JP2013237600A - Method for growing aluminum nitride crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、成長容器内の高温部側に充填された原料を昇華させ、成長容器内の低温部側に配置された種結晶上に析出させて窒化アルミニウム結晶を成長させる窒化アルミニウム結晶の成長方法に係り、特に、特別な保持用部材や接着剤を用いることなく種結晶を簡便に保持でき、成長させた窒化アルミニウム結晶が種結晶と共に成長容器内に落下する現象も回避できると共に、成長容器の機密性(密閉性)が向上して成長容器外への原料漏洩も回避できる窒化アルミニウム結晶の成長方法に関するものである。 The present invention relates to a method for growing an aluminum nitride crystal by sublimating a raw material charged on a high temperature portion side in a growth vessel and depositing it on a seed crystal disposed on a low temperature portion side in the growth vessel to grow an aluminum nitride crystal. In particular, the seed crystal can be easily held without using any special holding member or adhesive, and the phenomenon that the grown aluminum nitride crystal falls into the growth vessel together with the seed crystal can be avoided. The present invention relates to a method for growing an aluminum nitride crystal that can improve confidentiality (sealing property) and avoid leakage of raw materials outside the growth vessel.
窒化アルミニウム(AlN)、窒化ガリウム(GaN)、窒化インジウム(InN)およびこれ等の混晶はIII族窒化物半導体と呼ばれ、バンドギャップはInNの0.8eVからAlNの6.4eVと広範囲にわたり、赤外から可視、深紫外領域の発光デバイス用材料としての応用が可能である。特に、GaNおよびGaInN混晶が青色(白色)発光素子用材料として飛躍的な発展を遂げたことは周知の通りである。GaN系材料の発展の基盤となったのは、サファイア単結晶を基板材料とするエピタキシャル成長技術、p型ドーピングをはじめとするデバイス技術である。 Aluminum nitride (AlN), gallium nitride (GaN), indium nitride (InN) and mixed crystals thereof are called group III nitride semiconductors, and the band gap ranges from 0.8 eV for InN to 6.4 eV for AlN. It can be applied as a material for light emitting devices in the infrared, visible, and deep ultraviolet regions. In particular, it is well known that GaN and GaInN mixed crystals have made significant progress as blue (white) light emitting device materials. The basis for the development of GaN-based materials is an epitaxial growth technology using a sapphire single crystal as a substrate material, and a device technology such as p-type doping.
しかし、青色より波長が短い紫外、深紫外領域でより高効率な発光素子やレーザーダイオードを形成しようとすると、現在主流である上記サファイア単結晶基板を用いたのでは材料特性上、限界があり、ホモエピタキシャル成長、すなわちAlNやGaNといった同種材料を基板に用いる必要が出てくる。その理由として、半導体材料をデバイスとして用いる場合には、窒化物半導体に限らず薄膜構造を形成する必要があるが、薄膜の品質に大きな影響を与えるのがベースとなる基板材料の特性だからである。良質なデバイスを実現するには、良質な薄膜単結晶を成長させる必要があり、そのためには格子定数や熱膨張係数が同じである同種基板を用いるのが最良の方法である。 However, when trying to form more efficient light-emitting elements and laser diodes in the ultraviolet and deep ultraviolet regions where the wavelength is shorter than that of blue, using the sapphire single crystal substrate, which is currently mainstream, has limitations in terms of material properties, Homoepitaxial growth, that is, it is necessary to use the same kind of material as AlN or GaN for the substrate. The reason for this is that when a semiconductor material is used as a device, it is necessary to form a thin film structure as well as a nitride semiconductor, but it is the characteristics of the base substrate material that greatly affects the quality of the thin film. . In order to realize a high-quality device, it is necessary to grow a high-quality thin film single crystal. For this purpose, it is the best method to use the same type of substrate having the same lattice constant and thermal expansion coefficient.
また、作製するデバイスの種類により基板に要求される特性も異なってくる。発光デバイスの場合には光を効率的に外部に取り出すことができるように、基板材料自身がデバイス層で発光する光を吸収しない光透過特性を持つことが望ましい。また、高出力化によってデバイスの発熱が問題となる場合には、基板を通して効率的に放熱する必要があり、熱伝導率の高い基板材料が望ましい。実際に、青色レーザーダイオードの実用化のために、既にGaNの自立基板(気相成長法によってGaN厚膜の成長を行い、成長後に種基板と成長層を剥離することによって得られる基板)が開発、実用化されている。 Also, the characteristics required for the substrate vary depending on the type of device to be manufactured. In the case of a light-emitting device, it is desirable that the substrate material itself has a light transmission characteristic that does not absorb light emitted from the device layer so that light can be efficiently extracted outside. In addition, when heat generation of the device becomes a problem due to high output, it is necessary to efficiently dissipate heat through the substrate, and a substrate material having high thermal conductivity is desirable. In fact, a GaN free-standing substrate (a substrate obtained by growing a GaN thick film by vapor deposition and peeling the seed substrate and the growth layer after growth) has already been developed for the practical use of blue laser diodes. Has been put to practical use.
