JP4398762B2 - Iii族元素窒化物単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器 - Google Patents
Iii族元素窒化物単結晶の製造方法およびそれに用いる反応容器 Download PDFInfo
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(A) 融点若しくは分解温度が2100℃以上の窒素非含有材質
(B) 希土類酸化物、アルカリ土類金属酸化物、W、SiC、ダイヤモンドおよびダイヤモンドライクカーボンからなる群から選択される少なくとも一つの材質
(参考例1)
この例は、種々の坩堝の材質について、Naフラックスへの溶解性を検討した例である。すなわち、下記表1に示す材質を、Ga(1.0g)およびNa(2.97g)と共に容器に入れ、820℃で20時間加熱し、加熱前後の重量変化を評価した。この結果も下記の表1に示す。
(表1)
坩堝材質 加熱前重量(g) 加熱後重量(g) 重量変化
Y2O3 1.215 1.215 0
ZrO2 0.771 0.766 −0.005
TiO2 1.341 0 −1.341
CaO 0.636 0.635 −0.001
MgO 0.762 0.762 0
W 22.483 22.483 0
上記表1に示すように、Y2O3、CaO、MgOおよびWは、Naフラックス中でもほぼ溶解しないことが分かった。これに対し、ZrO2およびTiO2は、Naフラックスに溶解することが分かった。
(参考例2)
Naフラックスを使用する場合、Naが空気中等の水分と反応してNaOHを生じるため、前記フラックス中には、NaOHが存在することになる。この例は、種々の坩堝の材質について、NaOH含有のNaフラックスへの溶解性を検討した例である。すなわち、下記表2に示す材質(表面積2.5〜3.0cm2)を、Ga(1.0g)、Na(2.97g)およびNaOH(0.26g)と共に容器に入れ、820℃で20時間加熱し、加熱前後の重量変化を評価した。この結果も下記の表2に示す。
(表2)
坩堝材質 加熱前重量(g) 加熱後重量(g) 重量変化
Y2O3 1.590 1.590 0
Al2O3 1.416 1.392 −0.023
上記表2に示すように、Y2O3は、NaOH含有Naフラックス中でも溶解しないが、Al2O3は、溶解することが分かった。
(参考例3)
この例は、種々の坩堝の材質について、NaおよびCaの混合フラックスへの溶解性を検討した例である。すなわち、下記表3に示す材質を、Ga(1.0g)、Na(2.97g)およびCa(0.26g)と共に容器に入れ、820℃で20時間加熱し、加熱前後の重量変化を評価した。この結果も下記の表3に示す。
(表3)
坩堝材質 加熱前重量(g) 加熱後重量(g) 重量変化
Y2O3 2.340 2.340 0
Al2O3 1.883 1.881 −0.002
上記表3に示すように、Y2O3は、NaおよびCaの混合フラックス中でも溶解しないが、Al2O3は、溶解することが分かった。
(参考例4)
この例は、種々の坩堝の材質について、NaOH含有のNaおよびCaの混合フラックスへの溶解性を検討した例である。すなわち、下記表4に示す材質を、Ga(1.0g)、Na(2.97g)、Ca(0.26g)およびNaOH(0.26g)と共に容器に入れ、950℃で20時間加熱し、加熱前後の重量変化を評価した。この結果も下記の表4に示す。
(表4)
坩堝材質 加熱前重量(g) 加熱後重量(g) 重量変化
Y2O3 0.807 0.807 0
Al2O3 ボロボロになって重量測定不可
上記表4に示すように、Y2O3は、NaOH含有のNaおよびCaの混合フラックス中でも溶解しないが、Al2O3は、溶解することが分かった。
3 耐圧耐熱容器
4 電気炉
5 圧力調節器
6 坩堝
7 材料
11 窒化ガリウム単結晶
12 サファイア基板
21、22、23 パイプ
24、25 バルブ
Claims (22)
- III族元素窒化物単結晶の製造方法であって、アルカリ金属を含むフラックス中において、Ga、AlおよびInからなる群から選択される少なくとも一つのIII族元素と窒素(N)とを反応容器中で反応させることによりIII族元素窒化物単結晶を成長させる製造方法であって、
前記反応容器として、その材質が、Y2O3である反応容器を使用する製造方法。 - 前記反応容器が、坩堝である請求項1記載の製造方法。
- III族元素が、Gaであり、III族元素窒化物単結晶が、GaN単結晶である請求項1または2に記載の製造方法。
- III族元素が、Alであり、III族元素窒化物単結晶が、AlN単結晶である請求項1または2に記載の製造方法。
- アルカリ金属が、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)およびフランシウム(Fr)からなる群から選択された少なくとも一つである請求項1から4のいずれかに記載の製造方法。
- 前記フラックスが、さらに、アルカリ土類金属を含む請求項1から5のいずれかに記載の製造方法。
- 前記アルカリ土類金属が、カルシウム(Ca)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)およびラジウム(Ra)からなる群から選択された少なくとも一つである請求項6記載の製造方法。
- 前記反応条件が、温度100〜1200℃、圧力100Pa〜20MPaである請求項1から7のいずれかに記載の製造方法。
- 窒素源として、窒素(N)含有ガスを使用する請求項1から8のいずれかに記載の製造方法。
- 窒素(N)含有ガスが、窒素(N2)ガスおよびアンモニア(NH3)ガスの少なくとも一方である請求項9記載の製造方法。
- 窒素(N)含有ガスが、アンモニア(NH3)ガス、若しくは、これと窒素(N2)ガスとの混合ガスである請求項9記載の製造方法。
- III族元素窒化物を予め準備し、これに前記混合フラックスを接触させ、前記III族元素窒化物を核にして新たなIII族元素窒化物単結晶を成長させる請求項1から11のいずれかに記載の製造方法。
- 核となるIII族元素窒化物が、単結晶または非晶質である請求項12記載の製造方法。
- 核となるIII族元素窒化物が、薄膜の形態である請求項12または13記載の製造方法。
- 前記薄膜が、基板上に形成されている請求項14記載の製造方法。
- 核となるIII族元素窒化物の最大径が、2cm以上である請求項12から15のいずれかに記載の製造方法。
- 前記混合フラックス中に、ドーピングしたい不純物を存在させる請求項1から16のいずれかに記載の製造方法。
- 前記不純物が、珪素(Si)、アルミナ(Al2O3)、インジウム(In)、アルミニウム(Al)、窒化インジウム(InN)、酸化珪素(SiO2)、酸化インジウム(In2O3)、亜鉛(Zn)、マグネシウム(Mg)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化マグネシウム(MgO)およびゲルマニウム(Ge)からなる群から選択される少なくとも一つである請求項17記載の製造方法。
- 透明単結晶を成長させる請求項1から18のいずれかに記載の製造方法。
- 請求項1から19のいずれかに記載の製造方法に使用する反応容器であって、Y2O3により形成された反応容器。
- 前記反応容器が、坩堝である請求項20記載の反応容器。
- 請求項1から19のいずれかに記載の製造方法に使用するIII族元素窒化物単結晶の製造装置であって、
反応容器と、
前記反応容器を加熱する加熱手段と、
前記反応容器内を加圧雰囲気にする加圧手段とを有し、
前記反応容器が、請求項20または21記載の反応容器である装置。
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