JP2017193466A - 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法 - Google Patents

酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法 Download PDF

Info

Publication number
JP2017193466A
JP2017193466A JP2016085153A JP2016085153A JP2017193466A JP 2017193466 A JP2017193466 A JP 2017193466A JP 2016085153 A JP2016085153 A JP 2016085153A JP 2016085153 A JP2016085153 A JP 2016085153A JP 2017193466 A JP2017193466 A JP 2017193466A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
gallium oxide
oxide crystal
heat
producing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2016085153A
Other languages
English (en)
Other versions
JP6726910B2 (ja
Inventor
圭吾 干川
Keigo Hoshikawa
圭吾 干川
小林　拓実
Takumi Kobayashi
拓実 小林
悦子 大葉
Etsuko Oba
悦子 大葉
潤 柳澤
Jun Yanagisawa
潤 柳澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fujikoshi Machinery Corp
Shinshu University NUC
Original Assignee
Fujikoshi Machinery Corp
Shinshu University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Fujikoshi Machinery Corp, Shinshu University NUC filed Critical Fujikoshi Machinery Corp
Priority to JP2016085153A priority Critical patent/JP6726910B2/ja
Priority to US15/470,547 priority patent/US10570528B2/en
Priority to KR1020170049086A priority patent/KR102349701B1/ko
Priority to RU2017113355A priority patent/RU2729682C2/ru
Priority to CN201710256274.0A priority patent/CN107304481B/zh
Priority to CN202111202574.3A priority patent/CN113930841B/zh
Priority to TW106113204A priority patent/TWI729118B/zh
Priority to TW110117047A priority patent/TWI794810B/zh
Priority to DE102017206741.1A priority patent/DE102017206741A1/de
Publication of JP2017193466A publication Critical patent/JP2017193466A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6726910B2 publication Critical patent/JP6726910B2/ja
Priority to KR1020220000203A priority patent/KR102374317B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/002—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22C—ALLOYS
    • C22C5/00—Alloys based on noble metals
    • C22C5/04—Alloys based on a platinum group metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/001—Continuous growth
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/003—Heating or cooling of the melt or the crystallised material
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/006—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/007—Mechanisms for moving either the charge or the heater
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/10—Crucibles or containers for supporting the melt
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B15/00—Single-crystal growth by pulling from a melt, e.g. Czochralski method
    • C30B15/14—Heating of the melt or the crystallised materials
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/16—Oxides
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B14/10—Crucibles
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02518—Deposited layers
    • H01L21/02521—Materials
    • H01L21/02565—Oxide semiconducting materials not being Group 12/16 materials, e.g. ternary compounds
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/02104—Forming layers
    • H01L21/02365—Forming inorganic semiconducting materials on a substrate
    • H01L21/02612—Formation types
    • H01L21/02617—Deposition types
    • H01L21/02623—Liquid deposition
    • H01L21/02625—Liquid deposition using melted materials
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F27—FURNACES; KILNS; OVENS; RETORTS
    • F27B—FURNACES, KILNS, OVENS, OR RETORTS IN GENERAL; OPEN SINTERING OR LIKE APPARATUS
    • F27B14/00—Crucible or pot furnaces
    • F27B14/08—Details peculiar to crucible or pot furnaces
    • F27B2014/0825—Crucible or pot support

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Abstract

【課題】酸化ガリウム結晶の大形化、高品質化を可能とする、酸化ガリウム結晶の製造装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、基体１２と、基体１２上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体１４と、炉本体１４を閉塞する蓋体１８と、炉本体１４内に配設された発熱体２０と、基体１２を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸２４と、るつぼ受軸２４上に配設され、発熱体２０により加熱されるるつぼ３０とを具備する垂直ブリッジマン炉からなる酸化ガリウム結晶の製造装置１０であって、るつぼ３０が、Pt系合金製のるつぼであり、炉本体１４の内壁が、所要高さを有するリング状の耐熱部材３２ｂが複数積層された耐熱壁３２に形成されていると共に、リング状の耐熱部材３２ｂが複数の分割片３２ａが接合されてリング状に形成されていることを特徴とする。
【選択図】図３