更に、短波長領域となる深紫外領域での次世代デバイス開発のため、AlGaN混晶のエピタキシャル成長技術やデバイス技術の開発が盛んであるが、これ等の実用化のためには良質な基板、すなわち同種基板であるAlN単結晶基板の開発が不可欠と考えられている。 Furthermore, for the development of next-generation devices in the deep ultraviolet region, which is a short wavelength region, the development of epitaxial growth technology and device technology for AlGaN mixed crystals has been actively conducted. Development of an AlN single crystal substrate, which is the same type of substrate, is considered indispensable.
ところで、AlN単結晶の成長方法には、昇華成長法、溶液成長法、塩化物気相成長法(HVPE法)、有機金属気相結晶成長法(MOVPE法)、分子ビームエピタキシャル法(MBE法)等があり、デバイス用基板の実用化に向けて様々な方法で検討が行なわれている。これに対し、GaN基板の場合は、バルク単結晶を得ることが困難なため、HVPE法等を用いた厚膜成長による自立基板技術に頼らざるを得ないのが現状で、GaAsやサファイアといった異種材料を種基板として使用せざるを得ないことから、クラックの発生や転位密度等の品質およびコストの点で限界を有する。他方、上記AlNは昇華成長法によって比較的速い成長速度を実現でき、バルク単結晶の育成が可能であるという大きな利点がある。昇華成長法はSiC単結晶の成長技術として実用化の段階にあり、AlN単結晶の成長についても、低転位密度を代表とする高品質化、コストの点で非常に有利な方法と考えられており、特許文献1や特許文献2に示されているように鋭意研究が進められている。
By the way, there are sublimation growth method, solution growth method, chloride vapor phase growth method (HVPE method), metalorganic vapor phase crystal growth method (MOVPE method), molecular beam epitaxial method (MBE method). Various methods have been studied for practical use of device substrates. On the other hand, in the case of a GaN substrate, since it is difficult to obtain a bulk single crystal, it is currently necessary to rely on a self-supporting substrate technology based on a thick film growth using the HVPE method or the like. Since the material must be used as a seed substrate, there is a limit in terms of quality and cost such as generation of cracks and dislocation density. On the other hand, AlN has a great advantage that a relatively fast growth rate can be realized by a sublimation growth method, and a bulk single crystal can be grown. The sublimation growth method is in the stage of practical application as a SiC single crystal growth technique, and AlN single crystal growth is also considered to be a very advantageous method in terms of high quality and cost, represented by low dislocation density. Therefore, as shown in
但し、昇華法によるAlN単結晶成長では、種結晶となるAlN単結晶基板を得ること自体が困難なため、非特許文献1に示すように予めSiC基板上にAlN厚膜を成長させ、厚膜成長したAlN膜をSiCから分離させたものをAlN単結晶基板(シード)とし、更に厚いバルクAlN単結晶を得る方法が用いられている。すなわち、容器本体と蓋体とで構成される成長容器内において原料を昇華させ、AlN単結晶基板(シード)にAlN結晶を析出させる方法が用いられている。
However, in the AlN single crystal growth by the sublimation method, it is difficult to obtain an AlN single crystal substrate to be a seed crystal. Therefore, as shown in
ここで、種結晶(シード)となるSiCやAlNは、成長容器内の高温側に配置された原料と対向する低温側に配置させる必要があるが、配置の方法としては低温側に配置する上記蓋体に接着剤を用いて種結晶(シード)を貼り付けるのが一般的である。そして、上述したSiCの昇華成長法では、上記蓋体を構成する黒鉛にSiC種結晶を確実に保持させるための接着剤について多くの検討がなされており(例えば特許文献3)、結晶成長後における結晶の落下防止はもちろん、結晶裏面側の昇華によるマイクロパイプ等の結晶欠陥発生の防止に対しても重要な技術となっている。 Here, SiC or AlN used as a seed crystal (seed) needs to be arranged on the low temperature side facing the raw material arranged on the high temperature side in the growth vessel. In general, a seed crystal (seed) is attached to the lid using an adhesive. And in the sublimation growth method of SiC mentioned above, many examinations are made about the adhesive agent for making the graphite which comprises the said lid hold | maintain a SiC seed crystal reliably (for example, patent document 3), and after crystal growth In addition to preventing the fall of crystals, it is an important technique for preventing the occurrence of crystal defects such as micropipes due to sublimation on the back side of the crystal.
