JP4921855B2 - Production method - Google Patents

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JP4921855B2 JP2006154427A JP2006154427A JP4921855B2 JP 4921855 B2 JP4921855 B2 JP 4921855B2 JP 2006154427 A JP2006154427 A JP 2006154427A JP 2006154427 A JP2006154427 A JP 2006154427A JP 4921855 B2 JP4921855 B2 JP 4921855B2
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Description

この発明は、III族窒化物結晶を製造する結晶製造装置およびIII族窒化物結晶の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a crystal manufacturing apparatus for manufacturing a group III nitride crystal and a method for manufacturing a group III nitride crystal.

現在、紫外、紫〜青〜緑色光源として用いられているInGaAlN(III族窒化物半導体)系デバイスは、その殆どがサファイアおよびシリコンカーバイド(SiC)を基板とし、その基板上にMOCVD法(有機金属化学気相成長法)およびMBE法(分子線結晶成長法)等を用いて作製されている。   At present, most of InGaAlN (group III nitride semiconductor) -based devices used as ultraviolet, violet to blue to green light sources have sapphire and silicon carbide (SiC) as substrates, and MOCVD (organometallic) is formed on the substrate. Chemical vapor deposition) and MBE (molecular beam crystal growth) are used.

このように、サファイアおよびシリコンカーバイドを基板として用いた場合、熱膨張係数および格子定数が基板とIII族窒化物半導体とでそれぞれ大きく異なっているため、III族窒化物半導体内に多くの結晶欠陥が含まれることとなる。この結晶欠陥は、デバイス特性を低下させ、たとえば、発光デバイスにおいては、寿命が短い、動作電力が大きい、等の欠点に直接関係する。   Thus, when sapphire and silicon carbide are used as the substrate, the thermal expansion coefficient and the lattice constant are greatly different between the substrate and the group III nitride semiconductor, so that many crystal defects are present in the group III nitride semiconductor. Will be included. This crystal defect degrades device characteristics, and is directly related to defects such as short lifetime and high operating power in a light emitting device, for example.

また、サファイア基板は、絶縁体であるため、従来の発光デバイスのように基板側から電極を取り出すことが不可能であった。これにより、III族窒化物半導体側から電極を取り出すことが必要となる。その結果、デバイスの面積が大きくなり、高コスト化を招くという不都合があった。そして、デバイスの面積が大きくなると、サファイア基板とIII族窒化物半導体という異種材料の組み合わせに伴う基板の反りという新たな問題が発生する。   Further, since the sapphire substrate is an insulator, it has been impossible to take out the electrode from the substrate side like a conventional light emitting device. Thereby, it is necessary to take out the electrode from the group III nitride semiconductor side. As a result, there is a disadvantage that the area of the device is increased and the cost is increased. And when the area of a device becomes large, the new problem of the curvature of a board | substrate accompanying the combination of a dissimilar material called a sapphire substrate and a group III nitride semiconductor will generate | occur | produce.

さらに、サファイア基板上に作製されたIII族窒化物半導体デバイスは、劈開によるチップ分離が困難であり、レーザダイオード(LD)において必要とされる共振器端面を得ることは、容易ではない。このため、現在は、ドライエッチング、またはサファイア基板を厚さ100μm以下まで研磨した後に劈開に近い形に分離し、共振器端面の形成を行なっている。したがって、従来のLDのように、共振器端面の形成とチップ分離とを単一工程で行なうことが困難であり、工程の複雑化によるコスト高を招いていた。   Further, the group III nitride semiconductor device fabricated on the sapphire substrate is difficult to separate by chip cleavage, and it is not easy to obtain a resonator end face required in a laser diode (LD). Therefore, at present, the end face of the resonator is formed by dry etching or separating the sapphire substrate into a shape close to cleavage after polishing to a thickness of 100 μm or less. Therefore, unlike the conventional LD, it is difficult to perform the formation of the resonator end face and the chip separation in a single process, resulting in high costs due to the complicated process.

これらの問題を解決するため、サファイア基板上にIII族窒化物半導体を選択的に横方向に成長させるなどの工夫をし、結晶欠陥を低減させることが提案された。これにより、結晶欠陥を低減させることが可能となったが、サファイア基板の絶縁性および上述した劈開の困難性に関する問題は、依然として残っている。   In order to solve these problems, it has been proposed to reduce crystal defects by devising such as selectively growing a group III nitride semiconductor in a lateral direction on a sapphire substrate. This makes it possible to reduce crystal defects, but the problems relating to the insulating properties of the sapphire substrate and the aforementioned difficulty of cleavage still remain.

こうした問題を解決するためには、基板上に結晶成長する材料と同一である窒化ガリウム(GaN)基板が最適である。そのため、気相成長および融液成長等により、バルクGaNを結晶成長させる方法が、各種、提案されている。しかし、未だ高品質かつ実用的な大きさを有するGaN基板は、実現されていない。   In order to solve these problems, a gallium nitride (GaN) substrate that is the same as the material for crystal growth on the substrate is optimal. Therefore, various methods for crystal growth of bulk GaN by vapor phase growth and melt growth have been proposed. However, a GaN substrate having a high quality and a practical size has not been realized yet.

GaN基板を実現する1つの方法として、ナトリウム(Na)をフラックスとして用いたGaN結晶成長方法が提案されている(特許文献1)。この方法は、アジ化ナトリウム(NaN)と金属Gaとを原料として、ステンレス製の反応容器(容器内寸法:内径=7.5mm、長さ=100mm)にNaNおよび金属Gaを窒素雰囲気中で封入し、その反応容器を600〜800℃の温度で24〜100時間保持することにより、GaN結晶が成長するものである。 As one method for realizing a GaN substrate, a GaN crystal growth method using sodium (Na) as a flux has been proposed (Patent Document 1). In this method, sodium azide (NaN 3 ) and metallic Ga are used as raw materials, and NaN 3 and metallic Ga are placed in a nitrogen atmosphere in a stainless steel reaction vessel (inner dimensions: inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm). The GaN crystal grows by encapsulating the reaction vessel and holding the reaction vessel at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours.

この方法は、600〜800℃と比較的低温での結晶成長が可能であり、容器内圧力も高々100kg/cm程度と比較的低く、実用的な成長条件であることが特徴である。 This method is characterized in that crystal growth is possible at a relatively low temperature of 600 to 800 ° C., and the pressure in the container is relatively low at about 100 kg / cm 2 at most, which is a practical growth condition.

そして、最近では、アルカリ金属とIII族金属との混合融液と、窒素を含むV族原料とを反応させることにより、高品質なIII族窒化物結晶が実現されている(特許文献2)。   Recently, a high-quality group III nitride crystal has been realized by reacting a mixed melt of an alkali metal and a group III metal with a group V raw material containing nitrogen (Patent Document 2).

また、金属Naと金属Gaとを含む混合融液を坩堝に入れ、その坩堝を反応容器内に設置し、さらに、反応容器内の坩堝の外に金属Na融液を保持し、金属Naの蒸気圧を高めてGaN結晶を結晶成長させる方法も知られている(特許文献3)。
米国特許第5868837号明細書 特開2001−58900号公報 特開2005−263571号公報
Further, a mixed melt containing metal Na and metal Ga is put in a crucible, the crucible is placed in a reaction vessel, and the metal Na melt is held outside the crucible in the reaction vessel, and vapor of metal Na A method of growing a GaN crystal by increasing the pressure is also known (Patent Document 3).
US Pat. No. 5,868,837 JP 2001-58900 A JP 2005-263571 A

しかし、GaN結晶を結晶成長する従来の結晶製造装置においては、GaN結晶の結晶成長中、混合融液中の金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持することが困難であるという問題がある。即ち、金属Naは、蒸気圧が高く、混合融液からその外部に拡散したり、逆に外部から混合融液に拡散してくる場合がある。更に、金属Gaは、結晶成長の進行に伴い、混合融液中から消費される。その結果、混合融液中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制することが困難となる。   However, in the conventional crystal manufacturing apparatus for growing a GaN crystal, it is difficult to keep the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt substantially constant during the growth of the GaN crystal. There is. That is, metal Na has a high vapor pressure and may diffuse from the mixed melt to the outside, or conversely, from the outside to the mixed melt. Further, the metal Ga is consumed from the mixed melt as the crystal growth proceeds. As a result, it becomes difficult to suppress fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt.

そこで、この発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、その目的は、アルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造する結晶製造装置を提供することである。   Accordingly, the present invention has been made to solve such a problem, and an object of the present invention is to provide a crystal manufacturing apparatus for manufacturing a group III nitride crystal by suppressing a variation in the mixing ratio between an alkali metal and a group III metal. Is to provide.

また、この発明の別の目的は、アルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造する製造方法を提供することである。   Another object of the present invention is to provide a production method for producing a group III nitride crystal while suppressing fluctuations in the mixing ratio between an alkali metal and a group III metal.

この発明によれば、アルカリ金属およびIII族金属を含み、容器内の坩堝に保持される混合融液と、窒素原料ガスとを用いてIII族窒化物結晶を製造する製造方法であって、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で前記アルカリ金属および前記III族金属が前記坩堝内に設定される第1の工程と、前記不活性ガスまたは前記窒素ガス雰囲気中で、前記窒素原料ガスが前記容器空間に供給される経路上に存在する第1の領域、および、前記容器空間に連通し前記第1の領域とは異なる第2の領域の少なくとも一方に、前記アルカリ金属を設定する第2の工程と、前記容器空間に窒素原料ガスを供給する第3の工程と、前記坩堝を結晶成長温度に加熱する第4の工程と、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を凝縮温度に制御し、前記第2の領域に存在するアルカリ金属の温度を前記蒸発抑制温度に制御する第5の工程と、を備え、前記蒸発抑制温度は、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液および第2の領域に存在するアルカリ金属融液の少なくとも一方から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧が前記混合融液から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧に略一致する温度であり、前記凝縮温度は、アルカリ金属蒸気が金属融液として前記第1の領域に溜まる温度であるAccording to the present invention, there is provided a manufacturing method for manufacturing a group III nitride crystal using a mixed melt containing an alkali metal and a group III metal and held in a crucible in a container, and a nitrogen source gas. A first step in which the alkali metal and the group III metal are set in the crucible in an active gas or nitrogen gas atmosphere; and the nitrogen source gas is in the container space in the inert gas or nitrogen gas atmosphere. A second step of setting the alkali metal in at least one of a first region existing on a path supplied to the container and a second region communicating with the container space and different from the first region; A third step of supplying a nitrogen source gas to the vessel space, a fourth step of heating the crucible to the crystal growth temperature, and setting the temperature of the alkali metal melt present in the first region to the condensation temperature. Control And a fifth step of controlling the temperature of the alkali metal present in the second region to the evaporation restraining temperature, the evaporation restraining temperature, the alkali metal melt and a second is present in said first region The vapor pressure of the alkali metal evaporating from at least one of the alkali metal melts existing in the region is substantially the same as the vapor pressure of the alkali metal evaporating from the mixed melt, and the condensation temperature is It is the temperature that accumulates in the first region as a metal melt .

好ましくは、製造方法は、所定の期間、前記坩堝の温度を前記結晶成長温度に加熱し、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を前記凝縮温度に制御し、かつ、前記第2の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を前記蒸発抑制温度に制御する第6の工程をさらに備える。 Preferably, in the manufacturing method, the temperature of the crucible is heated to the crystal growth temperature for a predetermined period, the temperature of the alkali metal melt existing in the first region is controlled to the condensation temperature, and the first And a sixth step of controlling the temperature of the alkali metal melt existing in the region 2 to the evaporation suppression temperature.

好ましくは、製造方法は、前記所定の期間が経過すると、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を蒸発促進温度に制御し、前記第2の領域に存在するアルカリ金属融液を前記凝縮温度に制御する第7の工程をさらに備え、前記蒸発促進温度は、前記アルカリ金属融液が気相輸送によって他の部分へ移動する温度である。 Preferably, in the manufacturing method, when the predetermined period has elapsed, the temperature of the alkali metal melt existing in the first region is controlled to an evaporation promoting temperature, and the alkali metal melt present in the second region is controlled. A seventh step of controlling to the condensation temperature is further provided, and the evaporation promotion temperature is a temperature at which the alkali metal melt moves to another part by gas phase transport.

好ましくは、製造方法は、前記混合融液と前記容器空間との界面に接するように、または前記混合融液中に浸漬されるように種結晶が保持される第6の工程をさらに備え、前記第3の工程において、前記容器空間の圧力を前記種結晶からIII族窒化物結晶が結晶成長する種結晶成長圧力に設定するように前記窒素原料ガスを前記容器空間へ供給し、前記第4の工程において、前記坩堝の温度を前記種結晶からIII族窒化物結晶が結晶成長する種結晶成長温度に設定するように前記坩堝を加熱する。   Preferably, the manufacturing method further includes a sixth step in which a seed crystal is held so as to be in contact with an interface between the mixed melt and the container space or soaked in the mixed melt. In the third step, the nitrogen source gas is supplied to the container space so that the pressure in the container space is set to a seed crystal growth pressure at which a group III nitride crystal grows from the seed crystal, In the step, the crucible is heated so that the temperature of the crucible is set to a seed crystal growth temperature at which a group III nitride crystal grows from the seed crystal.

好ましくは、第3の工程において、前記容器空間の圧力を前記混合融液と前記坩堝との界面から多核発生が生じる核発生圧力に設定するように前記窒素原料ガスを前記容器空間へ供給し、前記第4の工程において、前記坩堝の温度を前記混合融液と前記坩堝との界面から多核発生が生じる核発生温度に設定するように前記坩堝を加熱する。   Preferably, in the third step, the nitrogen source gas is supplied to the container space so that the pressure in the container space is set to a nucleation pressure at which multinucleation occurs from the interface between the mixed melt and the crucible, In the fourth step, the crucible is heated so that the temperature of the crucible is set to a nucleation temperature at which multinucleation occurs from the interface between the mixed melt and the crucible.

この発明においては、第1および第2のアルカリ金属融液の少なくとも一方のアルカリ金属融液によってアルカリ金属とIII族金属とを含む混合融液からのアルカリ金属の蒸気を抑制してIII族窒化物結晶が結晶成長される。   In this invention, the alkali metal vapor from the mixed melt containing the alkali metal and the group III metal is suppressed by the alkali metal melt of at least one of the first and second alkali metal melts, and the group III nitride Crystals are grown.

したがって、この発明によれば、混合融液中のアルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造できる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to produce a group III nitride crystal while suppressing a variation in the mixing ratio between the alkali metal and the group III metal in the mixed melt.

また、この発明によれば、アルカリ金属とIII族金属とを含む混合融液から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧と、第1および第2のアルカリ金属融液の少なくとも一方のアルカリ金属融液から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧とを略同一にしてIII族窒化物結晶が結晶成長される。この場合、III族窒化物結晶の結晶成長中、混合融液からアルカリ金属融液へのアルカリ金属の移動と、アルカリ金属融液から混合融液へのアルカリ金属の移動とが平衡になる。   Further, according to the present invention, the vapor pressure of the alkali metal evaporated from the mixed melt containing the alkali metal and the group III metal and the evaporation from at least one alkali metal melt of the first and second alkali metal melts. The group III nitride crystal is grown with substantially the same vapor pressure of the alkali metal. In this case, during the growth of the group III nitride crystal, the movement of the alkali metal from the mixed melt to the alkali metal melt and the movement of the alkali metal from the alkali metal melt to the mixed melt are balanced.

したがって、この発明によれば、混合融液中のアルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造できる。   Therefore, according to the present invention, it is possible to produce a group III nitride crystal while suppressing a variation in the mixing ratio between the alkali metal and the group III metal in the mixed melt.

本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。   Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals and description thereof will not be repeated.

[実施の形態1]
図1は、この発明の実施の形態1による結晶製造装置の概略断面図である。図1を参照して、この発明の実施の形態1による結晶製造装置100は、坩堝10と、反応容器20と、ベローズ30と、支持装置40と、加熱装置50,60と、温度センサー51,61,71,81と、加熱/冷却器70,80と、ガス供給管90,200と、バルブ110,150と、圧力調整器120と、ガスボンベ130,220と、排気管140と、真空ポンプ160と、圧力センサー170と、配管180と、熱電対190と、流量計210と、振動印加装置230と、上下機構240と、振動検出装置250と、温度制御装置260と、アルカリ金属融液280,290とを備える。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. Referring to FIG. 1, a crystal manufacturing apparatus 100 according to Embodiment 1 of the present invention includes a crucible 10, a reaction vessel 20, a bellows 30, a support device 40, heating devices 50 and 60, a temperature sensor 51, 61, 71, 81, heating / cooling devices 70, 80, gas supply pipes 90, 200, valves 110, 150, pressure regulator 120, gas cylinders 130, 220, exhaust pipe 140, vacuum pump 160 A pressure sensor 170, a pipe 180, a thermocouple 190, a flow meter 210, a vibration applying device 230, a vertical mechanism 240, a vibration detecting device 250, a temperature control device 260, an alkali metal melt 280, 290.

坩堝10は、略円柱形状を有し、ボロンナイトライド(BN)またはSUS316Lからなる。反応容器20は、坩堝10と所定の間隔を隔てて坩堝10の周囲に配置される。すなわち、反応容器20は、坩堝10を内部に含む。そして、反応容器20は、本体部21と、蓋部22と、融液溜め部23とからなる。本体部21、蓋部22および融液溜め部23の各々は、SUS316Lからなり、本体部21と蓋部22との間は、メタルオーリングによってシールされる。また、融液溜め部23は、本体部21の底面に設けられる。   The crucible 10 has a substantially cylindrical shape and is made of boron nitride (BN) or SUS316L. The reaction vessel 20 is arranged around the crucible 10 with a predetermined distance from the crucible 10. That is, the reaction vessel 20 includes the crucible 10 inside. The reaction vessel 20 includes a main body portion 21, a lid portion 22, and a melt reservoir portion 23. Each of the main body 21, the lid 22, and the melt reservoir 23 is made of SUS316L, and the space between the main body 21 and the lid 22 is sealed with a metal O-ring. In addition, the melt reservoir 23 is provided on the bottom surface of the main body 21.

ベローズ30は、重力方向DR1において、坩堝10の上側で反応容器20に連結される。支持装置40は、中空の筒形状からなり、一部がベローズ30を介して反応容器20内の空間24内へ挿入される。   The bellows 30 is connected to the reaction vessel 20 on the upper side of the crucible 10 in the gravity direction DR1. The support device 40 has a hollow cylindrical shape, and a part thereof is inserted into the space 24 in the reaction vessel 20 through the bellows 30.

加熱装置50は、反応容器20の外周面20Aを囲むように配置される。加熱装置60は、反応容器20の底面20Bに対向して配置される。温度センサー51,61は、それぞれ、加熱装置50,60に近接して配置される。   The heating device 50 is disposed so as to surround the outer peripheral surface 20 </ b> A of the reaction vessel 20. The heating device 60 is disposed to face the bottom surface 20B of the reaction vessel 20. The temperature sensors 51 and 61 are disposed close to the heating devices 50 and 60, respectively.

加熱/冷却器70は、融液溜め部23の周囲を囲むように配置され、加熱/冷却器80は、ガス供給管90のうち、融液凝縮部90Aの周囲を囲むように配置される。温度センサー71,81は、それぞれ、加熱/冷却器70,80に近接して配置される。 The heating / cooling device 70 is arranged so as to surround the melt reservoir 23, and the heating / cooling device 80 is arranged so as to surround the melt condensing unit 90 </ b> A in the gas supply pipe 90. The temperature sensors 71 and 81 are arranged close to the heating / cooling devices 70 and 80, respectively.

ガス供給管90は、ガス導入管91,92からなる。ガス供給管91は、融液凝縮部90Aを有し、一方端がベローズ30に連結され、他方端がバルブ110に連結される。ガス供給管92は、一方端がバルブ110に連結され、他方端が圧力調整器120を介してガスボンベ130に連結される。バルブ110は、ガス供給管90に装着され、ガス供給管91とガス供給管92とを連結する。 The gas supply pipe 90 includes gas introduction pipes 91 and 92. The gas supply pipe 91 has a melt condensing unit 90 </ b> A, one end connected to the bellows 30, and the other end connected to the valve 110. The gas supply pipe 92 has one end connected to the valve 110 and the other end connected to the gas cylinder 130 via the pressure regulator 120. The valve 110 is attached to the gas supply pipe 90 and connects the gas supply pipe 91 and the gas supply pipe 92.

圧力調整器120は、ガスボンベ130の近傍でガス供給管90(ガス供給管92)に装着される。ガスボンベ130は、ガス供給管90(ガス供給管92)に連結される。   The pressure regulator 120 is attached to the gas supply pipe 90 (gas supply pipe 92) in the vicinity of the gas cylinder 130. The gas cylinder 130 is connected to a gas supply pipe 90 (gas supply pipe 92).

排気管140は、一方端がバルブ150を介して反応容器20に連結され、他方端が真空ポンプ160に連結される。バルブ150は、反応容器20の近傍で排気管140に装着される。真空ポンプ160は、排気管140の他方端に連結される。   One end of the exhaust pipe 140 is connected to the reaction vessel 20 via the valve 150, and the other end is connected to the vacuum pump 160. The valve 150 is attached to the exhaust pipe 140 in the vicinity of the reaction vessel 20. The vacuum pump 160 is connected to the other end of the exhaust pipe 140.

圧力センサー170は、反応容器20に取り付けられる。配管180および熱電対190は、支持装置40の内部に挿入される。ガス供給管200は、一方端が配管180に連結され、他方端が流量計210を介してガスボンベ220に連結される。流量計210は、ガスボンベ220の近傍でガス供給管200に装着される。ガスボンベ220は、ガス供給管200の他方端に連結される。上下機構240は、ベローズ30の上側において支持装置40に取り付けられる。   The pressure sensor 170 is attached to the reaction vessel 20. The pipe 180 and the thermocouple 190 are inserted into the support device 40. The gas supply pipe 200 has one end connected to the pipe 180 and the other end connected to the gas cylinder 220 via the flow meter 210. The flow meter 210 is attached to the gas supply pipe 200 in the vicinity of the gas cylinder 220. The gas cylinder 220 is connected to the other end of the gas supply pipe 200. The vertical mechanism 240 is attached to the support device 40 on the upper side of the bellows 30.

アルカリ金属融液280は、金属ナトリウム(金属Na)融液からなり、融液溜め部23に保持される。アルカリ金属融液290は、金属Na融液からなり、ガス供給管90の融液凝縮部90Aに保持される。 The alkali metal melt 280 is made of a metal sodium (metal Na) melt and is held in the melt reservoir 23. The alkali metal melt 290 is made of a metal Na melt and is held in the melt condensing unit 90 </ b> A of the gas supply pipe 90.

