JP2013237591A - Gallium oxide melt, gallium oxide single crystal, gallium oxide substrate, and method for producing gallium oxide single crystal - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for producing a gallium oxide single crystal, by which the disconnection of a gallium oxide melt of a neck part can be suppressed in the production of the gallium oxide single crystal, and the loss of a raw material associated with the evaporation of the gallium oxide melt can be suppressed in a necking step.SOLUTION: A gallium oxide melt 2 having a density larger than a melt not containing an additive is obtained by charging a gallium oxide raw material containing the additive into a crucible 3 and heating the charged raw material, and then a seed crystal 10 is brought into contact with the gallium oxide melt 2. Thereby, a failure of necking is reduced and the evaporation loss of the raw material is reduced. Further, the gallium oxide melt 2 having a density of ≥4.85 g/cc is obtained by adjusting the content of the additive. Thereby, the failure of necking is reduced, and a temperature at which the seed crystal can be brought into contact is raised at least 10°C or more, in comparison with the case when a gallium oxide melt not containing the additive is used, and therefore, a gallium oxide single crystal having a lateral width of ≥2 inches and a straight body length of ≥2 inches can be grown.

Description

本発明は、酸化ガリウム融液とその酸化ガリウム融液を用いた酸化ガリウム単結晶の製造方法、酸化ガリウム単結晶と酸化ガリウム基板に関するものである。   The present invention relates to a gallium oxide melt, a method for producing a gallium oxide single crystal using the gallium oxide melt, a gallium oxide single crystal and a gallium oxide substrate.

発光ダイオード(LED:Light Emitting Diode)やレーザダイオード(LD:Laser Diode)等の発光素子を含む各種半導体素子は、炭化ケイ素(SiC)やサファイア(Al2O3)等で作製される基板上に所定の半導体膜を成長させることによって製造される。   Various semiconductor elements, including light emitting diodes (LEDs: Light Emitting Diodes) and laser diodes (LDs: Laser Diodes), are formed on a substrate made of silicon carbide (SiC) or sapphire (Al2O3). Manufactured by growing a film.

SiCを用いる発光素子として、SiC単結晶基板上にn型及びp型のGaN層を積層した発光素子が知られている。この発光素子は、SiC単結晶基板上にn型GaN層及びp型GaN層を形成し、劈開を利用したダイシング加工により複数に切り出すことによって製造される。   As a light emitting device using SiC, a light emitting device in which n-type and p-type GaN layers are stacked on a SiC single crystal substrate is known. This light-emitting element is manufactured by forming an n-type GaN layer and a p-type GaN layer on a SiC single crystal substrate and cutting out into a plurality of pieces by dicing using cleavage.

一方、Al2O3を用いて発光素子を作製する場合、Al2O3単結晶基板上にバッファ層を介してn型GaN層を数μm形成し、その後にInを含有するGaN層を含んだ発光層を形成する。   On the other hand, when fabricating a light emitting device using Al2O3, an n-type GaN layer is formed on an Al2O3 single crystal substrate through a buffer layer, and then a light emitting layer including a GaN layer containing In is formed. .

多くの発光素子には、GaNをはじめとして、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)等の窒化物半導体が用いられている。従来は、SiCやAl2O3から製造される基板上に窒化物半導体膜を成長させていたため、基板材料と窒化物半導体膜との間に格子定数のミスマッチ(以下、ミスマッチと表記)が発生し、成長により作製された窒化物半導体膜の中に欠陥や転位等が発生していた。そのため良質な窒化物半導体膜を作製することは困難であった。   In many light emitting devices, nitride semiconductors such as aluminum nitride (AlN) and indium nitride (InN) are used in addition to GaN. Conventionally, a nitride semiconductor film has been grown on a substrate manufactured from SiC or Al2O3, so a lattice constant mismatch (hereinafter referred to as a mismatch) occurs between the substrate material and the nitride semiconductor film. Defects, dislocations, and the like were generated in the nitride semiconductor film fabricated by the above. Therefore, it has been difficult to produce a high-quality nitride semiconductor film.

Al2O3とGaNの間には16%のミスマッチが存在するため、基板上にGaN層を直接成長させることは困難であり、成長させたとしても結晶性の良好なGaN層は得られない。   Since there is a 16% mismatch between Al2O3 and GaN, it is difficult to grow a GaN layer directly on the substrate, and even if grown, a GaN layer with good crystallinity cannot be obtained.

一方、SiCとGaN間のミスマッチは理論上3.4%と言われている。しかしSiCでは、3C、4H、6H、15R等の多くの相が存在し、単相のSiC製基板を得ることは困難である。またSiCは硬度が非常に高く加工性が悪いことから、基板の平坦加工が困難であり、原子スケールで見た場合、基板表面に相の異なる多数のステップが発現してしまう。その基板の上にGaN層を成長させると、多結晶性や欠陥密度の異なるGaN層が成長することになる。このようにSiCの場合、一つの基板上において無数の質の異なる核が成長し、結果としてそれらが合わさる形でGaN層が成長するので、GaN層の品質向上は極めて困難である。このような理由のため、SiCとGaNの実際のミスマッチはAl2O3とGaNの場合に比べると小さいものの、それでも約6%と大きいのが現状であった。   On the other hand, the mismatch between SiC and GaN is theoretically said to be 3.4%. However, in SiC, there are many phases such as 3C, 4H, 6H, and 15R, and it is difficult to obtain a single-phase SiC substrate. Further, since SiC has a very high hardness and poor workability, it is difficult to flatten the substrate, and when viewed on an atomic scale, many steps with different phases appear on the substrate surface. When a GaN layer is grown on the substrate, GaN layers having different polycrystallinity and defect density grow. Thus, in the case of SiC, innumerable nuclei of infinite quality grow on one substrate, and as a result, the GaN layer grows in a form where they are combined, so it is extremely difficult to improve the quality of the GaN layer. For these reasons, the actual mismatch between SiC and GaN is small compared to the case of Al2O3 and GaN, but it is still about 6%.

このようにAl2O3とGaNとの間またはSiCとGaNとの間には大きなミスマッチが存在するため、SiCやAl2O3からなる基板の上にまず、AlNやAlGaNで構成される低温バッファ層と呼ばれるバッファ層を堆積し、そのバッファ層の上にGaN層を高温で成長させなければならなかった。   Since there is a large mismatch between Al2O3 and GaN or between SiC and GaN, a buffer layer called a low-temperature buffer layer composed of AlN or AlGaN is first formed on a substrate made of SiC or Al2O3. And a GaN layer had to be grown on the buffer layer at a high temperature.

そこでSiCやAl2O3に代わる基板材料として、酸化ガリウムが考案されている(例えば、特許文献1を参照)。酸化ガリウム単結晶を基板材料に用い、その基板の表面を窒化処理してGaN層を形成することにより、SiCやAl2O3製の基板と比べて、ミスマッチを低減させることが出来る。   Thus, gallium oxide has been devised as a substrate material to replace SiC and Al2O3 (see, for example, Patent Document 1). By using a gallium oxide single crystal as a substrate material and nitriding the surface of the substrate to form a GaN layer, mismatches can be reduced compared to SiC and Al2O3 substrates.

更に酸化ガリウム単結晶は、可視領域から紫外領域の波長の光を透過する無色透明の導電体なので、GaNの発光領域の全波長範囲、特に紫外領域での利用が可能になる他に、バルク単結晶が製造できるという特長がある。また例えば6H-SiCの場合、バンドギャップは3.03eVであるので約427nm以下の波長域においては不透明である。GaNの発光領域は約550〜380nmであることを考慮すると、SiCで利用できる波長範囲はその約2/3である。それに対してβ-Ga2O3の場合、約260nmまで透過するので、GaNの発光領域の全波長範囲、特に紫外領域での利用が可能になる。   Furthermore, the gallium oxide single crystal is a colorless and transparent conductor that transmits light in the visible to ultraviolet wavelength range, so that it can be used in the entire wavelength range of the GaN emission region, particularly in the ultraviolet region. It has the feature that crystals can be manufactured. For example, in the case of 6H—SiC, since the band gap is 3.03 eV, it is opaque in a wavelength range of about 427 nm or less. Considering that the emission region of GaN is about 550 to 380 nm, the wavelength range available for SiC is about 2/3 of that. On the other hand, in the case of β-Ga2O3, since it transmits up to about 260 nm, it can be used in the entire wavelength range of the GaN emission region, particularly in the ultraviolet region.

また酸化ガリウム単結晶は、4.8eVのワイドバンドギャップを有して可視領域透明であると共に、結晶中に酸素欠損が生ずることでn型半導体としての挙動を示すため、垂直構造型の発光素子を得ることが出来る等、Al2O3基板等とは異なる素子開発の可能性も備えている。   In addition, gallium oxide single crystal has a wide band gap of 4.8 eV and is transparent in the visible region, and also exhibits behavior as an n-type semiconductor due to oxygen deficiency in the crystal. It has the possibility of device development different from the Al2O3 substrate.

まとめると、酸化ガリウム単結晶は青色発光素子材としてバルク状の単結晶作製が可能であり、且つ前記の通り導電性であり、発光領域で光透過性を有し、GaN層とのミスマッチも小さい。従って、酸化ガリウム単結晶はSiCやAl2O3が有する問題を解決することが可能である。又、垂直構造型の発光素子を得ることも可能となる。   In summary, gallium oxide single crystal can be used to produce a bulk single crystal as a blue light emitting device material, and is conductive as described above, has light transmission in the light emitting region, and has a small mismatch with the GaN layer. . Therefore, the gallium oxide single crystal can solve the problems of SiC and Al2O3. It is also possible to obtain a vertical structure type light emitting element.

このような酸化ガリウム単結晶の製造方法の一例として、EFG(Edge-defined Film-fed Growth)法が考案されている(例えば、特許文献2を参照)。EFG法とは、垂直方向に伸びるスリットを有するダイの下部側を坩堝内の酸化ガリウム融液中に浸漬した状態で、毛細管現象により酸化ガリウム融液をスリット下部側の開口部から上部側の開口部へと吸い上げて、スリット上部側の開口部に到達した酸化ガリウム融液に種結晶を接触させた後に、この種結晶を垂直方向に引き上げることで、酸化ガリウム単結晶(以下、必要に応じて単結晶と表記)を結晶成長させる方法である。作製された板状の単結晶を、円形または角形に切り出すことで、酸化ガリウム基板が作製される。   As an example of a method for producing such a gallium oxide single crystal, an EFG (Edge-defined Film-fed Growth) method has been devised (see, for example, Patent Document 2). The EFG method is a state in which the lower side of a die having a slit extending in the vertical direction is immersed in the gallium oxide melt in the crucible, and the gallium oxide melt is opened from the lower side opening to the upper side by capillary action. Gallium oxide single crystal (hereinafter referred to as necessary) by pulling up the seed crystal in the vertical direction after bringing the seed crystal into contact with the gallium oxide melt that has been sucked up into the slit and reached the opening on the slit upper side. (Denoted as single crystal). A gallium oxide substrate is produced by cutting the produced plate-like single crystal into a circle or a square.

前記種結晶は、前記スリットの厚さ(図1の左右方向)方向に種結晶の所定の結晶面(作製する酸化ガリウム基板主面の結晶面)が向くように種結晶保持具に取り付けられる。種結晶をスリットの開口部に到達している酸化ガリウム融液に接触させた後、酸化ガリウム融液の温度を降下させると接触部分の酸化ガリウム融液が結晶化する。この状態で一定の上昇速度で種結晶を垂直方向に引き上げると、酸化ガリウム単結晶が得られる。   The seed crystal is attached to the seed crystal holder so that a predetermined crystal plane of the seed crystal (the crystal plane of the main surface of the gallium oxide substrate to be produced) faces in the thickness direction of the slit (left-right direction in FIG. 1). After the seed crystal is brought into contact with the gallium oxide melt reaching the opening of the slit, when the temperature of the gallium oxide melt is lowered, the gallium oxide melt at the contact portion is crystallized. In this state, when the seed crystal is pulled up in the vertical direction at a constant ascent rate, a gallium oxide single crystal is obtained.

