JP2019196294A - Production method of group iii nitride crystal - Google Patents

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Abstract

To provide a production method of a group III nitride crystal containing less oxygen impurities in a crystal.SOLUTION: The production method of a group III nitride crystal is provided that is configured to produce the group III nitride crystal l using: a crucible which stores alkali metal, a group III element-containing raw material, and a seed substrate 11; a reaction container which stores the crucible; a pressure container which stores the reaction container 15; a gas supply pipe which introduces a nitrogen-containing gas and/or an argon gas into the pressure container; a lid which seals the pressure container; a heater which heats the pressure container; an insulating material which insulates the heater and reaction container from each other; and a heat insulating material which prevents a thermal leak in the reaction container. The production method of a group III nitride crystal comprises the steps of: separating the lid from the pressure container to store the reaction container in the pressure container and sealing the pressure container with the lid, then filling the pressure container with the argon gas; heating and holding the argon gas; discharging the heated argon gas from the pressure container; and introducing the nitrogen element-containing gas into the pressure container thereby reacting the alkali metal with the group III element-containing raw material and thus growing the group III nitride crystal on the seed substrate.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、III族窒化物結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing a group III nitride crystal.

近年、GaN結晶やInGaAlN系結晶等のIII族窒化物結晶は、青色LED、白色LEDや、Blu−ray(登録商標)の読取、書込みの光源として用いられる青紫LDなどの発光デバイスに用いられる材料として、その開発が盛んに行われている。高輝度かつ高い信頼性を有した上記の発光デバイスを実現するために、デバイスの下地基板となるIII族の窒化物結晶には、Fe、Zn、Mg、Al等の金属元素や、OやC等の軽元素の不純物が少ない結晶が求められている。   In recent years, Group III nitride crystals such as GaN crystals and InGaAlN-based crystals are materials used for light emitting devices such as blue LEDs, white LEDs, and blue-violet LDs used as Blu-ray (registered trademark) reading and writing light sources. As such, its development has been actively conducted. In order to realize the above light emitting device having high luminance and high reliability, a group III nitride crystal serving as a base substrate of the device includes a metal element such as Fe, Zn, Mg, Al, O or C. Thus, there is a demand for crystals with few light elements such as impurities.

現在、これらの半導体デバイスに用いられているIII族窒化物結晶は、その多くが、サファイアあるいはSiCを種基板として、MOCVD法(有機金属化学気相成長法)やMBE法(分子線結晶成長法)等の気相法により製造されている。また、気相法の一部として、HVPE法(ハロゲン化気相エピタキシー法)では、サファイア、あるいはGaAsを種基板として、その種基板上にGaNを結晶成長させた後、その種基板からGaN結晶を分離することにより、GaN結晶が得られている。   Currently, most of group III nitride crystals used in these semiconductor devices are MOCVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE (molecular beam crystal growth) using sapphire or SiC as a seed substrate. ) And the like. As part of the vapor phase method, in the HVPE method (halogenated vapor phase epitaxy method), sapphire or GaAs is used as a seed substrate, GaN is grown on the seed substrate, and then a GaN crystal is grown from the seed substrate. By separating the GaN crystal, a GaN crystal is obtained.

一方、液相法によるGaN結晶の製造方法として、アルカリ金属のナトリウム(Na)とIII族元素のガリウム(Ga)との混合融液中に窒素(N)を溶解してGaN結晶を成長させるフラックス法がある。 On the other hand, as a method for producing a GaN crystal by a liquid phase method, nitrogen (N 2 ) is dissolved in a mixed melt of alkali metal sodium (Na) and a group III element gallium (Ga) to grow the GaN crystal. There is a flux method.

フラックス法は、他の液相成長と比較して、低温低圧下で結晶成長させることが可能であり、得られたIII族窒化物結晶は、低転位密度である利点を有している為、実用化に向けた開発が盛んに行われている。   The flux method allows crystal growth under low temperature and low pressure as compared with other liquid phase growth, and the obtained group III nitride crystal has an advantage of low dislocation density. Development for practical use is being actively conducted.

しかしながら、フラックス法には、実用化に向けて2つの課題がある。混合融液で用いるアルカリ金属のナトリウム(Na)は、低温低圧下で、種基板上に窒化物の結晶成長をさせる効果を有する。一方で、金属ナトリウムの特徴である易酸化性かつ易吸湿性から、わずかでも大気にふれると、急激に、大気中の酸素および水分と反応し、酸化ナトリウム、水酸化ナトリウムが生成される。大気との反応によって生成された、混合融液中の酸化ナトリウムや、水酸化ナトリウムは、結晶成長の阻害要因となると共に、III族窒化物結晶は、大気中の、水分由来の酸素を不純物として多量に取り込む可能性がある。混合融液を用いたフラックス法で、窒化物結晶に酸素が取り込まれた場合、得られたIII族窒化物単結晶は黒く着色し、デバイスの下地基板としては、使用できない。これがフラックス法の1つ目の課題である。   However, the flux method has two problems for practical use. The alkali metal sodium (Na) used in the mixed melt has the effect of causing nitride crystal growth on the seed substrate under low temperature and low pressure. On the other hand, due to the oxidizability and hygroscopic properties that are characteristic of metallic sodium, when it touches the atmosphere even slightly, it reacts rapidly with oxygen and moisture in the atmosphere to produce sodium oxide and sodium hydroxide. Sodium oxide and sodium hydroxide in the mixed melt produced by the reaction with the atmosphere become a hindrance to crystal growth, and group III nitride crystals have oxygen in the atmosphere as an impurity. There is a possibility of taking in large quantities. When oxygen is taken into a nitride crystal by a flux method using a mixed melt, the obtained group III nitride single crystal is colored black and cannot be used as a base substrate of a device. This is the first problem of the flux method.

フラックス法は、もう1つの課題を有している。結晶成長中に、混合融液を均一に攪拌しないと、結晶内部にアルカリ金属が取り込まれるマクロ欠陥(インクルージョン)が発生する。また、混合融液と窒素(N)との境界には、多量の雑結晶が発生してしまう。そのため、III族原料が、雑結晶の成長に消費され、窒化物結晶を厚く成長できない。また、マクロ欠陥を有した窒化物結晶は、以降の後工程で熱処理を行うとマクロ欠陥が破裂してしまうため、これもデバイスの下地基板としては使用できない。これがフラックス法の2つ目の課題である。 The flux method has another problem. If the mixed melt is not stirred uniformly during crystal growth, macro defects (inclusions) in which alkali metal is taken into the crystal occur. In addition, a large amount of miscellaneous crystals are generated at the boundary between the mixed melt and nitrogen (N 2 ). Therefore, the group III raw material is consumed for the growth of miscellaneous crystals, and the nitride crystals cannot be grown thick. In addition, a nitride crystal having a macro defect cannot be used as a base substrate of a device because the macro defect is ruptured when heat treatment is performed in a subsequent subsequent process. This is the second problem of the flux method.

混合融液を均一に攪拌するためには、例えば、本発明者が考案し、実施したように、反応容器内に加熱ヒータを複数配置し、結晶成長中に、複数のヒータを独立して厳密に制御することで、温度分布を設ける対策がある。これによって発生する混合融液の熱対流を活用して、混合融液を均一に攪拌し、マクロ欠陥や雑結晶の発生を抑制することができる。   In order to uniformly agitate the mixed melt, for example, as devised and implemented by the present inventor, a plurality of heaters are arranged in the reaction vessel, and the plurality of heaters are strictly controlled independently during crystal growth. There is a measure to provide a temperature distribution by controlling to. By utilizing the thermal convection of the mixed melt generated thereby, the mixed melt can be stirred uniformly and the occurrence of macro defects and miscellaneous crystals can be suppressed.

上記対策において、温度分布の条件を精度よく実現するために、例えば、反応容器内に配置するヒータの材質にはカーボンを使い、複数のヒータを独立に制御する。独立したカーボンヒータ同士を絶縁する材質にはBN(ボロンナイトライド)、圧力容器内部の熱逃げを防止する断熱材として、繊維状のセラミックを用いる。BN、繊維状セラミック、いずれの材質にも、吸湿性や酸化性があり、特にBNの吸湿性は高いことが知られている。   In the above measures, in order to realize the temperature distribution condition with high accuracy, for example, carbon is used as the material of the heater arranged in the reaction vessel, and a plurality of heaters are controlled independently. BN (boron nitride) is used as a material for insulating the independent carbon heaters, and a fibrous ceramic is used as a heat insulating material for preventing heat escape inside the pressure vessel. It is known that both BN and fibrous ceramic materials have hygroscopicity and oxidation properties, and particularly BN has high hygroscopicity.

フラックス法は、易酸化性、易吸湿性の金属ナトリウムを原料として使うため、窒化物結晶に容易に、酸素が取り込まれやすい。そのため、フラックス法では、混合融液の吸湿や酸化を低減させることが必要である。一方、上述の窒化物結晶のマクロ欠陥の抑制、雑結晶の抑制には、混合融液を熱対流させる温度分布が必要である。そのため、圧力容器内に、吸湿性のある複数のカーボンヒータ、絶縁材および断熱材を組み合わせる装置構成が必要であるとしている。フラックス法は、窒化物結晶の酸素不純物、マクロ欠陥、の課題に対して、その両者の対策内容は、一方を対策すれば、もう一方がその影響で、悪くなるというトレードオフの関係になっている。   Since the flux method uses easily oxidizable and easily hygroscopic metallic sodium as a raw material, oxygen is easily taken into the nitride crystal. Therefore, in the flux method, it is necessary to reduce moisture absorption and oxidation of the mixed melt. On the other hand, in order to suppress the macro defects of the above-described nitride crystal and to suppress miscellaneous crystals, a temperature distribution that causes the mixed melt to be convective is necessary. Therefore, it is said that a device configuration in which a plurality of hygroscopic carbon heaters, an insulating material, and a heat insulating material are combined in the pressure vessel is necessary. The flux method has a trade-off relationship with respect to the problem of oxygen impurities and macro-defects in nitride crystals, and the countermeasures of both have a negative effect if one is taken and the other gets worse. Yes.