坩堝10は、金属Naと、金属ガリウム(金属Ga)とを含む混合融液270を保持する。反応容器20は、坩堝10の周囲を覆う。融液溜め部23は、アルカリ金属融液280を溜める。ベローズ30は、支持装置40を保持するとともに、反応容器20の内部と外部とを遮断する。また、ベローズ30は、支持装置40の重力方向DR1への移動に伴って重力方向DR1に伸縮する。支持装置40は、反応容器20内に挿入された一方端にGaN結晶からなる種結晶5を支持する。   The crucible 10 holds a mixed melt 270 containing metal Na and metal gallium (metal Ga). The reaction vessel 20 covers the periphery of the crucible 10. The melt reservoir 23 stores the alkali metal melt 280. The bellows 30 holds the support device 40 and blocks the inside and outside of the reaction vessel 20. The bellows 30 expands and contracts in the gravity direction DR1 as the support device 40 moves in the gravity direction DR1. The support device 40 supports the seed crystal 5 made of a GaN crystal at one end inserted into the reaction vessel 20.

加熱装置50は、ヒーターと、電流源とからなる。そして、加熱装置50は、温度制御装置260からの制御信号CTL1に応じて電流源によってヒーターに電流を流し、反応容器20の外周面20Aから坩堝10および反応容器20を結晶成長温度に加熱する。温度センサー51は、加熱装置50のヒーターの温度T1を検出し、その検出した温度T1を温度制御装置260へ出力する。   The heating device 50 includes a heater and a current source. Then, the heating device 50 supplies a current to the heater with a current source in accordance with the control signal CTL1 from the temperature control device 260, and heats the crucible 10 and the reaction vessel 20 from the outer peripheral surface 20A of the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature. The temperature sensor 51 detects the temperature T1 of the heater of the heating device 50, and outputs the detected temperature T1 to the temperature control device 260.

加熱装置60も、ヒーターと、電流源とからなる。そして、加熱装置60は、温度制御装置260からの制御信号CTL2に応じて電流源によってヒーターに電流を流し、反応容器20の底面20Bから坩堝10および反応容器20を結晶成長温度に加熱する。温度センサー61は、加熱装置60のヒーターの温度T2を検出し、その検出した温度T2を温度制御装置260へ出力する。   The heating device 60 also includes a heater and a current source. Then, the heating device 60 causes the current to flow through the heater with a current source in accordance with the control signal CTL2 from the temperature control device 260, and heats the crucible 10 and the reaction vessel 20 from the bottom surface 20B of the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature. The temperature sensor 61 detects the temperature T2 of the heater of the heating device 60 and outputs the detected temperature T2 to the temperature control device 260.

加熱/冷却器70は、加熱部と冷却部とからなる。加熱部は、ヒーターと、電流源とからなり、電流源によってヒーターに電流を流すことによって融液溜め部23を加熱する。また、冷却部は、融液溜め部23に冷風を吹きつけることによって融液溜め部23を冷却する。加熱/冷却器70は、温度制御装置260からの制御信号CTL3に応じて、融液溜め部23の温度を蒸発抑制温度に加熱し、または融液溜め部23の温度を凝縮温度に冷却する。ここで、蒸発抑制温度は、混合融液270から蒸発するアルカリ金属(金属Na)の蒸気圧PNa−Gaがアルカリ金属融液280から蒸発するアルカリ金属(金属Na)の蒸気圧PNaに略一致する温度である。また、凝縮温度は、アルカリ金属蒸気(金属Na蒸気)が金属融液として溜まる温度である。 The heating / cooling device 70 includes a heating unit and a cooling unit. The heating unit includes a heater and a current source, and heats the melt reservoir 23 by causing a current to flow through the heater by the current source. The cooling unit cools the melt reservoir 23 by blowing cool air to the melt reservoir 23. The heating / cooling device 70 heats the temperature of the melt reservoir 23 to the evaporation suppression temperature or cools the temperature of the melt reservoir 23 to the condensation temperature in accordance with the control signal CTL3 from the temperature control device 260. Here, the evaporation suppression temperature is substantially equal to the vapor pressure P Na of the alkali metal (metal Na) vaporized from the alkali metal melt 280 by the vapor pressure P Na-Ga of the alkali metal (metal Na) evaporated from the mixed melt 270. Matching temperature. The condensation temperature is a temperature at which alkali metal vapor (metal Na vapor) accumulates as a metal melt.

温度センサー71は、加熱/冷却器70の加熱部または冷却部の温度T3を検出し、その検出した温度T3を温度制御装置260へ出力する。   The temperature sensor 71 detects the temperature T3 of the heating part or the cooling part of the heating / cooling device 70, and outputs the detected temperature T3 to the temperature control device 260.

加熱/冷却器80は、加熱/冷却器70と同じ構造からなる。そして、加熱/冷却器80は、温度制御装置260からの制御信号CTL4に応じて、融液凝縮部90Aの温度を凝縮温度に設定し、または融液凝縮部90Aの温度を蒸発促進温度に加熱する。ここで、蒸発促進温度は、アルカリ金属が気相輸送によって他の部分へ移動する温度である。 The heating / cooling device 80 has the same structure as the heating / cooling device 70. Then, the heater / cooler 80 sets the temperature of the melt condensing unit 90A to the condensing temperature or heats the temperature of the melt condensing unit 90A to the evaporation promoting temperature in accordance with the control signal CTL4 from the temperature control device 260. To do. Here, the evaporation promotion temperature is a temperature at which the alkali metal moves to another part by vapor transport.

温度センサー81は、加熱/冷却器80の加熱部または冷却部の温度T4を検出し、その検出した温度T4を温度制御装置260へ出力する。   The temperature sensor 81 detects the temperature T4 of the heating unit or the cooling unit of the heating / cooling device 80, and outputs the detected temperature T4 to the temperature control device 260.

ガス供給管90は、ガスボンベ130から圧力調整器120を介して供給された窒素ガスをアルカリ金属融液290を介して反応容器20内へ供給する。バルブ110は、ガス供給管90内の窒素ガスを反応容器20内へ供給し、または窒素ガスの反応容器20内への供給を停止する。また、バルブ110は、ガス供給管90をガス供給管91,92に分離し、またはガス供給管91,92を連結する。圧力調整器120は、ガスボンベ130からの窒素ガスを所定の圧力にしてガス供給管90に供給する。   The gas supply pipe 90 supplies nitrogen gas supplied from the gas cylinder 130 via the pressure regulator 120 into the reaction vessel 20 via the alkali metal melt 290. The valve 110 supplies nitrogen gas in the gas supply pipe 90 into the reaction vessel 20 or stops supply of nitrogen gas into the reaction vessel 20. The valve 110 separates the gas supply pipe 90 into the gas supply pipes 91 and 92 or connects the gas supply pipes 91 and 92 to each other. The pressure regulator 120 supplies nitrogen gas from the gas cylinder 130 to the gas supply pipe 90 at a predetermined pressure.

ガスボンベ130は、窒素ガスを保持する。排気管140は、反応容器20内の気体を真空ポンプ160へ通過させる。バルブ150は、反応容器20内と排気管140とを空間的に繋げ、または反応容器20内と排気管140とを空間的に遮断する。真空ポンプ160は、排気管140およびバルブ150を介して反応容器20内の真空引きを行なう。   The gas cylinder 130 holds nitrogen gas. The exhaust pipe 140 allows the gas in the reaction vessel 20 to pass through the vacuum pump 160. The valve 150 spatially connects the inside of the reaction vessel 20 and the exhaust pipe 140 or spatially blocks the inside of the reaction vessel 20 and the exhaust pipe 140. The vacuum pump 160 evacuates the reaction vessel 20 through the exhaust pipe 140 and the valve 150.

圧力センサー170は、反応容器20内の圧力を検出する。配管180は、ガス供給管200から供給された窒素ガスを一方端から支持装置40内へ放出して種結晶5を冷却する。熱電対190は、種結晶5の温度T5を検出し、その検出した温度T5を温度制御装置260へ出力する。なお、支持装置40内に放出された窒素ガスは、支持装置40の図示されていない開口部を介して結晶製造装置100外へ放出される。   The pressure sensor 170 detects the pressure in the reaction vessel 20. The pipe 180 cools the seed crystal 5 by releasing the nitrogen gas supplied from the gas supply pipe 200 into the support device 40 from one end. The thermocouple 190 detects the temperature T5 of the seed crystal 5 and outputs the detected temperature T5 to the temperature control device 260. Note that the nitrogen gas released into the support device 40 is released outside the crystal manufacturing apparatus 100 through an opening (not shown) of the support device 40.

ガス供給管200は、ガスボンベ220から流量計210を介して供給された窒素ガスを配管180へ供給する。流量計210は、温度制御装置260からの制御信号CTL5に応じて、ガスボンベ220から供給された窒素ガスの流量を調整してガス供給管200へ供給する。ガスボンベ220は、窒素ガスを保持する。   The gas supply pipe 200 supplies the nitrogen gas supplied from the gas cylinder 220 via the flow meter 210 to the pipe 180. The flow meter 210 adjusts the flow rate of the nitrogen gas supplied from the gas cylinder 220 in accordance with the control signal CTL5 from the temperature control device 260 and supplies it to the gas supply pipe 200. The gas cylinder 220 holds nitrogen gas.

振動印加装置230は、たとえば、圧電素子からなり、所定の周波数を有する振動を支持装置40に印加する。上下機構240は、振動検出装置250からの振動検出信号BDSに応じて、後述する方法によって、種結晶5が空間24と混合融液270との気液界面2に接するように支持装置40を上下する。   The vibration applying device 230 is made of, for example, a piezoelectric element, and applies vibration having a predetermined frequency to the support device 40. The vertical mechanism 240 moves the support device 40 up and down so that the seed crystal 5 comes into contact with the gas-liquid interface 2 between the space 24 and the mixed melt 270 by a method described later in accordance with the vibration detection signal BDS from the vibration detection device 250. To do.

振動検出装置250は、たとえば、加速度ピックアップからなり、支持装置40の振動を検出するとともに、支持装置40の振動を示す振動検出信号BDSを上下機構240へ出力する。   The vibration detection device 250 includes, for example, an acceleration pickup, detects vibration of the support device 40, and outputs a vibration detection signal BDS indicating the vibration of the support device 40 to the vertical mechanism 240.

温度制御装置260は、温度T1〜T5をそれぞれ温度センサー51,61,71,81および熱電対190から受け、その受けた温度T1〜T5に基づいてそれぞれ制御信号CTL1〜CTL5を生成する。より具体的には、温度制御装置260は、温度センサー51からの温度T1に基づいて、坩堝10および反応容器20を結晶成長温度に加熱するための制御信号CTL1を生成し、温度センサー61からの温度T2に基づいて、坩堝10および反応容器20を結晶成長温度に加熱するための制御信号CTL2を生成する。また、温度制御装置260は、温度センサー71からの温度T3に基づいて、融液溜め部23の温度を蒸発抑制温度Tevcに制御するための制御信号CTL3を生成し、または融液溜め部23の温度を凝縮温度Tcohに制御するための制御信号CTL3を生成する。さらに、温度制御装置260は、温度センサー81からの温度T4に基づいて、融液凝縮部90Aの温度を凝縮温度Tcohに制御するための制御信号CTL4を生成し、または融液凝縮部90Aの温度を蒸発促進温度Tevに制御するための制御信号CTL4を生成する。さらに、温度制御装置260は、熱電対190からの温度T5に基づいて、種結晶5の温度T5を結晶成長温度よりも低い温度に設定する流量からなる窒素ガスを流すための制御信号CTL5を生成する。 The temperature control device 260 receives the temperatures T1 to T5 from the temperature sensors 51, 61, 71, 81 and the thermocouple 190, respectively, and generates control signals CTL1 to CTL5 based on the received temperatures T1 to T5. More specifically, the temperature control device 260 generates a control signal CTL1 for heating the crucible 10 and the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature based on the temperature T1 from the temperature sensor 51, and outputs the control signal CTL1 from the temperature sensor 61. Based on the temperature T2, a control signal CTL2 for heating the crucible 10 and the reaction vessel 20 to the crystal growth temperature is generated. Further, the temperature control device 260 generates a control signal CTL3 for controlling the temperature of the melt reservoir 23 to the evaporation suppression temperature Tevc based on the temperature T3 from the temperature sensor 71 or the melt reservoir 23 A control signal CTL3 for controlling the temperature to the condensation temperature Tcoh is generated. Further, the temperature control device 260 generates a control signal CTL4 for controlling the temperature of the melt condensing unit 90A to the condensing temperature Tcoh based on the temperature T4 from the temperature sensor 81, or the temperature of the melt condensing unit 90A. A control signal CTL4 for controlling the temperature to the evaporation promotion temperature Tev is generated. Furthermore, the temperature control device 260 generates a control signal CTL5 for flowing nitrogen gas having a flow rate that sets the temperature T5 of the seed crystal 5 to a temperature lower than the crystal growth temperature, based on the temperature T5 from the thermocouple 190. To do.

そして、温度制御装置260は、その生成した制御信号CTL1,CTL2をそれぞれ加熱装置50,60へ出力し、制御信号CTL3,CTL4をそれぞれ加熱/冷却器70,80へ出力し、制御信号CTL5を流量計210へ出力する。   Then, the temperature control device 260 outputs the generated control signals CTL1 and CTL2 to the heating devices 50 and 60, outputs the control signals CTL3 and CTL4 to the heating / coolers 70 and 80, respectively, and outputs the control signal CTL5 as a flow rate. Output to total 210.

図2は、図1に示す支持装置40、配管180および熱電対190の拡大図である。図2を参照して、支持装置40は、筒状部材41と、固定部材42,43とを含む。筒状部材41は、略円形の断面形状を有する。固定部材42は、略L字形状の断面形状を有し、筒状部材41の一方端411側において筒状部材41の外周面41Aおよび底面41Bに固定される。また、固定部材43は、略L字形状の断面形状を有し、筒状部材41の一方端411側において固定部材42と対称に配置されるように筒状部材41の外周面41Aおよび底面41Bに固定される。その結果、筒状部材41および固定部材42,43によって囲まれた領域には、空間部44が形成される。   FIG. 2 is an enlarged view of the support device 40, the pipe 180, and the thermocouple 190 shown in FIG. Referring to FIG. 2, support device 40 includes a cylindrical member 41 and fixing members 42 and 43. The cylindrical member 41 has a substantially circular cross-sectional shape. The fixing member 42 has a substantially L-shaped cross-sectional shape, and is fixed to the outer peripheral surface 41 </ b> A and the bottom surface 41 </ b> B of the cylindrical member 41 on the one end 411 side of the cylindrical member 41. The fixing member 43 has a substantially L-shaped cross-sectional shape, and the outer peripheral surface 41 </ b> A and the bottom surface 41 </ b> B of the cylindrical member 41 are arranged symmetrically with the fixing member 42 on the one end 411 side of the cylindrical member 41. Fixed to. As a result, a space 44 is formed in a region surrounded by the tubular member 41 and the fixing members 42 and 43.

配管180は、略円形の断面形状を有し、筒状部材41の内部に配置される。この場合、配管180の底面180Aは、筒状部材41の底面41Bに対向するように配置される。そして、配管180の底面180Aには、複数の空孔181が形成される。配管180内へ供給された窒素ガスは、複数の空孔181を介して筒状部材41の底面41Bに吹き付けられる。   The pipe 180 has a substantially circular cross-sectional shape and is disposed inside the tubular member 41. In this case, the bottom surface 180 </ b> A of the pipe 180 is disposed so as to face the bottom surface 41 </ b> B of the tubular member 41. A plurality of holes 181 are formed in the bottom surface 180 </ b> A of the pipe 180. Nitrogen gas supplied into the pipe 180 is blown to the bottom surface 41 </ b> B of the tubular member 41 through the plurality of holes 181.

熱電対190は、一方端190Aが筒状部材41の底面41Bに接するように筒状部材41の内部に配置される(図2の(a)参照)。   The thermocouple 190 is disposed inside the tubular member 41 so that one end 190A is in contact with the bottom surface 41B of the tubular member 41 (see FIG. 2A).

そして、種結晶5は、空間部44に嵌合する形状を有し、空間部44に嵌合することにより支持装置40によって支持される。この場合、種結晶5は、筒状部材41の底面41Bに接する(図2の(b)参照)。   The seed crystal 5 has a shape that fits into the space 44 and is supported by the support device 40 by fitting into the space 44. In this case, the seed crystal 5 is in contact with the bottom surface 41B of the cylindrical member 41 (see FIG. 2B).

したがって、種結晶5と筒状部材41との間の熱伝導率が高くなる。その結果、熱電対190によって種結晶5の温度T5を検出できるとともに、配管180から筒状部材41の底面41Bに吹き付けられた窒素ガスによって種結晶5を容易に冷却できる。なお、この実施の形態1においては、種結晶自体が種結晶5のように支持装置40に嵌合可能な形状であるが、支持装置40と接する構造であれば、種結晶5の形状からなるアダプターを介して六角柱状の種結晶が保持されていてもよい。   Therefore, the thermal conductivity between the seed crystal 5 and the cylindrical member 41 is increased. As a result, the temperature T5 of the seed crystal 5 can be detected by the thermocouple 190, and the seed crystal 5 can be easily cooled by the nitrogen gas blown from the pipe 180 to the bottom surface 41B of the cylindrical member 41. In the first embodiment, the seed crystal itself has a shape that can be fitted to the support device 40 like the seed crystal 5. However, the seed crystal 5 has the shape of the seed crystal 5 as long as it is in contact with the support device 40. A hexagonal columnar seed crystal may be held via an adapter.

図3は、図1に示す上下機構240の構成を示す概略図である。図3を参照して、上下機構240は、凹凸部材241と、歯車242と、軸部材243と、モータ244と、制御部245とを含む。   FIG. 3 is a schematic diagram showing the configuration of the vertical mechanism 240 shown in FIG. Referring to FIG. 3, the vertical mechanism 240 includes an uneven member 241, a gear 242, a shaft member 243, a motor 244, and a control unit 245.

凹凸部材241は、略三角形状の断面形状からなり、筒状部材41の外周面41Aに固定される。歯車242は、軸部材243の一方端に固定され、凹凸部材241と噛み合う。軸部材243は、その一方端が歯車242に連結され、他方端がモータ244のシャフト(図示せず)に連結される。   The concavo-convex member 241 has a substantially triangular cross-sectional shape and is fixed to the outer peripheral surface 41 </ b> A of the tubular member 41. The gear 242 is fixed to one end of the shaft member 243 and meshes with the concavo-convex member 241. The shaft member 243 has one end connected to the gear 242 and the other end connected to a shaft (not shown) of the motor 244.

モータ244は、制御部245からの制御に従って歯車242を矢印246または247の方向へ回転させる。制御部245は、振動検出装置250からの振動検出信号BDSに基づいて、歯車242を矢印246または247の方向へ回転させるようにモータ244を制御する。   The motor 244 rotates the gear 242 in the direction of the arrow 246 or 247 according to the control from the control unit 245. Based on the vibration detection signal BDS from the vibration detection device 250, the control unit 245 controls the motor 244 to rotate the gear 242 in the direction of the arrow 246 or 247.

歯車242が矢印246の方向へ回転すれば、支持装置40は、重力方向DR1において上方向へ移動し、歯車242が矢印247の方向へ回転すれば、支持装置40は、重力方向DR1において下方向へ移動する。   If the gear 242 rotates in the direction of the arrow 246, the support device 40 moves upward in the direction of gravity DR1, and if the gear 242 rotates in the direction of the arrow 247, the support device 40 moves downward in the direction of gravity DR1. Move to.

したがって、歯車242を矢印246または247の方向へ回転させることは、支持装置40を重力方向DR1において上下させることに相当する。凹凸部材241の重力方向DR1の長さは、支持装置40が種結晶5を上下させる距離に相当する長さである。   Therefore, rotating the gear 242 in the direction of the arrow 246 or 247 corresponds to moving the support device 40 up and down in the gravity direction DR1. The length of the concavo-convex member 241 in the gravitational direction DR1 is a length corresponding to the distance that the support device 40 moves the seed crystal 5 up and down.

図4は、振動検出信号BDSのタイミングチャートである。図4を参照して、振動検出装置250によって検出される振動検出信号BDSは、種結晶5が混合融液270に接していないとき、信号成分SS1からなり、種結晶5が混合融液270に接しているとき、信号成分SS2からなり、種結晶5が混合融液270に浸漬されているとき、信号成分SS3からなる。   FIG. 4 is a timing chart of the vibration detection signal BDS. Referring to FIG. 4, vibration detection signal BDS detected by vibration detection device 250 includes signal component SS1 when seed crystal 5 is not in contact with mixed melt 270, and seed crystal 5 is mixed with mixed melt 270. When in contact, it consists of the signal component SS2, and when the seed crystal 5 is immersed in the mixed melt 270, it consists of the signal component SS3.

種結晶5が混合融液270に接していないとき、種結晶5は、振動印加装置230により印加された振動によって大きく振動するので、振動検出信号BDSは、振幅が相対的に大きい信号成分SS1からなる。一方、種結晶5が混合融液270に接しているとき、種結晶5は、振動印加装置230から振動が印加されても、混合融液270の粘性によって大きく振動できないので、振動検出信号BDSは、振幅が相対的に小さい信号成分SS2からなる。また、種結晶5が混合融液270に浸漬されているとき、種結晶5は、振動印加装置230から振動が印加されても、混合融液270の粘性によってさらに振動し難くなるので、振動検出信号BDSは、振幅が信号成分SS2よりも小さい信号成分SS3からなる。   When the seed crystal 5 is not in contact with the mixed melt 270, the seed crystal 5 vibrates greatly due to the vibration applied by the vibration applying device 230. Therefore, the vibration detection signal BDS is generated from the signal component SS1 having a relatively large amplitude. Become. On the other hand, when the seed crystal 5 is in contact with the mixed melt 270, the seed crystal 5 cannot vibrate greatly due to the viscosity of the mixed melt 270 even when vibration is applied from the vibration applying device 230. Therefore, the vibration detection signal BDS is The signal component SS2 has a relatively small amplitude. Further, when the seed crystal 5 is immersed in the mixed melt 270, the seed crystal 5 is more difficult to vibrate due to the viscosity of the mixed melt 270 even when vibration is applied from the vibration applying device 230. The signal BDS includes a signal component SS3 having an amplitude smaller than that of the signal component SS2.

