JP5516635B2 - Group III nitride crystal production equipment - Google Patents
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Description
本発明は、III族窒化物結晶の製造装置に係る。 The present invention relates to a production equipment of I II-nitride crystal.
現在、紫〜青〜緑色光源として用いられているInGaAlN系(III族窒化物)デバイスは、主にサファイア基板上あるいはSiC基板上に、MO-CVD法(有機金属化学気相成長法)やMBE法(分子線結晶成長法)等を用いた結晶成長により製作されている。サファイアやSiCを基板として用いた場合の問題点としては、基板とIII族窒化物との熱膨張係数差や格子定数差が大きいことに起因する結晶欠陥が多くなることが挙げられる。このためにデバイス特性が悪く、例えば発光デバイスの寿命をさらに長くすることが困難であったり、動作電力が大きくなったりするという欠点につながっている。 At present, InGaAlN-based (group III nitride) devices used as purple-blue-green light sources are mainly MO-CVD (metal organic chemical vapor deposition) or MBE on sapphire substrates or SiC substrates. It is manufactured by crystal growth using a method (molecular beam crystal growth method) or the like. As a problem when sapphire or SiC is used as a substrate, there is an increase in crystal defects due to a large difference in thermal expansion coefficient and lattice constant between the substrate and the group III nitride. For this reason, the device characteristics are poor, which leads to the disadvantage that it is difficult to further elongate the life of the light emitting device, for example, or the operating power is increased.
更に、サファイア基板の場合には絶縁性を有しているために、従来の発光デバイスのように基板側からの電極取り出しが不可能であり、結晶成長した窒化物半導体の表面側からの電極取り出しが必要となる。その結果、デバイス面積が大きくなり、高コストにつながるという問題点がある。また、サファイア基板上に作製した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)で必要とされる共振器端面を劈開で得ることが容易ではない。このため、現在はドライエッチングによる共振器端面形成、あるいはサファイア基板を100μm以下の厚さまで研磨した後に、劈開に近い形での共振器端面形成を行っている。この場合にも従来のLDのような共振器端面とチップ分離とを単一工程で容易に行うことが困難であり、工程の複雑化ひいてはコスト高につながっていた。 Furthermore, in the case of a sapphire substrate, since it has an insulating property, it is impossible to take out an electrode from the substrate side like a conventional light emitting device, and an electrode is taken out from the surface side of a crystal-grown nitride semiconductor. Is required. As a result, there is a problem that the device area becomes large, leading to high costs. Further, the group III nitride semiconductor device fabricated on the sapphire substrate is difficult to separate the chip by cleavage, and it is not easy to obtain the resonator end face required for the laser diode (LD) by cleavage. For this reason, at present, the resonator end face is formed by dry etching, or after the sapphire substrate is polished to a thickness of 100 μm or less, the resonator end face is formed in a form close to cleavage. Also in this case, it is difficult to easily perform the resonator end face and the chip separation as in a conventional LD in a single process, resulting in a complicated process and an increase in cost.
これらの問題を解決するため、GaN基板が切望されており、HVPE法(ハイドライド気相エピタキシャル成長法)を用いてGaAs基板やサファイア基板上に厚膜を形成し、の後からこれら基板を除去する方法が、特許文献1及び特許文献2で提案されている。 In order to solve these problems, a GaN substrate is desired, and a method of forming a thick film on a GaAs substrate or a sapphire substrate by using the HVPE method (hydride vapor phase epitaxial growth method) and removing these substrates later. Are proposed in Patent Document 1 and Patent Document 2.
これらの手法によってGaN自立基板は得られるものの、基本的にはGaAsやサファイア等の異種の材料を形成時の基板として用いているため、III族窒化物と基板材料との熱膨張係数差や格子定数差により高密度の結晶欠陥が残る。この欠陥密度は低減できたとしても、105〜106cm−2である。高性能(大出力、長寿命)な半導体デバイスを実現するためには、より一層の欠陥密度の低減が必要である。また、一枚のIII族窒化物結晶の基板を製造するために、その下地基板となるGaAs基板やサファイア基板が一枚必ず必要となり、それを除去する必要がある。従って、気相成長により数100μmの厚膜を成長しなければならないこと、工程が複雑化すること及び下地基板が余分に必要になることから、製造コストが高くなるという不都合がある。 Although GaN free-standing substrates can be obtained by these methods, basically different types of materials such as GaAs and sapphire are used as the substrate for formation, so the difference in thermal expansion coefficient and lattice between the group III nitride and the substrate material. Due to the constant difference, high-density crystal defects remain. Even if this defect density can be reduced, it is 105 to 106 cm −2 . In order to realize a high performance (high output, long life) semiconductor device, it is necessary to further reduce the defect density. Further, in order to manufacture a single group III nitride crystal substrate, one GaAs substrate or sapphire substrate as the underlying substrate is required, and it is necessary to remove it. Therefore, a thick film having a thickness of several hundreds μm must be grown by vapor phase growth, the process is complicated, and an extra base substrate is required, resulting in an increase in manufacturing cost.
一方、特許文献3に開示されている方法は、アジ化ナトリウム(NaN3)と金属Ga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)内に窒素雰囲気で封入し、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結晶を成長させるものである。この特許文献3の場合には、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/cm2程度と比較的圧力が低く、実用的な成長条件であることが特徴である。しかし、この方法の問題点としては、得られる結晶の大きさが1mmに満たない程度に小さいという点にある。 On the other hand, the method disclosed in Patent Document 3 uses sodium azide (NaN 3 ) and metal Ga as raw materials in a stainless steel reaction vessel (inner dimensions; inner diameter = 7.5 mm, length = 100 mm). A GaN crystal is grown by sealing in a nitrogen atmosphere and holding the reaction vessel at a temperature of 600 to 800 ° C. for 24 to 100 hours. In the case of this Patent Document 3, crystal growth is possible at a relatively low temperature of 600 to 800 ° C., and the pressure in the vessel is relatively low at about 100 kg / cm 2 at most, which is a practical growth condition. It is a feature. However, the problem with this method is that the size of the crystals obtained is small enough to be less than 1 mm.
これまで本発明者らは、アルカリ金属とIII族金属から構成する混合融液と、窒素を含むV族原料とを反応させることにより、高品質のIII族窒化物結晶を実現するために鋭意努力してきている。これに関する発明としては、特許文献4〜特許文献36に開示されている。本方式はフラックス法と呼ばれている。
Until now, the present inventors have made intensive efforts to realize a high-quality group III nitride crystal by reacting a mixed melt composed of an alkali metal and a group III metal with a group V raw material containing nitrogen. Have been doing. The invention relating to this is disclosed in
本フラックス法の特徴は、極めて高品質のIII族窒化物結晶を成長できることである。この高品質なIII族窒化物結晶の成長方法や成長装置の改善、工夫により結晶サイズの拡大や、より一層の高品質化につながる発明をこれまで行ってきた。現在の技術課題としては、更なる結晶サイズの拡大が挙げられる。 The feature of this flux method is that it is possible to grow extremely high-quality group III nitride crystals. Up to now, the invention has led to an increase in crystal size and further improvement in quality by improving and improving the growth method and growth apparatus of this high-quality group III nitride crystal. Current technical issues include further crystal size expansion.
結晶サイズの拡大の阻害要因として、フラックスの蒸発がある。フラックスとしては主にアルカリ金属が用いられている。III族金属とアルカリ金属とを含む混合融液から、アルカリ金属が蒸発すると、フラックスとIII族金属との量比が変化する。これが、結晶品質のバラツキや結晶サイズ拡大の阻害につながる。 As an obstacle to the increase in crystal size, there is flux evaporation. Alkali metal is mainly used as the flux. When the alkali metal evaporates from the mixed melt containing the group III metal and the alkali metal, the quantity ratio of the flux to the group III metal changes. This leads to variations in crystal quality and inhibition of crystal size expansion.
このフラックスの蒸発に対して、本発明者らは特許文献9、特許文献18、特許文献26において改善してきている。特許文献9には、混合融液の表面より上部の温度を制御したり、窒素原料ガスの導入方向を工夫したりすることでアルカリ金属を反応容器内に閉じ込めることが開示されている。特許文献18には、反応容器内のガスの圧力を制御すること及び混合融液保持容器の蓋の形状を工夫することでアルカリ金属の蒸発抑制が開示されている。特許文献26には、アルカリ金属を外部から導入することによって、減少したアルカリ金属を補充することが開示されている。
The present inventors have improved the evaporation of the flux in Patent Document 9,
これらの発明により、フラックスとIII族金属の量比の変動を抑制でき、その結果、安定した結晶成長が実現し、結晶品質のバラツキ低減と結晶サイズ拡大に至った。 By these inventions, fluctuations in the quantity ratio between the flux and the group III metal can be suppressed, and as a result, stable crystal growth is realized, leading to reduction in variation in crystal quality and increase in crystal size.
しかし、従来のフラックス法では、混合融液から外部へのアルカリ金属の蒸発を防止することが困難である。 However, in the conventional flux method, it is difficult to prevent the alkali metal from evaporating from the mixed melt to the outside.
この発明は、混合融液からのフラックスの蒸発を防止してIII族窒化物結晶を製造可能なIII族窒化物結晶の製造装置を提供することである。 Inventions of this is to prevent evaporation of the flux from the molten mixture is to provide an apparatus for manufacturing a Group III nitride crystal can be manufactured group III nitride crystal.
また、この発明によれば、製造装置は、反応容器と、保持容器と、加熱手段と、配管と、加熱手段とを備える。反応容器は、密閉可能である。保持容器は、反応容器内に収容され、III族金属とフラックスとを含む融液が保持される。加熱手段は、反応容器の外部に配置され、反応容器を加熱する。配管は、反応容器の外部にある窒素を含む物質の供給源と反応容器とをつなぐと共に、内部に液体状態のフラックスを保持可能な構造を有している。加熱手段は、配管内に保持されたフラックスを液体状態に維持する。配管内に保持された液体状態のフラックスは、反応容器内の空間の圧力と、配管内におけるフラックスより供給源側の空間の圧力と、の圧力差に応じた方向に配管内を移動する。配管は、該フラックスの配管内の移動によって、閉塞状態または閉塞状態を解除した状態となる。 Moreover, according to this invention, a manufacturing apparatus is provided with a reaction container, a holding | maintenance container, a heating means, piping, and a heating means . The reaction vessel can be sealed. The holding container is accommodated in the reaction container and holds a melt containing a group III metal and a flux. The heating means is disposed outside the reaction vessel and heats the reaction vessel. Piping, with connecting the source of material containing nitrogen on the outside of the reaction vessel and the reaction vessel, and has a possible holding structure the flux in a liquid state inside. The heating means maintains the flux held in the pipe in a liquid state. The liquid flux held in the pipe moves in the pipe in a direction corresponding to the pressure difference between the pressure in the space in the reaction vessel and the pressure in the space on the supply source side from the flux in the pipe. The piping is in a closed state or a state in which the closed state is released by the movement of the flux in the piping.