ところで、AlN単結晶を昇華成長法により成長させる場合、成長容器を構成する黒鉛は、Alガスとの反応性並びにAlガスの透過性において適性を欠くため、炭化タンタルやタングステンといった高融点金属やその炭化物、窒化物等を用いて成長容器を構成する必要がある。そして、炭化タンタルやタングステンといった高融点金属等で構成された蓋体に種結晶となるSiCやAlNを接着させる必要があるが、適当な接着剤がないため接着強度が弱く、成長させたAlN単結晶が種結晶と共に成長容器内に落下し易い問題が存在した。また、上記蓋体、接着剤、種結晶の熱膨張係数の差異により、成長させる結晶の結晶性が悪化するという問題も存在した。 By the way, when an AlN single crystal is grown by a sublimation growth method, graphite constituting the growth vessel lacks suitability for Al gas reactivity and Al gas permeability. It is necessary to configure the growth vessel using carbide, nitride or the like. Then, it is necessary to bond SiC or AlN as a seed crystal to a lid made of a refractory metal such as tantalum carbide or tungsten, but since there is no appropriate adhesive, the bonding strength is weak and the grown AlN single unit is not suitable. There was a problem that the crystal easily dropped into the growth vessel together with the seed crystal. There is also a problem that the crystallinity of the crystal to be grown deteriorates due to the difference in thermal expansion coefficients of the lid, the adhesive, and the seed crystal.
これ等問題に対し、特許文献4では、種結晶基板の外径より小さな貫通開口を有する種結晶保持用部材を用い、接着剤を用いることなく種結晶を保持する方法を開示している。しかしながら、上記成長容器や保持用部材として用いる炭化タンタル等の高融点金属は形状精度が悪く、また、結晶成長中に変形を伴う場合がある。この場合、精度不良や変形に起因して成長容器の密閉性が損なわれ、原料の昇華漏洩による製造効率の低下や種結晶自体の昇華による消失、欠陥の導入等が起こり易い問題があった。更に、種結晶保持用部材を用いることにより成長容器のコストが高くなるといった問題も存在した。 To deal with these problems, Patent Document 4 discloses a method of holding a seed crystal without using an adhesive, using a seed crystal holding member having a through opening smaller than the outer diameter of the seed crystal substrate. However, refractory metals such as tantalum carbide used as the growth vessel and holding member have poor shape accuracy and may be deformed during crystal growth. In this case, due to inaccuracy and deformation, the sealing of the growth vessel is impaired, and there is a problem that production efficiency decreases due to sublimation leakage of the raw material, the seed crystal itself disappears due to sublimation, and defects are easily introduced. Furthermore, there has been a problem that the cost of the growth vessel is increased by using the seed crystal holding member.
本発明はこのような問題点に着目してなされたもので、その課題とするところは、特別な種結晶保持用部材や接着剤を用いることなく種結晶を簡便に保持でき、成長させた窒化アルミニウム結晶が種結晶と共に成長容器内に落下する現象も回避できると共に、成長容器の機密性(密閉性)が向上して成長容器外への原料漏洩も回避できる窒化アルミニウム結晶の昇華成長法を提供することにある。 The present invention has been made paying attention to such problems, and the problem is that the seed crystal can be easily held without using a special seed crystal holding member or an adhesive, and has been grown. Providing a sublimation growth method for aluminum nitride crystals that can avoid the phenomenon of aluminum crystals falling into the growth vessel together with the seed crystal, and improve the confidentiality (sealing property) of the growth vessel and avoid leakage of raw materials outside the growth vessel. There is to do.
すなわち、請求項1に係る発明は、
一端側が開放され他端側が閉止された筒状容器本体と上記開放部を閉止する蓋体とで構成される成長容器内の高温部側に充填された原料を昇華させ、成長容器内の低温部側に配置された種結晶上に析出させて窒化アルミニウム結晶を成長させる窒化アルミニウム結晶の成長方法において、
上記筒状容器本体の開放部における開放縁部から外方へ外周縁が食み出る大きさを有する種結晶を用いて筒状容器本体の上記開放部を覆うと共に、種結晶の外周縁から外方へ食み出る大きさを有する蓋体を種結晶の裏面側に重ね合わせて筒状容器本体の開放部を閉止し、成長容器内の高温部側に充填された原料を昇華させて種結晶の上記裏面側とは反対の表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させることを特徴とする。
That is, the invention according to
The raw material filled on the high temperature part side in the growth vessel composed of a cylindrical vessel body that is open at one end and closed at the other end and a lid that closes the open part is sublimated, and the low temperature part in the growth vessel In the method for growing an aluminum nitride crystal, the aluminum nitride crystal is grown by being deposited on a seed crystal arranged on the side,
Covering the open part of the cylindrical container body with a seed crystal having a size that the outer peripheral edge protrudes outward from the open edge of the open part of the cylindrical container body, and externally from the outer peripheral edge of the seed crystal. A lid with a size that protrudes toward the back is overlaid on the back side of the seed crystal, the open part of the cylindrical container body is closed, and the raw material filled on the high temperature part side in the growth container is sublimated to seed crystal An aluminum nitride crystal is grown on the surface side opposite to the back side.
