JP4788524B2 - Group 13 metal nitride crystal production methods and solutions and melts used in these production methods - Google Patents

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本発明は、GaN結晶等の周期表第13族金属の窒化物結晶の製造方法および該製造方法を用いた半導体デバイスの製造方法に関する。また、本発明はこれらの製造方法に用いる溶液および融液にも関する。   The present invention relates to a method for producing a nitride crystal of a Group 13 metal of a periodic table such as a GaN crystal and a method for producing a semiconductor device using the method. The present invention also relates to solutions and melts used in these production methods.

窒化ガリウム(GaN)に代表される第13族金属と窒素との化合物結晶は、発光ダイオード、レーザダイオード、高周波対応の電子デバイス等で使用される物質として有用である。GaNの場合、実用的な結晶の製造方法としては、サファイア基板または炭化珪素等のような基板上にMOCVD(Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法により気相エピタキシャル成長を行う方法が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   A compound crystal of a Group 13 metal typified by gallium nitride (GaN) and nitrogen is useful as a material used in a light emitting diode, a laser diode, an electronic device for high frequency, and the like. In the case of GaN, as a practical crystal production method, a method of performing vapor phase epitaxial growth on a substrate such as a sapphire substrate or silicon carbide by MOCVD (Metal Organic Chemical Vapor Deposition) method has been proposed (for example, Non-patent document 1).

しかし、上記方法では、格子定数および熱膨張係数の異なる異種基板上にGaN結晶をエピタキシャル成長させるため、得られたGaN結晶には多くの格子欠陥が存在する。そのような格子欠陥が多く存在するGaN結晶を用いた場合、電子素子の動作に悪影響を与え、青色レーザ等の応用分野で用いるためには満足すべき性能を発現することはできない。このため、近年、基板上に成長したGaNの結晶の品質の改善、GaNの塊状単結晶の製造技術の確立が強く望まれている。   However, in the above method, since the GaN crystal is epitaxially grown on different substrates having different lattice constants and thermal expansion coefficients, the obtained GaN crystal has many lattice defects. When such a GaN crystal having many lattice defects is used, the operation of the electronic device is adversely affected, and satisfactory performance for use in an application field such as a blue laser cannot be expressed. For this reason, in recent years, it has been strongly desired to improve the quality of GaN crystals grown on a substrate and to establish a manufacturing technique for GaN bulk single crystals.

現在、気相法によるヘテロエピタキシャルGaN結晶成長法では、GaN結晶の欠陥濃度を減らすために、複雑かつ長い工程が必要とされている。このため、最近では、液相法によりGaNの単結晶化について精力的な研究がなされており、窒素とGaを高温高圧下で反応させる高圧法(非特許文献2参照)が提案されているが、過酷な反応条件のため工業的に実施することは困難である。そこで、反応条件をより低圧化させたGaN結晶成長方法の報告が多くなされている。例えば、GaとNaN3とを昇圧下で反応させる方法(非特許文献3)や、フラックス成長法(特許文献3、非特許文献4、5、8、9参照)等が提案されている。フラックスにはアルカリ金属が使われる場合が多いが、Ga融液にアルカリ金属を添加した合金融液を用いても、この合金融液に溶解するN量またはGaN量が非常に小さいため、GaN結晶を大型化することが困難とされている。さらに、アモノサーマル法によるGaNの合成法(非特許文献6参照)も報告されているが、結晶サイズと格子欠陥数に問題があり、また製造装置が高価なことから工業化されるに至っていない。 Currently, the heteroepitaxial GaN crystal growth method by the vapor phase method requires a complicated and long process in order to reduce the defect concentration of the GaN crystal. For this reason, recently, vigorous research has been conducted on crystallization of GaN by a liquid phase method, and a high-pressure method (see Non-Patent Document 2) in which nitrogen and Ga are reacted under high temperature and high pressure has been proposed. However, it is difficult to implement industrially due to severe reaction conditions. Thus, many reports have been made on GaN crystal growth methods with lower reaction conditions. For example, a method of reacting Ga and NaN 3 under pressure (Non-Patent Document 3), a flux growth method (see Patent Document 3, Non-Patent Documents 4, 5, 8, and 9) and the like have been proposed. Alkali metal is often used for the flux, but even when using a combined liquid obtained by adding an alkali metal to a Ga melt, the amount of N or GaN dissolved in the combined liquid is very small. It is difficult to increase the size. Furthermore, a method for synthesizing GaN by the ammonothermal method (see Non-Patent Document 6) has also been reported, but there are problems with the crystal size and the number of lattice defects, and it has not been industrialized because the manufacturing equipment is expensive. .

また、GaN粉末とアルカリ金属ハロゲン化物の混合物を加熱し、GaN結晶を作成する方法も提案されているが(特許文献1参照)、アルカリ金属ハロゲン化物へのGaNの溶解度は小さく、かつ窒素を安定に溶解させるために高圧で結晶成長を行う必要があるため、この方法は工業的に結晶成長を行う上で不利である。また、非特許文献7にもGaN粉末とアルカリ金属ハロゲン化物の混合物を用いた結晶成長が報告されているが、特許文献1と同様の技術と考えられる。また特許文献2にはリチウムの化合物を補助溶融剤として用いると記載されているが、この文献では溶融塩を用いた溶液を用いておらず、合金融液からの結晶成長であるため非特許文献4、5と同様の問題を抱えている。
特開2005−112718号公報 中国特許公開第1288079A号公報 特開2005−306709A号公報 J. Appl. Phys. 37 (1998) 309頁 J. Crystal Growth 178 (1977) 174頁 J. Crystal Growth 218 (2000) 712頁 J. Crystal Growth 260 (2004) 327頁 金属 Vol.73 No.11(2003)1060頁 Acta Physica Polonica A Vol.88 (1995) 137頁 J. Crystal Growth Vol.281 (2005) 5頁 J. Mater. Sci. Ele. 16 (2005) 29項 J. Crystal Growth 284 (2005) 91頁
In addition, although a method for producing a GaN crystal by heating a mixture of GaN powder and an alkali metal halide has been proposed (see Patent Document 1), the solubility of GaN in the alkali metal halide is small and nitrogen is stable. This method is disadvantageous in terms of industrial crystal growth because it is necessary to perform crystal growth at a high pressure in order to dissolve it. Non-patent document 7 also reports crystal growth using a mixture of GaN powder and alkali metal halide, which is considered to be the same technique as in patent document 1. Patent Document 2 describes that a lithium compound is used as an auxiliary melting agent. However, in this document, a solution using a molten salt is not used, and crystal growth from a combined financial liquid is not used. 4 and 5 have the same problem.
JP 2005-127718 A Chinese Patent Publication No. 1288079A Japanese Patent Laying-Open No. 2005-306709A J. Appl. Phys. 37 (1998) 309 J. Crystal Growth 178 (1977) 174 J. Crystal Growth 218 (2000) 712 J. Crystal Growth 260 (2004) 327 Metal Vol.73 No.11 (2003) pp. 1060 Acta Physica Polonica A Vol.88 (1995) 137 J. Crystal Growth Vol.281 (2005) p. 5 J. Mater. Sci. Ele. 16 (2005) paragraph 29 J. Crystal Growth 284 (2005) p. 91

上記のように、気相法による基板上へのヘテロエピタキシャル結晶成長法では格子欠陥が少ない第13族金属の窒化物結晶は得られない。また、他の高圧を用いる方法では装置が大掛かりとなり、経済性が低い。さらに、超臨界状態のアンモニアを使うアモノサーマル法では装置や使う材料が非常に高価である。また、アルカリ金属をフラックスとして使った方法などでも低圧での窒素溶解度が低く、また反応系内の液相の均一性に問題があり工業的に利用する点で解決すべき課題が残されている。   As described above, a group 13 metal nitride crystal with few lattice defects cannot be obtained by a heteroepitaxial crystal growth method on a substrate by a vapor phase method. Also, other methods using high pressure require a large apparatus and are not economical. Furthermore, in the ammonothermal method using supercritical ammonia, the equipment and materials used are very expensive. Moreover, even in the method using alkali metal as a flux, the nitrogen solubility at low pressure is low, and there is a problem in the uniformity of the liquid phase in the reaction system, and there remains a problem to be solved in terms of industrial use. .

本発明は、このような従来技術の課題を解決するためになされたものであり、低圧または常圧においても良質なGaN結晶等の第13族金属窒化物結晶を工業的に安く製造できるようにすることと、それに用いる溶液および融液を提供することを目的とする。
さらに、本発明のもう一つの目的は、前記製造方法を用いた発光ダイオード、レーザダイオード、高周波用、パワーIC用等の半導体デバイスの製造方法を提供することにある。
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, so that a high-quality Group 13 metal nitride crystal such as a GaN crystal can be manufactured industrially at low pressure or normal pressure. And providing a solution and a melt used therefor.
Furthermore, another object of the present invention is to provide a method of manufacturing a semiconductor device such as a light emitting diode, a laser diode, a high frequency device, and a power IC using the manufacturing method.

本発明者らは、上記の課題に鑑み、工業的に利用可能であり、さらに経済的な方法により、半導体デバイスに応用可能な結晶サイズを有し、かつ高品質な金属窒化物結晶を成長させる方法につき鋭意検討し、本発明を完成するに至った。   In view of the above-mentioned problems, the present inventors grow a high-quality metal nitride crystal having a crystal size that can be used industrially and can be applied to a semiconductor device by an economical method. The method has been intensively studied and the present invention has been completed.

すなわち、本発明の目的は、以下の第13族金属窒化物結晶の製造方法、半導体デバイスの製造方法、および溶液により達成される。
[1] 周期表第13族金属元素および周期表第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物を、イオン性溶媒に溶解した溶液または融液を作成し、該溶液または融液中で第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を有することを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[2] 前記イオン性溶媒が溶融塩を主成分とすることを特徴とする[1]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[3] 前記溶融塩が一種類または複数種の金属ハロゲン化物であることを特徴とする[2]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[4] 前記複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素が、前記イオン性溶媒にも含まれていることを特徴とする[1]〜[3]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[5] 前記溶液または融液に含まれる周期表第13族金属元素の総モル数に対する、前記溶液または融液に含まれる周期表第13族以外の金属元素の総モル数の比が16〜80の範囲内にあることを特徴とする[1]〜[4]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[6] 前記複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素の窒化物が前記イオン性溶媒に1.0モル%以上溶解することを特徴とする[1]〜[5]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[7] 前記複合窒化物を前記イオン性溶媒に高温で溶解した後、得られた溶液または融液の温度を降下させることにより第13族金属窒化物結晶を成長させることを特徴とする[1]〜[6]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[8] 前記複合窒化物が前記イオン性溶媒へ溶解する溶解場と前記第13族金属窒化物結晶が成長する結晶成長場が分離されており、前記溶解場の温度が前記成長場の温度よりも高いことを特徴とする[1]〜[7]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[9] 前記第13族金属窒化物結晶を種結晶表面または基板上に成長させることを特徴とする[1]〜[8]のいずれか一項に記載の周期表第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[10] 前記第13族金属窒化物結晶が成長する結晶成長場において、溶液または融液中における前記第13族金属以外の金属窒化物成分濃度を制御することを特徴とする[1]〜[9]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[11] 前記溶液または融液中における前記第13族金属以外の金属窒化物成分を蒸発、反応、分解または拡散によって結晶成長場から取り除くことを特徴とする、[10]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[12] 前記第13族金属以外の金属元素がアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素であることを特徴とする[1]〜[11]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[13] 前記溶液または融液を含む結晶成長装置内に、前記複合窒化物の固相が残存する状態で第13族金属窒化物結晶の成長を行うことを特徴とする[1]〜[12]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[14] 前記結晶成長を周期表第2族または第3族元素の酸化物を主成分とする容器中で行うことを特徴とする[1]〜[13]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[15] 前記反応容器が、標準生成エネルギーが1000Kにおいて−930kJ/mol以下である酸化物を主成分とすることを特徴とする[14]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[16] 前記結晶成長を常圧で行うことを特徴とする[1]〜[15]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[17] 前記結晶成長をアルゴン雰囲気中で行うことを特徴とする[1]〜[16]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[18] 前記溶液または融液中にドーピング元素を存在させておくことによって、前記元素をドープした第13族金属窒化物結晶を成長させることを特徴とする[1]〜[17]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[19] 前記溶液または融液が、結晶成長反応系内に存在する唯一の液相であることを特徴とする[1]〜[18]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[20] 前記複合窒化物を前記溶融塩中で合成することを特徴とする[1]〜[19]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[21] 前記溶融塩が、溶融状態でハロゲンまたはハロゲン化ガスを通すことにより脱水処理を施された溶融塩であることを特徴とする[2]または[3]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[22] 前記溶融塩が、金属ハロゲン化物と周期表第13族以外の金属の窒化物の混合物であることを特徴とする[2]、[3]または[21]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[23] 前記複合窒化物をドライプロセスで製造することを特徴とする[1]〜[22]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[24] 前記結晶成長を、窒素を含まない雰囲気下で行うことを特徴とする[1]〜[23]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
That is, the object of the present invention is achieved by the following Group 13 metal nitride crystal manufacturing method, semiconductor device manufacturing method, and solution.
[1] A solution or melt prepared by dissolving a compound nitride containing a metal element other than Group 13 metal element of the periodic table and a metal element other than Group 13 of the periodic table in an ionic solvent is prepared. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal comprising a step of growing a Group 13 metal nitride crystal.
[2] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to [1], wherein the ionic solvent contains a molten salt as a main component.
[3] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to [2], wherein the molten salt is one or more types of metal halides.
[4] The metal element other than Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride is also contained in the ionic solvent, according to any one of [1] to [3] The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal | crystallization of this.
[5] The ratio of the total number of moles of metal elements other than Group 13 of the periodic table contained in the solution or melt to the total number of moles of Group 13 metal elements of the periodic table contained in the solution or melt is 16 to 16. It exists in the range of 80, The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one of [1]-[4] characterized by the above-mentioned.
[6] Any one of [1] to [5], wherein a nitride of a metal element other than Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride is dissolved in the ionic solvent by 1.0 mol% or more. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1.
[7] The group 13 metal nitride crystal is grown by dissolving the composite nitride in the ionic solvent at a high temperature and then lowering the temperature of the obtained solution or melt. ] The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one of [6].
[8] The dissolution field where the composite nitride is dissolved in the ionic solvent and the crystal growth field where the Group 13 metal nitride crystal grows are separated, and the temperature of the dissolution field is higher than the temperature of the growth field. The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [7], which is also high.
[9] The periodic table group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [8], wherein the group 13 metal nitride crystal is grown on a seed crystal surface or a substrate. Manufacturing method.
[10] In the crystal growth field where the Group 13 metal nitride crystal grows, the metal nitride component concentration other than the Group 13 metal in the solution or melt is controlled. 9] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [9].
[11] The group 13 according to [10], wherein metal nitride components other than the group 13 metal in the solution or melt are removed from the crystal growth field by evaporation, reaction, decomposition, or diffusion. A method for producing a metal nitride crystal.
[12] The group 13 metal nitride according to any one of [1] to [11], wherein the metal element other than the group 13 metal is an alkali metal element or an alkaline earth metal element Crystal production method.
[13] A group 13 metal nitride crystal is grown in a crystal growth apparatus containing the solution or melt while the solid phase of the composite nitride remains. [1] to [12] ] The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one of.
[14] The crystal growth according to any one of [1] to [13], wherein the crystal growth is performed in a vessel mainly composed of an oxide of a Group 2 or Group 3 element in the periodic table. A method for producing a group 13 metal nitride crystal.
[15] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [14], wherein the reaction vessel contains, as a main component, an oxide having a standard production energy of −930 kJ / mol or less at 1000 K.
[16] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [15], wherein the crystal growth is performed at normal pressure.
[17] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [16], wherein the crystal growth is performed in an argon atmosphere.
[18] Any of [1] to [17], wherein a Group 13 metal nitride crystal doped with the element is grown by allowing a doping element to exist in the solution or melt. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to one item.
[19] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to [1] to [18], wherein the solution or melt is the only liquid phase present in the crystal growth reaction system.
[20] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [19], wherein the composite nitride is synthesized in the molten salt.
[21] The Group 13 metal nitriding according to [2] or [3], wherein the molten salt is a molten salt that has been dehydrated by passing a halogen or a halogenated gas in a molten state. Method for producing physical crystals.
[22] The molten salt is a mixture of a metal halide and a nitride of a metal other than Group 13 of the periodic table, according to any one of [2], [3], or [21] The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal | crystallization of this.
[23] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [22], wherein the composite nitride is produced by a dry process.
[24] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [1] to [23], wherein the crystal growth is performed in an atmosphere not containing nitrogen.