本発明者が実施したフラックス法においても、同じ課題を有していた。本発明者が開発を行う結晶成長装置の内部は、当初、ヒータ構造が簡素なため、混合融液に、適切な熱対流を発生させられなかった。その結果、得られる窒化物結晶には常にマクロ欠陥が発生し、また、雑結晶の発生により、厚い窒化物結晶を得ることができなかった。本発明者は、その対策で上述のように、ヒータ構造を複雑化して、温度条件を厳密に制御した。その結果、マクロ欠陥は改善されるが、得られる窒化物結晶は酸素に起因した着色が発生した。特に窒化物結晶の着色は、同じ手順、同じ材料でも、突然発生する場合があった。また、明確な理由もなく、突然改善する場合があった。そのため、本発明者は、安定性に欠ける窒化物結晶の着色、すなわち酸素不純物の課題に頭を悩ませていた。   The flux method performed by the present inventors also had the same problem. The inside of the crystal growth apparatus developed by the present inventor could not generate appropriate thermal convection in the mixed melt because the heater structure was simple at the beginning. As a result, a macro defect always occurred in the obtained nitride crystal, and a thick nitride crystal could not be obtained due to generation of miscellaneous crystals. As described above, the present inventor has complicated the heater structure and strictly controlled the temperature condition. As a result, the macro defects were improved, but the resulting nitride crystal was colored due to oxygen. In particular, the coloration of nitride crystals may occur suddenly even with the same procedure and the same material. Moreover, there was a case where it suddenly improved without a clear reason. Therefore, the present inventor has been troubled by the problem of the coloration of nitride crystals lacking in stability, that is, the problem of oxygen impurities.

したがって、フラックス法は、上記の窒化物結晶の着色に対する課題の解決のため、特許文献1及び特許文献2のように、製造装置、圧力容器、反応容器の構造に関する発明が複数開示されている。   Therefore, in the flux method, a plurality of inventions relating to the structure of the manufacturing apparatus, the pressure vessel, and the reaction vessel are disclosed as disclosed in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 in order to solve the above-described problem with respect to coloring of the nitride crystal.

特許第4968708号Patent No. 4968708 特許第4963108号Patent No. 4963108

特許文献1、2は、いずれも、反応容器を加熱、加圧処理前には気密に封止し、加熱、加圧処理時、もしくは処理中に気密部の変形や溶融によって、連通させることで、反応容器を水分に晒さないことを特徴としている。   In both Patent Documents 1 and 2, the reaction vessel is hermetically sealed before heating and pressurizing treatment, and communicated by deformation or melting of the hermetic portion during heating or pressurizing treatment or during the treatment. The reaction container is not exposed to moisture.

しかしながら、上記方法では、連通させた後に、圧力容器内の部材から排出された水分が、反応容器内の混合融液のアルカリ金属を酸化させ、結晶成長に影響を与える可能性を有している。   However, in the above-described method, the water discharged from the member in the pressure vessel after being communicated has a possibility of oxidizing the alkali metal of the mixed melt in the reaction vessel and affecting the crystal growth. .

本開示の目的は、フラックス法が有する問題に鑑みてなされたものであって、結晶中の酸素不純物が少ないIII族窒化物結晶の製造方法を提供することである。   An object of the present disclosure has been made in view of the problems of the flux method, and is to provide a method for producing a group III nitride crystal with less oxygen impurities in the crystal.

上述した目的を達成するために、本開示に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、アルカリ金属、III族元素含有原料、種基板を収納する坩堝、前記坩堝を収納する反応容器、前記反応容器を収納する圧力容器、窒素元素含有ガス及び/又はアルゴンガスを前記圧力容器に導入するガス供給管、前記圧力容器を封止する蓋、前記反応容器を加熱するヒータ、前記ヒータと前記反応容器とを絶縁するための絶縁材、前記反応容器内の熱漏れを防止する断熱材を使用してIII族窒化物結晶を製造する方法であって、
前記蓋を前記圧力容器から分離して、前記圧力容器内に前記反応容器に収納し、前記蓋で前記圧力容器を封止した後に、アルゴンガスを前記圧力容器内に充填する工程と、
前記アルゴンガスを加熱して保持する工程と、
前記加熱したアルゴンガスを前記圧力容器から排出する工程と、
前記窒素元素含有ガスを前記圧力容器内に導入し、前記アルカリ金属と前記III族元素含有原料とを反応させて前記種基板上にIII族窒化物結晶を成長させる工程と、
を有する。
In order to achieve the above-described object, a Group III nitride crystal manufacturing method according to the present disclosure includes an alkali metal, a Group III element-containing raw material, a crucible for storing a seed substrate, a reaction container for storing the crucible, and the reaction container. A pressure vessel containing nitrogen, a gas supply pipe for introducing nitrogen-containing gas and / or argon gas into the pressure vessel, a lid for sealing the pressure vessel, a heater for heating the reaction vessel, the heater and the reaction vessel, A method for producing a group III nitride crystal by using an insulating material for insulating a heat insulating material for preventing heat leakage in the reaction vessel,
Separating the lid from the pressure vessel, storing the reaction vessel in the pressure vessel, sealing the pressure vessel with the lid, and then filling the pressure vessel with argon gas;
Heating and holding the argon gas;
Discharging the heated argon gas from the pressure vessel;
Introducing the nitrogen element-containing gas into the pressure vessel, reacting the alkali metal and the group III element-containing raw material to grow a group III nitride crystal on the seed substrate;
Have

本発明に係るIII族窒化物結晶の製造方法によれば、III族窒化物結晶の成長工程に先立って、圧力容器内にアルゴンを充填し、該アルゴンを加熱して保持した後、加熱したアルゴンを圧力容器から排出している。これによって、フラックス法で課題となっている圧力容器内部の絶縁材、ヒータに吸湿した水分を除去することができる。また、吸湿性を有するヒータ、断熱材、絶縁材を自由に、内部に配置することができ、対流を発生させる温度分布を実現できる。したがって、本発明に係るIII族窒化物結晶の製造方法によれば、酸素不純物が少ない、III族窒化物結晶を製造できるという効果がある。   According to the method for producing a group III nitride crystal according to the present invention, prior to the growth process of the group III nitride crystal, the pressure vessel is filled with argon, the argon is heated and held, and then the heated argon Is discharged from the pressure vessel. As a result, it is possible to remove moisture absorbed by the insulating material and the heater inside the pressure vessel, which is a problem in the flux method. Further, a hygroscopic heater, a heat insulating material, and an insulating material can be freely arranged inside, and a temperature distribution that generates convection can be realized. Therefore, according to the method for producing a group III nitride crystal according to the present invention, there is an effect that a group III nitride crystal with few oxygen impurities can be produced.

図1は、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造装置を示す概略断面図である。1 is a schematic cross-sectional view showing a group III nitride crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 図2は、実施の形態1に係る結晶成長方法の順番を示すフロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing the order of the crystal growth method according to the first embodiment. 図3Aは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内に反応容器を設置するS07の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a state in the pressure vessel in the process of S07 in which a reaction vessel is installed in the pressure vessel in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. 図3Bは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内部を真空引きするS08の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the inside of the pressure vessel in the process of S08 in which the inside of the pressure vessel is evacuated in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. 図3Cは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内にアルゴンガスを封入し、加圧、高温状態を継続するS09,S10の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 3C shows the state in the pressure vessel in the steps S09 and S10 in which argon gas is sealed in the pressure vessel and pressurization and high temperature are continued in the method for producing a group III nitride crystal according to the first embodiment. It is a schematic sectional drawing shown. 図3Dは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、露点が−38℃以下の場合に圧力容器内からアルゴンガスを排出するS12の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 3D is a schematic diagram illustrating a state in the pressure vessel in the step of S12 in which argon gas is discharged from the pressure vessel when the dew point is −38 ° C. or lower in the method for producing a group III nitride crystal according to the first embodiment. It is sectional drawing. 図3Eは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内に窒素ガスを封入するS13の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 3E is a schematic cross-sectional view showing a state in the pressure vessel in the step of S13 in which nitrogen gas is sealed in the pressure vessel in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. 図4は、実施の形態1に係る、結晶成長を3回行った際の得られたIII族窒化物結晶の出来栄えを示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the quality of the group III nitride crystal obtained when the crystal growth is performed three times according to the first embodiment. 図5は、比較例1における結晶成長方法の順番を示すフロー図である。FIG. 5 is a flowchart showing the order of the crystal growth method in Comparative Example 1. 図6Aは、比較例1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内に反応容器を設置するS07の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 6A is a schematic cross-sectional view showing a state in the pressure vessel in the process of S07 in which a reaction vessel is installed in the pressure vessel in the method for producing a group III nitride crystal according to Comparative Example 1. 図6Bは、比較例1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内部を真空引きするS08の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 6B is a schematic cross-sectional view showing a state in the pressure vessel in the process of S08 in which the inside of the pressure vessel is evacuated in the method for producing a group III nitride crystal according to Comparative Example 1. 図6Cは、比較例1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内に窒素ガスを封入するS13の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。FIG. 6C is a schematic cross-sectional view showing the state in the pressure vessel in the step of S13 in which nitrogen gas is sealed in the pressure vessel in the method for producing a group III nitride crystal according to Comparative Example 1. 図7は、比較例1における、結晶成長を3回行った際の得られたIII族窒化物結晶の出来栄えを示す図である。FIG. 7 is a diagram showing the quality of the Group III nitride crystal obtained when the crystal growth is performed three times in Comparative Example 1. 図8は、比較例2において、加熱開始から20時間後に排出された窒素ガスの露点とIII族窒化物結晶の着色度合いとの関連を示す図である。FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the dew point of nitrogen gas discharged 20 hours after the start of heating and the degree of coloration of the group III nitride crystal in Comparative Example 2. 図9は、実施例1および比較例1で得られた窒化物結晶中の不純物をD−SIMSにより測定した結果の一覧である。FIG. 9 is a list of results obtained by measuring impurities in the nitride crystals obtained in Example 1 and Comparative Example 1 by D-SIMS.