再び、図3を参照して、制御部245は、振動検出装置250から振動検出信号BDSを受けると、振動検出信号BDSの信号成分を検出する。そして、制御部245は、その検出した信号成分が信号成分SS1からなるとき、振動検出信号BDSの信号成分が信号成分SS2またはSS3になるまで、支持装置40を重力方向DR1において降下させるようにモータ244を制御する。   Referring to FIG. 3 again, when control unit 245 receives vibration detection signal BDS from vibration detection device 250, control unit 245 detects the signal component of vibration detection signal BDS. Then, when the detected signal component is the signal component SS1, the control unit 245 moves the motor 40 so that the support device 40 is lowered in the gravity direction DR1 until the signal component of the vibration detection signal BDS becomes the signal component SS2 or SS3. 244 is controlled.

より具体的には、制御部245は、歯車242を矢印247の方向へ回転させるようにモータ244を制御し、モータ244は、制御部245からの制御に従って歯車242を軸部材243を介して矢印247の方向へ回転させる。これによって、支持装置40は、重力方向DR1において下方向へ移動する。   More specifically, the control unit 245 controls the motor 244 to rotate the gear 242 in the direction of the arrow 247, and the motor 244 moves the gear 242 through the shaft member 243 according to the control from the control unit 245. Rotate in the direction of 247. Thereby, the support device 40 moves downward in the gravity direction DR1.

そして、制御部245は、振動検出装置250から受ける振動検出信号BDSの信号成分が信号成分SS1から信号成分SS2またはSS3へ切換わると、歯車242の回転を停止するようにモータ244を制御し、モータ244は、制御部245からの制御に従って歯車242の回転を停止させる。これによって、支持装置40は、移動を停止し、種結晶5を気液界面2に保持し、または種結晶5を混合融液270中に保持する。一方、制御部245は、信号成分SS2またはSS3からなる振動検出信号BDSを振動検出装置250から受けたとき、支持装置40の移動を停止するようにモータ244を制御する。   Then, the control unit 245 controls the motor 244 to stop the rotation of the gear 242 when the signal component of the vibration detection signal BDS received from the vibration detection device 250 is switched from the signal component SS1 to the signal component SS2 or SS3. The motor 244 stops the rotation of the gear 242 according to the control from the control unit 245. As a result, the support device 40 stops moving and holds the seed crystal 5 at the gas-liquid interface 2 or holds the seed crystal 5 in the mixed melt 270. On the other hand, the control unit 245 controls the motor 244 to stop the movement of the support device 40 when the vibration detection signal BDS including the signal component SS2 or SS3 is received from the vibration detection device 250.

このように、上下機構240は、振動検出装置250が検出する振動検出信号BDSに基づいて、種結晶5が混合融液270に接するように、または種結晶5が混合融液270に浸漬されるように支持装置40を重力方向DR1に移動させる。   As described above, the vertical mechanism 240 is based on the vibration detection signal BDS detected by the vibration detection device 250 so that the seed crystal 5 comes into contact with the mixed melt 270 or the seed crystal 5 is immersed in the mixed melt 270. In this way, the support device 40 is moved in the gravity direction DR1.

図5は、図1に示す坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90Aの温度のタイミングチャートである。また、図6は、図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90A内の状態変化を示す模式図である。さらに、図7は、図5に示すタイミングt3における坩堝10および反応容器20内の状態を示す模式図である。さらに、図8は、種結晶5の温度と窒素ガスの流量との関係を示す図である。 FIG. 5 is a timing chart of the temperatures of the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A shown in FIG. FIG. 6 is a schematic diagram showing a state change in the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A between the timings t1 and t3 shown in FIG. Further, FIG. 7 is a schematic diagram showing the state in the crucible 10 and the reaction vessel 20 at the timing t3 shown in FIG. Further, FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the temperature of the seed crystal 5 and the flow rate of nitrogen gas.

なお、図5において、直線k1は、坩堝10および反応容器20の温度を示し、曲線k2および直線k3は、種結晶5の温度を示し、曲線k4は、融液溜め部23の温度を示し、曲線k5は、融液凝縮部90Aの温度を示す。 In FIG. 5, a straight line k1 indicates the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20, a curved line k2 and a straight line k3 indicate the temperature of the seed crystal 5, a curved line k4 indicates the temperature of the melt reservoir 23, A curve k5 indicates the temperature of the melt condensing unit 90A.

図5を参照して、加熱装置50,60は、タイミングt5までの期間において、直線k1に従って温度が上昇し、かつ、800℃に保持されるように坩堝10および反応容器20を加熱する。また、加熱/冷却器70は、タイミングt5までの期間において、曲線k4に従って温度が上昇し、かつ、蒸発抑制温度Tevcに保持されるように融液溜め部23を加熱する。さらに、加熱/冷却器80は、タイミングt5までの期間において、曲線k5に従って温度が上昇し、かつ、凝縮温度Tcohに保持されるように融液凝縮部90Aを加熱する。 Referring to FIG. 5, heating devices 50 and 60 heat crucible 10 and reaction vessel 20 so that the temperature rises according to straight line k1 and is maintained at 800 ° C. during the period up to timing t5. Further, the heater / cooler 70 heats the melt reservoir 23 so that the temperature rises according to the curve k4 and is maintained at the evaporation suppression temperature Tevc during the period up to the timing t5. Further, the heating / cooling device 80 heats the melt condensing unit 90A so that the temperature rises according to the curve k5 and is maintained at the condensing temperature Tcoh during the period up to timing t5.

加熱装置50,60が坩堝10および反応容器20を加熱し始めたとき、坩堝10内には、金属Na6および金属Ga7が存在し、加熱/冷却部70が融液溜め部23を加熱し始め、かつ、加熱/冷却部80が融液凝縮部90Aを加熱し始めたとき、融液溜め部23には、金属Na6が存在し、融液凝縮部90Aには、金属Naは存在しない(図6の(a)参照)。 When the heating devices 50, 60 start to heat the crucible 10 and the reaction vessel 20, there are metal Na6 and metal Ga7 in the crucible 10, and the heating / cooling unit 70 begins to heat the melt reservoir 23, Further, when the heating / cooling unit 80 starts to heat the melt condensing unit 90A, metal Na6 is present in the melt reservoir 23, and metal Na is not present in the melt condensing unit 90A (FIG. 6). (See (a)).

そして、坩堝10および反応容器20の温度がタイミングt1において98℃に達すると、坩堝10中の金属Na6は溶け、約30℃で既に溶けている金属Ga7と混ざり合う。その後、GaとNaとの金属間化合物が生成され、この金属間化合物は、560℃以上の温度において坩堝10中で混合融液270となる。そして、坩堝10および反応容器20の温度は、タイミングt3において800℃に達する。   When the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 reaches 98 ° C. at the timing t1, the metal Na 6 in the crucible 10 is melted and mixed with the metal Ga 7 already melted at about 30 ° C. Thereafter, an intermetallic compound of Ga and Na is generated, and this intermetallic compound becomes the mixed melt 270 in the crucible 10 at a temperature of 560 ° C. or higher. And the temperature of the crucible 10 and the reaction container 20 reaches 800 degreeC in the timing t3.

また、融液溜め部23の温度がタイミングt2において98℃に達すると、融液溜め部23内の金属Na6は溶け、アルカリ金属融液280が融液溜め部23に生成される。その後、融液溜め部23の温度は、タイミングt3において蒸発抑制温度Tevcに達する。さらに、融液凝縮部90Aの温度は、タイミングt3において凝縮温度Tcohに達する。 When the temperature of the melt reservoir 23 reaches 98 ° C. at timing t 2, the metal Na 6 in the melt reservoir 23 is melted and an alkali metal melt 280 is generated in the melt reservoir 23. Thereafter, the temperature of the melt reservoir 23 reaches the evaporation suppression temperature Tevc at timing t3. Further, the temperature of the melt condensing unit 90A reaches the condensing temperature Tcoh at the timing t3.

そうすると、坩堝10および反応容器20が800℃に加熱され、融液溜め部23が蒸発抑制温度Tevcに加熱される過程において、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaは、徐々に高くなり、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaも徐々に高くなる。そして、混合融液270および/またはアルカリ金属融液280から蒸発した金属Naは、坩堝10、反応容器20および融液溜め部23の温度よりも低温である凝縮温度Tcohに保持された融液凝縮部90Aに凝縮される。その結果、融液凝縮部90Aには、アルカリ金属融液290が生成される。 Then, in the process in which the crucible 10 and the reaction vessel 20 are heated to 800 ° C. and the melt reservoir 23 is heated to the evaporation suppression temperature Tevc, the vapor pressure P Na of the metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 gradually increases. The vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the mixed melt 270 gradually increases. Then, the metal Na evaporated from the melt mixture 270 and / or the alkali metal melt 280, the crucible 10, the melt condensation held in the condensation temperature Tcoh is lower than the temperature of the reaction vessel 20 and the melt reservoir 23 Condensed to part 90A. As a result, an alkali metal melt 290 is generated in the melt condensing unit 90A.

そして、タイミングt3において、混合融液270から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧PNa−Gaは、アルカリ金属融液280から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧PNaに略一致する。すなわち、混合融液270からの金属Naの蒸発と、アルカリ金属融液280からの金属Naの蒸発とが略平衡になる(図6の(b)参照)。 At timing t3, the vapor pressure P Na-Ga of the alkali metal evaporated from the mixed melt 270 substantially matches the vapor pressure P Na of the alkali metal evaporated from the alkali metal melt 280. That is, the evaporation of the metal Na from the mixed melt 270 and the evaporation of the metal Na from the alkali metal melt 280 are substantially equilibrated (see FIG. 6B).

したがって、混合融液270からアルカリ金属融液280への金属Naの気相輸送とアルカリ金属融液280から混合融液270への金属Naの気相輸送と、が略平衡になり、見かけ上、混合融液270とアルカリ金属融液280との間で金属Naの移動が停止される。その結果、混合融液270およびアルカリ金属融液280からの金属Naの蒸発による混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制される。   Therefore, the vapor phase transport of metal Na from the mixed melt 270 to the alkali metal melt 280 and the vapor phase transport of metal Na from the alkali metal melt 280 to the mixed melt 270 are substantially in equilibrium. The movement of the metal Na is stopped between the mixed melt 270 and the alkali metal melt 280. As a result, fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in mixed melt 270 due to evaporation of metal Na from mixed melt 270 and alkali metal melt 280 are suppressed.

このとき、融液凝縮部90Aの温度が金属Naの融点以上で、かつ、Naの実質的蒸発が生じない温度であれば、ガス供給管90内においてバルブ110側への金属Naの拡散を無視でき、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を一層抑制できる。ここで言うNaの実質的蒸発が生じない温度とは、たとえば、200〜300℃である。200℃におけるNaの蒸気圧は、約1.8×10−2Paであり、300℃におけるNaの蒸気圧は、約1.8Paであり、これ以上の温度であっても、多少の蒸発による拡散はあるが、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制できる。したがって、凝縮温度Tcohは、好ましくは、200〜300℃の範囲に設定される。 At this time, if the temperature of the melt condensing unit 90A is equal to or higher than the melting point of the metal Na and the temperature at which the Na does not substantially evaporate, the diffusion of the metal Na toward the valve 110 in the gas supply pipe 90 is ignored. It is possible to further suppress the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270. The temperature at which Na does not substantially evaporate is 200 to 300 ° C., for example. The vapor pressure of Na at 200 ° C. is about 1.8 × 10 −2 Pa, and the vapor pressure of Na at 300 ° C. is about 1.8 Pa. Although there is diffusion, fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270 can be suppressed. Therefore, the condensation temperature Tcoh is preferably set in a range of 200 to 300 ° C.

窒素ガスは、圧力調整器120によって圧力調整され、ガス供給管90を介して空間24内に充填されている(図7参照)。   The pressure of the nitrogen gas is adjusted by the pressure regulator 120, and the space 24 is filled through the gas supply pipe 90 (see FIG. 7).

また、坩堝10および反応容器20の温度が800℃に達するタイミングt3で、上下機構240は、振動検出装置250からの振動検出信号BDSに基づいて、上述した方法によって支持装置40を上下し、種結晶5を混合融液270に接触させる。   Further, at the timing t3 when the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 reach 800 ° C., the vertical mechanism 240 moves the support device 40 up and down by the above-described method based on the vibration detection signal BDS from the vibration detection device 250, The crystal 5 is brought into contact with the mixed melt 270.

そして、坩堝10および反応容器20の温度が800℃程度の高温状態では、空間24内の窒素ガス4は、金属Naを媒介として混合融液270中に取り込まれる。この場合、混合融液270中の窒素濃度またはGa(x,yは実数)の濃度は、空間24と混合融液270との気液界面2付近において最も高いため、GaN結晶が気液界面2に接した種結晶5から成長し始める。なお、この発明においては、Gaを「III族窒化物」と言い、Gaの濃度を「III族窒化物濃度」と言う。 In a high temperature state where the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 is about 800 ° C., the nitrogen gas 4 in the space 24 is taken into the mixed melt 270 through the metal Na. In this case, the concentration of nitrogen or Ga x N y (x and y are real numbers) in the mixed melt 270 is the highest in the vicinity of the gas-liquid interface 2 between the space 24 and the mixed melt 270, so The growth starts from the seed crystal 5 in contact with the liquid interface 2. In the present invention, Ga x N y is referred to as “Group III nitride”, and the Ga x N y concentration is referred to as “Group III nitride concentration”.

窒素ガスを配管180内へ供給しない場合、種結晶5の温度T5は、混合融液270の温度と同じ800℃であるが、この発明においては、種結晶5付近の混合融液270中の窒素またはIII族窒化物の過飽和度を上げるために、配管180内へ窒素ガスを供給して種結晶5を冷却し、種結晶5の温度T5を混合融液270の温度よりも低くする。   When nitrogen gas is not supplied into the pipe 180, the temperature T5 of the seed crystal 5 is 800 ° C., which is the same as the temperature of the mixed melt 270. In the present invention, the nitrogen in the mixed melt 270 near the seed crystal 5 is used. Alternatively, in order to increase the degree of supersaturation of the group III nitride, nitrogen gas is supplied into the pipe 180 to cool the seed crystal 5, and the temperature T 5 of the seed crystal 5 is made lower than the temperature of the mixed melt 270.

より具体的には、種結晶5の温度T5は、タイミングt3以降、曲線k2に従って800℃よりも低い温度Ts1に設定される。この温度Ts1は、例えば、790℃である。種結晶5の温度T5を温度Ts1に設定する方法について説明する。   More specifically, the temperature T5 of the seed crystal 5 is set to a temperature Ts1 lower than 800 ° C. according to the curve k2 after the timing t3. This temperature Ts1 is, for example, 790 ° C. A method for setting the temperature T5 of the seed crystal 5 to the temperature Ts1 will be described.

温度制御装置260は、温度センサー51,61からそれぞれ受けた温度T1,T2が800+α℃(=坩堝10および反応容器20を800℃に設定したときの加熱装置50,60に含まれるヒーターの温度)に達すると、種結晶5の温度T5を温度Ts1に設定する流量からなる窒素ガスを流すための制御信号CTL5を生成して流量計210へ出力する。   In the temperature control device 260, the temperatures T1 and T2 received from the temperature sensors 51 and 61 are 800 + α ° C. (= the temperature of the heaters included in the heating devices 50 and 60 when the crucible 10 and the reaction vessel 20 are set to 800 ° C.). , The control signal CTL5 for flowing nitrogen gas having a flow rate that sets the temperature T5 of the seed crystal 5 to the temperature Ts1 is generated and output to the flow meter 210.

そうすると、流量計210は、制御信号CTL5に応じて、温度T5を温度Ts1に設定する流量からなる窒素ガスをガスボンベ220からガス供給管200を介して配管180内へ流す。種結晶5の温度は、窒素ガスの流量に略比例して800℃から低下し、窒素ガスの流量が流量fr1(sccm)になると、種結晶5の温度T5は、温度Ts1に設定される(図8参照)。   Then, according to the control signal CTL5, the flow meter 210 causes nitrogen gas having a flow rate that sets the temperature T5 to the temperature Ts1 to flow into the pipe 180 from the gas cylinder 220 through the gas supply pipe 200. The temperature of the seed crystal 5 decreases from 800 ° C. in proportion to the flow rate of the nitrogen gas, and when the flow rate of the nitrogen gas reaches the flow rate fr1 (sccm), the temperature T5 of the seed crystal 5 is set to the temperature Ts1 ( (See FIG. 8).

したがって、流量計210は、流量fr1からなる窒素ガスを配管180内へ流す。そして、配管180内へ供給された窒素ガスは、配管180の複数の空孔181から筒状部材41の底面41Bに吹き付けられる。   Therefore, the flow meter 210 allows the nitrogen gas having the flow rate fr1 to flow into the pipe 180. The nitrogen gas supplied into the pipe 180 is sprayed from the plurality of holes 181 of the pipe 180 to the bottom surface 41B of the tubular member 41.

これによって、種結晶5は、筒状部材41の底面41Bを介して冷却され、種結晶5の温度T5は、タイミングt4で温度Ts1に低下し、その後、タイミングt5まで温度Ts1に保持される。   As a result, the seed crystal 5 is cooled via the bottom surface 41B of the cylindrical member 41, and the temperature T5 of the seed crystal 5 is lowered to the temperature Ts1 at the timing t4, and thereafter is held at the temperature Ts1 until the timing t5.

加熱装置50,60のヒーターの温度T1,T2は、混合融液270の温度と所定の温度差αを有するため、温度制御装置260は、種結晶5の温度T5が800℃から低下し始めると、温度センサー51,61からそれぞれ受けた温度T1,T2が800+α℃に設定されるように制御信号CTL1,2によってそれぞれ加熱装置50,60を制御する。   Since the temperature T1 and T2 of the heaters of the heating devices 50 and 60 have a predetermined temperature difference α with the temperature of the mixed melt 270, the temperature control device 260 starts to decrease the temperature T5 of the seed crystal 5 from 800 ° C. The heating devices 50 and 60 are controlled by the control signals CTL1 and 2, respectively, so that the temperatures T1 and T2 received from the temperature sensors 51 and 61 are set to 800 + α ° C., respectively.

なお、この発明においては、好ましくは、種結晶5の温度T5は、タイミングt3以降、直線k3に従って低下するように制御される。すなわち、種結晶5の温度T5は、タイミングt3からタイミングt5までの間で800℃から温度Ts2(<Ts1)まで低下される。この場合、流量計210は、温度制御装置260からの制御信号CTL5に基づいて、直線k6に従って配管180内へ流す窒素ガスの流量を0から流量fr2(>fr1)まで増加する。窒素ガスの流量が流量fr2になると、種結晶5の温度T5は、温度Ts1よりも低い温度Ts2に設定される。そして、温度Ts2は、たとえば、750℃である。   In the present invention, preferably, the temperature T5 of the seed crystal 5 is controlled so as to decrease according to the straight line k3 after the timing t3. That is, the temperature T5 of the seed crystal 5 is decreased from 800 ° C. to the temperature Ts2 (<Ts1) between the timing t3 and the timing t5. In this case, the flow meter 210 increases the flow rate of nitrogen gas flowing into the pipe 180 from 0 to the flow rate fr2 (> fr1) according to the straight line k6 based on the control signal CTL5 from the temperature control device 260. When the flow rate of the nitrogen gas becomes the flow rate fr2, the temperature T5 of the seed crystal 5 is set to a temperature Ts2 that is lower than the temperature Ts1. And temperature Ts2 is 750 degreeC, for example.

このように、混合融液270の温度(=800℃)と種結晶5の温度T5との差を徐々に大きくすることによって、種結晶5付近の混合融液270中の窒素またはIII族窒化物の過飽和度が徐々に大きくなり、GaN結晶の結晶成長を少なくとも継続できる。   In this way, by gradually increasing the difference between the temperature (= 800 ° C.) of the mixed melt 270 and the temperature T5 of the seed crystal 5, nitrogen or group III nitride in the mixed melt 270 near the seed crystal 5 is obtained. The degree of supersaturation of GaN gradually increases, and at least GaN crystal growth can be continued.

結晶製造装置100においてGaN結晶を結晶成長させる場合、種結晶5は、結晶製造装置100において種結晶5を用いずに結晶成長させたGaN結晶からなる。図9は、GaN結晶を成長させる場合の窒素ガス圧と結晶成長温度との関係を示す図である。図9において、横軸は、結晶成長温度を表し、縦軸は、窒素ガス圧を表す。また、領域REG1は、GaN結晶が溶解する領域であり、領域REG2は、坩堝10の混合融液270に接する底面および側面において多くの核が自発的に発生し、c軸(<0001>)方向に成長した柱状形状のGaN結晶が製造される領域であり、領域REG3は、GaN結晶が種結晶から結晶成長する領域である。   When the GaN crystal is grown in the crystal manufacturing apparatus 100, the seed crystal 5 is composed of a GaN crystal that is crystal-grown without using the seed crystal 5 in the crystal manufacturing apparatus 100. FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the nitrogen gas pressure and the crystal growth temperature when a GaN crystal is grown. In FIG. 9, the horizontal axis represents the crystal growth temperature, and the vertical axis represents the nitrogen gas pressure. In addition, the region REG1 is a region where the GaN crystal is dissolved, and in the region REG2, many nuclei are spontaneously generated on the bottom surface and the side surface in contact with the mixed melt 270 of the crucible 10, and the c-axis (<0001>) direction. The region REG3 is a region where the GaN crystal grows from the seed crystal.

したがって、種結晶5を作製する場合、領域REG2内における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いてGaN結晶を成長させる。この場合、坩堝10内の底面および側壁に多くの核が発生し、c軸方向に成長した柱状形状のGaN結晶が製造される。   Therefore, when producing the seed crystal 5, a GaN crystal is grown using the nitrogen gas pressure and the crystal growth temperature in the region REG2. In this case, many nuclei are generated on the bottom and side walls in the crucible 10, and a columnar GaN crystal grown in the c-axis direction is manufactured.

そして、結晶成長させた多くのGaN結晶の中から図2に示す形状のGaN結晶を切り出して種結晶5を作製する。したがって、種結晶5の突出部5A(図2の(b)参照)は、c軸(<0001>)方向に成長したGaN結晶からなる。   Then, the GaN crystal having the shape shown in FIG. 2 is cut out from the many grown GaN crystals to produce the seed crystal 5. Therefore, the protrusion 5A (see FIG. 2B) of the seed crystal 5 is made of a GaN crystal grown in the c-axis (<0001>) direction.

