JP2018501184A5

JP2018501184A5 -

Info

Publication number: JP2018501184A5
Application number: JP2017535901A
Authority: JP
Filing date: 2015-12-16
Publication date: 2020-01-09

Description

成長過程の様々な段階で提議される酸素濃度ＯＣが、溶融物および結晶を囲む成長雰囲気内の成長炉に供される。成長雰囲気は、可変の濃度の酸素、およびＡｒ、Ｎ_２、Ｈｅ、Ｘｅ、Ｎｅ、ＣＯ_２、ＣＯおよび微量のＨ_２またはＨ_２Ｏを含めた１つまたは複数の他の気体、またはその任意の組み合わせからなる。Ａｒ、Ｎ_２、Ｈｅ、ＸｅおよびＮｅは、中性ガスであり、ＣＯ_２は、酸化剤である一方で、ＣＯ、Ｈ_２およびＨ_２Ｏは、β−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶の電気的特性をさらに調整する還元剤である。初期加熱および冷却ステップの間に、ＣＯ_２のみが、酸素源として使用されうる。さらに、１〜７０バールのような外部過圧が使用されうる。

Claims

金属るつぼ内に含まれる溶融物からベータ相の酸化ガリウム（β−Ｇａ_２Ｏ_３）単結晶を成長させる方法であって、
成長チャンバー内に、Ｇａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）を含む前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）、前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）を囲む断熱材（１０３、２０３、３０３、４０３、５０３、６０３）および前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）の周囲に配置される加熱装置（１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４）を備える熱システムまたは成長炉（１００、２００、３００、４００、５００、６００）を設置するステップと、
前記成長炉（１００、２００、３００、４００、５００、６００）内に結晶種（１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５）を供給または作製するステップと、
少なくとも前記成長炉（１００、２００、３００、４００、５００、６００）に、酸素を含有する成長雰囲気（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０）を導入するステップと、
前記加熱装置（１０４、２０４、３０４、４０４、５０４、６０４）により前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）を加熱し、前記金属るつぼが順に、前記Ｇａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）を溶融するまで加熱するステップと、
前記結晶種（１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５）を、前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）内に含まれる溶融した前記Ｇａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）と接触させるステップと、
前記結晶種と溶融物との間の温度勾配により、前記結晶種（１０５、２０５、３０５、４０５、５０５、６０５）上でβ−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）を成長させるステップと、
結晶成長ステップが完了するとすぐに、成長したβ−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）を室温（ＲＴ）まで冷却するステップと
を含む方法において、
ｉ）酸素濃度（ＯＣ）が、Ｇａ_２Ｏ_３の融解温度（ＭＴ）未満（８、９）もしくは融解温度（ＭＰ）で（６、７）、またはＧａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）の完全溶融後（５）に、５〜１００体積％の濃度範囲（ＳＣ）にある成長酸素濃度値（Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ２’’）に達するように可変の酸素濃度（ＯＣ）または分圧を有し、金属ガリウム量（ＣＲ１、ＣＲ２、ＣＲ３）の生成およびそれによる前記金属るつぼ（１０１、２０１、３０１、４０１、５０１、６０１）との共晶形成を最小限にし、かつＧａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）の化学量論性および結晶成長安定性を改善するように適合させた、少なくとも酸素分子および中性ガスの混合物を含有する前記成長雰囲気（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０）を、前記成長炉（１００、２００、３００、４００、５００、６００）中に供給するステップと、
ｉｉ）成長温度（ＧＴ）の前記溶融物からの前記β−Ｇａ_２Ｏ_３単結晶（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）の前記結晶成長ステップの間、前記成長酸素濃度値（Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ２’’）を前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内に維持するステップと
をさらに含むことを特徴とする、方法。
前記酸素濃度（ＯＣ）が、
ｉｉｉ）室温（ＲＴ）から、１０００℃とＧａ_２Ｏ_３の前記融解温度（ＭＴ）の間の温度範囲（ＳＴ）内にある中間温度値（Ｔ１）までの加熱ステップの間に、０〜５体積％の範囲にある中間酸素濃度値（Ｃ１）を超えず、
ｉｖ）前記中間温度値（Ｔ１）からＧａ_２Ｏ_３の融解温度（ＭＴ）までの前記加熱ステップの間に、または前記融解温度（ＭＴ）で、または前記中間温度値（Ｔ１）が前記融解温度（ＭＴ）に実質的に等しい場合には前記Ｇａ_２Ｏ_３出発材料（１０２、２０２、３０２、４０２、５０２、６０２）の完全溶融の後に、前記中間酸素濃度値（Ｃ１）から５〜１００体積％の前記酸素濃度範囲（ＳＣ）にある前記成長酸素濃度値（Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ２’’）に増大する、
請求項１に記載の方法。
前記酸素濃度（ＯＣ）が、
ｖ）前記成長したβ−Ｇａ _２Ｏ _３単結晶（１１０、２１０、３１０、４１０、５１０、６１０）を室温（ＲＴ）まで冷却するステップの間に、前記成長酸素濃度値（Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ２’’）から、前記成長酸素濃度値（Ｃ２、Ｃ２’、Ｃ２’’）より低い最終酸素濃度値（Ｃ３）に減少する、
請求項１または２に記載の方法。
前記成長酸素濃度値（Ｃ２）が、全結晶成長ステップの間の前記成長温度（ＧＴ）で、前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内で実質的に一定（１０）である、請求項１に記載の方法。
前記成長酸素濃度値（Ｃ２）が、前記結晶成長ステップの初期段階後の前記成長温度（ＧＴ）で、前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内の第２の成長酸素濃度値（Ｃ２’）に減少する（１０’）、請求項１に記載の方法。
前記成長酸素濃度値（Ｃ２）が、前記結晶成長ステップの後期段階の前記成長温度（ＧＴ）で、前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内の第３の成長酸素濃度値（Ｃ２’’）に増加する（１０’’）、請求項１に記載の方法。
前記成長酸素濃度値（Ｃ２）が、前記結晶成長ステップの初期段階後の前記成長温度（ＧＴ）で、前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内の第２の成長酸素濃度値（Ｃ２’）に最初に減少し（１０’）、かつ前記結晶成長ステップの後期段階の前記成長温度（ＧＴ）で、前記酸素濃度範囲（ＳＣ）内の第３の成長酸素濃度値（Ｃ２’’）に増大する（１０’’）、請求項１に記載の方法。
前記成長雰囲気（１２０、２２０、３２０、４２０、５２０、６２０）が、酸素に加えて、Ａｒ、Ｎ_２、Ｈｅ、ＣＯ_２、ＣＯ、Ｈ_２およびＨ_２Ｏまたはその任意の組み合わせからなる群から選択される少なくとも１つの気体を含有する、請求項１に記載の方法。
前記成長雰囲気（１２０）が、チョクラルスキー法（１００）に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気（２２０）が、キロポーラス法（２００）に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気（３２０）が、垂直ブリッジマン法または垂直勾配凍結法（３００）に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気（４２０）が、水平ブリッジマン法（４００）に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気（５２０）が、ステパノフ法、非毛細管形状制御法およびエッジデファインドフィルムフェッドグロース法（５００）からなる群から選択される形状制御結晶成長技術に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気（６２０）が、浮上支援自己種形成結晶成長法（６００）に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。
前記成長雰囲気が、マイクロ引き下げ法に適用される、請求項１から８のいずれか１項に記載の方法。