Description

本発明は、ポストシリコン結晶材料の一つと位置づけられているパワ−デバイス用ワイドギャップ半導体である酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法に関する。
酸化ガリウムの単結晶（特にβ-Ga2O3単結晶。以下ではβ-Ga2O3単結晶で説明する）、2000年にY.Tomm らによって、FZ法、CZ法による単結晶成長の報告（非特許文献３、４）がなされて以来、当初はLED用GaN薄膜作製用基板として結晶成長の研究開発がされてきた。
最近になって、M.Higashiwakiらによる、β-Ga2O3単結晶を用いたパワ−デバイス用FET実現の報告がなされ（非特許文献１１）、パワ−デバイス用ワイドギャップ半導体基板実現のための高品質、大形、低価格なβ-Ga2O3単結晶の製造に強い関心が寄せられている。
デバイス応用を考慮したβ-Ga2O3単結晶は、図１８に示すように、浮遊帯（Floating Zone：FZ）法、CZ法、EFG法、VB法、HB法等の方法で成長が可能であると考えられる。
これらの結晶成長方法のうち、FZ法は、その結晶成長原理からして、原料融液を保持するための容器が不要であるため、原料を融解する高温度（融点）までの加熱する手段は比較的容易に実現が可能であり、これまでにも多くの研究がされている（非特許文献１〜３、５、７、８）。しかし、FZ法は、その成長原理・温度環境から考察しても、転位等構造欠陥を抑制した高品質結晶の大形化には技術的な限界があり、過去10数年間に多くの検討がされてはいるものの（非特許文献１〜３、５、７、８、特許文献６）、デバイス応用に十分応えられている状況にはないと言える。
一方、従来から工業的に応用可能な大形で高品質な単結晶を製造方法として、CZ法およびEFG法が多くの単結晶成長に利用されている。β-Ga2O3単結晶成長に関しても、2000年以降、CZ法（非特許文献４、10）およびEFG法（非特許文献９、特許文献１〜５）の研究開発が盛んに行われている状況が推測される。しかし、未だ今後のパワ−デバイス応用に応えられる大形、高品質、低価格なβ-Ga2O3単結晶体の提供には至っていない。
特開２０１３−２３７５９１号公報 特開２０１１−１９０１３４号公報 特開２０１１−１９０１２７号公報 特開２０１１−１５３０５４号公報 特開２００６−３１２５７１号公報 特開２００４−２６２６８４号公報
N. Ueda, H. Hosono, R. Waseda, H. Kawazoe, Appl. Phys. Lett. 70 (1997) 3561. V.I. Vasyltsiv, Ya.I. Rym, Ya.M. Zakharo, Phys. Stat. Sol. B 195 (1996) 653. Y. Tomm, J.M. Ko, A. Yoshikawa, T. Fukuda, Solar Energy mater. Solar Cells 66 (2000) 369. Y. Tomm et.al; Czochralski grown Ga2O3 crystals, Journal of Crystal Growth, 220 (2000) 510-514 E.G. Villora et.al; Large-sizeβ-Ga2O3 single crystals and wafers, Journal of Crystal Growth 270 (2004) 420-426. M. Zinkevich et.al; Thermodynamic Assessment of the Gallium-Oxygen System,J. Am. Ceram. Soc., 87 [4] 683-91 (2004). J. Zhanga et.al; Growth and spectral characterization of β-Ga2O3 single crystals, Journal of Physics and Chemistry of Solids 67 (2006) 2448-2451. J. Zhanga et.al; Growth and characterization of new transparent conductive oxides single crystalsβ-Ga2O3: Sn, Journal of Physics and Chemistry of Solids 67 (2006) 1656-1659 H. 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 Z. Galazka et.al; Czochralski growth and characterization of β-Ga2O3 single Rystals, Cryst. Res. Technol. 45, No.12,(2010)1229-1236 M. Higashiwaki et.al;Gallium oxide (Ga2O3) metal-semiconductor field-effect transistors on single-crystal β-Ga2O3 (010) substrates, Appl. Phys. Lett. 100, (2012) 013504
CZ法およびEFG法で結晶育成を行う場合、原料融液を保持するためのるつぼが必須となる。β-Ga2O3の融点は約1800℃と高温であることから、融点の視点から適用が考えられるるつぼ材としては、Ir、Mo、W等の高融点金属が挙げられる。
しかしながら、MoおよびWは、1800℃を超える高温下で、るつぼ中にβ-Ga2O3を融解した場合、るつぼ材であるMoまたはWの還元力が大きく、β-Ga2O3から酸素を奪って分解し、自らは酸化してしまうことから、るつぼには全く適用できないことが分かっている。その結果、CZ法るつぼおよびEFG法るつぼおよびダイ材料に適用できる高融点金属はIrのみであると認識される。実際に参考論文文献におけるCZ法（非特許文献４、10）、EFG法（非特許文献９）に適用されているるつぼ材は全てIrであることからもこの認識は理解される。
しかし、発明者らは現用されているCZ法るつぼ材およびEFG法るつぼ材（ダイ材を含む）であるIrにも実は大きな問題があることを、種々の実験および理論的考察によって明らかにするに至った。
すなわち、Irは1800℃を越える高温炉内で数％を越える酸素分圧下では、Irの酸化反応が進み、安定なるつぼ材料としては適用が困難になることが判明した。一方、β-Ga2O3は、1800℃を越える高温中では10%以下の酸素分圧下では酸素を失う分解反応が進行し、安定なβ-Ga2O3融液としては存在が困難な状況になることも判明した。
上述のように、原料融液であるβ-Ga2O3に要求される高温炉内での酸素分圧条件と、これを保持するIrるつぼに要求される酸素分圧条件とは相反していることは明らかである。すなわち、Irもβ-Ga2O3原料融液を収納する適切なるつぼ材ではあり得ないことが認識される。
さらに附言すれは、従来、Irるつぼを適用したCZ法およびEFG法によるβ-Ga2O3結晶育成は、炉内が数％の狭い範囲の酸素分圧下では可能になってはいても、成長したβ-Ga2O3結晶中には、酸素不足下で成長した酸化物結晶に多発する高密度の酸素欠陥の発生やIrの酸化による蒸発・減量、劣化の問題等が実験的にも明らかになっている。さらに、酸素欠陥はn形不純物的に作用し、高濃度のドナ−を生成することから、p形β-Ga2O3の実現を大変困難にしている等々半導体デバイス実現上にも多くの課題を抱えている。
本発明は、上述した課題を解決すべくなされたものであり、ポストシリコン材料として、将来のパワ−デバイス製造に必須のワイドギャップ半導体材料としての酸化ガリウム結晶の大形化、高品質化を可能とする、酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法を提供することを目的とする。
本発明に係る酸化ガリウム結晶の製造装置は、基体と、該基体上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体と、該炉本体を閉塞する蓋体と、前記炉本体内に配設された発熱体と、前記基体を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸と、該るつぼ受軸上に配設され、前記発熱体により加熱されるるつぼとを具備する垂直ブリッジマン炉からなる酸化ガリウム結晶の製造装置であって、前記るつぼが、Pt系合金製のるつぼであり、前記炉本体の内壁が、所要高さを有するリング状の耐熱部材が複数積層された耐熱壁に形成されていると共に、前記リング状の耐熱部材が複数の分割片が接合されてリング状に形成されていることを特徴とする。
前記るつぼに、Rh含有量10〜30wt%のPt-Rh系合金製のるつぼを用いることができる。
前記耐熱壁がジルコニア製であると好適である。
前記発熱体には、抵抗加熱発熱体もしくは高周波誘導加熱による発熱体を用いることができる。抵抗加熱発熱体としては、MoSi2を主材とする抵抗加熱発熱体等を、高周波誘導加熱による発熱体としては、Pt-Rh系合金製の発熱体を用いることができる。
前記炉本体において、前記耐熱壁の外側に、耐熱性材料からなる支持筒体を配設し、前記耐熱壁と前記支持筒体との間に断熱材を配設し、前記蓋体を、前記支持筒体により支持するようにすることができる。
前記蓋体を断熱材で形成し、該断熱材中に、補強部材を配設するようにすることができる。
上記のように、本発明では、酸化ガリウムの融点以上の高温で、かつ酸素雰囲気下において酸化ガリウムの結晶を育成するために、るつぼ容器としてIrとは異なる、Pt系合金るつぼを使用する。
図１に、酸化ガリウム（β-Ga2O3）の融点以上の高温でるつぼ材料として使用可能なPt族元素の大気中における高温揮発損失量を示す。図１に示すデータは公知のデータに基づくものである。
本発明者は、これらの既存のデータと、発明者による、β-Ga2O3についての精密な融解実験、結晶育成実験結果に基づき、β-Ga2O3結晶の製造に用いるるつぼ材料としては、白金系合金、特に白金（Pt）とロジウム（Rh)の合金が適切であることを見出した。
Pt-Rh合金は、Ptに含有されるRhの含有量によって融点が異なる。図２に、既存の文献データと発明者による実験データを基に作製したPt/Rh合金の組成（wt%）と融点との関係を示す。
なお、Pt/Rh合金の融点についての測定実験は、空気中（約20％の酸素分圧）で行ったものであるが、酸素分圧10〜50％のアルゴン（Ar）ガス雰囲気および酸素分圧10〜20%の窒素（N2）ガス雰囲気下においても、図２に示す結果に大きな相違がないことが確認されている。
本発明者によるβ-Ga2O3の融解実験から、β-Ga2O3は約1795℃で完全融解する。したがって、融点が1768℃のPtは、β-Ga2O3を融解・保持するるつぼの材料には適用できないことは明らかである。しかしながら、約2wt%以上のRhを含むPt/Rh合金の融点は、β-Ga2O3の融点を超えるから、理論的にはβ-Ga2O3の融液を保持するるつぼとして使用し得る。