次に、請求項2に係る発明は、
請求項1に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法において、
上記種結晶とその裏面側に重ね合わされた蓋体との間に充填層を形成することを特徴とし、
請求項3に係る発明は、
請求項1または2に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法において、
上記筒状容器本体と蓋体の材質が、炭化タンタルおよびタングステンから選ばれる少なくとも1種類であることを特徴とし、
請求項4に係る発明は、
請求項1または2に記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法において、
上記種結晶が、炭化珪素、予め窒化アルミニウム単結晶層を表面に形成した炭化珪素、および、窒化アルミニウムから選ばれることを特徴とし、
また、請求項5に係る発明は、
請求項1〜4のいずれかに記載の窒化アルミニウム結晶の成長方法において、
上記種結晶の厚さが1mm以上であることを特徴とするものである。
Next, the invention according to claim 2
In the growth method of the aluminum nitride crystal of
A filling layer is formed between the seed crystal and the lid body overlapped on the back side thereof,
The invention according to
In the growth method of the aluminum nitride crystal of
The cylindrical container body and the lid are made of at least one material selected from tantalum carbide and tungsten,
The invention according to claim 4
In the growth method of the aluminum nitride crystal of
The seed crystal is selected from silicon carbide, silicon carbide having an aluminum nitride single crystal layer formed on the surface in advance, and aluminum nitride,
The invention according to
In the growth method of the aluminum nitride crystal in any one of Claims 1-4,
The seed crystal has a thickness of 1 mm or more.
本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法は、
筒状容器本体の開放部における開放縁部から外方へ外周縁が食み出る大きさを有する種結晶を用いて筒状容器本体の上記開放部を覆うと共に、種結晶の外周縁から外方へ食み出る大きさを有する蓋体を種結晶の裏面側に重ね合わせて筒状容器本体の開放部を閉止し、成長容器内の高温部側に充填された原料を昇華させて種結晶の上記裏面側とは反対の表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させることを特徴としている。
The method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention includes:
Cover the open part of the cylindrical container body with a seed crystal having a size that the outer peripheral edge protrudes outward from the open edge of the open part of the cylindrical container body, and outward from the outer peripheral edge of the seed crystal. A lid with a size that protrudes to the back is overlaid on the back side of the seed crystal to close the open part of the cylindrical container body, and the raw material filled on the high temperature part side in the growth container is sublimated to An aluminum nitride crystal is grown on the surface side opposite to the back side.
そして、種結晶における外周縁を筒状容器本体の上記開放縁部から外方へ食み出させた状態で、上記種結晶における外周縁の内側近傍領域が筒状容器本体の上記開放縁部に係止されていることから、特別な種結晶保持用部材や接着剤を用いることなく種結晶を簡便に保持することが可能となる。 And in the state where the outer peripheral edge of the seed crystal protrudes outward from the open edge portion of the cylindrical container body, the inner vicinity region of the outer peripheral edge of the seed crystal is in the open edge portion of the cylindrical container body. Since it is locked, the seed crystal can be easily held without using a special seed crystal holding member or an adhesive.
また、蓋体における外周縁を種結晶の上記外周縁から外方へ食み出させた状態で、種結晶の裏面側に上記蓋体を重ね合わせていることから、種結晶の裏面側全体が蓋体により覆われるため種結晶裏面側の昇華消失を防止することが可能となる。従って、成長した窒化アルミニウム結晶が種結晶と共に成長容器内に落下することがなく、窒化アルミニウム結晶を破損させることなく回収することが可能となる。 In addition, since the lid is overlapped on the back side of the seed crystal with the outer periphery of the lid projecting outward from the outer periphery of the seed crystal, the entire back side of the seed crystal is Since it is covered with the lid, it is possible to prevent disappearance of sublimation on the back side of the seed crystal. Therefore, the grown aluminum nitride crystal does not fall into the growth vessel together with the seed crystal, and can be recovered without damaging the aluminum nitride crystal.