図7(a)〜(e)は、EFG法によるβ-Ga2O3単結晶の製造方法を示す概略工程図である。まず、種結晶100の所定の結晶面(作製する酸化ガリウム基板主面の結晶面)がスリットの厚さ方向に向くように、種結晶100を種結晶保持具101 に取り付ける。次に、坩堝内に原料となるβ-Ga2O3等の粉末材料を入れ、蓋で坩堝上面を閉じて単結晶製造装置の支持台に坩堝を搭載する。次に、この支持台と共に坩堝を単結晶製造装置の所定の位置に配置する。   FIGS. 7A to 7E are schematic process diagrams showing a method for producing a β-Ga2O3 single crystal by the EFG method. First, the seed crystal 100 is attached to the seed crystal holder 101 so that a predetermined crystal plane of the seed crystal 100 (a crystal plane of the main surface of the gallium oxide substrate to be manufactured) faces the thickness direction of the slit. Next, a powder material such as β-Ga2O3 as a raw material is put into the crucible, the crucible upper surface is closed with a lid, and the crucible is mounted on the support base of the single crystal manufacturing apparatus. Next, the crucible is placed at a predetermined position of the single crystal manufacturing apparatus together with the support base.

次に、高周波コイルに通電して坩堝を誘導加熱する。坩堝内に収容された粉末材料は坩堝の温度上昇に基づいて融解し、融点である1800℃以上の酸化ガリウム融液となる。この酸化ガリウム融液の一部はダイ103 のスリットに侵入し、毛細管現象に基づいてスリット内を上昇し、ダイトップ上の酸化ガリウム融液102となる。   Next, the crucible is induction heated by energizing the high frequency coil. The powder material accommodated in the crucible melts based on the temperature rise of the crucible and becomes a gallium oxide melt having a melting point of 1800 ° C. or higher. A part of this gallium oxide melt enters the slit of the die 103 and rises in the slit based on the capillary phenomenon to become the gallium oxide melt 102 on the die top.

次に図7(a)に示すように、種結晶保持具101と共に種結晶100を矢印方向に降下させ、図7(b)に示すように、種結晶100をダイ103の表面に達しているダイトップ上の酸化ガリウム融液102に接触させる(シードタッチ)。   Next, as shown in FIG. 7A, the seed crystal 100 is lowered together with the seed crystal holder 101 in the direction of the arrow, and the seed crystal 100 reaches the surface of the die 103 as shown in FIG. 7B. Contact with the gallium oxide melt 102 on the die top (seed touch).

次に図7(c)に示すように、種結晶100を垂直方向に引き上げながらダイトップ上の酸化ガリウム融液102の温度を下げて、種結晶100の太さよりも細いネック部105を形成する。   Next, as shown in FIG. 7 (c), the temperature of the gallium oxide melt 102 on the die top is lowered while pulling up the seed crystal 100 in the vertical direction to form a neck portion 105 that is thinner than the thickness of the seed crystal 100. .

引き続きダイトップ上の酸化ガリウム融液102の温度を下げて融点付近に近くなると、図7(d)に示すように、種結晶100を中心にβ-Ga2O3単結晶104がダイ103の幅方向(図の左右方向)に拡幅しながら結晶成長する。   Subsequently, when the temperature of the gallium oxide melt 102 on the die top is lowered to near the melting point, the β-Ga2O3 single crystal 104 is centered on the seed crystal 100 in the width direction of the die 103 (see FIG. 7D). The crystal grows while widening in the horizontal direction of the figure.

一旦、β-Ga2O3単結晶104がダイ103の幅まで拡張すると、以降はその幅が保持されて平板状のβ-Ga2O3単結晶104(直胴部分)が連続的に引き上げられる(図7(e)参照)。   Once the β-Ga2O3 single crystal 104 is expanded to the width of the die 103, the width is maintained and the flat β-Ga2O3 single crystal 104 (straight barrel portion) is continuously pulled up (FIG. 7 (e) )reference).

次に図7(e)に示すように、β-Ga2O3単結晶104が所定の引上げ長さに到達すると、結晶の引き上げ速度を上げてβ-Ga2O3単結晶104を酸化ガリウム融液102から切り離し、その後高周波コイルへの通電を停止する。次に坩堝が十分に温度降下したことを確認して、支持台、坩堝、β-Ga2O3単結晶104、種結晶100、及び種結晶保持具101を上方に移動させてβ-Ga2O3単結晶104を取り出し、種結晶100及びダイ103から分離する。   Next, as shown in FIG. 7 (e), when the β-Ga2O3 single crystal 104 reaches a predetermined pulling length, the crystal pulling speed is increased to separate the β-Ga2O3 single crystal 104 from the gallium oxide melt 102, Thereafter, energization of the high-frequency coil is stopped. Next, after confirming that the temperature of the crucible has dropped sufficiently, the support base, the crucible, the β-Ga2O3 single crystal 104, the seed crystal 100, and the seed crystal holder 101 are moved upward to obtain the β-Ga2O3 single crystal 104. Remove and separate from seed crystal 100 and die 103.

上記の各工程の中で、図7(b)において種結晶100に接触させる酸化ガリウム融液102の温度を可能な限り高温にし、図7(c)においてネック部105を細く形成することによって、結晶育成する酸化ガリウム単結晶から作製する、酸化ガリウム基板主面の結晶面以外の面(不規則面)が混じり多結晶となることを抑制することが可能になると、非特許文献1に開示されている。   In each of the above steps, the temperature of the gallium oxide melt 102 brought into contact with the seed crystal 100 in FIG. 7B is set as high as possible, and the neck portion 105 is formed thin in FIG. Non-Patent Document 1 discloses that it is possible to suppress the formation of a polycrystal by mixing a surface (irregular surface) other than the crystal surface of the gallium oxide substrate main surface produced from a gallium oxide single crystal to be crystal-grown. ing.

特開2004−056098号公報JP 2004-056098 A 特開2006−312571号公報JP 2006-312571 A

Hideo AIDA 等著「Growth of β-Ga2O3 Single Crystals by the edge-Defined, Film Fed Growth Method」Japanese Journal of Applied Physics Vol. 47, No.11, 2008, pp. 8506-8509Hideo AIDA et al. “Growth of β-Ga2O3 Single Crystals by the edge-Defined, Film Fed Growth Method” Japanese Journal of Applied Physics Vol. 47, No. 11, 2008, pp. 8506-8509

図8はEFG法において、シードタッチの際のダイトップ上の酸化ガリウム融液の温度(シードタッチ温度)と、ネック部の径(ネック径)によって、育成する酸化ガリウム単結晶に不規則面が混入する頻度が変化する上記非特許文献1に記載の傾向を、模式的に表すグラフである。この傾向を利用して、不規則面を含まない単結晶を得るために、高い酸化ガリウム融液温度域で種結晶と酸化ガリウム融液との接触を試みたいところではあるが、酸化ガリウム融液のシードタッチ温度が高温になるにつれて酸化ガリウム融液密度が減少し、ひいては下記数1より酸化ガリウム融液の表面張力γが低下する。

Figure 2013237591

但し、kは係数で2.0、Tcは融液の臨界温度(沸点:℃)、Tは融液の温度(℃)、dは単結晶の密度、Mは単結晶の分子量を、それぞれ表す。 FIG. 8 shows that in the EFG method, the gallium oxide single crystal to be grown has irregular surfaces depending on the temperature of the gallium oxide melt on the die top during seed touch (seed touch temperature) and the diameter of the neck (neck diameter). It is a graph which represents typically the tendency of the above-mentioned nonpatent literature 1 in which the frequency of mixing changes. In order to obtain a single crystal containing no irregular surface by utilizing this tendency, we would like to try to contact the seed crystal with the gallium oxide melt in the high gallium oxide melt temperature range. As the seed touch temperature becomes higher, the density of the gallium oxide melt decreases, and as a result, the surface tension γ of the gallium oxide melt decreases from the following equation (1).
Figure 2013237591

However, k is a coefficient, 2.0, Tc is the critical temperature (boiling point: ° C) of the melt, T is the temperature of the melt (° C), d is the density of the single crystal, and M is the molecular weight of the single crystal.

酸化ガリウム融液の表面張力が低下すると、形成中のネック部から酸化ガリウム融液が垂れ落ちて切れてしまい、ネッキングが中断されてしまう。この場合、酸化ガリウム融液の温度を所定のシードタッチ温度まで再上昇させ、種結晶と酸化ガリウム融液を再接触させるところからネック部形成をやり直さなければならない。また酸化ガリウムは融点以上での蒸気圧が高いので、ネック部の作製(ネッキング)中および作製のやり直し中に酸化ガリウム融液の蒸発が起こり、2インチ基板用のβ-Ga2O3単結晶作製では、一回ネッキングに失敗すると5〜6g程度の原料損失が発生してしまっていた。従って、6回程度ネッキングを失敗すると、2インチ基板一枚加工し得る程の原料損失になってしまい、失敗回数次第では、2インチ基板の加工に足る単結晶を引上げるために必要な原料が坩堝内に残らないことも起こっていた。   When the surface tension of the gallium oxide melt decreases, the gallium oxide melt hangs down from the neck portion being formed, and necking is interrupted. In this case, the temperature of the gallium oxide melt must be increased again to a predetermined seed touch temperature, and the neck portion must be formed again from the point where the seed crystal and the gallium oxide melt are brought into contact again. Also, gallium oxide has a high vapor pressure above the melting point, so the gallium oxide melt evaporates during the necking (necking) and during the reworking process, and in the production of β-Ga2O3 single crystal for 2-inch substrates, When necking failed once, the raw material loss of about 5-6g had generate | occur | produced. Therefore, if necking fails about 6 times, the raw material loss will be enough to process one 2-inch substrate, and depending on the number of failures, the raw material necessary to pull up a single crystal sufficient to process a 2-inch substrate will be obtained. It was also happening that it did not remain in the crucible.

そこで本出願人が、前記シードタッチ時のダイトップ上の酸化ガリウム融液温度を低く、例えば1820℃に設定してβ-Ga2O3単結晶の作製を試みた結果、前記ネッキングの失敗の頻度を抑えて作製できることが判明した。しかし、図8よりシードタッチ温度が低下するとβ-Ga2O3単結晶育成中の不規則面の発生頻度が上昇してしまい、例えば図10のようにβ-Ga2O3単結晶にハッチングで示すような不規則面が発生し、多結晶となってしまった。前記不規則面の発生により、作製しようとする酸化ガリウム基板の主面と一致する結晶面の横幅Wが2インチ未満になってしまうため、破線で示した2インチの酸化ガリウム基板が、単一の結晶面のみを含むように切り出せないことが判明した。つまり、2インチ基板加工に必要な単結晶の品質と原料蒸発損失がトレードオフの関係にあるため、シードタッチ温度を調整するだけでは、2インチ基板用の単結晶を得るための根本的な解決にならないことが分かった。   Therefore, the present applicant tried to produce a β-Ga2O3 single crystal by setting the gallium oxide melt temperature on the die top at the time of the seed touch to a low value, for example, 1820 ° C., and as a result, the frequency of the necking failure was suppressed. It was found that it can be manufactured. However, when the seed touch temperature is lowered as shown in FIG. 8, the occurrence frequency of irregular surfaces during the growth of β-Ga2O3 single crystal increases. For example, irregularities as shown by hatching in β-Ga2O3 single crystal as shown in FIG. Surfaces were generated and became polycrystalline. Due to the generation of the irregular surface, the lateral width W of the crystal plane coinciding with the main surface of the gallium oxide substrate to be manufactured becomes less than 2 inches. It was found that it was not possible to cut out so as to include only the crystal plane. In other words, there is a trade-off between the quality of the single crystal required for 2-inch substrate processing and the evaporation loss of the raw material, so the fundamental solution for obtaining a single crystal for a 2-inch substrate is just by adjusting the seed touch temperature. I found out that

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、酸化ガリウム単結晶作製中におけるネック部の酸化ガリウム融液の切断を抑制する酸化ガリウム融液と、その酸化ガリウム融液を用いた酸化ガリウム単結晶の製造方法、および酸化ガリウム単結晶と酸化ガリウム基板の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances. A gallium oxide melt that suppresses cutting of the gallium oxide melt at the neck portion during the production of a gallium oxide single crystal, and a gallium oxide single crystal using the gallium oxide melt. It is an object of the present invention to provide a crystal manufacturing method and a gallium oxide single crystal and a gallium oxide substrate.

上記目的は、以下の本発明により達成される。即ち、
(1)本発明の酸化ガリウム融液は、不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きいことを特徴とする。
The above object is achieved by the present invention described below. That is,
(1) The gallium oxide melt of the present invention is characterized by containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive.

(2)本発明の酸化ガリウム融液の一実施形態は、密度が4.85g/cc以上であることが好ましい。   (2) In one embodiment of the gallium oxide melt of the present invention, the density is preferably 4.85 g / cc or more.