作製した種結晶5は、上述した方法によって支持装置40の空間部44に嵌合され、支持装置40に固定される。   The produced seed crystal 5 is fitted into the space 44 of the support device 40 by the method described above and fixed to the support device 40.

再び、図5を参照して、GaN結晶の結晶成長がタイミングt5で終了すると、加熱装置50,60は、坩堝10および反応容器20の加熱を停止し、坩堝10および反応容器20の温度は、曲線k1に従って800℃から低下し、種結晶5の温度T5は、温度Ts1(または温度Ts2)から低下する。   Referring to FIG. 5 again, when the crystal growth of the GaN crystal ends at timing t5, the heating devices 50 and 60 stop heating the crucible 10 and the reaction vessel 20, and the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 are The temperature decreases from 800 ° C. according to the curve k1, and the temperature T5 of the seed crystal 5 decreases from the temperature Ts1 (or the temperature Ts2).

一方、加熱/冷却器70は、曲線k4に従って融液溜め部23を冷却し、融液溜め部23の温度は、タイミングt6からタイミングt7までの間、凝縮温度Tcohに保持される。また、加熱/冷却器80は、曲線k5に従って融液凝縮部90Aを加熱し、融液凝縮部90Aは、タイミングt6からタイミングt7までの間、蒸発促進温度Tevに保持される。ここで、蒸発促進温度Tevは、アルカリ金属融液290が気相輸送によって融液凝縮部90Aから他の部分へ移動する温度である。 On the other hand, the heating / cooling device 70 cools the melt reservoir 23 according to the curve k4, and the temperature of the melt reservoir 23 is maintained at the condensation temperature Tcoh from timing t6 to timing t7. The heating / cooling device 80 heats the melt condensing unit 90A according to the curve k5, and the melt condensing unit 90A is held at the evaporation promotion temperature Tev from timing t6 to timing t7. Here, the evaporation promotion temperature Tev is a temperature at which the alkali metal melt 290 moves from the melt condensing part 90A to another part by vapor transport.

タイミングt6からタイミングt7までの間、融液溜め部23の温度は、凝縮温度Tcohに保持され、融液凝縮部90Aの温度は、蒸発促進温度Tevに保持される結果、アルカリ金属融液290は、蒸発して融液溜め部23へ気相輸送される。そして、タイミングt7においては、融液凝縮部90Aには、アルカリ金属融液290は存在しない。なお、アルカリ金属融液290が融液凝縮部90Aから融液溜め部23へ気相輸送される場合、バルブ110は閉じられているため、アルカリ金属融液290から蒸発した金属Naの蒸気が圧力調整器120側へ拡散することはない。 From timing t6 to timing t7, the temperature of the melt reservoir 23 is maintained at the condensation temperature Tcoh, and the temperature of the melt condensing unit 90A is maintained at the evaporation promoting temperature Tev. As a result, the alkali metal melt 290 is Then, it evaporates and is vapor-phase transported to the melt reservoir 23. At timing t7, the alkali metal melt 290 does not exist in the melt condensing unit 90A. When the alkali metal melt 290 is vapor-phase transported from the melt condensing unit 90A to the melt reservoir 23, the valve 110 is closed, so that the vapor of the metal Na evaporated from the alkali metal melt 290 is pressurized. It does not diffuse toward the regulator 120 side.

タイミングt7において、アルカリ金属融液290の融液凝縮部90Aから融液溜め部23への気相輸送が終了すると、加熱/冷却器70は、融液溜め部23を冷却し、加熱/冷却器80は、融液凝縮部90Aを冷却する。これによって、坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90Aは、タイミングt7以降、室温へ向かって冷却される。 At timing t7, when the vapor phase transport of the alkali metal melt 290 from the melt condensing part 90A to the melt reservoir 23 is completed, the heating / cooling device 70 cools the melt reservoir 23, and the heating / cooling device 80 cools the melt condensing unit 90A. As a result, the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A are cooled toward room temperature after the timing t7.

図10は、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1におけるフローチャートである。図10を参照して、一連の動作が開始されると、バルブ110によってガス供給管90をガス供給管91,92に分離し、Arガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を入れる。そして、Arガス雰囲気中で金属Naを反応容器20の融液溜め部23に入れる(ステップS1)。なお、Arガスは、水分量が1ppm以下であり、かつ、酸素量が1ppm以下であるArガスである(以下、同じ)。その後、Arガス雰囲気中で金属Naおよび金属Gaを坩堝10に入れる(ステップS2)。この場合、金属Naおよび金属Gaを5:5の混合比で坩堝10に入れる。そして、金属Naおよび金属Gaを入れた坩堝10を反応容器20内に設置する。   FIG. 10 is a flowchart in the first embodiment for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. Referring to FIG. 10, when a series of operations is started, gas supply pipe 90 is separated into gas supply pipes 91 and 92 by valve 110, and crucible 10 and reaction vessel 20 are put into a glove box filled with Ar gas. And a gas supply pipe 91 is inserted. Then, metal Na is put into the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 in an Ar gas atmosphere (step S1). The Ar gas is an Ar gas having a water content of 1 ppm or less and an oxygen content of 1 ppm or less (hereinafter the same). Thereafter, metal Na and metal Ga are put into the crucible 10 in an Ar gas atmosphere (step S2). In this case, metal Na and metal Ga are put into the crucible 10 at a mixing ratio of 5: 5. Then, a crucible 10 containing metal Na and metal Ga is placed in the reaction vessel 20.

その後、Arガス雰囲気中で種結晶5を坩堝10内の金属Naおよび金属Gaの上側に設置する(ステップS3)。より具体的には、種結晶5を支持装置40の一方端411側に形成された空間部44へ嵌合することによって(図2の(b)参照)、種結晶5を坩堝10内の金属Naおよび金属Gaの上側に設置する。   Thereafter, seed crystal 5 is placed on top of metal Na and metal Ga in crucible 10 in an Ar gas atmosphere (step S3). More specifically, by fitting the seed crystal 5 into a space 44 formed on the one end 411 side of the support device 40 (see FIG. 2B), the seed crystal 5 is placed in the metal in the crucible 10. Installed above Na and metal Ga.

引続いて、グローブボックスから坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を取り出し、坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内にArガスを充填した状態で坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を結晶製造装置100に設定する。   Subsequently, the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 are taken out from the glove box, and the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply are supplied in a state where the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 are filled with Ar gas. The tube 91 is set in the crystal manufacturing apparatus 100.

そして、ガス供給管92をバルブ110に連結し、バルブ110を閉じた状態でバルブ150を開け、真空ポンプ160によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内に充填されたArガスを排気する。真空ポンプ160によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内を所定の圧力(0.133Pa以下)まで真空引きした後、バルブ150を閉じ、バルブ110を開けて窒素ガスをガスボンベ130からガス供給管90を介して坩堝10および反応容器20内へ充填する。この場合、圧力調整器120によって坩堝10および反応容器20内の圧力が0.1MPa程度になるように坩堝10および反応容器20内へ窒素ガスを供給する。   The gas supply pipe 92 is connected to the valve 110, the valve 150 is opened with the valve 110 closed, and the Ar gas filled in the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 is exhausted by the vacuum pump 160. . The inside of the crucible 10, the reaction vessel 20, and the gas supply pipe 91 is evacuated to a predetermined pressure (0.133 Pa or less) by the vacuum pump 160, and then the valve 150 is closed and the valve 110 is opened to supply nitrogen gas from the gas cylinder 130. The crucible 10 and the reaction vessel 20 are filled through the tube 90. In this case, nitrogen gas is supplied into the crucible 10 and the reaction container 20 by the pressure regulator 120 so that the pressure in the crucible 10 and the reaction container 20 is about 0.1 MPa.

そして、圧力センサー170によって検出した反応容器20内の圧力が0.1MPa程度になると、バルブ110を閉じ、バルブ150を開けて真空ポンプ160によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内に充填された窒素ガスを排気する。この場合も、真空ポンプ160によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内を所定の圧力(0.133Pa以下)まで真空引きする。   When the pressure in the reaction vessel 20 detected by the pressure sensor 170 reaches about 0.1 MPa, the valve 110 is closed, the valve 150 is opened, and the vacuum pump 160 fills the crucible 10, the reaction vessel 20, and the gas supply pipe 91. Exhausted nitrogen gas. Also in this case, the vacuum pump 160 evacuates the crucible 10, the reaction vessel 20, and the gas supply pipe 91 to a predetermined pressure (0.133 Pa or less).

そして、この坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内の真空引きと坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内への窒素ガスの充填とを数回繰り返し行なう。   The evacuation of the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 and the filling of the nitrogen gas into the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 are repeated several times.

その後、真空ポンプ160によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内を所定の圧力まで真空引きした後、バルブ150を閉じ、バルブ110を開けて圧力調整器120によって坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内の圧力が1.01MPaの範囲になるように坩堝10、反応容器20およびガス供給管91内へ窒素ガスを充填する(ステップS4)。   Thereafter, the inside of the crucible 10, the reaction vessel 20 and the gas supply pipe 91 is evacuated to a predetermined pressure by the vacuum pump 160, the valve 150 is closed, the valve 110 is opened, and the pressure regulator 120 is used to close the crucible 10, the reaction vessel 20 and Nitrogen gas is filled into the crucible 10, the reaction vessel 20, and the gas supply pipe 91 so that the pressure in the gas supply pipe 91 is in the range of 1.01 MPa (step S4).

その後、加熱装置50,60によって坩堝10および反応容器20を800℃に加熱し(ステップS5)、加熱/冷却器70によって、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸発抑制温度Tevcにアルカリ金属融液280の温度を制御する(ステップS6)。 Thereafter, the crucible 10 and the reaction vessel 20 are heated to 800 ° C. by the heating devices 50 and 60 (step S5), and the vapor pressure P Na of metal Na evaporating from the alkali metal melt 280 is mixed and melted by the heating / cooling device 70. The temperature of the alkali metal melt 280 is controlled to an evaporation suppression temperature Tvc that substantially matches the vapor pressure PNa -Ga of the metal Na evaporating from the liquid 270 (step S6).

また、加熱/冷却器80によって、窒素ガスを供給するガス供給管90のうち、坩堝10および反応容器20の空間24に近い領域(=融液凝縮部90A)の温度を凝縮温度Tcohに制御する(ステップS7)。 Moreover, the temperature of the region (= melt condensing part 90A) near the space 24 of the crucible 10 and the reaction vessel 20 in the gas supply pipe 90 for supplying nitrogen gas is controlled by the heating / cooling device 80 to the condensation temperature Tcoh. (Step S7).

この場合、融液溜め部23に保持された金属Naは、融点が約98℃であるので、融液溜め部23が蒸発抑制温度Tevcに加熱される過程で溶融され、アルカリ金属融液280になる。そして、気液界面1が発生する(図1参照)。気液界面1は、アルカリ金属融液280と反応容器20内の空間24との界面に位置する。   In this case, since the melting point of the metal Na held in the melt reservoir 23 is about 98 ° C., the metal Na is melted in the process where the melt reservoir 23 is heated to the evaporation suppression temperature Tevc, and the alkali metal melt 280 is melted. Become. And the gas-liquid interface 1 generate | occur | produces (refer FIG. 1). The gas-liquid interface 1 is located at the interface between the alkali metal melt 280 and the space 24 in the reaction vessel 20.

また、坩堝10および反応容器20が800℃に加熱される過程で、坩堝10内の金属Naおよび金属Gaも液体になり、金属Naと金属Gaとの混合融液270が坩堝10内に発生する。   Further, in the process in which the crucible 10 and the reaction vessel 20 are heated to 800 ° C., the metal Na and metal Ga in the crucible 10 also become liquid, and a mixed melt 270 of metal Na and metal Ga is generated in the crucible 10. .

そして、融液溜め部23の温度が蒸発抑制温度Tevcに近づき、かつ、坩堝10の温度が800℃に近づくに従って、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaおよび混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaは、徐々に高くなり、反応容器20内の空間24に存在する金属Na蒸気が増加する。空間24に存在する金属Na蒸気の一部は、坩堝10および反応容器20の温度よりも低温である融液凝縮部90Aへ拡散し、融液凝縮部90Aでアルカリ金属融液290として凝縮する。そして、蒸気圧PNaが蒸気圧PNa−Gaに略一致する。 Then, as the temperature of the melt reservoir 23 approaches the evaporation suppression temperature Tevc and the temperature of the crucible 10 approaches 800 ° C., the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the alkali metal melt 280 and the mixed melt 270 are mixed. The vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the gas gradually increases, and the metal Na vapor existing in the space 24 in the reaction vessel 20 increases. Part of the metal Na vapor present in the space 24 diffuses into the melt condensation section 90A is lower than the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20, to condense the alkali metal melt 290 in the melt condensation part 90A. Then, the vapor pressure P Na is substantially equal to the vapor pressure P Na-Ga.

その後、上下機構240は、上述した方法によって、種結晶5を混合融液270に接触させる(ステップS8)。そして、坩堝10および反応容器20の温度が800℃程度の高温状態では、空間24内の窒素ガスが金属Naを媒介として混合融液270中へ取り込まれていることから、種結晶5からGaN結晶が成長し始める。このときの坩堝10および反応容器20の温度および反応容器20内の窒素ガス圧力は、図9に示す領域REG3の領域である。   Thereafter, the vertical mechanism 240 brings the seed crystal 5 into contact with the mixed melt 270 by the method described above (step S8). In a high temperature state where the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 is about 800 ° C., the nitrogen gas in the space 24 is taken into the mixed melt 270 through the metal Na, so that the GaN crystal is transformed from the seed crystal 5. Begins to grow. At this time, the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 and the nitrogen gas pressure in the reaction vessel 20 are in the region REG3 shown in FIG.

その後、所定の時間(数十時間〜数百時間)、坩堝10および反応容器20の温度が800℃に保持され、融液溜め部23のアルカリ金属融液280の温度が蒸発抑制温度Tevcに保持され、融液凝縮部90Aの温度が凝縮温度Tcohに保持される(ステップS9)。また、種結晶5の温度T5が上述した方法によって混合融液270の温度(=800℃)よりも低い温度Ts1またはTs2に設定される(ステップS10)。 Thereafter, the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 is maintained at 800 ° C. for a predetermined time (several tens to several hundreds of hours), and the temperature of the alkali metal melt 280 in the melt reservoir 23 is maintained at the evaporation suppression temperature Tevc. Then, the temperature of the melt condensing unit 90A is maintained at the condensing temperature Tcoh (step S9). Further, the temperature T5 of the seed crystal 5 is set to a temperature Ts1 or Ts2 lower than the temperature (= 800 ° C.) of the mixed melt 270 by the above-described method (step S10).

そして、GaN結晶の成長が進行すると、空間24内の窒素ガスが消費され、空間24内の窒素ガスが減少する。そうすると、空間24内の圧力P1がガス供給管90内の圧力P2よりも低くなり(P1<P2)、空間24内とガス供給管90内との間に差圧が発生し、ガス供給管91内の窒素ガスは、アルカリ金属融液290(=金属Na融液)を介して空間24内へ供給される。すなわち、窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24へ補給される(ステップS11)。このとき、アルカリ金属融液290がガス供給管91の軸方向の断面全面を塞いで存在(バルブ110側と反応容器20側を仕切るように存在)していても、アルカリ金属融液290が液体であるために、窒素ガスの差圧によってアルカリ金属融液290を押しのけるようにして、窒素ガスが反応容器20内の空間24に導入されることとなる。   As the growth of the GaN crystal proceeds, the nitrogen gas in the space 24 is consumed and the nitrogen gas in the space 24 decreases. Then, the pressure P1 in the space 24 becomes lower than the pressure P2 in the gas supply pipe 90 (P1 <P2), a differential pressure is generated between the space 24 and the gas supply pipe 90, and the gas supply pipe 91 The nitrogen gas is supplied into the space 24 through the alkali metal melt 290 (= metal Na melt). That is, nitrogen gas is supplied to the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 (step S11). At this time, even if the alkali metal melt 290 is present by blocking the entire axial cross section of the gas supply pipe 91 (exists so as to partition the valve 110 side and the reaction vessel 20 side), the alkali metal melt 290 is liquid. Therefore, the nitrogen gas is introduced into the space 24 in the reaction vessel 20 so as to push the alkali metal melt 290 by the differential pressure of the nitrogen gas.

その後、種結晶5が混合融液270に接触するように、上述した方法によって種結晶5を移動させる(ステップS12)。これによって、大きなサイズのGaN結晶が成長する。   Thereafter, the seed crystal 5 is moved by the above-described method so that the seed crystal 5 comes into contact with the mixed melt 270 (step S12). As a result, a large GaN crystal grows.

そして、所定の時間が経過すると、坩堝10および反応容器20の温度が降温されて(ステップS13)、GaN結晶の製造が終了する。   When a predetermined time has elapsed, the temperatures of the crucible 10 and the reaction vessel 20 are lowered (step S13), and the production of the GaN crystal is completed.

なお、ステップS13の後、融液溜め部23の温度は、凝縮温度Tcohに保持され、融液凝縮部90Aの温度は、蒸発促進温度Tevに保持される。その結果、アルカリ金属融液290は、気相輸送によって融液凝縮部90Aから融液溜め部23へ移動される。そして、図10に示すフローチャートに従って、次回のGaN結晶の製造が行なわれる。 In addition, after step S13, the temperature of the melt reservoir 23 is maintained at the condensation temperature Tcoh, and the temperature of the melt condensing unit 90A is maintained at the evaporation promotion temperature Tev. As a result, the alkali metal melt 290 is moved from the melt condensing unit 90 </ b> A to the melt reservoir 23 by vapor transport. Then, the next GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG.

このように、ガス供給管90内の融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290が反応容器20内の融液溜め部23へ移動された状態で次回のGaN結晶を製造するための原料の仕込みが行なわれる。 Thus, the raw material for manufacturing the next GaN crystal in a state where the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing part 90A in the gas supply pipe 90 is moved to the melt reservoir 23 in the reaction vessel 20. Is charged.

上述したように、この発明においては、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaを混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致させてGaN結晶が製造される。そして、蒸気圧PNaを蒸気圧PNa−Gaに略一致させることは、加熱/冷却器70が融液溜め部23を蒸発抑制温度Tevcに加熱することによって実現される。 As described above, in the present invention, by substantially matching the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na to evaporate the vapor pressure P Na metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 from the melt mixture 270 is GaN crystal Manufactured. Then, it is substantially matched to the vapor pressure P Na in vapor pressure P Na-Ga is heated / cooler 70 is achieved by heating the melt reservoir 23 to the evaporation suppression temperature TEVC.

したがって、上述したように、アルカリ金属融液280と混合融液270との間における金属Naの移動が、見かけ上、なくなり、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制される。その結果、金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制してGaN結晶を製造できる。   Therefore, as described above, the movement of the metal Na between the alkali metal melt 280 and the mixed melt 270 apparently disappears, and the fluctuation of the mixing ratio of the metal Na and the metal Ga in the mixed melt 270 does not occur. It is suppressed. As a result, it is possible to manufacture a GaN crystal while suppressing fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga.

また、窒素ガスを反応容器20内へ供給するガス供給管90の融液凝縮部90Aは、アルカリ金属蒸気がアルカリ金属融液として溜まる凝縮温度Tcohに保持されてGaN結晶が製造される。そして、融液凝縮部90Aの温度を凝縮温度Tcohに保持することは、加熱/冷却器80が融液凝縮部90Aを凝縮温度Tcohに制御(加熱/冷却)することによって実現される。 Further, the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 that supplies nitrogen gas into the reaction vessel 20 is maintained at the condensation temperature Tcoh where the alkali metal vapor is accumulated as the alkali metal melt, and the GaN crystal is manufactured. Then, keeping the temperature of the melt condensation part 90A to the condensation temperature Tcoh, the heating / cooling device 80 is realized by a melt condensation section 90A controls the condensation temperature Tcoh (heating / cooling).

したがって、金属Na蒸気が反応容器20内の空間24からガス供給管90内へ拡散しても、その拡散した金属Naは、アルカリ金属融液290として融液凝縮部90Aに溜まる。そして、反応容器20内の空間24に存在する金属Naの外部への拡散が抑制される。その結果、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制され、金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制してGaN結晶を製造できる。 Therefore, even if the metal Na vapor diffuses from the space 24 in the reaction vessel 20 into the gas supply pipe 90, the diffused metal Na accumulates in the melt condensing unit 90 </ b> A as the alkali metal melt 290. And the spreading | diffusion to the exterior of the metal Na which exists in the space 24 in the reaction container 20 is suppressed. As a result, the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270 is suppressed, and the GaN crystal can be manufactured while suppressing the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga.

上記においては、ガス供給管90内の融液凝縮部90Aに金属Naを仕込まずにアルカリ金属融液280,290をそれぞれ融液溜め部23および融液凝縮部90Aに保持してGaN結晶を結晶成長させると説明したが、この実施の形態1においては、これに限らず、融液溜め部23および融液凝縮部90Aの両方に金属Naを仕込んでアルカリ金属融液280,290をそれぞれ融液溜め部23および融液凝縮部90Aに保持するようにしてもよい。 In the above, the alkali metal melts 280 and 290 are held in the melt reservoir 23 and the melt condensing unit 90A, respectively, without adding metal Na to the melt condensing unit 90A in the gas supply pipe 90 to crystallize the GaN crystal. In the first embodiment, the growth is described, but the present invention is not limited to this. Metal Na is charged into both the melt reservoir 23 and the melt condensing unit 90A, and the alkali metal melts 280 and 290 are respectively melted. You may make it hold | maintain in the reservoir part 23 and the melt condensing part 90A.

図11は、図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90A内の状態変化を示す他の模式図である。図11を参照して、金属Na6は、融液溜め部23および融液凝縮部90Aの両方に仕込まれる(図11の(a)参照)。そして、加熱装置50,60は、坩堝10および反応容器20を800℃に加熱し、加熱/冷却器70は、融液溜め部23を蒸発抑制温度Tevcに加熱し、加熱/冷却器80は、融液凝縮部90Aを凝縮温度Tcohに加熱する。その結果、融液溜め部23に仕込まれた金属Na6は、溶けてアルカリ金属融液280になり、融液凝縮部90Aに仕込まれた金属Na6は、溶けてアルカリ金属融液290になり、坩堝10内に仕込まれた金属Na6および金属Ga7は、溶けて混合融液270になる。そして、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する状態でGaN結晶の結晶成長が行なわれる。 FIG. 11 is another schematic diagram showing a state change in the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A between the timings t1 and t3 shown in FIG. Referring to FIG. 11, metal Na6 is charged into both melt reservoir 23 and melt condensing unit 90A (see FIG. 11 (a)). The heating devices 50 and 60 heat the crucible 10 and the reaction vessel 20 to 800 ° C., the heating / cooling device 70 heats the melt reservoir 23 to the evaporation suppression temperature Tevc, and the heating / cooling device 80 The melt condensing unit 90A is heated to the condensing temperature Tcoh. As a result, the metal Na6 charged in the melt reservoir 23 is melted to become the alkali metal melt 280, and the metal Na6 charged in the melt condensing portion 90A is melted to become the alkali metal melt 290, and the crucible. The metal Na 6 and the metal Ga 7 charged in 10 are melted to become a mixed melt 270. Then, the crystal growth of a GaN crystal in a state that substantially corresponds to the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 is evaporated from the melt mixture 270 is performed.