[25] 下記式(1)で表される窒素濃度XNを有する溶液または融液中で、第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を有することを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法。 [25] a solution or melt having a nitrogen concentration X N represented by the following formula (1), Group 13 metal nitride and having a step of performing growth of the Group 13 metal nitride crystal Crystal production method.

[上式において、XNは前記溶液または融液中の窒素濃度(mol%)、Kは下記式(2)で表される比例定数、Pは前記溶液または融液を含む結晶成長装置内の圧力(MPa)である。] [In the above formula, X N is the nitrogen concentration (mol%) in the solution or melt, K is a proportionality constant represented by the following formula (2), and P is a crystal growth apparatus containing the solution or melt. Pressure (MPa). ]

[上式において、Tは前記溶液または融液の温度(K)である。]
[26] 第13族金属窒化物結晶の成長を10MPa以下で行うことを特徴とする[25]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[27] 第13族金属窒化物結晶の成長を600℃〜1000℃で行うことを特徴とする[25]または[26]に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。
[28] 前記溶液または融液が、周期表第13族金属元素と周期表第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物をイオン性溶媒に溶解した溶液または融液であることを特徴とする[25]〜[27]のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の成長方法。
[In the above formula, T is the temperature (K) of the solution or melt. ]
[26] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to [25], wherein the Group 13 metal nitride crystal is grown at 10 MPa or less.
[27] The method for producing a Group 13 metal nitride crystal as described in [25] or [26], wherein the Group 13 metal nitride crystal is grown at 600 ° C. to 1000 ° C.
[28] The solution or melt is a solution or melt obtained by dissolving a composite nitride containing a metal element other than Group 13 metal element of Periodic Table and Group 13 in an ionic solvent. The method for growing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of [25] to [27].

[29] [1]〜[28]のいずれか一項に記載の製造方法により第13族金属窒化物結晶を製造する工程を有することを特徴とする半導体デバイスの製造方法。
[30] 周期表第13族金属元素と周期表第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物をイオン性溶媒に溶解した溶液または融液。
[31] 前記イオン性溶媒が溶融塩であることを特徴とする[30]に記載の溶液または融液。
[32] 前記溶液に含まれる周期表第13族金属元素の総モル数に対する、前記溶液に含まれる周期表第13族以外の金属元素の総モル数の比が16〜80の範囲内にあることを特徴とする[30]または[31]に記載の溶液または融液。
[33] 前記第13族金属以外の金属元素がアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素であることを特徴とする[30]〜[32]のいずれか一項に記載の溶液または融液。
[34] 前記イオン性溶媒が金属ハロゲン化物であることを特徴とする[30]〜[33]のいずれか一項に記載の溶液または融液。
[35] 前記イオン性溶媒が複数種の金属ハロゲン化物の混合物であることを特徴とする[30]〜[34]のいずれか一項に記載の溶液または融液。
[29] A method for manufacturing a semiconductor device, comprising a step of manufacturing a Group 13 metal nitride crystal by the manufacturing method according to any one of [1] to [28].
[30] A solution or melt in which a composite nitride containing a Group 13 metal element of the periodic table and a metal element other than Group 13 of the periodic table is dissolved in an ionic solvent.
[31] The solution or melt according to [30], wherein the ionic solvent is a molten salt.
[32] The ratio of the total number of moles of metal elements other than Group 13 of the periodic table contained in the solution to the total number of moles of Group 13 metal elements of the periodic table contained in the solution is in the range of 16-80. [30] or [31], wherein the solution or melt.
[33] The solution or melt according to any one of [30] to [32], wherein the metal element other than the Group 13 metal is an alkali metal element or an alkaline earth metal element.
[34] The solution or melt according to any one of [30] to [33], wherein the ionic solvent is a metal halide.
[35] The solution or melt according to any one of [30] to [34], wherein the ionic solvent is a mixture of a plurality of types of metal halides.

本発明の製造方法によれば、低圧または常圧で良質の第13族金属窒化物バルク結晶を製造することができる。特に、従来の課題であった高圧下における多核発生および低圧下における液中の窒素濃度の低下の問題を解決し、結晶のシード成長を行うことができる。つまり、複合窒化物を高温でイオン性溶媒に溶解した後、温度を下げることによってシード成長させるか、または、複合窒化物を高温部分に置いてイオン性溶媒に溶解する一方、低温部にはシードを置くことによって、厚膜状またはバルク状の結晶を効率よく作ることができる。また、結晶の成長界面付近において、溶解している13族金属以外の金属窒化物成分の濃度を制御することで、結晶成長の速度、品質、結晶の大きさを制御できる。
これにより本発明によれば、高温、高圧工程を経ることなく、かつ反応容器も周期表第2〜3属金属元素を含む耐火材、つまりMg、Ca、Al,Ti,Y,Ce等の酸化物からなる耐火材、特に、酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ジルコニア等の安価な塩基性耐火材料の容器を用いて、半導体デバイスに応用するのに十分なサイズを有する第13族金属窒化物結晶を製造できる。
According to the production method of the present invention, a high-quality Group 13 metal nitride bulk crystal can be produced at low pressure or normal pressure. In particular, the problems of polynuclear generation under high pressure and a decrease in nitrogen concentration in the liquid under low pressure, which have been problems in the past, can be solved, and crystal seed growth can be performed. That is, the composite nitride is dissolved in an ionic solvent at a high temperature and then seeded by lowering the temperature, or the composite nitride is placed in a high temperature portion and dissolved in the ionic solvent, while the low temperature portion is seeded. By placing, thick film or bulk crystals can be made efficiently. Further, by controlling the concentration of the metal nitride component other than the dissolved group 13 metal in the vicinity of the crystal growth interface, the crystal growth rate, quality, and crystal size can be controlled.
As a result, according to the present invention, the refractory material containing the second and third group metal elements of the periodic table, that is, Mg, Ca, Al, Ti, Y, Ce, etc., is oxidized without undergoing a high temperature and high pressure process. A Group 13 metal nitride crystal having a size sufficient for application to a semiconductor device is manufactured using a container of an inexpensive basic refractory material such as magnesium oxide, calcium oxide, zirconia, etc. it can.

本発明の半導体デバイスの製造方法は、本発明の第13族金属窒化物結晶を製造する工程を有する。これにより本発明によれば、パワーIC、高周波対応可能な半導体デバイスを製造することができ、産業的に大きなメリットがある。   The method for manufacturing a semiconductor device of the present invention includes a step of manufacturing the Group 13 metal nitride crystal of the present invention. As a result, according to the present invention, a power IC and a semiconductor device that can handle high frequencies can be manufactured, which has a great industrial advantage.

以下に、本発明の第13族金属窒化物結晶の製造方法、半導体デバイスの製造方法、およびこれらの製造方法に用いる溶液および融液について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の実施態様の代表例に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。
なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。また、本明細書において「シード」とは、第13族金属窒化物結晶以外に、サファイア、SiC、ZnO等の異種基板のほか、結晶成長によって形成された第13族金属窒化物結晶も含まれる。
Below, the manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal | crystallization of this invention, the manufacturing method of a semiconductor device, and the solution and melt used for these manufacturing methods are demonstrated in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on representative examples of embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments.
In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value. In addition, in this specification, “seed” includes, in addition to a Group 13 metal nitride crystal, a Group 13 metal nitride crystal formed by crystal growth in addition to a heterogeneous substrate such as sapphire, SiC, or ZnO. .

[第13属金属窒化物結晶の製造方法およびそれに用いる溶液および融液]
本発明の製造方法は、第13族金属と第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物を、イオン性溶媒(特に溶融塩)に溶解し結晶のシード成長を行うことを特徴とする。
[Method for producing Group 13 metal nitride crystal and solution and melt used therefor]
The production method of the present invention is characterized in that a compound nitride containing a Group 13 metal and a metal element other than Group 13 is dissolved in an ionic solvent (particularly, a molten salt) and crystal seed growth is performed.

本発明の製造方法で用いられる第13族金属と第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物は、第13族金属の窒化物粉体と第13族金属以外の金属の窒化物粉体(例えばLi3N、Ca32)とを混合した後、温度を上げて固相反応させて得られたものであってもよいし、溶融塩中で合成したものであってもよい。あるいは前記複合窒化物に含まれる金属の合金を作り、これを窒素ガス等で窒化したものを用いてもよい。第13属の金属としては、Ga、Al、In、GaAl、GaIn等を好ましい例として挙げることができる。また、第13族以外の金属元素としては、Li、Na、Ca、Sr、Ba、Mg等を挙げることができ、中でもLi、Ca、Ba、Mgを好ましい元素として挙げることができる。好ましい複合窒化物としては、Li3GaN2、Ca3Ga24、Ba3Ga24、Mg3GaN3等を挙げることができる。本発明における複合窒化物は、化学的に合成したものであってもよいし、反応性スパッター等のドライプロセスで得たものであってもよく、必ずしも化学量論組成ではない元素の混合物であっても構わない。また、本発明では、2種類以上の複合窒化物を用いてもよい。 The composite nitride containing a Group 13 metal and a metal element other than Group 13 used in the production method of the present invention includes a Group 13 metal nitride powder and a metal nitride powder other than the Group 13 metal. (For example, Li 3 N, Ca 3 N 2 ) may be mixed and then subjected to a solid phase reaction at elevated temperature, or may be synthesized in a molten salt. Alternatively, a metal alloy contained in the composite nitride may be made and nitrided with nitrogen gas or the like. Preferred examples of the Group 13 metal include Ga, Al, In, GaAl, and GaIn. In addition, examples of metal elements other than Group 13 include Li, Na, Ca, Sr, Ba, and Mg. Among them, Li, Ca, Ba, and Mg can be cited as preferable elements. Preferred composite nitrides include Li 3 GaN 2 , Ca 3 Ga 2 N 4 , Ba 3 Ga 2 N 4 , Mg 3 GaN 3 and the like. The composite nitride in the present invention may be chemically synthesized or may be obtained by a dry process such as reactive sputtering, and is a mixture of elements that are not necessarily of stoichiometric composition. It doesn't matter. In the present invention, two or more kinds of composite nitrides may be used.

本発明の製造方法で用いられる第13族金属と第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物は、第13族金属窒化物結晶を成長させる際の原料となる。本発明においては、この複合窒化物は、通常第13族金属と13族以外の金属元素との合金をつくっておき、窒素雰囲気中で温度を上げながら溶解することによって容易に合成できる。通常、アモノサーマル法等では、目的の第13族金属窒化物結晶の微粉または微結晶を合成し、これを溶媒に溶解するが、こうしたプロセスから較べると、非常に容易に原料を作ることができ、工業的な価値は大きい。また、経済性は劣るが、第13族金属窒化物結晶の微粉と第13族金属以外の元素の窒化物を高温で固相反応させることによっても合成することができる。また、複合窒化物は化学的に合成された結晶性のものでなくともよく、例えば、それらの合金からなるターゲットを反応性スパッターにより、窒素プラズマとの反応で作製したサファイア基板や石英等の基板上に生成した化学量論組成からずれた混合窒化物膜であってもよい。こうしたドライプロセスで作られた複合窒化物薄膜は、溶融塩と接触させておくと、窒化物薄膜から溶融塩へ窒化物が少しずつ溶解し、界面付近に拡散支配の窒化物溶解相を形成でき、シードをこの界面付近に置くことによって容易に結晶成長が達成できる。また、ドライプロセスを用いる特徴としては、化学的に合成が難しいような窒化物でも容易に作製ができることが上げられる。   The composite nitride containing a Group 13 metal and a metal element other than Group 13 used in the production method of the present invention is a raw material for growing a Group 13 metal nitride crystal. In the present invention, this composite nitride is usually easily synthesized by forming an alloy of a Group 13 metal and a metal element other than Group 13 and dissolving it while raising the temperature in a nitrogen atmosphere. Usually, in the ammonothermal method or the like, the fine powder or crystallite of the target Group 13 metal nitride crystal is synthesized and dissolved in a solvent. However, compared with such a process, it is very easy to make a raw material. Yes, and industrial value is great. In addition, although it is inferior in economic efficiency, it can also be synthesized by subjecting fine powder of Group 13 metal nitride crystal and nitride of an element other than Group 13 metal to a solid phase reaction at a high temperature. The composite nitride may not be a chemically synthesized crystalline material. For example, a substrate such as a sapphire substrate or quartz produced by reacting a target made of an alloy thereof with nitrogen plasma by reactive sputtering. A mixed nitride film deviated from the stoichiometric composition generated above may also be used. When the composite nitride thin film produced by such a dry process is kept in contact with the molten salt, the nitride gradually dissolves from the nitride thin film to the molten salt, and a diffusion-dominated nitride dissolved phase can be formed near the interface. Crystal growth can be easily achieved by placing the seed in the vicinity of this interface. Further, as a feature of using a dry process, it is possible to easily manufacture even a nitride that is difficult to synthesize chemically.

本発明で用いるイオン性溶媒は、本発明の製造方法における反応を阻害しないものであれば特に制限されない。本発明では、以下の(A)〜(D)の機能を有するイオン性溶媒を選択することが好ましい。
(A)複合窒化物を溶解し、溶液を作成する機能。
(B)生成する第13族金属窒化物結晶を溶解する機能。
(C)溶液または融液からの第13族金属窒化物結晶の析出を促進させる機能。
(D)複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素の窒化物を溶解させる機能。
The ionic solvent used in the present invention is not particularly limited as long as it does not inhibit the reaction in the production method of the present invention. In the present invention, it is preferable to select an ionic solvent having the following functions (A) to (D).
(A) A function of dissolving a composite nitride and creating a solution.
(B) A function of dissolving the generated Group 13 metal nitride crystal.
(C) A function of promoting the precipitation of the Group 13 metal nitride crystal from the solution or melt.
(D) A function of dissolving nitrides of metal elements other than Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride.