実際のβ-Ga2O3の結晶育成において、融点が約1795℃のβ-Ga2O3融液を安定的に保持して結晶育成を行うために求められるPt／Rh合金るつぼの融点については、結晶成長原理や育成する結晶の大きさ、さらには結晶育成条件等によって異なる。
VB法（垂直ブリッジマン法）によるβ-Ga2O3結晶育成の場合、適用できるPt/Rh合金るつぼ中のRh含有量の下限は10wt%以上が必要であり、当該るつぼの融点は1850℃以上であることが判明した。一方、直径100mmの結晶育成を想定しても、Rhの含有量は20wt%程度で、当該るつぼの融点は1900℃程度で十分であることが分かった。なお、Pt/Rh合金るつぼにおいて、Rhの含有量が多すぎるとRhが溶け出すという問題が起こるので、Rhの含有量は30 wt%以下とするのがよい。
図２に、上述した実験的・経験的に得られたVB法に適用するるつぼのPt/Rh合金の組成範囲を示した。
結晶育成方法によって、るつぼの局所的な変質・融解あるいは全融解などのトラブルを防止して、安定な結晶成長工程を実現するために必要なるつぼの融点に相違があるのは、各々の結晶育成方法を特徴づけるものであり、特にVB法に適用するるつぼのPt/Rh合金のRh組成が、CZ法、EFG法のるつぼのRh組成と比較して小さいのは、VB法は結晶が直径制御をする必要のない結晶成長方法であることに関係し、妥当な結果であると言える。
本発明に係る酸化ガリウム（β-Ga2O3）結晶の製造方法および製造装置によれば、結晶育成条件や成長結晶の特性の視点から要求されるに必要・十分な酸素分圧（酸素分圧が10%から50%）が適用できることから、従来のIrるつぼを使用した結晶育成方法において大きな課題であった結晶中の酸素欠陥の発生を大幅に低減することができ、高品質な単結晶を得ることが可能になる。
本発明に係る酸化ガリウム結晶の製造方法および製造装置によれば、Pt系合金からなるるつぼを適用することにより、酸素雰囲気下において、酸化ガリウム（特にβ-Ga2O3）結晶を好適に育成することができ、大形で高品質の欠陥の少ない酸化ガリウム結晶を製造することができる。また、前記炉本体の内壁を、所要高さを有するリング状の耐熱部材が複数積層された耐熱壁に形成すると共に、前記リング状の耐熱部材を、複数の分割片を接合してリング状に形成することによって、熱膨張、熱収縮を吸収でき、耐久性に優れる酸化ガリウム製造装置を提供できる。
高温域におけるPt族元素の大気中における高温揮発損失量を示すグラフである。 既存の文献データと発明者による実験データを基に作製したPt/Rh合金の組成（wt%）と融点との関係を示すグラフである。 酸化ガリウム製造装置の構成を示す断面図である。 リング状の耐熱部材を示す斜視図である。 炉本体の斜視図である。 発熱体の斜視図である。 蓋体の平面図である。 高周波誘導加熱による酸化ガリウム結晶の製造装置の概略図である。 るつぼにβ-Ga2O3を入れ、るつぼの温度を上昇させたときの、るつぼの温度プロフィールの実測データである。 るつぼ中のβ-Ga2O3を融解させた後、徐々にるつぼの温度を降下させたときの温度プロフィールの実測データである。 るつぼに入れたβ-Ga2O3材料の加熱前(a)と融解・固化させた後(b)の状態を示す写真である。 Pt/Rh:70/30wt%からなるPt/Rh合金るつぼを使用したβ-Ga2O3の融解実験を示す写真である。 Pt/Rh:90/10wt%からなるPt/Rh合金るつぼを使用したβ-Ga2O3の融解実験を示す写真である。 Pt/Rh:90/10wt％からなるPt/Rh合金るつぼを使用し、アルゴンガス雰囲気中で行ったβ-Ga2O3の融解実験を示す写真である。 るつぼ内で一方向凝固した典型的な３種類の結晶写真である。 両面鏡面研磨基板について、クロスニコル観察、Ｘ線ポトグラフ観察、光学顕微鏡監査を行った結果を示す写真である。 図３に示す抵抗発熱体大型大気炉を用い、内径２インチのPt‐Rh80−20wt％合金るつぼを用いて育成したβ-Ga2O3結晶の写真である。 結晶育成方法（FZ法、CZ法、EFG法、VB法、HB法）を示す説明図である。
（製造装置の構成例）
本実施の形態に係る酸化ガリウム（β-Ga2O3）結晶の製造装置においては、β-Ga2O3結晶の育成に使用するるつぼ材料として、Irとは異なるるつぼ材料、具体的には、白金系合金材料、好適には（Pt）とロジウム（Rh)の合金材料を使用する。
図３は、β-Ga2O3結晶を育成する酸化ガリウム結晶の製造装置１０の構成例を示す。この酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、酸素雰囲気中（大気中）において、ＶＢ法（垂直ブリッジマン法）によりβ-Ga2O3結晶を育成する装置となっている。
まず、酸化ガリウム製造装置１０の概略の構成例を示す。
図３において、基体（基台）１２上に、炉本体１４が配設されている。基体１２には、冷却水が通流される冷却機構１６が設けられている。
炉本体１４は、全体として筒状をなし、1850℃程度までの高温に耐えうる耐熱性を有する構造に形成されている。
炉本体１４の開口部を蓋体１８により閉塞可能となっている。
また炉本体１４の下部は、種々の耐熱材料が積層された底部２２となっている。
炉本体１４内には、発熱体２０が配設されている。本実施の形態における発熱体は、抵抗加熱発熱体であり、通電されることによって発熱する。
上記底部２２および基体１２には、上下方向に貫通する貫通孔が設けられ、この貫通孔を挿通して、るつぼ受軸２４が図示しない駆動機構により上下動自在および軸線を中心として回転自在に設けられている。るつぼ受軸２４もアルミナ等の高温に耐える耐熱材料によって形成されている。また、るつぼ受軸２４内には、熱電対２６が配設され、炉本体１４内の温度を計測可能となっている。
るつぼ受軸２４の上端にはジルコニア等の耐熱材料からなるアダプタ２８が取り付けられ、このアダプタ２８内に上記Pt-Rh合金製のるつぼ３０が載置されるようになっている。るつぼ３０は、発熱体２０によって加熱される。
続いて、さらに各部の詳細について説明する。
炉本体１４は、図示の実施の形態では、内層側から順に、最内壁たる耐熱壁３２、断熱材層３３、支持筒体３４、断熱材層３５からなる４層構造となっている。なお、断熱材層３５の外側は、図示しないが外壁によって囲まれている。
耐熱壁３２は、図４、図５に示すように、６個の分割片３２ａが接合されて所要高さを有するリング状に形成された耐熱部材３２ｂが、上下方向に複数積層されて筒状に形成されている。リング状に形成された耐熱部材３２ｂは、図５に明確なように、上下隣接するリング状の耐熱部材３２ｂの各分割片３２ａが、周方向に互いにずれて積層されるように配置するとよい。
耐熱部材３２ｂは、特に限定されるものではないが、アルミナ製、もしくは2000℃程度までの温度に対する耐熱性を有するジルコニア製とするのが好適である。
支持筒体３４は、耐熱壁３２の外側に、耐熱壁３２とは間隔をおいて配設されている。支持筒体３４は、やはり所要高さを有するリング状部材３４ａを複数積層して筒状に形成されている。隣接する上下のリング状部材３４ａは、図示しないが適宜な連結部材によって固定するようにするとよい。なお、支持筒体３４の上部には、内方に突出する部位を有する支持リング３４ｂが介装され、この支持リング３４ｂによって蓋体１８が支持されるようになっている。
支持筒体３４は、構造体として機能するものであり、耐熱性を有すると共に強度的にも優れるアルミナ製とするのが好適である。
耐熱壁３２と支持筒体３４との間には、断熱材層３３が介装されている。断熱材層３４は、アルミナファイバーが所要密度で固められたものであって、ポーラス状をなし、耐熱性を有すると共に、断熱性を有するものに形成されている。
また、支持筒体３４の外側に配設される断熱材層３５は、アルミナファイバーを充填して形成されている。
次に、蓋体１８は、断熱材層３３と同様に、アルミナファイバーを所要密度で固めたボード１８ａを所要枚数積層して形成されている。したがって軽量であり、強度を補填するために、耐熱性を有するサファイア管等からなる補強部材３７を積層ボード中に介装している。
蓋体１８としては、密度の高い、ジルコニア製やアルミナ製とすることも考えられるが、本実施の形態に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０は、内部が1800℃以上の高温に加熱されるため、密度の高い、ジルコニア製やアルミナ製の蓋体にすると、自らの重量に耐えられなくなり、変形したりする不具合が生じる。この課題を、アルミナファイバーを固めた軽量の蓋体１８にすると共に、強度不足を補強部材３７で補填することによって解決できた。
図６は発熱体２０の具体的な構成を示す図面である。
本実施の形態に係る発熱体２０は、二珪化モリブデン（MoSi2）からなる抵抗加熱発熱体をＵ字状に形成した発熱体（商品名：カンタルスーパー）２０を用いた。この発熱体２０を４本、図６に示すように、枠状の支持具３８に固定し、炉本体１４に装着した。具体的には、図７に示すように、蓋体１８に発熱体２０挿通用の長孔４０を形成し、発熱体２０部分を長孔４０に挿通して、発熱体２０が炉本体１４内の、るつぼ３０を四方から囲む位置となるように配置した。長孔４０を挿通する部分における発熱体２０は高温のため、発熱体２０が直接長孔４０内壁に触れないように、当該部分に隙間ができるようにした。
なお、支持具３８は、炉本体１４の適所（図示せず）に固定するようにした。
また、支持具３８と蓋体１８との間の空間に、断熱材層３５に用いたと同様の、アルミナファイバーからなる断熱材を充填して断熱材層４１を設けた。
二珪化モリブデンからなるカンタルスーパー（商品名）は、1900℃程度までの高温加熱が可能である。もちろん加熱温度は、発熱体２０への供給電力を調整することで調整できる。また、カンタルスーパー（商品名）以外にも、ケラマックス（商品名）発熱体も高温加熱が可能である。
本実施の形態に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０は上記のように構成され、常法により、大気中で、垂直ブリッジマン法により、酸化ガリウム結晶の育成を行えた。るつぼ３０に、Pt系合金材料、特にPt-Rh系合金材料のるつぼ３０を用いることにより、大気中にもかかわらず、Ir単独の場合と相違し、るつぼ３０の酸化を防止でき、一方で、酸素の豊富な大気中で結晶育成することから、酸素欠陥のない酸化ガリウムの結晶育成が行えた。
上記実施の形態では、発熱体として抵抗加熱発熱体を用い、抵抗加熱により加熱を行うようにしたが、加熱部として、高周波誘導加熱による加熱方式を採用してもよい。
図８は、高周波誘導加熱方式による酸化ガリウム結晶の製造装置１０の概略図である。
図８に示す炉本体１４は、図３に示すものと図面上は少し異なっているが、実際は、図３〜図７に示すものと全く同一である。