図12は、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1における他のフローチャートである。金属Na6を融液溜め部23および融液凝縮部90Aの両方に仕込む場合、GaN結晶の結晶成長は、図12に示すフローチャートに従って行なわれる。 FIG. 12 is another flowchart in the first embodiment for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. When the metal Na6 is charged into both the melt reservoir 23 and the melt condensing unit 90A, crystal growth of the GaN crystal is performed according to the flowchart shown in FIG.

図12に示すフローチャートは、図10に示すフローチャートのステップS1をステップS1Aに代えたものであり、その他は、図10に示すフローチャートと同じである。   The flowchart shown in FIG. 12 is the same as the flowchart shown in FIG. 10 except that step S1 of the flowchart shown in FIG. 10 is replaced with step S1A.

図12を参照して、一連の動作が開始されると、バルブ110によってガス供給管90をガス供給管91,92に分離し、Arガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を入れる。そして、Arガス雰囲気中で金属Naを反応容器20の融液溜め部23およびガス供給管91内の融液凝縮部90Aに入れる(ステップS1A)。なお、金属Na6を融液凝縮部90Aへ仕込むときは、Arガス雰囲気中で、バルブ110を開けてバルブ110側から金属Na6が融液凝縮部90Aに仕込まれ、その後、バルブ110が閉じられる。 Referring to FIG. 12, when a series of operations is started, gas supply pipe 90 is separated into gas supply pipes 91 and 92 by valve 110, and crucible 10 and reaction vessel 20 are put into a glove box filled with Ar gas. And a gas supply pipe 91 is inserted. Then, in the Ar gas atmosphere, metal Na is put into the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 and the melt condensing unit 90A in the gas supply pipe 91 (step S1A). In addition, when charging the metal Na6 into the melt condensing unit 90A, the valve 110 is opened in the Ar gas atmosphere, the metal Na6 is charged into the melt condensing unit 90A from the valve 110 side, and then the valve 110 is closed.

そして、上述したステップS2〜ステップS13が順次実行され、GaN結晶の結晶成長が終了する。   Then, Steps S2 to S13 described above are sequentially performed, and the crystal growth of the GaN crystal is completed.

なお、GaN結晶が図12に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 Even when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 12, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing part 90A is obtained by the above-described method. It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

金属Na6を融液溜め部23および融液凝縮部90Aの両方に仕込んでおくことによって、混合融液270が800℃に昇温され、アルカリ金属融液280が蒸発抑制温度Tevcに昇温される過程において、混合融液270および/またはアルカリ金属融液280から蒸発して融液凝縮部90Aにアルカリ金属融液290として溜まる金属Naの量を減少させることができ、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動をさらに抑制できる。 By preparing the metal Na6 in both the melt reservoir 23 and the melt condensing unit 90A, the mixed melt 270 is heated to 800 ° C., and the alkali metal melt 280 is heated to the evaporation suppression temperature Tevc. In the process, the amount of metal Na evaporated from the mixed melt 270 and / or the alkali metal melt 280 and accumulated as the alkali metal melt 290 in the melt condensing part 90A can be reduced, and the metal in the mixed melt 270 can be reduced. Variations in the mixing ratio of Na and metal Ga can be further suppressed.

また、上記においては、反応容器20の融液溜め部23のみ、または融液溜め部23および融液凝縮部90Aの両方に金属Naを仕込んでアルカリ金属融液280,290をそれぞれ融液溜め部23および融液凝縮部90Aに保持すると説明したが、この実施の形態1においては、これに限らず、融液凝縮部90Aのみに金属Naを仕込んでアルカリ金属融液280,290をそれぞれ融液溜め部23および融液凝縮部90Aに保持するようにしてもよい。 Further, in the above, metal Na is charged only in the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 or in both the melt reservoir 23 and the melt condensing unit 90A, and the alkali metal melts 280 and 290 are respectively stored in the melt reservoirs. 23 and the melt condensing unit 90A are described above. However, in the first embodiment, the present invention is not limited to this, and only the melt condensing unit 90A is charged with metal Na so that the alkali metal melts 280 and 290 are respectively melted. You may make it hold | maintain in the reservoir part 23 and the melt condensing part 90A.

図13は、図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90A内の状態変化を示すさらに他の模式図である。図13を参照して、アルカリ金属融液290を生成するための金属Na6は、融液凝縮部90Aのみに仕込まれる(図13の(a)参照)。そして、加熱装置50,60は、坩堝10および反応容器20を800℃に加熱し、加熱/冷却器70は、融液溜め部23を蒸発抑制温度Tevcに加熱し、加熱/冷却器80は、融液凝縮部90Aを凝縮温度Tcohに加熱する。その結果、融液凝縮部90Aに仕込まれた金属Na6は、溶けてアルカリ金属融液290になり、坩堝10内に仕込まれた金属Na6および金属Ga7は、溶けて混合融液270になる。坩堝10の温度が800℃に近づくに従って、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaは、徐々に高くなり、混合融液270から蒸発した金属Naは、融液溜め部23にアルカリ金属融液280として溜まる。その後、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致するまで、金属Naは、気相輸送によって混合融液270からアルカリ金属融液280へ移動する。そして、アルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致すると、金属Naの混合融液270からアルカリ金属融液280への気相輸送が停止され、その状態でGaN結晶の結晶成長が行なわれる。 FIG. 13 is still another schematic diagram showing a state change in the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A between the timings t1 and t3 shown in FIG. Referring to FIG. 13, metal Na6 for generating alkali metal melt 290 is charged only into melt condensing unit 90A (see FIG. 13A). The heating devices 50 and 60 heat the crucible 10 and the reaction vessel 20 to 800 ° C., the heating / cooling device 70 heats the melt reservoir 23 to the evaporation suppression temperature Tevc, and the heating / cooling device 80 The melt condensing unit 90A is heated to the condensing temperature Tcoh. As a result, the metal Na6 charged in the melt condensing unit 90A is melted to become the alkali metal melt 290, and the metal Na6 and metal Ga7 charged in the crucible 10 are melted to become the mixed melt 270. As the temperature of the crucible 10 approaches 800 ° C., the vapor pressure P Na—Ga of the metal Na evaporating from the mixed melt 270 gradually increases, and the metal Na evaporated from the mixed melt 270 becomes the melt reservoir 23. In the form of an alkali metal melt 280. Thereafter, until substantially corresponds to the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 is evaporated from the melt mixture 270, the metal Na is mixed melt by vapor transport The liquid 270 moves to the alkali metal melt 280. When substantially match the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 is evaporated from the melt mixture 270, the alkali metal melt from the melt mixture 270 of metal Na The vapor phase transport to the liquid 280 is stopped, and crystal growth of the GaN crystal is performed in this state.

図14は、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1におけるさらに他のフローチャートである。金属Na6を融液凝縮部90Aのみに仕込む場合、GaN結晶の結晶成長は、図14に示すフローチャートに従って行なわれる。 FIG. 14 is still another flowchart in the first embodiment for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. When the metal Na6 is charged only in the melt condensing unit 90A, the crystal growth of the GaN crystal is performed according to the flowchart shown in FIG.

図14に示すフローチャートは、図10に示すフローチャートのステップS1をステップS1Bに代えたものであり、その他は、図10に示すフローチャートと同じである。   The flowchart shown in FIG. 14 is the same as the flowchart shown in FIG. 10 except that step S1 of the flowchart shown in FIG. 10 is replaced with step S1B.

図14を参照して、一連の動作が開始されると、バルブ110によってガス供給管90をガス供給管91,92に分離し、Arガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を入れる。そして、Arガス雰囲気中で金属Naをガス供給管91内の融液凝縮部90Aに入れる(ステップS1B)。なお、金属Na6を融液凝縮部90Aへ仕込むときは、Arガス雰囲気中で、バルブ110を開けてバルブ110側から金属Na6が融液凝縮部90Aに仕込まれ、その後、バルブ110が閉じられる。 Referring to FIG. 14, when a series of operations is started, gas supply pipe 90 is separated into gas supply pipes 91 and 92 by valve 110, and crucible 10 and reaction vessel 20 are put into a glove box filled with Ar gas. And a gas supply pipe 91 is inserted. And metal Na is put into the melt condensing part 90A in the gas supply pipe 91 in Ar gas atmosphere (step S1B). In addition, when charging the metal Na6 into the melt condensing unit 90A, the valve 110 is opened in the Ar gas atmosphere, the metal Na6 is charged into the melt condensing unit 90A from the valve 110 side, and then the valve 110 is closed.

そして、上述したステップS2〜ステップS13が順次実行され、GaN結晶の結晶成長が終了する。   Then, Steps S2 to S13 described above are sequentially performed, and the crystal growth of the GaN crystal is completed.

なお、GaN結晶が図14に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 Even when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 14, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 collected in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

実施の形態1による結晶製造装置は、図15に示す結晶製造装置100Aであってもよい。図15は、実施の形態1による結晶製造装置の他の概略断面図である。図15を参照して、結晶製造装置100Aは、図1に示す結晶製造装置100の反応容器20を反応容器300に代え、加熱/冷却器70を加熱/冷却器70Aに代え、温度センサー71を温度センサー71Aに代え、温度制御装置260を温度制御装置260Aに代え、配管310、容器320、加熱装置330および温度センサー331を追加したものであり、その他は、結晶製造装置100と同じである。   The crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1 may be a crystal manufacturing apparatus 100A shown in FIG. FIG. 15 is another schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment. Referring to FIG. 15, crystal manufacturing apparatus 100A replaces reaction vessel 20 of crystal manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 with reaction vessel 300, replaces heating / cooling device 70 with heating / cooling device 70A, and provides temperature sensor 71. Instead of the temperature sensor 71A, the temperature control device 260 is replaced with the temperature control device 260A, and a pipe 310, a container 320, a heating device 330, and a temperature sensor 331 are added. The rest is the same as the crystal manufacturing apparatus 100.

反応容器300は、図1に示す反応容器20の本体部21を本体部301に代えたものであり、その他は、反応容器20と同じである。本体部301は、図1に示す本体部21の融液溜め部23を削除し、配管310からの接続部を設けたものであり、その他は、本体部21と同じである。   The reaction vessel 300 is the same as the reaction vessel 20 except that the main body portion 21 of the reaction vessel 20 shown in FIG. The main body 301 is the same as the main body 21 except that the melt reservoir 23 of the main body 21 shown in FIG.

なお、結晶製造装置100Aにおいては、加熱装置50は、反応容器300の外周面300Aの周囲を覆うように配置され、加熱装置60は、反応容器300の底面300Bに対向して配置される。   In the crystal manufacturing apparatus 100 </ b> A, the heating device 50 is arranged so as to cover the periphery of the outer peripheral surface 300 </ b> A of the reaction vessel 300, and the heating device 60 is arranged to face the bottom surface 300 </ b> B of the reaction vessel 300.

配管310は、一方端が反応容器300に連結される。容器320は、配管310の他方端側に連結される。加熱/冷却器70Aは、容器320の側面および底面に対向して配置される。温度センサー71Aは、加熱/冷却器70Aに近接して配置される。加熱装置330は、配管310に対向して配置される。温度センサー331は、加熱装置330に近接して配置される。   One end of the pipe 310 is connected to the reaction vessel 300. The container 320 is connected to the other end side of the pipe 310. The heating / cooling device 70 </ b> A is disposed to face the side surface and the bottom surface of the container 320. The temperature sensor 71A is disposed close to the heating / cooling device 70A. The heating device 330 is disposed to face the pipe 310. The temperature sensor 331 is disposed in the vicinity of the heating device 330.

加熱/冷却器70Aは、温度制御装置260Aからの制御信号CTL3に応じて、容器320を蒸発抑制温度Tevcに加熱し、または容器320を凝縮温度Tcohに冷却する。温度センサー71Aは、加熱/冷却器70Aの加熱部または冷却部の温度T3を検出して温度制御装置260Aへ出力する。 The heating / cooling device 70A heats the container 320 to the evaporation suppression temperature Tecc or cools the container 320 to the condensation temperature Tcoh according to the control signal CTL3 from the temperature control device 260A. The temperature sensor 71A detects the temperature T3 of the heating part or the cooling part of the heating / cooling device 70A and outputs it to the temperature control device 260A.

配管310は、反応容器300の空間24と容器320内の空間とを連通させる。容器320は、アルカリ金属融液280を保持する。   The pipe 310 communicates the space 24 of the reaction vessel 300 with the space in the vessel 320. The container 320 holds the alkali metal melt 280.

加熱装置330は、ヒーターと、電流源とからなり、温度制御装置260Aからの制御信号CTL6に応じて、電流源によってヒーターに電流を流し、配管310を800℃(=結晶成長温度)に加熱する。温度センサー331は、加熱装置330のヒーターの温度T6を検出し、その検出した温度T6を温度制御装置260Aへ出力する。温度制御装置260Aは、温度センサー331から温度T6を受け、その受けた温度T6に基づいて、配管310の温度を800℃(=結晶成長温度)に設定するための制御信号CTL6を生成して加熱装置330へ出力する。温度制御装置260Aは、その他、温度制御装置260と同じ機能を果たす。   The heating device 330 includes a heater and a current source. In response to a control signal CTL6 from the temperature control device 260A, a current is supplied to the heater by the current source to heat the pipe 310 to 800 ° C. (= crystal growth temperature). . The temperature sensor 331 detects the temperature T6 of the heater of the heating device 330, and outputs the detected temperature T6 to the temperature control device 260A. The temperature controller 260A receives the temperature T6 from the temperature sensor 331, generates a control signal CTL6 for setting the temperature of the pipe 310 to 800 ° C. (= crystal growth temperature) based on the received temperature T6, and heats it. Output to the device 330. The temperature control device 260A performs the same functions as the temperature control device 260 in other respects.

結晶製造装置100AにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる場合、1)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを容器320のみに仕込む、2)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを融液凝縮部90Aおよび容器320に仕込む、3)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを融液凝縮部90Aのみに仕込む、のいずれかが用いられる。 When crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100A, 1) metal Na for generating the alkali metal melt 280, 290 is charged only in the container 320, and 2) the alkali metal melt 280, 290 is generated. One of the following is used: charging metal Na into the melt condensing unit 90A and the container 320; 3) charging metal Na to generate the alkali metal melts 280 and 290 only into the melt condensing unit 90A.

上記の1)が用いられる場合、図10に示すフローチャートに従って結晶製造装置100AにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。また、上記の2)が用いられる場合、図12に示すフローチャートに従って結晶製造装置100AにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。さらに、上記の3)が用いられる場合、図14に示すフローチャートに従って結晶製造装置100AにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。そして、図10に示すフローチャート、図12に示すフローチャートおよび図14に示すフローチャートのいずれかに従ってGaN結晶の結晶成長が行なわれる場合、容器320に保持されたアルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致するように、加熱/冷却器70Aは、容器320を蒸発抑制温度Tevcに加熱する。 When the above 1) is used, crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100A according to the flowchart shown in FIG. When the above 2) is used, GaN crystals are grown in the crystal manufacturing apparatus 100A according to the flowchart shown in FIG. Further, when the above 3) is used, crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100A according to the flowchart shown in FIG. When the GaN crystal is grown according to any one of the flowchart shown in FIG. 10, the flowchart shown in FIG. 12, and the flowchart shown in FIG. 14, the metal Na that evaporates from the alkali metal melt 280 held in the container 320. so as to be substantially coincident to the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na evaporates from the melt mixture 270, the heating / cooling device 70A heats the container 320 to the evaporation inhibitor temperature TEVC.

このように、実施の形態1においては、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸気圧PNaを有するアルカリ金属融液280は、反応容器300内に保持される必要はなく、反応容器300外に保持されていてもよい。この場合、反応容器300の空間24と容器320の空間とを連通する配管310は、加熱装置330によって、結晶成長温度、一般的には、金属Na蒸気が凝縮しない温度に加熱される。配管310の温度が、金属Na蒸気が凝縮する温度に設定されていると、空間24内の金属Naが配管310の内壁に凝縮し、混合融液270からの金属Naの蒸発が増加し、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が大きくなるので、これを防止するために、配管310の温度を金属Na蒸気が凝縮しない温度に設定することにしたものである。 As described above, in the first embodiment, the alkali metal melt 280 having the vapor pressure P Na that substantially matches the vapor pressure P Na—Ga of the metal Na evaporated from the mixed melt 270 is held in the reaction vessel 300. It is not necessary to be carried out and may be held outside the reaction vessel 300. In this case, the pipe 310 communicating the space 24 of the reaction vessel 300 and the space of the vessel 320 is heated by the heating device 330 to a crystal growth temperature, generally a temperature at which the metal Na vapor is not condensed . When the temperature of the pipe 310 is set to a temperature at which the metal Na vapor is condensed , the metal Na in the space 24 is condensed on the inner wall of the pipe 310, and the evaporation of the metal Na from the mixed melt 270 increases and mixing. Since the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the melt 270 becomes large, in order to prevent this, the temperature of the pipe 310 is set to a temperature at which the metal Na vapor is not condensed .

また、結晶製造装置100Aを用いてGaN結晶を製造する場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに保持されたアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、容器320内へ気相輸送される。 In the case of producing a GaN crystal using the crystal production apparatus 100A, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 held in the melt condensing unit 90A is stored in the container 320 by the above-described method. Vaporized to the gas phase.

その他は、結晶製造装置100と同じである。   Others are the same as the crystal manufacturing apparatus 100.

なお、上記においては、種結晶5を混合融液270と空間24との気液界面2に接触させてGaN結晶を結晶成長させると説明したが、この発明においては、これに限らず、種結晶5を混合融液270に浸漬させてGaN結晶を結晶成長してもよい。この場合、図10に示すフローチャート、図12に示すフローチャートおよび図14に示すフローチャートのステップS8において、種結晶5は、上下機構240によって混合融液270中に浸漬され、ステップS12において、種結晶5は、混合融液270中へ浸漬されるように上下機構240によって移動される。   In the above description, the GaN crystal is grown by bringing the seed crystal 5 into contact with the gas-liquid interface 2 between the mixed melt 270 and the space 24. However, the present invention is not limited to this, and the seed crystal is not limited thereto. 5 may be immersed in the mixed melt 270 to grow a GaN crystal. In this case, in step S8 of the flowchart shown in FIG. 10, the flowchart shown in FIG. 12, and the flowchart shown in FIG. 14, the seed crystal 5 is immersed in the mixed melt 270 by the up-and-down mechanism 240. Is moved by the vertical mechanism 240 so as to be immersed in the mixed melt 270.

また、上記においては、2つのアルカリ金属融液280,290のうち、反応容器20の融液溜め部23または容器320に保持されたアルカリ金属融液280の温度を蒸発抑制温度Tevcに制御してGaN結晶を製造すると説明したが、この実施の形態1においては、これに限らず、2つのアルカリ金属融液280,290の両方の温度を蒸発抑制温度Tevcに制御してGaN結晶を製造するようにしてもよい。この場合、加熱/冷却器80は、温度制御装置260または260Aからの制御信号CTL4に応じて、タイミングt3からタイミングt5の間、融液凝縮部90Aの温度を蒸発抑制温度Tevcに設定し、タイミングt6からタイミングt7の間、融液凝縮部90Aの温度を蒸発促進温度Tevに設定する。 In the above, the temperature of the alkali metal melt 280 held in the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 or the vessel 320 out of the two alkali metal melts 280 and 290 is controlled to the evaporation suppression temperature Tevc. Although it has been described that the GaN crystal is manufactured, the first embodiment is not limited to this, and the GaN crystal is manufactured by controlling the temperatures of the two alkali metal melts 280 and 290 to the evaporation suppression temperature Tevc. It may be. In this case, the heating / cooling device 80 sets the temperature of the melt condensing unit 90A to the evaporation suppression temperature Tev from the timing t3 to the timing t5 in accordance with the control signal CTL4 from the temperature control device 260 or 260A. Between t6 and timing t7, the temperature of the melt condensing unit 90A is set to the evaporation promotion temperature Tev.

実施の形態1においては、加熱/冷却器70,80および温度制御装置260は、「制御手段」を構成する。   In the first embodiment, the heating / cooling devices 70 and 80 and the temperature control device 260 constitute “control means”.

また、加熱/冷却器70は、「第1の加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器80は、「第2の加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器70,80を制御する温度制御装置260は、「制御装置」を構成する。   The heating / cooling device 70 constitutes a “first heating / cooling device”, and the heating / cooling device 80 constitutes a “second heating / cooling device”. The temperature control device 260 to be controlled constitutes a “control device”.

さらに、加熱/冷却器70A,80および温度制御装置260Aは、「制御手段」を構成する。   Furthermore, the heating / cooling devices 70A and 80 and the temperature control device 260A constitute “control means”.

さらに、加熱/冷却器70Aは、「第1の加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器80は、「第2の加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器70A,80を制御する温度制御装置260Aは、「制御装置」を構成する。   Furthermore, the heating / cooling device 70A constitutes a “first heating / cooling device”, and the heating / cooling device 80 constitutes a “second heating / cooling device”, and the heating / cooling devices 70A, 80 are arranged. The temperature control device 260A to be controlled constitutes a “control device”.

さらに、ガス供給管90は、「ガス導入管」を構成し、容器320は、「融液保持容器」を構成する。   Further, the gas supply pipe 90 constitutes a “gas introduction pipe”, and the container 320 constitutes a “melt holding container”.

さらに、アルカリ金属融液290は、「第1のアルカリ金属融液」を構成し、アルカリ金属融液280は、「第2のアルカリ金属融液」を構成する。   Furthermore, the alkali metal melt 290 constitutes a “first alkali metal melt”, and the alkali metal melt 280 constitutes a “second alkali metal melt”.