(3)本発明の酸化ガリウム融液の一実施形態は、前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が添加されていることが好ましい。   (3) In one embodiment of the gallium oxide melt of the present invention, it is preferable that at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, Ge is added as the additive.

(4)また、本発明の酸化ガリウム融液の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.001mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1840℃以上であることが好ましい。   (4) In another embodiment of the gallium oxide melt of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% as the content in the composition of the gallium oxide melt. The temperature is preferably 1840 ° C. or higher.

(5)また、本発明の酸化ガリウム融液の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.01mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1860℃以上であることが好ましい。   (5) In another embodiment of the gallium oxide melt of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% as the content in the composition of the gallium oxide melt. The temperature is preferably 1860 ° C. or higher.

(6)また、本発明の酸化ガリウム融液の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.05mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1880℃以上であることが好ましい。   (6) In another embodiment of the gallium oxide melt of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% as the content in the composition of the gallium oxide melt. The temperature is preferably 1880 ° C. or higher.

(7)また、本発明の酸化ガリウム単結晶は、不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液から結晶成長した酸化ガリウム単結晶であることを特徴とする。   (7) In addition, the gallium oxide single crystal of the present invention is a gallium oxide single crystal grown from a gallium oxide melt containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive. It is characterized by that.

(8)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の一実施形態は、密度が4.85g/cc以上であり添加物を含む酸化ガリウム融液から結晶成長され、横幅及び直胴長さが2インチ以上であることを特徴とする。   (8) Further, in one embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, the density is 4.85 g / cc or more and the crystal is grown from a gallium oxide melt containing an additive, and the lateral width and the straight body length are 2 inches or more. It is characterized by being.

(9)本発明の酸化ガリウム単結晶の他の実施形態は、前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が含有されていることが好ましい。   (9) In another embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, it is preferable that at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, Ge is contained as the additive.

(10)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の他の実施形態は、前記添加物がSiであり前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.001mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (10) In another embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. It is preferable.

(11)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の他の実施形態は、前記添加物がSiであり前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (11) In another embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less. It is preferable.

(12)また本発明の酸化ガリウム単結晶の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.05mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (12) In another embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less. It is preferable.

(13)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の他の実施形態は、X線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下であることが好ましい。   (13) In another embodiment of the gallium oxide single crystal of the present invention, the FWHM of the X-ray rocking curve is preferably 200 arcsec or less.

(14)また本発明の酸化ガリウム基板は、不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液から結晶成長した酸化ガリウム単結晶から作られることを特徴とする。   (14) The gallium oxide substrate of the present invention is made of a gallium oxide single crystal grown from a gallium oxide melt containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive. It is characterized by.

(15)また、本発明の酸化ガリウム基板の一実施形態は、密度が4.85g/cc以上であり添加物を含む酸化ガリウム融液から結晶成長され、横幅及び直胴長さが2インチ以上である酸化ガリウム単結晶から作られる、主面が2インチ以上の単一の結晶面からなることを特徴とする。   (15) Further, in one embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, the density is 4.85 g / cc or more, crystal growth is performed from a gallium oxide melt containing an additive, and the lateral width and the straight body length are 2 inches or more. The main surface is made of a single crystal of gallium oxide and has a single crystal plane of 2 inches or more.

(16)本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、X線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下であることが好ましい。   (16) In another embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, the X-ray rocking curve FWHM is preferably 200 arcsec or less.

(17)また、本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が含有されていることが好ましい。   (17) In another embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, it is preferable that at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is contained as the additive.

(18)また、本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.001mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (18) In another embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. Is preferred.

(19)また、本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (19) In another embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less. Is preferred.

(20)また、本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.05mol%以上0.1mol%以下であることが好ましい。   (20) In another embodiment of the gallium oxide substrate of the present invention, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less. Is preferred.

(21)また、本発明の酸化ガリウム基板の他の実施形態は、前記酸化ガリウム単結晶の結晶成長に還元雰囲気を用い、前記添加物をSiとし、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.03mol%以下であることが好ましい。   (21) In another embodiment of the gallium oxide substrate according to the present invention, a reducing atmosphere is used for crystal growth of the gallium oxide single crystal, the additive is Si, and the additive is contained in the gallium oxide substrate. The amount is preferably 0.01 mol% or more and 0.03 mol% or less.

(22)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法は、
添加物を含む酸化ガリウム原料を坩堝に投入して加熱し、
不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液を得て、
前記酸化ガリウム融液に種結晶を接触させることにより、前記酸化ガリウム融液から酸化ガリウム単結晶を結晶成長させ、
前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を、前記添加物を含まない酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度よりも高温とすることを特徴とする。
(22) The method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention includes:
Put gallium oxide raw material containing additives into a crucible and heat,
Including an additive excluding inevitable impurities, obtaining a gallium oxide melt having a higher density than the melt containing no additive,
A gallium oxide single crystal is grown from the gallium oxide melt by bringing a seed crystal into contact with the gallium oxide melt,
The temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is set to be higher than the upper limit temperature of the gallium oxide melt not containing the additive that can contact the seed crystal.

(23)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の一実施形態は、
前記添加物を含む酸化ガリウム融液の密度が4.85g/cc以上であり、
前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を、前記添加物を含まない酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度よりも少なくとも10℃以上高温とすることを特徴とする。
(23) Further, an embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention is as follows:
The density of the gallium oxide melt containing the additive is 4.85 g / cc or more,
The temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is at least 10 ° C. higher than the upper limit temperature at which the seed crystal can be contacted with the gallium oxide melt not containing the additive.

(24)本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が添加されていることが好ましい。   (24) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, it is preferable that at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is added as the additive.

(25)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.001mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1840℃以上とすることが好ましい。   (25) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.001 mol% or more as the content in the composition of the gallium oxide melt. It is preferable that the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is 1840 ° C. or higher.

(26)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.01mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1860℃以上とすることが好ましい。   (26) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.01 mol% or more as the content in the composition of the gallium oxide melt. It is preferable that the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is 1860 ° C. or higher.

(27)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.05mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1880℃以上とすることが好ましい。   (27) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, the additive is Si, and the addition amount is 0.05 mol% or more as the content in the composition of the gallium oxide melt. It is preferable that the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is 1880 ° C. or higher.

(28)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記酸化ガリウム単結晶の結晶成長に、還元雰囲気を用いることが好ましい。   (28) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, it is preferable to use a reducing atmosphere for crystal growth of the gallium oxide single crystal.

(29)また、本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の他の実施形態は、前記酸化ガリウム融液から前記酸化ガリウム単結晶を結晶成長させる方法がEFG法であり、
スリットの厚さ方向に、平板形状の前記種結晶を配置して複数の前記酸化ガリウム単結晶を引き上げることにより、平板形状の前記酸化ガリウム単結晶を複数製造することが好ましい。
(29) In another embodiment of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention, the method for growing the gallium oxide single crystal from the gallium oxide melt is an EFG method,
It is preferable to manufacture a plurality of plate-shaped gallium oxide single crystals by arranging a plate-shaped seed crystal in the thickness direction of the slit and pulling up the plurality of gallium oxide single crystals.

本発明請求項1、7、14、22に記載の発明(即ち、前記(1)、(7)、(14)、(22)の発明)に依れば、酸化ガリウム融液が添加物を含まない融液よりも高密度になるため、酸化ガリウム融液の表面張力が増加し、酸化ガリウム単結晶のネック部における酸化ガリウム融液の切断を抑制することができ、ネッキング工程中の酸化ガリウム融液の蒸発に伴う原料損失を抑制することが可能となる。   According to the inventions according to claims 1, 7, 14, and 22 of the present invention (that is, the inventions of (1), (7), (14), and (22)), the gallium oxide melt contains the additive. Because it has a higher density than the melt that does not contain, the surface tension of the gallium oxide melt is increased, and the gallium oxide melt can be prevented from being cut at the neck of the gallium oxide single crystal. It is possible to suppress the raw material loss accompanying the evaporation of the melt.

更に、請求項2乃至6、8乃至12、15、17乃至21、23乃至27に記載の発明(即ち、前記(2)乃至(6)、(8)乃至(12)、(15)、(17)乃至(21)、(23)乃至(27)の発明)に依れば、酸化ガリウム融液が4.85g/cc以上に高密度化されるため、酸化ガリウム融液の表面張力が増加し、酸化ガリウム単結晶のネック部における酸化ガリウム融液の切断を抑制することができ、ネッキング工程中の酸化ガリウム融液の蒸発に伴う原料損失を、2インチ基板1枚の加工に供する単結晶の重量よりも少なくすることが可能となる。   Furthermore, the inventions according to claims 2 to 6, 8 to 12, 15, 17 to 21, and 23 to 27 (that is, (2) to (6), (8) to (12), (15), ( 17) to (21) and (23) to (27)), the surface tension of the gallium oxide melt increases because the gallium oxide melt is densified to 4.85 g / cc or more. The cutting of the gallium oxide melt at the neck portion of the gallium oxide single crystal can be suppressed, and the raw material loss accompanying the evaporation of the gallium oxide melt during the necking process is reduced to a single crystal used for processing one 2-inch substrate. It becomes possible to make it less than weight.

更に、請求項22の発明(即ち、前記(22)の発明)に依れば、酸化ガリウム融液の密度が添加物を含まない融液よりも高密度になることで、酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度を、添加物を含まない融液よりも高温にすることが出来る。従って、シードタッチ温度をより高温に設定することにより、2インチ以上の酸化ガリウム単結晶が得られる頻度が上昇する。   Furthermore, according to the invention of claim 22 (that is, the invention of (22) above), the density of the gallium oxide melt becomes higher than that of the melt containing no additive, so that the gallium oxide melt The upper limit temperature at which the seed crystal can be contacted can be made higher than that of the melt containing no additive. Accordingly, by setting the seed touch temperature to a higher temperature, the frequency with which a gallium oxide single crystal of 2 inches or more is obtained increases.

更に、請求項23の発明(即ち、前記(23)の発明)に依れば、4.85g/cc以上の融液密度を確保したうえで、酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度を、添加物を含まない融液よりも少なくとも10℃以上高温にすることが出来る。従って、シードタッチ温度を10℃以上高温に設定することにより、2インチ以上の酸化ガリウム単結晶が得られる頻度が上昇する。   Furthermore, according to the invention of claim 23 (that is, the invention of the above (23)), after ensuring a melt density of 4.85 g / cc or more, the upper limit temperature at which the seed crystal of the gallium oxide melt can be contacted, It can be at least 10 ° C. higher than the melt containing no additives. Therefore, by setting the seed touch temperature to a high temperature of 10 ° C. or higher, the frequency with which a gallium oxide single crystal of 2 inches or more is obtained increases.

更に、請求項25乃至27の発明(即ち、前記(25)乃至(27)の発明)に依れば、種結晶と接触する酸化ガリウム融液の温度を1840℃以上の高い温度範囲に設定することが可能となる。更にその温度範囲おいて、4.85g/cc以上の密度に相当する表面張力をもつ酸化ガリウム融液が得られる。従って、酸化ガリウム融液の高密度化により表面張力が上昇し、ネッキング工程中の酸化ガリウム融液の切断が起こりにくくなるため、シードタッチ温度を1840℃以上の高い温度範囲に設定することが可能となる。これにより、大型でモザイク性の小さい高品質な酸化ガリウム単結晶を得ることが可能となる。よって、本発明請求項8に記載の発明(即ち、前記(8)の発明)に記載のように、横幅(前記幅W)及び直胴長さが共に2インチ以上の酸化ガリウム単結晶を製造することが出来る。また、2インチ以上に亘って不規則面の混入が抑えられ、モザイク性の小さい高品質な酸化ガリウム単結晶が実現されるため、本発明請求項13に記載の発明(即ち、前記(13)の発明)に記載のようにX線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下の特性を有する、2インチ以上の横幅及び直胴長さの酸化ガリウム単結晶を実現することが可能となる。   Furthermore, according to the invention of claims 25 to 27 (that is, the invention of the above (25) to (27)), the temperature of the gallium oxide melt contacting the seed crystal is set to a high temperature range of 1840 ° C. or higher. It becomes possible. Furthermore, in that temperature range, a gallium oxide melt having a surface tension corresponding to a density of 4.85 g / cc or more can be obtained. Therefore, the surface tension is increased by increasing the density of the gallium oxide melt, and the gallium oxide melt is less likely to be cut during the necking process, so the seed touch temperature can be set to a high temperature range of 1840 ° C or higher. It becomes. This makes it possible to obtain a high-quality gallium oxide single crystal that is large and has a small mosaic property. Therefore, as described in the invention according to claim 8 of the present invention (that is, the invention of (8)), a gallium oxide single crystal having a lateral width (the width W) and a straight body length of 2 inches or more is manufactured. I can do it. Further, since mixing of irregular surfaces over 2 inches or more is suppressed and a high-quality gallium oxide single crystal with a small mosaic property is realized, the invention according to claim 13 of the present invention (that is, the above (13) As described in (1), it is possible to realize a gallium oxide single crystal having a width of 2 inches or more and a straight body length of FWHM of an X-ray rocking curve of 200 arcsec or less.