本実施の形態で異なるのは、炉本体１４の外周に高周波コイル４４を配設することと、前記実施の形態における抵抗加熱発熱体２０に換えて、高周波誘導加熱により加熱される発熱体４６を配設した点である。発熱体４６として、Pt系合金材料、特には、Pt-Rh系合金材料を用いた発熱体を用いるとよい。ＶＢ法による酸化ガリウム結晶の育成に用いるるつぼ材料として、上記のように、Rh含有量10〜30wt%のPt-Rh系合金製のるつぼを用いると好適であるが、発熱体４６の材料としては、るつぼ３０よりもさらに高温に耐えうる、Rh含有量が30wt%程度のRhの多いPt-Rh系合金材料を用いるとよい。本実施の形態に係る酸化ガリウム結晶の製造装置１０でも、大気中で、ＶＢ法により、るつぼ３０の酸化を防止でき、また酸素欠陥のない酸化ガリウムの結晶育成が行えた。
次に、原料たるβ-Ga2O3の融解・固化実験を示す。
（β-Ga2O3の融解・固化実験：I）
図８に示す製造装置１０を使用し、るつぼ３０にβ-Ga2O3原料を入れてβ-Ga2O3の融解実験を行った。るつぼには、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）容器を使用した。
図９は、るつぼにβ-Ga2O3原料を入れ、製造装置１０を用いて、炉本体１４内を室温から徐々に上昇させたときの、るつぼ３０の温度プロフィールの実測データを示す。図９では、温度を上昇させたときの経過時間を合わせて示す。
図９に示した温度プロフィールは、室温から一定の温度上昇率を示しているグラフが、1789.2℃において、温度上昇率がいったん鈍化して温度上昇が停滞し、その後、1793.5℃から、再び元の温度上昇率に復帰していることを示す。すなわち、温度上昇率が停滞しはじめた1789.2℃がβ-Ga2O3の材料が融解開始した温度であり、元の温度上昇率に復帰した1793.5℃が、るつぼ中でβ-Ga2O3の材料が完全に融解した温度である。
図１０は、るつぼを1800℃以上（1802℃）まで加熱した後、徐々にるつぼの温度を降下させたときの温度プロフィールの実測データを示す。温度プロフィールを見ると、1772.2℃に降下したところで、温度が1772.2℃から1778.1℃に急激に上昇している。この温度変化は、融解していたβ-Ga2O3が固化反応によって発熱したことによるものである。すなわち、1772.2℃において融解していたβ-Ga2O3が固化したこと、いいかえれば、るつぼに収容したβ-Ga2O3全体が融解した後、固化したことを示している。
図１１は、るつぼに入れたβ-Ga2O3原料の加熱前（図１１(a)）と融解・固化させた後（図１１(b)）の写真である。図１１(a)は塊状のβ-Ga2O3原料をるつぼに収容した状態である。図１１(b)は、β-Ga2O3原料がるつぼ内で全融解してるつぼ全体を満たした後、固化したことを示す。
図９に示すβ-Ga2O3の融解・固化実験は精密な温度測定によるものであり、β-Ga2O3の融解温度を正確に特定したこと、るつぼ中でβ-Ga2O3が全融解して固化したことを示している点で重要である。
β-Ga2O3の融点については、従来、1650℃〜1800℃の範囲で種々の値が報告されている。上記融解実験は、β-Ga2O3が融解開始した温度1789.2℃、および、るつぼ中でβ-Ga2O3が完全に融解した温度1793.5℃を実測しており、β-Ga2O3の融解温度を初めて正確に特定した実験である。したがって、上記融解実験から導き出すことができたβ-Ga2O3の融解温度に基づいて、るつぼ材料を選択すること、結晶育成のための温度制御を行うことにより、確実にβ-Ga2O3の結晶を育成することが可能である。
また、上記融解実験においては、るつぼとして、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）容器を使用した。上記実験結果は、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）容器を用いて、β-Ga2O3の結晶を製造できることを示している。
（β-Ga2O3の融解実験：II）
図１２はβ-Ga2O3の他の融解実験例を示す。この融解実験はPt/Rh:70/30wt%からなるPt/Rh合金をるつぼ容器に使用してβ-Ga2O3を融解した実験である。
図１２(a)は実験に使用したβ-Ga2O3の原料を示す。原料には、β-Ga2O3の円柱状の焼結体を使用した。
図１２(b)はるつぼに、β-Ga2O3の原料を投入した状態（β-Ga2O3原料を立てて収容している）である。
図１２(c)は、るつぼ温度を1800〜1860℃程度まで加熱し、室温まで降温させた後のるつぼの状態である。β-Ga2O3の原料が完全に融解され、固化している。
本実験結果は、Pt/Rh:70/30wt%からなるPt/Rh合金るつぼ容器が、β-Ga2O3の結晶育成に十分に使用できることを示す。
また、前述した融解実験Iとこの融解実験IIは、ともに、大気中（酸化雰囲気中）において実験したものである。これらの実験結果は、Pt/Rh合金からなるるつぼ容器を用いることにより、β-Ga2O3の結晶育成を大気中において行うことができることを示している。
（β-Ga2O3の融解実験：III）
前述した製造装置１０を使用して、β-Ga2O3の融解実験を行った。るつぼには、Pt/Rh:90/10wt%からなるPt/Rh合金容器を使用した。この融解実験はるつぼを加熱する温度をβ-Ga2O3の融解温度よりもかなり高温域まで上げたときの状態を調べたものである。
図１３(a)は、るつぼにβ-Ga2O3の塊状の焼結体を収容した、加熱前の状態を示す。図１３(b)は、るつぼをβ-Ga2O3の融解温度以上に加熱した後、室温まで降温させた状態を示す。
この実験では、るつぼが1800〜1860℃程度まで昇温したと推定され、β-Ga2O3の原料が完全に融解する一方、るつぼも部分的に融解する結果となった。
るつぼが部分的に融解した理由は、るつぼの温度が、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）の融点である1850℃を超えたためと考えられる。
すなわち、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）をるつぼ容器材料としてβ-Ga2O3を結晶育成する場合は、当然ながら、るつぼ容器が融解する温度以下で結晶育成するように温度制御する必要がある。
（β-Ga2O3の融解実験：IV）
上述したβ-Ga2O3の融解実験は、いずれも、図８に示す製造装置１０を用いて、大気中（酸化雰囲気中）においてβ-Ga2O3の原料を融解した実験である。比較例として、アルゴンガス雰囲気の育成炉を用いてβ-Ga2O3の原料を融解する実験を行った。
アルゴンガス雰囲気の結晶育成炉としては、るつぼの外側にカーボン発熱体を配置し、るつぼとるつぼを支持する支持具の一部とを、カーボン発熱体と保温材とにより気密に遮蔽し、るつぼが収容されている領域にアルゴンガスを流しながらるつぼを加熱する炉を使用した。
融解実験に使用したるつぼは、Pt/Rh合金（Pt/Rh:90/10wt%）るつぼである。
図１４に、β-Ga2O3原料をるつぼに入れた状態を示す。アルゴンガス雰囲気中において、るつぼを1700℃まで加熱した後、室温まで降温したところ、β-Ga2O3原料が消失し、るつぼ容器が融解している（図示せず）。これは、アルゴンガス雰囲気中でるつぼを1700℃に加熱したことにより、Ga2O3が還元分解され、Ga金属がるつぼのPt/Rh合金と合金化して融点が低下し、1700℃で融解してしまったことを示す。
この実験結果は、β-Ga2O3原料をるつぼに入れて融解する場合は、β-Ga2O3が融解する高温域ではGa2O3の還元分解反応が進むため、β-Ga2O3が安定した融液として存在することが困難であり、β-Ga2O3の結晶育成には酸化雰囲気中において結晶育成する必要があることを示す。
（β-Ga2O3の結晶育成の実施例）
VB炉内において種子無し一方向凝固β-Ga2O3結晶育成を試みた。
内径25mm、高さ50mmのPt-Rh系合金製のるつぼにβ-Ga2O3焼結体原料を充填し、β-Ga2O3の融点（約1795℃）近傍の温度勾配を5〜10℃/cmになるように温度分布を設定した1800℃以上の空気中高温炉（図８に示す装置）内で全融解させた。その後るつぼ移動および炉内温度降下を併用し一方向凝固を行った。冷却後、るつぼを剥がし成長結晶を取り出した。
上記一方向凝固β-Ga2O3結晶育成で得られた典型的な３種類の結晶の結晶写真を図１５に示した。結晶Ａは全てが多結晶成長した場合である。結晶Ｂは多結晶成長から突然単結晶成長に変化した場合である。結晶Ｃは底面から上端まで単結晶成長した場合である。結晶Ｂの上部単結晶部分および単結晶Ｃは、Ｘ線回折と特徴的な晶癖観察から、どちらも<100>方向に（100）面のファセット成長していること、さらに（100）面と約104°に（001）ファセット面が現れ、これら２つのファセット面に垂直な方向が<010>方向であることが同定された。<100>方向よりも<010>方向の成長速度が約１桁速い、強い成長速度異方性のため、種子無しでも高い確率で、<100>方向に（100）面ファセット成長することが確認された。
また、得られた単結晶から成長方向に垂直な（100）面基板を切断し、厚さ約0.5mmの両面鏡面研磨基板を得た。これらの基板試料について、クロスニコル観察、Ｘ線ポトグラフ観察、KOHエッチング後光学顕微鏡観察を行った。
クロスニコル観察結果を図１６（ａ）に示した。この観察方法において検出可能な小傾角境界の無い単結晶基板であることがわかった。同じ基板の透過Ｘ線ポトグラフ写真を図１６（ｂ）に示した。外周部の一部を除き透過Ｘ線回折像が得られた。外周部の画像が欠落した部分（白色部）は、高転位密度領域、またはクロスニコル法では検出できない僅かな傾角に相当する。ほぼ<010>方向に局所的に並ぶ転位ピット列を図１６（ｃ）に示した。この密度は1×104個／cm2程度であった。図１６（ｂ）のＸ線トポグラフ写真の白色部分に相当する領域には5×105個／cm2程度の高密度転位ピットが存在していた。また、Ｘ線ポトグラフ像とは対応しない<010>方向に10〜数10μｍサイズで線状に並ぶ欠陥を図１６（ｄ）に示した。この欠陥はエッチング無しでも観察されるもので、線状欠陥と考えられる。
図１７は、図３に示す、抵抗発熱体大型大気炉を用い、内径２インチのPt‐Rh80−20wt％合金るつぼを用いて育成した結晶を示す写真である。本実施例では、るつぼ中にβ-Ga2O3焼結体原料を充填し、完全に融解し、その後下部（細い部分）から固化させたもので、完全な単結晶ではないが、直径２インチのβ-Ga2O3結晶を育成できた。
１０ 酸化ガリウム製造装置、１２ 基体、１４ 炉本体、１６ 冷却装置、１８ 蓋体、１８ａ ボード、２０ 発熱体、２２ 底部、２４ るつぼ受軸、２６ 熱電対、２８ アダプタ、３０ るつぼ、３２ 耐熱壁、３２ａ 分割片、３２ｂ 耐熱部材、３３ 断熱材層、３４ 支持筒体、３４ａ リング状部材、３４ｂ 支持リング、３５ 断熱材層、３７ 補強部材、３８ 支持具、４０ 長孔、４１ 断熱材層、４４ 高周波コイル、４６ 発熱体