(A)の機能を発揮させるために、例えば、複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素を含むイオン性溶媒を用いることができる。これはイオン性溶媒に複合窒化物に含まれるイオンと同種のイオンが溶媒に含まれていると、イオンの親和性が高く複合窒化物が溶解しやすいからである。この点で、例えば、複合窒化物としてLi3GaN2を用いる場合には、イオン性溶媒としてLiClを用いることが好ましい。 In order to exhibit the function (A), for example, an ionic solvent containing a metal element other than Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride can be used. This is because if the ionic solvent contains ions of the same type as the ions contained in the composite nitride, the affinity of the ions is high and the composite nitride is easily dissolved. In this regard, for example, when Li 3 GaN 2 is used as the composite nitride, it is preferable to use LiCl as the ionic solvent.

(B)と(C)の機能は一見相反する機能であるが、この2点はいずれも液相からの結晶成長に重要な機能である。大型で高品質な結晶を析出させるには、生成する第13族金属窒化物結晶の溶解と析出の両者を適切に制御することが好ましい。
(B)の機能がないと、本願発明の製造方法で第13族金属窒化物が生成した際に直ちに固体として析出してしまい、大型で高品質な結晶を得ることが困難となる。よって、イオン性溶媒は第13族金属窒化物結晶を溶解する機能を有することが好ましい。
(B)の機能を発揮させるために、例えば、複合窒化物としてLi3GaN2を用いる場合にはLiClとLi3Nの混合イオン性溶媒を用いることができる。これはLi3Nの存在により、GaNが溶媒に溶解するためである。Li3NはLiClと共存することで、低温で液相になりイオン性溶媒となる。複合窒化物を溶解させるイオン溶媒としてLiClのみを用いた場合であっても本発明の反応によりLi3Nが副生成物として生成し、系内でLiClとLi3Nの混合イオン性溶媒となる(後記式(3)参照)が、(B)の機能をより効果的に用いるために、あらかじめLiClとLi3Nを含む混合イオン溶媒を用い、これに複合窒化物を溶解させることも好適に行われる。
The functions of (B) and (C) are seemingly contradictory functions, but these two points are both important functions for crystal growth from the liquid phase. In order to precipitate a large and high-quality crystal, it is preferable to appropriately control both dissolution and precipitation of the Group 13 metal nitride crystal to be formed.
Without the function (B), when the Group 13 metal nitride is produced by the production method of the present invention, it immediately precipitates as a solid, making it difficult to obtain a large and high quality crystal. Therefore, the ionic solvent preferably has a function of dissolving the Group 13 metal nitride crystal.
In order to exert the function (B), for example, when Li 3 GaN 2 is used as the composite nitride, a mixed ionic solvent of LiCl and Li 3 N can be used. This is because GaN dissolves in the solvent due to the presence of Li 3 N. When Li 3 N coexists with LiCl, it becomes a liquid phase at a low temperature and becomes an ionic solvent. Even when only LiCl is used as an ionic solvent for dissolving the composite nitride, Li 3 N is generated as a by-product by the reaction of the present invention, and becomes a mixed ionic solvent of LiCl and Li 3 N in the system. In order to use the function of (B) more effectively (see formula (3) below), it is also preferable to use a mixed ion solvent containing LiCl and Li 3 N in advance and dissolve the composite nitride in this. Done.

(C)の機能の内容は以下の通りである。複合窒化物をイオン性溶媒に溶解させた溶液または融液から第13族金属窒化物結晶を析出させるためには、液温を下げたり、溶液または融液に温度差をつけたりする方法などが挙げられるが、これらの方法はいずれもイオン性溶媒に溶解する第13族金属窒化物の飽和溶解量が、温度を低下させることにより小さくなることを利用している。このため溶液または融液の温度を低下させたときに、第13族金属窒化物の飽和溶解量の減少量が大きいイオン性溶媒を用いると、得られる第13族金属窒化物の量が多くなり、大きな結晶を得ることができるので好ましい。
(C)の機能を発揮させるために、例えば、複合窒化物に含まれる周期表第13族の金属元素を含まないイオン性溶媒を(A)(B)の機能を持つイオン性溶媒に添加して用いることができる。複合窒化物としてLi3GaN2を用いる場合にはNaClが好ましい。(B)と(C)の機能をあわせもつイオン性溶媒としては、例えば、LiClとNaClの混合イオン性溶媒や、LiCl,Li3N,NaClの混合イオン性溶媒を好適に用いることができる。
また、(C)の機能を発揮させるために、Li3NをGaNの結晶成長場から取り除くことも好適に用いることができる。これはLi3GaN2に含まれるLi3Nの存在によってGaNおよびLi3GaN2が溶解していることから、Li3Nを結晶成長場から適切に取り除くことによってGaNの析出を促すことができるためである。
溶媒の機能(B)と(C)を適切に制御するために、複合窒化物中に含まれる、結晶成長場における第13族金属以外の金属窒化物の濃度を適切に制御すること、温度制御を行うこと等により、第13族金属窒化物結晶を得ることができる。
The contents of the function (C) are as follows. In order to precipitate a Group 13 metal nitride crystal from a solution or melt in which a composite nitride is dissolved in an ionic solvent, a method of lowering the liquid temperature or adding a temperature difference to the solution or melt can be cited. However, all of these methods utilize the fact that the saturated dissolution amount of the Group 13 metal nitride dissolved in the ionic solvent is reduced by lowering the temperature. For this reason, when the ionic solvent having a large decrease in the saturated dissolution amount of the Group 13 metal nitride is used when the temperature of the solution or melt is lowered, the amount of the Group 13 metal nitride obtained is increased. It is preferable because large crystals can be obtained.
In order to exert the function (C), for example, an ionic solvent that does not contain a metal element belonging to Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride is added to the ionic solvent having the functions (A) and (B). Can be used. NaCl is preferred when Li 3 GaN 2 is used as the composite nitride. As the ionic solvent having the functions of (B) and (C), for example, a mixed ionic solvent of LiCl and NaCl or a mixed ionic solvent of LiCl, Li 3 N, and NaCl can be preferably used.
Further, in order to exert the function (C), it is also possible to suitably use removal of Li 3 N from the GaN crystal growth field. This is because GaN and Li 3 GaN 2 are dissolved due to the presence of Li 3 N contained in Li 3 GaN 2 , so that precipitation of GaN can be promoted by appropriately removing Li 3 N from the crystal growth field. Because.
In order to appropriately control the functions (B) and (C) of the solvent, appropriately controlling the concentration of metal nitride other than the Group 13 metal in the crystal growth field contained in the composite nitride, temperature control By performing the above, a Group 13 metal nitride crystal can be obtained.

(D)の機能の内容は以下の通りである。複合窒化物から第13族金属窒化物を生成する際には、副生成物として複合窒化物に含まれる第13族金属以外の元素の窒化物が生成する。この場合、副生成物が固体として析出すると、不純物として第13族金属窒化物結晶に取り込まれたり第13族金属結晶が成長する際の結晶核になったりするなどの問題が生じやすい。よって、イオン性溶媒は、副生成物、例えば複合窒化物に含まれる第13族金属以外の元素の窒化物を溶解する機能を持つことが好ましい。
(D)の機能を発揮させるために、例えば、複合窒化物としてLi3GaN2を用いる場合には、副生成物のLi3Nを溶解するLiClを溶媒に用いることが好ましい。
The contents of the function (D) are as follows. When the Group 13 metal nitride is generated from the composite nitride, a nitride of an element other than the Group 13 metal contained in the composite nitride is generated as a by-product. In this case, when the by-product is precipitated as a solid, problems such as incorporation into the Group 13 metal nitride crystal as an impurity or a crystal nucleus when the Group 13 metal crystal grows are likely to occur. Therefore, the ionic solvent preferably has a function of dissolving a by-product, for example, a nitride of an element other than the Group 13 metal contained in the composite nitride.
In order to exert the function (D), for example, when Li 3 GaN 2 is used as the composite nitride, it is preferable to use LiCl that dissolves the by-product Li 3 N as a solvent.

本発明で用いるイオン性溶媒は溶融塩を主成分とすることが好ましい。具体的には、使用するイオン性溶媒の50重量%以上が溶融塩であることが好ましく、70重量%以上が溶融塩であることがより好ましく、90重量%以上が溶融塩であることがさらに好ましい。   The ionic solvent used in the present invention preferably contains a molten salt as a main component. Specifically, 50% by weight or more of the ionic solvent used is preferably a molten salt, more preferably 70% by weight or more is a molten salt, and 90% by weight or more is a molten salt. preferable.

溶融塩の種類は、シードへのエピタキシャル成長を阻害しないものであれば良いが、原料である複合窒化物中の第13族金属元素以外の金属元素窒化物と化学的に親和力の強いものが好ましく、それらが化学平衡的に化合物をつくるものがより好ましい。例えば、ハロゲン化物、炭酸塩、硝酸塩、イオウ化物等を挙げることができる。また、例えば前記窒化物がLi3Nであるような場合は、この溶解量が多いLiClを含む溶融塩であることが好ましい。一般には、安定で窒素化合物の溶解性が高いハロゲン化物を用いることが好ましく、また溶融塩は、アルカリ金属および/またはアルカリ土類金属を含む塩で窒素イオン源の生成反応に供されるような化合物であることがさらに好ましい。 The type of the molten salt is not particularly limited as long as it does not inhibit the epitaxial growth on the seed, but preferably has a strong chemical affinity with a metal element nitride other than the group 13 metal element in the composite nitride as a raw material, More preferably, they form compounds in chemical equilibrium. For example, halides, carbonates, nitrates, sulfurates and the like can be mentioned. For example, when the nitride is Li 3 N, it is preferably a molten salt containing LiCl having a large amount of dissolution. In general, it is preferable to use a halide which is stable and has a high solubility of nitrogen compounds, and the molten salt is a salt containing an alkali metal and / or an alkaline earth metal and is used for a reaction for generating a nitrogen ion source. More preferably, it is a compound.

具体的には、溶融塩は、Li、Na、K等のアルカリ金属塩および/またはMg、Ca、Sr等のアルカリ土類金属塩からなる溶融塩であることが好ましい。さらに溶融塩は、LiCl、KCl、NaCl、CaCl2、BaCl2、CsCl、LiBr、KBr、CsBr、LiF、KF、NaF、LiI、NaI、CaI2、BaI2等の金属ハロゲン化物であることも好ましく、LiCl、KCl、NaCl、CsCl、CaCl2、BaCl2およびそれらの混合塩のいずれかであることも融点が下がるため好ましい。 Specifically, the molten salt is preferably a molten salt made of an alkali metal salt such as Li, Na, or K and / or an alkaline earth metal salt such as Mg, Ca, or Sr. Further molten salt, LiCl, KCl, NaCl, CaCl 2, BaCl 2, CsCl, LiBr, KBr, CsBr, LiF, KF, NaF, LiI, NaI, also be metal halides such as CaI 2, BaI 2 preferably , LiCl, KCl, NaCl, CsCl, CaCl 2 , BaCl 2 and mixed salts thereof are also preferable because the melting point is lowered.

また溶融塩中の複合窒化物の溶解度および第13族金属窒化物の溶融度を制御するために、上記のように複数の塩の混合物を用いることもできる。複数の塩の混合物の溶融塩は2種類以上の塩を別々の固体として反応系内に導入し、加熱溶融させて作成することも可能であるが、混合塩たとえばLiClとNaClの混合塩を加熱溶融させて作成することが、系内の均一性の観点から望ましい。   In addition, a mixture of a plurality of salts can be used as described above in order to control the solubility of the composite nitride in the molten salt and the solubility of the Group 13 metal nitride. A molten salt of a mixture of a plurality of salts can be prepared by introducing two or more kinds of salts as separate solids into a reaction system and melting them by heating. However, a mixed salt such as a mixed salt of LiCl and NaCl is heated. It is desirable to make it melted from the viewpoint of uniformity in the system.

上記溶融塩に水等の不純物が含まれている場合は、反応性気体を吹き込んで予め溶融塩を精製しておくことが望ましい。反応性気体としては、例えば、塩化水素、ヨウ化水素、臭化水素、塩化アンモニウム、臭化アンモニウム、ヨウ化アンモニウム、塩素、臭素、ヨウ素等を挙げることができ、塩化物の溶融塩に対しては、特に塩化水素を用いることが好ましい。   When impurities such as water are contained in the molten salt, it is desirable to purify the molten salt in advance by blowing a reactive gas. Examples of the reactive gas include hydrogen chloride, hydrogen iodide, hydrogen bromide, ammonium chloride, ammonium bromide, ammonium iodide, chlorine, bromine, iodine and the like. In particular, it is preferable to use hydrogen chloride.

また複合金属窒化物の溶解度を増加させるために溶融塩中に第13族金属元素以外の金属元素の窒化物を添加させることもできる。この第13族金属元素以外の金属元素の窒化物としてはLi3N、Ca32などを用いることが好ましい。 In order to increase the solubility of the composite metal nitride, a nitride of a metal element other than the Group 13 metal element can be added to the molten salt. As a nitride of a metal element other than the Group 13 metal element, Li 3 N, Ca 3 N 2 or the like is preferably used.

本発明の製造方法では、第13族金属窒化物結晶または基板を結晶成長のためのシード(種結晶)として用いることが好ましい。シードの形状は特に制限されず、平板状であっても、棒状であってもよい。また、ホモエピタキシャル成長用のシードであってもよいし、ヘテロエピタキシャル成長用のシードであってもよい。具体的には、気相成長させたGaN、InGaN、AlGaN等の13族金属窒化物の種結晶を挙げることができる。また、サファイア、シリカ、ZnO、BeO等の金属酸化物や、SiC、Si等の珪素含有物や、GaAs等の気相成長等で基板として用いられる材料を挙げることもできる。これらのシードの材料は、本発明で成長させる第13族金属窒化物結晶の格子定数にできるだけ近いものを選択することが好ましい。棒状の種結晶を用いる場合には、最初に種結晶部分で成長させ、次いで水平方向にも結晶成長を行いながら、垂直方向に結晶成長を行うことによってバルク状の結晶を作製することもできる。
本発明に用いられる反応容器は、熱的および化学的に安定な酸化物を主成分とする反応容器であることが好ましい。ここでいう主成分とは、反応容器内の溶液または融液に触れる壁面を構成する材質に含まれる酸化物成分において90重量%以上を占める成分を意味し、好ましくは反応容器内の溶液または融液に触れる壁面を構成する材質に含まれる酸化物成分において95重量%以上を占める成分である。反応容器が均一な材質からなる場合は、反応容器全体を構成する材質に含まれる酸化物成分において90重量%以上、好ましくは95重量%以上を占める成分に等しい。また、ここでいう酸化物は、Mg、Ca、Al、Ti、Y、Ce、La等の周期表第2〜3族金属元素を含む酸化物であることが好ましい。より好ましくは標準生成エネルギーが1000Kにおいて−930kJ/mol以下であり化学的に安定な酸化物、具体的にはY23、CaO、La23、MgOなどが好ましく、特に好ましくは標準生成エネルギーが1000Kにおいて−1000kJ/mol以下である酸化物、具体的にはY23、CaO、La23などが好ましい。
In the production method of the present invention, it is preferable to use a Group 13 metal nitride crystal or a substrate as a seed (seed crystal) for crystal growth. The shape of the seed is not particularly limited, and may be a flat plate shape or a rod shape. Further, it may be a seed for homoepitaxial growth or a seed for heteroepitaxial growth. Specifically, a seed crystal of a group 13 metal nitride such as GaN, InGaN, or AlGaN which has been vapor-phase grown can be used. In addition, metal oxides such as sapphire, silica, ZnO, and BeO, silicon-containing materials such as SiC and Si, and materials used as a substrate in vapor phase growth of GaAs and the like can be given. The seed material is preferably selected as close as possible to the lattice constant of the Group 13 metal nitride crystal grown in the present invention. In the case of using a rod-shaped seed crystal, it is possible to produce a bulk crystal by first growing in the seed crystal portion and then performing crystal growth in the vertical direction while also performing crystal growth in the horizontal direction.
The reaction vessel used in the present invention is preferably a reaction vessel mainly composed of a thermally and chemically stable oxide. The main component here means a component that occupies 90% by weight or more of the oxide component contained in the material constituting the wall in contact with the solution or melt in the reaction vessel, preferably the solution or melt in the reaction vessel. It is a component that occupies 95% by weight or more in the oxide component contained in the material constituting the wall surface in contact with the liquid. When the reaction vessel is made of a uniform material, it is equal to a component occupying 90% by weight or more, preferably 95% by weight or more in the oxide component contained in the material constituting the entire reaction vessel. Moreover, it is preferable that an oxide here is an oxide containing periodic table 2nd-3rd group metal elements, such as Mg, Ca, Al, Ti, Y, Ce, La. More preferably, a standard production energy is −930 kJ / mol or less at 1000 K and a chemically stable oxide, specifically Y 2 O 3 , CaO, La 2 O 3 , MgO, etc. is preferred, and standard production is particularly preferred. An oxide having an energy of −1000 kJ / mol or less at 1000 K, specifically, Y 2 O 3 , CaO, La 2 O 3 or the like is preferable.