更に、上記種結晶における外周縁の内側近傍領域が筒状容器本体の開放縁部に係止されており、筒状容器本体の開放縁部と接する種結晶外周縁の上記内側近傍領域は筒状容器本体の開放縁部からの伝熱により加熱されて温度が高くなり、その分、他の領域より昇華による消失が多くなるため、上記開放縁部と接する種結晶の上記内側近傍領域に筒状容器本体の開放縁部形状に沿った凹部が形成される。そして、この凹部に筒状容器本体の開放縁部が嵌合して筒状容器本体と種結晶との間に生じる隙間を閉止することになるため、成長容器の機密性(密閉性)が向上して成長容器外への原料の昇華漏洩が低減し、窒化アルミニウム結晶の結晶性と成長効率を向上させることが可能となる。 Further, the inner vicinity region of the outer periphery of the seed crystal is locked to the open edge of the cylindrical container body, and the inner vicinity region of the outer periphery of the seed crystal in contact with the open edge of the cylindrical container body is cylindrical. Heated by heat transfer from the open edge of the container body, the temperature becomes high, and disappearance due to sublimation is more than that in other areas, so a cylindrical shape is formed in the area near the inside of the seed crystal in contact with the open edge. A recess is formed along the open edge shape of the container body. And since the open edge part of a cylindrical container main body fits into this recessed part and the clearance gap produced between a cylindrical container main body and a seed crystal will be closed, the confidentiality (sealing property) of a growth container improves. Thus, sublimation leakage of the raw material to the outside of the growth vessel is reduced, and the crystallinity and growth efficiency of the aluminum nitride crystal can be improved.
以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail.
まず、図1は接着剤を用いて種結晶が成長容器の蓋体に保持される従来例に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法を示す説明図である。 First, FIG. 1 is an explanatory view showing a growth method of an aluminum nitride crystal according to a conventional example in which a seed crystal is held on a lid of a growth vessel using an adhesive.
成長容器1は、図1に示すように一端側が開放され他端側が閉止された炭化タンタル等から成る筒状容器本体10と、この容器本体10の上記開放部を閉止する炭化タンタル等から成る蓋体12とで構成されており、成長容器1の外周近傍に配設された加熱装置9によって成長容器1内に高温部7と低温部8の温度分布が形成されている。また、成長容器1の高温部7側には原料6が充填されると共に、成長容器1の低温部8側には種結晶4が配置されている。尚、種結晶4は、上述したように接着剤3を用いて上記蓋体12に接着し保持されている。そして、成長容器1の高温部7側に充填された上記原料6を昇華させ、成長容器1の低温部8側に配置した種結晶4上にAlNを析出させて成長結晶5を成長させるものである。
As shown in FIG. 1, the
次に、図2は本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法を示す説明図である。 Next, FIG. 2 is an explanatory view showing a method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention.
尚、本発明の成長容器21も、図2に示すように一端側が開放され他端側が閉止された炭化タンタル等から成る筒状容器本体20と、この容器本体20の上記開放部を閉止する炭化タンタル等から成る蓋体22とで構成されている。
The
本発明に係るAlN結晶の成長方法では、図2に示すように筒状容器本体20開放部の開放縁部から、その外周縁が外方へ食み出る大きさを有する種結晶23を用いると共に、この種結晶23における外周縁を図2に示すように筒状容器本体20の上記開放縁部から外方へ食み出させた状態で種結晶23における外周縁の内側近傍領域を筒状容器本体20の上記開放縁部に係止させている。更に、図2に示すように種結晶23の外周縁から、その外周縁が外方へ食み出る大きさを有する蓋体22を用い、かつ、蓋体22における外周縁を図2に示すように種結晶23の外周縁から外方へ食み出させた状態で種結晶23の裏面側(背面側)に蓋体22を重ね合わせると共に、上記種結晶23を介して容器本体20の開放部が蓋体22により閉止されている。
In the AlN crystal growth method according to the present invention, as shown in FIG. 2, a
そして、本発明に係るAlN結晶の成長方法では、成長容器21の高温部側に充填された原料25を昇華させ、成長容器21の低温部側に配置した種結晶23の上記裏面側(背面側)とは反対の表面側(成長容器21の内側に面した側)にAlNを析出させて成長結晶24を成長させるものである。
And in the growth method of the AlN crystal which concerns on this invention, the
上記筒状容器本体20の筒形状については、断面が円形状(すなわち円筒形)であっても、断面が矩形状であってもよく任意である。また、上記蓋体22における平面形状は筒状容器本体20の筒形状に合わせて、例えば、円形状、矩形状等任意である。更に、蓋体22における断面形状についても特に限定されるものではなく、例えば、図3の符号22Bで示すように蓋体の外周部にその外周縁に沿って下方へ伸びる凸状片を設け、蓋体の下面側に配置される種結晶23側面を保護するような構造であってもよい。
About the cylindrical shape of the said cylindrical container
また、図4に示すように、上記蓋体22と種結晶23との間の隙間をできる限り小さくして種結晶23裏面側の昇華を防止するため、例えば炭素系化合物等からなる充填層26を設けることも好適である。尚、上記充填層26については、例えば、平均粒径1μmの黒鉛微粒子がフェノール樹脂に分散された樹脂組成物を用い、これを80℃〜200℃で熱処理して形成することができる。
Also, as shown in FIG. 4, in order to prevent the sublimation on the back side of the
次に、図2〜4に示す本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法において、筒状容器本体と蓋体の材質は、炭化タンタルおよびタングステンから選ばれる少なくとも1種類から形成することが好適である。この場合、炭化タンタルは、タンタルの表面を炭化したものでも、全体が炭化タンタルでもよく、また、これ等筒状容器本体や蓋体の製法、寸法によって本発明の効果が制限されるものではない。 Next, in the method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention shown in FIGS. 2 to 4, it is preferable that the cylindrical container body and the lid are made of at least one material selected from tantalum carbide and tungsten. . In this case, the tantalum carbide may be carbonized on the surface of tantalum or may be entirely made of tantalum carbide, and the effect of the present invention is not limited by the manufacturing method and dimensions of the cylindrical container body and lid. .