第1の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、アルカリ金属、III族元素含有原料、種基板を収納する坩堝、前記坩堝を収納する反応容器、前記反応容器を収納する圧力容器、窒素元素含有ガス及び/又はアルゴンガスを前記圧力容器に導入するガス供給管、前記圧力容器を封止する蓋、前記反応容器を加熱するヒータ、前記ヒータと前記反応容器とを絶縁するための絶縁材、前記反応容器内の熱漏れを防止する断熱材を使用してIII族窒化物結晶を製造する方法であって、
前記蓋を前記圧力容器から分離して、前記圧力容器内に前記反応容器を収納し、前記蓋で前記圧力容器を封止した後に、アルゴンガスを前記圧力容器内に充填する工程と、
前記アルゴンガスを加熱して保持する工程と、
前記加熱したアルゴンガスを前記圧力容器から排出する工程と、
前記窒素元素含有ガスを前記圧力容器内に導入し、前記アルカリ金属と前記III族元素含有原料とを反応させて前記種基板上にIII族窒化物結晶を成長させる工程と、
を有することを特徴とする。
A method for producing a Group III nitride crystal according to the first aspect includes an alkali metal, a Group III element-containing raw material, a crucible for storing a seed substrate, a reaction container for storing the crucible, a pressure container for storing the reaction container, nitrogen Gas supply pipe for introducing element-containing gas and / or argon gas into the pressure vessel, lid for sealing the pressure vessel, heater for heating the reaction vessel, insulating material for insulating the heater and the reaction vessel A method for producing a group III nitride crystal using a heat insulating material that prevents heat leakage in the reaction vessel,
Separating the lid from the pressure vessel, storing the reaction vessel in the pressure vessel, sealing the pressure vessel with the lid, and then filling the pressure vessel with argon gas;
Heating and holding the argon gas;
Discharging the heated argon gas from the pressure vessel;
Introducing the nitrogen element-containing gas into the pressure vessel, reacting the alkali metal and the group III element-containing raw material to grow a group III nitride crystal on the seed substrate;
It is characterized by having.

第2の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、上記第1の態様において、前記アルゴンガスを充填する工程と、前記アルゴンガスを加熱して保持する工程と、前記加熱したアルゴンガスを排出する工程と、を繰り返し行ってもよい。   A method for producing a group III nitride crystal according to a second aspect is the method according to the first aspect, wherein the step of filling the argon gas, the step of heating and holding the argon gas, and the step of heating the argon gas The step of discharging may be repeated.

第3の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、上記第1又は第2の態様において、前記排出するガスの露点を測定する工程を有してもよい。   The method for producing a group III nitride crystal according to the third aspect may include a step of measuring a dew point of the exhausted gas in the first or second aspect.

第4の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、上記第1から第3のいずれかの態様において、前記排出するガスの露点は−38℃以下であってもよい。   In the method for producing a group III nitride crystal according to the fourth aspect, in any one of the first to third aspects, the dew point of the exhausted gas may be −38 ° C. or lower.

第5の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、上記第1から第4のいずれかの態様において、前記絶縁材は、ボロンナイトライドで構成され、前記アルゴンガスを200〜700℃で加熱して保持してもよい。   In the method for producing a group III nitride crystal according to a fifth aspect, in any one of the first to fourth aspects, the insulating material is made of boron nitride, and the argon gas is heated at 200 to 700 ° C. You may heat and hold | maintain.

第6の態様に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、上記第1から第5のいずれかの態様において、前記ヒータには、カーボンヒータを使用してもよい。   In the method for producing a group III nitride crystal according to a sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, a carbon heater may be used as the heater.

(実施の形態1)
図1は、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶製造装置を示す概略断面図である。図1を参照して、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法および使用されるIII族窒化物結晶製造装置の構成例を説明する。
(Embodiment 1)
1 is a schematic cross-sectional view showing a group III nitride crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1. FIG. With reference to FIG. 1, the example of a structure of the manufacturing method of the group III nitride crystal which concerns on Embodiment 1, and the group III nitride crystal manufacturing apparatus used is demonstrated.

<III族窒化物結晶製造装置>
実施の形態1に係るIII族窒化物結晶製造装置10は、種基板11上にIII族窒化物結晶12の成長を行うため、アルカリ金属と少なくともIII族元素を含む混合融液13、種基板11、坩堝容器14、それらが収納された反応容器15を反応容器設置台16に設置できる。なお、反応容器15は、反応容器設置台16から着脱可能である。
<Group III nitride crystal production equipment>
Since group III nitride crystal production apparatus 10 according to the first embodiment grows group III nitride crystal 12 on seed substrate 11, mixed melt 13 containing an alkali metal and at least a group III element, seed substrate 11. The crucible container 14 and the reaction container 15 in which they are stored can be installed on the reaction container installation table 16. The reaction vessel 15 is detachable from the reaction vessel installation base 16.

圧力容器28内の圧力を一定に維持するため、III族窒化物結晶製造装置10は、ステンレス製の閉じた形状の圧力容器28と蓋27とから構成されている。圧力容器28と27は、図示しないOリングによって密閉性を確保している。   In order to keep the pressure inside the pressure vessel 28 constant, the group III nitride crystal production apparatus 10 is composed of a pressure vessel 28 having a closed shape made of stainless steel and a lid 27. The pressure vessels 28 and 27 are sealed by an O-ring (not shown).

前記マクロ欠陥の発生を抑制することを目的として、このIII族窒化物結晶製造装置10の内部は、ヒータ支持管25で支持された底ヒータ17〜上段ヒータ20を有している。さらに、断熱材26、ヒータ17〜ヒータ20を独立制御するための絶縁材21〜24で構成されている。   In order to suppress the occurrence of the macro defects, the inside of the group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 includes a bottom heater 17 to an upper stage heater 20 supported by a heater support tube 25. Furthermore, the heat insulating material 26 and the insulating materials 21 to 24 for independently controlling the heaters 17 to 20 are configured.

III族窒化物結晶製造装置10は、III族窒化物結晶の原料を供給するための、窒素(N)ガス32とその圧力調節器31、および本開示の趣旨である装置内部に吸着した水分を除去するためのアルゴン(Ar)ガス34、その圧力調節器33を備えている。マスフローコントローラー30、ガス供給配管29によって、圧力容器28に窒素(N)、アルゴン(Ar)を供給することができる。なお、混合融液に溶解させる窒素元素は、III族窒化物結晶を成長させる窒素源となるものであれば足りる。例えば、窒素(N)ガス以外にもアンモニア(NH)ヒドラジン(N)アジ化ナトリウム(NaN)などの窒素元素含有ガスを適用することができる。 The group III nitride crystal production apparatus 10 includes a nitrogen (N 2 ) gas 32 and a pressure regulator 31 for supplying a group III nitride crystal raw material, and moisture adsorbed inside the apparatus, which is the gist of the present disclosure. Are provided with an argon (Ar) gas 34 and a pressure regulator 33 thereof. Nitrogen (N 2 ) and argon (Ar) can be supplied to the pressure vessel 28 by the mass flow controller 30 and the gas supply pipe 29. The nitrogen element dissolved in the mixed melt is sufficient if it becomes a nitrogen source for growing a group III nitride crystal. For example, in addition to nitrogen (N 2 ) gas, nitrogen element-containing gas such as ammonia (NH 3 ) hydrazine (N 2 H 4 ) sodium azide (NaN 3 ) can be applied.

結晶成長中は、マスフローコントローラー30によって一定流量(例えば1000sccm)の窒素(N)を供給することが望ましい。結晶成長中の設定圧力を一定にするため、圧力計39と通信ケーブル41とで接続された圧力調整器40が、窒素(N)を排出し、圧力計39の圧力を一定に維持するように圧力調整を行う。また、排出した窒素(N)アルゴン(Ar)は、露点計測器42によって、水分の測定が可能である。 During crystal growth, it is desirable to supply nitrogen (N 2 ) at a constant flow rate (for example, 1000 sccm) by the mass flow controller 30. In order to make the set pressure constant during crystal growth, the pressure regulator 40 connected by the pressure gauge 39 and the communication cable 41 discharges nitrogen (N 2 ) and maintains the pressure of the pressure gauge 39 constant. Adjust the pressure. Further, the nitrogen (N 2 ) argon (Ar) discharged can be measured for moisture by the dew point measuring device 42.

III族窒化物結晶製造装置10は、圧力容器28と蓋27を分離した際に、入り込む大気を追い出すための排気配管35、バルブ36および真空ポンプ38を備えている。また、真空計37によって圧力容器28内の真空度を測定することができる。   The group III nitride crystal production apparatus 10 includes an exhaust pipe 35, a valve 36, and a vacuum pump 38 for expelling the air that enters when the pressure vessel 28 and the lid 27 are separated. Further, the degree of vacuum in the pressure vessel 28 can be measured by the vacuum gauge 37.