更に、本発明請求項4、25記載の発明(即ち、前記(4)、(25)の発明)に依れば、1840℃以上の酸化ガリウム融液の温度域において、不規則面の発生頻度を低減出来る。   Further, according to the inventions of claims 4 and 25 of the present invention (that is, the inventions of (4) and (25)), the frequency of occurrence of irregular surfaces in the temperature range of the gallium oxide melt of 1840 ° C. or higher. Can be reduced.

また、本発明請求項5、26記載の発明(即ち、前記(5)、(26)の発明)に依れば、1860℃以上の酸化ガリウム融液の温度域において、不規則面の発生頻度を低減出来る。   Further, according to the inventions according to claims 5 and 26 of the present invention (that is, the inventions of (5) and (26)), the occurrence frequency of irregular surfaces in the temperature range of the gallium oxide melt of 1860 ° C. or higher. Can be reduced.

また、本発明請求項6、27記載の発明(即ち、前記(6)、(27)の発明)に依れば、1880℃以上の酸化ガリウム融液の温度域において、不規則面の発生頻度を低減出来る。   Further, according to the inventions according to claims 6 and 27 of the present invention (that is, the inventions of (6) and (27)), the occurrence frequency of irregular surfaces in the temperature range of the gallium oxide melt of 1880 ° C. or higher. Can be reduced.

又、2インチ以上の横幅及び直胴長さの酸化ガリウム単結晶が実現されるので、本発明請求項15に記載の発明(即ち、前記(15)の発明)に記載のように、その酸化ガリウム単結晶から、主面が2インチ以上の酸化ガリウム基板を得ることが出来る。更に、モザイク性の小さい高品質な単一の結晶面で構成されることにより、本発明請求項16に記載の発明(即ち、前記(16)の発明)に記載のように、200arcsec以下のX線ロッキングカーブのFWHMを有する2インチの酸化ガリウム基板が実現される。   Further, since a gallium oxide single crystal having a width of 2 inches or more and a straight body length is realized, as described in the invention of claim 15 (that is, the invention of (15)), its oxidation A gallium oxide substrate having a main surface of 2 inches or more can be obtained from a gallium single crystal. Furthermore, by being composed of a high quality single crystal face with a small mosaic property, as described in the invention of claim 16 (that is, the invention of the above (16)), an X of 200 arcsec or less A 2 inch gallium oxide substrate with a FWHM of line rocking curve is realized.

更に、本発明請求項21、28記載の発明(即ち、前記(21)、(28)の発明)に依れば、還元雰囲気を用いた結晶育成を行うことにより、酸化ガリウム単結晶又は酸化ガリウム基板の比抵抗の変動を抑えることができる。   Further, according to the inventions according to claims 21 and 28 of the present invention (that is, the inventions of the above (21) and (28)), a gallium oxide single crystal or gallium oxide can be obtained by performing crystal growth using a reducing atmosphere. Variations in the specific resistance of the substrate can be suppressed.

更に、本発明請求項29記載の発明(即ち、前記(29)の発明)に依れば、酸化ガリウム融液と種結晶との接触面積を小さくすることが可能となるため、ネック部を細く形成することができ、酸化ガリウム単結晶の不規則面の発生を抑制して、結晶品質を高品質に保つことが可能となる。従って、酸化ガリウム単結晶の歩留まりを向上することが可能となる。   Furthermore, according to the invention of claim 29 of the present invention (that is, the invention of (29)), the contact area between the gallium oxide melt and the seed crystal can be reduced, so that the neck portion is narrowed. Therefore, the generation of irregular surfaces of the gallium oxide single crystal can be suppressed, and the crystal quality can be kept high. Therefore, the yield of the gallium oxide single crystal can be improved.

又、一枚の種結晶から複数枚の酸化ガリウム単結晶を同時に製造することが可能となり、量産性が向上する。更に、一つの種結晶で複数の酸化ガリウム単結晶が製造でき、一枚当たりの酸化ガリウム単結晶の製造コストを下げることが可能となる。また、種結晶を単結晶材とすることにより、複数枚の酸化ガリウム単結晶の結晶軸の方向を揃えることができ、品質のばらつきの少ない酸化ガリウム単結晶を複数同時に製造することが可能となる。   Further, it becomes possible to simultaneously manufacture a plurality of gallium oxide single crystals from a single seed crystal, which improves mass productivity. Furthermore, a plurality of gallium oxide single crystals can be manufactured with one seed crystal, and the manufacturing cost of a single gallium oxide single crystal can be reduced. In addition, by using a seed crystal as a single crystal material, the direction of the crystal axes of a plurality of gallium oxide single crystals can be aligned, and a plurality of gallium oxide single crystals with little variation in quality can be manufactured simultaneously. .

(a) EFG法による酸化ガリウム単結晶の製造方法の一例の育成炉を説明する、模式断面図である。(b) 図1(a)の種結晶と酸化ガリウム単結晶、及びダイトップ上の酸化ガリウム融液部分を示す、部分拡大図である。(a) A schematic cross-sectional view illustrating a growth furnace as an example of a method for producing a gallium oxide single crystal by an EFG method. (b) It is the elements on larger scale which show the seed crystal of FIG. 1 (a), the gallium oxide single crystal, and the gallium oxide melt part on a die top. EFG法による酸化ガリウム単結晶の一例の製造方法説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of an example of the gallium oxide single crystal by EFG method. 本実施形態に係る酸化ガリウム基板の一例を示す斜視図である。It is a perspective view showing an example of a gallium oxide substrate concerning this embodiment. 本実施形態の一例における種結晶基板とダイとの位置関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the positional relationship of the seed crystal substrate and die | dye in an example of this embodiment. 他の実施形態における、種結晶基板の一部を溶融する様子を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a mode that a part of seed crystal substrate is fuse | melted in other embodiment. 図5の実施形態におけるネック部が成長する様子を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed a mode that the neck part in embodiment of FIG. 5 grew. EFG法によるβ-Ga2O3単結晶の製造方法を示す概略工程図である。It is a schematic process drawing which shows the manufacturing method of the β-Ga2O3 single crystal by the EFG method. EFG法において、シードタッチ温度(℃)と、ネック部の径(mm)との関係を模式的に表すグラフである。5 is a graph schematically showing a relationship between a seed touch temperature (° C.) and a neck diameter (mm) in the EFG method. 添加物Si含有量毎の、酸化ガリウム融液密度(g/cc)と酸化ガリウム融液のシードタッチ温度(℃)との関係を模式的に表すグラフである。It is a graph which represents typically the relationship between the gallium oxide melt density (g / cc) and the seed touch temperature (degreeC) of a gallium oxide melt for every additive Si content. EFG法により作製され、不規則面の発生確率が上昇したβ-Ga2O3単結晶を模式的に表す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram schematically showing a β-Ga2O3 single crystal produced by an EFG method and having an increased probability of occurrence of irregular surfaces.

以下、本発明に係る酸化ガリウム融液、酸化ガリウム単結晶、酸化ガリウム基板、および酸化ガリウム単結晶の製造方法を詳細に説明する。本発明の酸化ガリウム単結晶の製造方法の一例として、EFG法が挙げられる。以下、EFG法を例に取り、図1〜図7及び図9を参照して酸化ガリウム単結晶の製造方法を説明する。図1(a)は、EFG法で用いられる酸化ガリウム単結晶の製造装置の構造を示す模式断面図である。   Hereinafter, a gallium oxide melt, a gallium oxide single crystal, a gallium oxide substrate, and a method for producing a gallium oxide single crystal according to the present invention will be described in detail. An example of the method for producing a gallium oxide single crystal of the present invention is the EFG method. Hereinafter, a method for producing a gallium oxide single crystal will be described with reference to FIGS. 1 to 7 and 9 by taking the EFG method as an example. FIG. 1A is a schematic cross-sectional view showing the structure of a gallium oxide single crystal manufacturing apparatus used in the EFG method.

なお、酸化ガリウム単結晶の製造方法としては、溶融された酸化ガリウム融液に種結晶を接触させることにより、酸化ガリウム融液から酸化ガリウム単結晶を結晶成長させる方法であれば特に制限されない。具体的な方法としては、CZ(Czochralski)法やFZ(Floating Zone)法等が挙げられる。しかし、任意の主面での結晶成長や組成均一性の高い単結晶の成長が可能となるという点で、EFG法が他の結晶成長方法に比べて好ましい。   The method for producing a gallium oxide single crystal is not particularly limited as long as the gallium oxide single crystal is grown from the gallium oxide melt by bringing the seed crystal into contact with the molten gallium oxide melt. Specific methods include CZ (Czochralski) method and FZ (Floating Zone) method. However, the EFG method is preferable to other crystal growth methods in that crystal growth on an arbitrary main surface and single crystal growth with high composition uniformity are possible.

図1に示すように、酸化ガリウム単結晶の育成炉1の内部には、酸化ガリウム単結晶の原料としての酸化ガリウム融液2(以下、適宜「融液」と記載)を受容する坩堝3が配置されている。融液2の原料としては、少なくともガリウム(Ga)を含み、且つ、溶融工程において原料を溶融した際に酸化ガリウムを含む融液が得られるものであることが必須要件である。   As shown in FIG. 1, a crucible 3 for receiving a gallium oxide melt 2 (hereinafter referred to as “melt” as appropriate) as a raw material for a gallium oxide single crystal is provided in a gallium oxide single crystal growth furnace 1. Has been placed. As a raw material of the melt 2, it is essential that at least gallium (Ga) is contained and a melt containing gallium oxide is obtained when the raw material is melted in the melting step.

更に本発明では、ガリウム以外の元素やその元素を含む化合物を、添加物として原料に添加する。添加物としては、Mg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素とする。   Furthermore, in the present invention, an element other than gallium or a compound containing the element is added to the raw material as an additive. The additive is at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge.

出発原料としての酸化ガリウムの具体例としては、工業用酸化ガリウムを用いても良いし、炭酸ガリウムのようなガリウムの塩類、水和物、もしくはこれらの混合物でも良い。後者を用いる場合はこれらを焼成する等により酸化ガリウムを得る。また、上記の焼成するなどにより前記酸化ガリウムを得る工程は育成炉の内部で結晶育成の直前に行っても良いし、前記育成炉の外部で事前に行っても良い。また、添加物は予め前記出発原料の何れかに含まれた形でも良いし、別途準備して前記出発原料に混合しても良い。また原料の形態としては、粉末状、焼結体、焼結体を粗く破砕した破砕物状等の何れかの形態でも良い。   Specific examples of gallium oxide as a starting material may include industrial gallium oxide, gallium salts such as gallium carbonate, hydrates, or a mixture thereof. In the case of using the latter, gallium oxide is obtained by firing them. In addition, the step of obtaining the gallium oxide by baking or the like may be performed immediately before crystal growth inside the growth furnace, or may be performed in advance outside the growth furnace. Further, the additive may be included in advance in any of the starting materials, or may be separately prepared and mixed with the starting materials. The form of the raw material may be any form such as powder, a sintered body, and a crushed material obtained by roughly crushing the sintered body.

上記の方法による酸化ガリウム単結晶を育成するための添加物を含んだ融液の原料には製造上不可避の不純物が含まれる。例えば最も高純度の出発原料の一例としては、工業用酸化ガリウムとして純度6N程度の酸化ガリウムを使用するが、これには0.0001mol%未満の不純物が含まれており、特に添加物を加えることをしなくても前記添加物の何れかの元素が0.0001mol%未満含まれている。本発明では、酸化ガリウム融液2の段階で、総含有量が0.0001mol%未満の元素を、不可避の不純物と定義し、前記不純物を前記添加物から除くものとする。   The raw material of the melt containing the additive for growing the gallium oxide single crystal by the above method contains impurities inevitable in production. For example, as an example of the highest-purity starting material, gallium oxide having a purity of about 6N is used as industrial gallium oxide, but this contains impurities of less than 0.0001 mol%. Even if it does not, it contains less than 0.0001 mol% of any element of the additive. In the present invention, an element having a total content of less than 0.0001 mol% at the stage of the gallium oxide melt 2 is defined as an inevitable impurity, and the impurity is excluded from the additive.