また、図2〜4に示す本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法において、上記種結晶として、炭化珪素、予め窒化アルミニウム単結晶層を表面に形成した窒化珪素、窒化アルミニウムであることが好適である。上記種結晶の製法や方位、寸法、表面状態等は目的とするAlN結晶の寸法、成長に合わせて適宜選択すればよく、本発明の効果はこれ等によって制限されるものではない。 In the method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention shown in FIGS. 2 to 4, the seed crystal is preferably silicon carbide, silicon nitride having an aluminum nitride single crystal layer previously formed on the surface, or aluminum nitride. is there. The seed crystal production method, orientation, dimensions, surface state, and the like may be appropriately selected according to the dimensions and growth of the target AlN crystal, and the effects of the present invention are not limited thereto.
更に、図2〜4に示す本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法において、用いる種結晶の厚さは1mm以上であることが好適である。その理由は、1mm未満の薄い種結晶を用いた場合、種結晶自体の昇華消失が進むことにより、種結晶および成長したAlN結晶を保持できなくなる可能性があるからである。 Furthermore, in the method for growing an aluminum nitride crystal according to the present invention shown in FIGS. 2 to 4, the thickness of the seed crystal used is preferably 1 mm or more. The reason is that when a thin seed crystal of less than 1 mm is used, the seed crystal itself may not be able to hold the seed crystal and the grown AlN crystal due to the disappearance of sublimation of the seed crystal itself.
尚、図1〜4を用いて昇華法について説明したが、本発明に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法(昇華成長法)における加熱方法、原料、雰囲気ガスの種類や圧力、温度、時間等の各種成長条件等においてその効果が制限されるものでないことは明らかである。 In addition, although the sublimation method was demonstrated using FIGS. 1-4, various kinds, such as the heating method in the growth method (sublimation growth method) of the aluminum nitride crystal concerning this invention, a raw material, atmospheric gas kind, pressure, temperature, time, etc. It is clear that the effect is not limited by the growth conditions.
以下、実施例により本発明を具体的に説明するが、本発明の技術的内容が以下の実施例によって何ら限定されるものでは無い。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention concretely, the technical content of this invention is not limited at all by the following Examples.
この実施例に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法は、蓋体と種結晶との間に充填層が設けられた図4の構成物を用いた例である。 The aluminum nitride crystal growth method according to this embodiment is an example using the structure of FIG. 4 in which a filling layer is provided between the lid and the seed crystal.
筒状容器本体20として、一端側が開放され他端側が閉止された直径47mmφ、高さ80mm、厚さ1mmの円筒状炭化タンタルを用いた。また、種結晶23として、成長面側(窒化アルミニウム結晶が析出する側)が機械化学研磨による鏡面、成長面側とは反対の裏面側をラップ面とした厚さ2mm、直径50mmのc面6H−SiC基板を用いた。更に、蓋体22として、厚さ2mm、直径60mmの炭化タンタル板を用い、かつ、炭化タンタル製蓋体の平面精度により種結晶23との間に僅かな隙間が生じてしまうため、蓋体22と種結晶23との間に炭素化合物からなる充填層26を形成した。
As the
尚、充填層26は、平均粒径1μmの黒鉛微粒子が熱硬化型フェノール樹脂に分散された樹脂組成物を80℃〜200℃で熱処理して形成されている。また、原料25として、AlN多結晶粉末を用いた。
The packed
窒化アルミニウム(AlN)結晶の昇華成長では、加熱方法として高周波誘導加熱を用い、真空排気および高純度窒素ガスの供給が可能な石英製の容器中にセットされたグラファイトサセプターの内部に上記説明した寸法、材質の構成物(図4に示す構成物)を充填した。 In the sublimation growth of an aluminum nitride (AlN) crystal, the above-described dimensions are set inside a graphite susceptor set in a quartz container that can be evacuated and supplied with high-purity nitrogen gas using high-frequency induction heating as a heating method. The material composition (the composition shown in FIG. 4) was filled.