本発明においては、第13族金属と第13族金属以外の金属元素からなる複合窒化物を原料に用いる。
以下、ガリウムおよびリチウムの複合窒化物を用いた場合を例に取り説明する。この場合、溶融塩にLi3GaN2を溶解させた溶液または融液からのGaNの析出は以下の式で表される。
In the present invention, a composite nitride composed of a Group 13 metal and a metal element other than the Group 13 metal is used as a raw material.
Hereinafter, a case where a composite nitride of gallium and lithium is used will be described as an example. In this case, precipitation of GaN from a solution or melt obtained by dissolving Li 3 GaN 2 in a molten salt is expressed by the following equation.

GaN粉、Ga金属、LiGa合金などをリチウム化合物と加熱混合してGaN結晶を生成することは、J. Crystal Growth 247(2003)275-278頁および中国特許公開第1288079A号公報にも記載されている。しかしながら、中国特許公開第1288079A号公報ではリチウム化合物はGaNの原料ではなくGaNの溶解度が低いことを補う補助溶融剤である。またGa,LiGaなど金属融液を用いる場合には金属融液中の成分の密度の違いにより濃度分布が生じやすく均一な融液を作成・制御することが難しいという問題点がある。 Heating and mixing GaN powder, Ga metal, LiGa alloy and the like with a lithium compound to form a GaN crystal is also described in J. Crystal Growth 247 (2003) pages 275-278 and Chinese Patent Publication No. 1288079A. Yes. However, in Chinese Patent Publication No. 1288079A, a lithium compound is not a raw material of GaN but an auxiliary melting agent that compensates for the low solubility of GaN. Further, when a metal melt such as Ga or LiGa is used, there is a problem that it is difficult to create and control a uniform melt because a concentration distribution is likely to occur due to a difference in density of components in the metal melt.

これらの問題に対して本発明ではLi3GaN2を溶融塩中に溶解させることにより、GaN生成に十分な量の窒素が含まれる均一な溶液または融液を作成することに特徴がある。Li3GaN2はイオン性溶媒中でイオン種GaN2 3-の様な化学種を形成して溶解すると考えられる。そこでイオン性溶媒を用いることで高い窒素濃度の均一な溶液または融液を低圧または常圧で作成することが可能となり、系内の物質・濃度分布の管理が容易になり結晶の成長環境が安定することから大型の結晶を成長させることができる。 In order to solve these problems, the present invention is characterized in that a homogeneous solution or melt containing a sufficient amount of nitrogen for GaN production is prepared by dissolving Li 3 GaN 2 in a molten salt. Li 3 GaN 2 is considered to dissolve by forming a chemical species such as ionic species GaN 2 3− in an ionic solvent. Therefore, by using an ionic solvent, it is possible to create a uniform solution or melt with a high nitrogen concentration at a low pressure or normal pressure, making it easy to manage the substance / concentration distribution in the system and stabilizing the crystal growth environment. Therefore, a large crystal can be grown.

一方、上記特許文献3などに記載されている従来のフラックス成長法では、Gaに対する窒素の溶解量を増加させるためにアルカリ金属であるNaやLiなどを補助溶融剤として添加しているが、低圧および常圧では溶液または融液中に溶解する窒素の量は系内のGa全てを窒化させる量に比べて非常に少ない。このためフラックス法では気相から溶液または融液への窒素の溶解がGaN析出の律速となっている。圧力が低いとGaNが成長するために十分な窒素濃度が得られないためGaN結晶を析出させるためには気相の窒素に高圧をかける必要がある。一方、結晶成長速度に対して気相窒素の圧力が高すぎると多数の微小結晶核が発生し、無数のGaN小結晶が生成するためGaN結晶を大きく成長させることができない問題も抱えている。高圧条件下で気相の圧力を結晶成長速度に合わせて適切に制御することは困難であり、これが従来のフラックス法で大型結晶を得られない原因と考えられる。   On the other hand, in the conventional flux growth method described in Patent Document 3 and the like, alkali metals such as Na and Li are added as auxiliary melting agents in order to increase the amount of nitrogen dissolved in Ga. At normal pressure, the amount of nitrogen dissolved in the solution or melt is very small compared to the amount of nitriding all Ga in the system. For this reason, in the flux method, the dissolution of nitrogen from the gas phase into the solution or melt is the rate-determining rate of GaN precipitation. If the pressure is low, a sufficient nitrogen concentration cannot be obtained because GaN grows. Therefore, in order to precipitate a GaN crystal, it is necessary to apply a high pressure to vapor phase nitrogen. On the other hand, if the pressure of vapor phase nitrogen is too high with respect to the crystal growth rate, a large number of microcrystal nuclei are generated, and innumerable GaN small crystals are generated, so that the GaN crystal cannot be grown greatly. It is difficult to appropriately control the pressure in the gas phase in accordance with the crystal growth rate under high pressure conditions, which is considered to be the reason why large crystals cannot be obtained by the conventional flux method.

これに対して本発明では、例えばLi3GaN2を原料として用いLiClを溶媒として用いるために、常圧または低圧においても十分な窒素溶解度を得られ、GaNの析出を圧力ではなく制御し易い方法で制御することが可能である。 On the other hand, in the present invention, for example, since Li 3 GaN 2 is used as a raw material and LiCl is used as a solvent, a sufficient nitrogen solubility can be obtained even at normal pressure or low pressure, and the deposition of GaN is easy to control rather than pressure. It is possible to control with.

一般に気液平衡による液相への気相成分の溶解量はSievertの法則により下記式(1)で表される。下記式(1)より、与えられた圧力、温度での液相への気体の溶解量は比例定数Kの値によって決まる。本発明は、比例定数Kが下記式(2)を満たす高い窒素濃度の溶液または融液を用いてGaN結晶の成長を行う点に特徴がある。このような式(1)および式(2)の条件を満たす溶液または融液を用いることは従来のフラックス法等の文献には記載されておらず、またそのような溶液または融液を調製する手段も示唆されていない。   In general, the amount of the gas phase component dissolved in the liquid phase by gas-liquid equilibrium is expressed by the following formula (1) according to Sievert's law. From the following equation (1), the amount of gas dissolved in the liquid phase at a given pressure and temperature is determined by the value of the proportionality constant K. The present invention is characterized in that a GaN crystal is grown using a solution or melt having a high nitrogen concentration with a proportionality constant K that satisfies the following formula (2). The use of such a solution or melt that satisfies the conditions of formula (1) and formula (2) is not described in the literature such as the conventional flux method, and such a solution or melt is prepared. No means are suggested.

[上式において、XNは前記溶液または融液中の窒素濃度(mol%)、Kは下記式(2)で表される比例定数、Pは前記溶液または融液を含む結晶成長装置内の圧力(MPa)である。] [In the above formula, X N is the nitrogen concentration (mol%) in the solution or melt, K is a proportionality constant represented by the following formula (2), and P is a crystal growth apparatus containing the solution or melt. Pressure (MPa). ]

[上式において、Tは前記溶液または融液の温度(K)である。] [In the above formula, T is the temperature (K) of the solution or melt. ]

本発明では、式(1)の比例定数Kが下記式(2A)を満たすことが好ましい。   In the present invention, it is preferable that the proportionality constant K in the formula (1) satisfies the following formula (2A).

[上式において、Tは前記溶液または融液の温度(K)である。] [In the above formula, T is the temperature (K) of the solution or melt. ]

式(2)で規定されるKの範囲を式(1)に適用した際に算出される窒素濃度よりも窒素濃度が小さい溶液または融液では、窒素濃度が小さすぎるため大型のGaN結晶を析出させることは困難である。
本発明を実施する最良の形態は常圧または低圧でGaN結晶を成長させることにあるが、気相の圧力をより高圧とした場合でも本発明を適用することは可能である。しかし、かかる圧力条件下においては、溶液または融液中の窒素濃度は圧力の影響を受けず、むしろ、さらに気相の圧力を高くし過ぎると、自発核発生による微小結晶が多数析出して大型GaN結晶を得ることができなくなる。したがって、式(1)におけるPの値が大き過ぎないこと、即ちKの値が式(2)で表される範囲内であることが必要とされる。
In a solution or melt having a nitrogen concentration lower than the nitrogen concentration calculated when the range of K defined by equation (2) is applied to equation (1), the nitrogen concentration is too small to precipitate large GaN crystals. It is difficult to make it.
Although the best mode for carrying out the present invention is to grow a GaN crystal at normal pressure or low pressure, the present invention can be applied even when the gas phase pressure is set to a higher pressure. However, under such pressure conditions, the nitrogen concentration in the solution or melt is not affected by the pressure. Rather, if the pressure in the gas phase is made too high, a large number of microcrystals due to spontaneous nucleation are precipitated and become large. A GaN crystal cannot be obtained. Therefore, it is required that the value of P in equation (1) is not too large, that is, the value of K is within the range represented by equation (2).

本発明では反応雰囲気として気相に窒素を含まない系でも実施することが可能であり、例えばアルゴン雰囲気中で実施することができる。アルゴンは窒素に比べて酸素の混入を抑え易く、アルゴン雰囲気下で結晶成長を行うことで結晶への酸素の混入を低減させることができる。なお、反応雰囲気とは、Li3GaN2を溶融塩中に溶解させた溶液または融液を含む反応容器の周囲の気相成分を意味している。 In the present invention, the reaction atmosphere can be carried out even in a system in which the gas phase does not contain nitrogen, for example, in an argon atmosphere. Argon is easier to suppress the mixing of oxygen than nitrogen, and by performing crystal growth in an argon atmosphere, the mixing of oxygen into the crystal can be reduced. The reaction atmosphere means a gas phase component around a reaction vessel containing a solution or melt obtained by dissolving Li 3 GaN 2 in a molten salt.

Li3GaN2にLiが含まれているため、溶解時の親和性、溶媒イオンと溶質イオンの密度差からもイオン性溶媒として用いる溶融塩にはLiが含まれていることが好ましい。Liが含まれる溶融塩としてはLiClが特に好ましい。 Since Li 3 GaN 2 contains Li, it is preferable that the molten salt used as the ionic solvent contains Li from the affinity at the time of dissolution and the difference in density between solvent ions and solute ions. LiCl is particularly preferable as the molten salt containing Li.

Li3GaN2に対するLiClの比が小さ過ぎる(LiClが少なすぎる)と、溶媒としての量が少ないためにLi3GaN2が十分に溶解せず、その結果、得られるGaN量が少なく大きな結晶が得られないという問題がある。逆にLi3GaN2に対するLiClの比が大き過ぎる(LiClが多すぎる)と、溶媒中のLi3GaN2濃度が低下し結晶折出が困難になり量が少なく大きな結晶が得られないという問題がある。反応に用いるLi3GaN2中のGaに対する、Li3GaN2中のLiとLiCl中のLiとの和の比は、16〜80の範囲であることが好ましく、18〜70であることがより好ましく、20〜50であることがさらに好ましい。これに対して上記の中国特許公開第1288079A号公報ではGaに対するLiの比が0.11〜12である。これはこの公知文献がLiを含む溶媒を用いることを想定していないためである。本発明のように均一な溶液または融液を生成させるためにLiClを溶媒として用いることが望ましく、このためGaに対するLiの比は前記公知文献の値よりも大きいことが必要である。 If the ratio of LiCl to Li 3 GaN 2 is too small (LiCl is too small), the amount as a solvent is so small that Li 3 GaN 2 is not sufficiently dissolved. As a result, a large crystal with a small amount of GaN is obtained. There is a problem that it cannot be obtained. On the other hand, if the ratio of LiCl to Li 3 GaN 2 is too large (too much LiCl), the concentration of Li 3 GaN 2 in the solvent decreases, making it difficult to fold the crystal and making it difficult to obtain large crystals with a small amount. There is. The ratio of the sum of Li in Li 3 GaN 2 and Li in LiCl to Ga in Li 3 GaN 2 used for the reaction is preferably in the range of 16-80, more preferably 18-70. Preferably, it is 20-50. On the other hand, in the above-mentioned Chinese Patent Publication No. 1288079A, the ratio of Li to Ga is 0.11 to 12. This is because this known document does not assume that a solvent containing Li is used. In order to produce a uniform solution or melt as in the present invention, it is desirable to use LiCl as a solvent. For this reason, the ratio of Li to Ga needs to be larger than the value of the known literature.

使用する溶融塩は、式(3)によって生成するLi3Nを溶解させる性質を持つものであることが望ましい。Li3Nを溶解させる性質を持たない溶融塩を用いると、溶液または融液中からの式(3)の反応が固相のGaNの析出と固相のLi3Nの析出が同時に生じることとなり、結晶成長の制御が難しくなるためである。 It is desirable that the molten salt to be used has a property of dissolving Li 3 N produced by the formula (3). If a molten salt that does not have the property of dissolving Li 3 N is used, the reaction of the formula (3) from the solution or melt will cause simultaneous precipitation of solid-phase GaN and solid-phase Li 3 N. This is because it becomes difficult to control crystal growth.

また溶融塩は、複数の化合物の混合物であってもよく、例えば複数のアルカリ金属ハロゲン化物の混合物でも良い。2成分以上のアルカリ金属ハロゲン化物の混合物の溶融塩を溶媒として用いることでLi3GaN2の溶解度およびGaNの溶解度をGaNの析出が最適になるように調整する際の制御の幅が広がり、GaNの結晶析出に最適な溶媒条件に合わせることができる。各種アルカリ金属ハロゲン化物の混合溶融塩の中ではLiClとNaClの混合溶融塩を用いることが望ましい。 The molten salt may be a mixture of a plurality of compounds, for example, a mixture of a plurality of alkali metal halides. By using a molten salt of a mixture of two or more alkali metal halides as a solvent, the range of control when adjusting the solubility of Li 3 GaN 2 and the solubility of GaN so that the precipitation of GaN is optimized is widened. It can be adjusted to the optimum solvent conditions for crystal precipitation. Among the mixed molten salts of various alkali metal halides, it is desirable to use a mixed molten salt of LiCl and NaCl.