酸化ガリウム単結晶13及びその酸化ガリウム単結晶13から得られる酸化ガリウム基板16は、β-Ga2O3単結晶が最も好ましい。β-Ga2O3単結晶は導電性を有するので、電極構造が垂直型の発光素子(LED)を作製することが可能となる。その結果、発光素子全体に電流を流すことが出来ることから、電流密度を低くすることが可能となる。従って発光素子の寿命を長くすることが出来る。   The gallium oxide single crystal 13 and the gallium oxide substrate 16 obtained from the gallium oxide single crystal 13 are most preferably β-Ga2O3 single crystals. Since the β-Ga2O3 single crystal has conductivity, a light emitting element (LED) having a vertical electrode structure can be manufactured. As a result, current can flow through the entire light-emitting element, so that the current density can be reduced. Therefore, the lifetime of the light emitting element can be extended.

更に、β-Ga2O3単結晶はGaNとの間に大きな格子定数のミスマッチが見られない。また、バンドギャップの観点においては、β-Ga2O3単結晶の場合、約260nmまで透過するので、GaNの発光領域の全波長範囲、特に紫外領域での利用が可能となる。   Furthermore, the β-Ga2O3 single crystal does not show a large lattice constant mismatch with GaN. Further, from the viewpoint of the band gap, the β-Ga2O3 single crystal transmits up to about 260 nm, so that it can be used in the entire wavelength range of the GaN emission region, particularly in the ultraviolet region.

坩堝3は有底円筒状に形成されて支持台4上に載置されており、その底面の温度を熱電対7によって測定されている。坩堝3は融液2を受容できるように耐熱性材料から成り、例えばイリジウム(Ir)により形成され、図示しない原料投入部により坩堝3内に必量な量の原料が投入される。   The crucible 3 is formed in a bottomed cylindrical shape and is placed on a support base 4, and the temperature of the bottom surface is measured by a thermocouple 7. The crucible 3 is made of a heat-resistant material so as to receive the melt 2, and is formed of, for example, iridium (Ir), and a necessary amount of raw material is charged into the crucible 3 by a raw material charging unit (not shown).

更に、坩堝3内にはダイ5が配置されている。ダイ5は例えば略直方体状に形成され、その下端から上端(開口部5B)に延びる1つまたは複数のスリット5Aが設けられている。例えば図1では、ダイ5はその厚さ方向の中央に1つのスリット5Aが設けられている。   Furthermore, a die 5 is disposed in the crucible 3. The die 5 is formed in a substantially rectangular parallelepiped shape, for example, and is provided with one or more slits 5A extending from the lower end to the upper end (opening 5B). For example, in FIG. 1, the die 5 is provided with one slit 5A at the center in the thickness direction.

スリット5Aは、ダイ5のほぼ全幅に亘って設けられる。スリット5Aを複数にする場合は、ダイ5の厚さ方向に所定の間隔で設けられる。このスリット5Aは、融液2を毛細管現象によってダイ5の下端からスリット5Aの開口部5Bに上昇させる役割を有する。   The slit 5A is provided over almost the entire width of the die 5. When a plurality of slits 5A are provided, they are provided at predetermined intervals in the thickness direction of the die 5. The slit 5A serves to raise the melt 2 from the lower end of the die 5 to the opening 5B of the slit 5A by capillary action.

更に、坩堝3の上面には蓋6が配置されている。蓋6は、ダイ5を除く坩堝3の上面を閉塞する形状に形成されている。このため、坩堝3の上面に蓋6が配置された状態では、スリット5Aの開口部5Bを除く坩堝3の上面は閉塞される(図2参照)。このように、蓋6は坩堝3から高温の融液2が蒸発することを抑え、更にスリット5Aの上面以外に融液2の蒸気が付着することも抑制する。   Further, a lid 6 is disposed on the upper surface of the crucible 3. The lid 6 is formed in a shape that closes the upper surface of the crucible 3 except for the die 5. For this reason, in the state where the lid 6 is disposed on the upper surface of the crucible 3, the upper surface of the crucible 3 except the opening 5B of the slit 5A is closed (see FIG. 2). In this way, the lid 6 prevents the high-temperature melt 2 from evaporating from the crucible 3, and further suppresses the vapor of the melt 2 from adhering to other than the upper surface of the slit 5A.

また、坩堝3を包囲するように設けられた断熱材8の周囲には、例えば、高周波コイルからなるヒータ部9が配置される。このヒータ部9により坩堝3が所定の温度に加熱され、坩堝3内の原料が溶融して融液2が得られる(溶融工程)。更に、断熱材8は、坩堝3と所定の間隔を有するように配置されており、ヒータ部9により加熱される坩堝3周辺の保温性を高める役割を持つ。   Moreover, the heater part 9 which consists of a high frequency coil, for example is arrange | positioned around the heat insulating material 8 provided so that the crucible 3 may be surrounded. The crucible 3 is heated to a predetermined temperature by the heater unit 9, and the raw material in the crucible 3 is melted to obtain the melt 2 (melting step). Furthermore, the heat insulating material 8 is disposed so as to have a predetermined distance from the crucible 3, and has a role of improving the heat retaining property around the crucible 3 heated by the heater unit 9.

坩堝3内に収容される原料は、坩堝3の温度上昇に基づいて溶融(原料メルト)し、融液2となる。この融液2の一部は、ダイ5のスリット5Aに侵入し、前記のように毛細管現象に基づいてスリット5A内を上昇し開口部5Bから露出して、ダイトップ上の融液2Aとなる(図1(b)参照)。   The raw material accommodated in the crucible 3 is melted (raw material melt) based on the temperature rise of the crucible 3 to become the melt 2. A part of the melt 2 enters the slit 5A of the die 5, and as described above, rises in the slit 5A based on the capillary phenomenon and is exposed from the opening 5B to become the melt 2A on the die top. (See FIG. 1 (b)).

また、スリット5Aの上方には、種結晶10を保持する種結晶保持具11が配置されている。種結晶保持具11は、種結晶保持具11及び種結晶10を昇降可能に支持するシャフト12に接続されている。そしてシャフト12により種結晶保持具11を降下させて(図7(a)参照)、種結晶10を開口部5Bから露出した融点よりも十分高い温度の融液2Aに接触(シードタッチ)させた(図7(b)参照)後に融液2Aを降温させることで、接触部分の融液が結晶化して酸化ガリウム単結晶13の結晶成長が開始される。   A seed crystal holder 11 that holds the seed crystal 10 is disposed above the slit 5A. The seed crystal holder 11 is connected to a shaft 12 that supports the seed crystal holder 11 and the seed crystal 10 so as to be movable up and down. Then, the seed crystal holder 11 is lowered by the shaft 12 (see FIG. 7A), and the seed crystal 10 is brought into contact (seed touch) with the melt 2A having a temperature sufficiently higher than the melting point exposed from the opening 5B. (Refer to FIG. 7 (b)) After that, the temperature of the melt 2A is lowered, so that the melt in the contact portion is crystallized and the crystal growth of the gallium oxide single crystal 13 is started.

続いて種結晶保持具11を所定の上昇速度で引き上げる。具体的には、まずシャフト12により種結晶保持具11を所定の速度で上昇させながら融液2Aを降温させて細いネック部17を作製(ネッキング)する(図7(c)参照)。次に、ダイトップ上の融液2Aの温度を融点付近まで降温させ、種結晶10を中心に酸化ガリウム単結晶13をダイ5の幅方向に拡幅するように結晶成長させる(スプレディング、図7(d)参照)。酸化ガリウム単結晶13が、ダイ5の全幅まで拡幅すると(フルスプレッド)、以降はダイ5の全幅と同程度の幅を有する平板状の酸化ガリウム単結晶13が成長育成される(直胴工程、図7(e)参照)。   Subsequently, the seed crystal holder 11 is pulled up at a predetermined ascent rate. Specifically, first, the temperature of the melt 2A is lowered while the seed crystal holder 11 is raised at a predetermined speed by the shaft 12 to produce (necking) the thin neck portion 17 (see FIG. 7C). Next, the temperature of the melt 2A on the die top is lowered to the vicinity of the melting point, and the gallium oxide single crystal 13 is grown in the width direction of the die 5 around the seed crystal 10 (spreading, FIG. 7). (See (d)). When the gallium oxide single crystal 13 is widened to the full width of the die 5 (full spread), thereafter, a flat gallium oxide single crystal 13 having the same width as the full width of the die 5 is grown and grown (straight cylinder process, (See FIG. 7 (e)).

続いて、ダイ5の全幅と同程度の幅を有する平板状の酸化ガリウム単結晶13を、適切な長さ(直胴長さ)まで引き上げる。直胴長さは2インチ以上が好ましい。更に、ダイ5の全幅の設定を2インチ以上とすることで、酸化ガリウム単結晶13の横幅も2インチ以上とする。   Subsequently, the plate-like gallium oxide single crystal 13 having the same width as the entire width of the die 5 is pulled up to an appropriate length (straight cylinder length). The straight body length is preferably 2 inches or more. Further, by setting the total width of the die 5 to 2 inches or more, the lateral width of the gallium oxide single crystal 13 is also set to 2 inches or more.

次に、シャフト12を制御して種結晶保持具11の上昇速度を上げ、酸化ガリウム単結晶13を融液2Aから切り離すとともに、ヒータ部9を制御して坩堝3の温度を降下させて加熱を終了する。これにより所定の大きさの酸化ガリウム単結晶13が製造される。   Next, the shaft 12 is controlled to increase the ascent speed of the seed crystal holder 11, the gallium oxide single crystal 13 is separated from the melt 2 A, and the heater 9 is controlled to lower the temperature of the crucible 3 for heating. finish. Thereby, a gallium oxide single crystal 13 having a predetermined size is manufactured.

酸化ガリウム単結晶13が充分に温度降下したことを確認後、例えば電着ダイヤモンドコアドリル等により抜き加工を施して例えば図3に示すような平板円形の酸化ガリウム基板16を切り出す。次に、必要に応じてスライシングマシン等によりオリエンテーションフラット(オリフラ)14を、酸化ガリウム基板16の一枚毎に形成して酸化ガリウム基板16を作製する。   After confirming that the temperature of the gallium oxide single crystal 13 has sufficiently decreased, for example, an electrodeposition diamond core drill or the like is used to cut a flat circular gallium oxide substrate 16 as shown in FIG. Next, an orientation flat (orientation flat) 14 is formed for each gallium oxide substrate 16 by a slicing machine or the like as necessary, and the gallium oxide substrate 16 is manufactured.

更に、作製した酸化ガリウム基板16の片面を主面15とし、少なくともその片面に研磨加工等を施して、主面15を平坦化する。   Further, one side of the produced gallium oxide substrate 16 is used as the main surface 15, and at least one side thereof is subjected to polishing or the like to flatten the main surface 15.

このようにして得られた酸化ガリウム基板16(図3では、酸化ガリウム単結晶13から円抜き加工された基板を示す)は、例えば発光素子のエピタキシャル成長用基板として用いられる他、新たな酸化ガリウム単結晶を成長させるための種結晶として使用することが出来る。   The thus obtained gallium oxide substrate 16 (shown in FIG. 3 shows a substrate that has been subjected to circle processing from the gallium oxide single crystal 13) is used, for example, as a substrate for epitaxial growth of a light-emitting element, as well as a new gallium oxide single crystal. It can be used as a seed crystal for growing crystals.

前記の通り出発原料には、前記添加物や添加物を含有したガリウム焼結体が添加されている。従って融液2には、Mg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が添加されることになる。本発明者等は検討の結果、Mg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素を融液2に添加すると、微量であっても添加量に応じて融液の密度が上昇し、ネッキング中の融液が切れにくくなることを見出した。   As described above, the additive and the gallium sintered body containing the additive are added to the starting material. Therefore, at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is added to the melt 2. As a result of the study, the inventors have added at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge to the melt 2. It has been found that the melt during necking becomes difficult to cut.