Claims (11)

  1. 基体と、該基体上に配設された耐熱性を有する筒状の炉本体と、該炉本体を閉塞する蓋体と、前記炉本体内に配設された発熱体と、前記基体を貫通して上下動自在に設けられたるつぼ受軸と、該るつぼ受軸上に配設され、前記発熱体により加熱されるるつぼとを具備する垂直ブリッジマン炉からなる酸化ガリウム結晶の製造装置であって、
    前記るつぼが、Pt系合金製のるつぼであり、
    前記炉本体の内壁が、所要高さを有するリング状の耐熱部材が複数積層された耐熱壁に形成されていると共に、前記リング状の耐熱部材が複数の分割片が接合されてリング状に形成されていることを特徴とする酸化ガリウム結晶の製造装置。
  2. 前記るつぼが、Rh含有量10〜30wt%のPt-Rh系合金製であることを特徴とする請求項１記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  3. 前記耐熱壁がジルコニア製であることを特徴とする請求項１または２記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  4. 前記発熱体が抵抗加熱発熱体であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  5. 前記抵抗加熱発熱体が、MoSi2を主材とする抵抗加熱発熱体であることを特徴とする請求項４記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  6. 前記発熱体が高周波誘導加熱による発熱体であることを特徴とする請求項１〜３いずれか１項記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  7. 前記高周波誘導加熱による発熱体が、Pt-Rh系合金製であることを特徴とする請求項６記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  8. 前記炉本体において、前記耐熱壁の外側に、耐熱性材料からなる支持筒体が配設され、前記耐熱壁と前記支持筒体との間に断熱材が配設され、前記蓋体が、前記支持筒体により支持されていることを特徴とする請求項１〜７いずれか１項記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  9. 前記蓋体が断熱材から形成され、該断熱材中に、補強部材が配設されていることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項記載の酸化ガリウム結晶の製造装置。
  10. 請求項１〜９いずれか１項記載の酸化ガリウム結晶の製造装置を用い、酸素雰囲気下において、酸化ガリウムの結晶を育成することを特徴とする酸化ガリウム結晶の製造方法。
  11. 酸化ガリウムが、β-Ga2O3であることを特徴とする請求項１０記載の酸化ガリウム結晶の製造方法。
JP2016085153A 2016-04-21 2016-04-21 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法 Active JP6726910B2 (ja)