式(3)で生成したLi3Nはアルカリ金属ハロゲン化物の溶融塩中に溶解するため、反応の進行とともに溶媒中のLi3N濃度の成分は上昇し、Li3N濃度を制御しない場合は式(3)の反応は平衡に達して停止する。本発明者らは、こうした理由から従来の技術では結晶の成長が遅く、また、小さな結晶しか得られないと考え、この問題を解決する手段を有する本発明に到達した。 Since Li 3 N produced in Formula (3) dissolves in the molten salt of alkali metal halide, the component of Li 3 N concentration in the solvent increases with the progress of the reaction, and the Li 3 N concentration is not controlled. The reaction of equation (3) reaches equilibrium and stops. For these reasons, the inventors of the present invention considered that the growth of crystals is slow in the conventional technique and that only small crystals can be obtained, and the present inventors have reached the present invention having means for solving this problem.

本発明において式(3)の反応の進行とともに上昇する溶媒中のLi3N濃度を何らかの手段で取り除くことにより、濃度を制御することによってGaNを析出させることができる。Li3N濃度の制御方法としては蒸発、分解反応、他の化学種(例えばW金属など)との反応、拡散などによっても可能である。Li3Nの濃度を制御する方法は、これらの方法のうちの一つの方法を用いても、いくつかの方法を同時に用いて行っても良い。 In the present invention, GaN can be precipitated by controlling the concentration by removing the Li 3 N concentration in the solvent that rises with the progress of the reaction of formula (3) by some means. The Li 3 N concentration can be controlled by evaporation, decomposition reaction, reaction with other chemical species (for example, W metal), diffusion, or the like. The method of controlling the concentration of Li 3 N may be performed using one of these methods or using several methods simultaneously.

例えば、蒸発による除去方法として、N2流通下においてLi3Nを連続的に蒸発させて反応系内から取り除くことで、結晶成長を連続的に進行させることができる。高圧下においては、蒸発によるLi3Nの除去が妨げられるため式(3)の平衡が右にずれにくくなり、溶液または融液中のGaN溶解度は低下する。従って結晶成長は低圧、具体的には10MPa以下で成長を行うことが望ましい。 For example, as a removing method by evaporation, crystal growth can be continuously advanced by continuously evaporating Li 3 N under N 2 flow and removing it from the reaction system. Under high pressure, the removal of Li 3 N by evaporation is hindered, so that the equilibrium of equation (3) is less likely to shift to the right, and the GaN solubility in the solution or melt decreases. Accordingly, it is desirable that crystal growth be performed at a low pressure, specifically, 10 MPa or less.

また反応による除去方法として、例えば溶融塩中にGa金属があると、式(4)、式(5)の反応で溶融塩中のLi3Nの濃度が低下し、式(3)による結晶化の反応は連続的に進行する。式(4)、式(5)の反応によって反応場から吐き出されたLiはGa金属に吸収され合金となる。またWメッシュ等Li3Nと反応して窒化物を形成する物質を系内に投入することで、Li3Nを除くことも可能である。 Further, as a removal method by reaction, for example, when Ga metal is present in the molten salt, the concentration of Li 3 N in the molten salt is lowered by the reaction of the formulas (4) and (5), and crystallization according to the formula (3). The reaction proceeds continuously. Li discharged from the reaction field by the reactions of the formulas (4) and (5) is absorbed by the Ga metal and becomes an alloy. It is also possible to remove Li 3 N by introducing into the system a substance that forms a nitride by reacting with Li 3 N such as W mesh.

また溶媒としての溶融塩の量を十分多く取ることで、拡散により結果として結晶成長部でのLi3N濃度の変化を小さくすることもできる。
溶融塩中のLi3Nを分解によって除去する方法としては、例えば塩化水素または塩素を吹き込むことによって、Li3NをLiClとN2、H2(塩化水素の場合)に分解しても良い。反応をもっと穏やかに進める場合は、塩化アンモニウムを気体で供給し溶融塩の表面で分解した塩化水素を利用しても良い。
Further, by taking a sufficiently large amount of the molten salt as a solvent, it is possible to reduce the change in the Li 3 N concentration in the crystal growth portion as a result of diffusion.
As a method for removing by decomposition of Li 3 N in the molten salt, for example by blowing hydrogen chloride or chlorine, it may be decomposed to Li 3 N in LiCl, N 2, H 2 (the case of hydrogen chloride). In order to proceed the reaction more gently, hydrogen chloride decomposed on the surface of the molten salt by supplying ammonium chloride as a gas may be used.

このようにして第13族窒化物結晶の成長において、系内のLi3Nの濃度を適切に制御することにより式(3)の平衡で停止することなく、厚膜状またはバルク状の第13族金属窒化物の結晶を成長させることが可能になる。また、本発明によって得られる第13族窒化物結晶の品質、成長速度はこのようにして制御される反応の速度にも左右される。 In this way, in the growth of the group 13 nitride crystal, the concentration of Li 3 N in the system is appropriately controlled to stop the thick film-like or bulk-like 13th without stopping at the equilibrium of the formula (3). It becomes possible to grow group metal nitride crystals. The quality and growth rate of the Group 13 nitride crystal obtained by the present invention also depend on the reaction rate controlled in this way.

本発明においては、GaN原料である複合窒化物Li3GaN2が、アルカリ金属ハロゲン化物の溶融塩中に溶解して溶液または融液を形成し、この溶液または融液の温度を下げる、あるいは反応系内に設けた温度が低い場所で溶液または融液から固体GaNを析出させることができる。この際にLi3Nは溶融塩中に溶解したままである。溶媒として用いるアルカリ金属ハロゲン化物としては、副生成物であるLi3Nと熱平衡的に化合物を作るような、親和力の大きいものが溶解度も大きく、好ましい。なお、式(3)においては、平衡としては温度が低い時に、生成系側にシフトすることから、Li3GaN2の溶融塩への溶解部を高温に、また、結晶の成長部分を相対的に低い温度にしておくのも良い方法である。 In the present invention, the composite nitride Li 3 GaN 2 which is a GaN raw material is dissolved in a molten salt of an alkali metal halide to form a solution or melt, and the temperature of the solution or melt is lowered, or the reaction Solid GaN can be deposited from a solution or melt at a low temperature provided in the system. At this time, Li 3 N remains dissolved in the molten salt. As the alkali metal halide used as a solvent, a high affinity compound that forms a compound in thermal equilibrium with Li 3 N as a by-product is preferable because of its high solubility. In equation (3), the equilibrium shifts to the production system side when the temperature is low, so that the dissolved portion of Li 3 GaN 2 in the molten salt is heated to a high temperature, and the crystal growth portion is relatively It is also a good method to keep the temperature low.

本発明において、第13族金属窒化物結晶を析出させるための反応温度は、通常200〜1000℃であり、好ましくは400〜850℃、さらに好ましくは、600〜800℃である。   In the present invention, the reaction temperature for precipitating the Group 13 metal nitride crystal is usually 200 to 1000 ° C, preferably 400 to 850 ° C, more preferably 600 to 800 ° C.

本発明において、第13族金属窒化物結晶を析出させるための反応容器内の圧力は、通常10MPa以下であり、好ましくは3MPa以下、さらに好ましくは0.3MPa以下、より好ましくは0.11MPa以下である。   In the present invention, the pressure in the reaction vessel for precipitating the Group 13 metal nitride crystal is usually 10 MPa or less, preferably 3 MPa or less, more preferably 0.3 MPa or less, more preferably 0.11 MPa or less. is there.

本発明では、複合窒化物を溶融塩に溶解させて用いるため、複合窒化物の融点より低温で用いることが可能である。また、過剰の複合窒化物を入れておけば、複合窒化物付近の溶融塩中の濃度は飽和溶解度と等しくなり、式(3)におけるLi3GaN2の活量は1となるため好ましい。
また、結晶中への第13属金属以外の物質をドーピングする場合は、窒化物の形にして溶融塩に溶解すればよく、本発明の製造工程内で目的を達成することができる。
In the present invention, since the composite nitride is used by dissolving it in a molten salt, it can be used at a temperature lower than the melting point of the composite nitride. In addition, it is preferable to add excess composite nitride because the concentration in the molten salt near the composite nitride becomes equal to the saturation solubility, and the activity of Li 3 GaN 2 in formula (3) is 1.
Further, when a substance other than the Group 13 metal is doped into the crystal, it may be dissolved in the molten salt in the form of a nitride, and the object can be achieved within the production process of the present invention.

Li3GaN2は、GaNとLi3Nを約800℃で反応させるか、あるいはGa−Li合金を窒素雰囲気中で600〜800℃で加熱処理することによって作製することができる。また、イオン性溶媒中でGaNとLi3Nを反応させて製造することもできる。この方法では複合窒化物は生成した際に既にイオン性溶媒に溶解した溶液または融液となっているため、この溶液または融液の温度を低下させる手法により複合窒化物とイオン性溶媒が混合した固体が得られる。この混合固体を結晶成長の原料として用いると、複合窒化物とイオン性溶媒の両者を別々に結晶成長装置に投入する場合に比べて、均一な溶液または融液を得やすい利点がある。また、別の方法として、Li金属、Ga−Li合金をターゲットとして、窒素プラズマによる反応性スパッターを行い、Li−N、Ga−Li−Nの混合組成膜を作り、これをLi3GaN2の代用とすることもできる。この場合は薄膜状の結晶を作るのに好都合であるばかりでなく、化学的には合成が困難な材料系でも作製が可能という長所がある。
Li3GaN2を作成する際の反応容器としては周期表第2〜3族金属を含む酸化物、具体的にはMg,Ca,Al,Ti,Y,Ce等の酸化物からなる耐火材、特に酸化マグネシウム、酸化カルシウム、ジルコニア等の安価な耐火材を用いることができる。
Li3GaN2以外の複合窒化物についても、上記のLi3GaN2に類する方法により作製することができる。
Li 3 GaN 2 can be produced by reacting GaN and Li 3 N at about 800 ° C., or by heating a Ga—Li alloy at 600 to 800 ° C. in a nitrogen atmosphere. Alternatively, it can be produced by reacting GaN and Li 3 N in an ionic solvent. In this method, when the composite nitride is formed, it is already a solution or melt dissolved in the ionic solvent. Therefore, the composite nitride and the ionic solvent are mixed by a method of lowering the temperature of the solution or melt. A solid is obtained. When this mixed solid is used as a raw material for crystal growth, there is an advantage that a uniform solution or melt can be easily obtained as compared with the case where both the composite nitride and the ionic solvent are separately charged into the crystal growth apparatus. As another method, reactive sputtering by nitrogen plasma is performed using Li metal and a Ga—Li alloy as a target to form a mixed composition film of Li—N and Ga—Li—N, which is formed of Li 3 GaN 2 . It can also be substituted. In this case, it is not only convenient for producing a thin film crystal, but also has an advantage that it can be produced even in a material system that is chemically difficult to synthesize.
As a reaction vessel when producing Li 3 GaN 2 , a refractory material made of an oxide containing a metal of Group 2 to 3 of the periodic table, specifically an oxide such as Mg, Ca, Al, Ti, Y, Ce, In particular, inexpensive refractory materials such as magnesium oxide, calcium oxide, and zirconia can be used.
Complex nitrides other than Li 3 GaN 2 can also be produced by a method similar to the above Li 3 GaN 2 .

一般的に、液相の結晶成長では、原料として、製品の単結晶と同じ粉、あるいは微結晶を用いる。例えば、GaN単結晶の製造を考える場合、原料のGaN粉を作るのにもコストがかかるが、本発明による方法では、低コストで製造可能な複合窒化物を使うため、工業プロセスとして有利という特徴がある。   Generally, in liquid phase crystal growth, the same powder or microcrystal as the single crystal of the product is used as a raw material. For example, when considering the production of a GaN single crystal, it is costly to produce a raw material GaN powder, but the method according to the present invention uses a composite nitride that can be produced at a low cost, which is advantageous as an industrial process. There is.

本発明の製造方法により得られる第13族金属窒化物結晶は、単独金属のナイトライド(例えば、GaN、AlN、InN)または合成組成のナイトライド(例えば、GaInN、GaAlN)であり、特にGaNの結晶製造方法として好適に用いることができる。第13属金属窒化物の結晶成長は、シードまたは基板上に結晶を成長させることにより行うことが好ましい。   The Group 13 metal nitride crystal obtained by the production method of the present invention is a single metal nitride (for example, GaN, AlN, InN) or a nitride of a synthetic composition (for example, GaInN, GaAlN), particularly GaN. It can be suitably used as a crystal production method. The crystal growth of the Group 13 metal nitride is preferably performed by growing a crystal on a seed or a substrate.

次に本発明の製造方法を、図面を参照しながらさらに具体的に説明する。図1〜3は、本発明を実施する際に用いる第13族金属窒化物結晶成長のための製造装置の構成例を示すものであり、図4、図5、図11、図12は、本発明の実施例にて使用した装置を示す図である。また、図6は、溶融塩の精製装置の概略説明図であり、結晶成長に用いられる溶融塩はあらかじめこの装置により精製(主として脱水)される。   Next, the manufacturing method of the present invention will be described more specifically with reference to the drawings. 1 to 3 show a configuration example of a manufacturing apparatus for growing a Group 13 metal nitride crystal used in carrying out the present invention. FIG. 4, FIG. 5, FIG. 11, and FIG. It is a figure which shows the apparatus used in the Example of invention. FIG. 6 is a schematic explanatory diagram of the apparatus for purifying molten salt. The molten salt used for crystal growth is purified (mainly dehydrated) by this apparatus in advance.

塩化物等の溶融塩は、一般に吸湿性が強いために多くの水分を含んでいる。本発明を実施する際に水分を含んでいる溶融塩を用いると、反応容器内で第13族金属の酸化物が形成され、また、反応容器が腐食しやすくなることから好ましくない。そこで、図6に示すような試料密封型の前処理装置(溶融塩、熱技術の基礎、(株)アグネ技術センター発行p266参照)を用いて、予め水等の不純物を取り除いておくことが好ましい。図6に示す装置を用いて精製するときは、まず精製しようとする金属塩を精製容器21中に入れ、真空下またはガス排出口19から精製容器21内を真空に引きながら、塩精製装置用電気炉15の温度を昇温させ、さらにアルゴンガス等の不活性ガスまたは塩化水素ガス等の反応性ガス雰囲気に切り替えて金属塩を溶融させる。その後、溶融状態の金属塩に、塩化水素ガス等の反応性ガスをガス導入管20から多孔質フィルター22を介して約1時間以上吹き込んでバブリングを行う。バブリング終了後に、ガス導入管20側を減圧し、必要に応じてガス排出口19側から不活性ガスを用いて圧力をかけることにより、溶融塩を試料溜め23に移す。冷却後、真空状態にして試料溜め23の上部を封じ切ることで、精製試料を真空封入して保存する。なお、溶融塩中に上記方法では除去できない重金属等が含まれている場合には、この塩をさらにゾーンメルト法によって精製することが好ましい。   Molten salts such as chlorides generally contain a large amount of moisture because of their high hygroscopicity. When a molten salt containing water is used in carrying out the present invention, it is not preferable because an oxide of a Group 13 metal is formed in the reaction vessel and the reaction vessel is easily corroded. Therefore, it is preferable to remove impurities such as water in advance by using a sample-sealed pretreatment apparatus as shown in FIG. 6 (molten salt, basics of thermal technology, see p266 issued by Agne Technical Center Co., Ltd.). . When purifying using the apparatus shown in FIG. 6, first, the metal salt to be purified is put into the purification container 21, and the inside of the purification container 21 is evacuated from the gas outlet 19 under vacuum or for the salt purification apparatus. The temperature of the electric furnace 15 is raised, and the metal salt is melted by switching to an inert gas atmosphere such as argon gas or a reactive gas atmosphere such as hydrogen chloride gas. Thereafter, a reactive gas such as hydrogen chloride gas is blown into the molten metal salt from the gas introduction pipe 20 through the porous filter 22 for about 1 hour or longer to perform bubbling. After the bubbling is completed, the gas introduction pipe 20 side is depressurized, and the molten salt is transferred to the sample reservoir 23 by applying pressure using an inert gas from the gas discharge port 19 side as necessary. After cooling, the purified sample is vacuum-sealed and stored by evacuating and sealing the top of the sample reservoir 23. In addition, when heavy metals etc. which cannot be removed by the above method are contained in the molten salt, it is preferable to further purify the salt by the zone melt method.

