JP4414253B2 - Group III nitride crystal manufacturing method - Google Patents

Group III nitride crystal manufacturing method Download PDF

Info

Publication number
JP4414253B2
JP4414253B2 JP2004062537A JP2004062537A JP4414253B2 JP 4414253 B2 JP4414253 B2 JP 4414253B2 JP 2004062537 A JP2004062537 A JP 2004062537A JP 2004062537 A JP2004062537 A JP 2004062537A JP 4414253 B2 JP4414253 B2 JP 4414253B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flux
melt
gas
group iii
container
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.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2004062537A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2005247657A (en
Inventor
浩和 岩田
正二 皿山
久典 山根
昌彦 島田
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.)
Ricoh Co Ltd
Original Assignee
Ricoh Co Ltd
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 Ricoh Co Ltd filed Critical Ricoh Co Ltd
Priority to JP2004062537A priority Critical patent/JP4414253B2/en
Publication of JP2005247657A publication Critical patent/JP2005247657A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4414253B2 publication Critical patent/JP4414253B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Description

本発明は、III族窒化物の結晶製造法に関する。 The present invention relates to crystal manufacturing how the III-nitride.

従来、例えば特許文献1に示されているように、アルカリ金属を含む融液中でIII族金属と窒素を反応させてIII族窒化物結晶を成長させるIII族窒化物の結晶成長方法(すなわち、フラックス法)が知られている。   Conventionally, as shown in, for example, Patent Document 1, a group III nitride crystal growth method for growing a group III nitride crystal by reacting a group III metal and nitrogen in a melt containing an alkali metal (that is, Flux method) is known.

このフラックス法の従来技術として、特許文献1には、図5に示すように、窒素原料を反応容器101の外部から供給し、圧力制御して、III族窒化物の結晶成長を継続する方法が示されている。なお、図5において、102は融液、103は種結晶、106は窒素供給管、113は気液界面である。   As a prior art of this flux method, Patent Document 1 discloses a method in which a nitrogen raw material is supplied from the outside of the reaction vessel 101 and the pressure is controlled as shown in FIG. 5 to continue the group III nitride crystal growth. It is shown. In FIG. 5, 102 is a melt, 103 is a seed crystal, 106 is a nitrogen supply pipe, and 113 is a gas-liquid interface.

また、特許文献2には、図6に示すように、III族金属を反応容器の外部から融液中に供給してIII族窒化物を結晶成長する方法が示されている。すなわち、特許文献2の方法では、III族金属とフラックスとの混合融液203中に窒素を溶解し、融液203中でIII族窒化物結晶211を成長させる。そして、結晶成長を継続させるため、反応容器201内に保持されたIII族金属とフラックス(アルカリ金属)の混合融液203の液面と反応容器201の外部から液面の相対高さΔhを用いてIII族金属210を融液保持容器202内の融液203へ供給し、結晶成長で消費された分のIII族金属を補充する。   Patent Document 2 discloses a method of growing a group III nitride crystal by supplying a group III metal from the outside of a reaction vessel into a melt as shown in FIG. That is, in the method of Patent Document 2, nitrogen is dissolved in a mixed melt 203 of a group III metal and a flux, and a group III nitride crystal 211 is grown in the melt 203. In order to continue crystal growth, the liquid level of the mixed melt 203 of the group III metal and flux (alkali metal) held in the reaction vessel 201 and the relative height Δh of the liquid level from the outside of the reaction vessel 201 are used. Then, the Group III metal 210 is supplied to the melt 203 in the melt holding container 202, and the Group III metal consumed for crystal growth is replenished.

然るに、この方法では、蒸気圧の高いアルカリ金属が融液から蒸発し、反応容器201内の低温部へ凝縮するため、融液中のアルカリ金属の量が減少してしまう。従って、III族金属とアルカリ金属との量比を一定に維持して結晶成長を行なうことが難しく、均一な品質の結晶を作製することが難しい。
特開平2001−64097号公報 特開2003−160398号公報
However, in this method, since the alkali metal having a high vapor pressure evaporates from the melt and condenses to the low temperature portion in the reaction vessel 201, the amount of alkali metal in the melt decreases. Therefore, it is difficult to carry out crystal growth while maintaining a constant ratio of the group III metal to the alkali metal, and it is difficult to produce crystals of uniform quality.
Japanese Patent Laid-Open No. 2001-64097 JP 2003-160398 A

上述した特許文献1の方法では、窒素原料を反応容器の外部から供給する事が可能であるので、結晶成長を継続させ、高品質,大型のIII族窒化物結晶を作製することが可能となるが、III族窒化物の結晶成長に伴う、III族金属の消費や、蒸気圧の高いアルカリ金属の蒸発によって、融液中のIII族金属とアルカリ金属の量比が変化するため、III族金属とアルカリ金属の量比を一定に維持して結晶成長を行なうことが困難であり、均一な品質の結晶を作製することが難しいという問題がある。   In the method of Patent Document 1 described above, a nitrogen raw material can be supplied from the outside of the reaction vessel, so that crystal growth can be continued and a high-quality, large-sized group III nitride crystal can be produced. However, since the group III metal consumption in the melt and evaporation of the alkali metal with high vapor pressure change due to the crystal growth of the group III nitride, the amount ratio of the group III metal to the alkali metal in the melt changes. There is a problem that it is difficult to carry out crystal growth while maintaining a constant ratio of the alkali metal to the alkali metal, and it is difficult to produce crystals of uniform quality.

また、結晶成長初期には、暗褐色の結晶が成長するという問題がある。   In addition, there is a problem that dark brown crystals grow at the initial stage of crystal growth.

さらに、高品質の結晶が成長する窒素圧力の高い条件下では、多数の結晶核が発生し、多核成長する。そのため、多数の結晶へ原料が分散して供給されたり、あるいは、結晶が密集し、成長領域が狭まることなどが原因となって、成長速度が遅くなり、大型の結晶を成長するには長時間を要する。 Furthermore, a large number of crystal nuclei are generated under the condition of high nitrogen pressure under which high-quality crystals grow, and multinuclear growth occurs. For this reason, the raw material is distributed and supplied to a large number of crystals, or the growth rate becomes slow due to the fact that the crystals are densely packed and the growth region is narrowed. Cost.

また、特許文献2の方法では、大面積のIII族窒化物基板結晶を作製することが可能となるが、特許文献1と同様に、結晶成長初期に黒色の結晶や暗褐色の結晶が成長するという問題がある。   The method of Patent Document 2 makes it possible to produce a large-area group III nitride substrate crystal. However, as in Patent Document 1, a black crystal or a dark brown crystal grows at the initial stage of crystal growth. There is a problem.

以上まとめると、フラックスの存在下で、III族金属を含む融液に窒素を溶解し、III族窒化物を結晶成長する従来の結晶成長方法では、以下の問題点があった。   In summary, the conventional crystal growth method in which nitrogen is dissolved in a melt containing a group III metal in the presence of a flux to grow a group III nitride crystal has the following problems.

すなわち、III族金属が結晶成長によって消費され、融液中のIII族金属が減少したり、あるいは、フラックスの蒸発により融液中のフラックス量が減少したりするなどによって、融液中のIII族金属とフラックスとの量比が結晶成長中に変動する。そのため、III族金属とアルカリ金属の量比を一定に維持して結晶成長を行なうことが困難であり、均一な品質の結晶を作製することが難しい。   That is, the Group III metal is consumed by crystal growth, and the Group III metal in the melt is reduced, or the amount of flux in the melt is reduced due to evaporation of the flux. The quantity ratio of metal to flux varies during crystal growth. For this reason, it is difficult to carry out crystal growth while maintaining a constant ratio of Group III metal to alkali metal, and it is difficult to produce crystals of uniform quality.

また、核発生密度が高く、そのため、原料の供給不足や、成長領域が狭くなることなどが原因となり、結晶の大型化に長時間を要する。   In addition, the nucleation density is high, so that it takes a long time to enlarge the crystal due to insufficient supply of raw materials and a narrow growth region.

また、結晶成長初期に結晶性の良くない暗褐色の結晶が成長するため、種結晶に結晶成長すると、種結晶と成長結晶の界面に結晶品質の良くない黒色や暗褐色の結晶が成長する。   Further, since dark brown crystals having poor crystallinity are grown at the initial stage of crystal growth, when crystals are grown on the seed crystal, black or dark brown crystals having poor crystal quality are grown at the interface between the seed crystal and the grown crystal.

本発明は、これら従来のIII族窒化物の結晶製造方法の問題点を解決し、実用的な大きさの高品質なIII族窒化物結晶を作製することを意図している。 The present invention is intended to solve the problems of these conventional Group III nitride crystal manufacturing methods and to produce a high-quality Group III nitride crystal having a practical size.

換言すれば、本発明は、融液中のフラックス量比を所望の量比に制御することの可能なIII族窒化物の結晶製造法を提供することを目的としている。 In other words, the present invention aims at providing a crystal production how possible III-nitride of controlling the flux amount ratio in the melt to a desired ratio.

より具体的に、本発明は、III族金属の消費やフラックスの蒸発による融液中のフラックス量比の変化を抑制し、常にIII族金属とフラックスの量比を一定にして結晶成長を行なうことができて、均一な品質のIII族窒化物結晶を作製することの可能なIII族窒化物の結晶製造法を提供することを目的としている。 More specifically, the present invention suppresses the change in the flux amount ratio in the melt due to the consumption of the group III metal and the evaporation of the flux, and always performs the crystal growth with the amount ratio of the group III metal and the flux being constant. aims at can be to provide a crystal manufacturing how uniform group III nitride crystals possible to produce a group III nitride quality.

さらに、本発明は、結晶核の発生密度を低減することの可能なIII族窒化物の結晶製造法を提供することを目的としている。 Furthermore, the present invention aims at providing a crystal production how possible III-nitride of reducing the generation density of crystal nuclei.

上記目的を達成するために、請求項1記載の発明は、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液が、窒素原料ガスとフラックスガスを含む雰囲気ガスと気液界面を形成しており、該気液界面から窒素が融液中に溶解し、III族金属と窒素とからIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物の結晶製造方法であって、III族金属を含む前記融液を密閉されていない融液保持容器に保持する工程と、前記融液保持容器とは異なる領域に圧力調整用フラックスを保持する工程と、前記融液を保持した前記融液保持容器と前記融液保持容器とは異なる領域に保持された圧力調整用フラックスを密閉されていない収容容器内に保持する工程と、結晶成長中、前記圧力調整用フラックスが保持された領域から気液界面と接する前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中にフラックスガスが供給されるとともに、前記融液保持容器内部のフラックスガスの一部が前記収容容器の外部に輸送される工程と、を含み、結晶成長中、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と前記収容容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整して、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the melt obtained by dissolving the group III metal, the flux, and the nitrogen forms a gas-liquid interface with the atmosphere gas containing the nitrogen source gas and the flux gas. A method for producing a Group III nitride crystal in which nitrogen is dissolved in the melt from the gas-liquid interface, and Group III nitride is crystal-grown from Group III metal and nitrogen, wherein the melt contains Group III metal. Holding the melt in an unsealed melt holding container, holding the pressure adjusting flux in a region different from the melt holding container, the melt holding container holding the melt, and the melt A step of holding the pressure adjusting flux held in a region different from the holding vessel in an unsealed container, and the crystal contacting the gas-liquid interface from the region holding the pressure adjusting flux during crystal growth. Liquid preservation With the flux gas is supplied to the atmospheric gas inside the container, it comprises a step of partially is transported to the outside of the container of the melt holding vessel inside the flux gas, during crystal growth, the melt adjust either or both of the amount of flux gas exiting the supply amount of the flux gas supplied to the atmosphere gas inside the holding container and the outside of the container, the melt holding vessel interior in the atmosphere gas It is characterized by adjusting the pressure of the flux gas.