<III族窒化物結晶の製造方法>
図2の結晶成長開始までのフロー図および、図3A乃至図3Eの結晶成長までの段階的に示す概略断面図を参照しながら、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法を、詳細に説明する。
<Method for Producing Group III Nitride Crystal>
While referring to the flow chart up to the start of crystal growth in FIG. 2 and the schematic cross-sectional views shown in stages until the crystal growth in FIGS. 3A to 3E, the method for producing a group III nitride crystal according to the first embodiment This will be described in detail.

(1)III族窒化物結晶製造装置10は、マスフローコントローラー30、圧力調整器40を閉じ、バルブ36を開け、排気配管35につながれた真空ポンプ38を動作させて、圧力容器28の真空引きを行う。同時に、ヒータ17〜20を通電して、炉内を加熱しておく(S01)。前回の結晶成長後、開放時に吸着した水分を追い出しておくことを目的とする真空ベーキングを行う。真空ベーキング中は、炉内の真空度を、真空計37で監視しておき、その真空度は、1×10−1Pa以下になることが望ましい。1×10−1Pa以上であると、圧力容器28と蓋27とを密閉するOリング(図示しない)、もしくはガス供給配管29、排気配管35で使用している継手(図示しない)のいずれかにリークが発生しているか、内部部材に水分が、多量に吸着している可能性がある。いずれも結晶成長に影響を与えるため、真空引きの経過時間に対しての真空計37が示す真空度を記録し、定期的にスヌープ液で、継手にリークが無いかの点検を行うことが望ましい。ヒータ17〜20の負荷を少なくし、効果的な真空ベーキングを行うためには、加熱の温度は900度以上、1000度以下で、真空ベークは、真空計37が示す真空度が飽和するまで、12時間以上行うことが望ましい。 (1) The group III nitride crystal production apparatus 10 closes the mass flow controller 30 and the pressure regulator 40, opens the valve 36, operates the vacuum pump 38 connected to the exhaust pipe 35, and evacuates the pressure vessel 28. Do. At the same time, the heaters 17 to 20 are energized to heat the inside of the furnace (S01). After the previous crystal growth, vacuum baking is performed for the purpose of expelling moisture adsorbed at the time of opening. During vacuum baking, the degree of vacuum in the furnace is monitored by the vacuum gauge 37, and the degree of vacuum is desirably 1 × 10 −1 Pa or less. If it is 1 × 10 −1 Pa or higher, either an O-ring (not shown) for sealing the pressure vessel 28 and the lid 27 or a joint (not shown) used in the gas supply pipe 29 and the exhaust pipe 35 There is a possibility that a leak has occurred or a large amount of moisture is adsorbed on the internal member. Since both affect the crystal growth, it is desirable to record the degree of vacuum shown by the vacuum gauge 37 with respect to the elapsed time of evacuation, and periodically inspect for leaks in the joint with a snoop solution. . In order to reduce the load of the heaters 17 to 20 and perform effective vacuum baking, the heating temperature is 900 ° C. or more and 1000 ° C. or less, and the vacuum baking is performed until the vacuum degree indicated by the vacuum gauge 37 is saturated. It is desirable to carry out for 12 hours or more.

(2)III族窒化物結晶製造装置10が真空ベーキングを行っている際に、結晶成長に用いる、種基板11、坩堝容器14、反応容器15、III族元素材料、アルカリ金属を図示しない非酸化性雰囲気のグローブボックスへ搬入しておく(S02)。これらの部材や材料表面に吸着した水分をグローブボックス内の不活性ガス雰囲気中で、除去しておくことを目的としている。 (2) Non-oxidation (not shown) of seed substrate 11, crucible vessel 14, reaction vessel 15, group III element material, and alkali metal used for crystal growth when group III nitride crystal production apparatus 10 is performing vacuum baking It is carried into a glove box with a sex atmosphere (S02). The purpose is to remove moisture adsorbed on the surface of these members and materials in an inert gas atmosphere in the glove box.

(3)圧力容器28へ100℃以下の温度で反応容器15を設置できるように、ヒータ17〜20の停止および、バルブ36を閉じて、真空ポンプ38を停止する(S03)。真空引きを継続したまま、結晶成長装置を冷却すると、100℃以下となる時間が約30時間となってしまう。
(4)降温時間を短縮するため、窒素(N)を、3.0MPaで、圧力容器28へ封入しておくことで、冷却時間を8時間以内に短縮することが望ましい(S04)。なお100℃以上で、反応容器15を設置して真空引きを行うと、アルカリ金属の蒸気圧が低下し、アルカリ金属が気化する懸念があるため、100℃以下とする。
(3) Stop the heaters 17 to 20 and close the valve 36 and stop the vacuum pump 38 so that the reaction vessel 15 can be installed in the pressure vessel 28 at a temperature of 100 ° C. or less (S03). If the crystal growth apparatus is cooled while the evacuation is continued, the time for which the temperature becomes 100 ° C. or less is about 30 hours.
(4) In order to shorten the temperature lowering time, it is desirable to shorten the cooling time within 8 hours by sealing nitrogen (N 2 ) in the pressure vessel 28 at 3.0 MPa (S04). If the reaction vessel 15 is installed and evacuated at 100 ° C. or higher, the vapor pressure of the alkali metal is lowered and the alkali metal is liable to vaporize.

(5)圧力容器28内部が100℃以下になる時間の1時間前に、図示しない非酸化性のグローブボックス内において、坩堝容器14内に種基板11、III族元素材料、アルカリ金属を設置する。坩堝容器14をさらに反応容器15内に収納する(S05)。作業中はグローブボックス内の酸素濃度が1ppm以下を維持し、かつアルカリ金属に変色が無いことを確認しておく。グローブボックス内で易酸化性のアルカリ金属が酸化、すなわち変色してしまった場合、セラミック製のナイフを用いて、酸化したアルカリ金属を取り除く。 (5) A seed substrate 11, a group III element material, and an alkali metal are placed in the crucible container 14 in a non-oxidizing glove box (not shown) one hour before the pressure vessel 28 becomes 100 ° C. or less. . The crucible container 14 is further accommodated in the reaction container 15 (S05). During work, make sure that the oxygen concentration in the glove box is maintained at 1 ppm or less and that the alkali metal is not discolored. When the easily oxidizable alkali metal is oxidized, that is, discolored in the glove box, the oxidized alkali metal is removed using a ceramic knife.

(6)III族元素、アルカリ金属、種基板11が設置された坩堝容器14を反応容器15へ収納した後、圧力容器28の窒素ガスを排出し、圧力容器蓋27を取り外し、圧力容器28内部の大気開放を行う。 (6) After storing the crucible container 14 in which the group III element, alkali metal, and seed substrate 11 are installed in the reaction container 15, the nitrogen gas in the pressure container 28 is discharged, the pressure container lid 27 is removed, and the inside of the pressure container 28 Open to the atmosphere.

(7)圧力容器蓋27を外した後、反応容器15をグローブボックスから取り出し(S06)、圧力容器28の設置台16に反応容器15の設置を行い、圧力容器蓋27を閉める(S07)。図3Aは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器内に反応容器を設置したS07の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。圧力容器28内部は、大気雰囲気43であり、内部の絶縁材22、23およびカーボンヒータ19には、大気成分に由来する水分44が吸着している。なお、概要を説明するために、全部材は図示していない。反応容器15をグローブボックス内から設置台16上に設置する時間は、先行文献では5分の所要時間でも、窒化物結晶が着色したとの記載があり、短いほどよいとされている。これは大気成分に存在している水分が、部材に吸着するのを防ぐことを意図しているものであるが、本開示では、その時間が30分であっても同様の効果が得られる。 (7) After removing the pressure vessel lid 27, the reaction vessel 15 is taken out of the glove box (S06), the reaction vessel 15 is installed on the installation base 16 of the pressure vessel 28, and the pressure vessel lid 27 is closed (S07). FIG. 3A is a schematic cross-sectional view showing a state in the pressure vessel in step S07 in which a reaction vessel is installed in the pressure vessel in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. The inside of the pressure vessel 28 is an atmospheric atmosphere 43, and moisture 44 derived from atmospheric components is adsorbed to the internal insulating materials 22 and 23 and the carbon heater 19. In order to explain the outline, all members are not shown. Regarding the time for installing the reaction vessel 15 on the installation table 16 from the inside of the glove box, there is a description that the nitride crystal is colored even in the time required for 5 minutes in the prior literature, and it is said that the shorter the better. This is intended to prevent moisture present in the atmospheric component from adsorbing to the member, but in the present disclosure, the same effect can be obtained even if the time is 30 minutes.

(8)圧力容器蓋27を閉めた後、バルブ36を開け、真空ポンプ38を動作させ、内部の大気45を排出する真空引きを行う(S08)。図3Bは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器28内部を真空引きするS08の工程における圧力容器内の状態を示す概略断面図である。圧力容器28内部は真空引きされているが、絶縁材23やカーボンヒータ19に付着している水分44は、装置内に残留している。真空引きの際は、真空計37の真空度を監視することが望ましく、圧力容器28内の真空46は、搬入前の真空ベーキングで得られた真空度と同じ、1×10−1Pa以下になることが更に望ましい。 (8) After closing the pressure vessel lid 27, the valve 36 is opened, the vacuum pump 38 is operated, and evacuation is performed to exhaust the internal atmosphere 45 (S08). FIG. 3B is a schematic cross-sectional view showing the inside of the pressure vessel in the step S08 in which the inside of the pressure vessel 28 is evacuated in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. Although the inside of the pressure vessel 28 is evacuated, the moisture 44 adhering to the insulating material 23 and the carbon heater 19 remains in the apparatus. When evacuating, it is desirable to monitor the degree of vacuum of the vacuum gauge 37, and the vacuum 46 in the pressure vessel 28 is equal to or less than 1 × 10 −1 Pa, which is the same as the degree of vacuum obtained by vacuum baking before loading. More desirably.