次に、本発明の製造方法にしたがって第13族金属窒化物結晶を成長させる工程を具体的に説明する。ここでは、第13族の金属元素と第13族以外の金属元素からなる複合窒化物Li3GaN2を原料とし、溶融塩として図6の装置により精製したLiClの溶融塩、前記第13族金属以外の金属元素の窒素化合物としてLi3N濃度を低減させるためにGaを用いた場合を例にとって説明する。以下の説明は、これら以外の材料を選択した場合にも応用しうる。 Next, the step of growing a Group 13 metal nitride crystal according to the production method of the present invention will be specifically described. Here, a LiCl molten salt purified from the composite nitride Li 3 GaN 2 composed of a Group 13 metal element and a metal element other than Group 13 as a raw material using the apparatus shown in FIG. 6, the Group 13 metal A case where Ga is used as a nitrogen compound of a metal element other than that in order to reduce the Li 3 N concentration will be described as an example. The following description can also be applied when other materials are selected.

図1は、本発明を実施する際に用いる典型的な製造装置の模式図である。まず、酸化マグネシウム、または、酸化カルシウムの反応容器14中に精製したLiCl塩6を入れ、650〜780℃で溶解する。仕切り板5で仕切られた部分に、予め作製しておいたLi3GaN2複合窒化物8を置き、溶融塩6中へ溶解させる。溶解したLi3GaN2複合窒化物は、溶媒であるLiClと錯塩を作りながら溶解すると考えられ、この状態でGaN結晶1の表面に到達し、式(3)の反応でGaN結晶が成長し、副生成物であるLi3Nの濃度がその周辺で上昇する。結晶表面での均一な結晶成長を促すためには、溶液または融液中でのLi3N濃度も斑がない方が好ましいため、GaN結晶1は、基板2、基板保持機構3を通じて、緩やかに溶液または融液中で運動させることが好ましい。溶融塩の量が十分にあり、また、成長させるGaN結晶1の厚さも、それほど必要でない場合は、結晶成長にともなうLi3N濃度の上昇で自然に結晶成長が停止する所まで反応させれば良いが、バルク状の大きな結晶を成長させるためには、図1で示すように、GaN結晶1の背後にGa金属を置くようにすると良い。結晶成長部付近で濃度が上昇したLi3NはGa金属と式(4)の反応でGaLi合金になると同時に、GaLi合金表面付近で、GaN、Li3GaN2を生成する。Li3GaN2は、再び結晶のエピタキシャル成長の原料として働く。このようにして、Li3GaN2の原料が存在する限りにおいて、連続的にGaNの結晶を成長させることができる。また、式(4)で、平衡は低温側では、生成側(右辺)にずれるため、Li3GaN2の溶解部分は高温にし、結晶の成長部分は低温にしておくと結晶化の速度が上がるという利点がある。 FIG. 1 is a schematic view of a typical manufacturing apparatus used in carrying out the present invention. First, the purified LiCl salt 6 is put in a reaction vessel 14 of magnesium oxide or calcium oxide and dissolved at 650 to 780 ° C. Li 3 GaN 2 composite nitride 8 prepared in advance is placed on the part partitioned by the partition plate 5 and dissolved in the molten salt 6. It is considered that the dissolved Li 3 GaN 2 composite nitride dissolves while forming a complex salt with LiCl as a solvent. In this state, the Li 3 GaN 2 complex nitride reaches the surface of the GaN crystal 1 and grows by the reaction of the formula (3). The concentration of Li 3 N as a by-product increases in the vicinity. In order to promote uniform crystal growth on the crystal surface, it is preferable that the Li 3 N concentration in the solution or melt is also free of spots, so that the GaN crystal 1 gradually passes through the substrate 2 and the substrate holding mechanism 3. It is preferred to exercise in solution or melt. When the amount of the molten salt is sufficient and the thickness of the GaN crystal 1 to be grown is not so necessary, the reaction can be performed until the crystal growth stops spontaneously due to the increase of the Li 3 N concentration accompanying the crystal growth. Although it is good, in order to grow a large bulk crystal, it is preferable to place a Ga metal behind the GaN crystal 1 as shown in FIG. Li 3 N whose concentration has increased near the crystal growth portion becomes a GaLi alloy by the reaction of Ga metal with the formula (4), and at the same time, GaN and Li 3 GaN 2 are generated near the surface of the GaLi alloy. Li 3 GaN 2 again serves as a raw material for crystal epitaxial growth. In this way, GaN crystals can be continuously grown as long as the raw material of Li 3 GaN 2 exists. In Equation (4), since the equilibrium is shifted to the production side (right side) at the low temperature side, the dissolution rate of Li 3 GaN 2 is raised and the crystal growth rate is lowered at a low temperature. There is an advantage.

図2は、本発明を実施するのに適した別の縦型形式の結晶成長装置である。酸化マグネシウム、または酸化カルシウムの反応容器14中に精製したLiClまたは、2元共晶塩LiCl−NaCl等の低融点をもつ溶融塩6を入れ、別途作製したLi3GaN2複合窒化物8にタングステンのネット9をかぶせ、反応容器14の底に沈め、この上部に回転機能を備えた基板支持棒3の先につけた、シード2を置くと、Li3GaN2が溶解した溶液または融液からGaN結晶が折出し、液相からのエピタキシャル成長が起こる。結晶表面でGaN結晶が成長すると、溶液または融液中で、Li3N成分が増加していくが、結晶の回転に伴って図中で示した矢印の方向の溶液または融液の流れに乗り、一部は上昇していき溶液または融液中のLi3N成分の濃度が上がっていく。薄膜状の結晶をシードに成長させる場合は溶液または融液の量を多くしておけばよいが、バルク状の結晶を連続的に成長させるためには、溶液または融液中のLi3N成分を連続的に除去する必要がある。図2においては、ガス吹き込み管12から塩化水素を溶液または融液中に吹き込み、Li3N成分を、LiCl、N2、H2に分解する。あるいは、もっと穏やかな条件にするには、ガス導入管10,11から窒素、あるいはアルゴンをキャリアガスとして使い、塩化アンモニウムの気体を反応容器14内に導くことで、溶液または融液界面から分解した塩化水素が溶融塩中に拡散させるようにしても良い。 FIG. 2 is another vertical type crystal growth apparatus suitable for carrying out the present invention. Molten salt 6 having a low melting point such as purified LiCl or binary eutectic salt LiCl-NaCl is placed in a reaction vessel 14 of magnesium oxide or calcium oxide, and tungsten is added to Li 3 GaN 2 composite nitride 8 separately prepared. When the seed 2 attached to the tip of the substrate support rod 3 having a rotation function is placed on the top of the reaction vessel 14 and placed on the top of the reaction vessel 14, a solution or melt of Li 3 GaN 2 is dissolved in the GaN. Crystals break up and epitaxial growth from the liquid phase occurs. When a GaN crystal grows on the crystal surface, the Li 3 N component increases in the solution or melt, but the solution or melt flows in the direction of the arrow shown in the figure as the crystal rotates. , Partly rises and the concentration of the Li 3 N component in the solution or melt increases. In the case of growing a thin film-like crystal as a seed, the amount of the solution or melt may be increased. However, in order to continuously grow a bulk crystal, the Li 3 N component in the solution or melt is used. Must be removed continuously. In FIG. 2, hydrogen chloride is blown into a solution or melt from a gas blowing tube 12 to decompose a Li 3 N component into LiCl, N 2 , and H 2 . Alternatively, in order to obtain a milder condition, nitrogen or argon was used as a carrier gas from the gas introduction pipes 10 and 11, and ammonium chloride gas was introduced into the reaction vessel 14 to decompose from the solution or melt interface. Hydrogen chloride may be diffused into the molten salt.

なお、シード2としては、例えばサファイア、SiC等を用いることができるが、板状のGaN結晶を用いることが好ましい。板状のGaN結晶にGaN結晶をホモエピタキシャル成長させ、これらから何枚かのウエハーを作り、それらの一枚を次の結晶成長用の基板とするのが好ましい。   As the seed 2, for example, sapphire, SiC or the like can be used, but a plate-like GaN crystal is preferably used. It is preferable to homoepitaxially grow a GaN crystal on a plate-like GaN crystal, to make several wafers from these, and to use one of them as a substrate for the next crystal growth.

図3は、スパッター等のドライプロセスを使って、石英、サファイア、GaN等の基板2の上に、Ga−Li−N等の混合物からなる薄膜17をつくり、これをLiCl溶融塩6に溶解させて、基板2上にGaN結晶を成長させる。図中、18は、結晶成長部分以外での窒化物薄膜17とLiCl溶融塩6の反応を防ぐための仕切り板であり、材料としては、タングステン等が使われる。
また、反応容器14内の雰囲気7は、窒素またはアルゴン等の不活性雰囲気とする。
生成したGaNの解離圧は、生成の自由エネルギーから計算すると650℃で1気圧となり、一般には、常圧で650℃以上の温度になると分解が始まるといわれている。しかし、本発明によれば、常圧600〜800℃の温度であっても溶融塩中でGaNがGa金属と窒素ガス等に分解することはない。また、式(3)から明らかなように、溶融塩中のLi3N濃度によりGaN結晶の溶解・析出を制御できるため、結晶成長の固液界面において再溶解と再結晶を繰り返すことができる。その結果、結晶の高品質化を図ることができるため、本発明は極めて有利である。
FIG. 3 shows that a thin film 17 made of a mixture of Ga—Li—N or the like is formed on a substrate 2 made of quartz, sapphire, GaN or the like by using a dry process such as sputtering, and this is dissolved in the LiCl molten salt 6. Then, a GaN crystal is grown on the substrate 2. In the figure, reference numeral 18 denotes a partition plate for preventing the reaction between the nitride thin film 17 and the LiCl molten salt 6 at a portion other than the crystal growth portion, and tungsten or the like is used as the material.
The atmosphere 7 in the reaction vessel 14 is an inert atmosphere such as nitrogen or argon.
The dissociation pressure of the generated GaN is 1 atm at 650 ° C. when calculated from the free energy of generation, and it is generally said that decomposition starts when the temperature reaches 650 ° C. or higher at normal pressure. However, according to the present invention, GaN does not decompose into Ga metal and nitrogen gas in the molten salt even at a normal pressure of 600 to 800 ° C. Further, as apparent from the equation (3), since dissolution / precipitation of the GaN crystal can be controlled by the Li 3 N concentration in the molten salt, remelting and recrystallization can be repeated at the solid-liquid interface of crystal growth. As a result, since the quality of the crystal can be improved, the present invention is extremely advantageous.

[半導体デバイスの製造方法]
本発明の製造方法は、半導体デバイスの製造方法における第13族金属窒化物結晶を製造する工程に用いることができる。その他の工程における原料、製造条件および装置は一般的な半導体デバイスの製造方法で用いられる原料、条件および装置をそのまま適用できる。
[Method for Manufacturing Semiconductor Device]
The manufacturing method of this invention can be used for the process of manufacturing the group 13 metal nitride crystal in the manufacturing method of a semiconductor device. The raw materials, conditions, and apparatuses used in general semiconductor device manufacturing methods can be applied as they are for the raw materials, manufacturing conditions, and apparatuses in other processes.

以下に実施例を挙げて本発明の特徴をさらに具体的に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更することができる。したがって、本発明の範囲は以下に示す具体例により限定的に解釈されるべきものではない。   The features of the present invention will be described more specifically with reference to the following examples. The materials, amounts used, ratios, processing details, processing procedures, and the like shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Therefore, the scope of the present invention should not be construed as being limited by the specific examples shown below.

(製造例) 複合窒化物の合成
多結晶窒化ガリウムおよび窒化リチウム試薬(三津和化学製)を乳鉢を使ってモル比約1:1で混合し、得られた混合物約2gをマグネシアの反応容器(坩堝)に入れ、60Nml/minの窒素流通下で焼成することにより、複合窒化物を作製した。焼成の温度管理は室温から800℃まで1時間で昇温し、800℃で20時間保持したのちに、電気炉電源を切り自然放冷とした。サンプルは、焼成前は灰色、赤紫の混合色であったが、焼成後は白っぽい灰色に変化した。このサンプルのX線データを図7に示す。Li3GaN2が生成したことが分かる。
(Production example) Synthesis of composite nitride Polycrystalline gallium nitride and lithium nitride reagent (manufactured by Mitsuwa Chemical Co., Ltd.) were mixed at a molar ratio of about 1: 1 using a mortar, and about 2 g of the resulting mixture was added to a magnesia reaction vessel ( The composite nitride was produced by placing in a crucible and firing under a nitrogen flow of 60 Nml / min. In the temperature control of firing, the temperature was raised from room temperature to 800 ° C. over 1 hour, held at 800 ° C. for 20 hours, and then the electric furnace power was turned off to allow natural cooling. The sample had a mixed color of gray and magenta before firing, but changed to whitish gray after firing. The X-ray data of this sample is shown in FIG. It can be seen that Li 3 GaN 2 was formed.

(実施例1)
図4に示す装置を用いて、GaNのシードや基板等を使わずに、LiClからなる溶融塩中6にLi3GaN2複合窒化物8を沈め、GaNの結晶成長を行った。溶融塩としてLiCl 1.0g、複合窒化物Li3GaN2 0.15gをMgOの第1反応容器(坩堝)14の中に入れ、続いて、第1反応容器14とそれを内蔵する石英(SiO2)の第2反応容器25内をアルゴン雰囲気(常圧)とした。系内のGaに対するLiのモル比は22である。なお、LiClは、図6で示される装置を用いて上記説明にしたがって塩を精製した。
(Example 1)
Using the apparatus shown in FIG. 4, Li 3 GaN 2 composite nitride 8 was submerged in molten salt made of LiCl without using a GaN seed or substrate, and GaN crystal growth was performed. As a molten salt, 1.0 g of LiCl and 0.15 g of composite nitride Li 3 GaN 2 are placed in a first reaction vessel (crucible) 14 made of MgO, and then the first reaction vessel 14 and quartz (SiO 2) containing it. 2 ) The inside of the second reaction vessel 25 was an argon atmosphere (normal pressure). The molar ratio of Li to Ga in the system is 22. In addition, LiCl refine | purified the salt according to the said description using the apparatus shown by FIG.