また、請求項2記載の発明は、請求項1記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記融液保持容器とは異なる領域に保持された圧力調整用フラックスの表面から蒸発するフラックスの蒸発速度で、フラックスガスの供給量を調整することを特徴としている。 The invention according to claim 2 is the method for producing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein the evaporation of the flux evaporating from the surface of the pressure adjusting flux held in a region different from the melt holding container. It is characterized by adjusting the amount of flux gas supplied at a speed.

また、請求項3記載の発明は、請求項2記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、圧力調整用フラックスの温度を調整することによって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴としている。 The invention described in claim 3 is characterized in that, in the method for producing a group III nitride crystal according to claim 2, the evaporation rate of the flux is adjusted by adjusting the temperature of the pressure adjusting flux .

また、請求項4記載の発明は、請求項2記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、圧力調整用フラックス表面の気相と接する面積によって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴としている。 The invention according to claim 4 is characterized in that, in the method for producing a group III nitride crystal according to claim 2, the evaporation rate of the flux is adjusted by the area in contact with the gas phase of the pressure adjusting flux surface . .

また、請求項5記載の発明は、請求項1の結晶製造方法において、フラックスガスの供給量を調整し、前記融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガスから、気液界面を通してフラックスと窒素を溶解して、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液を形成することを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, in the crystal manufacturing method of the first aspect, the flux gas supply amount is adjusted, and the flux and nitrogen are passed through the gas-liquid interface from the atmospheric gas containing the nitrogen source gas in contact with the melt. It is characterized by forming a melt in which the Group III metal, flux and nitrogen are dissolved .

また、請求項6記載の発明は、請求項5記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、種結晶にIII族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。 The invention described in claim 6 is the group III nitride crystal manufacturing method according to claim 5, characterized in that the group III nitride is crystal-grown on the seed crystal .

また、請求項7記載の発明は、請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、フラックスはアルカリ金属であることを特徴としている。 The invention as set forth in claim 7 is characterized in that, in the method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 6, the flux is an alkali metal .

また、請求項8記載の発明は、請求項1乃至7のいずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記収容容器は隙間を有する容器であって、該隙間から前記融液保持容器へ窒素原料ガスが供給されることを特徴としている。 The invention according to claim 8 is the method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the container is a container having a gap, and the fusion container is formed from the gap. Nitrogen source gas is supplied to the liquid holding container .

また、請求項9記載の発明は、請求項1乃至7いずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記収容容器は反応容器内に設けられ、前記反応容器内に窒素原料ガスを充満させる工程と、前記収容容器の外部に輸送されるフラックスガスを前記反応容器内部の低温部にて液体として凝縮させる工程とを含むことを特徴としている。 The invention according to claim 9 is the method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 7, wherein the container is provided in a reaction vessel, and the nitrogen source is provided in the reaction vessel. a step of filling the gas, is characterized in that the flux gas that is transported to the outside of the container and a step of condensing a liquid at the reaction vessel inside the low temperature portion.

請求項1乃至請求項9記載の発明によれば、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液が、窒素原料ガスとフラックスガスを含む雰囲気ガスと気液界面を形成しており、該気液界面から窒素が融液中に溶解し、III族金属と窒素とからIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物の結晶製造方法であって、III族金属を含む前記融液を密閉されていない融液保持容器に保持する工程と、前記融液保持容器とは異なる領域に圧力調整用フラックスを保持する工程と、前記融液を保持した前記融液保持容器と前記融液保持容器とは異なる領域に保持された圧力調整用フラックスを密閉されていない収容容器内に保持する工程と、結晶成長中、前記圧力調整用フラックスが保持された領域から気液界面と接する前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中にフラックスガスが供給されるとともに、前記融液保持容器内部のフラックスガスの一部が前記収容容器の外部に輸送される工程と、を含み、結晶成長中、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と前記収容容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整して、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整するようになっており、従って、容易に溶液中のフラックス量比を制御して、III族窒化物の結晶成長を行なうことができる。また、結晶成長途中においても所望のフラックス量比に変えることもできる。また、フラックスガスの圧力を一定に保持することによって、III族金属の消費やフラックスの蒸発による溶液中のフラックスの量比の変化を抑制し、常にIII族金属とフラックスの量比を一定にして、III族窒化物の結晶成長を行なう事ができる。この場合、成長条件を安定にして結晶成長を行なうことができるので、欠陥が少なく、品質の均一なIII族窒化物結晶を作製することができる。 According to the inventions of claims 1 to 9, the melt in which the group III metal, the flux, and the nitrogen are dissolved forms an air-liquid interface with the nitrogen source gas and the atmosphere gas containing the flux gas, A method for producing a group III nitride crystal in which nitrogen is dissolved in a melt from a gas-liquid interface and a group III nitride is crystal-grown from a group III metal and nitrogen, and the melt containing the group III metal is sealed. a step of holding the melt holding vessel that is not, a step of holding the fluxing pressure regulation in a different area from that of the melt holding vessel, the melt holding vessel and the melt holding vessel holding the melt A step of holding the pressure adjusting flux held in a region different from that in an unsealed container, and holding the melt in contact with the gas-liquid interface from the region holding the pressure adjusting flux during crystal growth Inside the container With the flux gas is supplied to the atmospheric gas includes a step of partially is transported to the outside of the container of the melt holding vessel inside the flux gas, during crystal growth, the melt holding vessel interior Adjusting one or both of the supply amount of the flux gas supplied into the atmosphere gas and the amount of the flux gas coming out of the container , and the flux gas in the atmosphere gas inside the melt holding vessel The pressure is adjusted, and therefore, the ratio of the flux amount in the solution can be easily controlled to allow the group III nitride crystal to grow. Also, the desired flux amount ratio can be changed during the crystal growth. In addition, by keeping the pressure of the flux gas constant, it is possible to suppress changes in the amount ratio of the flux in the solution due to consumption of the Group III metal and evaporation of the flux. , Group III nitride crystals can be grown. In this case, since the crystal growth can be performed with the growth conditions stabilized, a group III nitride crystal having few defects and uniform quality can be produced.

特に、融液保持容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と前記収容容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整することで、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整するので、雰囲気ガス中のフラックスガス圧力を定常状態に維持することができる。従って、融液中のフラックス量比を安定にして結晶成長を行なうことができて、欠陥が少なく、品質の均一なIII族窒化物結晶を作製することができる。 In particular, by adjusting one or both of the supply amount of the flux gas supplied into the atmospheric gas inside the melt holding container and the amount of the flux gas coming out of the containing container , the inside of the melt holding container Since the pressure of the flux gas in the atmospheric gas is adjusted, the flux gas pressure in the atmospheric gas can be maintained in a steady state. Therefore, the crystal growth can be performed while stabilizing the flux amount ratio in the melt, and a group III nitride crystal with few defects and uniform quality can be produced.

以下、本発明を実施するための最良の形態を説明する。 Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.

(第1の形態)
本発明の第1の形態は、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液が、窒素原料ガスとフラックスガスを含む雰囲気ガスと気液界面を形成しており、該気液界面から窒素が融液中に溶解し、III族金属と窒素とからIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物の結晶成長方法であって、気液界面で融液と接する雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することによって、融液中のフラックスの量比を制御してIII族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
(First form)
In the first embodiment of the present invention, a melt obtained by dissolving a group III metal, a flux, and nitrogen forms a gas-liquid interface with an atmosphere gas containing a nitrogen source gas and a flux gas, and nitrogen is introduced from the gas-liquid interface. Is a group III nitride crystal growth method in which a group III nitride is crystal-grown from a group III metal and nitrogen, and the flux gas in the atmospheric gas in contact with the melt at the gas-liquid interface is dissolved in the melt. By adjusting the pressure, the amount ratio of the flux in the melt is controlled to grow group III nitride crystals.

本発明において、III族窒化物とは、Ga(ガリウム),Al(アルミニウム),In(インジウム),B(ボロン)から選ばれる一種類あるいは複数の種類のIII族金属と窒素との化合物を意味する。   In the present invention, the group III nitride means a compound of one or more kinds of group III metal and nitrogen selected from Ga (gallium), Al (aluminum), In (indium), and B (boron). To do.

III族金属の原料は、特に限定されるものではなく、III族金属、III族窒化物、III族元素を構成元素とする物質、その他適宜使用することができる。   The raw material of the group III metal is not particularly limited, and a group III metal, a group III nitride, a substance containing a group III element as a constituent element, and other appropriate materials can be used.

また、窒素原料とは、窒素を構成元素に含む物質で、気相から融液中に窒素を供給することの可能な物質であって、窒素ガスやその他の窒素化合物の気体等を使用できる。また、窒素化合物の分解によって発生した窒素ガスも使用することができる。   The nitrogen raw material is a substance containing nitrogen as a constituent element and is a substance capable of supplying nitrogen into the melt from the gas phase. Nitrogen gas or other nitrogen compound gas can be used. Further, nitrogen gas generated by decomposition of the nitrogen compound can also be used.

また、フラックスとは、III族金属と窒素との直接反応によってIII族窒化物が結晶成長する温度,圧力よりも低温,低圧下において、III族窒化物を結晶成長させる物質を意味する。   The flux means a substance that causes group III nitride to grow at a temperature lower and lower than the temperature and pressure at which group III nitride grows by direct reaction between group III metal and nitrogen.

フラックスとしては、通常、Na(ナトリウム)やK(カリウム),Li(リチウム)のアルカリ金属が使用されるが、その他のアルカリ金属や、アルカリ土類金属あるいは複数の種類のアルカリ金属やアルカリ土類金属を混合して使用する事もできる。また、アルカリ金属やアルカリ土類金属以外の物質であってもよい。   As the flux, alkali metals such as Na (sodium), K (potassium), and Li (lithium) are usually used, but other alkali metals, alkaline earth metals, or a plurality of types of alkali metals and alkaline earths are used. It is also possible to use a mixture of metals. Moreover, substances other than alkali metals and alkaline earth metals may be used.

また、融液中には、III族金属の他に、電気伝導を制御するための不純物を含ませておくこともできる。   In addition to the group III metal, the melt may contain impurities for controlling electrical conduction.

本発明の第1の形態における、フラックスガスの圧力調整による融液中のフラックス量比の制御を以下に説明する。   The control of the flux amount ratio in the melt by adjusting the pressure of the flux gas in the first embodiment of the present invention will be described below.