(9)真空ポンプ38を停止し、バルブ36を閉じる。その後、圧力調節器33、マスフローコントローラー30を開けて、アルゴン(Ar)ガスを1.0MPaで封入し(S09)、圧力容器28内部を200℃に加熱して、アルゴンガス雰囲気の加圧、高温状態を1時間継続する(S10)。図3Cは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器28内にアルゴンガスを封入し、加圧、高温状態を継続するS09,S10の工程における圧力容器28内の状態を示す概略断面図である。封入したアルゴンガス47を加熱することによって、絶縁材23やヒータ19に吸湿した水分44を除去することができる。加熱温度は、アルゴン雰囲気下で、事前に絶縁材23やヒータ19の脱ガス試験を行っておき、水分が最も除去される温度を設定することが望ましい。絶縁材23の材質にBNを用いた場合は、200〜700℃が最も水分の除去効果が高い。圧力容器28に配置したアルカリ金属が気化することを防止するため、アルゴンの設定圧力は、0.1MPa以上が好ましく、1.0MPa以上あることが更に好ましい。ここで、アルゴンガスを使用する理由は、その比熱にある。アルゴンの比熱は519J/kg℃であり、窒素は1043、J/kg℃、ヘリウムは5,195J/kg℃であり、不活性ガスの中では、最も比熱が低い。すなわち、アルゴンは、加熱されやすく、水分を除去する効果が高い不活性ガスであるといえる。その特徴を利用すれば、フラックス法で課題となっている圧力容器内部の絶縁材、ヒータに吸湿した水分をアルゴン雰囲気47に水分48として取り込んで除去することができる。また、吸湿性を有するヒータ、断熱材、絶縁材を自由に、内部に配置することができ、対流を発生させる温度分布を実現できる。したがって、本発明に係るIII族窒化物結晶の製造方法によれば、酸素不純物が少なく、かつマクロ欠陥の少ない、III族窒化物結晶を製造できる。 (9) The vacuum pump 38 is stopped and the valve 36 is closed. Thereafter, the pressure regulator 33 and the mass flow controller 30 are opened, and argon (Ar) gas is sealed at 1.0 MPa (S09), the inside of the pressure vessel 28 is heated to 200 ° C., and the argon gas atmosphere is pressurized and heated. The state is continued for 1 hour (S10). FIG. 3C shows a method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1, in which argon gas is sealed in the pressure vessel 28 and the pressure vessel 28 in the steps S09 and S10 in which pressurization and high-temperature conditions are continued. It is a schematic sectional drawing which shows a state. By heating the enclosed argon gas 47, the moisture 44 absorbed by the insulating material 23 and the heater 19 can be removed. The heating temperature is desirably set to a temperature at which moisture is most removed by conducting a degassing test of the insulating material 23 and the heater 19 in advance under an argon atmosphere. When BN is used as the material of the insulating material 23, the effect of removing moisture is highest at 200 to 700 ° C. In order to prevent the alkali metal disposed in the pressure vessel 28 from being vaporized, the set pressure of argon is preferably 0.1 MPa or more, and more preferably 1.0 MPa or more. Here, the reason for using argon gas is its specific heat. The specific heat of argon is 519 J / kg ° C., nitrogen is 1043, J / kg ° C., and helium is 5,195 J / kg ° C., which is the lowest specific heat among the inert gases. That is, it can be said that argon is an inert gas that is easily heated and has a high effect of removing moisture. By utilizing this feature, the moisture absorbed by the insulating material and heater inside the pressure vessel, which is a problem in the flux method, can be taken into the argon atmosphere 47 as moisture 48 and removed. Further, a hygroscopic heater, a heat insulating material, and an insulating material can be freely arranged inside, and a temperature distribution that generates convection can be realized. Therefore, according to the method for producing a group III nitride crystal according to the present invention, a group III nitride crystal with few oxygen impurities and few macro defects can be produced.

(10)アルゴンガスでの加圧、高温状態を維持した後、圧力調整器40を1分間空ける。炉内のアルゴンガスの一部を排出し、排気配管35に接続された露点計測器42で、排出ガスに含まれる水分を測定する(S11)。本課題を解決するためには、後述する実施例2のデータから、露点は―38℃以下が望ましい。また―38℃以上の場合は、吸着している水分が除去しきれていない可能性があるため、100℃まで冷却した後、真空引き、アルゴン封入、の作業を複数回行うサイクルパージを実施することで、露点は―38℃以下を得ることができる。 (10) After maintaining the pressurization with argon gas and the high temperature state, the pressure regulator 40 is emptied for 1 minute. A part of the argon gas in the furnace is discharged, and the moisture contained in the exhaust gas is measured by the dew point measuring device 42 connected to the exhaust pipe 35 (S11). In order to solve this problem, the dew point is desirably −38 ° C. or less from the data of Example 2 described later. If the temperature is -38 ° C or higher, the adsorbed moisture may not be completely removed. After cooling to 100 ° C, cycle purge is performed by performing vacuuming and argon filling multiple times. Thus, the dew point can be -38 ° C or lower.

(11)結晶成長にアルゴンガスは不要であるため、炉内の温度が100℃以下になった後、バルブ36を開いて、真空ポンプ38を動作させ、圧力容器28内部のアルゴンガス49および吸着した水分50を排出する(S12)。図3Dは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、露点が−38℃以下の場合に圧力容器28内からアルゴンガス49を排出するS12の工程における圧力容器28内の状態を示す概略断面図である。その後、圧力容器28内は真空46となる。 (11) Since argon gas is not required for crystal growth, after the temperature in the furnace becomes 100 ° C. or lower, the valve 36 is opened, the vacuum pump 38 is operated, and the argon gas 49 inside the pressure vessel 28 and adsorption are performed. The drained water 50 is discharged (S12). FIG. 3D shows the state of the pressure vessel 28 in the step S12 in which argon gas 49 is discharged from the pressure vessel 28 when the dew point is −38 ° C. or lower in the method for producing a group III nitride crystal according to the first embodiment. It is a schematic sectional drawing which shows. Thereafter, the pressure vessel 28 is evacuated 46.

(12)バルブ36を閉じて、真空ポンプ38を停止し、圧力調節器31とマスフローコントローラー30を開いて窒素ガス32を圧力容器28内部に封入し、圧力を3.4MPaに設定する。図3Eは、実施の形態1に係るIII族窒化物結晶の製造方法において、圧力容器28内に窒素ガスを封入するS13の工程における圧力容器28内の状態示す概略断面図である。図3Eに示すように、圧力容器28内には残留する水分はほとんどなく、窒素雰囲気51となっている。 (12) The valve 36 is closed, the vacuum pump 38 is stopped, the pressure regulator 31 and the mass flow controller 30 are opened, nitrogen gas 32 is sealed inside the pressure vessel 28, and the pressure is set to 3.4 MPa. FIG. 3E is a schematic cross-sectional view showing a state in pressure vessel 28 in the step S13 in which nitrogen gas is sealed in pressure vessel 28 in the method for producing a group III nitride crystal according to Embodiment 1. As shown in FIG. 3E, almost no moisture remains in the pressure vessel 28 and a nitrogen atmosphere 51 is formed.

(13)ヒータ17〜20を通電し、反応容器15の中心温度が870℃になるように、中段ヒータ19、下段ヒータ18の温度を870℃に設定する(S13))。マクロ欠陥や雑結晶の発生を防止するための熱対流の発生に、反応容器15内部は下側が875℃、上側が865℃の温度条件が必要であった場合、上段ヒータ20は865℃、底ヒータ17は875℃に設定する。結晶成長時間が100時間を越え、窒化物結晶の口径が4インチ以上となり、より均一な混合融液13の攪拌が必要とされる場合、中段ヒータ19と下段ヒータ18間、上段ヒータ20と底ヒータ17間で微調整を行い、前記のマクロ欠陥、雑結晶に対する課題を防止することができる。 (13) The heaters 17 to 20 are energized, and the temperatures of the middle heater 19 and the lower heater 18 are set to 870 ° C. so that the center temperature of the reaction vessel 15 becomes 870 ° C. (S 13). In order to generate thermal convection to prevent the occurrence of macro defects and miscellaneous crystals, if the temperature inside the reaction vessel 15 is 875 ° C. on the lower side and 865 ° C. on the upper side, the upper heater 20 is 865 ° C. The heater 17 is set to 875 ° C. When the crystal growth time exceeds 100 hours, the diameter of the nitride crystal is 4 inches or more, and a more uniform stirring of the mixed melt 13 is required, the middle heater 19 and the lower heater 18, the upper heater 20 and the bottom Fine adjustments can be made between the heaters 17 to prevent problems with the macro defects and miscellaneous crystals.

(14)設定圧力3.4MPaを圧力計39および通信ケーブル41と接続された圧力調整器40で維持し、更にヒータ17から20の設定によって、反応容器の温度を870℃で制御された状態を維持すると、混合融液13に窒素(N)が溶け込み、混合融液中にGaN・Naの可溶種を形成される。種基板11上の過飽和領域においてGaN・NaからGaN単結晶の核が発生し、ついで熱対流により、マクロ欠陥がない連続的なGaN結晶の成長が行われる。この状態を50時間維持する(S14)。 (14) Maintaining the set pressure of 3.4 MPa with the pressure regulator 40 connected to the pressure gauge 39 and the communication cable 41, and further setting the heaters 17 to 20 to control the temperature of the reaction vessel at 870 ° C. When maintained, nitrogen (N 2 ) dissolves in the mixed melt 13, and soluble species of GaN · Na are formed in the mixed melt. In the supersaturated region on the seed substrate 11, nuclei of GaN single crystals are generated from GaN / Na, and then continuous GaN crystals without macro defects are grown by thermal convection. This state is maintained for 50 hours (S14).