第1反応容器14を内蔵する第2反応容器25を、電気炉15を用いて1時間で780℃に昇温した。図4に示すようにLi3GaN2はLiClよりも密度が大きいため、第1反応容器14の底に沈んだ。こうした状態で、780℃に8時間保持した後、1時間あたり12℃の割合で温度を660℃まで下げた。図4に示すように第1反応容器14の上部は適切に閉じられており第1反応容器内外の圧力差はほとんど無く、容器内の揮発成分は容器外に取り除かれない。その後は電気炉電源を切り自然放冷を行った。焼成は60Nml/minの窒素流通下にて常圧で行った。実験終了後、静置した状態で常温まで冷却し第1反応容器14の内容物を水で溶解濾過し、固形物をさらに濃塩酸で溶出した。透明な結晶性の粉は第1反応容器14の内側から成長する様子がうかがえた。 The second reaction vessel 25 containing the first reaction vessel 14 was heated to 780 ° C. in 1 hour using the electric furnace 15. As shown in FIG. 4, Li 3 GaN 2 has a higher density than LiCl, and therefore sinks to the bottom of the first reaction vessel 14. In this state, after maintaining at 780 ° C. for 8 hours, the temperature was lowered to 660 ° C. at a rate of 12 ° C. per hour. As shown in FIG. 4, the upper part of the first reaction vessel 14 is appropriately closed, there is almost no pressure difference inside and outside the first reaction vessel, and volatile components in the vessel are not removed outside the vessel. After that, the electric furnace was turned off and allowed to cool naturally. Firing was performed at normal pressure under a nitrogen flow of 60 Nml / min. After the experiment was completed, the sample was allowed to stand and cooled to room temperature. The contents of the first reaction vessel 14 were dissolved and filtered with water, and the solid was further eluted with concentrated hydrochloric acid. It was observed that the transparent crystalline powder grew from the inside of the first reaction vessel 14.

このようにして取り出したGaN結晶の光学顕微鏡写真を図8に示す。収量は9mgであった。透明性が高い無色の大きさ100μm板状の結晶が成長していることがわかる。   An optical micrograph of the GaN crystal thus taken out is shown in FIG. Yield was 9 mg. It can be seen that colorless, highly transparent 100 μm plate-like crystals are growing.

(実施例2)
図5に示す装置を用いて、Li3GaN2 0.15g、LiCl 3.0gを用い、さらに種結晶として気相法(MOCVDおよびH−VPE法)で作製したGaN薄膜をシード2として溶融塩中に入れた。その他の条件は実施例1と同じにしてGaNの結晶成長を行った。図9には、シード面に成長したGaNのSEM写真を示した。表面では六角状の結晶が成長した様子がうかがえ、気相法で作ったGaNの上に液相でエピタキシャル成長した様子が分かる。
(Example 2)
Using the apparatus shown in FIG. 5, 0.13 g of Li 3 GaN 2 and 3.0 g of LiCl are used, and a GaN thin film produced by a vapor phase method (MOCVD and H-VPE method) as a seed crystal is used as a seed 2 and a molten salt I put it inside. GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 1. FIG. 9 shows an SEM photograph of GaN grown on the seed surface. It can be seen that hexagonal crystals have grown on the surface, and that the liquid phase has grown epitaxially on GaN produced by the vapor phase method.

(実施例3)
系内のLiCl量を3.0gとし、Gaに対するLiのモル比を60とした他は、実施例1と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。収量は12mgであり板状結晶と柱状結晶の混合物であった。
(Example 3)
Crystal growth of GaN was performed under the same conditions as in Example 1 except that the amount of LiCl in the system was 3.0 g and the molar ratio of Li to Ga was 60. The yield was 12 mg, which was a mixture of plate crystals and columnar crystals.

(実施例4)
Li3Nを0.017g添加し、徐冷速度を1℃/hにし、徐冷温度範囲の下限を730℃とした以外は、実施例1と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。収量は3mgであり薄い板状の結晶が得られた。結晶の大きさは500μm程度であった。
Example 4
Crystal growth of GaN was performed under the same conditions as in Example 1 except that 0.017 g of Li 3 N was added, the annealing rate was 1 ° C./h, and the lower limit of the annealing temperature range was 730 ° C. The yield was 3 mg, and thin plate-like crystals were obtained. The size of the crystal was about 500 μm.

(実施例5)
LiClの代わりにLiClとNaClの共晶塩(モル比でLi:Na=85:15)1.1gを用い、Li3Nを0.007g添加し、780℃での保持時間を14時間、徐冷速度を1℃/h、徐冷温度範囲の下限を730℃とした以外は、実施例1と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。収量は37mgであった。長さが約700μm、太さが約150μmの柱状結晶が得られた。
また、図10にはX線の回折データを示した。得られた結晶のX線回折データの代表的回折ピークの半値幅を表1に示す。
(Example 5)
Instead of LiCl, 1.1 g of eutectic salt of LiCl and NaCl (mol: Li: Na = 85: 15) was used, 0.007 g of Li 3 N was added, and the holding time at 780 ° C. was gradually increased for 14 hours. GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 1 except that the cooling rate was 1 ° C./h and the lower limit of the annealing temperature range was 730 ° C. Yield was 37 mg. A columnar crystal having a length of about 700 μm and a thickness of about 150 μm was obtained.
FIG. 10 shows X-ray diffraction data. Table 1 shows the half widths of typical diffraction peaks of the X-ray diffraction data of the obtained crystals.

(実施例6)
徐冷速度を2℃/hとした以外は実施例5と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。収量は4mgであった。長さが約1.7mm、太さが50μmの柱状結晶が得られた。
(Example 6)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 5 except that the slow cooling rate was 2 ° C./h. Yield was 4 mg. A columnar crystal having a length of about 1.7 mm and a thickness of 50 μm was obtained.

(実施例7)
LiClの量を0.3g、Li3GaN2の量を0.3g(Gaに対するLiのモル比が3)とした以外は実施例1と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。得られた結晶の量は1mg以下であり、結晶の大きさは5〜10μmであった。
(Example 7)
Crystal growth of GaN was performed under the same conditions as in Example 1 except that the amount of LiCl was 0.3 g and the amount of Li 3 GaN 2 was 0.3 g (the molar ratio of Li to Ga was 3). The amount of the obtained crystal was 1 mg or less, and the size of the crystal was 5 to 10 μm.

(実施例8)
LiClの量を5.0g(Gaに対するLiのモル比が97)とした以外は実施例1と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。得られた結晶の量は1mg以下であり、結晶の大きさは5〜10μmであった。
(Example 8)
Crystal growth of GaN was performed under the same conditions as in Example 1 except that the amount of LiCl was 5.0 g (the molar ratio of Li to Ga was 97). The amount of the obtained crystal was 1 mg or less, and the size of the crystal was 5 to 10 μm.

(実施例9)
図11に示す装置を用いて、LiCl 2.5g、Li3GaN2複合窒化物0.4gをよく混合し、MgOの第1反応容器(内径25mm、高さ90mmの坩堝)14中に入れた。続いて、種結晶として気相法(MOCVDおよびH−VPE法)で作製したGaN基板(0.5mm×0.5mm)をシード2として第1反応容器14中に入れた。第1反応容器14を内蔵する石英(SiO2)の第2反応容器25に70ml/min.の流量で窒素を流通させた。系内のGaに対するLiのモル比は22である。
第1反応容器14を内蔵する第2反応容器25を、電気炉15を用いて室温から1時間で760℃に昇温した。図11に示すように、第1反応容器14は窒素雰囲気に適切に開放されており、Li3Nを含む第1反応容器内の揮発成分は徐々に第1反応容器から蒸発し、取り除かれる。こうした状態で760℃で20時間保持した。その後、第1反応容器14を内蔵したまま第2反応容器25を電気炉から取り出し、急冷した。実験終了後、静置した状態で常温まで冷却し、第1反応容器14の内容物を水で溶解濾過し、固形物をさらに濃塩酸で溶出した。反応終了後、投入した種結晶基板の表面にはGaNの結晶成長が確認され、成長膜厚は3μmであった。得られた単結晶は63mgであり、大きさは約500μmの板状、柱状の結晶であった。
Example 9
Using the apparatus shown in FIG. 11, 2.5 g of LiCl and 0.4 g of Li 3 GaN 2 composite nitride were mixed well and placed in a first MgO reaction vessel (a crucible having an inner diameter of 25 mm and a height of 90 mm) 14. . Subsequently, a GaN substrate (0.5 mm × 0.5 mm) produced by a vapor phase method (MOCVD and H-VPE method) as a seed crystal was placed in the first reaction vessel 14 as a seed 2. Nitrogen was passed through the second reaction vessel 25 of quartz (SiO 2 ) containing the first reaction vessel 14 at a flow rate of 70 ml / min. The molar ratio of Li to Ga in the system is 22.
The second reaction vessel 25 containing the first reaction vessel 14 was heated from room temperature to 760 ° C. in 1 hour using the electric furnace 15. As shown in FIG. 11, the first reaction vessel 14 is appropriately opened to a nitrogen atmosphere, and volatile components in the first reaction vessel containing Li 3 N are gradually evaporated from the first reaction vessel and removed. In this state, it was kept at 760 ° C. for 20 hours. Then, the 2nd reaction container 25 was taken out from the electric furnace with the 1st reaction container 14 built in, and it cooled rapidly. After the experiment was completed, the sample was allowed to stand and cooled to room temperature. The contents of the first reaction vessel 14 were dissolved and filtered with water, and the solid was further eluted with concentrated hydrochloric acid. After completion of the reaction, GaN crystal growth was confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the growth film thickness was 3 μm. The obtained single crystal was 63 mg and was a plate-like or columnar crystal having a size of about 500 μm.

(実施例10)
LiClを5gとした他は実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、投入した種結晶基板の表面にはGaNの結晶成長が確認され、成長膜厚は4μmであった。得られた単結晶は84mgであり、大きさは約500μmの板状、柱状の結晶であった。
(Example 10)
A GaN crystal was grown under the same conditions as in Example 9 except that LiCl was changed to 5 g.
After the completion of the reaction, GaN crystal growth was confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the growth film thickness was 4 μm. The obtained single crystal was 84 mg and was a plate-like or columnar crystal having a size of about 500 μm.

(実施例11)
原料にLi3Nを0.04g加えた他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は32mgであり、投入した種結晶基板の表面にはGaNの結晶成長が確認され、成長膜厚は4μmであった。
(Example 11)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 9 except that 0.04 g of Li 3 N was added to the raw material.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 32 mg, and GaN crystal growth was confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the growth film thickness was 4 μm.

(実施例12)
図12に示す装置を用いて、種結晶を入れない他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は62mgであり、大きさは約500μmの板状、柱状の結晶であった。
(Example 12)
Using the apparatus shown in FIG. 12, GaN was grown under the same conditions as in Example 9 except that no seed crystal was added.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 62 mg and was a plate-like or columnar crystal having a size of about 500 μm.

(実施例13)
反応温度を715℃とした他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は1mgであり、投入した種結晶基板の表面には部分的にGaNの結晶成長が確認され、成長部の膜厚は1μmであった。
(Example 13)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 9 except that the reaction temperature was 715 ° C.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 1 mg, and GaN crystal growth was partially confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the film thickness of the growth part was 1 μm.

(実施例14)
反応の保持時間を10時間とした他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は10mgであり、投入した種結晶基板の表面には部分的にGaNの結晶成長が確認された。
(Example 14)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 9 except that the reaction holding time was 10 hours.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 10 mg, and GaN crystal growth was partially confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate.

(実施例15)
LiClを2.5gとし、反応の保持時間を40時間とした他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は63mgであり、投入した種結晶基板の表面には部分的にGaNの結晶成長が確認され、成長膜厚は5μmであった。
(Example 15)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 9 except that LiCl was 2.5 g and the reaction holding time was 40 hours.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 63 mg, and GaN crystal growth was partially confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the growth film thickness was 5 μm.

(実施例16)
第1反応容器14の底にWネットを敷いた他は、実施例9と同じ条件でGaNの結晶成長を行った。
反応終了後、得られた単結晶は68mgであり、投入した種結晶基板の表面には部分的にGaNの結晶成長が確認され、成長膜厚は5μmであった。種結晶上に成長した成長部断面のSEM像を図13に示す。また、種結晶上に成長したGaN(002)面のX線ロッキングカーブ測定の結果を図14に示す(ω=15.505deg、半値幅=106.2arcsec、強度=10766.7cps)。
(Example 16)
GaN crystal growth was performed under the same conditions as in Example 9, except that a W net was laid on the bottom of the first reaction vessel 14.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 68 mg, and GaN crystal growth was partially confirmed on the surface of the charged seed crystal substrate, and the growth film thickness was 5 μm. FIG. 13 shows an SEM image of a cross section of the growth portion grown on the seed crystal. Further, FIG. 14 shows the results of X-ray rocking curve measurement of the GaN (002) plane grown on the seed crystal (ω = 15.505 deg, half-value width = 106.2 arcsec, intensity = 10766.7 cps).

(実施例17)
図15に示す装置を使用し、Li3GaN2 0.2gとLiCl 3gをMgOの第1反応容器14内に入れた。第1反応容器14を内蔵する石英(SiO2)の第2反応容器25に70ml/min.の流量で窒素を流通させた。
第1反応容器14を内蔵する第2反応容器25を、電気炉15を用いて室温から1時間で775℃に昇温し、その温度で20時間保持した。図15に示すように第1反応容器14には蓋26があり、Li3Nを含む第1反応容器内の揮発成分は第1反応容器内から取り除かれない。
反応終了後、第1反応容器14を内蔵したまま第2反応容器25を電気炉から取り出し、急冷した。凝固した溶融塩中の元素分析を行った。その結果、溶融塩中に含まれるGa濃度は0.13mol%、窒素濃度は0.4mol%であり、溶融塩中の窒素濃度から式(1)のKの値を求めると1.26であった。
(Example 17)
Using the apparatus shown in FIG. 15, 0.2 g of Li 3 GaN 2 and 3 g of LiCl were placed in the first reaction vessel 14 made of MgO. Nitrogen was passed through the second reaction vessel 25 of quartz (SiO 2 ) containing the first reaction vessel 14 at a flow rate of 70 ml / min.
The second reaction vessel 25 containing the first reaction vessel 14 was heated from room temperature to 775 ° C. in 1 hour using the electric furnace 15 and held at that temperature for 20 hours. As shown in FIG. 15, the first reaction vessel 14 has a lid 26, and the volatile components in the first reaction vessel containing Li 3 N are not removed from the first reaction vessel.
After the completion of the reaction, the second reaction vessel 25 was taken out of the electric furnace with the first reaction vessel 14 built in and rapidly cooled. Elemental analysis in the solidified molten salt was performed. As a result, the Ga concentration contained in the molten salt was 0.13 mol% and the nitrogen concentration was 0.4 mol%. The value of K in the formula (1) was calculated from the nitrogen concentration in the molten salt to be 1.26. It was.

(実施例18)
図11に示す装置を使用した他は、実施例17と同じ条件で実験を行った。図11に示すように第1反応容器14は窒素雰囲気に開放されており、Li3Nを含む第1反応容器内の揮発成分は徐々に第1反応容器から蒸発し、取り除かれた。
反応終了後、得られた単結晶は17mgであった。
(Example 18)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 17 except that the apparatus shown in FIG. As shown in FIG. 11, the first reaction vessel 14 was opened to a nitrogen atmosphere, and volatile components in the first reaction vessel containing Li 3 N were gradually evaporated from the first reaction vessel and removed.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 17 mg.