Priority Applications (10)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016085153A JP6726910B2 (ja) 2016-04-21 2016-04-21 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法
US15/470,547 US10570528B2 (en) 2016-04-21 2017-03-27 Apparatus and method for producing gallium oxide crystal
KR1020170049086A KR102349701B1 (ko) 2016-04-21 2017-04-17 산화갈륨 결정의 제조 장치 및 산화갈륨 결정의 제조 방법
RU2017113355A RU2729682C2 (ru) 2016-04-21 2017-04-18 Устройство и способ получения кристалла оксида галлия
CN202111202574.3A CN113930841B (zh) 2016-04-21 2017-04-19 氧化镓晶体的制造装置和氧化镓晶体的制造方法
CN201710256274.0A CN107304481B (zh) 2016-04-21 2017-04-19 氧化镓晶体的制造装置和氧化镓晶体的制造方法
TW106113204A TWI729118B (zh) 2016-04-21 2017-04-20 氧化鎵結晶之製造裝置及氧化鎵結晶之製造方法
TW110117047A TWI794810B (zh) 2016-04-21 2017-04-20 氧化鎵結晶之製造裝置及氧化鎵結晶之製造方法
DE102017206741.1A DE102017206741A1 (de) 2016-04-21 2017-04-21 Vorrichtung und Verfahren zur Herstellung eines Galliumoxidkristalls
KR1020220000203A KR102374317B1 (ko) 2016-04-21 2022-01-03 산화갈륨 결정의 제조 장치 및 산화갈륨 결정의 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016085153A JP6726910B2 (ja) 2016-04-21 2016-04-21 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020033800A Division JP6846724B2 (ja) 2020-02-28 2020-02-28 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2017193466A true JP2017193466A (ja) 2017-10-26
JP6726910B2 JP6726910B2 (ja) 2020-07-22

Family

ID=60021074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016085153A Active JP6726910B2 (ja) 2016-04-21 2016-04-21 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法

Country Status (7)

Country Link
US (1) US10570528B2 (ja)
JP (1) JP6726910B2 (ja)
KR (2) KR102349701B1 (ja)
CN (2) CN113930841B (ja)
DE (1) DE102017206741A1 (ja)
RU (1) RU2729682C2 (ja)
TW (2) TWI794810B (ja)