(15)ヒータ17〜20を停止し、炉内温度が100℃以下になるまで、窒素の加圧状態を維持する。 (15) The heaters 17 to 20 are stopped, and the pressure of nitrogen is maintained until the furnace temperature reaches 100 ° C. or lower.

(16)窒素を排出し、炉内圧力が0.1MPaとなった後、圧力容器蓋27を開ける。そこから、反応容器15を取り出し、坩堝容器内14に設置していた種基板11上に成長したIII族窒化物結晶12を取出す(S16)。III族窒化物結晶12を取出した後、III族窒化物結晶製造装置10は、劣化した部品や、窒化の激しいステンレス部材の設置台16やヒータ支持管25を交換する等のメンテナンスを行うことが、装置維持、水分以外の汚染物付着防止の観点から望ましい。例えば、メンテナンス実施後、蓋27を閉め、次回の結晶成長に備えて、上記のS01の真空ベーキング作業を行っておく。 (16) After the nitrogen is discharged and the pressure in the furnace reaches 0.1 MPa, the pressure vessel lid 27 is opened. From there, the reaction vessel 15 is taken out, and the group III nitride crystal 12 grown on the seed substrate 11 placed in the crucible vessel 14 is taken out (S16). After the group III nitride crystal 12 is taken out, the group III nitride crystal production apparatus 10 can perform maintenance such as replacement of deteriorated parts, the installation base 16 of the highly nitriding stainless steel member, and the heater support tube 25. It is desirable from the viewpoint of maintaining the apparatus and preventing the adhesion of contaminants other than moisture. For example, after the maintenance is performed, the lid 27 is closed, and the vacuum baking operation of the above S01 is performed in preparation for the next crystal growth.

(実施例1)
図1に示すIII族窒化物結晶製造装置10を用い、図2、図3A乃至図3Eに示す方法に従って、III族窒化物結晶として窒化ガリウム(GaN)の結晶成長を3回実施した。
(Example 1)
Using the group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 shown in FIG. 1, gallium nitride (GaN) crystal growth was performed three times as a group III nitride crystal according to the method shown in FIGS. 2 and 3A to 3E.

(1)まず、反応容器15を反応容器設置台16に設置する36時間前に、III族窒化物結晶製造装置10は、マスフローコントローラー30、圧力調整器40を閉じ、バルブ36を開け、排気配管35につながれた真空ポンプ38を動作させて、圧力容器28の真空引きを行った。同時に、ヒータ17〜20を通電し、炉内を900℃に加熱し真空ベーキングを24時間実施した(S01)。真空ベーキング開始12時間後の真空度は7×10−2Paであったため、配管および継手のリーク、装置内の水分吸着は、問題ないと判断した。 (1) First, the group III nitride crystal production apparatus 10 closes the mass flow controller 30 and the pressure regulator 40, opens the valve 36, and exhausts the piping 36 hours before the reaction vessel 15 is placed on the reaction vessel mounting table 16. The vacuum pump 38 connected to 35 was operated to evacuate the pressure vessel 28. At the same time, the heaters 17 to 20 were energized, the inside of the furnace was heated to 900 ° C., and vacuum baking was performed for 24 hours (S01). Since the degree of vacuum 12 hours after the start of vacuum baking was 7 × 10 −2 Pa, it was determined that there was no problem with leakage of piping and joints and moisture adsorption in the apparatus.

(2)反応容器15を反応容器設置台16に設置する24時間前に、1mmのサファイア基板上にGaN薄膜を5μm成長した直径75mmのウェハを2分割した種基板11、直径140mm、5N純度のアルミナ製の坩堝容器14、直径180mmのステンレス製の反応容器15、III族元素としてガリウム(Ga)をグローブボックスへ搬入した(S02)。アルカリ金属は納入後、常時グローブボックス内で保管されている金属ナトリウム(Na)を使用した。 (2) 24 hours before setting the reaction vessel 15 on the reaction vessel setting table 16, a seed substrate 11 obtained by dividing a 75 mm diameter wafer obtained by growing a GaN thin film by 5 μm on a 1 mm sapphire substrate into two pieces, having a diameter of 140 mm and a purity of 5N The crucible container 14 made of alumina, the stainless steel reaction container 15 having a diameter of 180 mm, and gallium (Ga) as a group III element were carried into the glove box (S02). As the alkali metal, metallic sodium (Na) that was always stored in the glove box was used after delivery.

(3)反応容器15を反応容器設置台16に設置する12時間前にヒータ17〜20を停止し(S03)、おって窒素ガスを、3.0MPaで封入し、III族窒化物結晶製造装置10を100℃まで、12時間かけて降温した(S04)。 (3) The heaters 17 to 20 are stopped 12 hours before the reaction vessel 15 is set on the reaction vessel setting table 16 (S03), and nitrogen gas is sealed at 3.0 MPa, so that a group III nitride crystal production apparatus is provided. The temperature was lowered to 10 ° C. over 12 hours (S04).

(5)反応容器15を反応容器設置台16に設置する1時間前に、グローブボックス内において、坩堝容器14内に種基板11、III族元素のガリウム(Ga)と、アルカリ金属のナトリウム(Na)とを設置した。混合融液13中における、ナトリウムおよびガリウムの総モル数に対するナトリウムのモル数の比率、Na/(Na+Ga)は、0.73とし、高温での混合融液13の液面高さは坩堝容器14の底から20mmになるようにGa、Na重量をそれぞれ秤量した。設置作業中はグローブボックス内の酸素濃度が1ppm以下で、かつアルカリ金属のNaに、酸化に起因する白色、薄赤色や過酸化に起因する小金色の変色が無いことを確認した。3回の結晶成長は、いずれも、グローブボックス内の作業に30分の時間を要した。 (5) One hour before installing the reaction vessel 15 on the reaction vessel mounting table 16, the seed substrate 11, group III element gallium (Ga), and alkali metal sodium (Na) are placed in the crucible vessel 14 in the glove box. ) And installed. The ratio of the number of moles of sodium to the total number of moles of sodium and gallium in the mixed melt 13, Na / (Na + Ga) is 0.73, and the liquid surface height of the mixed melt 13 at a high temperature is the crucible container 14. The weights of Ga and Na were weighed so as to be 20 mm from the bottom of each. During the installation work, it was confirmed that the oxygen concentration in the glove box was 1 ppm or less, and the alkali metal Na had no white, light red, or small gold discoloration caused by peroxidation. In each of the three crystal growths, it took 30 minutes to work in the glove box.

(6)反応容器15へ種基板11、ガリウム(Ga)、ナトリウム(Na)の収納が完了した後、圧力容器28内部の窒素ガスを排出し、圧力容器蓋27を取り外し、III族窒化物結晶製造装置10の開放を行った。 (6) After the seed substrate 11, gallium (Ga), and sodium (Na) are completely stored in the reaction vessel 15, the nitrogen gas in the pressure vessel 28 is discharged, the pressure vessel lid 27 is removed, and the group III nitride crystal is removed. The manufacturing apparatus 10 was opened.

(7)圧力容器蓋27を取り外した後、反応容器15をグローブボックスから取り出し(S06)、反応容器15の設置を行い、圧力容器蓋27を閉めた(S07)。3回の結晶成長は、いずれも、蓋を閉めるまでの時間は30分の時間を要した。 (7) After removing the pressure vessel lid 27, the reaction vessel 15 was removed from the glove box (S06), the reaction vessel 15 was installed, and the pressure vessel lid 27 was closed (S07). In all three crystal growths, it took 30 minutes to close the lid.

(8)圧力容器蓋27を閉めた後、バルブ36を開け、真空ポンプ38を動作させ、内部の真空引きを2時間行った(S08)。3回の結晶成長はいずれも、真空計37の真空度は、7×10−2Paだったため、問題ないと判断した。 (8) After closing the pressure vessel lid 27, the valve 36 was opened, the vacuum pump 38 was operated, and the inside was evacuated for 2 hours (S08). In all three crystal growths, the degree of vacuum of the vacuum gauge 37 was 7 × 10 −2 Pa, so it was determined that there was no problem.

(9)真空ポンプ38を停止し、バルブ36を閉じた。その後、圧力調節器33を開けて、アルゴンガスを1.0MPaで封入して(S09)、内部を200℃に加熱し、アルゴンガス雰囲気の加圧、高温状態を1時間継続した(S10)。その後、ヒータ17〜20を停止させた。 (9) The vacuum pump 38 was stopped and the valve 36 was closed. Thereafter, the pressure regulator 33 was opened, argon gas was sealed at 1.0 MPa (S09), the inside was heated to 200 ° C., and the argon gas atmosphere was pressurized and kept at a high temperature for 1 hour (S10). Thereafter, the heaters 17 to 20 were stopped.

(10)炉内のアルゴンガスの一部を排出し、排気配管35に接続された露点計測器42は―70℃を示した(S11)。3回の結晶成長はいずれにおいても、アルゴンガスのサイクルパージを実施しなかった。 (10) A part of the argon gas in the furnace was discharged, and the dew point measuring device 42 connected to the exhaust pipe 35 showed −70 ° C. (S11). In any of the three crystal growths, a cycle purge of argon gas was not performed.

(11)炉内の温度が100℃以下になった後、再度、バルブ36を開いて真空ポンプ38を動作させ、圧力容器28内部のアルゴン(Ar)ガスを排出した(S12)。 (11) After the temperature in the furnace became 100 ° C. or lower, the valve 36 was opened again to operate the vacuum pump 38, and the argon (Ar) gas inside the pressure vessel 28 was discharged (S12).