配管内に保持された液体状態のフラックスの供給源側の気液界面は、上記圧力差の無い場合には、配管内に維持される。 The gas-liquid interface on the supply side of the flux in the liquid state held in the pipe is maintained in the pipe when there is no pressure difference .
好ましくは、製造装置は、もう1つの加熱手段を更に備える。もう1つの加熱手段は、配管内に保持された液体状態のフラックスが有する少なくとも2つの気液界面のうち、保持容器に最も近い気液界面の温度を保持容器内に保持された融液中におけるフラックスの減少を防止する温度に設定する。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes another heating unit. The other heating means includes a temperature of the gas-liquid interface closest to the holding container among the at least two gas-liquid interfaces of the liquid state flux held in the pipe in the melt held in the holding container. Set the temperature to prevent the flux from decreasing.
好ましくは、反応容器は、内部に液体状態のフラックスを保持可能な構造を有する。液体状態のフラックスは、配管内および反応容器内に保持される。 Preferably, the reaction vessel has a structure capable of holding a liquid flux inside. The liquid flux is held in the pipe and the reaction vessel.
好ましくは、製造装置は、温度勾配付与手段を更に備える。温度勾配付与手段は、配管に保持される液体状態のフラックスの実質的な蒸発を抑制するような温度勾配を配管に付与する。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes a temperature gradient applying unit. The temperature gradient applying unit applies a temperature gradient to the pipe so as to suppress substantial evaporation of the liquid state flux held in the pipe.
好ましくは、窒素を含む物質は気体である。そして、配管内に保持される液体状態のフラックスが該配管内において供給源からの気体と接する界面は、配管の内径よりも小さいことを特徴とする。 Preferably, the substance containing nitrogen is a gas. And the interface which the flux of the liquid state hold | maintained in piping is in contact with the gas from a supply source in this piping is smaller than the internal diameter of piping.
好ましくは、製造装置は、フロートを更に備える。フロートは、配管内に配置され、液体状態のフラックスよりも比重が小さく、界面の大きさを規定する。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes a float. The float is disposed in the pipe, has a specific gravity smaller than that of the flux in the liquid state, and defines the size of the interface.
好ましくは、製造装置は、補助配管と、第2加熱手段と、を更に備える。補助配管は、反応容器の外部にある窒素以外の気体の供給源と反応容器とをつなぐ。第2加熱手段は、補助配管内に保持されたフラックスを液体状態に維持する。補助配管内に保持された液体状態のフラックスは、反応容器内の空間の圧力と、補助配管内における該フラックスより窒素以外の気体の供給源側の空間の圧力と、の圧力差に応じた方向に補助配管内を移動する。そして、補助配管は、内部に液体状態のフラックスの保持が可能な構造を有し、該フラックスの該補助配管内の移動によって、閉塞状態または閉塞状態を解除した状態となる、ことを特徴とする。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes an auxiliary pipe and a second heating unit . The auxiliary pipe connects the reaction vessel with a gas supply source other than nitrogen outside the reaction vessel. The second heating means maintains the flux held in the auxiliary pipe in a liquid state. The flux in the liquid state held in the auxiliary pipe is in a direction corresponding to the pressure difference between the pressure in the space in the reaction vessel and the pressure in the space on the supply source side of the gas other than nitrogen in the auxiliary pipe. Move through the auxiliary piping. The auxiliary pipe has a structure capable of holding a flux in a liquid state inside , and is in a closed state or a state in which the closed state is released by movement of the flux in the auxiliary pipe. .
好ましくは、製造装置は、温度勾配付与手段を更に備える。温度勾配付与手段は、補助配管に保持される液体状態のフラックスの実質的な蒸発を抑制するような温度勾配を補助配管に付与する。 Preferably, the manufacturing apparatus further includes a temperature gradient applying unit. The temperature gradient applying means applies a temperature gradient to the auxiliary pipe so as to suppress substantial evaporation of the liquid state flux held in the auxiliary pipe.
好ましくは、窒素以外の気体は、不活性ガスである。 Preferably, the gas other than nitrogen is an inert gas.
好ましくは、液体状態のフラックスは、アルカリ金属である。 Preferably, the liquid flux is an alkali metal.
この発明によれば、融液から外部へのフラックスの蒸発を防止してIII族窒化物結晶を製造できる。その結果、従来よりも低コストかつ高品質で、大型のIII族窒化物結晶を製造できる。 According to this invention, it can be produced III-nitride crystal to prevent the evaporation of the flux to the outside from the melt. As a result, a large group III nitride crystal can be produced at a lower cost and higher quality than conventional ones.
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]
次に、本発明の実施の形態1を図1〜図5に基づいて説明する。図1には、本発明の第1の実施形態に係るIII族窒化物結晶の製造装置としてのGaN結晶の製造装置100Aの概略構成が示されている。ここでは、窒素を含む物質として窒素ガス(N2ガス)を用いている。
[Embodiment 1]
Next, Embodiment 1 of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a GaN
この図1に示される製造装置100Aは、反応容器103、融液保持容器101、ヒータ109、110、111、窒素ガスの供給源(窒素ガスボンベ)105、ガス供給管104、117、119、バルブ115、118、120、圧力センサ108、ガス排出管114、真空ポンプ116及び圧力調整器106などを含んで構成されている。
A
前記反応容器103は、ステンレス製の閉じた形状の容器である。この反応容器103の中には、融液保持容器101が収容されている。なお、反応容器103の中に融液保持容器101が収容されたときに、融液保持容器101の下部と反応容器103の内側の底面との間に所定の大きさの隙間が形成されるようになっている。
The
前記融液保持容器101は、一例として材質がP−BN(パイオリティック ボロンナイトライド)であり、反応容器103から取り出すことができる。融液保持容器101の中には、フラックスとしてのナトリウム(Na)及びIII族金属としての金属ガリウム(Ga)を含む混合融液102が入れられる。
As an example, the
前記ヒータ109は、反応容器103の外に隣接して配置され、反応容器103を側面から加熱する。
The
前記ヒータ110は、反応容器103の外に隣接して配置され、反応容器103を底面から加熱する。すなわち、反応容器103は、ヒータ109とヒータ110とにより加熱される。そして、融液保持容器101は、反応容器103を介して加熱されることとなる。
The
前記圧力センサ108は、反応容器103の上部に設けられ、反応容器103内のガスの圧力をモニタするのに用いられる。
The
前記ガス排出管114は、反応容器103内のガスを排出するための配管である。このガス排出管114の一端は、前記真空ポンプ116に接続され、他端は反応容器103の上部に設けられた開口部に接続されている。
The
前記バルブ115は、ガス排出管114の途中であって、反応容器103に近いところに設けられている。真空ポンプ116が稼働中で、バルブ115が開状態のときに、反応容器103内のガスが排出されるようになっている。
The
前記ガス供給管104、117、119は、反応容器103内に窒素ガスを供給するための配管である。ガス供給管119の一端は、前記窒素ガスボンベ105に接続されている。ガス供給管119の他端は2つに分岐され、ガス供給管104の一端及びガス供給管117の一端がそれぞれ接続されている。
The
前記ガス供給管117の他端は、反応容器103の上部に設けられた開口部に接続されている。
The other end of the
前記ガス供給管104の他端は、反応容器103の底部に設けられた開口部に接続されている。
The other end of the
前記バルブ118は、ガス供給管117の途中であって、反応容器103に近いところに設けられている。バルブ118が開状態のときには、反応容器103内へ窒素ガスが供給され、閉状態のときには、反応容器103内へ窒素ガスの供給が遮断される。
The
ガス供給管104は、U字部を有する配管である。前記ヒータ111は、複数の加熱部を有し、ガス供給管104における反応容器103から離れているほうの立ち上がり部分及び底部分に隣接して配置され、ガス供給管104のU字部に保持される溶融Na(液体)の実質的な蒸発を抑制するような温度勾配を、U字部に付与する。
The
前記バルブ120は、ガス供給管104の途中であって、反応容器103に近いところに設けられている。
The
前記圧力調整器106は、ガス供給管119の途中に設けられ、反応容器103内に供給する窒素ガスの圧力を調整するのに用いられる。
The
また、反応容器103は、図2に示されるように、各バルブを含んで各配管から切り離し可能となっており、反応容器103を不図示のグローブボックスの中に移動させて作業することが可能である。
Further, as shown in FIG. 2, the
次に、上記のように構成される製造装置100AによるGaN結晶の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing a GaN crystal using the
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103を各配管から切り離し、アルゴン(Ar)雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103のふたを開け、反応容器103から融液保持容器101を取り出す。そして、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)反応容器103内に、溶融Na(112とする)を入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。これにより、一例として図3に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間隙が溶融Na112で満たされることとなる。なお、アルゴン雰囲気でGa及びNaを取り扱うことにより、酸素や水分とGa及びNaとの反応を防止することができる。
(6)反応容器103のふたを閉じる。なお、融液保持容器101内部の混合融液102が占めている以外の空間と反応容器103内部の空間とはつながっており、ほぼ同じ雰囲気及び圧力となっている。以下では、これら2つの空間をまとめて反応容器103内の空間部分107ということとする。ここでは、この反応容器103内の空間部分107はアルゴン雰囲気となっている。
(7)反応容器103をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。すなわち、反応容器103内のガスパージを行う。(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を調整する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態にする。なお、以上の各工程は、融液保持容器101と反応容器103との間の溶融Naが液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸気が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(12)バルブ120を開状態とする。これにより、一例として図4に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間隙を満たしている溶融Na112の一部が、ガス供給管104のU字部を満たすようになる。このとき、溶融Na112は、反応容器103内での気液界面Aとガス供給管104内での気液界面Bとの2つを有することとなる。ここでは、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。
(13)ヒータ109、110により、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
(1) Close each valve.