さらに、ガス供給管90、バルブ110、圧力調整器120およびガスボンベ130は、「ガス供給装置」を構成する。   Furthermore, the gas supply pipe 90, the valve 110, the pressure regulator 120, and the gas cylinder 130 constitute a “gas supply device”.

さらに、支持装置40、振動印加装置230、上下機構240および振動検出装置250は、種結晶5を保持する「保持手段」を構成する。   Further, the support device 40, the vibration applying device 230, the vertical mechanism 240 and the vibration detecting device 250 constitute a “holding unit” that holds the seed crystal 5.

[実施の形態2]
図16は、実施の形態2による結晶製造装置の概略断面図である。図16を参照して、実施の形態2による結晶製造装置100Bは、図1に示す結晶製造装置100の加熱/冷却器70,80をそれぞれ加熱/冷却器70B,80Aに代えたものであり、その他は、結晶製造装置100と同じである。
[Embodiment 2]
FIG. 16 is a schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment. Referring to FIG. 16, crystal manufacturing apparatus 100B according to the second embodiment is configured by replacing heating / cooling devices 70 and 80 of crystal manufacturing apparatus 100 shown in FIG. 1 with heating / cooling devices 70B and 80A, respectively. Others are the same as the crystal manufacturing apparatus 100.

加熱/冷却器70Bは、融液溜め部23を蒸発促進温度Tevに加熱し、または融液溜め部23を凝縮温度Tcohに冷却する。加熱/冷却器80Aは、融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱し、または融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱する。 The heating / cooling device 70B heats the melt reservoir 23 to the evaporation promoting temperature Tev or cools the melt reservoir 23 to the condensation temperature Tcoh. The heating / cooling device 80A heats the melt condensing unit 90A to the evaporation suppression temperature Tev, or heats the melt condensing unit 90A to the evaporation promoting temperature Tev.

図17は、図16に示す坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90Aの温度のタイミングチャートである。図17を参照して、坩堝10および反応容器20の温度制御は、上述した曲線k1に従って行なわれ、種結晶5の温度制御は、上述した曲線k2または直線k3に従って行なわれる。 FIG. 17 is a timing chart of the temperatures of the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A shown in FIG. Referring to FIG. 17, the temperature control of crucible 10 and reaction vessel 20 is performed according to curve k1 described above, and the temperature control of seed crystal 5 is performed according to curve k2 or straight line k3 described above.

結晶製造装置100Bにおいては、加熱/冷却器70Bは、曲線k9に従って、タイミングt8で融液溜め部23を蒸発促進温度Tevに加熱し、タイミングt8からタイミングt5までの間、融液溜め部23を蒸発促進温度Tevに保持し、タイミングt6からタイミングt7までの間、融液溜め部23を凝縮温度Tcohに冷却する。 In the crystal manufacturing apparatus 100B, the heating / cooling device 70B heats the melt reservoir 23 to the evaporation promoting temperature Tev at the timing t8 according to the curve k9, and then opens the melt reservoir 23 from the timing t8 to the timing t5. The evaporation promoting temperature Tev is maintained, and the melt reservoir 23 is cooled to the condensation temperature Tcoh from timing t6 to timing t7.

また、結晶製造装置100Bにおいては、加熱/冷却器80Aは、曲線k8に従って、タイミングt3で融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱し、タイミングt3からタイミングt5までの間、融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに保持し、タイミングt6からタイミングt7までの間、融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱する。 The crystal in the production apparatus 100B, a heating / cooling device 80A in accordance with the curve k8, the melt condensation section 90A is heated to the evaporation inhibitor temperature Tevc at timing t3, the period from timing t3 to timing t5, the melt condensation unit 90A is held at the evaporation suppression temperature Tvc, and the melt condensing unit 90A is heated to the evaporation promotion temperature Tev from timing t6 to timing t7.

図18は、図17に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90A内の状態変化を示す模式図である。 FIG. 18 is a schematic diagram showing a state change in the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A between the timings t1 and t3 shown in FIG.

図18を参照して、加熱装置50,60が坩堝10および反応容器20を加熱し始めたとき、坩堝10内には、金属Na6および金属Ga7が存在し、加熱/冷却部70Bが融液溜め部23を加熱し始め、かつ、加熱/冷却部80Aが融液凝縮部90Aを加熱し始めたとき、融液溜め部23には、金属Na6が存在し、融液凝縮部90Aには、金属Naは存在しない(図18の(a)参照)。 Referring to FIG. 18, when heating devices 50 and 60 begin to heat crucible 10 and reaction vessel 20, metal Na 6 and metal Ga 7 exist in crucible 10, and heating / cooling unit 70 B stores the melt. When the part 23 starts to be heated and the heating / cooling part 80A starts to heat the melt condensing part 90A, the melt reservoir 23 contains metal Na6, and the melt condensing part 90A has a metal Na is not present (see FIG. 18A).

そして、坩堝10および反応容器20の温度がタイミングt1において98℃に達すると、坩堝10中の金属Na6は溶け、約30℃で既に溶けている金属Ga7と混ざり合う。その後、GaとNaとの金属間化合物が生成され、この金属間化合物は、560℃以上の温度において坩堝10中で混合融液270となる。そして、坩堝10および反応容器20の温度は、タイミングt3において800℃に達する。   When the temperature of the crucible 10 and the reaction vessel 20 reaches 98 ° C. at the timing t1, the metal Na 6 in the crucible 10 is melted and mixed with the metal Ga 7 already melted at about 30 ° C. Thereafter, an intermetallic compound of Ga and Na is generated, and this intermetallic compound becomes the mixed melt 270 in the crucible 10 at a temperature of 560 ° C. or higher. And the temperature of the crucible 10 and the reaction container 20 reaches 800 degreeC in the timing t3.

また、融液溜め部23の温度が98℃以上に達すると、融液溜め部23内の金属Na6は溶け、アルカリ金属融液が融液溜め部23に生成される。その後、融液溜め部23の温度は、タイミングt8において蒸発促進温度Tevに達し、タイミングt8からタイミングt3までの間、蒸発促進温度Tevに保持される。さらに、融液凝縮部90Aの温度は、タイミングt3において蒸発抑制温度Tevcに達する。 When the temperature of the melt reservoir 23 reaches 98 ° C. or higher, the metal Na 6 in the melt reservoir 23 is melted and an alkali metal melt is generated in the melt reservoir 23. Thereafter, the temperature of the melt reservoir 23 reaches the evaporation promotion temperature Tev at the timing t8, and is maintained at the evaporation promotion temperature Tev from the timing t8 to the timing t3. Further, the temperature of the melt condensing unit 90A reaches the evaporation suppression temperature Tvc at the timing t3.

そうすると、融液溜め部23の温度が蒸発促進温度Tevに保持されている期間(タイミングt8からタイミングt3までの期間)、融液溜め部23に生成されたアルカリ金属融液から金属Naが蒸発し、その蒸発した金属Na蒸気は、坩堝10および反応容器20よりも低温部であるガス供給管90内の融液凝縮部90Aにアルカリ金属融液290として凝縮する。そして、タイミングt3においては、融液溜め部23に生成されたアルカリ金属融液は、全て、気相輸送によって融液凝縮部90Aへ移動する。タイミングt3においては、融液凝縮部90Aの温度は、蒸発抑制温度Tevcに設定されているので、アルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaは、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。すなわち、混合融液270からの金属Naの蒸発と、アルカリ金属融液290からの金属Naの蒸発とが略平衡になる(図18の(b)参照)。 Then, during a period in which the temperature of the melt reservoir 23 is maintained at the evaporation promotion temperature Tev (a period from timing t8 to timing t3), the metal Na evaporates from the alkali metal melt generated in the melt reservoir 23. , the evaporated metal Na vapor condenses as the alkali metal melt 290 in the melt condensation section 90A of the gas supply pipe 90 is cold portion than the crucible 10 and the reaction vessel 20. At timing t3, all of the alkali metal melt generated in the melt reservoir 23 moves to the melt condensing unit 90A by vapor transport. At the timing t3, the temperature of the melt condensing unit 90A is set to the evaporation suppression temperature Tevc, so that the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the alkali metal melt 290 is the metal evaporating from the mixed melt 270. This substantially corresponds to the vapor pressure P Na-Ga of Na . That is, the evaporation of the metal Na from the mixed melt 270 and the evaporation of the metal Na from the alkali metal melt 290 are substantially balanced (see FIG. 18B).

したがって、混合融液270からアルカリ金属融液290への金属Naの気相輸送とアルカリ金属融液290から混合融液270への金属Naの気相輸送と、が略平衡になり、見かけ上、混合融液270とアルカリ金属融液290との間で金属Naの移動が停止される。その結果、混合融液270およびアルカリ金属融液290からの金属Naの蒸発による混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制される。   Therefore, the vapor phase transport of metal Na from the mixed melt 270 to the alkali metal melt 290 and the vapor phase transport of metal Na from the alkali metal melt 290 to the mixed melt 270 are substantially in equilibrium. The movement of metal Na is stopped between the mixed melt 270 and the alkali metal melt 290. As a result, fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270 due to evaporation of metal Na from the mixed melt 270 and the alkali metal melt 290 are suppressed.

図19は、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態2におけるフローチャートである。図19に示すフローチャートは、図10に示すフローチャートのステップS6、ステップS7およびステップ9をそれぞれステップS6A、ステップS7Aおよびステップ9Aに代えたものであり、その他は、図10に示すフローチャートと同じである。   FIG. 19 is a flowchart in the second embodiment for explaining a GaN crystal manufacturing method. The flowchart shown in FIG. 19 is the same as the flowchart shown in FIG. 10 except that step S6, step S7, and step 9 in the flowchart shown in FIG. 10 are replaced with step S6A, step S7A, and step 9A, respectively. .

図19を参照して、一連の動作が開始されると、上述したステップS1〜ステップS5が順次実行される。そして、ステップS5の後、加熱/冷却器80Aは、ガス供給管90の融液凝縮部90Aの温度をアルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸発抑制温度Tevcに制御する(ステップS6A)。 Referring to FIG. 19, when a series of operations are started, the above-described steps S1 to S5 are sequentially executed. After step S 5, the heating / cooling device 80 A evaporates from the mixed melt 270 the vapor pressure P Na of metal Na that evaporates the temperature of the melt condensing unit 90 A of the gas supply pipe 90 from the alkali metal melt 290. Control is performed to an evaporation suppression temperature Tvc substantially equal to the vapor pressure PNa -Ga of metal Na (step S6A).

そして、加熱/冷却器70Bは、融液溜め部23を蒸発促進温度Tevに加熱する(ステップS7A)。これによって、融液溜め部23に生成されたアルカリ金属融液は、蒸発して気相輸送によってガス供給管90内の融液凝縮部90Aにアルカリ金属融液290として溜まる。そして、アルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaは、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaと略平衡になる。 Then, the heater / cooler 70B heats the melt reservoir 23 to the evaporation promotion temperature Tev (step S7A). As a result, the alkali metal melt generated in the melt reservoir 23 is evaporated and accumulated as an alkali metal melt 290 in the melt condensing part 90A in the gas supply pipe 90 by vapor transport. Then, the vapor pressure P Na of metal Na evaporating from the alkali metal melt 290 is substantially in equilibrium with the vapor pressure P Na-Ga of metal Na evaporating from the mixed melt 270.

その後、上述したステップS8が実行され、所定の時間、坩堝10および反応容器20は、800℃(=結晶成長温度)に保持され、反応容器20の融液溜め部23は、蒸発促進温度Tevに保持され、ガス供給管90の融液凝縮部90Aは、蒸発抑制温度Tevcに保持される(ステップS9A)。 Thereafter, step S8 described above is executed, and the crucible 10 and the reaction vessel 20 are held at 800 ° C. (= crystal growth temperature) for a predetermined time, and the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 is set to the evaporation promotion temperature Tev. The melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 is held at the evaporation suppression temperature Tvc (step S9A).

そして、上述したステップS10〜ステップS13が順次実行され、一連の動作が終了する。   And step S10-step S13 mentioned above are performed sequentially, and a series of operation | movement is complete | finished.

なお、GaN結晶が図19に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。あるいは、次に同様の結晶成長を行なう場合は、そのまま融液凝縮部90Aにアルカリ金属融液290を残したままでもよい。 Even when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 19, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport. Alternatively, when the same crystal growth is performed next, the alkali metal melt 290 may be left as it is in the melt condensing unit 90A.

上述したように、窒素ガスを反応容器20内へ供給するガス供給管90内の融液凝縮部90Aに保持されたアルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaと混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaとを略平衡にすることによって、混合融液270からの金属Naの蒸発を実質的に抑制し、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制できる。 As described above, the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the alkali metal melt 290 held in the melt condensing part 90A in the gas supply pipe 90 for supplying nitrogen gas into the reaction vessel 20 and the mixed melt 270 are mixed. By substantially equilibrating the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the metal Na, the evaporation of the metal Na from the mixed melt 270 is substantially suppressed, and the metal Na and the metal Ga in the mixed melt 270 are The fluctuation of the mixing ratio can be suppressed.

上記においては、ガス供給管90内の融液凝縮部90Aに金属Naを仕込まずにアルカリ金属融液290を融液凝縮部90Aに保持してGaN結晶を結晶成長させると説明したが、この実施の形態2においては、これに限らず、融液凝縮部90Aのみに金属Naを仕込んでアルカリ金属融液290を融液凝縮部90Aに保持するようにしてもよい。 In the above description, it has been described that the alkali metal melt 290 is held in the melt condensing unit 90A without adding metal Na to the melt condensing unit 90A in the gas supply pipe 90, and the GaN crystal is grown. in the second embodiment, not limited thereto, the alkali metal melt 290 may be held in the melt condensation section 90A were charged metal Na only in the melt condensation section 90A.

図20は、図17に示すタイミングt1,t3間における坩堝10、反応容器20、融液溜め部23および融液凝縮部90A内の状態変化を示す他の模式図である。図20を参照して、アルカリ金属融液290を生成するための金属Na6は、融液凝縮部90Aのみに仕込まれる(図20の(a)参照)。そして、加熱装置50,60は、坩堝10および反応容器20を800℃に加熱し、加熱/冷却器70Bは、融液溜め部23を蒸発促進温度Tevに加熱し、加熱/冷却器80Aは、融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱する。その結果、融液凝縮部90Aに仕込まれた金属Na6は、溶けてアルカリ金属融液290になり、坩堝10内に仕込まれた金属Na6および金属Ga7は、溶けて混合融液270になる。そして、アルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する状態でGaN結晶の結晶成長が行なわれる。この場合、融液溜め部23には、アルカリ金属融液が溜まることはない。 FIG. 20 is another schematic diagram showing a state change in the crucible 10, the reaction vessel 20, the melt reservoir 23, and the melt condensing unit 90A between the timings t1 and t3 shown in FIG. Referring to FIG. 20, metal Na6 for generating alkali metal melt 290 is charged only into melt condensing unit 90A (see FIG. 20 (a)). The heating devices 50 and 60 heat the crucible 10 and the reaction vessel 20 to 800 ° C., the heating / cooling device 70B heats the melt reservoir 23 to the evaporation promoting temperature Tev, and the heating / cooling device 80A The melt condensing unit 90A is heated to the evaporation suppression temperature Tvc. As a result, the metal Na6 charged in the melt condensing unit 90A is melted to become the alkali metal melt 290, and the metal Na6 and metal Ga7 charged in the crucible 10 are melted to become the mixed melt 270. Then, the crystal growth of a GaN crystal in a state that substantially corresponds to the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na metal Na evaporated from the alkali metal melt 290 is evaporated from the melt mixture 270 is performed. In this case, the alkali metal melt does not accumulate in the melt reservoir 23.

図21は、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態2における他のフローチャートである。アルカリ金属融液290を生成するための金属Na6を融液凝縮部90Aのみに仕込む場合、GaN結晶の結晶成長は、図21に示すフローチャートに従って行なわれる。 FIG. 21 is another flowchart in the second embodiment for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. When the metal Na6 for generating the alkali metal melt 290 is charged only into the melt condensing unit 90A, the crystal growth of the GaN crystal is performed according to the flowchart shown in FIG.

図21に示すフローチャートは、図19に示すフローチャートのステップS1をステップS1Aに代えたものであり、その他は、図19に示すフローチャートと同じである。   The flowchart shown in FIG. 21 is the same as the flowchart shown in FIG. 19 except that step S1 of the flowchart shown in FIG. 19 is replaced with step S1A.

図21を参照して、一連の動作が開始されると、バルブ110によってガス供給管90をガス供給管91,92に分離し、Arガスが充填されたグローブボックス内へ坩堝10、反応容器20およびガス供給管91を入れる。そして、Arガス雰囲気中で金属Naをガス供給管91内の融液凝縮部90Aに入れる(ステップS1A)。なお、金属Na6を融液凝縮部90Aへ仕込むときは、Arガス雰囲気中で、バルブ110を開けてバルブ110側から金属Na6が融液凝縮部90Aに仕込まれ、その後、バルブ110が閉じられる。 Referring to FIG. 21, when a series of operations is started, gas supply pipe 90 is separated into gas supply pipes 91 and 92 by valve 110, and crucible 10 and reaction vessel 20 are put into a glove box filled with Ar gas. And a gas supply pipe 91 is inserted. And metal Na is put into the melt condensing part 90A in the gas supply pipe 91 in Ar gas atmosphere (step S1A). In addition, when charging the metal Na6 into the melt condensing unit 90A, the valve 110 is opened in the Ar gas atmosphere, the metal Na6 is charged into the melt condensing unit 90A from the valve 110 side, and then the valve 110 is closed.

そして、上述したステップS2〜5,S6A,S7A,S8,S9A,S10〜S13が順次実行され、GaN結晶の結晶成長が終了する。   And step S2-5, S6A, S7A, S8, S9A, S10-S13 mentioned above are performed sequentially, and the crystal growth of a GaN crystal is complete | finished.

なお、GaN結晶が図21に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。あるいは、次に同様の結晶成長を行なう場合は、そのまま融液凝縮部90Aにアルカリ金属融液290を残したままでもよい。 Even when the GaN crystal is manufactured in accordance with the flowchart shown in FIG. 21, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing part 90A is obtained by the above-described method. It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport. Alternatively, when the same crystal growth is performed next, the alkali metal melt 290 may be left as it is in the melt condensing unit 90A.

アルカリ金属融液290を生成するための金属Na6を融液凝縮部90Aのみに仕込んでおくことによって、混合融液270が800℃に昇温され、アルカリ金属融液290が蒸発抑制温度Tevcに昇温され、融液溜め部23が蒸発促進温度Tevに昇温される過程において、混合融液270から蒸発して他の部分にアルカリ金属融液として溜まる金属Naの量を減少させることができ、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動をさらに抑制できる。 By preparing only the melt condensing part 90A with metal Na6 for generating the alkali metal melt 290, the mixed melt 270 is heated to 800 ° C., and the alkali metal melt 290 is raised to the evaporation suppression temperature Tevc. In the process in which the melt reservoir 23 is heated to the evaporation promotion temperature Tev, the amount of metal Na that evaporates from the mixed melt 270 and accumulates in the other portion as an alkali metal melt can be reduced. Variations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270 can be further suppressed.

なお、実施の形態2においては、結晶製造装置100から結晶製造装置100Aへの変更と同じ変更を結晶製造装置100Bに加えてもよい。この場合、次の2つのパターンによってGaN結晶が製造される。第1のパターンは、金属Na6を容器320に仕込み、加熱/冷却器70Aによって容器320を蒸発促進温度Tevに加熱し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱して容器320に仕込んだ金属Na6をガス供給管90の融液凝縮部90Aへ気相輸送させてGaN結晶を製造し、GaN結晶の製造後、加熱/冷却器70Aによって容器320を凝縮温度Tcohに冷却し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱してアルカリ金属融液290を容器320へ気相輸送して次回のGaN結晶の製造の準備を行なうパターンである。また、第2のパターンは、金属Na6をガス供給管90の融液凝縮部90Aに仕込み、加熱/冷却器70Aによって容器320を蒸発促進温度Tevに加熱し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱してGaN結晶を製造し、GaN結晶の製造後、加熱/冷却器70Aによって容器320を凝縮温度Tcohに冷却し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱してアルカリ金属融液290を容器320へ気相輸送して次回のGaN結晶の製造の準備を行なうパターンである。 In the second embodiment, the same change as the change from the crystal manufacturing apparatus 100 to the crystal manufacturing apparatus 100A may be added to the crystal manufacturing apparatus 100B. In this case, a GaN crystal is manufactured by the following two patterns. In the first pattern, metal Na6 is charged into the container 320, the container 320 is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 70A, and the melt condensing unit 90A is heated to the evaporation suppression temperature Tev by the heating / cooling device 80A. The metal Na6 charged in the container 320 is vapor transported to the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 to produce a GaN crystal. After the GaN crystal is produced, the container 320 is brought to the condensation temperature Tcoh by the heating / cooling device 70A. In this pattern, the melt condensing unit 90A is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 80A, and the alkali metal melt 290 is vapor-phase transported to the container 320 to prepare for the next GaN crystal production. . In the second pattern, metal Na6 is charged into the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90, the container 320 is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 70A, and the melt is condensed by the heating / cooling device 80A. 90A is heated to the evaporation suppression temperature Tevc to produce a GaN crystal. After the GaN crystal is produced, the container 320 is cooled to the condensation temperature Tcoh by the heating / cooling device 70A, and the melt condensing portion 90A is heated by the heating / cooling device 80A. Is heated to the evaporation promotion temperature Tev, and the alkali metal melt 290 is vapor-phase transported to the container 320 to prepare for the production of the next GaN crystal.

なお、加熱/冷却器70B,80Aおよび温度制御装置260は、「制御手段」を構成する。   The heating / cooling devices 70B and 80A and the temperature control device 260 constitute “control means”.

また、加熱/冷却器80Aは、「加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器70Bは、「もう1つの加熱/冷却器」を構成し、加熱/冷却器70B,80Aを制御する温度制御装置260は、「制御装置」を構成する。   The heating / cooling device 80A constitutes a “heating / cooling device”, and the heating / cooling device 70B constitutes “another heating / cooling device”, and controls the heating / cooling devices 70B and 80A. The control device 260 constitutes a “control device”.

さらに、融液凝縮部90Aは、「融液溜め部」を構成し、融液溜め部23は、「融液凝縮部」を構成する。 Further, the melt condensing unit 90A constitutes a “melt reservoir”, and the melt reservoir 23 constitutes a “melt condensing unit”.

その他は、実施の形態1と同じである。   Others are the same as in the first embodiment.