窒化アルミニウム(AlN)結晶の成長雰囲気は、高純度窒素101kPaとし、高周波誘導加熱によってグラファイトサセプターを加熱し、種結晶23が配置された成長容器21の上部を低温側として1700℃〜1800℃、原料25が配置された成長容器21の部分を高温側として1850℃〜1950℃とし、10〜50時間AlN結晶の成長を行った。
The growth atmosphere of the aluminum nitride (AlN) crystal is high-purity nitrogen 101 kPa, the graphite susceptor is heated by high-frequency induction heating, and the upper part of the
得られたAlN結晶(成長結晶24)は、種結晶23であるSiC基板の中心部分に、直径約30mm、厚さ約1〜5mmに単結晶成長しており、成長中や成長後に割れ等で成長容器21内に落下することなく回収することができた。
The obtained AlN crystal (growth crystal 24) is grown as a single crystal with a diameter of about 30 mm and a thickness of about 1 to 5 mm on the center portion of the SiC substrate which is the
また、成長したAlN単結晶(成長結晶24)は比較的透明で、X線ロッキングカーブの半値幅で100秒程度であり、結晶性も良好であった。 Further, the grown AlN single crystal (growth crystal 24) was relatively transparent, the half-value width of the X-ray rocking curve was about 100 seconds, and the crystallinity was also good.
また、筒状容器本体20の開放縁部と接する種結晶23の内側近傍領域は、上記開放縁部と接していない領域より昇華消失によって厚さが0.5〜1mm程度減じており、種結晶23の内側近傍領域には、上記筒状容器本体20の開放縁部形状に沿った凹部が形成されているのが観察された。この現象は、筒状容器本体20の開放縁部に接触していた種結晶23の内側近傍領域が、成長容器21高温部側に位置した上記筒状容器本体20の開放縁部からの伝熱により加熱されて他の領域より温度が高くなり、昇華消失によって筒状容器本体20の上記開放縁部形状に沿った凹部が形成されたものである。そして、この凹部に筒状容器本体20の開放縁部が嵌合して筒状容器本体20と種結晶23との間に生じる隙間を閉止することになるため、成長容器21の機密性(密閉性)が向上して成長容器21外への原料の昇華漏洩が低減し、窒化アルミニウム結晶の結晶性と成長効率が向上することを示している。
In addition, a region near the inside of the
[比較例]
この比較例に係る窒化アルミニウム結晶の成長方法は、接着剤を用いて蓋体の裏面側に種結晶を保持する図1の構成物を用いた例である。
[Comparative example]
The aluminum nitride crystal growth method according to this comparative example is an example using the structure of FIG. 1 that holds a seed crystal on the back side of the lid using an adhesive.
すなわち、種結晶4の直径を40mmとし、接着剤3として炭素系化合物からなる接着剤(実施例の充填層26と同様、平均粒径1μmの黒鉛微粒子が熱硬化型フェノール樹脂に分散された樹脂組成物)を用いて蓋体12に貼り付けている点を除き、実施例と同様の構成および成長条件で窒化アルミニウム結晶の成長を行なっている。
That is, the diameter of the seed crystal 4 is 40 mm, and an adhesive made of a carbon-based compound as the adhesive 3 (a resin in which graphite fine particles having an average particle diameter of 1 μm are dispersed in a thermosetting phenol resin as in the
そして、比較例では、種結晶4と蓋体12との接着力不足に起因し、成長中や成長後において、50%程度の割合で種結晶4および成長したAlN結晶が成長容器1内部の高温側に落下してしまい、この結果、落下物が原料6と固着し、また、昇華消失してしまい、AlN単結晶を得ることができなかった。
In the comparative example, due to insufficient adhesion between the seed crystal 4 and the
また、落下することなく成長後において種結晶4および成長したAlN結晶を回収できた場合、得られたAlN結晶は、種結晶であるSiC基板の中心部分に、直径約25mm、厚さ約0.5〜3mmに単結晶成長しており、実施例と比較した場合、成長するAlN単結晶の厚さに関して薄くなる傾向が確認された。また、実施例と比較した場合、結晶性や透明度に関し多少劣る傾向も見られたが、これは成長膜厚が薄いことによるものと考えられる。 Further, when the seed crystal 4 and the grown AlN crystal can be recovered after the growth without dropping, the obtained AlN crystal is about 25 mm in diameter and about 0.00 mm in thickness at the center portion of the SiC substrate as the seed crystal. A single crystal was grown to 5 to 3 mm, and when compared with the example, a tendency to be thin with respect to the thickness of the growing AlN single crystal was confirmed. Moreover, when compared with the Examples, there was a tendency to be somewhat inferior in terms of crystallinity and transparency, which is considered to be due to the thin growth film thickness.