融液中のフラックスの平衡蒸気圧P1は、融液の温度T1と融液中のフラックスの量比r1によって決まる。   The equilibrium vapor pressure P1 of the flux in the melt is determined by the melt temperature T1 and the flux ratio r1 in the melt.

雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力Pを平衡蒸気圧P1に維持することによって、融液からのフラックスの蒸発は見かけ上無くなる(すなわち、気液界面での出入り量が釣り合っている)。   By maintaining the pressure P of the flux gas in the atmospheric gas at the equilibrium vapor pressure P1, the evaporation of the flux from the melt is apparently eliminated (that is, the amount of flow at the gas-liquid interface is balanced).

III族金属がIII族窒化物の成長に伴い消費されると、融液中のフラックスの量比はr1からr2に上がる。このとき融液中のフラックスの平衡蒸気圧はP1からP2に上がる。雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力PはP1に維持されているので、P<P2となり、融液からフラックスが蒸発する。すると、融液中のフラックス量比はr2から下がり、r1に戻り、融液中のフラックスの平衡蒸気圧もP2からP1になる。   When the Group III metal is consumed as the Group III nitride grows, the flux ratio in the melt increases from r1 to r2. At this time, the equilibrium vapor pressure of the flux in the melt increases from P1 to P2. Since the pressure P of the flux gas in the atmospheric gas is maintained at P1, P <P2, and the flux evaporates from the melt. Then, the flux amount ratio in the melt decreases from r2, returns to r1, and the equilibrium vapor pressure of the flux in the melt also changes from P2 to P1.

したがって、融液温度と雰囲気ガスの圧力を一定に維持することによって、融液中のフラックスの量比を一定に維持することができる。   Therefore, the amount ratio of the flux in the melt can be kept constant by keeping the melt temperature and the pressure of the atmospheric gas constant.

また、融液温度や雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を変化させた場合にも、同様にして、雰囲気ガス中のフラックスガス圧と融液中のフラックスから出る蒸気圧の平衡によって、融液中のフラックスの量比を制御することができる。   Similarly, when the melt temperature or the pressure of the flux gas in the atmosphere gas is changed, similarly, the balance between the flux gas pressure in the atmosphere gas and the vapor pressure from the flux in the melt causes a balance in the melt. The amount ratio of the flux can be controlled.

従って、融液の温度と雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することで、融液中のフラックスの量比を制御することができる。   Therefore, the amount ratio of the flux in the melt can be controlled by adjusting the temperature of the melt and the pressure of the flux gas in the atmospheric gas.

なお、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力の調整方法は、特に限定されるものではなく、雰囲気ガスの温度制御による方法や、雰囲気ガスの体積を変えて制御する方法、その他の方法等、適宜使用することができる。   The method of adjusting the pressure of the flux gas in the atmospheric gas is not particularly limited, and is appropriately used, such as a method by temperature control of the atmospheric gas, a method of controlling by changing the volume of the atmospheric gas, and other methods. can do.

本発明の第1の形態では、このようにして、融液中のフラックス量比を制御し、所望のフラックス量比の融液でIII族窒化物の結晶成長を行うことができる。   In the first embodiment of the present invention, the flux amount ratio in the melt can be controlled as described above, and the group III nitride crystal can be grown with the melt having a desired flux amount ratio.

なお、後述のように、種結晶を用い、それに結晶成長させることもできる。   As will be described later, a seed crystal can be used to grow a crystal.

(第2の形態)
本発明の第2の形態は、第1の形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、III族金属を含む融液とは異なる領域に圧力調整用フラックスが保持されており、該圧力調整用フラックスの蒸気圧と融液と気液界面で接する雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力とは同圧であって、圧力調整用フラックスの蒸気圧を制御することで、融液と気液界面で接する雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することを特徴としている。
(Second form)
According to a second aspect of the present invention, in the method for producing a Group III nitride crystal according to the first aspect, a pressure adjusting flux is held in a region different from a melt containing a Group III metal. The vapor pressure of the flux and the pressure of the flux gas in the atmospheric gas contacting at the melt and gas-liquid interface are the same pressure, and the vapor pressure of the flux for pressure adjustment is controlled to contact at the melt and gas-liquid interface. It is characterized by adjusting the pressure of the flux gas in the atmospheric gas.

本発明では、融液と接する雰囲気ガスと融液外部(融液とは異なる領域)に保持されたフラックス(圧力調整用フラックス)とは、空間的につながっており、蒸気の出入りが可能になっている。そして、融液外部に保持されたフラックスと平衡する蒸気圧と反応容器内の空間のフラックスガスの圧力とが同圧になる閉じた系が形成されている。これにより、融液外部に保持されたフラックスの蒸気圧を上下することで、融液と接する雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力も上下し、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を制御することができる。なお、フラックスの蒸気圧は、フラックスの温度によって制御することができる。   In the present invention, the atmospheric gas in contact with the melt and the flux (pressure adjusting flux) held outside the melt (a region different from the melt) are spatially connected, and vapor can enter and exit. ing. A closed system is formed in which the vapor pressure in equilibrium with the flux held outside the melt and the pressure of the flux gas in the space in the reaction vessel are the same. Thereby, by raising and lowering the vapor pressure of the flux held outside the melt, the pressure of the flux gas in the atmospheric gas in contact with the melt is also raised and lowered, and the pressure of the flux gas in the atmospheric gas can be controlled. . Note that the vapor pressure of the flux can be controlled by the temperature of the flux.

本発明の第2の形態では、このようにして、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することで、融液中のフラックス量比を制御し、所望のフラックス量比の融液でIII族窒化物の結晶成長を行うことができる。   In the second embodiment of the present invention, the flux amount ratio in the melt is controlled in this way by adjusting the pressure of the flux gas in the atmospheric gas, and the group III is obtained with the melt having a desired flux amount ratio. Nitride crystal growth can be performed.

(第3の形態)
本発明の第3の形態は、第1の形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、III族金属を含む融液とは異なる領域に圧力調整用フラックスが保持されており、前記融液は、密閉されていない第一の容器に保持され、圧力調整用フラックスが保持された領域から気液界面と接する第一の容器内部の雰囲気ガス中にフラックスガスが供給され、フラックスガスの一部が第一の容器の外部に出る反応系で、III族窒化物を結晶成長させるようにしており、第一の容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と第一の容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整することで、第一の容器内部の雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することを特徴としている。
(Third form)
According to a third aspect of the present invention, in the method for producing a Group III nitride crystal according to the first aspect, a pressure adjusting flux is held in a region different from a melt containing a Group III metal, The flux gas is supplied to the atmospheric gas inside the first container that is in contact with the gas-liquid interface from the region where the pressure-adjusting flux is held and is held in the first container that is not sealed, and a part of the flux gas is In the reaction system that goes out of the first container, the group III nitride is crystal-grown, and the supply amount of the flux gas supplied into the atmospheric gas inside the first container and the outside of the first container The pressure of the flux gas in the atmospheric gas inside the first container is adjusted by adjusting either one or both of the amount of the flux gas that flows into the first container.

窒素原料を第一の容器の外部から融液に供給するために容器が完全に密閉されていないような反応系では、雰囲気ガスが第一の容器の外部に出てしまう。この場合、雰囲気ガス中のフラックスガスの蒸気圧は、そのときの温度における融液中のフラックスの平衡圧力に達することができないため、融液から絶えずフラックスが蒸発し、融液中のフラックスがなくなってしまうことがある。   In a reaction system in which the container is not completely sealed in order to supply the nitrogen raw material to the melt from the outside of the first container, the atmospheric gas comes out of the first container. In this case, since the vapor pressure of the flux gas in the atmospheric gas cannot reach the equilibrium pressure of the flux in the melt at that temperature, the flux constantly evaporates from the melt and the flux in the melt disappears. May end up.

本発明の第3の形態では、この問題を解決するため、融液外部に保持したフラックスから第一の容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と第一の容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整することで、第一の容器内部の雰囲気ガス中のフラックスの圧力を制御するようにしている。   In the third embodiment of the present invention, in order to solve this problem, the supply amount of the flux gas supplied from the flux held outside the melt into the atmospheric gas inside the first container and the outside of the first container. The pressure of the flux in the atmospheric gas inside the first container is controlled by adjusting either one or both of the amount of the flux gas that comes out.

融液と接する雰囲気ガスと融液外部に保持されたフラックス(圧力調整用フラックス)とは、空間的につながっており、蒸気の出入りが可能になっている。そして、融液外部に保持されたフラックスから雰囲気ガス中にフラックスガスが供給される。   The atmospheric gas in contact with the melt and the flux (pressure adjusting flux) held outside the melt are spatially connected, and vapor can enter and exit. And flux gas is supplied in atmospheric gas from the flux hold | maintained outside the melt.

該フラックスガスの供給量と第一の容器外部に出るフラックス量との差分によって、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することができる。また、該フラックスガスの供給量と第一の容器外部に出るフラックス量を一定にすることで、第一の容器内のフラックスガスの圧力の平衡状態が維持される。   The pressure of the flux gas in the atmospheric gas can be adjusted by the difference between the supply amount of the flux gas and the flux amount that comes out of the first container. Moreover, the equilibrium state of the pressure of the flux gas in the first container is maintained by making the supply amount of the flux gas and the flux amount coming out of the first container constant.

融液中のフラックス量比は、融液の温度とフラックスガスの圧力で決まるので、本発明の第3の形態では、このようにして、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することで、融液中のフラックス量比を制御し、所望のフラックス量比の融液でIII族窒化物の結晶成長を行うことができる。   Since the flux amount ratio in the melt is determined by the temperature of the melt and the pressure of the flux gas, in the third embodiment of the present invention, by adjusting the pressure of the flux gas in the atmosphere gas in this way, By controlling the flux amount ratio in the melt, the group III nitride crystal can be grown with the melt having a desired flux amount ratio.

(第4の形態)
本発明の第4の形態は、第3の形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、III族金属を含む融液とは異なる領域に保持されたフラックス(圧力調整用フラックス)の表面から蒸発するフラックスの蒸発速度で、フラックスガスの供給量を調整する事を特徴としている。
(4th form)
According to a fourth aspect of the present invention, in the method for producing a Group III nitride crystal of the third aspect, evaporation is performed from the surface of a flux (pressure adjusting flux) held in a region different from the melt containing the Group III metal. The flux gas supply rate is adjusted by the flux evaporation rate.

(第5の形態)
本発明の第5の形態は、第4の形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、フラックス(圧力調整用フラックス)の温度を調整することによって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴としている。
(5th form)
A fifth aspect of the present invention is characterized in that, in the Group III nitride crystal manufacturing method of the fourth aspect, the flux evaporation rate is adjusted by adjusting the temperature of the flux (pressure adjusting flux). Yes.

具体的に、融液外部に保持されたフラックスの温度を上げることで、フラックスの蒸気圧が高くなり、フラックスの蒸発速度が増加する。その結果、フラックスの供給量が増加する。   Specifically, increasing the temperature of the flux held outside the melt increases the vapor pressure of the flux and increases the evaporation rate of the flux. As a result, the amount of flux supplied increases.