[実施の形態3]
図22は、実施の形態3による結晶製造装置の概略断面図である。図22を参照して、実施の形態3による結晶製造装置100Cは、図1に示す結晶製造装置100のベローズ30、支持装置40、配管180、熱電対190、ガス供給管200、流量計210、ガスボンベ220、振動印加装置230、上下機構240および振動検出装置250を削除し、温度制御装置260を温度制御装置260Bに代えたものであり、その他は、結晶製造装置100と同じである。
[Embodiment 3]
FIG. 22 is a schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to the third embodiment. Referring to FIG. 22, the crystal manufacturing apparatus 100C according to the third embodiment includes a bellows 30, a support device 40, a pipe 180, a thermocouple 190, a gas supply pipe 200, a flow meter 210, a flow meter 210 of the crystal manufacturing apparatus 100 illustrated in FIG. The gas cylinder 220, the vibration application device 230, the vertical mechanism 240, and the vibration detection device 250 are deleted, and the temperature control device 260 is replaced with the temperature control device 260B. The rest is the same as the crystal manufacturing device 100.

結晶製造装置100Cにおいては、ガス供給管90は、その一方端が反応容器20の蓋部22に連結される。   In the crystal manufacturing apparatus 100 </ b> C, one end of the gas supply pipe 90 is connected to the lid portion 22 of the reaction vessel 20.

温度制御装置260Bは、温度制御装置260の機能のうち、熱電対190から温度T5を受け、その受けた温度T5に基づいて制御信号CTL5を生成して流量計210へ出力する機能を削除した機能を有する。   The temperature control device 260B is a function obtained by deleting the function of receiving the temperature T5 from the thermocouple 190 and generating the control signal CTL5 based on the received temperature T5 and outputting the control signal CTL5 to the flow meter 210 among the functions of the temperature control device 260. Have

このように、結晶製造装置100Cは、種結晶5を冷却する機能および種結晶5を気液界面2に接触させるように種結晶5を上下させる機能を結晶製造装置100から削除した結晶製造装置に相当する。つまり、結晶製造装置100Cは、種結晶5を用いずにGaN結晶を製造する結晶製造装置である。したがって、結晶製造装置100Cにおいては、図9に示す領域REG2に含まれる結晶成長温度および窒素ガス圧を用いてGaN結晶が製造される。   As described above, the crystal manufacturing apparatus 100C is a crystal manufacturing apparatus in which the function of cooling the seed crystal 5 and the function of moving the seed crystal 5 up and down so that the seed crystal 5 is brought into contact with the gas-liquid interface 2 are omitted from the crystal manufacturing apparatus 100. Equivalent to. That is, the crystal manufacturing apparatus 100 </ b> C is a crystal manufacturing apparatus that manufactures a GaN crystal without using the seed crystal 5. Therefore, in crystal manufacturing apparatus 100C, a GaN crystal is manufactured using the crystal growth temperature and nitrogen gas pressure included in region REG2 shown in FIG.

結晶製造装置100Cにおいて、GaN結晶を製造する場合、図6に示す金属Na6の仕込み方法、図11に示す金属Na6の仕込み方法および図13に示す金属Na6の仕込み方法のいずれかの仕込み方法が用いられる。   When manufacturing a GaN crystal in the crystal manufacturing apparatus 100C, any of the charging method of metal Na6 shown in FIG. 6, the charging method of metal Na6 shown in FIG. 11, and the charging method of metal Na6 shown in FIG. 13 is used. It is done.

図23から図25は、それぞれ、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態3における第1から第3のフローチャートである。   FIG. 23 to FIG. 25 are first to third flowcharts in the third embodiment for explaining the method of manufacturing a GaN crystal, respectively.

図6に示す金属Na6の仕込み方法が用いられる場合、図23に示すフローチャートに従ってGaN結晶が製造される。図23に示すフローチャートは、図10に示すフローチャートのステップS3、ステップS8、ステップS10およびステップS12を削除したものであり、その他は、図10に示すフローチャートと同じである。この場合、ステップS4において、図9に示す領域REG2に含まれる窒素ガス圧になるように窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24に充填される。また、GaN結晶が図23に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 When the preparation method of metal Na6 shown in FIG. 6 is used, a GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 23 is the same as the flowchart shown in FIG. 10 except that steps S3, S8, S10, and S12 of the flowchart shown in FIG. 10 are deleted. In this case, in step S4, nitrogen gas is charged into the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 so that the nitrogen gas pressure contained in the region REG2 shown in FIG. In addition, even when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 23, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

図11に示す金属Na6の仕込み方法が用いられる場合、図24に示すフローチャートに従ってGaN結晶が製造される。図24に示すフローチャートは、図12に示すフローチャートのステップS3、ステップS8、ステップS10およびステップS12を削除したものであり、その他は、図12に示すフローチャートと同じである。この場合、ステップS4において、図9に示す領域REG2に含まれる窒素ガス圧になるように窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24に充填される。また、GaN結晶が図24に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 When the preparation method of metal Na6 shown in FIG. 11 is used, a GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 24 is the same as the flowchart shown in FIG. 12 except that steps S3, S8, S10, and S12 in the flowchart shown in FIG. 12 are deleted. In this case, in step S4, nitrogen gas is charged into the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 so that the nitrogen gas pressure contained in the region REG2 shown in FIG. Also, when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 24, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

図13に示す金属Na6の仕込み方法が用いられる場合、図25に示すフローチャートに従ってGaN結晶が製造される。図25に示すフローチャートは、図14に示すフローチャートのステップS3、ステップS8、ステップS10およびステップS12を削除したものであり、その他は、図14に示すフローチャートと同じである。この場合、ステップS4において、図9に示す領域REG2に含まれる窒素ガス圧になるように窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24に充填される。また、GaN結晶が図25に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 When the preparation method of metal Na6 shown in FIG. 13 is used, a GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 25 is the same as the flowchart shown in FIG. 14 except that steps S3, S8, S10, and S12 of the flowchart shown in FIG. 14 are deleted. In this case, in step S4, nitrogen gas is charged into the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 so that the nitrogen gas pressure contained in the region REG2 shown in FIG. Also, when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 25, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

実施の形態3による結晶製造装置は、図26に示す結晶製造装置100Dであってもよい。図26は、実施の形態3による結晶製造装置の他の概略断面図である。図26を参照して、結晶製造装置100Dは、図22に示す結晶製造装置100Cの反応容器20を反応容器300に代え、加熱/冷却器70を加熱/冷却器70Aに代え、温度センサー71を温度センサー71Aに代え、温度制御装置260Bを温度制御装置260Cに代え、配管310、容器320、加熱装置330および温度センサー331を追加したものであり、その他は、結晶製造装置100Cと同じである。   The crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 3 may be a crystal manufacturing apparatus 100D shown in FIG. FIG. 26 is another schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to the third embodiment. Referring to FIG. 26, crystal manufacturing apparatus 100D replaces reaction vessel 20 of crystal manufacturing apparatus 100C shown in FIG. 22 with reaction vessel 300, replaces heating / cooling device 70 with heating / cooling device 70A, and provides temperature sensor 71. Instead of the temperature sensor 71A, the temperature control device 260B is replaced with the temperature control device 260C, and a pipe 310, a container 320, a heating device 330, and a temperature sensor 331 are added, and the others are the same as the crystal manufacturing apparatus 100C.

反応容器300、加熱/冷却器70A、温度センサー71A、配管310、容器320、加熱装置330および温度センサー331については、上述したとおりである。   The reaction vessel 300, the heating / cooling device 70A, the temperature sensor 71A, the pipe 310, the vessel 320, the heating device 330, and the temperature sensor 331 are as described above.

温度制御装置260Cは、温度センサー331から温度T6を受け、その受けた温度T6に基づいて、配管310の温度を800℃(=結晶成長温度)に設定するための制御信号CTL6を生成して加熱装置330へ出力する。温度制御装置260Cは、その他、温度制御装置260Bと同じ機能を果たす。   The temperature control device 260C receives the temperature T6 from the temperature sensor 331, generates a control signal CTL6 for setting the temperature of the pipe 310 to 800 ° C. (= crystal growth temperature) based on the received temperature T6, and heats it. Output to the device 330. In addition, the temperature control device 260C performs the same function as the temperature control device 260B.

結晶製造装置100DにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる場合、1)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを容器320のみに仕込む、2)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを融液凝縮部90Aおよび容器320に仕込む、3)アルカリ金属融液280,290を生成するための金属Naを融液凝縮部90Aのみに仕込む、のいずれかが用いられる。 When crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100D, 1) metal Na for generating the alkali metal melt 280, 290 is charged only in the container 320, and 2) the alkali metal melt 280, 290 is generated. One of the following is used: charging metal Na into the melt condensing unit 90A and the container 320; 3) charging metal Na to generate the alkali metal melts 280 and 290 only into the melt condensing unit 90A.

上記の1)が用いられる場合、図23に示すフローチャートに従って結晶製造装置100DにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。また、上記の2)が用いられる場合、図24に示すフローチャートに従って結晶製造装置100DにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。さらに、上記の3)が用いられる場合、図25に示すフローチャートに従って結晶製造装置100DにおいてGaN結晶の結晶成長が行なわれる。そして、図23に示すフローチャート、図24に示すフローチャートおよび図25に示すフローチャートのいずれかに従ってGaN結晶の結晶成長が行なわれる場合、容器320に保持されたアルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致するように、加熱/冷却器70Aは、容器320を蒸発抑制温度Tevcに加熱する。 When the above 1) is used, crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100D according to the flowchart shown in FIG. When the above 2) is used, GaN crystals are grown in the crystal manufacturing apparatus 100D according to the flowchart shown in FIG. Furthermore, when the above 3) is used, crystal growth of a GaN crystal is performed in the crystal manufacturing apparatus 100D according to the flowchart shown in FIG. When the GaN crystal is grown according to any one of the flowchart shown in FIG. 23, the flowchart shown in FIG. 24, and the flowchart shown in FIG. 25, the metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 held in the container 320 is obtained. so as to be substantially coincident to the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na vapor pressure P Na evaporates from the melt mixture 270, the heating / cooling device 70A heats the container 320 to the evaporation inhibitor temperature TEVC.

このように、実施の形態3においては、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸気圧PNaを有するアルカリ金属融液280は、反応容器300内に保持される必要はなく、反応容器300外に保持されていてもよい。この場合、反応容器300の空間24と容器320の空間とを連通する配管310は、加熱装置330によって、結晶成長温度、一般的には、金属Na蒸気が凝縮しない温度に加熱される。配管310の温度が、金属Na蒸気が凝縮する温度に設定されていると、空間24内の金属Naが配管310の内壁に凝縮し、混合融液270からの金属Naの蒸発が増加し、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が大きくなるので、これを防止するために、配管310の温度を金属Na蒸気が凝縮しない温度に設定することにしたものである。 Thus, in the third embodiment, the alkali metal melt 280 having the vapor pressure P Na that substantially matches the vapor pressure P Na—Ga of the metal Na evaporated from the mixed melt 270 is held in the reaction vessel 300. It is not necessary to be carried out and may be held outside the reaction vessel 300. In this case, the pipe 310 communicating the space 24 of the reaction vessel 300 and the space of the vessel 320 is heated by the heating device 330 to a crystal growth temperature, generally a temperature at which the metal Na vapor is not condensed . When the temperature of the pipe 310 is set to a temperature at which the metal Na vapor is condensed , the metal Na in the space 24 is condensed on the inner wall of the pipe 310, and the evaporation of the metal Na from the mixed melt 270 increases and mixing. Since the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the melt 270 becomes large, in order to prevent this, the temperature of the pipe 310 is set to a temperature at which the metal Na vapor is not condensed .

また、結晶製造装置100Dを用いてGaN結晶を製造する場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに保持されたアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、容器320内へ気相輸送される。 In addition, when a GaN crystal is manufactured using the crystal manufacturing apparatus 100D, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 held in the melt condensing unit 90A is stored in the container 320 by the above-described method. Vaporized to the gas phase.

その他は、結晶製造装置100Cと同じである。   Others are the same as the crystal manufacturing apparatus 100C.

上述したように、実施の形態3においては、混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaをアルカリ金属融液280から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaに略一致させて自発核発生によってGaN結晶が製造される。 As described above, in the third embodiment, the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the mixed melt 270 is made substantially equal to the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the alkali metal melt 280. A GaN crystal is produced by nucleation.

したがって、実施の形態3によれば、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制して自発核発生によってGaN結晶を製造できる。   Therefore, according to the third embodiment, a GaN crystal can be produced by generating spontaneous nuclei while suppressing fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270.

なお、加熱/冷却器70,80および温度制御装置260Bは、「制御手段」を構成する。   The heating / cooling devices 70 and 80 and the temperature control device 260B constitute “control means”.

また、加熱/冷却器70,80を制御する温度制御装置260Bは、「制御装置」を構成する。   Further, the temperature control device 260B for controlling the heating / cooling devices 70 and 80 constitutes a “control device”.

さらに、加熱/冷却器70A,80および温度制御装置260Cは、「制御手段」を構成する。   Furthermore, the heating / cooling devices 70A and 80 and the temperature control device 260C constitute “control means”.

さらに、加熱/冷却器70A,80を制御する温度制御装置260Cは、「制御装置」を構成する。   Furthermore, the temperature control device 260C that controls the heating / cooling devices 70A and 80 constitutes a “control device”.

その他は、実施の形態1と同じである。   Others are the same as in the first embodiment.

[実施の形態4]
図27は、実施の形態4による結晶製造装置の概略断面図である。図27を参照して、実施の形態4による結晶製造装置100Eは、図22に示す結晶製造装置100Cの加熱/冷却器70,80をそれぞれ加熱/冷却器70B,80Aに代えたものであり、その他は、結晶製造装置100Cと同じである。
[Embodiment 4]
FIG. 27 is a schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to the fourth embodiment. Referring to FIG. 27, a crystal manufacturing apparatus 100E according to the fourth embodiment is obtained by replacing heating / cooling devices 70 and 80 of crystal manufacturing apparatus 100C shown in FIG. 22 with heating / cooling devices 70B and 80A, respectively. Others are the same as the crystal manufacturing apparatus 100C.

加熱/冷却器70B,80Aについては、実施の形態2において説明したとおりである。   The heating / cooling devices 70B and 80A are as described in the second embodiment.

結晶製造装置100Eを用いてGaN結晶を製造する場合、図18に示す金属Na6の仕込み方法および図20に示す金属Na6の仕込み方法のいずれかの仕込み方法が用いられる。   When a GaN crystal is manufactured using the crystal manufacturing apparatus 100E, any one of the charging method of metal Na6 shown in FIG. 18 and the charging method of metal Na6 shown in FIG. 20 is used.

図28および図29は、それぞれ、GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態4における第1および第2のフローチャートである。   FIG. 28 and FIG. 29 are first and second flowcharts, respectively, in the fourth embodiment for explaining the method of manufacturing a GaN crystal.

図18に示す金属Na6の仕込み方法が用いられる場合、図28に示すフローチャートに従ってGaN結晶が製造される。図28に示すフローチャートは、図19に示すフローチャートのステップS3、ステップS8、ステップS10およびステップS12を削除したものであり、その他は、図19に示すフローチャートと同じである。この場合、ステップS4において、図9に示す領域REG2に含まれる窒素ガス圧になるように窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24に充填される。また、GaN結晶が図28に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 When the preparation method of metal Na6 shown in FIG. 18 is used, a GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 28 is the same as the flowchart shown in FIG. 19 except that steps S3, S8, S10, and S12 of the flowchart shown in FIG. 19 are deleted. In this case, in step S4, nitrogen gas is charged into the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 so that the nitrogen gas pressure contained in the region REG2 shown in FIG. Also, when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 28, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

図20に示す金属Na6の仕込み方法が用いられる場合、図29に示すフローチャートに従ってGaN結晶が製造される。図29に示すフローチャートは、図21に示すフローチャートのステップS3、ステップS8、ステップS10およびステップS12を削除したものであり、その他は、図21に示すフローチャートと同じである。この場合、ステップS4において、図9に示す領域REG2に含まれる窒素ガス圧になるように窒素ガスが坩堝10および反応容器20の空間24に充填される。また、GaN結晶が図29に示すフローチャートに従って製造される場合も、GaN結晶の結晶成長が終了すると、融液凝縮部90Aに溜まったアルカリ金属融液290は、上述した方法によって、反応容器20の融液溜め部23へ気相輸送によって移動される。 When the preparation method of metal Na6 shown in FIG. 20 is used, a GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. The flowchart shown in FIG. 29 is the same as the flowchart shown in FIG. 21 except that steps S3, S8, S10, and S12 in the flowchart shown in FIG. 21 are deleted. In this case, in step S4, nitrogen gas is charged into the crucible 10 and the space 24 of the reaction vessel 20 so that the nitrogen gas pressure contained in the region REG2 shown in FIG. In addition, even when the GaN crystal is manufactured according to the flowchart shown in FIG. 29, when the crystal growth of the GaN crystal is completed, the alkali metal melt 290 accumulated in the melt condensing unit 90A is It is moved to the melt reservoir 23 by vapor transport.

金属Na6を融液凝縮部90Aのみに仕込んでおくことによって、混合融液270が800℃に昇温され、アルカリ金属融液290が蒸発抑制温度Tevcに昇温され、融液溜め部23が蒸発促進温度Tevに昇温される過程において、混合融液270から蒸発して他の部分にアルカリ金属融液として溜まる金属Naの量を減少させることができ、混合融液270中における金属Naと金属Gaとの混合比の変動をさらに抑制できる。 By supplying the metal Na6 only to the melt condensing unit 90A, the mixed melt 270 is heated to 800 ° C., the alkali metal melt 290 is heated to the evaporation suppression temperature Tevc, and the melt reservoir 23 is evaporated. In the process of raising the temperature to the accelerating temperature Tev, the amount of metal Na that evaporates from the mixed melt 270 and accumulates in the other portion as an alkali metal melt can be reduced, and the metal Na and metal in the mixed melt 270 can be reduced. Variations in the mixing ratio with Ga can be further suppressed.

なお、実施の形態4においては、結晶製造装置100から結晶製造装置100Aへの変更と同じ変更を結晶製造装置100Eに加えてもよい。この場合、次の2つのパターンによってGaN結晶が製造される。第1のパターンは、金属Na6を容器320に仕込み、加熱/冷却器70Aによって容器320を蒸発促進温度Tevに加熱し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱して容器320に仕込んだ金属Na6をガス供給管90の融液凝縮部90Aへ気相輸送させてGaN結晶を製造し、GaN結晶の製造後、加熱/冷却器70Aによって容器320を凝縮温度Tcohに冷却し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱してアルカリ金属融液290を容器320へ気相輸送して次回のGaN結晶の製造の準備を行なうパターンである。また、第2のパターンは、金属Na6をガス供給管90の融液凝縮部90Aに仕込み、加熱/冷却器70Aによって容器320を蒸発促進温度Tevに加熱し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発抑制温度Tevcに加熱してGaN結晶を製造し、GaN結晶の製造後、加熱/冷却器70Aによって容器320を凝縮温度Tcohに冷却し、加熱/冷却器80Aによって融液凝縮部90Aを蒸発促進温度Tevに加熱してアルカリ金属融液290を容器320へ気相輸送して次回のGaN結晶の製造の準備を行なうパターンである。 In the fourth embodiment, the same change as the change from the crystal manufacturing apparatus 100 to the crystal manufacturing apparatus 100A may be added to the crystal manufacturing apparatus 100E. In this case, a GaN crystal is manufactured by the following two patterns. In the first pattern, metal Na6 is charged into the container 320, the container 320 is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 70A, and the melt condensing unit 90A is heated to the evaporation suppression temperature Tev by the heating / cooling device 80A. The metal Na6 charged in the container 320 is vapor transported to the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 to produce a GaN crystal. After the GaN crystal is produced, the container 320 is brought to the condensation temperature Tcoh by the heating / cooling device 70A. In this pattern, the melt condensing unit 90A is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 80A, and the alkali metal melt 290 is vapor-phase transported to the container 320 to prepare for the next GaN crystal production. . In the second pattern, metal Na6 is charged into the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90, the container 320 is heated to the evaporation promotion temperature Tev by the heating / cooling device 70A, and the melt is condensed by the heating / cooling device 80A. 90A is heated to the evaporation suppression temperature Tevc to produce a GaN crystal. After the GaN crystal is produced, the container 320 is cooled to the condensation temperature Tcoh by the heating / cooling device 70A, and the melt condensing portion 90A is heated by the heating / cooling device 80A. Is heated to the evaporation promotion temperature Tev, and the alkali metal melt 290 is vapor-phase transported to the container 320 to prepare for the production of the next GaN crystal.

その他は、実施の形態1,3と同じである。   The rest is the same as in the first and third embodiments.

上述した実施の形態1から実施の形態4においては、反応容器20の融液溜め部23に保持されたアルカリ金属融液280の温度および/またはガス供給管90の融液凝縮部90Aに保持されたアルカリ金属融液290の温度を加熱/冷却器70,70Bおよび/または加熱/冷却器80,80Aによってアルカリ金属融液280および/またはアルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸発抑制温度Tevcに制御することによって混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制することを説明した。 In the first to fourth embodiments described above, the temperature of the alkali metal melt 280 held in the melt reservoir 23 of the reaction vessel 20 and / or the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 are held. The vapor pressure P Na of the metal Na evaporated from the alkali metal melt 280 and / or the alkali metal melt 290 by the heating / cooling devices 70, 70B and / or the heating / cooling devices 80, 80A. Suppresses the fluctuation of the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270 by controlling the evaporation suppression temperature Tevc to substantially coincide with the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the mixed melt 270 I explained that.

また、上述した実施の形態1から実施の形態4においては、反応容器300外の容器320に保持されたアルカリ金属融液280の温度および/またはガス供給管90の融液凝縮部90Aに保持されたアルカリ金属融液290の温度を加熱/冷却器70Aおよび/または加熱/冷却器80,80Aによってアルカリ金属融液280および/またはアルカリ金属融液290から蒸発する金属Naの蒸気圧PNaが混合融液270から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する蒸発抑制温度Tevcに制御することによって混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動を抑制することを説明した。 In the first to fourth embodiments described above, the temperature of the alkali metal melt 280 held in the vessel 320 outside the reaction vessel 300 and / or the melt condensing unit 90A of the gas supply pipe 90 are held. The temperature of the alkali metal melt 290 is mixed with the vapor pressure P Na of the metal Na evaporating from the alkali metal melt 280 and / or the alkali metal melt 290 by the heating / cooling device 70A and / or the heating / cooling devices 80, 80A. By controlling the evaporation suppression temperature Tevc to substantially coincide with the vapor pressure P Na-Ga of the metal Na evaporating from the melt 270, it is possible to suppress fluctuations in the mixing ratio of metal Na and metal Ga in the mixed melt 270. explained.

