherein the member includes at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table, Sc, Y, Ni, and Pd. 前記部材が周期表第4〜6族元素、Sc、Y、Ni及びPdから選ばれる少なくとも1種を含む金属又は合金でその90重量%以上が構成されているものである、請求項1〜4の何れか1項に記載の部材の選定方法。 The said member is what comprised 90 weight% or more with the metal or alloy containing the at least 1 sort (s) chosen from the periodic table group 6-6 element, Sc, Y, Ni, and Pd. The method for selecting a member according to any one of the above. 前記部材が表面に周期表第4〜6族元素から選ばれる少なくとも1種を含有する窒化物が形成されたものである、請求項1〜5の何れか1項に記載の部材の選定方法。 The member selection method according to any one of claims 1 to 5, wherein a nitride containing at least one selected from Group 4 to 6 elements of the periodic table is formed on the surface of the member. 前記周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造が、反応系中に水素元素を含む成分が存在する製造方法である、請求項1〜6の何れか1項に記載の部材の選定方法。 The member selection method according to any one of claims 1 to 6, wherein the production of the Group 13 metal nitride semiconductor crystal of the periodic table is a production method in which a component containing a hydrogen element is present in a reaction system. 前記部材が、反応容器、撹拌翼、種結晶保持棒、種結晶保持台、バッフル、ガス導入管及びバルブから選ばれる少なくとも1種である、請求項1〜7の何れか1項に記載の部材の選定方法。 The member according to any one of claims 1 to 7, wherein the member is at least one selected from a reaction vessel, a stirring blade, a seed crystal holding rod, a seed crystal holding table, a baffle, a gas introduction pipe, and a valve. Selection method. 請求項1〜8の何れか1項に記載の部材の選定方法によって部材を選択する選定工程、原料及び溶媒を含む溶液又は融液を作製する工程、並びに前記溶液又は融液中で周期表第13族金属窒化物半導体結晶をエピタキシャル成長させる成長工程を含む周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法であって、
前記融液又は溶液を作製する工程及び/又は前記成長工程が、前記選定工程で選択された部材及び/又は前記部材を含む装置を用いて行われることを特徴とする、周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。
A selection step of selecting a member by the member selection method according to any one of claims 1 to 8, a step of preparing a solution or melt containing a raw material and a solvent, and a periodic table in the solution or melt. A manufacturing method of a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal including a growth step of epitaxially growing a group 13 metal nitride semiconductor crystal,
The group 13 metal of the periodic table, wherein the step of producing the melt or solution and / or the growth step is performed using the member selected in the selection step and / or an apparatus including the member. A method for producing a nitride semiconductor crystal.
前記成長工程が、反応系中に水素元素を含む成分が存在するものである、請求項9に記載の周期表第13族金属窒化物半導体結晶の製造方法。 The method for producing a periodic table group 13 metal nitride semiconductor crystal according to claim 9, wherein the growth step includes a component containing a hydrogen element in a reaction system.
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