まず、0.0001mol%以上の含有量の前記添加物が融液2Aに含まれることにより、ネッキング中の融液が切れにくくなることを見出した。   First, it was found that when the additive having a content of 0.0001 mol% or more is contained in the melt 2A, the melt during necking is hardly cut.

更に本発明者らは検討を進め、Mg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素を0.001 mol%以上融液2に添加すると、融液温度が1820℃以上でも融液2Aが4.85g/cc以上の密度を維持し、またその融液密度に相当する表面張力が確保されることにより、ネッキング中の融液が更に切れにくくなることを見出した。これによりネッキング失敗による原料蒸発損失が、2インチ基板加工に供する単結晶の重量を上回ることなく、高い歩留まりで単結晶を製造することができる。   Further, the present inventors have further studied, and when at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is added to the melt 2 in an amount of 0.001 mol% or more, the melt 2A is 4.85 even if the melt temperature is 1820 ° C. or more. It has been found that by maintaining a density of g / cc or more and ensuring a surface tension corresponding to the melt density, the melt during necking becomes more difficult to break. Thereby, the single crystal can be manufactured with a high yield without the raw material evaporation loss due to the necking failure exceeding the weight of the single crystal subjected to the 2-inch substrate processing.

従って、前記添加物を0.001 mol%以上融液に加えることで、ネッキング失敗による原料蒸発損失が、2インチ基板加工に供する単結晶の重量を上回ることなく、かつ、シードタッチ温度を添加量に応じてより高温に設定でき、単結晶を得られる頻度が上昇するとの結論を導き出し、本発明を完成させるに至った。   Therefore, by adding 0.001 mol% or more of the additive to the melt, the material evaporation loss due to necking failure does not exceed the weight of the single crystal used for 2-inch substrate processing, and the seed touch temperature depends on the amount added. Thus, a conclusion was reached that the frequency of setting to a higher temperature and the frequency of obtaining a single crystal was increased, and the present invention was completed.

更に、高品質な酸化ガリウム単結晶13を得るには、前記シードタッチ温度を高温度域に設定する必要があり、4.85g/cc以上の融液密度を、1840℃以上の融液温度で実現する必要があることを導き出した。従って、シードタッチの際の融液2Aの温度は1840℃以上と設定する。上記の要請から1840℃以上の融液温度で4.85g/cc以上の融液密度を実現するために、前記添加物の添加量を少なくとも0.001mol%以上の範囲とする必要性があることを本発明者等は導き出した。   Furthermore, in order to obtain a high-quality gallium oxide single crystal 13, it is necessary to set the seed touch temperature to a high temperature range, and a melt density of 4.85 g / cc or higher can be realized at a melt temperature of 1840 ° C. or higher. I derived what I need to do. Therefore, the temperature of the melt 2A at the time of seed touch is set to 1840 ° C. or higher. Based on the above requirements, it is necessary to set the amount of the additive to be in the range of at least 0.001 mol% or more in order to realize a melt density of 4.85 g / cc or more at a melt temperature of 1840 ° C. or more. The inventors have derived.

また、1840℃以上という高温でシードタッチすることが出来ることで、酸化ガリウム単結晶13に不規則面が混入する確率が抑えることが可能となった。これにより、基板作製に必要な単一の結晶面の横幅(前記幅W)及び直胴長さが共に2インチ以上の酸化ガリウム単結晶13を製造することが出来る。また、モザイク性の小さい高品質な酸化ガリウム単結晶を得ることが可能となり、X線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下の特性を有する、2インチ以上の横幅及び直胴長さの、単一の結晶面で構成される酸化ガリウム単結晶を実現することが可能となる。   In addition, since the seed-touch can be performed at a high temperature of 1840 ° C. or higher, the probability that an irregular surface is mixed into the gallium oxide single crystal 13 can be suppressed. As a result, a gallium oxide single crystal 13 in which both the lateral width (the width W) and the straight body length of a single crystal plane necessary for substrate production are 2 inches or more can be manufactured. In addition, it is possible to obtain a high-quality gallium oxide single crystal with a small mosaic property, and a single crystal having a width of FWHM of 2 inches or more and a straight body length having a FWHM of an X-ray rocking curve of 200 arcsec or less. It becomes possible to realize a gallium oxide single crystal composed of surfaces.

なお、シードタッチ温度を1960℃超に設定すると、結晶育成装置の設計にもよるが、前記坩堝3の一部が坩堝材の融点に達し、坩堝3の破壊を招いてしまう虞があるため、坩堝3の保護のため、シードタッチ温度の上限は1960℃以下に設定することが好ましい。   If the seed touch temperature is set above 1960 ° C., depending on the design of the crystal growth apparatus, a part of the crucible 3 may reach the melting point of the crucible material, and the crucible 3 may be destroyed. In order to protect the crucible 3, the upper limit of the seed touch temperature is preferably set to 1960 ° C. or lower.

また、酸化ガリウム単結晶を得られる頻度が上昇するとの観点から、前記シードタッチ温度は、前記添加物を含まない酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度よりも少なくとも10℃以上高温とすることが好ましい。   Further, from the viewpoint of increasing the frequency with which a gallium oxide single crystal can be obtained, the seed touch temperature should be at least 10 ° C. higher than the upper limit temperature for contact with a seed crystal of a gallium oxide melt not containing the additive. Is preferred.

0.0001mol%以上の含有量の前記添加物が融液2Aに含まれることにより、ネッキング中の融液が切れにくくなり、原料の蒸発ロスを低減することが出来るが、好ましい前記添加物の添加量は、図9より1840℃以上1960℃以下の融液温度で4.85g/cc以上の融液密度を実現可能にすると共に、不規則面の発生頻度を低減出来るとの観点から、融液2及び2Aの組成中の含有量として0.001mol%以上0.1mol%以下に設定する。更に、密度4.85g/cc以上に高密度化されることにより融液2及び2Aの表面張力が上昇し、酸化ガリウム単結晶13のネック部での融液2Aの切断が抑制され、ネッキングのやり直しに伴う融液2及び2Aからの蒸発による原料損失を低減できる。なお、酸化ガリウム単結晶13及び酸化ガリウム基板16においても前記添加量は0.001mol%以上0.1mol%以下に設定するが、酸化ガリウム単結晶13及び酸化ガリウム基板16における添加量とは、酸化ガリウム単結晶13及び酸化ガリウム基板16中の添加物の含有量と定義する。   When the additive having a content of 0.0001 mol% or more is contained in the melt 2A, the melt during necking is less likely to break, and evaporation loss of the raw material can be reduced. From FIG. 9, it is possible to realize a melt density of 4.85 g / cc or more at a melt temperature of 1840 ° C. or more and 1960 ° C. or less, and from the viewpoint of reducing the occurrence frequency of irregular surfaces, The content in 2A is set to 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. Furthermore, by increasing the density to 4.85 g / cc or more, the surface tension of the melts 2 and 2A increases, and the cutting of the melt 2A at the neck portion of the gallium oxide single crystal 13 is suppressed, and the necking is repeated. The raw material loss due to evaporation from the melts 2 and 2A can be reduced. Note that the addition amount in the gallium oxide single crystal 13 and the gallium oxide substrate 16 is also set to 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. The content of the additive in the crystal 13 and the gallium oxide substrate 16 is defined.

更に図9から、より高い融液温度域である1860℃以上1960℃以下の融液温度で4.85g/cc以上の融液密度を実現可能にすると共に、より不規則面の発生頻度を低減出来るとの観点から、融液2及び2Aの組成中の含有量として0.01mol%以上0.1mol%以下に設定することが、より好ましい。なお、酸化ガリウム単結晶13及び酸化ガリウム基板16においても前記添加量は0.01mol%以上0.1mol%以下に設定する。   Furthermore, from FIG. 9, it is possible to achieve a melt density of 4.85 g / cc or higher at a melt temperature of 1860 ° C. or higher and 1960 ° C. or lower, which is a higher melt temperature range, and to reduce the frequency of irregular surfaces. In view of the above, it is more preferable to set the content in the composition of the melts 2 and 2A to 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less. Note that, in the gallium oxide single crystal 13 and the gallium oxide substrate 16, the addition amount is set to 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less.

更に図9より、より更に高い融液温度域である1880℃以上1960℃以下の融液温度で4.85g/cc以上の融液密度を実現可能にすると共に、より不規則面の発生頻度を低減出来るとの観点から、融液2及び2Aの組成中の含有量として0.05mol%以上0.1mol%以下に設定することが、より好ましい。なお、酸化ガリウム単結晶13及び酸化ガリウム基板16においても前記添加量は0.05mol%以上0.1mol%以下に設定する。   Furthermore, from FIG. 9, it is possible to realize a melt density of 4.85 g / cc or higher at a melt temperature of 1880 ° C. or higher and 1960 ° C. or lower, which is an even higher melt temperature range, and further reduce the occurrence frequency of irregular surfaces. From the viewpoint of being possible, it is more preferable to set the content in the composition of the melts 2 and 2A to 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less. In addition, also in the gallium oxide single crystal 13 and the gallium oxide substrate 16, the addition amount is set to 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less.

また、酸化ガリウム単結晶13の結晶成長に還元雰囲気を用いることにより、酸化ガリウム単結晶13の比抵抗の変動を抑えることができる。更に、還元雰囲気を用いて酸化ガリウム基板16を作製する場合は、添加物をSiとし、酸化ガリウム基板16中の添加物の含有量を0.01mol%以上0.03mol%以下に設定することが、酸化ガリウム基板16の比抵抗の変動を抑えるという点から好ましい。   Further, by using a reducing atmosphere for crystal growth of the gallium oxide single crystal 13, fluctuations in the specific resistance of the gallium oxide single crystal 13 can be suppressed. Furthermore, when producing the gallium oxide substrate 16 using a reducing atmosphere, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate 16 is set to 0.01 mol% or more and 0.03 mol% or less. This is preferable from the viewpoint of suppressing fluctuations in the specific resistance of the gallium substrate 16.

なお、融液2から酸化ガリウム単結晶13を結晶成長させる方法に、EFG法を用いる場合は、スリットの厚さ方向に平板形状の種結晶を配置して、複数の酸化ガリウム単結晶13を引き上げることにより、平板形状の酸化ガリウム単結晶13を複数製造するようにしても良い。   When the EFG method is used as the method for growing the gallium oxide single crystal 13 from the melt 2, a plurality of gallium oxide single crystals 13 are pulled up by arranging a plate-shaped seed crystal in the thickness direction of the slit. Thus, a plurality of plate-shaped gallium oxide single crystals 13 may be manufactured.

図4及び図5は、EFG法により平板形状の酸化ガリウム単結晶(以下、適宜「単結晶」と表記)13を複数枚同時に製造する育成炉の概略構成図である。図4及び図5の育成炉35では、ダイ5を複数設けると共に、種結晶として酸化ガリウム単結晶から成る平板形状の基板34(以下、「種結晶基板34」と表記)を用いる。なお、図1及び図2の育成炉1と同一箇所には同一番号を付し、重複する説明は適宜省略して説明する。   4 and 5 are schematic configuration diagrams of a growth furnace for simultaneously producing a plurality of flat plate-shaped gallium oxide single crystals (hereinafter referred to as “single crystals”) 13 by the EFG method. 4 and 5, a plurality of dies 5 are provided, and a plate-like substrate 34 (hereinafter referred to as “seed crystal substrate 34”) made of gallium oxide single crystal is used as a seed crystal. In addition, the same number is attached | subjected to the same location as the growth furnace 1 of FIG.1 and FIG.2, and the overlapping description is abbreviate | omitted suitably and demonstrated.

坩堝3に融液2を充填し、融液2が毛細管現象によってダイ5の下端からスリット5Aの開口部5Bに上昇される。複数のダイ5は同一形状を有し、互いに平行に配置されている。ダイ5の上部は斜面となっており、斜面は向かい合わせに配置され、スリット5Aを通ってきた融液2の液溜まり(融液2A)を形成する(図5(a)参照)。   The crucible 3 is filled with the melt 2, and the melt 2 is raised from the lower end of the die 5 to the opening 5B of the slit 5A by capillary action. The plurality of dies 5 have the same shape and are arranged in parallel to each other. The upper part of the die 5 is an inclined surface, and the inclined surfaces are arranged facing each other to form a liquid pool (melt 2A) of the melt 2 that has passed through the slit 5A (see FIG. 5 (a)).