この発明による結晶製造装置は、上述した2つのアルカリ金属融液280,290の少なくとも一方のアルカリ金属融液の温度をアルカリ金属から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧が混合融液から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧に略一致する蒸発抑制温度に制御してGaN結晶を製造するものに限らず、一般的には、アルカリ金属とIII族金属とを含む混合融液からのアルカリ金属の蒸発を抑制するように第1のアルカリ金属融液の温度および/または第2のアルカリ金属融液の温度を制御する制御手段を備えてIII族窒化物結晶を製造するものであればよい。   In the crystal manufacturing apparatus according to the present invention, the temperature of the alkali metal melt of at least one of the two alkali metal melts 280 and 290 described above is the alkali metal vapor pressure that evaporates from the alkali metal. In general, it is not limited to the production of GaN crystals by controlling to an evaporation suppression temperature that substantially matches the vapor pressure, and in general, the evaporation of alkali metal from a mixed melt containing an alkali metal and a group III metal is suppressed. And a control means for controlling the temperature of the first alkali metal melt and / or the temperature of the second alkali metal melt to produce a group III nitride crystal.

また、上述した実施の形態1から実施の形態4においては、結晶成長温度は、800℃であると説明したが、この発明においては、これに限らず、結晶成長温度は、実施の形態1,2においては、図9に示す領域REG3に含まれる結晶成長温度であればよく、実施の形態3,4においては、図9に示す領域REG2に含まれる結晶成長温度であればよい。また、窒素ガス圧力は、実施の形態1,2においては、図9に示す領域REG3に含まれる圧力であればよく、実施の形態3,4においては、図9に示す領域REG2に含まれる圧力であればよい。   In the first to fourth embodiments described above, the crystal growth temperature is described as being 800 ° C. However, in the present invention, the crystal growth temperature is not limited to this, and the crystal growth temperature is not limited to that in the first embodiment. 2 may be the crystal growth temperature included in the region REG3 illustrated in FIG. 9, and may be any crystal growth temperature included in the region REG2 illustrated in FIG. 9 in the third and fourth embodiments. In the first and second embodiments, the nitrogen gas pressure may be any pressure included in the region REG3 shown in FIG. 9, and in the third and fourth embodiments, the pressure included in the region REG2 shown in FIG. If it is.

さらに、実施の形態1または実施の形態2による結晶製造装置は、結晶製造装置100,100A,100Bから振動印加装置230、上下機構240および振動検出装置250を削除したものであってもよい。この場合、種結晶5は、上下方向へ移動されないが、坩堝10内に入れられた金属Naおよび金属Gaが融けた状態で混合融液270に接触するように支持装置40によって支持される。したがって、GaN結晶は、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制された状態で種結晶5から成長する。その結果、大きいサイズのGaN結晶を製造できる。   Furthermore, the crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment or the second embodiment may be one in which the vibration applying device 230, the vertical mechanism 240, and the vibration detecting device 250 are deleted from the crystal manufacturing apparatuses 100, 100A, 100B. In this case, the seed crystal 5 is not moved in the vertical direction, but is supported by the support device 40 so as to come into contact with the mixed melt 270 in a state where the metal Na and metal Ga put in the crucible 10 are melted. Therefore, the GaN crystal grows from the seed crystal 5 in a state in which the fluctuation of the mixing ratio between the metal Na and the metal Ga in the mixed melt 270 is suppressed. As a result, a large GaN crystal can be manufactured.

さらに、実施の形態1または実施の形態2による結晶製造装置は、結晶製造装置100,100A,100Bから配管180、熱電対190、ガス供給管200、流量計210およびガスボンベ220を削除したものであってもよい。この場合、種結晶5の温度T5は、GaN結晶の結晶成長中、混合融液270の温度よりも低温に制御されないが、種結晶5は、支持装置40によって混合融液270に接触されるので、GaN結晶は、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制された状態で種結晶5から成長する。その結果、大きなサイズのGaN結晶を製造できる。   Furthermore, the crystal manufacturing apparatus according to the first embodiment or the second embodiment is obtained by deleting the pipe 180, the thermocouple 190, the gas supply pipe 200, the flow meter 210, and the gas cylinder 220 from the crystal manufacturing apparatuses 100, 100A, and 100B. May be. In this case, the temperature T5 of the seed crystal 5 is not controlled to be lower than the temperature of the mixed melt 270 during crystal growth of the GaN crystal, but the seed crystal 5 is brought into contact with the mixed melt 270 by the support device 40. The GaN crystal grows from the seed crystal 5 in a state where the fluctuation of the mixing ratio of the metal Na and the metal Ga in the mixed melt 270 is suppressed. As a result, a large GaN crystal can be manufactured.

さらに、実施の形態1または実施の形態2による結晶製造装置は、結晶製造装置100,100A,100Bから配管180、熱電対190、ガス供給管200、流量計210、ガスボンベ220、振動印加装置230、上下機構240および振動検出装置250を削除したものであってもよい。この場合、種結晶5は、上下方向へ移動されず、種結晶5の温度T5は、混合融液270の温度よりも低い温度に制御されないが、坩堝10内に入れられた金属Naおよび金属Gaが融けた状態で混合融液270に接触するように支持装置40によって支持される。したがって、GaN結晶は、混合融液270中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制された状態で種結晶5から成長する。その結果、大きいサイズのGaN結晶を製造できる。   Furthermore, the crystal manufacturing apparatus according to the first or second embodiment includes the pipe 180, the thermocouple 190, the gas supply pipe 200, the flow meter 210, the gas cylinder 220, the vibration applying apparatus 230, the crystal manufacturing apparatuses 100, 100A, and 100B. The vertical mechanism 240 and the vibration detection device 250 may be omitted. In this case, the seed crystal 5 is not moved in the vertical direction, and the temperature T5 of the seed crystal 5 is not controlled to a temperature lower than the temperature of the mixed melt 270, but the metal Na and the metal Ga contained in the crucible 10 Is supported by the support device 40 so as to contact the mixed melt 270 in a melted state. Therefore, the GaN crystal grows from the seed crystal 5 in a state in which the fluctuation of the mixing ratio between the metal Na and the metal Ga in the mixed melt 270 is suppressed. As a result, a large GaN crystal can be manufactured.

さらに、上記においては、Arガス雰囲気中で金属Naおよび金属Gaを坩堝10に入れ、Arガス雰囲気中で金属Naを融液溜め部23および/または融液凝縮部90Aに入れると説明したが、この発明においては、これに限らず、He、NeおよびKr等のArガス以外のガスまたは窒素ガス雰囲気中で金属Naおよび金属Gaを坩堝10に入れ、金属Naを融液溜め部23および/または融液凝縮部90Aに入れてもよく、一般的には、不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で金属Naおよび金属Gaを坩堝10に入れ、金属Naを融液溜め部23および/または融液凝縮部90Aに入れればよい。そして、この場合、不活性ガスまたは窒素ガスは、水分量が1ppm以下であり、かつ、酸素量が1ppm以下である。 Further, in the above description, it has been described that metal Na and metal Ga are put in the crucible 10 in an Ar gas atmosphere, and metal Na is put in the melt reservoir 23 and / or the melt condensing unit 90A in the Ar gas atmosphere. In the present invention, not limited to this, metal Na and metal Ga are put in the crucible 10 in a gas atmosphere other than Ar gas such as He, Ne and Kr or in a nitrogen gas atmosphere, and the metal Na is stored in the melt reservoir 23 and / or. It may be put into the melt condensing part 90A, and generally, metal Na and metal Ga are put into the crucible 10 in an inert gas or nitrogen gas atmosphere, and the metal Na is put into the melt reservoir part 23 and / or melt condensed. What is necessary is just to put in the part 90A. In this case, the inert gas or nitrogen gas has a moisture content of 1 ppm or less and an oxygen content of 1 ppm or less.

さらに、金属Gaと混合する金属は、Naであると説明したが、この発明においては、これに限らず、リチウム(Li)およびカリウム(K)等のアルカリ金属、またはマグネシウム(Mg)、カルシウム(Ca)およびストロンチウム(Sr)等のアルカリ土類金属を金属Gaと混合して混合融液270を生成してもよい。そして、これらのアルカリ金属が溶けたものは、アルカリ金属融液を構成し、これらのアルカリ土類金属が溶けたものは、アルカリ土類金属融液を構成する。   Furthermore, although it has been described that the metal mixed with the metal Ga is Na, in the present invention, the present invention is not limited to this, and alkali metals such as lithium (Li) and potassium (K), or magnesium (Mg), calcium ( Alkaline earth metals such as Ca) and strontium (Sr) may be mixed with metal Ga to form mixed melt 270. And those in which these alkali metals are dissolved constitute an alkali metal melt, and those in which these alkaline earth metals are dissolved constitute an alkaline earth metal melt.

さらに、窒素ガスに代えて、アジ化ナトリウムおよびアンモニア等の窒素を構成元素に含む化合物を用いてもよい。そして、これらの化合物は、窒素原料ガスを構成する。   Furthermore, instead of nitrogen gas, a compound containing nitrogen as a constituent element such as sodium azide and ammonia may be used. These compounds constitute nitrogen source gas.

さらに、Gaに代えて、ボロン(B)、アルミニウム(Al)およびインジウム(In)等のIII族金属を用いてもよい。   Further, a group III metal such as boron (B), aluminum (Al), and indium (In) may be used instead of Ga.

したがって、この発明による結晶製造装置または製造方法は、一般的には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属とIII族金属(ボロンを含む)との混合融液を用いてIII族窒化物結晶を製造するものであればよい。   Therefore, the crystal manufacturing apparatus or manufacturing method according to the present invention generally manufactures a group III nitride crystal using a mixed melt of an alkali metal or alkaline earth metal and a group III metal (including boron). Anything is acceptable.

そして、この発明による結晶製造装置または製造方法を用いて製造したIII族窒化物結晶は、発光ダイオード、半導体レーザ、フォトダイオードおよびトランジスタ等のIII族窒化物半導体デバイスの作製に用いられる。   The group III nitride crystal manufactured using the crystal manufacturing apparatus or method according to the present invention is used for manufacturing a group III nitride semiconductor device such as a light emitting diode, a semiconductor laser, a photodiode, and a transistor.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time should be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is shown not by the above description of the embodiments but by the scope of claims for patent, and is intended to include meanings equivalent to the scope of claims for patent and all modifications within the scope.

この発明は、アルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造する結晶製造装置に適用される。また、この発明は、アルカリ金属とIII族金属との混合比の変動を抑制してIII族窒化物結晶を製造する製造方法に適用される。   The present invention is applied to a crystal manufacturing apparatus that manufactures a group III nitride crystal while suppressing a variation in the mixing ratio between an alkali metal and a group III metal. In addition, the present invention is applied to a manufacturing method for manufacturing a group III nitride crystal while suppressing a variation in the mixing ratio between an alkali metal and a group III metal.

この発明の実施の形態1による結晶製造装置の概略断面図である。It is a schematic sectional drawing of the crystal manufacturing apparatus by Embodiment 1 of this invention. 図1に示す支持装置、配管および熱電対の拡大図である。It is an enlarged view of the support apparatus, piping, and thermocouple shown in FIG. 図1に示す上下機構の構成を示す概略図である。It is the schematic which shows the structure of the up-and-down mechanism shown in FIG. 振動検出信号のタイミングチャートである。It is a timing chart of a vibration detection signal. 図1に示す坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部の温度のタイミングチャートである。It is a timing chart of the temperature of a crucible, a reaction container, a melt reservoir part, and a melt condensation part shown in FIG. 図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部内の状態変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state change in a crucible, a reaction container, a melt reservoir part, and a melt condensation part between the timings t1 and t3 shown in FIG. 図5に示すタイミングt3における坩堝および反応容器内の状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state in the crucible and reaction container in the timing t3 shown in FIG. 種結晶の温度と窒素ガスの流量との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the temperature of a seed crystal, and the flow volume of nitrogen gas. GaN結晶を成長させる場合の窒素ガス圧と結晶成長温度との関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the nitrogen gas pressure in the case of growing a GaN crystal, and crystal growth temperature. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1におけるフローチャートである。4 is a flowchart in the first embodiment for explaining a method of manufacturing a GaN crystal. 図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部内の状態変化を示す他の模式図である。FIG. 6 is another schematic diagram showing state changes in the crucible, the reaction vessel, the melt reservoir, and the melt condensing unit between the timings t1 and t3 shown in FIG. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1における他のフローチャートである。6 is another flowchart in the first embodiment for explaining a method of producing a GaN crystal. 図5に示すタイミングt1,t3間における坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部内の状態変化を示すさらに他の模式図である。FIG. 6 is still another schematic diagram illustrating a state change in the crucible, the reaction vessel, the melt reservoir, and the melt condensing unit between the timings t1 and t3 illustrated in FIG. 5. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態1におけるさらに他のフローチャートである。12 is still another flowchart in the first embodiment for explaining a method for producing a GaN crystal. 実施の形態1による結晶製造装置の他の概略断面図である。4 is another schematic cross-sectional view of the crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 1. FIG. 実施の形態2による結晶製造装置の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 2. FIG. 図16に示す坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部の温度のタイミングチャートである。It is a timing chart of the temperature of a crucible, a reaction container, a melt reservoir part, and a melt condensing part shown in FIG. 図17に示すタイミングt1,t3間における坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部内の状態変化を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state change in a crucible, a reaction container, a melt reservoir part, and a melt condensation part between the timings t1 and t3 shown in FIG. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態2におけるフローチャートである。It is a flowchart in Embodiment 2 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. 図17に示すタイミングt1,t3間における坩堝、反応容器、融液溜め部および融液凝縮部内の状態変化を示す他の模式図である。FIG. 18 is another schematic diagram showing state changes in the crucible, the reaction vessel, the melt reservoir, and the melt condensing unit between the timings t1 and t3 shown in FIG. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態2における他のフローチャートである。It is another flowchart in Embodiment 2 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. 実施の形態3による結晶製造装置の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 3. FIG. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態3における第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart in Embodiment 3 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態3における第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart in Embodiment 3 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態3における第3のフローチャートである。It is a 3rd flowchart in Embodiment 3 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. 実施の形態3による結晶製造装置の他の概略断面図である。6 is another schematic cross-sectional view of a crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 3. FIG. 実施の形態4による結晶製造装置の概略断面図である。6 is a schematic cross-sectional view of a crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 4. FIG. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態4における第1のフローチャートである。It is a 1st flowchart in Embodiment 4 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal. GaN結晶の製造方法を説明するための実施の形態4における第2のフローチャートである。It is a 2nd flowchart in Embodiment 4 for demonstrating the manufacturing method of a GaN crystal.

1,2 気液界面、4 窒素ガス、5 種結晶、10 坩堝、20,300 反応容器、20A,41A 外周面、20B,41B,180A 底面、21,301 本体部、22 蓋部、23 融液溜め部、24 空間、30 ベローズ、40 支持装置、41 筒状部材、42,43 固定部材、44 空間部、50,60,330 加熱装置、51,61,71,71A,81,331 温度センサー、70,70A,70B,80,80A 加熱/冷却器、90,91,92,200 ガス供給管、90A 融液凝縮部、100,100A,100B,100C,100D,100E 結晶製造装置、110,150 バルブ、120 圧力調整器、130,220 ガスボンベ、140 排気管、160 真空ポンプ、170 圧力センサー、180 配管、181 空孔、190 熱電対、190A,411 一方端、210 流量計、230 振動印加装置、240 上下機構、241 凹凸部材、242 歯車、243 軸部材、244 モータ、245 制御部、246,247 矢印、250 振動検出装置、260,260A,260B,260C 温度制御装置、270 混合融液、280,290 アルカリ金属融液。 1, 2, gas-liquid interface, 4 nitrogen gas, 5 seed crystal, 10 crucible, 20,300 reaction vessel, 20A, 41A outer peripheral surface, 20B, 41B, 180A bottom surface, 21,301 body portion, 22 lid portion, 23 melt Reservoir, 24 spaces, 30 bellows, 40 support device, 41 cylindrical member, 42, 43 fixing member, 44 space portion, 50, 60, 330 heating device, 51, 61, 71, 71A, 81, 331 temperature sensor, 70, 70A, 70B, 80, 80A Heating / cooling device, 90, 91, 92, 200 Gas supply pipe, 90A Melt condensing section, 100, 100A, 100B, 100C, 100D, 100E Crystal manufacturing apparatus, 110, 150 Valve 120 pressure regulator, 130, 220 gas cylinder, 140 exhaust pipe, 160 vacuum pump, 170 pressure sensor, 180 piping, 181 air hole, 90 thermocouple, 190A, 411 one end, 210 flow meter, 230 vibration application device, 240 vertical mechanism, 241 uneven member, 242 gear, 243 shaft member, 244 motor, 245 control unit, 246, 247 arrow, 250 vibration detection device 260, 260A, 260B, 260C Temperature control device, 270 Mixed melt, 280, 290 Alkali metal melt.

Claims (5)

アルカリ金属およびIII族金属を含み、容器内の坩堝に保持される混合融液と、窒素原料ガスとを用いてIII族窒化物結晶を製造する製造方法であって、
不活性ガスまたは窒素ガス雰囲気中で前記アルカリ金属および前記III族金属が前記坩堝内に設定される第1の工程と、
前記不活性ガスまたは前記窒素ガス雰囲気中で、前記窒素原料ガスが前記容器空間に供給される経路上に存在する第1の領域、および、前記容器空間に連通し前記第1の領域とは異なる第2の領域の少なくとも一方に、前記アルカリ金属を設定する第2の工程と、
前記容器空間に窒素原料ガスを供給する第3の工程と、
前記坩堝を結晶成長温度に加熱する第4の工程と、
前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を凝縮温度に制御し、前記第2の領域に存在するアルカリ金属の温度を蒸発抑制温度に制御する第5の工程と、を備え、
前記蒸発抑制温度は、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液および第2の領域に存在するアルカリ金属融液の少なくとも一方から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧が前記混合融液から蒸発するアルカリ金属の蒸気圧に略一致する温度であり、前記凝縮温度は、アルカリ金属蒸気が金属融液として前記第1の領域に溜まる温度である、製造方法。
A production method for producing a Group III nitride crystal using a mixed melt containing an alkali metal and a Group III metal and held in a crucible in a container, and a nitrogen source gas,
A first step in which the alkali metal and the group III metal are set in the crucible in an inert gas or nitrogen gas atmosphere;
A first region existing on a path through which the nitrogen source gas is supplied to the container space in the inert gas or the nitrogen gas atmosphere, and communicates with the container space and is different from the first region. A second step of setting the alkali metal in at least one of the second regions;
A third step of supplying a nitrogen source gas to the container space;
A fourth step of heating the crucible to a crystal growth temperature;
A fifth step of controlling the temperature of the alkali metal melt present in the first region to a condensation temperature and controlling the temperature of the alkali metal present in the second region to an evaporation suppression temperature ,
The evaporation suppression temperature is an alkali in which the vapor pressure of alkali metal evaporating from at least one of the alkali metal melt existing in the first region and the alkali metal melt existing in the second region evaporates from the mixed melt. The manufacturing method , wherein the temperature is substantially equal to a vapor pressure of the metal, and the condensation temperature is a temperature at which alkali metal vapor is accumulated in the first region as a metal melt .
所定の期間、前記坩堝の温度を前記結晶成長温度に加熱し、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を前記凝縮温度に制御し、かつ、前記第2の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を前記蒸発抑制温度に制御する第6の工程をさらに備える、請求項1に記載の製造方法。 The temperature of the crucible is heated to the crystal growth temperature for a predetermined period, the temperature of the alkali metal melt present in the first region is controlled to the condensation temperature, and the alkali present in the second region The manufacturing method according to claim 1 , further comprising a sixth step of controlling the temperature of the metal melt to the evaporation suppression temperature. 前記所定の期間が経過すると、前記第1の領域に存在するアルカリ金属融液の温度を蒸発促進温度に制御し、前記第2の領域に存在するアルカリ金属融液を前記凝縮温度に制御する第7の工程をさらに備え、
前記蒸発促進温度は、前記アルカリ金属融液が気相輸送によって他の部分へ移動する温度である、請求項2に記載の製造方法。
When the predetermined period has elapsed, the temperature of the alkali metal melt existing in the first region is controlled to the evaporation promoting temperature, and the alkali metal melt existing in the second region is controlled to the condensation temperature. 7 steps are further provided,
The said evaporation promotion temperature is a manufacturing method of Claim 2 which is the temperature at which the said alkali metal melt moves to another part by vapor-phase transport.
前記混合融液と前記容器空間との界面に接するように、または前記混合融液中に浸漬されるように種結晶が保持される第6の工程をさらに備え、
前記第3の工程において、前記容器空間の圧力を前記種結晶からIII族窒化物結晶が結晶成長する種結晶成長圧力に設定するように前記窒素原料ガスを前記容器空間へ供給し、
前記第4の工程において、前記坩堝の温度を前記種結晶からIII族窒化物結晶が結晶成長する種結晶成長温度に設定するように前記坩堝を加熱する、請求項1に記載の製造方法。
A sixth step in which a seed crystal is held so as to be in contact with an interface between the mixed melt and the container space or soaked in the mixed melt;
In the third step, the nitrogen source gas is supplied to the container space so that the pressure in the container space is set to a seed crystal growth pressure at which a group III nitride crystal grows from the seed crystal,
The manufacturing method according to claim 1 , wherein in the fourth step, the crucible is heated so that the temperature of the crucible is set to a seed crystal growth temperature at which a group III nitride crystal grows from the seed crystal.
前記第3の工程において、前記容器空間の圧力を前記混合融液と前記坩堝との界面から多核発生が生じる核発生圧力に設定するように前記窒素原料ガスを前記容器空間へ供給し、
前記第4の工程において、前記坩堝の温度を前記混合融液と前記坩堝との界面から多核発生が生じる核発生温度に設定するように前記坩堝を加熱する、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の製造方法。
In the third step, the nitrogen source gas is supplied to the container space so that the pressure in the container space is set to a nucleation pressure at which multinucleation occurs from the interface between the mixed melt and the crucible,
In the fourth step, the crucible is heated so as to set the temperature of the crucible to nucleation temperature polynuclear generated from the interface occurs between the crucible and the molten mixture, either of claims 1 to 3 The production method according to claim 1.
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