逆に、温度を下げることで、フラックスの蒸気圧が低くなり、フラックスの蒸発速度が減少する。その結果、フラックスの供給量が少なくなる。   On the contrary, by lowering the temperature, the vapor pressure of the flux is lowered, and the evaporation rate of the flux is reduced. As a result, the amount of flux supplied is reduced.

本発明の第5の形態では、このようにして、フラックスの供給量を調整し、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整する。そして、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することで、融液中のフラックス量比を制御し、所望のフラックス量比の融液でIII族窒化物の結晶成長を行うことができる。   In the fifth embodiment of the present invention, the supply amount of the flux is adjusted in this way, and the pressure of the flux gas in the atmospheric gas is adjusted. By adjusting the pressure of the flux gas in the atmosphere gas, the flux amount ratio in the melt can be controlled, and the group III nitride crystal can be grown with the melt having a desired flux amount ratio.

(第6の形態)
本発明の第6の形態は、第4の形態の結晶製造方法において、フラックス(圧力調整用フラックス)表面の気相と接する面積によって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴としている。
(Sixth form)
The sixth aspect of the present invention is characterized in that, in the crystal manufacturing method of the fourth aspect, the flux evaporation rate is adjusted by the area in contact with the gas phase on the surface of the flux (pressure adjusting flux).

具体的に、融液外部に保持されたフラックスの気相と接する面積を大きくすることで、フラックスの蒸発速度が増加する。その結果、フラックスの供給量が増加する。   Specifically, increasing the area of the flux held outside the melt in contact with the gas phase increases the flux evaporation rate. As a result, the amount of flux supplied increases.

逆に、フラックスの気相と接する面積を小さくすることで、フラックスの蒸発速度は小さくなる。その結果、フラックスの供給量が少なくなる。   Conversely, by reducing the area of the flux in contact with the gas phase, the flux evaporation rate is reduced. As a result, the amount of flux supplied is reduced.

本発明の第6の形態では、このようにして、フラックスの供給量を調整し、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整する。そして、雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することで、融液中のフラックス量比を制御し、所望のフラックス量比の融液でIII族窒化物の結晶成長を行うことができる。   In the sixth embodiment of the present invention, the supply amount of the flux is adjusted in this way, and the pressure of the flux gas in the atmospheric gas is adjusted. By adjusting the pressure of the flux gas in the atmosphere gas, the flux amount ratio in the melt can be controlled, and the group III nitride crystal can be grown with the melt having a desired flux amount ratio.

(第7の形態)
本発明の第7の形態は、第乃至第6のいずれかの形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、実効的にフラックスを含まずIII族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガスから、所定のフラックスガス圧力下で、気液界面を通してフラックスと窒素を溶解して、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液中でIII族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
(7th form)
According to a seventh aspect of the present invention, in the method for producing a Group III nitride crystal according to any one of the third to sixth aspects, the melt includes a Group III metal that does not effectively contain a flux, Flux and nitrogen are dissolved through a gas-liquid interface under a predetermined flux gas pressure from an atmosphere gas containing nitrogen source gas in contact with the group III nitride in a melt in which the group III metal, flux and nitrogen are dissolved. It is characterized by crystal growth.

ここで、「実効的にフラックスを含まない」とは、フラックスとなる物質が融液中に含まれている場合においても、結晶核が発生しないか、もしくは結晶核が発生しても、その数が少なく、その結晶成長速度も遅く、その後の結晶成長で多核成長や暗褐色の結晶を成長させるなどの問題とならない程度の量であれば、フラックスを含まないとみなす事を意味する。   Here, “effectively no flux” means that the number of crystal nuclei is not generated or is not generated even when a substance to be flux is included in the melt. If the amount is small enough that the crystal growth rate is low and the subsequent crystal growth does not cause problems such as multinuclear growth or dark brown crystal growth, it means that the flux is not included.

なお、融液中には、III族金属の他に、電気伝導を制御するための不純物を含ませておくこともできる。   In addition to the group III metal, the melt may contain impurities for controlling electrical conduction.

本発明の第7の形態では、実効的にフラックスを含まずIII族金属を含む融液に、該融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガス側からフラックスを溶解すると、フラックスの働きによって、窒素が融液中に溶解し、融液中でIII族金属と反応してIII族窒化物が成長する。   In the seventh embodiment of the present invention, when the flux is dissolved from the atmosphere gas side containing the nitrogen source gas in contact with the melt into the melt that does not contain the flux effectively and contains the group III metal, Dissolves in the melt and reacts with the group III metal in the melt to grow group III nitride.

従来の方法のように、予めフラックスとIII族金属を含む融液に窒素を溶解して結晶成長を開始すると、多核発生し、成長初期に暗褐色の結晶が成長し、成長速度も遅い。   As in the conventional method, when nitrogen is first dissolved in a melt containing a flux and a Group III metal and crystal growth is started, multinucleation occurs, dark brown crystals grow at the initial stage of growth, and the growth rate is slow.

これに対し、本発明の第7の形態の結晶製造方法では、核発生が少なく、成長速度が速く、成長初期においても暗褐色の結晶は成長しない。意図して不純物を添加しない場合には、透明な結晶が成長する。 On the other hand, in the crystal manufacturing method according to the seventh aspect of the present invention, the generation of nuclei is small, the growth rate is high, and dark brown crystals do not grow even in the initial stage of growth. If no impurity is intentionally added, a transparent crystal grows.

これは、気液界面でフラックスが溶解する際に、同時に窒素の取り込みが起こり、予め融液中に含まれるフラックスが窒素を取り込む場合に比べ、気液界面での窒素の取り込み量が増加しているのではないかと推察される。   This is because when the flux dissolves at the gas-liquid interface, nitrogen uptake occurs simultaneously, and the amount of nitrogen taken up at the gas-liquid interface increases compared to the case where the flux previously contained in the melt takes up nitrogen. It is guessed that there is.

本発明の第7の形態では、結晶成長初期は、雰囲気ガス中から融液中にフラックスが溶け込み、融液中のフラックス量比が増加する。それに伴って、融液から蒸発するフラックスの蒸気圧も増加する。この蒸気圧と雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力とがつりあい平衡状態になると、融液中のフラックス量比は一定になる。III族金属が消費され、III族金属量が減少し、フラックス量比が上がると、フラックスが蒸発し、フラックス量比は一定に保たれる。   In the seventh aspect of the present invention, at the initial stage of crystal growth, the flux dissolves from the atmospheric gas into the melt, and the flux amount ratio in the melt increases. Along with this, the vapor pressure of the flux evaporating from the melt also increases. When this vapor pressure is balanced with the pressure of the flux gas in the atmospheric gas, the flux ratio in the melt becomes constant. When the group III metal is consumed, the amount of group III metal decreases, and the flux amount ratio increases, the flux evaporates and the flux amount ratio is kept constant.

その結果、成長初期には、多核発生と暗褐色の結晶の成長が抑制され、少数の品質のよい結晶が成長し、その後、所定のフラックス量比の成長条件下で、安定して高品質の結晶成長が行なわれる。   As a result, in the initial stage of growth, the generation of multinuclear crystals and dark brown crystals are suppressed, and a small number of high-quality crystals grow, and then stable and high-quality crystals are grown under the growth conditions of a predetermined flux ratio. Crystal growth takes place.

(第8の形態)
本発明の第8の形態は、第7の形態のIII族窒化物の結晶製造方法において、種結晶にIII族窒化物を結晶成長させることを特徴としている。
(8th form)
The eighth aspect of the present invention is characterized in that, in the Group III nitride crystal manufacturing method of the seventh aspect, a Group III nitride crystal is grown on a seed crystal.

種結晶は、望ましくはIII族窒化物結晶が良いが、結晶成長が可能なものであれば、III族窒化物以外の結晶であっても良い。また、その形状は特に限定されるものではなく、任意の形状で良い。   The seed crystal is preferably a group III nitride crystal, but may be a crystal other than the group III nitride as long as crystal growth is possible. Moreover, the shape is not specifically limited, Arbitrary shapes may be sufficient.

(第9の形態)
本発明の第9の形態は、第1乃至第8のいずれかの形態の結晶製造方法において、フラックスはアルカリ金属であることを特徴としている。
(9th form)
According to a ninth aspect of the present invention, in the crystal manufacturing method according to any one of the first to eighth aspects, the flux is an alkali metal.

ここで、フラックスとしては、通常、Na(ナトリウム)やK(カリウム),Li(リチウム)が使用されるが、その他のアルカリ金属を使用する事もできる。   Here, Na (sodium), K (potassium), and Li (lithium) are usually used as the flux, but other alkali metals can also be used.

実施例1は、本発明の第1,第2,第9の形態に対応した実施例である。 Example 1 is an example corresponding to the first, second, and ninth aspects of the present invention.

実施例1では、フラックスとしてNa(ナトリウム)を用い、III族元素の原料として金属Ga(ガリウム)を用い、窒素原料としてアジ化ナトリウムを使用し、III族窒化物としてGaNを結晶成長させた。   In Example 1, Na (sodium) was used as a flux, metal Ga (gallium) was used as a group III element material, sodium azide was used as a nitrogen material, and GaN was crystal-grown as a group III nitride.

ここで、GaとNaはあらかじめ融液として融液保持容器中に保持し、窒素はアジ化ナトリウムが分解して発生した窒素ガスを結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、雰囲気ガス中のNaの圧力を反応容器外部に設けたNa保持容器中のNaの蒸気圧で調整することで、融液中のNaの量比を一定にして、融液保持容器内でGaNを結晶成長させた。   Here, Ga and Na are previously held in a melt holding container as a melt, and nitrogen is supplied by dissolving nitrogen gas generated by decomposition of sodium azide from the gas phase into the melt during crystal growth. By adjusting the Na pressure in the atmospheric gas with the vapor pressure of Na in the Na holding vessel provided outside the reaction vessel, the amount ratio of Na in the melt is kept constant, and the GaN in the melt holding vessel Crystal was grown.

図1は実施例1に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。 FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in the first embodiment.

図1の結晶製造装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器23内に、III族金属とフラックスを含む融液28を保持し、結晶成長を行うための融液保持容器26が設けられている。 The crystal manufacturing apparatus of FIG. 1 is provided with a melt holding container 26 for holding a melt 28 containing a group III metal and a flux in a closed reaction vessel 23 made of stainless steel and performing crystal growth. Yes.

また、反応容器23内のフラックスの蒸気圧調整のためのフラックスを収容するフラックス収容容器24が、配管27で反応容器23に接続されている。これによって、反応容器23とフラックス収容容器24および配管27の内部は同圧(同じ圧力)となる。   In addition, a flux container 24 that stores a flux for adjusting the vapor pressure of the flux in the reaction container 23 is connected to the reaction container 23 by a pipe 27. As a result, the reaction vessel 23, the flux storage vessel 24, and the inside of the pipe 27 have the same pressure (same pressure).