次に、種結晶基板34をスリット5Aの厚さ方向に(図4及び図5を参照)保持しつつ降下させ、前記液溜まり部分の融液2Aに接触させる(図5(b)参照)。スリット5A及び種結晶基板34との位置関係を、互いに垂直な方向に配置することにより、液溜まり部分の融液2Aと種結晶基板34との接触面積を小さくすることが可能となる。従って、種結晶基板34の接触部分が融液2Aとなじみ、結晶成長させる酸化ガリウム単結晶に結晶欠陥が生じにくくなる。更に、液溜まり部分の融液2Aと種結晶基板34との接触面積を小さくすることが可能となるため、ネック部を細く形成することができ、酸化ガリウム単結晶13の不規則面の発生を抑制して、結晶品質を高品質に保つことが可能となる。従って、酸化ガリウム単結晶13の歩留まりを向上することが可能となる。   Next, the seed crystal substrate 34 is lowered while being held in the thickness direction of the slit 5A (see FIGS. 4 and 5), and is brought into contact with the melt 2A in the liquid reservoir portion (see FIG. 5B). By arranging the positional relationship between the slit 5A and the seed crystal substrate 34 in directions perpendicular to each other, the contact area between the melt 2A in the liquid reservoir portion and the seed crystal substrate 34 can be reduced. Therefore, the contact portion of the seed crystal substrate 34 becomes compatible with the melt 2A, and crystal defects are less likely to occur in the gallium oxide single crystal to be crystal-grown. Furthermore, since it is possible to reduce the contact area between the melt 2A in the liquid pool portion and the seed crystal substrate 34, the neck portion can be formed narrowly, and the irregular surface of the gallium oxide single crystal 13 is generated. It is possible to suppress the crystal quality and keep it high. Therefore, the yield of the gallium oxide single crystal 13 can be improved.

種結晶基板34を液溜まり部分の融液2Aに接触させる際に、種結晶基板34の一部を溶融しても良い。種結晶基板34の一部を溶融することにより、速やかに融液2Aとの温度差を無くすことができ、酸化ガリウム単結晶の結晶欠陥の発生確率を更に抑えることが可能となる。   A part of the seed crystal substrate 34 may be melted when the seed crystal substrate 34 is brought into contact with the melt 2A of the liquid reservoir portion. By melting a part of the seed crystal substrate 34, the temperature difference from the melt 2A can be quickly eliminated, and the probability of occurrence of crystal defects in the gallium oxide single crystal can be further suppressed.

次に、図6に示すように種結晶基板34の引き上げを開始しネック部を形成後、前記の通りスプレディング、及び直胴工程を経て、複数の平板状の酸化ガリウム単結晶13が引き上げ成長される。   Next, as shown in FIG. 6, the seed crystal substrate 34 starts to be pulled up, and after forming the neck portion, as described above, a plurality of plate-like gallium oxide single crystals 13 are pulled and grown through the spreading and straight body processes. Is done.

このように複数のダイ5を用い、スリット5Aの厚さ方向に、種結晶基板34を配置して酸化ガリウム単結晶13を引き上げ成長することにより、一枚の種結晶基板34から複数枚の酸化ガリウム単結晶13を同時に製造することが可能となり、量産性が向上する。更に、一つの種結晶基板34で複数の酸化ガリウム単結晶13が製造でき、一枚当たりの酸化ガリウム単結晶13の製造コストを下げることが可能となる。また、種結晶基板34を単結晶材とすることにより、複数枚の酸化ガリウム単結晶13の結晶軸の方向を揃えることができ、品質のばらつきの少ない酸化ガリウム単結晶13を複数同時に製造することが可能となる。   In this way, by using a plurality of dies 5 and arranging a seed crystal substrate 34 in the thickness direction of the slit 5A and pulling and growing the gallium oxide single crystal 13, a plurality of oxides are produced from one seed crystal substrate 34. The gallium single crystal 13 can be manufactured at the same time, and the mass productivity is improved. Furthermore, a plurality of gallium oxide single crystals 13 can be manufactured on one seed crystal substrate 34, and the manufacturing cost of the gallium oxide single crystal 13 per sheet can be reduced. Also, by using the seed crystal substrate 34 as a single crystal material, the direction of the crystal axes of a plurality of gallium oxide single crystals 13 can be aligned, and a plurality of gallium oxide single crystals 13 with little variation in quality can be manufactured simultaneously. Is possible.

前記融液2及び2Aより、2インチ以上の横幅及び直胴長さの酸化ガリウム単結晶が実現されるので、その酸化ガリウム単結晶から、主面が2インチ以上で単一の結晶面からなる酸化ガリウム基板16が得られる。またモザイク性の小さい単一の結晶面で構成されることにより、酸化ガリウム基板16は200arcsec以下のX線ロッキングカーブのFWHMが実現される。   From the melts 2 and 2A, a gallium oxide single crystal having a width of 2 inches or more and a straight body length is realized. Therefore, the gallium oxide single crystal is composed of a single crystal plane with a main surface of 2 inches or more. A gallium oxide substrate 16 is obtained. Further, the gallium oxide substrate 16 can be configured with a FWHM of an X-ray rocking curve of 200 arcsec or less by being composed of a single crystal surface with a small mosaic property.

以下に、実施例を挙げて本発明を説明するが、本発明は以下の各実施例にのみ限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described with reference to examples. However, the present invention is not limited to the following examples.

(実施例1〜5及び比較例1)
実施例1〜5及び比較例1の酸化ガリウム単結晶の製造方法にはEFG法を用い、結雰囲気にはアルゴンガス100%の還元雰囲気を用いた。実施例1〜5では添加物をSiとし、Siを添加した酸化ガリウム融液から(101)面基板作製用のβ-Ga2O3単結晶を作製した。一方、比較例1では添加物を含まない酸化ガリウム融液からβ-Ga2O3単結晶を作製した。各実施例1〜5及び比較例1のシードタッチ温度は1820℃から1960℃に設定した。
(Examples 1-5 and Comparative Example 1)
The EFG method was used for the production methods of the gallium oxide single crystals of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, and a reducing atmosphere containing 100% argon gas was used as the condensing atmosphere. In Examples 1 to 5, the additive was Si, and a β-Ga2O3 single crystal for producing a (101) plane substrate was produced from a gallium oxide melt to which Si was added. On the other hand, in Comparative Example 1, a β-Ga2O3 single crystal was produced from a gallium oxide melt containing no additive. The seed touch temperatures of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 were set to 1820 ° C. to 1960 ° C.

β-Ga2O3単結晶の横幅及び直胴長さは、実施例1〜5及び比較例1共に2インチ以上とした。また、各実施例1〜5及び比較例1のβ-Ga2O3基板の主面は2インチとした。   The lateral width and the straight body length of the β-Ga2O3 single crystal were 2 inches or more in both Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. The main surface of each of the β-Ga2O3 substrates of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1 was 2 inches.

下記表1に、各実施例1〜5及び比較例1の各シードタッチ温度(1820℃、1830℃、1840℃、1860℃、1880℃、及び1960℃)における、ネッキングの成功率(%)と失敗回数を示す。ネック径は、育成した結晶のハンドリングに支障をきたさない範囲で可能な限り細く、概ね0.3mmを狙って、ネッキングを行った。成功率とは、そのシードタッチ温度でネッキングを開始した後、酸化ガリウム融液の切断が起こらずにネック形成できた確率を表す。また、ネッキングが成功するまでに、失敗してやり直した平均回数を失敗回数とした。   Table 1 below shows the success rate (%) of necking at each seed touch temperature (1820 ° C., 1830 ° C., 1840 ° C., 1860 ° C., 1880 ° C., and 1960 ° C.) in each of Examples 1 to 5 and Comparative Example 1. Indicates the number of failures. The neck diameter was as narrow as possible within the range that would not hinder the handling of the grown crystals, and necking was performed with a target of approximately 0.3 mm. The success rate represents the probability that a neck can be formed without cutting the gallium oxide melt after starting necking at the seed touch temperature. Also, the average number of times of failure and redo before necking succeeded was defined as the number of failures.

Figure 2013237591
Figure 2013237591

表1より、ネッキングの成功率が20%以上、つまり失敗の回数が4回以内であれば、ネッキング中の原料蒸発ロスが基板1枚相当の結晶重量より少ないので、許容しうる損失とした。また成功率が0%の条件においては当然ながら単結晶は得られなかった。   From Table 1, if the necking success rate is 20% or more, that is, if the number of failures is within 4 times, the loss of evaporation of the raw material during necking is less than the crystal weight corresponding to one substrate. Of course, no single crystal was obtained under the condition of a success rate of 0%.

表1において、20%以上のネッキング成功率が得られた条件のなかで、Si添加量ごとの最大のシードタッチ温度にて結晶育成した条件を抽出し、不規則面の発生頻度、X線ロッキングカーブのFWHM、及び2インチ酸化ガリウム基板作製時の収率の評価結果を表2に示した。   In Table 1, the conditions for crystal growth at the maximum seed touch temperature for each Si addition amount were extracted from the conditions that resulted in a necking success rate of 20% or more. Table 2 shows the evaluation results of the FWHM of the curve and the yield when producing a 2-inch gallium oxide substrate.

Figure 2013237591
Figure 2013237591

表1および2の比較例1の結果より、Si無添加の酸化ガリウム融液からのβ-Ga2O3単結晶成長では、1820℃でシードタッチすることで細いネックは形成可能であるものの、ネッキングの成功率が20%未満であるため、ネッキング中の原料蒸発ロスが2インチ基板一枚を加工し得る単結晶重量を超えてしまい、しかも、β-Ga2O3単結晶中の不規則面の発生を抑えることが出来なかった。一方、各実施例1〜5よりSi添加量を増加させるに従い、より高いシードタッチ温度でのβ-Ga2O3単結晶成長が可能になると共に、不規則面の発生頻度が抑制されることが判明した。また、不規則面の発生頻度が抑制されるに従い、主面2インチのβ-Ga2O3基板の収率も向上することが分かった。更に、Si添加量を少なくとも0.05mol%に設定することで、β-Ga2O3単結晶成長の試行回数が増加しても(5回から8回)、不規則面の発生頻度は0回に抑えられ、前記収率を100%にすることが可能となることも判明した。なお、各実施例1〜5で得られた、主面2インチのβ-Ga2O3基板のX線ロッキングカーブのFWHMは、何れも200arcsecとなったが、比較例1ではマルチピークとなった。   From the results of Comparative Example 1 in Tables 1 and 2, in the growth of β-Ga2O3 single crystals from Si-free gallium oxide melt, a thin neck can be formed by seed-touching at 1820 ° C, but necking was successful. Since the rate is less than 20%, the evaporation loss of raw materials during necking exceeds the weight of a single crystal that can process one 2-inch substrate, and the generation of irregular surfaces in a β-Ga2O3 single crystal is suppressed. I couldn't. On the other hand, it was found that as the Si addition amount was increased from Examples 1 to 5, β-Ga2O3 single crystal growth at a higher seed touch temperature became possible, and the occurrence frequency of irregular surfaces was suppressed. . It was also found that the yield of the β-Ga2O3 substrate having a main surface of 2 inches was improved as the occurrence frequency of irregular surfaces was suppressed. Furthermore, by setting the Si addition amount to at least 0.05 mol%, even if the number of trials of β-Ga2O3 single crystal growth is increased (5 to 8 times), the frequency of occurrence of irregular surfaces can be suppressed to 0 times. It was also found that the yield can be made 100%. The FWHM of the X-ray rocking curve of the 2-inch β-Ga 2 O 3 substrate obtained in each of Examples 1 to 5 was 200 arcsec, but in Comparative Example 1, it was a multi-peak.

(実施例6〜10及び比較例2)
次に、実施例6〜10及び比較例2について、下記表3を参照して説明する。なお、前記実施例1〜5及び比較例1と同一な製造工程や技術内容に関しては記載を省略し、主に相違点を説明することとする。
(Examples 6 to 10 and Comparative Example 2)
Next, Examples 6 to 10 and Comparative Example 2 will be described with reference to Table 3 below. In addition, description is abbreviate | omitted about the manufacturing process and technical content same as the said Examples 1-5 and the comparative example 1, and it shall mainly explain a difference.