(2) The
(3) Open the lid of the
(4) Molten Na (referred to as 112) is placed in the
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) Take out the
(8) The
(9) The
(11) Open the
(12) The
(13) The temperature in the
このとき、気液界面Bにおいて、Naが液体状態を維持し、かつNaの実質的蒸発が抑制されるように、ヒータ111を制御する。ここで、「実質的蒸発が抑制される」とは、たとえ気液界面BからNaがガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113に拡散しても、その拡散量が、結晶成長中の時間内(数10〜数100時間)では、結晶成長に悪影響を及ぼさない程度であることを意味している。例えば、気液界面Bの温度が150℃に維持されるようにヒータ111を制御すると、当然Naの融点(98℃)以上であるので液体状態が維持され、蒸気圧は7.6×10−9気圧となり、結晶成長中の時間内では溶融Na112の減少はほとんど無い。なお、300℃及び400℃では、Na蒸気圧はそれぞれ1.8×10−5と及び4.7×10−4気圧であり、この程度でも溶融Na112の減少は無視できる。
At this time, the
従って、気液界面Aの温度は、気液界面Bの温度よりも高くなり、気液界面Aと気液界面Bとの間に温度勾配が生じる。 Therefore, the temperature of the gas-liquid interface A becomes higher than the temperature of the gas-liquid interface B, and a temperature gradient is generated between the gas-liquid interface A and the gas-liquid interface B.
なお、この反応容器103の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(14)反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(14) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図5に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107の差圧により、溶融Na112は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図4に示される状態と図5に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は反応容器103内の温度と同じ800℃である。この温度でのNa蒸気圧は約0.45気圧と大きいため、反応容器103内の空間107はNa蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na112が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is 800 ° C. which is the same as the temperature in the
そして、上述した方法によって製造されたGaN結晶は、従来のフラックス法によって製造されたGaN結晶よりも高品質であり、かつ、大きなサイズを有する。 And the GaN crystal manufactured by the method mentioned above is higher quality than the GaN crystal manufactured by the conventional flux method, and has a big size.
図6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6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。なお、図6の横軸におけるTは、絶対温度を表す。 FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the nitrogen gas pressure and the crystal growth temperature when a GaN crystal is grown. In FIG. 6, the horizontal axis represents the crystal growth temperature, and the vertical axis represents the nitrogen gas pressure. Note that T on the horizontal axis in FIG. 6 represents an absolute temperature.
図6を参照して、領域REG1は、GaN結晶が溶解する領域であり、領域REG2は、混合融液102中における核発生を抑制してGaN結晶が種結晶から結晶成長する領域であり、領域REG3は、混合融液102に接する底面および側面において多くの核が発生し、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る。
Referring to FIG. 6, region REG1 is a region where the GaN crystal is dissolved, and region REG2 is a region where the GaN crystal is crystal-grown from the seed crystal by suppressing nucleation in
製造装置100Aにおいては、混合融液102から外部への金属Naの蒸発を溶融Na112によって防止しながら、図6に示す領域REG1,REG2,REG3内の窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In the
例えば、領域REG2,REG3内の窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて、それぞれ、種結晶成長および自発核成長を行なう。 For example, seed crystal growth and spontaneous nucleus growth are performed using the nitrogen gas pressure and the crystal growth temperature in the regions REG2 and REG3, respectively.
また、領域REG3における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて多くの自発核を融液保持容器101内で発生させ、その後、領域REG1における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて多くの自発核の一部を溶解し、更に、その後、領域REG2における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて残った自発核を種結晶としてGaN結晶を結晶成長させる。
Also, many spontaneous nuclei are generated in the
更に、領域REG3における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて多くの自発核を融液保持容器101内で発生させ、その後、領域REG2における窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて自発核を種結晶としてGaN結晶を結晶成長させる。
Furthermore, many spontaneous nuclei are generated in the
このように、製造装置100Aにおいては、混合融液102から外部への金属Naの蒸発を溶融Na112によって防止しながら、各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
As described above, in the
以上説明したように、実施の形態1によると、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na112により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。この結果、反応容器103外へのNaの拡散防止及び窒素原料の安定供給を両立させることが可能となり、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, when the pressure in the
また、融液保持容器101の外部にフラックスと同じNaが存在し、気液界面AからもNaの蒸気が発生するため、融液保持容器101内の混合融液102からのNaの蒸発を抑制することが可能となる。この結果、混合融液102内のNa量(比)が安定し、低コストで、GaN結晶の安定した成長を維持することが可能となる。
Further, since Na same as the flux exists outside the
なお、上記実施の形態1では、ガス排出管114の他端と接続される開口部が反応容器103の上部に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、反応容器103と融液保持容器101との間が溶融Naによって満たされているときに、反応容器103内のガスが排出可能であればよい。
In the first embodiment, the case where the opening connected to the other end of the
また、上記実施の形態1では、ガス供給管117の他端と接続される開口部が反応容器103の上部に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、反応容器103と融液保持容器101との間が溶融Naによって満たされているときに、反応容器103内に窒素ガスが導入可能であればよい。
In the first embodiment, the case where the opening connected to the other end of the
また、上記実施の形態1では、ガス供給管104の他端と接続される開口部が反応容器103の下部に設けられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。要するに、反応容器103内の圧力が融液保持容器101内でGaNの結晶を成長させるのに適した圧力よりも低くなると、その圧力差によって溶融Naが反応容器103内に移動してガス供給管104の閉塞状態が解除され、反応容器103内の圧力が融液保持容器101内でGaNの結晶を成長させるのに適した圧力になると、反応容器103内の一部の溶融Naがガス供給管104内に移動してガス供給管104を閉塞状態とすることができれば良い。
In the first embodiment, the case where the opening connected to the other end of the
[実施の形態2]
次に、本発明の実施の形態2を図7〜図9に基づいて説明する。図7には、本発明の実施の形態2に係るIII族窒化物結晶の製造装置としてのGaN結晶の製造装置100Bの概略構成が示されている。なお、以下においては、前述した実施の形態1と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
[Embodiment 2]
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 7 shows a schematic configuration of a GaN
図7に示される製造装置100Bは、反応容器103、圧力容器301、融液保持容器101、ヒータ109,110,111、窒素ガスの供給源(窒素ガスボンベ)105、ガス供給管104,117,119,303、バルブ115,118,120,305,307、2つの圧力センサ108、304、ガス排出管114,306、真空ポンプ116及び圧力調整器106などを含んで構成されている。すなわち、製造装置100Bは、実施の形態1における前記製造装置100Aに、圧力容器301、圧力センサ304、ガス供給管303、バルブ305,307およびガス排出管306が付加されたものである。
7 includes a
前記圧力容器301は、ステンレス製の密閉可能な容器である。この圧力容器301の中には、前記反応容器103、ヒータ109、110などが収容されている。
The
前記ガス供給管303は、前記ガス供給管117が分岐したものであり、圧力容器301内に窒素ガスを供給するために設けられている。このガス供給管303の一端は前記ガス供給管117の途中に接続され、他端は圧力容器301の開口部に接続されている。
The
前記圧力センサ304は、圧力容器301の上部に設けられ、圧力容器301内の圧力をモニタするのに用いられる。
The
バルブ305は、圧力容器301の近傍でガス供給管303に装着される。そして、バルブ305は、窒素ガス圧力容器301内へ供給し、または窒素ガスの圧力容器301内への供給を停止する。
The
ガス排出管306は、一方端が圧力容器301に接続され、他方端がガス排出管114に接続される。そして、ガス排出管306は、圧力容器301内の気体を真空ポンプ116へ導く。
The
バルブ307は、圧力容器301の近傍でガス排出管306に装着される。そして、バルブ307は、圧力容器301内の気体を真空ポンプ116へ導き、または圧力容器301内の気体の真空ポンプ116側への供給を停止する。
The
次に、上記のように構成される製造装置100BによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103を各配管から切り離し、圧力容器301の中から反応容器103を取り出す。
(3)取り出した反応容器103をアルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(4)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(5)反応容器103内に、溶融Naを入れる。
(6)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。これにより、一例として図3に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間隙が溶融Naで満たされることとなる。
(7)反応容器103のふたを閉じる。
(8)反応容器103をグローブボックスから出し、圧力容器301内の所定位置に収容する。
(9)反応容器103と各配管とを接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(10)圧力容器301のふたを閉じる。
(11)真空ポンプ116を稼動させる。
(12)バルブ115,307を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスおよび圧力容器301と反応容器103との間の空間部分302に存在する気体が排出される。
(13)圧力センサ108,304を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力および圧力容器301と反応容器103との間の空間部分302が所定の圧力に到達すると、バルブ115,307を閉状態とする。
(14)バルブ118,305を開状態とし、反応容器103および圧力容器301内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108,304を参照し、反応容器103および圧力容器301内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103および圧力容器301内の圧力が15気圧になったら、バルブ305は、開状態のまま、バルブ118を閉状態にする。以上の工程は、融液保持容器101と反応容器103との間の溶融Naが液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(15)バルブ120を開状態とする。これにより、一例として図8に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間隙を満たしている溶融Naの一部が、ガス供給管104のU字部を満たすようになる。ここでは、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ一致している。
(16)ヒータ109、110により、融液保持容器101及び反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, a method for manufacturing a GaN crystal using the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) The taken-out
(4) The
(5) Put molten Na into the
(6) The
(7) Close the lid of the
(8) Take out the
(9) The
(10) Close the lid of the
(11) The
(12) The
(13) Referring to the
(14) The
(15) The
(16) Heat the
このとき、気液界面Bにおいて、Naが液体状態を維持し、かつNaの実質的蒸発が抑制されるように、ヒータ111を制御する。従って、気液界面Aの温度は、気液界面Bの温度よりも高くなり、気液界面Aと気液界面Bとの間に温度勾配が生じる。
At this time, the
なお、この反応容器103の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力および圧力容器301内の空間302の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(17)反応容器103内の温度を800℃、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中にIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(17) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図9に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107の差圧により、溶融Na112は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図8に示される状態と図9に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は反応容器103内の温度と同じ800℃である。この温度でのNa蒸気圧は約0.45気圧と大きいため、反応容器103内の空間107はNa蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Naが反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、溶融Naとなり反応容器103内の空間107への窒素の導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is 800 ° C. which is the same as the temperature in the
なお、製造装置100Bにおいても、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いてGaN結晶の製造が行なわれる。
In the
以上説明したように、実施の形態2によると、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Naにより遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。この結果、反応容器103外へのNaの拡散防止及び窒素原料の安定供給を両立させることが可能となり、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。
As described above, according to the second embodiment, when the pressure in the
また、圧力容器301内の空間302の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とを互いにほぼ等しくすることができる。そこで、前記製造装置100Aの場合には、反応容器103は耐圧性及び耐熱性の両方を満たす必要があったが、本第2の実施形態における製造装置100Bでは、反応容器103に耐圧性は要求されない。これにより、反応容器103の肉厚を薄くすることができることとなり、反応容器103の熱容量が小さくなって、圧力容器301内の温度のより細かい制御が可能となる。この結果、圧力容器301内の温度変動幅を第1の実施形態よりも小さくすることができ、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。
In addition, the pressure in the
[実施の形態3]
次に、本発明の実施の形態3を図10〜図13に基づいて説明する。図10には、本発明の実施の形態3に係るIII族窒化物結晶の製造装置としてのGaN結晶の製造装置100Cの概略構成が示されている。なお、以下においては、前述した第1の実施形態と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
[Embodiment 3]
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 shows a schematic configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus 100C as a group III nitride crystal manufacturing apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the following, the same reference numerals are used for the same or equivalent components as those in the first embodiment described above, and the description thereof is simplified or omitted.
図10に示される製造装置100Cは、反応容器103、融液保持容器101、ヒータ109、110、111、窒素ガスの供給源(窒素ガスボンベ)105、ガス供給管104、119、バルブ115、120、圧力センサ108、ガス排出管114、真空ポンプ116及び圧力調整器106などを含んで構成されている。すなわち、製造装置100Cは、第1の実施形態における前記製造装置100Aから、ガス供給管117及びバルブ118を除いたものである。
A manufacturing apparatus 100C shown in FIG. 10 includes a
次に、上記のように構成される製造装置100CによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。ここでは、上記実施の形態1及び実施の形態2と異なり、反応容器103と融液保持容器101との間隙には何も入れない。
(5)反応容器103のふたを閉じる。
(6)反応容器103をグローブボックスから出し、一例として図11に示されるように、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(7)真空ポンプ116を稼動させる。
(8)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(9)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(10)バルブ120を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。
(11)ヒータ109、110に通電し、融液保持容器101及び反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, a method for manufacturing a GaN crystal using the manufacturing apparatus 100C configured as described above will be described.
(1) Close each valve.
(2) Separate the
(3) The
(4) The
(5) Close the lid of the
(6) The
(7) The
(8) The
(9) With reference to the
(10) Open the
(11) Energize the
反応容器103内の温度が上昇すると、混合融液102中のNaの一部が蒸発し、Na蒸気が空間107に出る。このNa蒸気はガス供給管104内の温度の低い領域に移動する。このときヒータ111により、ガス供給管104の温度をNaの実質的蒸発が発生しない温度に制御することにより、一例として図11に示されるように、溶融Na501がガス供給管104の内部に付着する。ここでは、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ一致している。
When the temperature in the
なお、反応容器103の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(12)反応容器103内の温度を800℃、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(12) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図13に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107の差圧により、溶融Na501は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図12に示される状態と図13に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は反応容器103内の温度と同じ800℃である。この温度でのNa蒸気圧は約0.45気圧と大きいため、反応容器103内の空間107はNa蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Naが反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、溶融Naとなり反応容器103内の空間107への窒素の導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is 800 ° C. which is the same as the temperature in the
なお、製造装置100Cにおいても、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いてGaN結晶の製造が行なわれる。 In the manufacturing apparatus 100C, the GaN crystal is manufactured using the nitrogen gas pressure and the crystal growth temperature included in the regions REG1, REG2, and REG3 shown in FIG.
以上説明したように、実施の形態3によると、反応容器103内の温度が上昇すると、混合融液102中のNaの一部が蒸発し、ガス供給管104内で凝縮する。そして、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが遮断される。その後、GaN結晶の成長工程では、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Naにより遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、反応容器103内に窒素ガスが導入される。この結果、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。
As described above, according to the third embodiment, when the temperature in the
また、ガス供給管117及びバルブ118が不要となることから、より簡便な装置とすることができるとともに、窒素圧力の調整が容易となり、圧力制御性が高まり、より安全で効率的な結晶成長が可能となる。
Further, since the
[実施の形態4]
次に、本発明の実施の形態4を図14〜図16に基づいて説明する。図14には、本発明の実施の形態4に係るIII族窒化物結晶の製造装置としてのGaN結晶の製造装置100Dの概略構成が示されている。なお、以下においては、前述した実施の形態1と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
[Embodiment 4]
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 14 shows a schematic configuration of a GaN
この図14に示される製造装置100Dは、反応容器103、融液保持容器101、ヒータ109、110、111、窒素ガスの供給源(窒素ガスボンベ)105、ガス供給管104、117、119、バルブ115、118、120、圧力センサ108、ガス排出管114、真空ポンプ116、圧力調整器106及びフロート601などを含んで構成されている。すなわち、製造装置100Dは、実施の形態1における前記製造装置100Aに、フロート601が付加されたものである。
14 includes a
このフロート601は、溶融Naよりも比重が小さく、溶融Naに対して不活性な素材で作られている。フロート601は、一例として円柱状の部材であり、その直径はガス供給管104の内径よりも小さく、ガス供給管104内に配置されている。そこで、窒素ガスは、ガス供給管104とフロート601との間隙を通ることができる。
This
次に、上記のように構成される製造装置100DによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)反応容器103内に、溶融Naを入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。これにより、反応容器103と融液保持容器101との間隙が溶融Naで満たされることとなる。
(6)反応容器103のふたを閉じる。
(7)反応容器103をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態とする。以上の工程は、融液保持容器101と反応容器103との間の溶融Naが液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(12)バルブ120を開状態とする。これにより、一例として図15に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間隙を満たしている溶融Naの一部が、ガス供給管104のU字部を満たすようになる。このとき、フロート601は溶融Naに浮かんだ状態で、ガス供給管104内を上昇する。ここでは、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ一致している。
(13)ヒータ109、110により、融液保持容器101及び反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, a method for manufacturing a GaN crystal using the
(1) Close each valve.
(2) Separate the
(3) The
(4) Molten Na is put into the
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) Take out the
(8) The
(9) The
(10) With reference to the
(11) Open the
(12) The
(13) The temperature in the
このとき、気液界面Bにおいて、Naが液体状態を維持し、かつNaの実質的蒸発が抑制されるように、ヒータ111を制御する。従って、気液界面Aの温度は、気液界面Bの温度よりも高くなり、気液界面Aと気液界面Bとの間に温度勾配が生じる。
At this time, the
なお、反応容器103の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(14)反応容器103内の温度を800℃、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中にIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(14) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図16に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107の差圧により、溶融Na112は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図15に示される状態と図16に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は反応容器103内の温度と同じ800℃である。この温度でのNa蒸気圧は約0.45気圧と大きいため、反応容器103内の空間107はNa蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Naが反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、溶融Naとなり反応容器103内の空間107への窒素の導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is 800 ° C. which is the same as the temperature in the
なお、製造装置100Dにおいても、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いてGaN結晶の製造が行なわれる。
In the
以上説明したように、実施の形態4によると、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Naにより遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、反応容器103内に窒素ガスが導入される。この結果、反応容器103外へのNaの拡散防止及び窒素原料の安定供給を両立させることが可能となり、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。
As described above, according to the fourth embodiment, when the pressure in the
また、フロート601によって気液界面Bの開口部が狭窄されるので、僅かなNa蒸発量をさらに低減させることが可能となり、その結果、安全性及び結晶成長の安定性を更に向上させることができる。
Further, since the opening of the gas-liquid interface B is narrowed by the
[実施の形態5]
次に、本発明の実施の形態5を図17〜図20に基づいて説明する。図17には、本発明の実施の形態5に係るIII族窒化物結晶の製造装置としてのGaN結晶の製造装置100Eの概略構成が示されている。なお、以下においては、前述した実施の形態1と同一若しくは同等の構成部分については同一の符号を用い、その説明を簡略化し若しくは省略するものとする。
[Embodiment 5]
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 17 shows a schematic configuration of a GaN
図17に示される製造装置100Eは、反応容器103、融液保持容器101、ヒータ109,110,111,703、窒素ガスの供給源(窒素ガスボンベ)105、窒素ガスを供給するためのガス供給管104,117,119、窒素ガスの圧力調整器106,アルゴンガスの供給源(アルゴンガスボンベ)705,アルゴンガスを供給するためのガス供給管701、アルゴンガスの圧力調整器706、バルブ115,118,120,708、圧力センサ108、ガス排出管114、及び真空ポンプ116などを含んで構成されている。すなわち、製造装置100Eは、実施の形態1における前記製造装置100Aに、ヒータ703、アルゴンガスボンベ705、ガス供給管701、圧力調整器706、及びバルブ708が付加されたものである。
A
前記ガス供給管701は、U字部を有し、反応容器103内にアルゴンガスを供給するための配管である。このガス供給管701の一端は、前記圧力調整器706を介して前記アルゴンガスボンベ705に接続され、他端は、反応容器103の底部に設けられた開口部に接続されている。
The
前記ヒータ703は、複数の加熱部を有し、ガス供給管701における反応容器103から離れているほうの立ち上がり部分及び底部分に隣接して配置され、ガス供給管701のU字部に保持される溶融Na(液体)の実質的な蒸発を抑制するような温度勾配を、U字部に付与する。
The
前記バルブ708は、ガス供給管701の途中であって、反応容器103に近いところに設けられている。
The
前記圧力調整器706は、ガス供給管701の途中に設けられ、アルゴンガスの圧力を調整するのに用いられる。
The
また、反応容器103は、図18に示されるように、各バルブを含んで各配管から切り離し可能となっており、反応容器103をグローブボックスの中に移動させて作業することが可能である。
Further, as shown in FIG. 18, the
次に、上記のように構成される製造装置100EによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)反応容器103内に、溶融Na112を入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。これにより、反応容器103と融液保持容器101との間隙が溶融Naで満たされることとなる。
(6)反応容器103のふたを閉じる。
(7)反応容器103をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、窒素ガスのガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、窒素ガスのガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。また、アルゴンガスのガス供給管701内に空気が残留しないように、例えばアルゴンガスを流しながら接続する。これにより、アルゴンガスのガス供給管701内はアルゴンガスで満たされることとなる。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態にする。以上の工程は、融液保持容器101と反応容器103との間の溶融Naが液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(12)バルブ120及びバルブ708を開状態とする。これにより、一例として図19に示されるように、反応容器103と融液保持容器101との間の間隙を満たしている溶融Naの一部が、ガス供給管104のU字部及びガス供給管701のU字部をそれぞれ満たすようになる。このとき、溶融Naは、反応容器103内での気液界面Aとガス供給管104内での気液界面Bとガス供給管701内での気液界面Cの3つの気液界面を有することとなる。ここでは、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力とガス供給管701の空間部分702の圧力とは互いにほぼ等しいので、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルと気液界面Cのレベルとは互いにほぼ一致している。
(13)ヒータ109、110により、融液保持容器101及び反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, a method for manufacturing a GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) Separate the
(3) The
(4) Molten Na112 is put into the
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) Take out the
(8) The
(9) The
(10) With reference to the
(11) Open the
(12) The
(13) The temperature in the
このとき、気液界面Bにおいて、Naが液体状態を維持し、かつNaの実質的蒸発が抑制されるように、ヒータ111を制御する。従って、気液界面Aの温度は、気液界面Bの温度よりも高くなり、気液界面Aと気液界面Bとの間に温度勾配が生じる。また、気液界面Cにおいて、Naが液体状態を維持し、かつNaの実質的蒸発が抑制されるように、ヒータ703を制御する。従って、気液界面Aの温度は、気液界面Cの温度よりも高くなり、気液界面Aと気液界面Cとの間に温度勾配が生じる。
At this time, the
なお、反応容器103の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力およびガス供給管701のアルゴンボンベ705側の空間702の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106及び圧力調整器706により圧力制御しながら反応容器103内の空間部分107の圧力を40気圧まで昇圧する。
(14)反応容器103内の温度を800℃、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(14) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図20に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107の差圧、及びガス供給管701内の空間702と反応容器103内の空間107の差圧により、溶融Na112は、反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動し、気液界面Cは反応容器103とガス供給管701との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。また、アルゴンガスは泡状となって溶融Na112内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管701の空間702と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107にアルゴンガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力とガス供給管701の空間702の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給され、アルゴンガスボンベ705から反応容器103の空間107にアルゴンガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力とガス供給管701の空間702の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルと気液界面Cのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図19に示される状態と図20に示される状態とが繰り返されて、反応容器103の空間107に窒素ガス及びアルゴンガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は反応容器103内の温度と同じ800℃である。この温度でのNa蒸気圧は約0.45気圧と大きいため、反応容器103内の空間107はNa蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Naが反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、溶融Naとなり反応容器103内の空間107への窒素の導入に影響を与えることはない。また、気液界面Cの温度は前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面CからNaが上流(アルゴンガスボンベ705側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管701内の溶融Naが反応容器103内に移動して、気液界面Cが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Cから拡散するNa蒸気はガス供給管701の温度制御された領域に付着して、溶融Naとなり反応容器103内の空間107へのアルゴンガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is 800 ° C. which is the same as the temperature in the
なお、製造装置100Eにおいても、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いてGaN結晶の製造が行なわれる。
Also in the
以上説明したように、実施の形態5によると、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Naにより遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下した場合に、窒素ガスが導入される。この結果、反応容器103外へのNaの拡散防止及び窒素原料の安定供給を両立させることが可能となり、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。
As described above, according to the fifth embodiment, when the pressure in the
また、複数種類のガスを反応容器103内で混合しているため、反応容器103内における窒素分圧と全圧とを分離して制御することができる。この結果、混合融液102中での窒素溶解量の制御可能な範囲を広くすることが可能となり、結晶成長の制御性を向上させることができる。
In addition, since plural types of gases are mixed in the
[実施の形態6]
図21は、実施の形態6によるGaN結晶の製造装置の構成を示す概略図である。図21を参照して、実施の形態6による製造装置100Fは、図1に示す製造装置100Aのバルブ120をバルブ130に代え、ヒータ140を追加したものであり、その他は、製造装置100Aと同じである。
[Embodiment 6]
FIG. 21 is a schematic diagram showing a configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus according to the sixth embodiment. Referring to FIG. 21,
バルブ130は、ガス供給管104とガス供給管117との連結部の近傍でガス供給管104に装着される。そして、バルブ130は、ガス供給管117からの窒素ガスを反応容器103側へ供給し、またはガス供給管117からの窒素ガスの反応容器103側への供給を停止する。
The
ヒータ140は、ガス供給管104の立ち上がり部104Aの周囲に配置される。そして、ヒータ140は、ガス供給管104の一部に溜められた溶融Naから蒸発する金属Naの蒸気圧が融液保持容器101内の混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧に略一致する特定温度にガス供給管104の立ち上がり部104Aを加熱する。
The
図22は、融液保持容器101、反応容器103およびガス供給管104の温度のタイミングチャートである。また、図23は、図22に示すタイミングt1およびタイミングt2における融液保持容器101および反応容器103内の状態変化を示す模式図である。
FIG. 22 is a timing chart of temperatures of the
なお、図22において、直線k1は、融液保持容器101および反応容器103の温度を示し、曲線k2および直線k3は、ガス供給管104内の溶融Naの温度を示す。
In FIG. 22, a straight line k1 indicates the temperature of the
図22を参照して、ヒータ109,110は、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融液保持容器101および反応容器103を加熱する。また、ヒータ140は、曲線k2に従って温度が上昇し、かつ、特定温度Tsp1に保持されるように、ガス供給管104の立ち上がり部104Aを加熱する。更に、ヒータ111は、曲線k3に従って温度が上昇し、かつ、特定温度Tsp2に保持されるようにガス供給管104の立ち上がり部104Bおよび水平部104Cを加熱する。
Referring to FIG. 22,
ヒータ109,110が融液保持容器101および反応容器103を加熱し始め、かつ、ヒータ111,140がガス供給管104を加熱し始めたとき、ガス供給管104内には、溶融Na122が存在し、融液保持容器101内には、金属Naと金属Gaとを含む混合融液102が存在する(図23の(a)参照)。
When the
そして、融液保持容器101および反応容器103の温度がタイミングt1において98℃に達し、タイミングt2において800℃に達する。そして、また、ガス供給管104の立ち上がり部104Aは、タイミングt2において、特定温度Tsp1に達し、立ち上がり部104Bは、タイミングt2において特定温度Tsp2に達する。なお、特定温度Tsp1は、溶融Na122から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa1が混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する温度である。また、特定温度Tsp2は、実施の形態1〜5において説明したように、ガス供給管104内に溜められた溶融NaからのNaの実質的な蒸発が抑制される温度である。そして、特定温度Tsp1は、800℃よりも低く、特定温度Tsp2は、特定温度Tsp1よりも低い。
Then, the temperatures of the
従って、ガス供給管104の立ち上がり部104Aは、溶融Na122からの金属Naの蒸発と、混合融液102からの金属Naの蒸発とが略平衡になる特定温度Tsp1にヒータ140によって昇温される(図23の(b)参照)。また、ガス供給管104の立ち上がり部104Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に生じない特定温度Tsp2にヒータ111によって加熱される。この場合、ガス供給管104の立ち上がり部104Bにおける金属Naの蒸気圧は、PNa2であり、実施の形態1〜実施の形態5において説明した7.6×10−9気圧、1.8×10−5および4.7×10−4気圧等の低い蒸気圧である。
Accordingly, the rising
その結果、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送と、混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送とが略平衡になり、見かけ上、溶融Na122と混合融液102との間で金属Naの気相輸送が停止される。そして、溶融Na122および混合融液102からの金属Naの蒸発による混合融液102中の金属Naと金属Gaとの混合比の変動が抑制される。
As a result, the vapor phase transport of the metal Na from the
次に、図24から図26を参照して、製造装置100FによるGaN結晶の製造方法について説明する。なお、製造装置100Fにおいては、反応容器103およびガス供給管104は、図24に示されるように、各バルブを含んで各配管から切り離し可能となっており、反応容器103およびガス供給管104を不図示のグローブボックスの中に移動させて作業することが可能である。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103およびガス供給管104を各配管から切り離し、アルゴン(Ar)雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103のふたを開け、反応容器103から融液保持容器101を取り出す。そして、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)溶融Na122をガス供給管104内に入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。なお、アルゴン雰囲気でGa及びNaを取り扱うことにより、酸素や水分とGa及びNaとの反応を防止することができる。
(6)反応容器103のふたを閉じる。
(7)反応容器103およびガス供給管104をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。この時点においては、図23の(a)に示すように、混合融液102が融液保持用器101内に保持され、溶融Na122がガス供給管104内に保持されている。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。すなわち、反応容器103内のガスパージを行う。(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118,130を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を調整する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態にする。なお、以上の各工程は、ガス供給管104内の溶融Na122が液体状態を保持する温度で行われる。
(12)ヒータ109,110により、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。また、ヒータ111,140に通電し、ガス供給管104の立ち上がり部104Aを特定温度Tsp1に加熱し、ガス供給管104の立ち上がり部104Bを特定温度Tsp2に加熱する。そして、反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, with reference to FIGS. 24 to 26, a method for manufacturing a GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) Open the lid of the
(4) Put
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) The
(8) The
(9) The
(11) The
(12) The temperature in the
この時点においては、図25に示すように、溶融Na122は、ガス供給管104内に2つの気液界面A,Bを有することとなる。ここで、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104内の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。
At this time, as shown in FIG. 25, the
そして、気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致している。蒸気圧PNa1が蒸気圧PNa−Gaに略一致していることは、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡状態に達していることを意味し、混合融液102からの金属Naの減少が防止される。
The vapor pressure PNa1 of metal Na at the gas-liquid interface A substantially matches the vapor pressure PNa-Ga of metal Na evaporated from the
また、気液界面Bにおける金属Naの蒸気圧PNa2は、金属Naが溶融Na122から実質的に蒸発しない蒸気圧に保持されている。 The vapor pressure PNa2 of the metal Na at the gas-liquid interface B is maintained at a vapor pressure at which the metal Na does not substantially evaporate from the molten Na122.
従って、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の気液界面Aは、混合融液102からの金属Naの減少を防止する温度に設定され、溶融Na122の気液界面Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定される。
Therefore, the gas-liquid interface A of the
なお、この反応容器103およびガス供給管104の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(13)反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(13) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図26に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107との差圧により、溶融Na122は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na122内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図25に示される状態と図26に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されている。従って、反応容器103内の空間107は、Na蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na122が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is set to a specific temperature Tsp1 at which the vapor phase transport of metal Na from the
そして、製造装置100Fにおいては、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In
以上説明したように、実施の形態6によると、ガス供給管104の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na122により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。
As described above, according to the sixth embodiment, when the pressure in the
また、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の反応容器103側の気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。
Further, the vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A on the
この結果、反応容器103外への金属Naの拡散を防止した上で、混合融液102中における金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持できるとともに、窒素原料の安定供給を両立させることが可能となる。そして、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As a result, while preventing diffusion of metal Na to the outside of the
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7]
図27は、実施の形態7によるGaN結晶の製造装置の構成を示す概略図である。図27を参照して、実施の形態7による製造装置100Gは、図7に示す製造装置100Bのバルブ120をバルブ130に代え、ヒータ140を追加したものであり、その他は、製造装置100Bと同じである。
[Embodiment 7]
FIG. 27 is a schematic diagram showing a configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus according to the seventh embodiment. Referring to FIG. 27,
バルブ130およびヒータ140については、実施の形態6において説明したとおりである。
The
次に、図28および図29を参照して、製造装置100GによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103およびガス供給管104を各配管から切り離し、圧力容器301の中から反応容器103を取り出す。
(3)取り出した反応容器103およびガス供給管104をアルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(4)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(5)溶融Naをガス供給管104内に入れる。
(6)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。
(7)反応容器103のふたを閉じる。
(8)反応容器103およびガス供給管104をグローブボックスから出し、圧力容器301内の所定位置に収容する。
(9)反応容器103およびガス供給管104と各配管とを接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(10)圧力容器301のふたを閉じる。
(11)真空ポンプ116を稼動させる。
(12)バルブ115,307を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスおよび圧力容器301と反応容器103との間の空間部分302に存在する気体が排出される。
(13)圧力センサ108,304を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力および圧力容器301と反応容器103との間の空間部分302の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115,307を閉状態とする。
(14)バルブ118,130,305を開状態とし、反応容器103および圧力容器301内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108,304を参照し、反応容器103および圧力容器301内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103および圧力容器301内の圧力が15気圧になったら、バルブ305は、開状態のまま、バルブ118を閉状態にする。以上の工程は、ガス供給管104内の溶融Na122が液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(15)ヒータ109,110により、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。また、ヒータ111,140に通電し、ガス供給管104の立ち上がり部104Aを特定温度Tsp1に加熱し、ガス供給管104の立ち上がり部104Bを特定温度Tsp2に加熱する。そして、反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, with reference to FIG. 28 and FIG. 29, the manufacturing method of the GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) The taken-out
(4) The
(5) Put molten Na into the
(6) The
(7) Close the lid of the
(8) Take out the
(9) The
(10) Close the lid of the
(11) The
(12) The
(13) With reference to the
(14) The
(15) The temperature in the
この時点においては、図28に示すように、溶融Na122は、ガス供給管104内に2つの気液界面A,Bを有することとなる。ここで、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。
At this time, as shown in FIG. 28, the
そして、気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致している。蒸気圧PNa1が蒸気圧PNa−Gaに略一致していることは、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡状態に達していることを意味し、混合融液102からの金属Naの減少が防止される。
The vapor pressure PNa1 of metal Na at the gas-liquid interface A substantially matches the vapor pressure PNa-Ga of metal Na evaporated from the
また、気液界面Bにおける金属Naの蒸気圧PNa2は、金属Naが溶融Na122から実質的に蒸発しない蒸気圧に保持されている。 The vapor pressure PNa2 of the metal Na at the gas-liquid interface B is maintained at a vapor pressure at which the metal Na does not substantially evaporate from the molten Na122.
従って、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の気液界面Aは、混合融液102からの金属Naの減少を防止する温度に設定され、溶融Na122の気液界面Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定される。
Therefore, the gas-liquid interface A of the
なお、この反応容器103およびガス供給管104の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力および圧力容器301内の空間302の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(16)反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(16) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図29に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107との差圧により、溶融Na122は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na122内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図28に示される状態と図29に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されている。従って、反応容器103内の空間107は、Na蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na122が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is set to a specific temperature Tsp1 at which the vapor phase transport of metal Na from the
そして、製造装置100Gにおいては、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In
以上説明したように、実施の形態7によると、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na122により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。
As described above, according to the seventh embodiment, when the pressure in the
また、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の反応容器103側の気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。
Further, the vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A on the
この結果、反応容器103外への金属Naの拡散を防止した上で、混合融液102中における金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持できるとともに、窒素原料の安定供給を両立させることが可能となる。そして、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As a result, while preventing diffusion of metal Na to the outside of the
その他、実施の形態1,2と同じである。 Others are the same as in the first and second embodiments.
[実施の形態8]
図30は、実施の形態8によるGaN結晶の製造装置の構成を示す概略図である。図30を参照して、実施の形態8による製造装置100Jは、図10に示す製造装置100Cのバルブ120をバルブ130に代え、ヒータ140を追加したものであり、その他は、製造装置100Cと同じである。
[Embodiment 8]
FIG. 30 is a schematic diagram showing a configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus according to the eighth embodiment. Referring to FIG. 30,
バルブ130およびヒータ140については、実施の形態6において説明したとおりである。
The
次に、図31から図33を参照して、製造装置100JによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103およびガス供給管104を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。この場合、上述した実施の形態6,7と異なり、ガス供給管104内に溶融Naを入れない状態において、融液保持用器101を反応容器103内に収容する。
(5)反応容器103のふたを閉じる。
(6)反応容器103およびガス供給管104をグローブボックスから出し、一例として図31に示されるように、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(7)真空ポンプ116を稼動させる。
(8)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(9)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(10)バルブ130を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、金属Naがガス供給管104内に溜まっていないので、窒素ガスは、ガス供給管104を介して反応容器103内の空間部分107へ供給される。また、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。
(11)ヒータ109,110に通電し、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。また、ヒータ111,140に通電し、ガス供給管104の立ち上がり部104Aを特定温度Tsp1に加熱し、ガス供給管104の立ち上がり部104Bを特定温度Tsp2に加熱する。そして、反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, with reference to FIGS. 31 to 33, a method of manufacturing a GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) The
(4) The
(5) Close the lid of the
(6) The
(7) The
(8) The
(9) With reference to the
(10) Open the
(11) Energize the
ヒータ109,110,111,140に通電を開始した時点では、図31に示すように、混合融液102が融液保持容器101に保持され、ガス供給管104には、溶融Naが溜まっていない状態である。
When energization of the
その後、融液保持容器101および反応容器103の温度が800℃に近づくに従って混合融液102から蒸発する金属Naの量が増加し、混合融液102から蒸発した金属Naは、金属Naが液体状態で存在し得るガス供給管104内に溜まる。そして、この時点においては、図32に示すように、ガス供給管104内に溜まった溶融Na122は、ガス供給管104内に2つの気液界面A,Bを有する。ここで、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104内の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。
Thereafter, as the temperature of the
そして、ガス供給管104の立ち上がり部104Aは、特定温度Tsp1に加熱され、ガス供給管104の立ち上がり部104Bは、特定温度Tsp2に加熱されているので、気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致している。蒸気圧PNa1が蒸気圧PNa−Gaに略一致していることは、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡状態に達していることを意味し、混合融液102からの金属Naの減少が防止される。
The rising
また、気液界面Bにおける金属Naの蒸気圧PNa2は、金属Naが溶融Na122から実質的に蒸発しない蒸気圧に保持されている。 The vapor pressure PNa2 of the metal Na at the gas-liquid interface B is maintained at a vapor pressure at which the metal Na does not substantially evaporate from the molten Na122.
従って、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の気液界面Aは、混合融液102からの金属Naの減少を防止する温度に設定され、溶融Na122の気液界面Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定される。
Therefore, the gas-liquid interface A of the
なお、この反応容器103およびガス供給管104の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(12)反応容器103内の温度が800℃になると、反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(12) When the temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図33に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107との差圧により、溶融Na122は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na122内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図32に示される状態と図33に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されている。従って、反応容器103内の空間107は、Na蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na122が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is set to a specific temperature Tsp1 at which the vapor phase transport of metal Na from the
そして、製造装置100Jにおいては、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In
以上説明したように、実施の形態8によると、反応容器103内の温度が上昇すると、混合融液102中のNaの一部が蒸発し、ガス供給管104内で凝縮する。そして、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107とが溶融Na122によって遮断される。その後、GaN結晶の成長工程では、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na122により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、反応容器103内に窒素ガスが導入される。
As described above, according to the eighth embodiment, when the temperature in the
また、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の反応容器103側の気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。
Further, the vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A on the
この結果、反応容器103外への金属Naの拡散を防止した上で、混合融液102中における金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持できるとともに、窒素原料の安定供給を両立させることが可能となる。そして、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As a result, while preventing diffusion of metal Na to the outside of the
その他、実施の形態1,3と同じである。 Others are the same as in the first and third embodiments.
[実施の形態9]
図34は、実施の形態9によるGaN結晶の製造装置の構成を示す概略図である。図34を参照して、実施の形態9による製造装置100Kは、図14に示す製造装置100Dのバルブ120をバルブ130に代え、ヒータ140を追加したものであり、その他は、製造装置100Dと同じである。
[Embodiment 9]
FIG. 34 is a schematic diagram showing a configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus according to the ninth embodiment. Referring to FIG. 34,
バルブ130およびヒータ140については、実施の形態6において説明したとおりである。
The
次に、図35および図36を参照して、製造装置100KによるGaN結晶の製造方法について説明する。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103およびガス供給管104を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)溶融Naをガス供給管104内に入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。
(6)反応容器103のふたを閉じる。
(7)反応容器103およびガス供給管104をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、各ガス供給管内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、各ガス供給管内は窒素ガスで満たされることとなる。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118,130を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態にする。以上の工程は、ガス供給管104内の溶融Na122が液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(12)ヒータ109,110により、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。また、ヒータ111,140に通電し、ガス供給管104の立ち上がり部104Aを特定温度Tsp1に加熱し、ガス供給管104の立ち上がり部104Bを特定温度Tsp2に加熱する。そして、反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, with reference to FIG. 35 and FIG. 36, the manufacturing method of the GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) The
(4) Put molten Na into the
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) The
(8) The
(9) The
(10) With reference to the
(11) The
(12) The temperature in the
この時点においては、図35に示すように、溶融Na122は、ガス供給管104内に2つの気液界面A,Bを有することとなる。そして、フロート601は、溶融Na122の気液界面B上に浮かんでいる。ここで、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104内の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。
At this time, as shown in FIG. 35, the
そして、気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致している。蒸気圧PNa1が蒸気圧PNa−Gaに略一致していることは、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡状態に達していることを意味し、混合融液102からの金属Naの減少が防止される。
The vapor pressure PNa1 of metal Na at the gas-liquid interface A substantially matches the vapor pressure PNa-Ga of metal Na evaporated from the
また、気液界面Bにおける金属Naの蒸気圧PNa2は、金属Naが溶融Na122から実質的に蒸発しない蒸気圧に保持されている。 The vapor pressure PNa2 of the metal Na at the gas-liquid interface B is maintained at a vapor pressure at which the metal Na does not substantially evaporate from the molten Na122.
従って、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の気液界面Aは、混合融液102からの金属Naの減少を防止する温度に設定され、溶融Na122の気液界面Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定される。
Therefore, the gas-liquid interface A of the
なお、この反応容器103およびガス供給管104の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106により圧力制御しながら40気圧まで昇圧する。
(13)反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(13) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図36に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107との差圧により、溶融Na122は反応容器103内に移動する。この結果、気液界面Aは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na122内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。このようにして、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図35に示される状態と図36に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されている。従って、反応容器103内の空間107は、Na蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na122が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is set to a specific temperature Tsp1 at which the vapor phase transport of metal Na from the
そして、製造装置100Kにおいては、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In
以上説明したように、実施の形態9によると、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na122により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。
As described above, according to the ninth embodiment, when the pressure in the
また、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の反応容器103側の気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。
Further, the vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A on the
この結果、反応容器103外への金属Naの拡散を防止した上で、混合融液102中における金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持できるとともに、窒素原料の安定供給を両立させることが可能となる。そして、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As a result, while preventing diffusion of metal Na to the outside of the
その他は、実施の形態1,4と同じである。 Others are the same as in the first and fourth embodiments.
[実施の形態10]
図37は、実施の形態10によるGaN結晶の製造装置の構成を示す概略図である。図37を参照して、実施の形態10による製造装置100Lは、図17に示す製造装置100Eのバルブ120,708をそれぞれバルブ130,710に代え、ヒータ141〜143を追加したものであり、その他は、製造装置100Eと同じである。
[Embodiment 10]
FIG. 37 is a schematic diagram showing a configuration of a GaN crystal manufacturing apparatus according to the tenth embodiment. Referring to FIG. 37,
バルブ130については、実施の形態6において説明したとおりである。バルブ710は、圧力調整器706の近傍でガス供給管701に装着される。そして、バルブ710は、ガスボンベ705からのアルゴンガスを反応容器103側へ供給し、またはガスボンベ705からのアルゴンガスの反応容器103側への供給を停止する。
The
ヒータ141は、ガス供給管104の立ち上がり部104Aに対向して配置され、ヒータ142は、ガス供給管104の立ち上がり部104Aおよびガス供給管701の立ち上がり部701Aに対向して配置され、ヒータ143は、ガス供給管701の立ち上がり部701Aに対向して配置される。
The heater 141 is disposed to face the rising
そして、ヒータ141,142は、ガス供給管104の一部に溜められた溶融Naから蒸発する金属Naの蒸気圧が融液保持容器101内の混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧に略一致する特定温度Tsp1にガス供給管104の立ち上がり部104Aを加熱する。また、ヒータ142,143は、ガス供給管701の一部に溜められた溶融Naから蒸発する金属Naの蒸気圧が融液保持容器101内の混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧に略一致する特定温度Tsp1にガス供給管701の立ち上がり部701Aを加熱する。
The
次に、図38から図40を参照して、製造装置100LによるGaN結晶の製造方法について説明する。なお、製造装置100Lにおいては、反応容器103およびガス供給管104,701は、図38に示されるように、各バルブを含んで各配管から切り離し可能となっており、反応容器103およびガス供給管104,701を不図示のグローブボックスの中に移動させて作業することが可能である。
(1)各バルブをいずれも閉状態とする。
(2)反応容器103およびガス供給管104,701を各配管から切り離し、アルゴン雰囲気のグローブボックス内に入れる。
(3)反応容器103から融液保持容器101を取り出し、融液保持容器101内に原料のGaとフラックスのNaとを入れる。ここでは、一例としてNaとGaのモル比率を5:5とした。
(4)溶融Na122,712をガス供給管104,701内に入れる。
(5)融液保持容器101を反応容器103内の所定位置に収容する。
(6)反応容器103のふたを閉じる。
(7)反応容器103およびガス供給管104,701をグローブボックスから出し、各配管と接続する。このとき、窒素ガスのガス供給管104内に空気が残留しないように、例えば窒素ガスを流しながら接続する。これにより、窒素ガスのガス供給管104内は窒素ガスで満たされることとなる。また、アルゴンガスのガス供給管701内に空気が残留しないように、例えばアルゴンガスを流しながら接続する。これにより、アルゴンガスのガス供給管701内はアルゴンガスで満たされることとなる。
(8)真空ポンプ116を稼動させる。
(9)バルブ115を開状態とする。これにより、反応容器103内の空間部分107に含まれるアルゴンガスが排出される。
(10)圧力センサ108を参照し、反応容器103内の空間部分107の圧力が所定の圧力に到達すると、バルブ115を閉状態とする。
(11)バルブ118,130を開状態とし、反応容器103内に窒素ガスを供給する。このとき、圧力センサ108を参照し、反応容器103内の窒素ガスの圧力がほぼ15気圧となるように圧力調整器106を制御する。反応容器103内の圧力が15気圧になったら、バルブ118を閉状態にする。以上の工程は、ガス供給管104内の溶融Na122およびガス供給管701内の溶融Na712が液体状態を保持する温度で、かつ、Naの実質的蒸発が抑制される温度(たとえば、100℃)で行われる。
(12)ヒータ109,110により、反応容器103内の温度を800℃まで昇温する。また、ヒータ111,141〜143,703に通電し、ガス供給管104の立ち上がり部104Aおよびガス供給管701の立ち上がり部701Aを特定温度Tsp1に加熱し、ガス供給管104の立ち上がり部104Bを特定温度Tsp2に加熱し、ガス供給管701の立ち上がり部701Bを特定温度Tsp2に加熱する。そして、反応容器103内の空間部分107の温度が800℃になると、反応容器103内の空間部分107の圧力は40気圧となる。この昇温過程の560℃以上の温度では、融液保持容器101内の金属Naと金属Gaは、完全に混合融液となる。
Next, with reference to FIGS. 38 to 40, a method of manufacturing a GaN crystal by the
(1) Close each valve.
(2) The
(3) The
(4) The
(5) The
(6) Close the lid of the
(7) The
(8) The
(9) The
(10) With reference to the
(11) The
(12) The temperature in the
この時点においては、図39に示すように、溶融Na122は、ガス供給管104内に2つの気液界面A,Bを有し、溶融Na712は、ガス供給管701内に2つの気液界面C,Dを有する。ここで、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管104内の空間部分113の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面AのレベルL1と気液界面BのレベルL2とは互いにほぼ一致している。また、反応容器103内の空間部分107の圧力とガス供給管701内の空間部分702の圧力は互いにほぼ等しいので、気液界面CのレベルL3と気液界面DのレベルL4とは互いにほぼ一致している。
At this time, as shown in FIG. 39, the
そして、気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致し、気液界面Cにおける金属Naの蒸気圧PNa3は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致している。蒸気圧PNa1,PNa3が蒸気圧PNa−Gaに略一致していることは、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡状態に達しているとともに、溶融Na712から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na712への金属Naの気相輸送と平衡状態に達していることを意味し、混合融液102からの金属Naの減少が防止される。
The vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A substantially matches the vapor pressure PNa-Ga of the metal Na evaporating from the
また、気液界面Bにおける金属Naの蒸気圧PNa2および気液界面Dにおける金属Naの蒸気圧PNa4は、金属Naがそれぞれ溶融Na122,712から実質的に蒸発しない蒸気圧に保持されている。 Further, the vapor pressure PNa2 of metal Na at the gas-liquid interface B and the vapor pressure PNa4 of metal Na at the gas-liquid interface D are maintained at vapor pressures at which the metal Na does not substantially evaporate from the molten Na122 and 712, respectively.
従って、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の気液界面Aおよびガス供給管701内に保持された溶融Na712の気液界面Cは、混合融液102からの金属Naの減少を防止する温度に設定され、溶融Na122の気液界面Bは、溶融Na122からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定され、溶融Na712の気液界面Dは、溶融Na712からの金属Naの蒸発が実質的に抑制される温度に設定される。
Therefore, the gas-liquid interface A of the
なお、この反応容器103およびガス供給管104,701の昇温過程では、反応容器103内の空間107の圧力とガス供給管104の窒素ボンベ側の空間113の圧力およびガス供給管701のアルゴンボンベ705側の空間702の圧力とがほぼ同じとなるように、圧力調整器106及び圧力調整器706により圧力制御しながら反応容器103内の空間部分107の圧力を40気圧まで昇圧する。
(13)反応容器103内の温度を800℃に保持し、反応容器103内の空間107の圧力を40気圧に保持する。これにより、融液保持容器101内の混合融液102中でIII族窒化物であるGaN結晶が成長を始める。
In the temperature raising process of the
(13) The temperature in the
そして、GaN結晶の成長進行に伴い、その窒素原料となる反応容器103内の空間107にある窒素ガスが消費され、空間107の圧力が低下する。反応容器103内の空間107の圧力が低下することにより、一例として図40に示されるように、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107との差圧、及びガス供給管701内の空間702と反応容器103内の空間107との差圧により、溶融Na122,712は、反応容器103内に移動する。この結果、気液界面A,Cは上昇し、気液界面Bは反応容器103とガス供給管104との境界付近まで移動し、気液界面Dは反応容器103とガス供給管701との境界付近まで移動する。このとき、窒素ガスは泡状となって溶融Na122内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管104内の空間113と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107に窒素ガスが供給される。また、アルゴンガスは泡状となって溶融Na712内を上昇し、反応容器103内の空間107に到達する。あるいは、ガス供給管701内の空間702と反応容器103内の空間107とが連続的につながり、反応容器103内の空間107にアルゴンガスが供給される。このようにして、ガス供給管104内の空間113の圧力とガス供給管701内の空間702の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなるまで、窒素ガスボンベ105から反応容器103の空間107に窒素ガスが供給され、アルゴンガスボンベ705から反応容器103の空間107にアルゴンガスが供給される。ガス供給管104内の空間113の圧力とガス供給管701内の空間702の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しくなると、気液界面Aのレベルと気液界面Bのレベルと気液界面Cのレベルと気液界面Dのレベルとは互いにほぼ等しくなる。結晶成長が進行する過程で、図39に示される状態と図40に示される状態とが繰り返されて、反応容器103内の空間107に窒素ガス及びアルゴンガスが供給されることとなる。
As the GaN crystal grows, nitrogen gas in the
このとき、気液界面Aの温度は、溶融Na122から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na122への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されており、気液界面Cの温度は、溶融Na712から混合融液102への金属Naの気相輸送が混合融液102から溶融Na712への金属Naの気相輸送と平衡になる特定温度Tsp1に設定されている。従って、反応容器103内の空間107は、Na蒸気と窒素ガスの混合雰囲気となっている。一方、気液界面Bの温度は、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面BからNaが上流(窒素ボンベ105側)に拡散することは無視できる。また、気液界面Dの温度も、前述したように、Naの実質的蒸発が発生しない温度に維持されているため、Na蒸気圧は小さく、気液界面DからNaが上流(アルゴンボンベ705側)に拡散することは無視できる。なお、ガス供給管104内の溶融Na122が反応容器103内に移動して、気液界面Bが反応容器103付近まで移動しても、気液界面Bから拡散するNa蒸気はガス供給管104の温度制御された領域に付着して、そこで液化されるため、反応容器103内の空間107への窒素ガスの導入に影響を与えることはない。
At this time, the temperature of the gas-liquid interface A is set to a specific temperature Tsp1 at which the vapor phase transport of metal Na from the
そして、製造装置100Lにおいては、図6に示す領域REG1,REG2,REG3に含まれる窒素ガス圧および結晶成長温度を用いて各種のGaN結晶の製造が行なわれる。
In
以上説明したように、実施の形態10によると、ガス供給管104内の空間113の圧力と反応容器103内の空間107の圧力とが互いにほぼ等しいときには、両空間は溶融Na122により遮断されており、反応容器103内の窒素圧力が低下したときに、窒素ガスが反応容器103内に導入される。
As described above, according to the tenth embodiment, when the pressure in the
また、ガス供給管104内に保持された溶融Na122の反応容器103側の気液界面Aにおける金属Naの蒸気圧PNa1は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致するとともに、ガス供給管701内に保持された溶融Na712の反応容器103側の気液界面Cにおける金属Naの蒸気圧PNa3は、混合融液102から蒸発する金属Naの蒸気圧PNa−Gaに略一致する。
Further, the vapor pressure PNa1 of the metal Na at the gas-liquid interface A on the
この結果、反応容器103外への金属Naの拡散を防止した上で、混合融液102中における金属Naと金属Gaとの混合比を略一定に保持できるとともに、窒素原料の安定供給を両立させることが可能となる。そして、安定したGaN結晶の成長が継続され、低コストで、高品質、大型、及び均質のGaN結晶を製造することができる。従って、従来のフラックス法より高品質で大型のIII族窒化物結晶を成長させることが可能となる。
As a result, while preventing diffusion of metal Na to the outside of the
その他は、実施の形態1,5と同じである。 The rest is the same as in the first and fifth embodiments.
上述した各実施の形態によると、従来実現できなかった高性能かつ低コストなIII族窒化物半導体デバイス、例えば発光ダイオード、半導体レーザ、フォトダイオード等の光デバイス、トランジスタ等の電子デバイスが実現可能となる。 According to each of the embodiments described above, a high-performance and low-cost group III nitride semiconductor device that could not be realized in the past, for example, an optical device such as a light emitting diode, a semiconductor laser, and a photodiode, and an electronic device such as a transistor can be realized. Become.
なお、上述した各実施の形態では、フラックスとしてNaを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば、アルカリ金属のLi、Na、K等や、アルカリ土類金属のMg、Ca、Sr等を用いても良い。 In each of the above-described embodiments, the case where Na is used as the flux has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, alkaline metal Li, Na, K, etc., alkaline earth metal Mg, Ca, Sr, etc. May be used.
また、上記各実施形態では、窒素を含む物質として、窒素ガスを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば、アジ化ナトリウム、アンモニアなどの窒素を構成元素に含む化合物を用いても良い。 In each of the above embodiments, the case where nitrogen gas is used as the substance containing nitrogen has been described. However, the present invention is not limited to this. For example, a compound containing nitrogen as a constituent element such as sodium azide or ammonia may be used. .
また、上記各実施形態では、III族金属としてGaを用いる場合について説明したが、これに限らず、例えば、B、Al、In等を用いても良い。なお、硼素(B)は金属ではないが、III族窒化物としてBNを構成するIII族物質として、本発明においては適応可能である。 Moreover, although each said embodiment demonstrated the case where Ga was used as a group III metal, it is not restricted to this, For example, you may use B, Al, In, etc. Although boron (B) is not a metal, it can be applied in the present invention as a group III material constituting BN as a group III nitride.
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.
100A,100B,100C,100D,100E,100F,100G,100H,100J,100K,100L 製造装置
101 融液保持容器(保持容器)
102 混合融液(融液)
103 反応容器
104,306 ガス供給管(配管の一部)
109 ヒータ(加熱手段の一部)
110 ヒータ(加熱手段の一部)
111 ヒータ(温度勾配付与手段)
112,122,712 溶融Na(液体)
301 圧力容器
100A, 100B, 100C, 100D, 100E, 100F, 100G, 100H, 100J, 100K,
102 Mixed melt (melt)
103 Reaction vessel 104,306 Gas supply pipe (part of piping)
109 Heater (part of heating means)
110 Heater (part of heating means)
111 heater (temperature gradient applying means)
112,122,712 Molten Na (liquid)
301 pressure vessel
Claims (11)
前記反応容器内に収容され、III族金属とフラックスとを含む融液が保持される保持容器と、
前記反応容器の外部に配置され、前記反応容器を加熱する加熱手段と、
前記反応容器の外部にある窒素を含む物質の供給源と前記反応容器とをつなぐと共に、内部に液体状態のフラックスを保持可能な構造を有する配管と、
前記配管内に保持されたフラックスを液体状態に維持する加熱手段と、
を備え、
前記配管内に保持された液体状態のフラックスは、前記反応容器内の空間の圧力と、前記配管内における該フラックスより前記供給源側の空間の圧力と、の圧力差に応じた方向に前記配管内を移動し、
前記配管は、該フラックスの配管内の移動によって、閉塞状態または閉塞状態を解除した状態となることを特徴とするIII族窒化物結晶の製造装置。 A sealable reaction vessel;
A holding vessel that is contained in the reaction vessel and holds a melt containing a Group III metal and a flux;
A heating means disposed outside the reaction vessel and heating the reaction vessel;
A pipe having a structure capable of holding a liquid state flux inside the reaction vessel while connecting the supply source of the substance containing nitrogen outside the reaction vessel and the reaction vessel;
Heating means for maintaining the flux held in the pipe in a liquid state;
With
The flux in the liquid state held in the pipe is in the direction according to the pressure difference between the pressure in the space in the reaction vessel and the pressure in the space on the supply source side from the flux in the pipe. Move in,
The apparatus for producing a group III nitride crystal, wherein the pipe is brought into a closed state or a released state by the movement of the flux in the pipe.
前記液体状態のフラックスは、前記配管内および前記反応容器内に保持される、請求項1に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。 The reaction vessel has a structure capable of holding the liquid state flux inside,
The apparatus for producing a group III nitride crystal according to claim 1, wherein the liquid flux is held in the pipe and in the reaction vessel.
前記配管内に保持される液体状態のフラックスが該配管内において前記供給源からの気体と接する界面は、前記配管の内径よりも小さいことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。 The substance containing nitrogen is a gas,
The interface flux in a liquid state is retained in the pipe is in contact with gas from the supply source in該配tract, any one of claims 1 to 5, characterized in that less than the inner diameter of the pipe Item III-nitride crystal production apparatus.
前記補助配管内に保持されたフラックスを液体状態に維持する第2加熱手段と、
を更に備え、
前記補助配管内に保持された液体状態のフラックスは、前記反応容器内の空間の圧力と、前記補助配管内における該フラックスより前記窒素以外の気体の供給源側の空間の圧力と、の圧力差に応じた方向に前記補助配管内を移動し、
前記補助配管は、内部に前記液体状態のフラックスの保持が可能な構造を有し、該フラックスの該補助配管内の移動によって、閉塞状態または閉塞状態を解除した状態となる、
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載のIII族窒化物結晶の製造装置。 An auxiliary pipe connecting the reaction vessel and a gas supply source other than nitrogen outside the reaction vessel ;
Second heating means for maintaining the flux held in the auxiliary pipe in a liquid state;
Further comprising
The flux in the liquid state held in the auxiliary pipe is a pressure difference between the pressure in the space in the reaction vessel and the pressure in the space on the gas supply source side other than the nitrogen in the auxiliary pipe. Move in the auxiliary pipe in the direction according to
The auxiliary pipe has a structure capable of holding the flux in the liquid state inside , and the closed state or the closed state is released by the movement of the flux in the auxiliary pipe.
The apparatus for producing a group III nitride crystal according to any one of claims 1 to 7 , wherein:
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