フラックス収容容器24内には、フラックス保持容器25が収容され、その中にフラックス30が保持される。   A flux holding container 25 is accommodated in the flux container 24, and the flux 30 is held therein.

なお、融液保持容器26,フラックス保持容器25は、それぞれ、反応容器23,フラックス収容容器24から取り外すことができる。また、融液保持容器26とフラックス保持容器25の材質はBNである。   The melt holding container 26 and the flux holding container 25 can be detached from the reaction container 23 and the flux storage container 24, respectively. The material of the melt holding container 26 and the flux holding container 25 is BN.

反応容器23とフラックス収容容器24の外側には、それぞれヒーター21,ヒーター22が設置されている。   A heater 21 and a heater 22 are installed outside the reaction vessel 23 and the flux container 24, respectively.

反応容器23,フラックス収容容器24内には、測温部として、それぞれ、温度センサー34,温度センサー32が設置されており、それぞれの温度に対応したモニター信号がそれぞれ温度制御器35,温度制御器33に送られるようになっている。そして、温度制御器35,温度制御器33ではそれぞれのモニター信号に対応して、ヒーター21,ヒーター22への投入電力を調整し、これにより、温度センサー34,温度センサー32の測温部の温度が独立に制御されるようになっている。   A temperature sensor 34 and a temperature sensor 32 are installed in the reaction vessel 23 and the flux container 24 as temperature measuring units, respectively, and monitor signals corresponding to the respective temperatures are respectively sent to the temperature controller 35 and the temperature controller. 33 to be sent. Then, the temperature controller 35 and the temperature controller 33 adjust the input power to the heater 21 and the heater 22 in accordance with the respective monitor signals, and thereby the temperature of the temperature sensor 34 and the temperature sensor 32 of the temperature sensor 32 is adjusted. Are controlled independently.

測温部の温度と融液あるいはフラックスの温度とは対応付けされており、測温部の温度を制御することによって、融液あるいはフラックスの温度を制御することができる。   The temperature of the temperature measuring unit is associated with the temperature of the melt or flux, and the temperature of the melt or flux can be controlled by controlling the temperature of the temperature measuring unit.

以下に、図1の結晶製造装置を使用した実施例1でのGaNの成長方法を説明する。 The GaN growth method in Example 1 using the crystal manufacturing apparatus of FIG. 1 will be described below.

先ず、融液保持容器26に、III族金属原料として金属Gaを入れ、フラックスとしてNaを入れ、窒素原料としてアジ化ナトリウムを入れる。アジ化ナトリウムは分解して結晶成長温度で窒素ガスの圧力が8MPaになる量だけ入れた。   First, in the melt holding container 26, metal Ga is added as a group III metal source, Na is added as a flux, and sodium azide is added as a nitrogen source. Sodium azide was added in such an amount that it decomposes and the pressure of nitrogen gas reaches 8 MPa at the crystal growth temperature.

また、フラックス保持容器25には、フラックスとして金属Na30を収容した。   The flux holding container 25 contained metal Na30 as a flux.

次いで、ヒーター22に通電し、金属Na30の温度を昇温し、所定のNa蒸気圧になる温度で保持する。このとき、反応容器23,フラックス保持容器25,配管27内のNa蒸気圧は同圧である。   Next, the heater 22 is energized, the temperature of the metal Na30 is increased, and the temperature is maintained at a predetermined Na vapor pressure. At this time, the Na vapor pressure in the reaction vessel 23, the flux holding vessel 25, and the pipe 27 is the same pressure.

次いで、ヒーター21に通電し、融液28を室温(27℃)から結晶成長温度まで1時間で昇温する。結晶成長温度は775℃とした。   Next, the heater 21 is energized to raise the temperature of the melt 28 from room temperature (27 ° C.) to the crystal growth temperature in 1 hour. The crystal growth temperature was 775 ° C.

昇温中に融液保持容器26内のアジ化ナトリウムが分解して窒素ガスが発生し、775℃で反応容器23,フラックス保持容器25,配管27内の窒素ガスの圧力は8MPaとなる。   During the temperature rise, the sodium azide in the melt holding container 26 is decomposed to generate nitrogen gas, and the pressure of the nitrogen gas in the reaction container 23, the flux holding container 25, and the pipe 27 becomes 8 MPa at 775 ° C.

融液保持容器26内の融液28とフラックス保持容器25内のナトリウム30の温度をそれぞれ所定の温度で一定に保持し、反応容器23,フラックス保持容器25,配管27内のナトリウム蒸気圧を一定にして、400時間継続して結晶成長する。   The temperature of the melt 28 in the melt holding vessel 26 and the temperature of the sodium 30 in the flux holding vessel 25 are kept constant at a predetermined temperature, and the sodium vapor pressure in the reaction vessel 23, the flux holding vessel 25, and the pipe 27 is kept constant. Thus, the crystal grows continuously for 400 hours.

400時間後、室温まで降温する。   After 400 hours, the temperature is lowered to room temperature.

降温後、反応容器23を開けると、融液保持容器26の内面に暗褐色の微結晶が成長した上に、c軸方向の長さが5mm以上に伸びた柱状の無色透明なGaN31が多数成長していた。   After the temperature is lowered, when the reaction vessel 23 is opened, dark brown microcrystals grow on the inner surface of the melt holding vessel 26 and a large number of columnar colorless and transparent GaN 31 having a length of 5 mm or more in the c-axis direction grows. Was.

実施例2は、第1,第3,第4,第5,第7,第9の形態に対応した実施例である。 Example 2 is an example corresponding to the first, third, fourth, fifth, seventh, and ninth modes.

実施例2では、フラックスとしてNa(ナトリウム)を用い、III族元素の原料として金属Ga(ガリウム)を用い、窒素原料として窒素ガスを使用し、GaNを結晶成長させた。   In Example 2, GaN was crystal-grown using Na (sodium) as a flux, metal Ga (gallium) as a Group III element material, and nitrogen gas as a nitrogen material.

ここで、GaとNaはあらかじめ混合融液として融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給する。また、融液保持容器外部に設けたフラックス保持容器からNaをガスとして融液に供給する。そして、混合融液と接する雰囲気ガス中のNaの圧力を反応容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発供給されるNaの供給量で調整することで、融液中のNaの量比を一定にして、融液保持容器内でGaNを結晶成長させた。   Here, Ga and Na are previously held in a melt holding container as a mixed melt, and nitrogen is dissolved and supplied from the gas phase into the melt during crystal growth. Further, Na is supplied to the melt as a gas from a flux holding container provided outside the melt holding container. Then, the amount ratio of Na in the melt is made constant by adjusting the pressure of Na in the atmospheric gas in contact with the mixed melt by the amount of Na supplied by evaporation from the flux holding container provided outside the reaction vessel. Then, GaN was crystal-grown in the melt holding container.

図2は実施例2に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。 FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in the second embodiment.

図2の装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器41に、第一の容器として収容容器43が設けられている。収容容器43内の下部にはフラックス48を保持するフラックス保持容器46が収容され、その上部に融液保持容器45が収容されている。融液保持容器45内にはIII族金属を含む融液47が保持される。   In the apparatus of FIG. 2, a container 43 is provided as a first container in a reaction container 41 made of stainless steel. A flux holding container 46 that holds the flux 48 is accommodated in the lower part of the accommodating container 43, and a melt holding container 45 is accommodated in the upper part thereof. A melt 47 containing a group III metal is held in the melt holding container 45.

収容容器43は蓋44で覆われる。収容容器43と蓋44との間にはわずかに隙間があり、この隙間を通して窒素ガスが供給される。なお、収容容器43は反応容器41から取り外すことができる。また、収容容器43,融液保持容器45,フラックス保持容器46の材質はBNである。   The container 43 is covered with a lid 44. There is a slight gap between the container 43 and the lid 44, and nitrogen gas is supplied through this gap. The storage container 43 can be removed from the reaction container 41. The material of the storage container 43, the melt holding container 45, and the flux holding container 46 is BN.

また、反応容器41内に窒素原料となる窒素(N)ガスを充満させ、かつ反応容器41内の窒素(N)圧力を調整することを可能にするガス供給管14が反応容器41を貫通して装着されている。 In addition, the gas supply pipe 14 that allows the reaction vessel 41 to be filled with nitrogen (N 2 ) gas, which is a nitrogen raw material, and adjusts the nitrogen (N 2 ) pressure in the reaction vessel 41, connects the reaction vessel 41. Installed through.

窒素ガスの圧力は圧力制御装置16で調整する事ができる。また、反応容器41内の全圧力は圧力計19でモニターされる。   The pressure of the nitrogen gas can be adjusted by the pressure control device 16. The total pressure in the reaction vessel 41 is monitored by the pressure gauge 19.

また、反応容器41の外側には、反応容器41の上部と下部を加熱するヒーター53,ヒーター54がそれぞれ設置されている。   Further, a heater 53 and a heater 54 for heating the upper and lower portions of the reaction vessel 41 are installed outside the reaction vessel 41, respectively.

反応容器41内のIII族金属を含む融液47とフラックス48が保持される高さに、それぞれ温度センサー55,温度センサー52が設置されており、それぞれの温度に対応したモニター信号がそれぞれ温度制御器56,温度制御器57に送られるようになっている。そして、温度制御器56,温度制御器57では、それぞれのモニター信号に対応して、ヒーター53,ヒーター54への投入電力を調整しこれにより、温度センサー55,温度センサー54の測温部の温度が独立に制御されるようになっている。   A temperature sensor 55 and a temperature sensor 52 are installed at a height at which the melt 47 and the flux 48 containing the group III metal in the reaction vessel 41 are held, and monitor signals corresponding to the respective temperatures are temperature controlled. 56 and a temperature controller 57. Then, the temperature controller 56 and the temperature controller 57 adjust the input power to the heater 53 and the heater 54 in accordance with the respective monitor signals, whereby the temperature of the temperature sensor 55 and the temperature measuring unit of the temperature sensor 54 is adjusted. Are controlled independently.

測温部の温度と融液あるいはフラックスの温度とは対応付けされており、測温部の温度を制御することによって、融液47あるいはフラックス48の温度を制御することができる。   The temperature of the temperature measuring unit is associated with the temperature of the melt or flux, and the temperature of the melt 47 or the flux 48 can be controlled by controlling the temperature of the temperature measuring unit.

以下に、図2の結晶製造装置を使用した実施例2でのGaNの成長方法を説明する。 The GaN growth method in Example 2 using the crystal manufacturing apparatus of FIG. 2 will be described below.

先ず、融液保持容器45に、III族金属原料として金属Gaを入れ、アルカリ金属としてNaを入れる。   First, in the melt holding container 45, metal Ga is put as a group III metal raw material, and Na is put as alkali metal.