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020059633A (ja) * 2018-10-11 2020-04-16 国立大学法人信州大学 酸化ガリウム結晶の製造装置及び酸化ガリウム結晶の製造方法並びにこれらに用いる酸化ガリウム結晶育成用のるつぼ
JP2020159979A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 一般財団法人ファインセラミックスセンター 転位の評価方法および転位の評価を行うためのコンピュータプログラム
JP2021031379A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
JP2021031367A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
DE102021104600A1 (de) 2020-02-27 2021-09-02 Fujikoshi Machinery Corp. Galliumoxidkristall-herstellungsvorrichtung
DE102021101190A1 (de) 2020-02-27 2021-09-02 Fujikoshi Machinery Corp. Tiegel zur züchtung eines metalloxid-einkristalls
DE102021126055A1 (de) 2020-10-12 2022-04-14 Fujikoshi Machinery Corp. Vorrichtung zur herstellung von galliumoxidkristallen
DE102022101125A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Fujikoshi Machinery Corp. Herstellungsgerät für ein galliumoxidkristall und herstellungsverfahren für ein galliumoxidkristall
DE102022101291A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Fujikoshi Machinery Corp. Herstellungsvorrichtung für metalloxid- einkristall
US11846037B2 (en) 2021-03-25 2023-12-19 Tdk Corporation Crystal manufacturing method, crystal manufacturing apparatus and single crystal
US11946155B2 (en) 2018-12-04 2024-04-02 Tdk Corporation Single-crystal growing crucible, single-crystal production method and single crystal
JP7495448B2 (ja) 2021-06-07 2024-06-04 杭州▲か▼仁半導体有限公司 鋳造法で酸化ガリウム単結晶を成長させる方法

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114686819B (zh) * 2020-12-28 2024-02-09 Tcl科技集团股份有限公司 一种坩埚盖及坩埚
EP4219803A1 (en) 2022-01-31 2023-08-02 Siltronic AG Method and apparatus for producing electrically conducting bulk beta-ga2o3 single crystals and electrically conducting bulk beta-ga2o3 single crystal
WO2024078704A1 (en) 2022-10-11 2024-04-18 Forschungsverbund Berlin E.V. MELT-GROWN BULK ß-(AlxGa1-x)2O3 SINGLE CRYSTALS AND METHOD FOR PRODUCING BULK ß-(AlxGA1-x)2O3 SINGLE CRYSTALS

Family Cites Families (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS604599B2 (ja) * 1976-03-17 1985-02-05 株式会社東芝 タンタル酸リチウム単結晶の製造方法
JPS589800B2 (ja) 1978-11-20 1983-02-22 三洋電機株式会社 酸化物単結晶の製造法
JPS5969490A (ja) 1982-10-14 1984-04-19 Sumitomo Metal Mining Co Ltd タンタル酸リチウム単結晶の製造方法
JPS63218596A (ja) 1987-03-05 1988-09-12 Hitachi Metals Ltd 光透過性に優れたリチウムタンタレ−ト単結晶およびその製造方法
JP2538598B2 (ja) * 1987-06-05 1996-09-25 株式会社東芝 単結晶の引き上げ装置
JP2957857B2 (ja) 1993-07-21 1999-10-06 信越化学工業株式会社 酸化物単結晶の製造方法
JP3254329B2 (ja) * 1994-06-02 2002-02-04 株式会社神戸製鋼所 化合物単結晶の製造方法及び製造装置
US5698029A (en) * 1995-06-06 1997-12-16 Kabushiki Kaisha Kobe Sekio Sho Vertical furnace for the growth of single crystals
JP3881052B2 (ja) * 1996-02-08 2007-02-14 株式会社神戸製鋼所 単結晶製造装置
JP3188923B2 (ja) * 1997-03-18 2001-07-16 日陽エンジニアリング株式会社 硼酸リチウム単結晶育成用容器及び硼酸リチウム単結晶の育成方法
JP2000313696A (ja) * 1999-04-27 2000-11-14 Victor Co Of Japan Ltd 酸化物単結晶の作製方法
JP2000313698A (ja) * 1999-04-27 2000-11-14 Victor Co Of Japan Ltd ランガサイト型結晶の処理方法
CN1272475C (zh) * 2000-02-24 2006-08-30 东芝株式会社 氧化物单晶的制造装置及制造方法
JP2001250787A (ja) * 2000-03-06 2001-09-14 Hitachi Kokusai Electric Inc 基板処理装置および基板処理方法
JP4524527B2 (ja) * 2001-01-31 2010-08-18 三菱マテリアル株式会社 ランガサイト単結晶の作製方法
JP3679097B2 (ja) 2002-05-31 2005-08-03 株式会社光波 発光素子
JP4630986B2 (ja) 2003-02-24 2011-02-09 学校法人早稲田大学 β−Ｇａ２Ｏ３系単結晶成長方法
US7393411B2 (en) * 2003-02-24 2008-07-01 Waseda University β-Ga2O3 single crystal growing method, thin-film single crystal growing method, Ga2O3 light-emitting device, and its manufacturing method
JP4168790B2 (ja) * 2003-03-07 2008-10-22 三菱マテリアル株式会社 単結晶製造方法及び単結晶製造装置並びにランガサイト単結晶
JP4475052B2 (ja) * 2004-08-04 2010-06-09 三菱マテリアル株式会社 酸化物単結晶の製造方法及び装置
JP4611103B2 (ja) 2005-05-09 2011-01-12 株式会社光波 β−Ｇａ２Ｏ３結晶の製造方法
US20090025628A1 (en) * 2005-08-17 2009-01-29 Pengdi Han Hybrid stockbarger zone-leveling melting method for directed crystallization and growth of single crystals of lead magnesium niobate-lead titanate (pmn-pt) solid solutions and related piezocrystals
CN100350081C (zh) * 2005-10-08 2007-11-21 山东大学 磷酸镓晶体的助熔剂生长法
JP2008162854A (ja) * 2006-12-28 2008-07-17 Shinshu Univ ランガサイト系単結晶の作製方法及び作製装置並びにその単結晶を用いた燃焼圧センサ
CN101070608B (zh) * 2006-12-29 2010-06-23 嘉兴学院 旋转多坩埚下降法晶体生长系统
TW200932963A (en) * 2008-01-29 2009-08-01 Green Energy Technology Inc Crystal growing furnace with heating improvement structure
JP5446241B2 (ja) * 2008-12-18 2014-03-19 国立大学法人信州大学 融液組成制御一方向凝固結晶成長装置および結晶成長方法
US8460751B2 (en) * 2009-08-28 2013-06-11 Max-Planck-Gesellschaft Zur Foerderung Der Wissenschaften E.V. Method for the synthesis of metallic nanotubes and nanotubes synthesized by the method
JP5493092B2 (ja) 2010-01-28 2014-05-14 並木精密宝石株式会社 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
JP5618318B2 (ja) 2010-03-12 2014-11-05 並木精密宝石株式会社 酸化ガリウム単結晶の製造方法及び製造装置
JP5786179B2 (ja) 2010-03-12 2015-09-30 並木精密宝石株式会社 酸化ガリウム単結晶及びその製造方法
JP5879102B2 (ja) 2011-11-15 2016-03-08 株式会社タムラ製作所 β−Ｇａ２Ｏ３単結晶の製造方法
WO2013159808A1 (en) * 2012-04-24 2013-10-31 Forschungsverbund Berlin E.V. METHOD AND APPARATUS FOR GROWING INDIUM OXIDE (In203) SINGLE CRYSTALS AND INDIUM OXIDE (In203) SINGLE CRYSTAL
JP2013237591A (ja) 2012-05-16 2013-11-28 Namiki Precision Jewel Co Ltd 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
CN104372408B (zh) * 2014-12-15 2017-03-22 山东大学 常压下提拉法生长大尺寸氧化镓单晶的方法

Cited By (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020059633A (ja) * 2018-10-11 2020-04-16 国立大学法人信州大学 酸化ガリウム結晶の製造装置及び酸化ガリウム結晶の製造方法並びにこれらに用いる酸化ガリウム結晶育成用のるつぼ
US11946155B2 (en) 2018-12-04 2024-04-02 Tdk Corporation Single-crystal growing crucible, single-crystal production method and single crystal
JP7228440B2 (ja) 2019-03-28 2023-02-24 一般財団法人ファインセラミックスセンター 転位の評価方法および転位の評価を行うためのコンピュータプログラム
JP2020159979A (ja) * 2019-03-28 2020-10-01 一般財団法人ファインセラミックスセンター 転位の評価方法および転位の評価を行うためのコンピュータプログラム
JP2021031379A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
JP2021031367A (ja) * 2019-08-29 2021-03-01 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
JP7403101B2 (ja) 2019-08-29 2023-12-22 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
JP7258293B2 (ja) 2019-08-29 2023-04-17 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム結晶育成用るつぼ
US11674239B2 (en) 2020-02-27 2023-06-13 Fujikoshi Machinery Corp. Gallium oxide crystal manufacturing device
US11674238B2 (en) 2020-02-27 2023-06-13 Fujikoshi Machinery Corp. Crucible for growing metal oxide single crystal
DE102021104600A1 (de) 2020-02-27 2021-09-02 Fujikoshi Machinery Corp. Galliumoxidkristall-herstellungsvorrichtung
RU2765034C1 (ru) * 2020-02-27 2022-01-24 Фудзикоси Мэшинери Корп. Устройство для получения кристалла оксида галлия
DE102021101190A1 (de) 2020-02-27 2021-09-02 Fujikoshi Machinery Corp. Tiegel zur züchtung eines metalloxid-einkristalls
JP7403098B2 (ja) 2020-02-27 2023-12-22 不二越機械工業株式会社 酸化ガリウム単結晶育成用るつぼ
JP2021134117A (ja) * 2020-02-27 2021-09-13 不二越機械工業株式会社 金属酸化物単結晶育成用るつぼ
KR20210109470A (ko) 2020-02-27 2021-09-06 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 산화갈륨 결정 제조 장치
KR20210109450A (ko) 2020-02-27 2021-09-06 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 금속 산화물 단결정 육성용 도가니
DE102021126055A1 (de) 2020-10-12 2022-04-14 Fujikoshi Machinery Corp. Vorrichtung zur herstellung von galliumoxidkristallen
KR20220048439A (ko) 2020-10-12 2022-04-19 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 산화 갈륨 결정의 제조 장치
DE102022101291A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Fujikoshi Machinery Corp. Herstellungsvorrichtung für metalloxid- einkristall
US11795568B2 (en) 2021-01-29 2023-10-24 Fujikoshi Machinery Corp. Production apparatus for gallium oxide crystal capable of preventing harmful substances formed in furnace from being diffused to surroundings of furnace
KR20220110088A (ko) 2021-01-29 2022-08-05 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 산화갈륨 결정의 제조 장치 및 산화갈륨 결정의 제조 방법
KR20220110089A (ko) 2021-01-29 2022-08-05 후지코시 기카이 고교 가부시키가이샤 금속 산화물 단결정 제조 장치
DE102022101125A1 (de) 2021-01-29 2022-08-04 Fujikoshi Machinery Corp. Herstellungsgerät für ein galliumoxidkristall und herstellungsverfahren für ein galliumoxidkristall
US11846037B2 (en) 2021-03-25 2023-12-19 Tdk Corporation Crystal manufacturing method, crystal manufacturing apparatus and single crystal
JP7495448B2 (ja) 2021-06-07 2024-06-04 杭州▲か▼仁半導体有限公司 鋳造法で酸化ガリウム単結晶を成長させる方法

Also Published As

Publication number Publication date
TW201807265A (zh) 2018-03-01
US10570528B2 (en) 2020-02-25
KR20220005606A (ko) 2022-01-13
CN107304481B (zh) 2021-11-05
KR102349701B1 (ko) 2022-01-10
CN113930841B (zh) 2023-10-13
RU2729682C2 (ru) 2020-08-11
TWI794810B (zh) 2023-03-01
CN107304481A (zh) 2017-10-31
RU2017113355A (ru) 2018-10-18
KR102374317B1 (ko) 2022-03-14
TW202132639A (zh) 2021-09-01
CN113930841A (zh) 2022-01-14
JP6726910B2 (ja) 2020-07-22
DE102017206741A1 (de) 2017-10-26
KR20170120501A (ko) 2017-10-31
TWI729118B (zh) 2021-06-01
RU2017113355A3 (ja) 2020-03-05
US20170306521A1 (en) 2017-10-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102374317B1 (ko) 산화갈륨 결정의 제조 장치 및 산화갈륨 결정의 제조 방법
JP6403057B2 (ja) β−Ｇａ２Ｏ３結晶の製造方法および製造装置
JP6800468B2 (ja) 酸化ガリウム結晶の製造装置及び酸化ガリウム結晶の製造方法並びにこれらに用いる酸化ガリウム結晶育成用のるつぼ
JP5434801B2 (ja) ＳｉＣ単結晶の製造方法
JP5983772B2 (ja) ｎ型ＳｉＣ単結晶の製造方法
US9530642B2 (en) Method for producing SiC single crystal
JP6134379B2 (ja) インジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）単結晶を成長させる方法及び装置並びにインジウム酸化物（Ｉｎ２Ｏ３）
TW202146714A (zh) 氧化鎵結晶的製造裝置
CN108531990A (zh) 单晶制造装置
JP6846724B2 (ja) 酸化ガリウム結晶の製造装置および酸化ガリウム結晶の製造方法
JP6344374B2 (ja) ＳｉＣ単結晶及びその製造方法
Capper Bulk crystal growth: methods and materials
TWI743609B (zh) 單晶成長用坩堝、單晶製造方法及單晶
JP2017202969A (ja) ＳｉＣ単結晶及びその製造方法
Hoshikawa Vertical Bridgman Growth Method
JP2016169112A (ja) サファイア単結晶の製造方法
JP2024050122A (ja) 単結晶の育成方法、半導体基板の製造方法、及び半導体基板
Galazka et al. Method and apparatus for growing indium oxide (In 2 O 3) single crystals and indium oxide (In 2 O 3) single crystal
TW202229669A (zh) 氧化鎵結晶之製造裝置及氧化鎵結晶之製造方法
JP2023064374A (ja) 単結晶育成装置
JP2014156373A (ja) サファイア単結晶の製造装置
Veeramani et al. Investigation of Modified Bridgman Grown CdTe x Crystals and Their Characterization
JP2010120828A (ja) 半導体結晶の製造方法

Legal Events

Date Code Title Description
A80 Written request to apply exceptions to lack of novelty of invention

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A80

Effective date: 20160516

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190401

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200122

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200204

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200310

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20200526

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20200623

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6726910

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250