(12)バルブ36を閉じて、真空ポンプ38を停止し、圧力調節器31とマスフローコントローラー30とを開いて窒素ガスを、圧力容器28に封入し、圧力容器28内部の圧力を3.2MPaに設定した。 (12) The valve 36 is closed, the vacuum pump 38 is stopped, the pressure regulator 31 and the mass flow controller 30 are opened, nitrogen gas is sealed in the pressure vessel 28, and the pressure inside the pressure vessel 28 is set to 3.2 MPa. Set.

(13)ヒータ17〜20を動作させ、反応容器15内部の温度が870℃になるように、中段ヒータ19、下段ヒータ18の温度を870℃に設定した。また、上段ヒータ20は865℃とし、底ヒータ17は875℃に設定した(S13)。 (13) The heaters 17 to 20 were operated, and the temperature of the middle heater 19 and the lower heater 18 was set to 870 ° C. so that the temperature inside the reaction vessel 15 became 870 ° C. The upper heater 20 was set to 865 ° C., and the bottom heater 17 was set to 875 ° C. (S13).

(14)マスフローコントローラー30の流量を1000sccmに設定し、設定圧力3.2MPaを圧力計39と、通信ケーブル41で接続された圧力調整器40とで維持した。更にヒータ17〜20の設定によって、反応容器の温度を870℃で制御された状態を50時間維持した(S14)。装置内に設置された図示しないモニター用熱電対で、反応容器は865〜875℃の温度分布になっていることを確認した。更に、圧力維持のために排気配管35から排出された窒素の露点を、露点計測器42で、温度が定常状態になってから、20時間後に測定すると、−50℃以下となっていた。 (14) The flow rate of the mass flow controller 30 was set to 1000 sccm, and the set pressure of 3.2 MPa was maintained by the pressure gauge 39 and the pressure regulator 40 connected by the communication cable 41. Furthermore, the state which controlled the temperature of the reaction container at 870 degreeC by the setting of the heaters 17-20 was maintained for 50 hours (S14). It was confirmed that the reaction vessel had a temperature distribution of 865 to 875 ° C. with a monitor thermocouple (not shown) installed in the apparatus. Furthermore, when the dew point of nitrogen discharged from the exhaust pipe 35 for maintaining the pressure was measured 20 hours after the temperature reached a steady state by the dew point measuring device 42, it was −50 ° C. or lower.

(15)ヒータ17〜20を停止し、炉内温度が100℃以下になるまで、窒素の加圧状態を維持した。 (15) The heaters 17 to 20 were stopped, and the pressurized state of nitrogen was maintained until the furnace temperature reached 100 ° C. or lower.

(16)窒素ガスを排出し、炉内圧力が0.1MPaとなった後、圧力容器蓋27を開けた。そこから、反応容器15を取り出し、坩堝容器14内部に設置し種基板11上に成長したIII族窒化物結晶12をエタノールで混合融液13を溶かし、取出した(S15)。III族窒化物結晶12を取出した後、III族窒化物結晶製造装置10は、大気中にて、窒化の激しいステンレス部材の反応容器設置台16を事前にブラスト処理や酸洗浄を施した予備品と交換し、熱により破損したBNも取り替えた。同時に、III族窒化物結晶製造装置10に、ヒータの断線、劣化がないことを確認する点検を6時間要して行った。その後、圧力容器蓋27を閉めて(S16)、上記S01の真空ベーキングから2回目、3回目と結晶成長を行った。 (16) After the nitrogen gas was discharged and the pressure in the furnace reached 0.1 MPa, the pressure vessel lid 27 was opened. From there, the reaction vessel 15 was taken out, the group III nitride crystal 12 which was placed inside the crucible vessel 14 and grown on the seed substrate 11 was dissolved in ethanol with the mixed melt 13 and taken out (S15). After the group III nitride crystal 12 is taken out, the group III nitride crystal manufacturing apparatus 10 is a spare part in which the reaction vessel installation table 16 of a highly nitriding stainless steel member is blasted or acid cleaned in advance in the atmosphere. BN damaged by heat was also replaced. At the same time, the group III nitride crystal production apparatus 10 was inspected for 6 hours to confirm that there was no disconnection or deterioration of the heater. Thereafter, the pressure vessel lid 27 was closed (S16), and crystal growth was performed for the second and third times from the vacuum baking in S01.

得られたIII族窒化物結晶は、3回の結晶成長のいずれにおいても、厚さは0.9〜1.0mmの範囲にあり、図4に示すように白色の結晶であった。実施例1で得られたIII族窒化物結晶の両面を研磨すると、無色透明のIII族窒化物結晶が得られた。1回目の結晶成長で得られたIII族窒化物結晶内の酸素の不純物量をD−SIMSにより測定したところ、7.00×1016atoms/cmであった。III族窒化物結晶には、マクロ欠陥がなく、混合融液13の界面に、雑結晶の発生も確認できなかった。 The obtained group III nitride crystal had a thickness in the range of 0.9 to 1.0 mm in all three crystal growths, and was a white crystal as shown in FIG. When both surfaces of the group III nitride crystal obtained in Example 1 were polished, a colorless and transparent group III nitride crystal was obtained. The amount of oxygen impurities in the group III nitride crystal obtained by the first crystal growth was measured by D-SIMS and found to be 7.00 × 10 16 atoms / cm 3 . There was no macro defect in the group III nitride crystal, and generation of miscellaneous crystals at the interface of the mixed melt 13 could not be confirmed.

(比較例1)
比較例1に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、図1に示すIII族窒化物結晶製造装置を用いて、図5のフローチャート、および図6A乃至図6Cの結晶成長開始までを表す段階的断面図に基づいて行った。すなわち、比較例1では、本開示の骨子である実施例1のS09〜S12のアルゴンガスの封入及び加熱からアルゴンガスの排出までの工程を実施しない以外は、実施例1と同様の方法で、結晶成長を3回実施した。
(Comparative Example 1)
The Group III nitride crystal manufacturing method according to Comparative Example 1 is a stepwise process using the Group III nitride crystal manufacturing apparatus shown in FIG. 1 to represent the flowchart of FIG. 5 and the crystal growth start of FIGS. 6A to 6C. Based on the cross-sectional view. That is, in Comparative Example 1, the same method as in Example 1 except that the steps from S09 to S12 of argon gas encapsulation and heating to discharge of argon gas of Example 1, which is the gist of the present disclosure, are not performed. Crystal growth was performed three times.

実施例1と異なったのは、S14の窒素の加圧高温状態で、20時間後に排出された窒素の露点を測定すると、−20℃から−25℃の範囲にあった。
つまり、図6Cの圧力容器28内に窒素ガスを封入するS13の工程における圧力容器28内の状態を示す概略断面図に示すように、封入された窒素51以外に絶縁材23やカーボンヒータ19に付着している水分44は、そのまま圧力容器28内に残留していた。
The difference from Example 1 was that when the dew point of nitrogen discharged after 20 hours was measured in the pressurized high temperature state of nitrogen of S14, it was in the range of -20 ° C to -25 ° C.
That is, as shown in the schematic cross-sectional view showing the state in the pressure vessel 28 in the step S13 in which the nitrogen gas is enclosed in the pressure vessel 28 in FIG. 6C, the insulating material 23 and the carbon heater 19 are provided in addition to the enclosed nitrogen 51. The adhering moisture 44 remained in the pressure vessel 28 as it was.

得られた窒化物結晶は、3回の結晶成長のいずれにおいても、厚さは0.4〜0.5mmの範囲にあり、装置内部に吸着した水分によって結晶成長が阻害された傾向が見られた。図7に示すように、1回目、2回目、3回目のいずれの結晶育成においても得られたIII族窒化物結晶は、黒く、着色しており、研磨を実施しても着色したままであった。窒化物結晶には、マクロ欠陥がなかったが、比較例1の1回目の結晶成長で得られた窒化物結晶の酸素の不純物量をD−SIMSにより測定したところ、6.60×1019atoms/cmであった。実施例1と比較すると酸素不純物の濃度が約3桁も多い結果となった。 The obtained nitride crystal has a thickness in the range of 0.4 to 0.5 mm in any of the three crystal growths, and there is a tendency for the crystal growth to be inhibited by moisture adsorbed inside the apparatus. It was. As shown in FIG. 7, the group III nitride crystals obtained in the first, second and third crystal growths were black and colored, and remained colored even after polishing. It was. Although the nitride crystal had no macro defects, the amount of oxygen impurities in the nitride crystal obtained in the first crystal growth of Comparative Example 1 was measured by D-SIMS, and found to be 6.60 × 10 19 atoms. / Cm 3 . Compared with Example 1, the oxygen impurity concentration was about three orders of magnitude higher.

図9に示すように、また実施例1と比較例1で得られたIII族窒化物結晶中の不純物を酸素以外についても比較した。実施例1は、酸素以外にもアルミニウムやナトリウムが比較例1に対して少ない傾向があった。しかし酸素ほどの顕著な、差異は見られなかった。結晶成長中のアルミナ製の坩堝容器14は、アルカリ金属によってエッチングされ、アルミニウムが溶出し窒化物結晶へ不純物として取り込まれていると想定している。これに対して、実施例1のアルミニウムの不純物が少なかったのは、溶出量は同じだったが、実施例1の結晶成長の速度が、比較例1と比較して大きいことで、取り込まれる量が少なく変化したと思われる。   As shown in FIG. 9, the impurities in the group III nitride crystals obtained in Example 1 and Comparative Example 1 were also compared with those other than oxygen. In Example 1, aluminum and sodium tended to be less than Comparative Example 1 in addition to oxygen. However, the difference as remarkable as oxygen was not seen. It is assumed that the alumina crucible container 14 during crystal growth is etched with an alkali metal, and aluminum is eluted and taken into the nitride crystal as an impurity. In contrast, the amount of impurities in aluminum in Example 1 was small, but the amount of elution was the same, but the amount of incorporation was increased because the crystal growth rate in Example 1 was higher than that in Comparative Example 1. Seems to have changed little.

(比較例2)
図8は、比較例2において、加熱開始から20時間後に排出された窒素ガスの露点とIII族窒化物結晶の着色度合いとの関連を示す図である。
本発明の着想前に、比較例1の方法で、繰り返し結晶成長を行って、全く結晶成長が安定しない時期があった。そこで本発明者は、前記の20時間後に排出された窒素の露点の記録を引き出して、得られた窒化物結晶の出来栄えと、関連づけを実施した。その結果、図8に示すように、露点が悪化する、つまり露点が上昇すると、それに伴い結晶が着色していく傾向が見られた。具体的には、露点が−15℃になると、種基板11に窒化物結晶が全く成長しない結果となる結果を得た。露点が−38.0℃以下では着色がなく正常に結晶成長した(実施例1)。露点が−38℃を超え、−15℃未満の間では、結晶成長するものの、露点の上昇に伴って着色度合いが強くなる傾向が見られた。
(Comparative Example 2)
FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the dew point of nitrogen gas discharged 20 hours after the start of heating and the degree of coloration of the group III nitride crystal in Comparative Example 2.
Before the idea of the present invention, there was a time when the crystal growth was not stabilized at all by repeating the crystal growth by the method of Comparative Example 1. Therefore, the present inventor pulled out a record of the dew point of nitrogen exhausted after 20 hours, and made an association with the quality of the obtained nitride crystal. As a result, as shown in FIG. 8, when the dew point deteriorates, that is, when the dew point increases, the crystal tends to be colored accordingly. Specifically, when the dew point was −15 ° C., the result was that nitride crystals did not grow on the seed substrate 11 at all. When the dew point was −38.0 ° C. or lower, there was no coloration and crystal growth was normal (Example 1). When the dew point exceeds −38 ° C. and less than −15 ° C., crystals grow, but there is a tendency that the degree of coloring becomes stronger as the dew point increases.

(まとめ)
実施例1によって得られたIII族窒化物結晶は、マクロ欠陥も酸素不純物に起因する着色も見られず、結晶成長を複数回実施しても、その出来栄えも安定していた。これは、圧力容器28にアルゴンガスを充填し、高温加熱状態を維持したことにより、圧力容器28内の水分が除去されたことによる効果にほかならないと考えられる。実施例1に示す排出されたガスの露点値と、図9の露点値とIII族窒化物結晶の出来栄えも、その仮説を裏付けている。したがって、本開示に係るIII族窒化物結晶の製造方法によって、フラックス法が有していた課題を簡易な装置構成と、方法で解決したことがわかる。
(Summary)
The group III nitride crystal obtained in Example 1 did not show macro defects or coloring due to oxygen impurities, and even if the crystal growth was performed several times, the quality was stable. This is considered to be nothing but the effect of removing the moisture in the pressure vessel 28 by filling the pressure vessel 28 with argon gas and maintaining the high temperature heating state. The dew point value of the discharged gas shown in Example 1, the dew point value of FIG. 9 and the quality of the group III nitride crystal also support the hypothesis. Therefore, it can be seen that the method of manufacturing the group III nitride crystal according to the present disclosure has solved the problems of the flux method with a simple apparatus configuration and method.

なお、本開示においては、前述した様々な実施の形態及び/又は実施例のうちの任意の実施の形態及び/又は実施例を適宜組み合わせることを含むものであり、それぞれの実施の形態及び/又は実施例が有する効果を奏することができる。   It should be noted that the present disclosure includes appropriately combining any of the various embodiments and / or examples described above, and each of the embodiments and / or examples. The effect which an Example has can be show | played.

本発明に係るIII族窒化物結晶の製造方法によって得られる、III族窒化物結晶からなる半導体基板は、LEDやLD等の発光デバイスの作成に利用することができる。得られたIII族窒化物結晶は、優れた発光特性及び高い信頼性を有する。つまり、本発明に係るIII族窒化物結晶の製造方法は、III族窒化物結晶の発光特性及び信頼性の向上に有用である。また、FETなどのその他一般の半導体デバイスにも有用できる。   The semiconductor substrate made of a group III nitride crystal obtained by the method for producing a group III nitride crystal according to the present invention can be used for making a light emitting device such as an LED or an LD. The obtained group III nitride crystal has excellent light emission characteristics and high reliability. That is, the method for producing a group III nitride crystal according to the present invention is useful for improving the light emission characteristics and reliability of the group III nitride crystal. It can also be useful for other general semiconductor devices such as FETs.

10 :III族窒化物結晶製造装置
11 :種基板
12 :III族窒化物結晶
13 :混合融液
14 :坩堝容器
15 :反応容器
16 :反応容器設置台
17 :底ヒータ
18 :下段ヒータ
19 :中段ヒータ(カーボンヒータ)
20 :上段ヒータ
21 :底絶絶縁材
22 :下段絶縁材
23 :中段絶縁材
24 :上段絶縁材
25 :ヒータ支持管
26 :断熱材
27 :圧力容器蓋
28 :圧力容器
29 :ガス供給配管
30 :マスフローコントローラー
31、33、:圧力調節器
32 :窒素ガス
34 :アルゴンガス
35 :排気配管
36 :バルブ
37 :真空計
38 :真空ポンプ
39 :圧力計
40 :圧力調整器
41 :通信ケーブル
42 :露点計測器
43 :大気雰囲気
44 :水分
45 :大気
46 :真空
47 :アルゴン雰囲気
48 :水分
49 :アルゴン
50 :水分
51 :窒素雰囲気
10: Group III nitride crystal production apparatus 11: Seed substrate 12: Group III nitride crystal 13: Mixed melt 14: Crucible vessel 15: Reaction vessel 16: Reaction vessel installation table 17: Bottom heater 18: Lower heater 19: Middle step Heater (carbon heater)
20: Upper heater 21: Bottom insulation material 22: Lower insulation material 23: Middle insulation material 24: Upper insulation material 25: Heater support pipe 26: Heat insulation material 27: Pressure vessel lid 28: Pressure vessel 29: Gas supply piping 30: Mass flow controllers 31, 33: Pressure regulator 32: Nitrogen gas 34: Argon gas 35: Exhaust piping 36: Valve 37: Vacuum gauge 38: Vacuum pump 39: Pressure gauge 40: Pressure regulator 41: Communication cable 42: Dew point measurement Apparatus 43: Air atmosphere 44: Water 45: Air 46: Vacuum 47: Argon atmosphere 48: Water 49: Argon 50: Water 51: Nitrogen atmosphere

Claims (6)

アルカリ金属、III族元素含有原料、種基板を収納する坩堝、前記坩堝を収納する反応容器、前記反応容器を収納する圧力容器、窒素元素含有ガス及び/又はアルゴンガスを前記圧力容器に導入するガス供給管、前記圧力容器を封止する蓋、前記反応容器を加熱するヒータ、前記ヒータと前記反応容器とを絶縁するための絶縁材、前記反応容器内の熱漏れを防止する断熱材を使用してIII族窒化物結晶を製造する方法であって、
前記蓋を前記圧力容器から分離して、前記圧力容器内に前記反応容器を収納し、前記蓋で前記圧力容器を封止した後に、アルゴンガスを前記圧力容器内に充填する工程と、
前記アルゴンガスを加熱して保持する工程と、
前記加熱したアルゴンガスを前記圧力容器から排出する工程と、
前記窒素元素含有ガスを前記圧力容器内に導入し、前記アルカリ金属と前記III族元素含有原料とを反応させて前記種基板上にIII族窒化物結晶を成長させる工程と、
を有することを特徴とする、III族窒化物結晶の製造方法。
Alkali metal, Group III element-containing raw material, crucible containing seed substrate, reaction vessel containing the crucible, pressure vessel containing the reaction vessel, gas introducing nitrogen element-containing gas and / or argon gas into the pressure vessel Use a supply pipe, a lid for sealing the pressure vessel, a heater for heating the reaction vessel, an insulating material for insulating the heater and the reaction vessel, and a heat insulating material for preventing heat leakage in the reaction vessel. A method for producing a group III nitride crystal comprising:
Separating the lid from the pressure vessel, storing the reaction vessel in the pressure vessel, sealing the pressure vessel with the lid, and then filling the pressure vessel with argon gas;
Heating and holding the argon gas;
Discharging the heated argon gas from the pressure vessel;
Introducing the nitrogen element-containing gas into the pressure vessel, reacting the alkali metal and the group III element-containing raw material to grow a group III nitride crystal on the seed substrate;
A method for producing a group III nitride crystal, comprising:
前記アルゴンガスを充填する工程と、前記アルゴンガスを加熱して保持する工程と、前記加熱したアルゴンガスを排出する工程と、を繰り返し行うことを特徴とする、請求項1に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。   The group III nitriding according to claim 1, wherein the step of filling the argon gas, the step of heating and holding the argon gas, and the step of discharging the heated argon gas are repeated. Method for producing physical crystals. 前記排出するガスの露点を測定する工程を有することを特徴とする請求項1又は2に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a group III nitride crystal according to claim 1 or 2, further comprising a step of measuring a dew point of the exhausted gas. 前記排出するガスの露点は−38℃以下であることを特徴とした請求項1〜3のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein a dew point of the exhausted gas is -38 ° C or lower. 前記絶縁材は、ボロンナイトライドで構成され、前記アルゴンガスを200〜700℃で加熱して保持することを特徴とした請求項1〜4のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。   The group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 4, wherein the insulating material is made of boron nitride and holds the argon gas heated at 200 to 700 ° C. Production method. 前記ヒータには、カーボンヒータを使用することを特徴とした請求項1〜5のいずれか一項に記載のIII族窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 5, wherein a carbon heater is used as the heater.
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