(実施例19)
765℃で20時間保持した他は、実施例17と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、急冷して凝固した溶融塩の元素分析を行った。その結果、溶融塩中に含まれるGaは0.1mol%、窒素濃度は0.25mol%であり、溶融塩中の窒素濃度から式(1)のKの値を求めると0.79であった。
(Example 19)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 17 except that the temperature was maintained at 765 ° C. for 20 hours.
After completion of the reaction, elemental analysis of the molten salt that was rapidly cooled and solidified was performed. As a result, Ga contained in the molten salt was 0.1 mol% and the nitrogen concentration was 0.25 mol%, and the value of K in the formula (1) was found to be 0.79 from the nitrogen concentration in the molten salt. .

(実施例20)
図11に示す装置を使用した他は、実施例19と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、得られた単結晶は6mgであった。
(Example 20)
An experiment was performed under the same conditions as in Example 19 except that the apparatus shown in FIG.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 6 mg.

(実施例21)
第1反応容器にY23を使用し、760℃で20時間保持した他は、実施例17と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、急冷して凝固させた溶融塩中の元素分析を行った。その結果、溶融塩中に含まれるGaは0.01mol%、窒素濃度は0.11mol%であり、溶融塩中の窒素濃度から式(1)のKの値を求めると0.33であった。
(Example 21)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 17 except that Y 2 O 3 was used for the first reaction vessel and the temperature was maintained at 760 ° C. for 20 hours.
After completion of the reaction, elemental analysis was performed in the molten salt that was rapidly cooled and solidified. As a result, Ga contained in the molten salt was 0.01 mol% and the nitrogen concentration was 0.11 mol%. The value of K in the formula (1) was found from the nitrogen concentration in the molten salt to be 0.33. .

(実施例22)
図11に示す装置を使用した他は、実施例21と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、得られた単結晶は6mgであった。
(Example 22)
An experiment was performed under the same conditions as in Example 21 except that the apparatus shown in FIG.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 6 mg.

(実施例23)
660℃で20時間保持した他は、実施例21と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、急冷して凝固させた溶融塩中の元素分析を行った。その結果、溶融塩中に含まれるGaは0.006mol%、窒素濃度は0.044mol%であり、溶融塩中の窒素濃度から式(1)のKの値を求めると0.14であった。
(Example 23)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 21 except that the temperature was maintained at 660 ° C. for 20 hours.
After completion of the reaction, elemental analysis was performed in the molten salt that was rapidly cooled and solidified. As a result, Ga contained in the molten salt was 0.006 mol% and the nitrogen concentration was 0.044 mol%, and the value of K in the formula (1) was found to be 0.14 from the nitrogen concentration in the molten salt. .

(実施例24)
図11に示す装置を使用した他は、実施例23と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、得られた単結晶は1mgであった。
(Example 24)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 23 except that the apparatus shown in FIG.
After completion of the reaction, the obtained single crystal was 1 mg.

(比較例1)
GaN 0.2gとLiCl 3gを第1反応容器14に入れた他は、実施例17と同じ条件で実験を行った。
反応終了後、急冷して凝固した溶融塩中の元素分析を行った。その結果、溶融塩中に含まれるGa濃度は検出限界以下(0.002mol%以下)で非常に濃度が低く、GaNの溶液または融液への溶解は見られなかった。
(Comparative Example 1)
The experiment was performed under the same conditions as in Example 17 except that 0.2 g of GaN and 3 g of LiCl were placed in the first reaction vessel 14.
After completion of the reaction, elemental analysis was performed in the molten salt that was rapidly cooled and solidified. As a result, the concentration of Ga contained in the molten salt was below the detection limit (0.002 mol% or less) and very low, and dissolution of GaN in the solution or melt was not observed.

(比較例2)
図15に示す装置を使用し、LiCl 1g、Li3GaN2複合窒化物0.15g、Li3N 0.017gをよく混合し、MgOの第1反応容器(内径9mm、高さ60mm)14に入れた。反応温度を780℃とした他は実施例9と同じ条件で実験を行った。
第1反応容器14の内径が狭いため溶液表面積が小さく、蓋26をして反応したため、Li3Nの蒸発が抑えられ、反応終了後、GaNの単結晶の析出は見られなかった。
(Comparative Example 2)
Using the apparatus shown in FIG. 15, 1 g of LiCl, 0.15 g of Li 3 GaN 2 composite nitride, and 0.017 g of Li 3 N were mixed well, and the resulting mixture was put into a first reaction container (inner diameter 9 mm, height 60 mm) 14 of MgO. I put it in. The experiment was performed under the same conditions as in Example 9 except that the reaction temperature was 780 ° C.
Since the inner surface of the first reaction vessel 14 was narrow, the surface area of the solution was small, and the reaction was carried out with the lid 26. Therefore, the evaporation of Li 3 N was suppressed, and no precipitation of GaN single crystals was observed after the reaction.

本発明の溶液または融液を用いる本発明の第13族金属窒化物結晶の製造方法によれば、安価な装置を用いて簡単に半導体デバイスに応用するのに十分なサイズを有する第13族金属窒化物結晶を製造することができる。特にこれまでに製造が困難とされていた周波対応可能な半導体デバイスの製造に利用することができるため、産業的に大きなメリットがある。   According to the method for producing a Group 13 metal nitride crystal of the present invention using the solution or melt of the present invention, a Group 13 metal having a size sufficient to be easily applied to a semiconductor device using an inexpensive apparatus. Nitride crystals can be produced. In particular, since it can be used for the manufacture of a semiconductor device capable of supporting frequencies, which has been considered difficult to manufacture, there is a great industrial advantage.

本発明の第13族金属窒化物の結晶の製造で用いる好適な結晶成長装置(その1)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the suitable crystal growth apparatus (the 1) used by manufacture of the crystal | crystallization of the group 13 metal nitride of this invention. 本発明の第13族金属窒化物の結晶の製造で用いる好適な結晶成長装置(その2)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the suitable crystal growth apparatus (the 2) used by manufacture of the crystal | crystallization of the group 13 metal nitride of this invention. 本発明の第13族金属窒化物の結晶の製造で用いる好適な結晶成長装置(その3)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the suitable crystal growth apparatus (the 3) used by manufacture of the crystal | crystallization of the group 13 metal nitride of this invention. 実施例で用いた結晶成長装置(その1)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the crystal growth apparatus (the 1) used in the Example. 実施例で用いた結晶成長装置(その2)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the crystal growth apparatus (the 2) used in the Example. 本発明で用いられる溶融塩の精製装置の一実施態様を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows one embodiment of the refiner | purifier of the molten salt used by this invention. 製造例で得られたLi3GaN2結晶のXRDパターンである。It is an XRD pattern of the obtained Li 3 GaN 2 crystals in Production Example. 実施例1で得られたGaN結晶の光学顕微鏡写真である。2 is an optical micrograph of a GaN crystal obtained in Example 1. 実施例2で得られたGaN結晶のSEM写真である。4 is a SEM photograph of the GaN crystal obtained in Example 2. 実施例5で得られたGaN結晶のXRDパターンである。6 is an XRD pattern of a GaN crystal obtained in Example 5. 実施例で用いた結晶成長装置(その3)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the crystal growth apparatus (the 3) used in the Example. 実施例で用いた結晶成長装置(その4)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the crystal growth apparatus (the 4) used in the Example. 実施例16で得られたGaN結晶のSEM写真である。4 is a SEM photograph of the GaN crystal obtained in Example 16. 実施例16で得られたGaN結晶のX線ロッキングカーブ測定結果である。18 is a result of measuring an X-ray rocking curve of a GaN crystal obtained in Example 16. 実施例で用いた結晶成長装置(その5)を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows the crystal growth apparatus (the 5) used in the Example.

符号の説明Explanation of symbols

1 GaN結晶
2 基板またはシード
3 基板または結晶保持および回転機構
4 Ga−Li合金
5 仕切り板
6 溶融塩
7 窒素またはアルゴン
8 複合窒化物
9 ネット
10 ガス導入管
11 ガス導入管
12 ガス吹き込み管
13 窒素
14 反応容器(第1反応容器)
15 電気炉
16 ガス吹き込み管
17 Ga−Li−N薄膜
18 仕切り板
19 ガス排出口
20 ガス導入管
21 精製容器
22 多孔質フィルター
23 試料溜め
24 塩化水素ガス
25 第2反応容器
26 蓋
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 GaN crystal 2 Substrate or seed 3 Substrate or crystal holding and rotation mechanism 4 Ga-Li alloy 5 Partition plate 6 Molten salt 7 Nitrogen or argon 8 Compound nitride 9 Net 10 Gas introduction pipe 11 Gas introduction pipe 12 Gas blowing pipe 13 Nitrogen 14 reaction vessel (first reaction vessel)
15 Electric furnace 16 Gas blowing pipe 17 Ga-Li-N thin film 18 Partition plate 19 Gas outlet 20 Gas introduction pipe 21 Purification vessel 22 Porous filter 23 Sample reservoir 24 Hydrogen chloride gas 25 Second reaction vessel 26 Lid

Claims (18)

周期表第13族金属元素および周期表第13族以外の金属元素を含有する複合窒化物を、溶融塩を主成分とするイオン性溶媒に溶解した溶液または融液を作成し、該溶液または融液中で第13族金属窒化物結晶の成長を行う工程を有することを特徴とする第13族金属窒化物結晶の製造方法。 A solution or melt is prepared by dissolving a complex nitride containing a metal element other than Group 13 metal element of the periodic table and a metal element other than Group 13 of the periodic table in an ionic solvent containing a molten salt as a main component. A method for producing a Group 13 metal nitride crystal, comprising a step of growing a Group 13 metal nitride crystal in a liquid. 前記溶融塩が一種類または複数種の金属ハロゲン化物であることを特徴とする請求項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1 , wherein the molten salt is one or more types of metal halides. 前記複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素が、前記イオン性溶媒にも含まれていることを特徴とする請求項1または2に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 3. The production of a Group 13 metal nitride crystal according to claim 1, wherein a metal element other than Group 13 of the periodic table contained in the composite nitride is also contained in the ionic solvent. Method. 前記溶液または融液に含まれる周期表第13族金属元素の総モル数に対する、前記溶液または融液に含まれる周期表第13族以外の金属元素の総モル数の比が16〜80の範囲内にあることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The ratio of the total number of moles of metal elements other than Group 13 of the periodic table contained in the solution or melt to the total number of moles of Group 13 metal elements of the periodic table contained in the solution or melt is in the range of 16-80. The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of claims 1 to 3 , wherein the method is provided. 前記複合窒化物に含まれる周期表第13族以外の金属元素の窒化物が前記イオン性溶媒に1.0モル%以上溶解することを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 According to any one of claims 1 to 4, characterized in that the nitride of a metal element other than periodic table Group 13 contained in the composite nitride is dissolved 1.0 mol% in the ionic solvent The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal | crystallization of this. 前記複合窒化物を前記イオン性溶媒に高温で溶解した後、得られた溶液または融液の温度を降下させることにより第13族金属窒化物結晶を成長させることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 After said composite nitride was dissolved at elevated temperature in the ionic solvent, claim, characterized in that growing a Group 13 metal nitride crystal by lowering the temperature of the resulting solution or melt 1-5 The manufacturing method of the group 13 metal nitride crystal as described in any one of these. 前記複合窒化物が前記イオン性溶媒へ溶解する溶解場と前記第13族金属窒化物結晶が成長する結晶成長場が分離されており、前記溶解場の温度が前記成長場の温度よりも高いことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The dissolution field where the composite nitride is dissolved in the ionic solvent and the crystal growth field where the Group 13 metal nitride crystal grows are separated, and the temperature of the dissolution field is higher than the temperature of the growth field The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of claims 1 to 6 , wherein: 前記第13族金属窒化物結晶を種結晶表面または基板上に成長させることを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の周期表第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The method for producing a Group 13 metal nitride crystal of the periodic table according to any one of claims 1 to 7 , wherein the Group 13 metal nitride crystal is grown on a seed crystal surface or a substrate. 前記溶液または融液中における前記第13族金属以外の金属窒化物成分を、前記第13族金属窒化物結晶が成長する結晶成長場から取り除くことを特徴とする請求項1〜のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The metal nitride component other than said Group 13 metal in said solution or melt, claim 1-8, characterized in that removal from the crystal growth field the Group 13 metal nitride crystal is grown one A method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to Item. 前記溶液または融液中における前記第13族金属以外の金属窒化物成分を蒸発、反応、分解または拡散によって結晶成長場から取り除くことを特徴とする、請求項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The group 13 metal nitride according to claim 9 , wherein metal nitride components other than the group 13 metal in the solution or melt are removed from the crystal growth field by evaporation, reaction, decomposition, or diffusion. Crystal production method. 前記第13族金属以外の金属元素がアルカリ金属元素またはアルカリ土類金属元素であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of Claims 1 to 10 , wherein the metal element other than the Group 13 metal is an alkali metal element or an alkaline earth metal element. 前記溶液または融液を含む結晶成長装置内に、前記複合窒化物の固相が残存する状態で第13族金属窒化物結晶の成長を行うことを特徴とする請求項1〜11のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 In the crystal growth apparatus containing said solution or melt, any one of claims 1 to 11 in which the solid phase of the composite nitride is characterized by performing the growth of the state in the Group 13 metal nitride crystal remaining A method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to Item. 前記結晶成長を周期表第2族または第3族元素の酸化物を主成分とする反応容器中で行うことを特徴とする請求項1〜12のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The group 13 metal nitriding according to any one of claims 1 to 12 , wherein the crystal growth is performed in a reaction vessel mainly composed of an oxide of a group 2 or group 3 element of the periodic table. Method for producing physical crystals. 前記反応容器が、標準生成エネルギーが1000Kにおいて−930kJ/mol以下である酸化物を主成分とすることを特徴とする請求項13に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 14. The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to claim 13 , wherein the reaction vessel is mainly composed of an oxide having a standard generation energy of -930 kJ / mol or less at 1000K. 前記結晶成長を常圧で行うことを特徴とする請求項1〜14のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The method for producing a Group 13 metal nitride crystal according to any one of claims 1 to 14 , wherein the crystal growth is performed at normal pressure. 前記結晶成長をアルゴン雰囲気中で行うことを特徴とする請求項1〜15のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The method for producing a group 13 metal nitride crystal according to any one of claims 1 to 15 , wherein the crystal growth is performed in an argon atmosphere. 前記溶液または融液中にドーピング元素を存在させておくことによって、前記元素をドープした第13族金属窒化物結晶を成長させることを特徴とする請求項1〜16のいずれか一項に記載の第13族金属窒化物結晶の製造方法。 The group 13 metal nitride crystal doped with the element is grown by allowing a doping element to be present in the solution or melt, according to any one of claims 1 to 16 . A method for producing a Group 13 metal nitride crystal. 周期表第13族金属元素と周期表第13族元素以外の金属元素を含有する複合窒化物を溶融塩を主成分とするイオン性溶媒に溶解した溶液または融液。 A solution or melt obtained by dissolving a composite nitride containing a metal element other than Group 13 metal element of Periodic Table and Group 13 element in an ionic solvent containing a molten salt as a main component .
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