本発明によれば、特別な種結晶保持用部材や接着剤を用いることなく種結晶を簡便に保持でき、成長させた窒化アルミニウム結晶が種結晶と共に成長容器内に落下する現象も回避できると共に、成長容器の機密性(密閉性)が向上して成長容器外への原料漏洩も回避できるため、AlGaN系半導体デバイス用基板として好適な特性を有する高品質なAlN基板を歩留まりよく低コストで製造することが可能となる。そして、得られたAlN基板は、深紫外領域での発光素子や高周波高出力電子素子等のデバイス製造に利用される産業上の利用可能性を有している。 According to the present invention, the seed crystal can be easily held without using a special seed crystal holding member or adhesive, and the phenomenon that the grown aluminum nitride crystal falls into the growth vessel together with the seed crystal can be avoided. Since the confidentiality (sealing property) of the growth vessel is improved and leakage of the raw material to the outside of the growth vessel can be avoided, a high-quality AlN substrate having characteristics suitable as an AlGaN-based semiconductor device substrate is manufactured at a high yield and at a low cost. It becomes possible. The obtained AlN substrate has industrial applicability for use in manufacturing devices such as light-emitting elements and high-frequency high-power electronic elements in the deep ultraviolet region.
1 成長容器
3 接着剤
4 種結晶
5 成長結晶(AlN結晶)
6 原料
7 高温部
8 低温部
9 加熱装置
10 筒状容器本体
12 蓋体
20 筒状容器本体
21 成長容器
22 蓋体
22B 蓋体
23 種結晶
24 成長結晶(AlN結晶)
25 原料
26 充填層
DESCRIPTION OF
6
25
Claims (5)
上記筒状容器本体の開放部における開放縁部から外方へ外周縁が食み出る大きさを有する種結晶を用いて筒状容器本体の上記開放部を覆うと共に、種結晶の外周縁から外方へ食み出る大きさを有する蓋体を種結晶の裏面側に重ね合わせて筒状容器本体の開放部を閉止し、成長容器内の高温部側に充填された原料を昇華させて種結晶の上記裏面側とは反対の表面側に窒化アルミニウム結晶を成長させることを特徴とする窒化アルミニウム結晶の成長方法。 The raw material filled on the high temperature part side in the growth vessel composed of a cylindrical vessel body that is open at one end and closed at the other end and a lid that closes the open part is sublimated, and the low temperature part in the growth vessel In the method for growing an aluminum nitride crystal, the aluminum nitride crystal is grown by being deposited on a seed crystal arranged on the side,
Covering the open part of the cylindrical container body with a seed crystal having a size that the outer peripheral edge protrudes outward from the open edge of the open part of the cylindrical container body, and externally from the outer peripheral edge of the seed crystal. A lid with a size that protrudes toward the back is overlaid on the back side of the seed crystal, the open part of the cylindrical container body is closed, and the raw material filled on the high temperature part side in the growth container is sublimated to seed crystal A method for growing an aluminum nitride crystal, comprising growing an aluminum nitride crystal on a surface side opposite to the back surface side of the above.
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014017021A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Seed holder of a single crystal growing apparatus, single crystal growing apparatus and composite material |
CN108396384A (en) * | 2018-05-25 | 2018-08-14 | 深圳大学 | A kind of device and method preparing aluminum nitride crystal |
CN109487335A (en) * | 2019-01-08 | 2019-03-19 | 山东大学 | A kind of seed crystal adhering method for aluminum-nitride single crystal growth |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001139394A (en) * | 1999-11-10 | 2001-05-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Seed crystal fixing agent, method of fixing seed crystal and method of producing single crystal using them |
JP2006021964A (en) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ain single crystal and its growth method |
JP2011132079A (en) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Aluminum nitride single crystal, method and apparatus for manufacturing the same |
-
2012
- 2012-05-17 JP JP2012113180A patent/JP5792675B2/en active Active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2001139394A (en) * | 1999-11-10 | 2001-05-22 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Seed crystal fixing agent, method of fixing seed crystal and method of producing single crystal using them |
JP2006021964A (en) * | 2004-07-08 | 2006-01-26 | Sumitomo Electric Ind Ltd | Ain single crystal and its growth method |
JP2011132079A (en) * | 2009-12-25 | 2011-07-07 | National Institute Of Advanced Industrial Science & Technology | Aluminum nitride single crystal, method and apparatus for manufacturing the same |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102014017021A1 (en) * | 2014-11-19 | 2016-05-19 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Seed holder of a single crystal growing apparatus, single crystal growing apparatus and composite material |
DE102014017021B4 (en) * | 2014-11-19 | 2021-02-11 | Forschungsverbund Berlin E.V. | Seed holder of a single crystal growing device and single crystal growing device |
CN108396384A (en) * | 2018-05-25 | 2018-08-14 | 深圳大学 | A kind of device and method preparing aluminum nitride crystal |
CN109487335A (en) * | 2019-01-08 | 2019-03-19 | 山东大学 | A kind of seed crystal adhering method for aluminum-nitride single crystal growth |
CN109487335B (en) * | 2019-01-08 | 2021-03-02 | 山东大学 | Seed crystal bonding method for aluminum nitride single crystal growth |
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