そして、窒素ガスを窒素導入管17から導入する。すなわち、バルブ15,18を開け、反応容器41内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置16で反応容器41内の窒素圧力を8MPaにする。窒素ガスは、収容容器43と蓋44との間のわずかな隙間を通して収容容器43内にも導入される。   Then, nitrogen gas is introduced from the nitrogen introduction pipe 17. That is, the valves 15 and 18 are opened, nitrogen gas is introduced into the reaction vessel 41, and the nitrogen pressure in the reaction vessel 41 is set to 8 MPa by the pressure control device 16. Nitrogen gas is also introduced into the storage container 43 through a slight gap between the storage container 43 and the lid 44.

次いで、ヒーター53に通電し、混合融液47を室温(27℃)から結晶成長温度まで1時間で昇温する。結晶成長温度は775℃とした。   Next, the heater 53 is energized, and the mixed melt 47 is heated from room temperature (27 ° C.) to the crystal growth temperature in one hour. The crystal growth temperature was 775 ° C.

次いで、ヒーター54に通電し、フラックス保持容器46内のNaを所定の温度まで加熱する。   Next, the heater 54 is energized to heat Na in the flux holding container 46 to a predetermined temperature.

Naはフラックス保持容器46から蒸発し、融液保持容器45内の混合融液47上の雰囲気ガス51に供給される。   Na evaporates from the flux holding container 46 and is supplied to the atmospheric gas 51 on the mixed melt 47 in the melt holding container 45.

一方、収容容器43内のNa蒸気の一部は、収容容器43と蓋44との間のわずかな隙間を通して収容容器43の外部に輸送され、反応容器41内の低温部に液体として凝縮する。   On the other hand, a part of the Na vapor in the storage container 43 is transported to the outside of the storage container 43 through a slight gap between the storage container 43 and the lid 44 and condenses as a liquid in the low temperature part in the reaction container 41.

収容容器43の外部に出るNaの量とフラックス保持容器46内から蒸発するNaの蒸発量は一定に保たれるので、雰囲気ガス51中のNaの蒸気圧は一定に保たれる。そのため、混合融液47中のNaの量比は雰囲気ガス51中のNaの蒸気圧と平衡する量比になり、結晶成長中一定になる。   Since the amount of Na coming out of the storage container 43 and the evaporation amount of Na evaporating from the flux holding container 46 are kept constant, the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 51 is kept constant. Therefore, the amount ratio of Na in the mixed melt 47 becomes an amount ratio that balances with the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 51 and becomes constant during crystal growth.

温度と窒素圧力を一定に保持し、100時間継続して結晶成長する。   The temperature and nitrogen pressure are kept constant, and crystal growth continues for 100 hours.

100時間後、室温まで降温する。 After 100 hours, the temperature is lowered to room temperature.

降温後、反応容器41を開けると、融液保持容器45の内面に暗褐色の微結晶が成長した上に、c軸方向の長さが5mm以上に伸びた柱状の無色透明なGaN50が多数成長していた。   When the reaction vessel 41 is opened after the temperature is lowered, dark brown microcrystals grow on the inner surface of the melt holding vessel 45 and a large number of columnar colorless and transparent GaN 50 having a length of 5 mm or more in the c-axis direction grows. Was.

実施例3は、本発明の第1,第3,第4,第5,第6,第7,第9の形態に対応した実施例である。 Example 3 is an example corresponding to the first, third, fourth, fifth, sixth, seventh, and ninth aspects of the present invention.

実施例3では、フラックスとしてNa(ナトリウム)を用い、III族元素の原料として金属Ga(ガリウム)を用い、窒素原料として窒素ガスを使用し、GaNを結晶成長させた。   In Example 3, GaN was crystal-grown using Na (sodium) as a flux, metal Ga (gallium) as a group III element material, and nitrogen gas as a nitrogen material.

ここで、Gaはあらかじめ融液として第一の容器となる融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、Naは融液保持容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発させ、ガスとして融液保持容器内部の融液に供給して、融液保持容器内にGaNを結晶成長させた。   Here, Ga is previously held as a melt in a melt holding container serving as a first container, nitrogen is dissolved and supplied from the gas phase into the melt during crystal growth, and Na is external to the melt holding container. The GaN was crystal-grown in the melt holding container by evaporating from the flux holding container provided in the gas and supplying it as a gas to the melt inside the melt holding container.

そして、雰囲気ガス中のNaの圧力を、反応容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発供給されるNaの供給量で調整することで、融液中のNaの量比を一定にして融液保持容器内でGaNを結晶成長させた。   Then, the pressure of Na in the atmospheric gas is adjusted by the supply amount of Na evaporated and supplied from the flux holding container provided outside the reaction vessel, so that the amount ratio of Na in the melt is kept constant and the melt is held. GaN crystal was grown in the container.

図3は実施例3に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。 FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in the third embodiment.

図3の結晶製造装置は、ステンレス製の閉じた形状の反応容器61内に、III族金属を含む融液75を保持し、結晶成長を行うための融液保持容器63(第一の容器)が設けられている。 The crystal manufacturing apparatus of FIG. 3 holds a melt 75 containing a group III metal in a closed reaction vessel 61 made of stainless steel, and a melt holding vessel 63 (first vessel) for crystal growth. Is provided.

融液保持容器63は蓋64で覆われる。融液保持容器63と蓋64との間にはわずかに隙間があり、この隙間を通して窒素ガスが供給される。   The melt holding container 63 is covered with a lid 64. There is a slight gap between the melt holding container 63 and the lid 64, and nitrogen gas is supplied through this gap.

また、反応容器61内のフラックスの蒸気圧調製のためのフラックスを収容するフラックス収容容器69が、フラックス供給管68で反応容器61に接続されている。フラックス供給管68は、反応容器61と融液保持容器63の蓋64に貫通して設置されており、融液保持容器63の内部空間76に直接フラックスを供給することができる。   In addition, a flux storage container 69 that stores a flux for adjusting the vapor pressure of the flux in the reaction container 61 is connected to the reaction container 61 by a flux supply pipe 68. The flux supply pipe 68 is installed so as to penetrate the reaction container 61 and the lid 64 of the melt holding container 63, and can supply the flux directly to the internal space 76 of the melt holding container 63.

フラックス収容容器69内には、フラックス保持容器70が収容され、その中にフラックス74が保持される。   A flux holding container 70 is accommodated in the flux container 69, and a flux 74 is held therein.

フラックス保持容器70は、フラックス74の蒸発量を多くするために、フラックス74と気相とが接する気液界面の面積が広くなるようにしてある。   In order to increase the evaporation amount of the flux 74, the flux holding container 70 is configured such that the area of the gas-liquid interface where the flux 74 and the gas phase are in contact with each other is widened.

なお、融液保持容器63,フラックス保持容器64は、それぞれ、反応容器61,フラックス収容容器69からから取り外すことができる。また、融液保持容器63とフラックス保持容器70の材質はBNである。   The melt holding container 63 and the flux holding container 64 can be detached from the reaction container 61 and the flux storage container 69, respectively. The material of the melt holding container 63 and the flux holding container 70 is BN.

また、反応容器61,フラックス収容容器69の外側には、それぞれ、ヒーター65,ヒーター71が設置されている。   A heater 65 and a heater 71 are installed outside the reaction container 61 and the flux container 69, respectively.

反応容器61,フラックス収容容器69内には、それぞれ、温度センサー66,温度センサー72が設置されており、それぞれの温度に対応したモニター信号がそれぞれ温度制御器67,温度制御器73に送られるようになっている。そして、温度制御器67,温度制御器73では、それぞれのモニター信号に対応して、それぞれヒーター65,ヒーター71への投入電力を調整し、これにより、温度センサー66,温度センサー72の測温部の温度が独立に制御されるようになっている。   A temperature sensor 66 and a temperature sensor 72 are installed in the reaction container 61 and the flux container 69, respectively, so that monitor signals corresponding to the respective temperatures are sent to the temperature controller 67 and the temperature controller 73, respectively. It has become. Then, the temperature controller 67 and the temperature controller 73 adjust the input power to the heater 65 and the heater 71, respectively, corresponding to the respective monitor signals, and thereby the temperature measuring units of the temperature sensor 66 and the temperature sensor 72 are adjusted. The temperature is controlled independently.

測温部の温度と融液あるいはフラックスの温度とは対応付けされており、測温部の温度を制御することによって、融液75あるいはフラックス74の温度を制御することができる。   The temperature of the temperature measurement unit is associated with the temperature of the melt or flux, and the temperature of the melt 75 or the flux 74 can be controlled by controlling the temperature of the temperature measurement unit.

また、反応容器61内に窒素原料となる窒素(N)ガスを充満させ、かつ反応容器61内の窒素(N)圧力を調整することを可能にするガス供給管14が反応容器61を貫通して装着されている。 In addition, a gas supply pipe 14 that fills the reaction vessel 61 with nitrogen (N 2 ) gas, which is a nitrogen raw material, and adjusts the nitrogen (N 2 ) pressure in the reaction vessel 61, connects the reaction vessel 61. Installed through.

窒素ガスの圧力は圧力制御装置16で調整する事ができる。また、反応容器61内の全圧力は圧力計19でモニターされる。   The pressure of the nitrogen gas can be adjusted by the pressure control device 16. The total pressure in the reaction vessel 61 is monitored by a pressure gauge 19.

以下に、図3の結晶製造装置を使用した実施例3でのGaNの成長方法を説明する。 Below, the growth method of GaN in Example 3 using the crystal manufacturing apparatus of FIG. 3 is demonstrated.

先ず、融液保持容器63に、III族金属原料として金属Gaを入れる。   First, metal Ga is put into the melt holding container 63 as a group III metal raw material.

そして、窒素ガスを窒素導入管17から導入する。すなわち、バルブ15,18を開け、反応容器61内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置16で反応容器61内の窒素圧力を8MPaにする。窒素ガスは、融液保持容器63と蓋64との間のわずかな隙間を通して融液保持容器63(第一の容器)内にも導入される。   Then, nitrogen gas is introduced from the nitrogen introduction pipe 17. That is, the valves 15 and 18 are opened, nitrogen gas is introduced into the reaction vessel 61, and the nitrogen pressure in the reaction vessel 61 is set to 8 MPa by the pressure control device 16. Nitrogen gas is also introduced into the melt holding container 63 (first container) through a slight gap between the melt holding container 63 and the lid 64.

次いで、ヒーター65に通電し、融液75を室温(27℃)から結晶成長温度まで1時間で昇温する。結晶成長温度は775℃とした。   Next, the heater 65 is energized, and the melt 75 is heated from room temperature (27 ° C.) to the crystal growth temperature in one hour. The crystal growth temperature was 775 ° C.

次いで、ヒーター71に通電し、フラックス保持容器70内のNa74を所定の温度まで加熱する。   Next, the heater 71 is energized to heat the Na 74 in the flux holding container 70 to a predetermined temperature.

Na74はフラックス保持容器70から蒸発し、フラックス供給管68を通って、融液保持容器63内の内部空間76に導入され、Ga融液75上の雰囲気ガス76から気液界面を通して融液75中に溶解する。これに伴い窒素も融液75中に取り込まれ、GaNの結晶成長が開始される。   Na 74 evaporates from the flux holding container 70, is introduced into the internal space 76 in the melt holding container 63 through the flux supply pipe 68, and enters the melt 75 from the atmospheric gas 76 on the Ga melt 75 through the gas-liquid interface. Dissolve in Along with this, nitrogen is also taken into the melt 75, and GaN crystal growth is started.

