JP4827107B2 - 窒化物単結晶の製造方法 - Google Patents
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Description
融液の気液界面における温度(TS)と融液の底部における温度(TB)との差(TS−TB)を1℃以上、8℃以下とし、前記融液の気液界面と前記種結晶の成長面とがなす角度を45°以上、135°以下とすることを特徴とする。
また、融液の気液界面と種結晶の成長面とをほぼ垂直とする場合には、育成容器内に複数枚の種結晶を収容し、固定することができるので、生産性が向上する。
ガリウム、アルミニウム、インジウム、ホウ素、亜鉛、ケイ素、錫、アンチモン、ビスマス。
GaN、AlN、InN、これらの混晶(AlGaInN)、BN。
(窒化ガリウム単結晶の育成例)
本発明を利用し、少なくともナトリウム金属を含むフラックスを使用して窒化ガリウム単結晶を育成できる。このフラックスには、ガリウム原料物質を溶解させる。ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。
好適な実施形態においては、窒化ガリウム単結晶の育成温度は、800℃以上であり、900℃以上とすることが好ましく、1000℃以上とすることが更に好ましい。このような高温領域においても良質な窒化ガリウム単結晶が育成可能である。また、高温・高圧での育成により、生産性を向上させ得る可能性がある。
本発明は、少なくともアルミニウムとアルカリ土類を含むフラックスを含む融液を特定の条件下で窒素含有雰囲気中で加圧することによって、AlN単結晶を育成する場合にも有効であることが確認できた。
図4、図7を参照しつつ説明した本発明に従い、GaN単結晶を育成した。
具体的には、金属ガリウム4g、フラックスとして金属ナトリウム4gを、種結晶と共に、育成容器7内に秤量した。種結晶9には、サファイア上に有機金属化学的気相成長法でエピタキシャル成長させたIII族窒化物単結晶薄膜を用いた。種結晶は、成長面が横を向くように縦置きに配置した。この育成容器を、ガス導入口をもつ雰囲気制御用容器4内に配置し密封した。一連の作業は原料およびフラックス等の酸化を防ぐ為、不活性ガス雰囲気中で行なった。
図4、図7を参照しつつ説明した方法にしたがってGaN単結晶を育成した。
具体的には、金属ガリウム4g、フラックスとして金属ナトリウム4gを、種結晶と共に、育成容器7内に秤量した。種結晶には、サファイア上にMOCVDでエピタキシャル成長させたIII族窒化物単結晶薄膜を用いた。種結晶は成長面が横を向くように縦置きに配置した。この育成容器を、ガス導入口をもつ雰囲気制御用容器内に配置し密封した。一連の作業は原料およびフラックス等の酸化を防ぐ為、不活性ガス雰囲気中で行なった。
図9は、種結晶上に均一な厚さで成長したGaN単結晶の写真である。
図4、図6、図7を参照しつつ説明した方法にしたがってGaN単結晶を育成した。
具体的には、金属ガリウム3g、フラックスとして金属ナトリウム3gを、種結晶と共に、育成容器内に秤量した。種結晶には、サファイア上にMOCVDでエピタキシャル成長させたIII族窒化物単結晶薄膜を用いた。種結晶は成長面と気液界面のなす角度が45°となるように、斜め向きに配置した。この育成容器を、ガス導入口をもつ雰囲気制御用容器内に配置し密封した。一連の作業は原料およびフラックス等の酸化を防ぐ為、不活性ガス雰囲気中で行なった。
図5を参照しつつ説明した方法に従い、GaN単結晶を育成した。
具体的には、金属ガリウム4g、フラックスとして金属ナトリウム4gを、種結晶と共に、育成容器内に秤量した。種結晶には、サファイア上にMOCVDでエピタキシャル成長させたIII族窒化物単結晶薄膜を用いた。種結晶は成長面が横を向くように縦置きに配置した。この育成容器を、ガス導入口をもつ雰囲気制御用容器内に配置し密封した。一連の作業は原料およびフラックス等の酸化を防ぐ為、不活性ガス雰囲気中で行なった。
比較例1と同様にしてGaN単結晶を育成した。ただし、温度差(TS−TB)を10℃とした。
種結晶上に育成したGaN結晶の厚さは、上側1mm、育成容器底側は50μm程度であった。また成長した結晶は配向した微結晶の集合体であり、X線回折のピーク半値幅は上側400arcsec、下側200arcsecと非常に大きくなり、かつ不均一であった。
1 気体タンク: 2 圧力制御装置: 3 配管: 4 雰囲気制御用容器: 6A〜6C 発熱体: 7 育成容器: 8 単結晶: 9 種結晶: 9a 成長面: 10 融液: 11 単結晶に付着した雑晶: 12 気液界面に沿って発生した雑晶: 13 窒素含有雰囲気: 14 気液界面: 15 融液内部で発生する雑晶: A 温度: [N](固液) 固液平衡から求められる窒素の最大溶解量: [N](気液) 気液平衡から求められる窒素の溶解量: [N] 融液中の窒素濃度
Claims (3)
- 育成容器内でフラックスおよび単結晶原料を含む融液中で種結晶上に窒化物単結晶を製造する方法であって、
前記融液の気液界面における温度(TS)と前記融液の底部における温度(TB)との差(TS−TB)を1℃以上、8℃以下とし、前記融液の気液界面と前記種結晶の成長面とがなす角度を45°以上、135°以下とすることを特徴とする、窒化物単結晶の製造方法。 - 前記融液の気液界面における温度(TS)と前記融液の底部における温度(TB)との差(TS−TB)を3℃以上、7℃以下とすることを特徴とする、請求項1記載の窒化物単結晶の製造方法。
- 前記融液の気液界面と前記種結晶の前記成長面とがほぼ垂直であることを特徴とする、請求項1または2記載の窒化物単結晶の製造方法。
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