実施例6〜10及び比較例2においてもEFG法を用い、雰囲気にはアルゴンガス100%の還元雰囲気を用いた。実施例6〜10でも添加物はSiとし、Siを添加した酸化ガリウム融液から(101)面基板作製用のβ-Ga2O3単結晶を作製した。一方、比較例2では添加物を含まない酸化ガリウム融液を用いた。実施例6〜10および比較例2は、それぞれ実施例1〜5および比較例1の条件と同様に単結晶を育成した。また、それぞれの結晶育成中のネッキングの失敗は4回以内であり、原料蒸発損失を抑制することが出来た。   Also in Examples 6 to 10 and Comparative Example 2, the EFG method was used, and a reducing atmosphere of 100% argon gas was used as the atmosphere. In Examples 6 to 10, the additive was Si, and a β-Ga2O3 single crystal for producing a (101) plane substrate was produced from a gallium oxide melt to which Si was added. On the other hand, in Comparative Example 2, a gallium oxide melt containing no additive was used. In Examples 6 to 10 and Comparative Example 2, single crystals were grown in the same manner as in Examples 1 to 5 and Comparative Example 1, respectively. Moreover, the failure of necking during each crystal growth was within 4 times, and the raw material evaporation loss could be suppressed.

下記表3に、各実施例6〜10及び比較例2におけるβ-Ga2O3単結晶のSi含有量と、該Si含有量毎の比抵抗値を示す。なお比抵抗の値は、各実施例6〜10及び比較例2の各β-Ga2O3単結晶から作製した、β-Ga2O3基板主面の面内方向の比抵抗を記した。なお、比較例2では単結晶が得られなかったので、2インチ以下の単結晶部分を切り出して基板としたが、比抵抗は基板表面で一様であり、他の基板と比較する上で特に支障は無い。   Table 3 below shows the Si content of β-Ga2O3 single crystals in Examples 6 to 10 and Comparative Example 2, and the specific resistance value for each Si content. The specific resistance value is the specific resistance in the in-plane direction of the main surface of the β-Ga2O3 substrate produced from each β-Ga2O3 single crystal of Examples 6 to 10 and Comparative Example 2. In addition, since the single crystal was not obtained in Comparative Example 2, the single crystal portion of 2 inches or less was cut out to make the substrate. However, the specific resistance is uniform on the substrate surface, which is particularly important when compared with other substrates. There is no hindrance.

Figure 2013237591
Figure 2013237591

表3より、還元雰囲気を用いた結晶育成を行うことにより、β-Ga2O3単結晶又はβ-Ga2O3基板の比抵抗はSi添加によらず0.02Ωcmとなり、Si添加が比抵抗に影響しないと認められた。   From Table 3, it is recognized that the specific resistance of β-Ga2O3 single crystal or β-Ga2O3 substrate is 0.02Ωcm regardless of Si addition by crystal growth using reducing atmosphere, and Si addition does not affect the specific resistance. It was.

1、35 育成炉
2、2A 酸化ガリウムを含む融液
3 坩堝
4 支持台
5 ダイ
5A スリット
5B 開口部
6 蓋
7 熱電対
8 断熱材
9 ヒータ部
10 種結晶
11 種結晶保持具
12 シャフト
13 酸化ガリウム単結晶
14 オリエンテーションフラット
15 主面
16 酸化ガリウム基板
17 ネック部の最も細い部分
34 種結晶基板
1, 35 Growth furnace 2, 2A Melt containing gallium oxide 3 Crucible 4 Support base 5 Die
5A slit
5B Opening 6 Lid 7 Thermocouple 8 Insulation 9 Heater
10 seed crystals
11 Seed crystal holder
12 shaft
13 Gallium oxide single crystal
14 Orientation flat
15 Main surface
16 Gallium oxide substrate
17 The narrowest part of the neck
34 Seed crystal substrate

Claims (29)

不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液。   A gallium oxide melt containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive. 密度が4.85g/cc以上である、請求項1に記載の酸化ガリウム融液。   The gallium oxide melt according to claim 1, wherein the density is 4.85 g / cc or more. 前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が添加されていることを特徴とする、請求項1又は2に記載の酸化ガリウム融液。   The gallium oxide melt according to claim 1, wherein at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is added as the additive. 前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.001mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1840℃以上であることを特徴とする、請求項1乃至3の何れかに記載の酸化ガリウム融液。   The additive is Si, and the addition amount in the composition of the gallium oxide melt is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less, and the temperature is 1840 ° C or more, The gallium oxide melt according to any one of 1 to 3. 前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.01mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1860℃以上であることを特徴とする、請求項1乃至4の何れかに記載の酸化ガリウム融液。   The additive is Si, the addition amount is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less as a content in the composition of the gallium oxide melt, and the temperature is 1860 ° C or more, The gallium oxide melt according to any one of 1 to 4. 前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.05mol%以上0.1mol%以下であり、温度が1880℃以上であることを特徴とする、請求項1乃至5の何れかに記載の酸化ガリウム融液。   The additive is Si, and the addition amount is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less as a content in the composition of the gallium oxide melt, and the temperature is 1880 ° C or more. The gallium oxide melt according to any one of 1 to 5. 不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液から結晶成長した酸化ガリウム単結晶。   A gallium oxide single crystal grown from a gallium oxide melt containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive. 密度が4.85g/cc以上であり添加物を含む酸化ガリウム融液から結晶成長され、横幅及び直胴長さが2インチ以上である請求項7に記載の酸化ガリウム単結晶。   The gallium oxide single crystal according to claim 7, wherein the gallium oxide single crystal has a density of 4.85 g / cc or more and is grown from a gallium oxide melt containing an additive and has a lateral width and a straight body length of 2 inches or more. 前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が含有されていることを特徴とする、請求項7又は8に記載の酸化ガリウム単結晶。   The gallium oxide single crystal according to claim 7 or 8, wherein the additive contains at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.001mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項7乃至9の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶。   The oxidation according to any one of claims 7 to 9, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. Gallium single crystal. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項7乃至10の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶。   The oxidation according to any one of claims 7 to 10, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less. Gallium single crystal. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム単結晶中の前記添加物の含有量が0.05mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項7乃至11の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶。   The oxidation according to any one of claims 7 to 11, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide single crystal is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less. Gallium single crystal. X線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下であることを特徴とする、請求項7乃至12の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶。   The gallium oxide single crystal according to any one of claims 7 to 12, wherein the X-ray rocking curve has a FWHM of 200 arcsec or less. 不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液から結晶成長した酸化ガリウム単結晶から作られた酸化ガリウム基板。   A gallium oxide substrate made of a gallium oxide single crystal grown from a gallium oxide melt containing an additive excluding inevitable impurities and having a higher density than a melt containing no additive. 密度が4.85g/cc以上であり添加物を含む酸化ガリウム融液から結晶成長され、横幅及び直胴長さが2インチ以上である酸化ガリウム単結晶から作られた、主面が2インチ以上の請求項14に記載の酸化ガリウム基板。   Crystal growth from a gallium oxide melt with an additive of 4.85 g / cc or more and containing an additive, made from a gallium oxide single crystal with a width and straight body length of 2 inches or more, and a main surface of 2 inches or more The gallium oxide substrate according to claim 14. X線ロッキングカーブのFWHMが200arcsec以下であることを特徴とする、請求項14又は15に記載の酸化ガリウム基板。   The gallium oxide substrate according to claim 14 or 15, wherein FWHM of an X-ray rocking curve is 200 arcsec or less. 前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が含有されていることを特徴とする、請求項14乃至16の何れかに記載の酸化ガリウム基板。   The gallium oxide substrate according to claim 14, wherein the additive contains at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.001mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項14乃至17の何れかに記載の酸化ガリウム基板。   The gallium oxide according to any one of claims 14 to 17, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.001 mol% or more and 0.1 mol% or less. substrate. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項14乃至18の何れかに記載の酸化ガリウム基板。   The gallium oxide according to any one of claims 14 to 18, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less. substrate. 前記添加物がSiであり、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.05mol%以上0.1mol%以下であることを特徴とする、請求項14乃至19の何れかに記載の酸化ガリウム基板。   The gallium oxide according to any one of claims 14 to 19, wherein the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less. substrate. 前記酸化ガリウム単結晶の結晶成長に還元雰囲気を用い、前記添加物をSiとし、前記酸化ガリウム基板中の前記添加物の含有量が0.01mol%以上0.03mol%以下であることを特徴とする、請求項14乃至19の何れかに記載の酸化ガリウム基板。   A reducing atmosphere is used for crystal growth of the gallium oxide single crystal, the additive is Si, and the content of the additive in the gallium oxide substrate is 0.01 mol% or more and 0.03 mol% or less, The gallium oxide substrate according to claim 14. 添加物を含む酸化ガリウム原料を坩堝に投入して加熱し、
不可避の不純物を除く添加物を含み、添加物を含まない融液よりも密度が大きい酸化ガリウム融液を得て、
前記酸化ガリウム融液に種結晶を接触させることにより、前記酸化ガリウム融液から酸化ガリウム単結晶を結晶成長させ、
前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を、前記添加物を含まない酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度よりも高温とする、酸化ガリウム単結晶の製造方法。
Put gallium oxide raw material containing additives into a crucible and heat,
Including an additive excluding inevitable impurities, obtaining a gallium oxide melt having a higher density than the melt containing no additive,
A gallium oxide single crystal is grown from the gallium oxide melt by bringing a seed crystal into contact with the gallium oxide melt,
A method for producing a gallium oxide single crystal, wherein the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is higher than the upper limit temperature of the gallium oxide melt not containing the additive that can contact the seed crystal.
前記添加物を含む酸化ガリウム融液の密度が4.85g/cc以上であり、
前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を、前記添加物を含まない酸化ガリウム融液の種結晶接触可能上限温度よりも少なくとも10℃以上高温とする、請求項22に記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。
The density of the gallium oxide melt containing the additive is 4.85 g / cc or more,
23. The gallium oxide according to claim 22, wherein the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is at least 10 ° C. higher than the upper limit temperature at which the seed crystal can be contacted with the gallium oxide melt not containing the additive. A method for producing a single crystal.
前記添加物としてMg、Al、Si、Sn、Ti、Geの少なくとも一元素が添加されていることを特徴とする、請求項22又は23に記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。   The method for producing a gallium oxide single crystal according to claim 22 or 23, wherein at least one element of Mg, Al, Si, Sn, Ti, and Ge is added as the additive. 前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、
0.001mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1840℃以上とすることを特徴とする、請求項22乃至24の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。
The additive is Si, and the addition amount is the content in the composition of the gallium oxide melt,
25. The gallium oxide unit according to claim 22, wherein the gallium oxide melt is in a range of 0.001 mol% to 0.1 mol% and the temperature of the gallium oxide melt contacting the seed crystal is 1840 ° C. or higher. Crystal production method.
前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.01mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1860℃以上とすることを特徴とする、請求項22乃至25の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。   The additive is Si, and the addition amount in the composition of the gallium oxide melt is 0.01 mol% or more and 0.1 mol% or less, and the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is 1860. 26. The method for producing a gallium oxide single crystal according to any one of claims 22 to 25, wherein the temperature is higher than or equal to ° C. 前記添加物がSiであり、添加量が前記酸化ガリウム融液の組成中の含有量として、0.05mol%以上0.1mol%以下であり、前記種結晶と接触する前記酸化ガリウム融液の温度を1880℃以上とすることを特徴とする、請求項22乃至26何れかに記載の酸化ガリウム
単結晶の製造方法。
The additive is Si, and the addition amount is 0.05 mol% or more and 0.1 mol% or less as the content in the composition of the gallium oxide melt, and the temperature of the gallium oxide melt in contact with the seed crystal is 1880. 27. The method for producing a gallium oxide single crystal according to any one of claims 22 to 26, wherein the gallium oxide single crystal is at or above a temperature.
前記酸化ガリウム単結晶の結晶成長に、還元雰囲気を用いることを特徴とする、請求項22乃至27の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。   The method for producing a gallium oxide single crystal according to any one of claims 22 to 27, wherein a reducing atmosphere is used for crystal growth of the gallium oxide single crystal. 前記酸化ガリウム融液から前記酸化ガリウム単結晶を結晶成長させる方法がEFG法であり、スリットの厚さ方向に、平板形状の前記種結晶を配置して複数の前記酸化ガリウム単結晶を引き上げることにより、平板形状の前記酸化ガリウム単結晶を複数製造することを特徴とする、請求項22乃至28の何れかに記載の酸化ガリウム単結晶の製造方法。   The method of growing the gallium oxide single crystal from the gallium oxide melt is the EFG method, and by arranging the plate-shaped seed crystal in the thickness direction of the slit and pulling up the plurality of gallium oxide single crystals. The method for producing a gallium oxide single crystal according to any one of claims 22 to 28, wherein a plurality of the plate-shaped gallium oxide single crystals are produced.
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