一方、融液保持容器63内のNa蒸気の一部は、融液保持容器63と蓋64との間のわずかな隙間を通して融液保持容器63の外部に輸送され、反応容器61内の低温部に液体として凝縮する。   On the other hand, a part of the Na vapor in the melt holding vessel 63 is transported to the outside of the melt holding vessel 63 through a slight gap between the melt holding vessel 63 and the lid 64, and the low temperature portion in the reaction vessel 61 is transferred. Condensed as a liquid.

融液保持容器63の外部に出るNaの量とフラックス保持容器70から供給されるNaの供給量は一定に保たれるので、雰囲気ガス76中のNaの蒸気圧は一定に保たれる。そのため、融液75中のNaの量比は成長初期には増加するが、その後、雰囲気ガス76中のNaの蒸気圧と平衡する量比になり、結晶成長中一定になる。   Since the amount of Na coming out of the melt holding vessel 63 and the supply amount of Na supplied from the flux holding vessel 70 are kept constant, the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 76 is kept constant. For this reason, the amount ratio of Na in the melt 75 increases in the initial stage of growth, but thereafter, the amount ratio becomes balanced with the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 76 and becomes constant during crystal growth.

温度と窒素圧力を一定に保持し、100時間継続して結晶成長する。   The temperature and nitrogen pressure are kept constant, and crystal growth continues for 100 hours.

100時間後、室温まで降温する。   After 100 hours, the temperature is lowered to room temperature.

降温後、反応容器61を開けると、融液保持容器63内には暗褐色の微結晶は成長しておらず、c軸方向の長さが6mm以上に伸びた柱状の無色透明なGaN77がいくつか成長していた。   When the reaction vessel 61 is opened after the temperature is lowered, dark brown microcrystals are not grown in the melt holding vessel 63, and the number of columnar colorless and transparent GaN 77 having a length in the c-axis direction extending to 6 mm or more is increased. I was growing up.

実施例4は、本発明の第1,第3,第4,第5,第8,第9の形態に対応した実施例である。 Example 4 is an example corresponding to the first, third, fourth, fifth, eighth, and ninth aspects of the present invention.

実施例4では、フラックスとしてNa(ナトリウム)を用い、III族元素の原料として金属Ga(ガリウム)を用い、窒素原料として窒素ガスを使用し、GaN板状結晶を種結晶として用いて、種結晶にGaNを結晶成長させた。   In Example 4, Na (sodium) is used as a flux, metal Ga (gallium) is used as a Group III element material, nitrogen gas is used as a nitrogen material, and a GaN plate crystal is used as a seed crystal. GaN was grown as a crystal.

ここで、Gaはあらかじめ融液として融液保持容器中に保持し、窒素は結晶成長中に気相から融液中に溶解して供給し、Naは融液保持容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発させ、ガスとして融液に供給して、融液保持容器内の種結晶GaNにGaNを結晶成長させた。   Here, Ga is held in advance in the melt holding container as a melt, nitrogen is dissolved and supplied from the gas phase into the melt during crystal growth, and Na is a flux holding container provided outside the melt holding container. The GaN was crystal-grown on the seed crystal GaN in the melt holding container.

そして、雰囲気ガス中のNaの圧力を、反応容器外部に設けたフラックス保持容器から蒸発供給されるNaの供給量で調整することで、融液中のNaの量比を一定にして融液保持容器内でGaNを結晶成長させた。   Then, the pressure of Na in the atmospheric gas is adjusted by the supply amount of Na evaporated and supplied from the flux holding container provided outside the reaction vessel, so that the amount ratio of Na in the melt is kept constant and the melt is held. GaN crystal was grown in the container.

図4は実施例4に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。 FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in the fourth embodiment.

図4の装置は、図2の装置と同様のものである。   The apparatus of FIG. 4 is similar to the apparatus of FIG.

以下に、図4の結晶製造装置を使用した実施例4でのGaNの成長方法を説明する。 Below, the growth method of GaN in Example 4 using the crystal manufacturing apparatus of FIG. 4 is demonstrated.

先ず、融液保持容器45に、種結晶としてGaN板状結晶49を入れ、また、III族金属原料として金属Gaを入れる。   First, a GaN plate crystal 49 is placed as a seed crystal in the melt holding container 45, and metal Ga is placed as a group III metal raw material.

そして、窒素ガスを窒素導入管17から導入する。すなわち、バルブ15,18を開け、反応容器61内に窒素ガスを導入し、圧力制御装置16で反応容器61内の窒素圧力を8MPaにする。窒素ガスは、収容容器43と蓋44との間のわずかな隙間を通して収容容器43内にも導入される。   Then, nitrogen gas is introduced from the nitrogen introduction pipe 17. That is, the valves 15 and 18 are opened, nitrogen gas is introduced into the reaction vessel 61, and the nitrogen pressure in the reaction vessel 61 is set to 8 MPa by the pressure control device 16. Nitrogen gas is also introduced into the storage container 43 through a slight gap between the storage container 43 and the lid 44.

次いで、ヒーター53に通電し、融液60を室温(27℃)から結晶成長温度まで1時間で昇温する。結晶成長温度は775℃とした。   Next, the heater 53 is energized to raise the temperature of the melt 60 from room temperature (27 ° C.) to the crystal growth temperature in one hour. The crystal growth temperature was 775 ° C.

次いで、ヒーター54に通電し、フラックス保持容器46内のNa48を所定の温度まで加熱する。   Next, the heater 54 is energized to heat the Na 48 in the flux holding container 46 to a predetermined temperature.

Na48はフラックス保持容器46から蒸発し、融液保持容器45内のGa融液60上の雰囲気ガス51から気液界面を通して融液60中に溶解する。これに伴い、窒素も融液60中に取り込まれ、GaNの結晶成長が開始される。   Na 48 evaporates from the flux holding container 46 and dissolves in the melt 60 from the atmosphere gas 51 on the Ga melt 60 in the melt holding container 45 through the gas-liquid interface. Along with this, nitrogen is also taken into the melt 60, and crystal growth of GaN is started.

一方、収容容器43内のNa蒸気の一部は、収容容器43と蓋44との間のわずかな隙間を通して収容容器43の外部に輸送され、反応容器41内の低温部に液体として凝縮する。   On the other hand, a part of the Na vapor in the storage container 43 is transported to the outside of the storage container 43 through a slight gap between the storage container 43 and the lid 44 and condenses as a liquid in the low temperature part in the reaction container 41.

収容容器43の外部に出るNaの量とフラックス保持容器46内から蒸発するNaの蒸発量は一定に保たれるので、雰囲気ガス51中のNaの蒸気圧は一定に保たれる。そのため、融液60中のNaの量比は成長初期には増加するが、その後、雰囲気ガス51中のNaの蒸気圧と平衡する量比になり、結晶成長中一定になる。   Since the amount of Na coming out of the storage container 43 and the evaporation amount of Na evaporating from the flux holding container 46 are kept constant, the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 51 is kept constant. For this reason, the amount ratio of Na in the melt 60 increases in the initial stage of growth, but thereafter, the amount ratio becomes balanced with the vapor pressure of Na in the atmospheric gas 51 and becomes constant during crystal growth.

温度と窒素圧力を一定に保持し、100時間継続して結晶成長する。   The temperature and nitrogen pressure are kept constant, and crystal growth continues for 100 hours.

100時間後、室温まで降温する。   After 100 hours, the temperature is lowered to room temperature.

降温後、反応容器41を開けると、融液保持容器45内のGaN種結晶49に無色透明のGaN59が結晶成長していた。また、種結晶49と成長したGaN結晶59との界面部分には暗褐色の結晶は成長していなかった。   When the reaction vessel 41 was opened after the temperature was lowered, colorless and transparent GaN 59 was grown on the GaN seed crystal 49 in the melt holding vessel 45. Further, no dark brown crystal grew at the interface portion between the seed crystal 49 and the grown GaN crystal 59.

一方、従来の方法のようにNa−Ga混合融液を用いて、融液外部からNaを供給せずに結晶成長を行った場合には、種結晶49に暗褐色の結晶が成長した。   On the other hand, when crystal growth was performed using Na-Ga mixed melt as in the conventional method without supplying Na from the outside of the melt, dark brown crystals grew on the seed crystal 49.

この実施例4のようにGa融液にNaをガスとして溶解して結晶成長した場合の方が、暗褐色の結晶が成長せず、透明な結晶が成長した。   As in Example 4, when the crystal was grown by dissolving Na as a gas in the Ga melt, a dark brown crystal did not grow and a transparent crystal grew.

本発明は、光ディスク用青紫色光源、紫外光源(LD、LED)、電子写真用青紫色光源、III族窒化物電子デバイスなどに利用可能である。   The present invention can be used for a blue-violet light source for optical disks, an ultraviolet light source (LD, LED), a blue-violet light source for electrophotography, a group III nitride electronic device, and the like.

実施例1に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。1 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in Example 1. FIG. 実施例2に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in Example 2. FIG. 実施例3に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。6 is a diagram illustrating a configuration example of a crystal manufacturing apparatus used in Example 3. FIG. 実施例4に用いられる結晶製造装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the crystal manufacturing apparatus used for Example 4. FIG. 従来の結晶成長装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional crystal growth apparatus. 従来の結晶成長装置の構成例を示す図である。It is a figure which shows the structural example of the conventional crystal growth apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

23,41,61 反応容器
26,45,63 融液保持容器
21,22,53,54,75,71 ヒーター
14 ガス供給管
15,18 バルブ
16 圧力制御装置
17 窒素導入管
19 圧力計
32,34,52,55,66,72 温度センサー
33,35,56,57,67,73 温度制御器
60,75 III族金属を含む融液
29 内部空間
44,64 蓋
42,62 容器支持台
49 GaN板状種結晶
24,69 フラックス収容容器
25,46,70 フラックス保持容器
27 配管
28 III族金属とフラックスを含む融液
30,48,74 フラックス
31 柱状のGaN
43 収容容器
47 融液
50 GaN成長結晶
51 雰囲気ガス
58 反応容器の内部空間
59 GaN板状種結晶に成長した結晶
68 フラックス供給管
75 Ga融液
76 融液保持容器の内部空間
77 成長した結晶
101 反応容器
102 融液
103 種結晶
105 加熱装置
106 窒素供給管
107 圧力センサー
108 圧力調整弁
109 ケーブル
110 第一のシリンダー
111 第一のバルブ
113 気液界面
201 反応容器
202 混合融液保持容器
203 混合融液
204 窒素供給管
205 圧力調整機構
206 第一の加熱装置
207 Ga供給管
208 反応容器内の空間
209 Ga容器
210 Ga
211 III族窒化物(GaN)結晶
212 高さ調整ユニット
213 支柱
214 第2の加熱装置
215 Ga供給管の先端部
216 圧力調整管
23, 41, 61 Reaction vessel 26, 45, 63 Melt holding vessel 21, 22, 53, 54, 75, 71 Heater 14 Gas supply pipe 15, 18 Valve 16 Pressure control device 17 Nitrogen introduction pipe 19 Pressure gauge 32, 34 , 52, 55, 66, 72 Temperature sensor 33, 35, 56, 57, 67, 73 Temperature controller 60, 75 Melt containing group III metal 29 Internal space 44, 64 Lid 42, 62 Container support 49 GaN plate Seed crystals 24, 69 Flux container 25, 46, 70 Flux container 27 Pipe 28 Melt 30, 48, 74 flux 31 containing group III metal and flux Columnar GaN
43 Container 47 Melt 50 GaN growth crystal 51 Atmospheric gas 58 Internal space 59 of reaction vessel Crystal 68 grown on GaN plate seed crystal 68 Flux supply pipe 75 Ga melt 76 Internal space 77 of melt holding vessel Grown crystal 101 Reaction vessel 102 Melt 103 Seed crystal 105 Heating device 106 Nitrogen supply pipe 107 Pressure sensor 108 Pressure adjustment valve 109 Cable 110 First cylinder 111 First valve 113 Gas-liquid interface 201 Reaction vessel 202 Mixed melt holding vessel 203 Mixing melt Liquid 204 Nitrogen supply pipe 205 Pressure adjustment mechanism 206 First heating device 207 Ga supply pipe 208 Space 209 in reaction vessel 209 Ga vessel 210 Ga
211 Group III nitride (GaN) crystal 212 Height adjustment unit 213 Post 214 Second heating device 215 Ga supply tube tip 216 Pressure adjustment tube

Claims (9)

III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液が、窒素原料ガスとフラックスガスを含む雰囲気ガスと気液界面を形成しており、該気液界面から窒素が融液中に溶解し、III族金属と窒素とからIII族窒化物を結晶成長させるIII族窒化物の結晶製造方法であって、
III族金属を含む前記融液を密閉されていない融液保持容器に保持する工程と、
前記融液保持容器とは異なる領域に圧力調整用フラックスを保持する工程と、
前記融液を保持した前記融液保持容器と前記融液保持容器とは異なる領域に保持された圧力調整用フラックスを密閉されていない収容容器内に保持する工程と、
結晶成長中、前記圧力調整用フラックスが保持された領域から気液界面と接する前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中にフラックスガスが供給されるとともに、前記融液保持容器内部のフラックスガスの一部が前記収容容器の外部に輸送される工程と、を含み、
結晶成長中、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中に供給されるフラックスガスの供給量と前記収容容器の外部に出るフラックスガスの量のどちらか一方あるいは両方を調整して、前記融液保持容器内部の雰囲気ガス中のフラックスガスの圧力を調整することを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。
The melt in which the group III metal, flux, and nitrogen are dissolved forms a gas-liquid interface with the nitrogen source gas and the atmospheric gas containing the flux gas, and nitrogen is dissolved in the melt from the gas-liquid interface, and III A method for producing a group III nitride crystal comprising growing a group III nitride from a group metal and nitrogen,
Holding the melt containing a Group III metal in a non-sealed melt holding container;
Holding the pressure adjusting flux in a region different from the melt holding container;
Holding the pressure adjusting flux held in a region different from the melt holding container and the melt holding container holding the melt in an unsealed storage container;
During crystal growth, the flux gas is supplied from the region where the pressure adjusting flux is held into the atmospheric gas inside the melt holding container that is in contact with the gas-liquid interface, and one of the flux gases inside the melt holding container. A portion is transported to the outside of the container,
During the crystal growth, by adjusting either or both of the amount of flux gas exiting outside the supply amount and the container flux gas supplied to the atmosphere gas inside the melt holding vessel, the melt holding A method for producing a group III nitride crystal, comprising adjusting a pressure of a flux gas in an atmospheric gas inside a container .
請求項1記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記融液保持容器とは異なる領域に保持された圧力調整用フラックスの表面から蒸発するフラックスの蒸発速度で、フラックスガスの供給量を調整することを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。 2. The method for producing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein the supply amount of the flux gas is adjusted by the evaporation rate of the flux evaporating from the surface of the pressure adjusting flux held in a region different from the melt holding container. A method for producing a group III nitride crystal, comprising: 請求項2記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、圧力調整用フラックスの温度を調整することによって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。   3. The method for producing a group III nitride crystal according to claim 2, wherein the evaporation rate of the flux is adjusted by adjusting the temperature of the pressure adjusting flux. 請求項2記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、圧力調整用フラックス表面の気相と接する面積によって、フラックスの蒸発速度を調整することを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。   3. The method for producing a group III nitride crystal according to claim 2, wherein the evaporation rate of the flux is adjusted according to the area of the pressure adjusting flux surface in contact with the gas phase. 請求項1の結晶製造方法において、フラックスガスの供給量を調整し、前記融液と接する窒素原料ガスを含む雰囲気ガスから、気液界面を通してフラックスと窒素を溶解して、III族金属とフラックスと窒素とが溶解した融液を形成することを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。   The method for producing a crystal according to claim 1, wherein the supply amount of the flux gas is adjusted, and the flux and nitrogen are dissolved through the gas-liquid interface from the atmosphere gas containing the nitrogen source gas in contact with the melt, and the group III metal and the flux A method for producing a group III nitride crystal, comprising forming a melt in which nitrogen is dissolved. 請求項5記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、種結晶にIII族窒化物を結晶成長させることを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。   6. The method for producing a group III nitride crystal according to claim 5, wherein group III nitride is grown on the seed crystal. 請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、フラックスはアルカリ金属であることを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。   The method for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 6, wherein the flux is an alkali metal. 請求項1乃至7のいずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記収容容器は隙間を有する容器であって、該隙間から前記融液保持容器へ窒素原料ガスが供給されることを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。 The Group III nitride crystal manufacturing method according to any one of Claims 1 to 7, wherein the container is a container having a gap, and a nitrogen source gas is supplied from the gap to the melt holding container . A method for producing a group III nitride crystal, comprising: 請求項1乃至7いずれか一項に記載のIII族窒化物の結晶製造方法において、前記収容容器は反応容器内に設けられ、前記反応容器内に窒素原料ガスを充満させる工程と、前記収容容器の外部に輸送されるフラックスガスを前記反応容器内部の低温部にて液体として凝縮させる工程とを含むことを特徴とするIII族窒化物の結晶製造方法。 8. The method for producing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein the container is provided in a reaction container, and the reaction container is filled with a nitrogen source gas; and the container And a step of condensing the flux gas transported to the outside as a liquid in a low temperature portion inside the reaction vessel.
JP2004062537A 2004-03-05 2004-03-05 Group III nitride crystal manufacturing method Expired - Fee Related JP4414253B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004062537A JP4414253B2 (en) 2004-03-05 2004-03-05 Group III nitride crystal manufacturing method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2004062537A JP4414253B2 (en) 2004-03-05 2004-03-05 Group III nitride crystal manufacturing method

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005247657A JP2005247657A (en) 2005-09-15
JP4414253B2 true JP4414253B2 (en) 2010-02-10

Family

ID=35028512

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2004062537A Expired - Fee Related JP4414253B2 (en) 2004-03-05 2004-03-05 Group III nitride crystal manufacturing method

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4414253B2 (en)

Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4732146B2 (en) * 2005-11-21 2011-07-27 株式会社リコー Crystal growth apparatus and manufacturing method
JP5053555B2 (en) * 2006-03-22 2012-10-17 株式会社リコー Crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
US20070215034A1 (en) 2006-03-14 2007-09-20 Hirokazu Iwata Crystal preparing device, crystal preparing method, and crystal
JP4921855B2 (en) * 2006-06-02 2012-04-25 株式会社リコー Production method
JP5581735B2 (en) * 2010-03-02 2014-09-03 株式会社リコー Nitride crystal manufacturing method and nitride crystal manufacturing apparatus
JP5699493B2 (en) * 2010-08-31 2015-04-08 株式会社リコー Method for producing group III nitride single crystal
JP5589997B2 (en) * 2011-09-12 2014-09-17 株式会社リコー Crystal manufacturing equipment
JP6098028B2 (en) * 2011-09-14 2017-03-22 株式会社リコー Gallium nitride crystal, group 13 nitride crystal, group 13 nitride crystal substrate, and manufacturing method
JP2013060344A (en) * 2011-09-14 2013-04-04 Ricoh Co Ltd Gallium nitride crystal, manufacturing method of group 13 nitride crystal, and group 13 nitride crystal substrate
JP6222292B2 (en) * 2016-06-14 2017-11-01 株式会社リコー Gallium nitride crystal, method for producing group 13 nitride crystal, and group 13 nitride crystal substrate
WO2019031501A1 (en) * 2017-08-09 2019-02-14 東京エレクトロン株式会社 Method for manufacturing gallium nitride microcrystalline aggregate, and device for manufacturing gallium nitride microcrystalline aggregate

Also Published As

Publication number Publication date
JP2005247657A (en) 2005-09-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8475593B2 (en) Crystal preparing device, crystal preparing method, and crystal
US7435295B2 (en) Method for producing compound single crystal and production apparatus for use therein
UA78705C2 (en) Process and apparatus for obtaining of bulky nitride monocrystal, containing gallium
JP4056785B2 (en) Group III nitride crystal production method and group III nitride crystal production apparatus
JP4414253B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method
JP2003313099A (en) Apparatus for growing group iii nitride crystal
JP5000187B2 (en) Method for producing group III nitride crystal
JP4053336B2 (en) Group III nitride crystal production method and group III nitride crystal production apparatus
JP2002068897A (en) Method and device for growing group iii nitride crystal, the group iii nitride crystal and semiconductor element
JP2003286099A (en) Apparatus and method for growing group iii nitride crystal
JP4631071B2 (en) Crystal growth apparatus for gallium nitride crystal and method for producing gallium nitride crystal
JP4426238B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method
JP4248276B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method
JP5053555B2 (en) Crystal manufacturing apparatus and manufacturing method
JP2005132663A (en) Group iii nitride crystal growth method, group iii nitride crystal, and crystal growth apparatus
JP4732145B2 (en) Production method
JP4690849B2 (en) Crystal growth apparatus and manufacturing method
JP4880500B2 (en) Crystal manufacturing equipment
JP4335717B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method
JP2012020931A (en) Crystal preparation apparatus
JP4921855B2 (en) Production method
JP4615327B2 (en) Group III nitride crystal manufacturing method
JP2008019127A (en) Crystal growth apparatus and crystal production method
JP4880499B2 (en) Crystal manufacturing equipment
JP4722471B2 (en) Group III nitride crystal production method and group III nitride crystal growth apparatus

Legal Events

Date Code Title Description
RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20060201

RD04 Notification of resignation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424

Effective date: 20060210

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20060522

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20080910

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080916

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20081117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20090317

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20090514

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20090730

RD05 Notification of revocation of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7425

Effective date: 20090908

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: 20091117

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20091119

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20121127

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4414253

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20131127

Year of fee payment: 4

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees