JP5751182B2 - Nitride crystal manufacturing method, reaction vessel and crystal manufacturing apparatus - Google Patents

Nitride crystal manufacturing method, reaction vessel and crystal manufacturing apparatus Download PDF

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本発明は、窒化物結晶の製造方法、特に圧力調整領域を有する反応容器を用いた窒化物結晶の製造方法に関する。また本発明は、該製造方法を実施する際に用いる反応容器および結晶製造装置にも関する。   The present invention relates to a method for producing a nitride crystal, and more particularly to a method for producing a nitride crystal using a reaction vessel having a pressure adjustment region. The present invention also relates to a reaction vessel and a crystal production apparatus used in carrying out the production method.

アモノサーマル法は、超臨界状態および/または亜臨界状態にあるアンモニアなどの窒素を含有する溶媒を用いて、原材料の溶解−析出反応を利用して所望の材料を製造する方法である。結晶成長へ適用するときは、アンモニアなどの溶媒への原料溶解度の温度依存性を利用して温度差により過飽和状態を発生させて結晶を析出させる方法である。アモノサーマル法と類似のハイドロサーマル法は溶媒に超臨界および/または亜臨界状態の水を用いて結晶成長を行うが、主に水晶(SiO2)や酸化亜鉛(ZnO)などの酸化物結晶に適用される方法である。一方アモノサーマル法は窒化物結晶に適用することができ、窒化ガリウムなどの窒化物結晶の成長に利用されている。 The ammonothermal method is a method for producing a desired material by using a raw material dissolution-precipitation reaction using a solvent containing nitrogen such as ammonia in a supercritical state and / or a subcritical state. When applied to crystal growth, this is a method in which crystals are precipitated by generating a supersaturated state due to a temperature difference utilizing the temperature dependence of the solubility of a raw material in a solvent such as ammonia. A hydrothermal method similar to the ammonothermal method uses supercritical and / or subcritical water as a solvent for crystal growth, but mainly oxide crystals such as quartz (SiO 2 ) and zinc oxide (ZnO). It is a method applied to On the other hand, the ammonothermal method can be applied to a nitride crystal and is used for growing a nitride crystal such as gallium nitride.

アモノサーマル法に用いられる結晶製造装置としては、例えば特許文献1、2に開示されるように、反応容器を耐圧性容器内に装填した状態で、反応容器内で種結晶上に目的とする単結晶を析出させるものが知られている。
アモノサーマル法では、結晶成長を行うために反応容器内のアンモニアなどの溶媒が超臨界または亜臨界状態となるまで昇温・昇圧する。ここで、特許文献1、2に記載されているような内筒方式の反応容器を使用する場合には、反応容器内と反応容器の外側との間で圧力が略等しくなるように調節する必要がある。これは、反応容器内外での圧力が異なると、反応容器が潰れたり、破裂したりして、破損する可能性が高いからである。
As a crystal production apparatus used in the ammonothermal method, for example, as disclosed in Patent Documents 1 and 2, the target is placed on the seed crystal in the reaction vessel with the reaction vessel loaded in the pressure-resistant vessel. What precipitates a single crystal is known.
In the ammonothermal method, in order to perform crystal growth, the temperature is increased and the pressure is increased until a solvent such as ammonia in the reaction vessel reaches a supercritical or subcritical state. Here, when using an inner cylinder type reaction vessel as described in Patent Documents 1 and 2, it is necessary to adjust the pressure so that the pressure is approximately equal between the inside of the reaction vessel and the outside of the reaction vessel. There is. This is because, if the pressure inside and outside the reaction vessel is different, the reaction vessel is likely to be crushed or ruptured and damaged.

反応容器内と反応容器の外側との間で圧力が略等しくなるように調節する手法については、以下のものが開示されている。
特許文献2には、反応容器の内圧が高くなることにより発生する反応容器の破裂を防止する手段として、外壁面全体が変形可能な材料で形成された反応容器を使用することが記載されている。これは、反応容器の内圧が上昇すると反応容器が膨らんで破裂を防止するものである(特許文献2)。
一方、アモノサーマル法ではないが、水熱合成法により酸化亜鉛単結晶成長する場合の反応容器内外での圧力を調整する方法として、反応容器に圧力調整部としてのベローズを有するものが開示されている(特許文献3、4)。
The following is disclosed about the method of adjusting so that a pressure may become substantially equal between the inside of a reaction container, and the outer side of a reaction container.
Patent Document 2 describes the use of a reaction vessel formed of a material whose entire outer wall surface is deformable as a means for preventing the reaction vessel from bursting due to an increase in the internal pressure of the reaction vessel. . This is to prevent the reaction container from expanding and rupturing when the internal pressure of the reaction container increases (Patent Document 2).
On the other hand, although it is not an ammonothermal method, a method for adjusting the pressure inside and outside the reaction vessel when zinc oxide single crystals are grown by a hydrothermal synthesis method is disclosed in which the reaction vessel has a bellows as a pressure adjusting unit. (Patent Documents 3 and 4).

特開2009−263229号公報JP 2009-263229 A 特表2006−514581号公報JP-T-2006-514581 特開2003−63889号公報JP 2003-63889 A 特開2010−53017号公報JP 2010-53017 A

従来の内筒容器を使用したアモノサーマル法では、反応容器内外の圧力バランスを保つための調整は極めて難しく、実際に運用することが難しかった。また、結晶成長中には圧力バランスが取れていたとしても結晶の取り出しまでの過程で反応容器が破損してしまうと繰返し使用ができなかったり、反応容器が潰れた場合には成長した結晶に損傷が及んだり、結晶を取り出すことができないなどの問題もあった。   In the conventional ammonothermal method using an inner cylindrical container, adjustment for maintaining the pressure balance inside and outside the reaction container is extremely difficult and difficult to actually operate. Also, even if the pressure balance is maintained during crystal growth, if the reaction vessel breaks in the process of taking out the crystal, it cannot be used repeatedly, or if the reaction vessel is crushed, the grown crystal is damaged. There was also a problem that the crystal could not be taken out.

本発明者らの検討では、アモノサーマル法では特に反応容器の外側の圧力が上昇しやすく、その結果、反応容器内外での圧力バランスが崩れやすくなるとの課題を見出した。特に、結晶成長終了後に耐圧性容器内を冷却する場合など温度が変化する過程においては、圧力バランスが崩れやすく、この調整をするのが困難であることが判明した。この課題は、反応容器外側の圧力上昇に関するもので、特許文献2に記載の発明では、解決することができない。   In the study of the present inventors, the ammonothermal method has found that the pressure outside the reaction vessel tends to increase, and as a result, the pressure balance inside and outside the reaction vessel tends to be lost. In particular, in the process where the temperature changes, such as when the inside of the pressure-resistant vessel is cooled after the crystal growth is completed, it has been found that the pressure balance tends to be lost and it is difficult to make this adjustment. This problem relates to a pressure increase outside the reaction vessel, and cannot be solved by the invention described in Patent Document 2.

本発明者らは上記課題を解決すべく鋭意検討した結果、反応容器の一部に圧力調整領域を備えた反応容器を使用することにより、反応容器を大幅に破損させることなく、良質な窒化物結晶を得ることができ、生産性向上に大きな効果があることを見出し本発明に到達した。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have used a reaction vessel provided with a pressure adjustment region in a part of the reaction vessel, so that a high-quality nitride can be obtained without significantly damaging the reaction vessel. The present inventors have found that crystals can be obtained and that there is a great effect in improving the productivity.

すなわち、上記の課題は、以下の本発明の窒化物結晶の製造方法により解決される。
[1] 反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を装填し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、該反応容器内で結晶成長を行う窒化物結晶の製造方法であって、
該反応容器の一部に圧力調整領域を備えることを特徴とする、窒化物結晶の製造方法。
[2] 前記圧力調整領域が、前記製造方法を実施中の圧力変動による変形により前記窒化物結晶に接触しない位置に形成されている[1]に記載の窒化物結晶の製造方法。
[3] 前記反応容器が、原料を配置する原料域と種結晶を配置する結晶育成域を備えており、前記圧力調整領域が前記原料域に形成されている、[1]または[2]に記載の窒化物結晶製造方法。
[4] 前記反応容器がPt(100-x)Ir(x)〔X=0〜30(重量%)〕からなる、[1]〜[3]のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。
[5] 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な構造を有する、[1]〜[4]のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。
[6] 前記圧力調整領域の反応容器の厚みをT1、前記圧力調整領域以外における反応容器の厚みをT2とした場合に、T1<T2である、[1]〜[5]のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。
[7] T1/T2が0.5以上1未満である、[6]に記載の窒化物結晶の製造方法。
[8] 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されている、[1]〜[7]のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。
[9] 前記圧力調整領域がPt(100-x1)Ir(x1)からなり、前記反応容器の前記圧力調整領域以外の部分がPt(100-x2)Ir(x2)からなる場合、x1<x2(x1、x2ともに重量%)である、[8]に記載の窒化物結晶の製造方法。
[10] x2−x1が2〜30%である、[9]に記載の窒化物結晶の製造方法。
[11] 前記圧力調整領域を、反応容器の少なくとも一部を焼きなますことにより形成する、[8]〜[10]のいずれか一項に記載の窒化物結晶の製造方法。
[12] 前記圧力調整領域を、反応容器の少なくとも一箇所を溶接して接続することにより形成する、[1]〜[11]のいずれか一項に記載の窒化物結晶の製造方法。
That is, the above-described problems are solved by the following nitride crystal production method of the present invention.
[1] After filling the reaction vessel with at least a raw material and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is loaded into a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is brought to a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere. A nitride crystal manufacturing method for crystal growth in the reaction vessel,
A method for producing a nitride crystal, comprising a pressure adjustment region in a part of the reaction vessel.
[2] The method for manufacturing a nitride crystal according to [1], wherein the pressure adjustment region is formed at a position where the pressure adjustment region does not come into contact with the nitride crystal due to deformation due to pressure fluctuation during the manufacturing method.
[3] In the above [1] or [2], the reaction vessel includes a raw material region in which a raw material is disposed and a crystal growth region in which a seed crystal is disposed, and the pressure adjustment region is formed in the raw material region. The nitride crystal manufacturing method described.
[4] The nitride crystal according to any one of [1] to [3], wherein the reaction vessel is made of Pt (100-x) Ir (x) [X = 0 to 30 (wt%)]. Production method.
[5] The method for producing a nitride crystal according to any one of [1] to [4], wherein the pressure adjustment region has a structure that can be deformed by pressure.
[6] Any one of [1] to [5], wherein T1 <T2, where T1 is the thickness of the reaction vessel in the pressure adjustment region and T2 is the thickness of the reaction vessel outside the pressure adjustment region. A method for producing a nitride crystal as described in 1. above.
[7] The method for producing a nitride crystal according to [6], wherein T1 / T2 is 0.5 or more and less than 1.
[8] The method for producing a nitride crystal according to any one of [1] to [7], wherein the pressure adjustment region is formed of a material that is deformable by pressure.
[9] When the pressure adjustment region is made of Pt (100-x1) Ir (x1) and the portion other than the pressure adjustment region of the reaction vessel is made of Pt (100-x2) Ir (x2) , x1 <x2 The method for producing a nitride crystal according to [8], wherein both x1 and x2 are by weight.
[10] The method for producing a nitride crystal according to [9], wherein x2−x1 is 2 to 30%.
[11] The method for producing a nitride crystal according to any one of [8] to [10], wherein the pressure adjustment region is formed by annealing at least a part of a reaction vessel.
[12] The method for producing a nitride crystal according to any one of [1] to [11], wherein the pressure adjustment region is formed by welding and connecting at least one portion of the reaction vessel.

[13] 反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を設置し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、反応容器内で窒化物結晶を成長させるための反応容器であって、
前記反応容器の少なくとも一部に圧力調整領域を備えることを特徴とする反応容器。
[14] 前記圧力調整領域が、前記窒化物結晶を成長させる際の圧力変動による変形により前記窒化物結晶に接触しない位置に形成されている[13]に記載の反応容器。
[15] 前記反応容器が、原料を配置する原料域と種結晶を配置する結晶育成域を備えており、前記圧力調整領域が前記原料域に形成されている、[13]または[14]に記載の反応容器。
[16] 前記反応容器がPt(100-x)Ir(x)〔X=0〜30(重量%)〕からなる、[13]〜[15]のいずれか1項に記載の反応容器。
[17] 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な構造を有する、[13]〜[16]のいずれか1項に記載の反応容器。
[18] 前記圧力調整領域の反応容器の厚みをT1、前記圧力調整領域以外における反応容器の厚みをT2とした場合に、T1<T2である、[13]〜[17]のいずれか1項に記載の反応容器。
[19] T1/T2が0.5以上1未満である、[18]に記載の反応容器。
[20] 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されている、[17]〜[19]のいずれか1項に記載の反応容器。
[21] 前記圧力調整領域がPt(100-x1)Ir(x1)からなり、前記反応容器の前記圧力調整領域以外の部分がPt(100-x2)Ir(x2)からなる場合、x1<x2(x1、x2ともに重量%)である、[20]に記載の反応容器。
[22] x2−x1が2〜30%である、[21]に記載の反応容器。
[23] 前記圧力調整領域が、反応容器の少なくとも一部を焼きなますことにより形成されている、[20]〜[22]のいずれか一項に記載の反応容器。
[24] 前記圧力調整領域が、反応容器の少なくとも一箇所を溶接して接続することにより形成されている、[17]〜[23]のいずれか一項に記載の反応容器。
[25] 超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にて窒化物結晶を成長させる結晶製造装置であって、[13]〜[24]のいずれか1項に記載の反応容器と、該反応容器全体を装填するための耐圧性容器を含む結晶製造装置。
[13] After filling the reaction vessel with at least a raw material and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is placed in a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is brought to a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere. A reaction vessel for growing nitride crystals in the reaction vessel,
A reaction vessel comprising a pressure adjustment region in at least a part of the reaction vessel.
[14] The reaction container according to [13], wherein the pressure adjusting region is formed at a position where the pressure adjusting region does not contact the nitride crystal due to deformation due to pressure fluctuation when growing the nitride crystal.
[15] In the above [13] or [14], the reaction vessel includes a raw material region in which a raw material is disposed and a crystal growth region in which a seed crystal is disposed, and the pressure adjustment region is formed in the raw material region. The reaction vessel as described.
[16] The reaction container according to any one of [13] to [15], wherein the reaction container is made of Pt (100-x) Ir (x) [X = 0 to 30 (wt%)].
[17] The reaction container according to any one of [13] to [16], wherein the pressure adjustment region has a structure that can be deformed by pressure.
[18] Any one of [13] to [17], wherein T1 <T2 where T1 is a thickness of the reaction vessel in the pressure adjustment region and T2 is a thickness of the reaction vessel in a region other than the pressure adjustment region. The reaction container according to 1.
[19] The reaction container according to [18], wherein T1 / T2 is 0.5 or more and less than 1.
[20] The reaction container according to any one of [17] to [19], wherein the pressure adjustment region is formed of a material that can be deformed by pressure.
[21] When the pressure adjustment region is made of Pt (100-x1) Ir (x1) and the portion other than the pressure adjustment region of the reaction vessel is made of Pt (100-x2) Ir (x2) , x1 <x2 The reaction container according to [20], wherein both x1 and x2 are by weight.
[22] The reaction container according to [21], wherein x2-x1 is 2 to 30%.
[23] The reaction container according to any one of [20] to [22], wherein the pressure adjustment region is formed by annealing at least a part of the reaction container.
[24] The reaction container according to any one of [17] to [23], wherein the pressure adjustment region is formed by welding and connecting at least one part of the reaction container.
[25] A crystal manufacturing apparatus for growing a nitride crystal in a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere, the reaction vessel according to any one of [13] to [24], and the entire reaction vessel Crystal manufacturing apparatus including a pressure-resistant container for loading.

本発明の製造方法によれば、容易に反応容器の破損を防止し、品質の高い窒化物結晶を損傷することなく得ることができる。このため、反応容器を複数回用いることができ、生産性向上に大きな効果がある。また、本発明の製造方法により得られる窒化物結晶は均一で高品質であるために、発光デバイスや電子デバイス用の半導体結晶等として有用である。本発明の反応容器や結晶製造装置を用いれば、このような本発明の製造方法を簡便に実施することができる。   According to the production method of the present invention, breakage of the reaction vessel can be easily prevented, and high-quality nitride crystals can be obtained without being damaged. For this reason, the reaction vessel can be used a plurality of times, which has a great effect on productivity. In addition, since the nitride crystal obtained by the production method of the present invention is uniform and of high quality, it is useful as a semiconductor crystal for a light emitting device or an electronic device. If the reaction container and crystal production apparatus of this invention are used, such a production method of this invention can be implemented simply.

本発明で用いることができる結晶製造装置の模式図である。It is a schematic diagram of the crystal manufacturing apparatus which can be used by this invention. 本発明で用いることができる反応容器の断面図である。It is sectional drawing of the reaction container which can be used by this invention. 本発明で用いることができる別の反応容器の断面図である。It is sectional drawing of another reaction container which can be used by this invention. 本発明で用いることができるさらに別の反応容器の断面図である。It is sectional drawing of another reaction container which can be used by this invention.

以下において、本発明の半導体結晶の製造方法、およびそれに用いる反応容器や結晶製造装置について詳細に説明する。以下に記載する構成要件の説明は、本発明の代表的な実施態様に基づいてなされることがあるが、本発明はそのような実施態様に限定されるものではない。なお、本明細書において「〜」を用いて表される数値範囲は、「〜」の前後に記載される数値を下限値および上限値として含む範囲を意味する。   Hereinafter, a method for producing a semiconductor crystal of the present invention, and a reaction vessel and a crystal production apparatus used therefor will be described in detail. The description of the constituent elements described below may be made based on typical embodiments of the present invention, but the present invention is not limited to such embodiments. In the present specification, a numerical range represented by using “to” means a range including numerical values described before and after “to” as a lower limit value and an upper limit value.

本発明の窒化物結晶の製造方法は、反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を装填し、該反応容器中で超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気において結晶成長を行う窒化物結晶の製造方法であって、前記反応容器の一部に圧力調整領域を備えることを特徴とする。   In the method for producing a nitride crystal of the present invention, a reaction vessel is filled with at least a raw material and an ammonia solvent and sealed, and then the reaction vessel is loaded into a pressure-resistant vessel, and supercritical and / or sublimation is carried out in the reaction vessel. A method for producing a nitride crystal in which crystal growth is performed in a critical ammonia atmosphere, wherein a pressure adjusting region is provided in a part of the reaction vessel.

本発明の結晶製造方法で得られる結晶は窒化物単結晶であれば特に限定されないが、例えばIII族窒化物結晶が好ましく、中でも窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウムやこれらの混晶などがより好ましい。本明細書においては、窒化ガリウム(GaN)を例として説明するが、本発明の製造方法はこれに限られるものではない。   The crystal obtained by the crystal production method of the present invention is not particularly limited as long as it is a nitride single crystal. For example, a group III nitride crystal is preferable, and gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, and mixed crystals thereof are more preferable. . In this specification, gallium nitride (GaN) will be described as an example, but the manufacturing method of the present invention is not limited to this.

本発明における反応容器中で超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気において結晶成長を行う場合の結晶成長の条件としては、例えばGaNであれば特開2009−263229号公報に開示されているような原料、鉱化剤、種結晶、溶媒、温度、圧力などの条件を好ましく用いることができる。また、本製造方法に用いる結晶製造装置、及び具体的な手順においても、特開2009−263229号公報に開示されている方法を好ましく用いることができる。該公開公報の開示全体を本明細書に引用して援用する。   As the crystal growth conditions when crystal growth is performed in a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere in the reaction vessel of the present invention, for example, for GaN, a raw material as disclosed in JP 2009-263229 A The conditions such as mineralizer, seed crystal, solvent, temperature, pressure, etc. can be preferably used. Moreover, also in the crystal manufacturing apparatus used for this manufacturing method and a specific procedure, the method disclosed in JP2009-263229A can be preferably used. The entire disclosure of this publication is incorporated herein by reference.

具体的に、種結晶、鉱化剤、原料、溶媒、温度、圧力について以下に説明する。
結晶成長では結晶成長の核として種結晶を用いることが好ましい。種結晶としては、特に限定されないが、成長させる結晶と同種のものが好ましく用いられる。前記種結晶の具体例としては、例えば窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)またはこれらの混晶等の窒化物単結晶が挙げられる。
前記種結晶は、成長させる結晶との格子整合性などを考慮して決定することができる。例えば、種結晶としては、サファイア等の異種基板上にエピタキシャル成長させた後に剥離させて得た単結晶、Gaなどの金属からNaやLi、Biをフラックスとして結晶成長させて得た単結晶、液相エピタキシ法(LPE法)を用いて得たホモ/ヘテロエピタキシャル成長させた単結晶、溶液成長法に基づき作製された単結晶及びそれらを切断した結晶などを用いることができる。前記エピタキシャル成長の具体的な方法については特に制限されず、例えば、ハイドライド気相成長法(HVPE法)、有機金属化学気相堆積法(MOCVD法)、液相法、アモノサーマル法などを採用することができる。
Specifically, the seed crystal, mineralizer, raw material, solvent, temperature, and pressure will be described below.
In crystal growth, it is preferable to use a seed crystal as the nucleus of crystal growth. Although it does not specifically limit as a seed crystal, The same kind as the crystal to grow is used preferably. Specific examples of the seed crystal include nitride single crystals such as gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), and mixed crystals thereof.
The seed crystal can be determined in consideration of the lattice matching with the crystal to be grown. For example, as a seed crystal, a single crystal obtained by epitaxial growth on a heterogeneous substrate such as sapphire and then exfoliated, a single crystal obtained by crystal growth of Na, Li, Bi as a flux from a metal such as Ga, a liquid phase A homocrystal / heteroepitaxially grown single crystal obtained by using an epitaxy method (LPE method), a single crystal produced based on a solution growth method, a crystal obtained by cutting them, and the like can be used. The specific method of the epitaxial growth is not particularly limited, and for example, a hydride vapor deposition method (HVPE method), a metal organic chemical vapor deposition method (MOCVD method), a liquid phase method, an ammonothermal method, or the like is adopted. be able to.

本発明の結晶成長では、鉱化剤を用いることが好ましい。アンモニアなどの窒素を含有する溶媒に対する結晶原料の溶解度が高くないために、溶解度を向上させるために鉱化剤を用いる。
用いる鉱化剤は、塩基性鉱化剤であっても、酸性鉱化剤であってもよい。塩基性鉱化剤としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、希土類金属と窒素原子を含む化合物で、アルカリ土類金属アミド、希土類アミド、窒化アルカリ金属、窒化アルカリ土類金属、アジド化合物、その他ヒドラジン類の塩が挙げられる。好ましくは、アルカリ金属アミドで、具体例としてはナトリウムアミド(NaNH2)、カリウムアミド(KNH2)、リチウムアミド(LiNH2)が挙げられる。また、酸性鉱化剤としては、ハロゲン元素を含む化合物が好ましい。ハロゲン元素を含む鉱化剤の例としては、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化水素、アンモニウムヘキサハロシリケート、及びヒドロカルビルアンモニウムフルオリドや、ハロゲン化テトラメチルアンモニウム、ハロゲン化テトラエチルアンモニウム、ハロゲン化ベンジルトリメチルアンモニウム、ハロゲン化ジプロピルアンモニウム、及びハロゲン化イソプロピルアンモニウムなどのアルキルアンモニウム塩、フッ化アルキルナトリウムのようなハロゲン化アルキル金属、ハロゲン化アルカリ土類金属、ハロゲン化金属等が例示される。このうち、好ましくはハロゲン元素を含む添加物(鉱化剤)であるハロゲン化アルカリ、アルカリ土類金属のハロゲン化物、金属のハロゲン化物、ハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化水素であり、さらに好ましくはハロゲン化アルカリ、ハロゲン化アンモニウム、周期表13族金属のハロゲン化物、ハロゲン化水素であり、特に好ましくはハロゲン化アンモニウム、ハロゲン化ガリウム、ハロゲン化水素である。ハロゲン化アンモニウムとしては、例えば塩化アンモニウム(NH4Cl)、ヨウ化アンモニウム(NH4I)、臭化アンモニウム(NH4Br)、フッ化アンモニウム(NH4F)である。
In the crystal growth of the present invention, it is preferable to use a mineralizer. Since the solubility of the crystal raw material in a solvent containing nitrogen such as ammonia is not high, a mineralizer is used to improve the solubility.
The mineralizer used may be a basic mineralizer or an acidic mineralizer. Basic mineralizers include alkali metals, alkaline earth metals, compounds containing rare earth metals and nitrogen atoms, alkaline earth metal amides, rare earth amides, alkali nitride metals, alkaline earth metal nitrides, azide compounds, and other hydrazines. Class of salts. Preferably, it is an alkali metal amide, and specific examples include sodium amide (NaNH 2 ), potassium amide (KNH 2 ), and lithium amide (LiNH 2 ). Moreover, as an acidic mineralizer, the compound containing a halogen element is preferable. Examples of mineralizers containing halogen elements include ammonium halide, hydrogen halide, ammonium hexahalosilicate, and hydrocarbyl ammonium fluoride, tetramethylammonium halide, tetraethylammonium halide, benzyltrimethylammonium halide, halogen Examples thereof include alkylammonium salts such as dipropylammonium halide and isopropylammonium halide, alkyl metal halides such as sodium alkyl fluoride, alkaline earth metal halides and metal halides. Of these, an additive (mineralizing agent) containing a halogen element is preferably an alkali halide, an alkaline earth metal halide, a metal halide, an ammonium halide, or a hydrogen halide, more preferably a halogenated. Alkalis, ammonium halides, group 13 metal halides and hydrogen halides are preferred, and ammonium halides, gallium halides and hydrogen halides are particularly preferred. Examples of the ammonium halide include ammonium chloride (NH 4 Cl), ammonium iodide (NH 4 I), ammonium bromide (NH 4 Br), and ammonium fluoride (NH 4 F).

前記鉱化剤として、フッ素元素と、塩素、臭素、ヨウ素から構成される他のハロゲン元素から選ばれる少なくとも一つとを含む鉱化剤を用いることが好ましい。これらは1種を単独で用いてもよいし、複数種を適宜混合して用いてもよい。
前記鉱化剤に含まれるハロゲン元素の組み合わせは、塩素とフッ素、臭素とフッ素、ヨウ素とフッ素といった2元素の組み合わせであってもよいし、塩素と臭素とフッ素、塩素とヨウ素とフッ素、臭素とヨウ素とフッ素といった3元素の組み合わせであってもよいし、塩素と臭素とヨウ素とフッ素といった4元素の組み合わせであってもよい。本発明で用いる鉱化剤に含まれるハロゲン元素の組み合わせと濃度比(モル濃度比)は、成長させようとしている窒化物結晶の種類や形状やサイズ、種結晶の種類や形状やサイズ、使用する反応装置、採用する温度条件や圧力条件などにより、適宜決定することができる。
As the mineralizer, it is preferable to use a mineralizer containing a fluorine element and at least one selected from other halogen elements composed of chlorine, bromine and iodine. These may be used individually by 1 type, and may mix and use multiple types suitably.
The combination of halogen elements contained in the mineralizer may be a combination of two elements such as chlorine and fluorine, bromine and fluorine, iodine and fluorine, chlorine and bromine and fluorine, chlorine and iodine and fluorine, bromine and A combination of three elements such as iodine and fluorine may be used, or a combination of four elements such as chlorine, bromine, iodine and fluorine may be used. The combination and concentration ratio (molar concentration ratio) of the halogen elements contained in the mineralizer used in the present invention are the type, shape and size of the nitride crystal to be grown, and the type, shape and size of the seed crystal used. It can be appropriately determined depending on the reaction apparatus, the temperature conditions and pressure conditions employed, and the like.

前記結晶成長では、ハロゲン元素を含む鉱化剤とともに、ハロゲン元素を含まない鉱化剤を用いることも可能であり、例えばNaNH2やKNH2やLiNH2などのアルカリ金属アミドと組み合わせて用いることもできる。ハロゲン化アンモニウムなどのハロゲン元素含有鉱化剤とアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を含む鉱化剤とを組み合わせて用いる場合は、ハロゲン元素含有鉱化剤の使用量を多くすることが好ましい。具体的には、ハロゲン元素含有鉱化剤100質量部に対して、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素を含む鉱化剤を0.01質量部以上とすることが好ましく、0.1質量部以上とすることがより好ましく、0.2質量部以上とすることがさらに好ましく、また、50質量部以下とすることが好ましく、20質量部以下とすることがより好ましく、5質量部以下とすることがさらに好ましい。 In the crystal growth, a mineralizer containing no halogen element can be used together with a mineralizer containing a halogen element. For example, it can be used in combination with an alkali metal amide such as NaNH 2 , KNH 2 or LiNH 2. it can. When a halogen element-containing mineralizer such as ammonium halide and a mineralizer containing an alkali metal element or alkaline earth metal element are used in combination, it is preferable to increase the amount of the halogen element-containing mineralizer. Specifically, with respect to 100 parts by mass of the halogen element-containing mineralizer, the mineralizer containing an alkali metal element or alkaline earth metal element is preferably 0.01 parts by mass or more, and 0.1 parts by mass More preferably, it is more preferably 0.2 parts by mass or more, more preferably 50 parts by mass or less, more preferably 20 parts by mass or less, and more preferably 5 parts by mass or less. More preferably.

前記結晶成長で成長させる窒化物結晶に不純物が混入するのを防ぐために、必要に応じて鉱化剤は精製、乾燥してから使用することができる。前記鉱化剤の純度は、通常は95%以上、好ましくは99%以上、さらに好ましくは99.99%以上である。
前記鉱化剤に含まれる水や酸素の量はできるだけ少ないことが望ましく、これらの含有量は1000ppm以下であることが好ましく、10ppm以下であることがより好ましく、1.0ppm以下であることがさらに好ましい。
なお、前記結晶成長を行う際には、反応容器にハロゲン化アルミニウム、ハロゲン化リン、ハロゲン化シリコン、ハロゲン化ゲルマニウム、ハロゲン化亜鉛、ハロゲン化ヒ素、ハロゲン化スズ、ハロゲン化アンチモン、ハロゲン化ビスマスなどを存在させておいてもよい。
In order to prevent impurities from being mixed into the nitride crystal grown by the crystal growth, the mineralizer can be used after being purified and dried as necessary. The purity of the mineralizer is usually 95% or higher, preferably 99% or higher, more preferably 99.99% or higher.
The amount of water and oxygen contained in the mineralizer is desirably as small as possible, and the content thereof is preferably 1000 ppm or less, more preferably 10 ppm or less, and further preferably 1.0 ppm or less. preferable.
When performing the crystal growth, aluminum halide, phosphorus halide, silicon halide, germanium halide, zinc halide, arsenic halide, tin halide, antimony halide, bismuth halide, etc. are used in a reaction vessel. May be present.

鉱化剤に含まれるハロゲン元素の溶媒に対するモル濃度は0.1mol%以上とすることが好ましく、0.3mol%以上とすることがより好ましく、0.5mol%以上とすることがさらに好ましい。また、鉱化剤に含まれるハロゲン元素の溶媒に対するモル濃度は30mol%以下とすることが好ましく、20mol%以下とすることがより好ましく、10mol%以下とすることがさらに好ましい。濃度が低すぎる場合、溶解度が低下し成長速度が低下する傾向がある。一方濃度が濃すぎる場合、溶解度が高くなりすぎて自発核発生が増加したり、過飽和度が大きくなりすぎるため制御が困難になるなどの傾向がある。   The molar concentration of the halogen element contained in the mineralizer with respect to the solvent is preferably 0.1 mol% or more, more preferably 0.3 mol% or more, and further preferably 0.5 mol% or more. The molar concentration of the halogen element contained in the mineralizer is preferably 30 mol% or less, more preferably 20 mol% or less, and even more preferably 10 mol% or less. If the concentration is too low, the solubility tends to decrease and the growth rate tends to decrease. On the other hand, when the concentration is too high, there is a tendency that the solubility becomes too high and the generation of spontaneous nuclei increases, or the control becomes difficult because the supersaturation degree becomes too high.

本発明の結晶成長においては、種結晶上に成長させようとしている窒化物結晶を構成する元素を含む原料を用いる。例えば、周期表13族金属の窒化物結晶を成長させようとする場合は、周期表13族金属を含む原料を用いる。好ましくは13族窒化物結晶の多結晶原料及び/又は13族金属であり、より好ましくは窒化ガリウム及び/又は金属ガリウムである。多結晶原料は、完全な窒化物である必要はなく、条件によっては13族元素がメタルの状態(ゼロ価)である金属成分を含有してもよく、例えば、結晶が窒化ガリウムである場合には、窒化ガリウムと金属ガリウムの混合物が挙げられる。   In the crystal growth of the present invention, a raw material containing an element constituting a nitride crystal to be grown on a seed crystal is used. For example, when a nitride crystal of a periodic table 13 group metal is to be grown, a raw material containing a periodic table 13 group metal is used. Preferred is a polycrystalline raw material of a group 13 nitride crystal and / or a group 13 metal, and more preferred is gallium nitride and / or metal gallium. The polycrystalline raw material does not need to be a complete nitride, and may contain a metal component in which the group 13 element is in a metal state (zero valence) depending on conditions. For example, when the crystal is gallium nitride Is a mixture of gallium nitride and metal gallium.

前記多結晶原料の製造方法は、特に制限されない。例えば、アンモニアガスを流通させた反応容器内で、金属又はその酸化物もしくは水酸化物をアンモニアと反応させることにより生成した窒化物多結晶を用いることができる。また、より反応性の高い金属化合物原料として、ハロゲン化物、アミド化合物、イミド化合物、ガラザンなどの共有結合性M−N結合を有する化合物などを用いることができる。さらに、Gaなどの金属を高温高圧で窒素と反応させて作製した窒化物多結晶を用いることもできる。   The method for producing the polycrystalline raw material is not particularly limited. For example, a nitride polycrystal produced by reacting a metal or an oxide or hydroxide thereof with ammonia in a reaction vessel in which ammonia gas is circulated can be used. In addition, as a metal compound raw material having higher reactivity, a compound having a covalent MN bond such as a halide, an amide compound, an imide compound, or galazan can be used. Furthermore, a nitride polycrystal produced by reacting a metal such as Ga with nitrogen at a high temperature and a high pressure can also be used.

本発明において原料として用いる多結晶原料に含まれる水や酸素の量は、少ないことが好ましい。多結晶原料中の酸素含有量は、通常10000ppm以下、好ましくは1000ppm以下、特に好ましくは1ppm以下である。多結晶原料への酸素の混入のしやすさは、水分との反応性又は吸収能と関係がある。多結晶原料の結晶性が悪いほど表面にNH基などの活性基が多く存在し、それが水と反応して一部酸化物や水酸化物が生成する可能性がある。このため、多結晶原料としては、通常、できるだけ結晶性が高い物を使用することが好ましい。結晶性は粉末X線回折の半値幅で見積もることができ、(100)の回折線(ヘキサゴナル型窒化ガリウムでは2θ=約32.5°)の半値幅が、通常0.25°以下、好ましくは0.20°以下、さらに好ましくは0.17°以下である。   The amount of water and oxygen contained in the polycrystalline raw material used as the raw material in the present invention is preferably small. The oxygen content in the polycrystalline raw material is usually 10,000 ppm or less, preferably 1000 ppm or less, particularly preferably 1 ppm or less. The ease of mixing oxygen into the polycrystalline raw material is related to the reactivity with water or the absorption capacity. The worse the crystallinity of the polycrystalline raw material, the more active groups such as NH groups exist on the surface, which may react with water and partially generate oxides or hydroxides. For this reason, it is usually preferable to use a polycrystalline material having as high crystallinity as possible. The crystallinity can be estimated by the half width of powder X-ray diffraction. The half width of the (100) diffraction line (2θ = about 32.5 ° for hexagonal gallium nitride) is usually 0.25 ° or less, preferably It is 0.20 ° or less, more preferably 0.17 ° or less.

反応容器内に充填して結晶成長に用いられる第一溶媒であるアンモニアは、溶媒に含まれる水や酸素の量はできるだけ少ないことが望ましい。具体的には、その純度は通常99.9%以上であり、好ましくは99.99%以上であり、さらに好ましくは99.999%以上であり、特に好ましくは99.9999%以上である。   It is desirable that ammonia, which is the first solvent used for crystal growth by filling the reaction vessel, contains as little water and oxygen as possible. Specifically, the purity is usually 99.9% or more, preferably 99.99% or more, more preferably 99.999% or more, and particularly preferably 99.9999% or more.

結晶成長においては、全体を加熱して反応容器内を含めて耐圧性容器内全体を超臨界状態および/または亜臨界状態とする。超臨界状態では一般的には、粘度が低く、液体よりも容易に拡散されるが、液体と同様の溶媒和力を有する。亜臨界状態とは、臨界温度近傍で臨界密度とほぼ等しい密度を有する液体の状態を意味する。例えば、原料充填部では、超臨界状態として原料を溶解し、結晶成長部では亜臨界状態となるように温度を変化させて超臨界状態と亜臨界状態の原料の溶解度差を利用した結晶成長も可能である。
超臨界状態にする場合、反応混合物は、一般に溶媒の臨界点よりも高い温度に保持する。アンモニア溶媒を用いた場合、臨界点は臨界温度132℃、臨界圧力11.35MPaであるが、反応容器の容積に対する充填率が高ければ、臨界温度以下の温度でも圧力は臨界圧力を遥かに越える。本発明において「超臨界状態」とは、このような臨界圧力を越えた状態を含む。反応混合物は、一定の容積の反応容器内に封入されているので、温度上昇は流体の圧力を増大させる。一般に、T>Tc(1つの溶媒の臨界温度)及びP>Pc(1つの溶媒の臨界圧力)であれば、流体は超臨界状態にある。
In crystal growth, the entire pressure-resistant vessel including the inside of the reaction vessel is heated to a supercritical state and / or a subcritical state. In the supercritical state, the viscosity is generally low and it is more easily diffused than the liquid, but has the same solvating power as the liquid. The subcritical state means a liquid state having a density substantially equal to the critical density near the critical temperature. For example, in the raw material filling part, the raw material is melted as a supercritical state, and in the crystal growth part, the temperature is changed so as to be in the subcritical state, and crystal growth utilizing the difference in solubility between the supercritical state and the subcritical state raw material is also performed. Is possible.
When in the supercritical state, the reaction mixture is generally maintained at a temperature above the critical point of the solvent. When an ammonia solvent is used, the critical point is a critical temperature of 132 ° C. and a critical pressure of 11.35 MPa. However, if the filling rate with respect to the volume of the reaction vessel is high, the pressure far exceeds the critical pressure even at a temperature below the critical temperature. In the present invention, the “supercritical state” includes such a state exceeding the critical pressure. Since the reaction mixture is enclosed in a constant volume reaction vessel, the increase in temperature increases the pressure of the fluid. In general, if T> Tc (critical temperature of one solvent) and P> Pc (critical pressure of one solvent), the fluid is in a supercritical state.

超臨界条件では、窒化物結晶の十分な成長速度が得られる。反応時間は、特に鉱化剤の反応性及び熱力学的パラメータ、すなわち温度及び圧力の数値に依存する。窒化物結晶の合成中あるいは成長中、反応容器内の圧力は結晶性および生産性の観点から、120MPa以上にすることが好ましく、150MPa以上にすることがより好ましく、180MPa以上にすることがさらに好ましい。また、反応容器内の圧力は安全性の観点から、700MPa以下にすることが好ましく、500MPa以下にすることがより好ましく、350MPa以下にすることがさらに好ましく、300MPa以下にすることが特に好ましい。圧力は、温度及び反応容器の容積に対する溶媒体積の充填率によって適宜決定される。本来、反応容器内の圧力は、温度と充填率によって一義的に決まるものではあるが、実際には、原料、鉱化剤などの添加物、反応容器内の温度の不均一性、及び自由容積の存在によって多少異なる。   Under supercritical conditions, a sufficient growth rate of nitride crystals can be obtained. The reaction time depends in particular on the reactivity of the mineralizer and the thermodynamic parameters, ie temperature and pressure values. During the synthesis or growth of the nitride crystal, the pressure in the reaction vessel is preferably 120 MPa or more, more preferably 150 MPa or more, and further preferably 180 MPa or more, from the viewpoint of crystallinity and productivity. . The pressure in the reaction vessel is preferably 700 MPa or less, more preferably 500 MPa or less, further preferably 350 MPa or less, and particularly preferably 300 MPa or less from the viewpoint of safety. The pressure is appropriately determined depending on the filling rate of the solvent volume with respect to the temperature and the volume of the reaction vessel. Originally, the pressure in the reaction vessel is uniquely determined by the temperature and the filling rate, but in practice, the raw materials, additives such as mineralizers, temperature heterogeneity in the reaction vessel, and free volume Depending on the presence of

反応容器内の温度範囲は、結晶性および生産性の観点から、下限値が500℃以上であることが好ましく、515℃以上であることがより好ましく、530℃以上であることがさらに好ましい。上限値は、安全性の観点から、700℃以下であることが好ましく、650℃以下であることがより好ましく、630℃以下であることがさらに好ましい。本発明の窒化物結晶の製造方法では、反応容器内における原料域の温度が、結晶育成域の温度よりも高いことが好ましい。原料域と結晶育成域との温度差(|ΔT|)は、結晶性および生産性の観点から、5℃以上であることが好ましく、10℃以上であることがより好ましく、100℃以下であることが好ましく、90℃以下であることがより好ましく、80℃以下が特に好ましい。反応容器内の最適な温度や圧力は、結晶成長の際に用いる鉱化剤や添加剤の種類や使用量等によって、適宜決定することができる。   From the viewpoint of crystallinity and productivity, the lower limit of the temperature range in the reaction vessel is preferably 500 ° C. or higher, more preferably 515 ° C. or higher, and further preferably 530 ° C. or higher. From the viewpoint of safety, the upper limit value is preferably 700 ° C. or less, more preferably 650 ° C. or less, and further preferably 630 ° C. or less. In the method for producing a nitride crystal of the present invention, the temperature of the raw material region in the reaction vessel is preferably higher than the temperature of the crystal growth region. The temperature difference (| ΔT |) between the raw material region and the crystal growth region is preferably 5 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, and 100 ° C. or lower from the viewpoint of crystallinity and productivity. It is preferably 90 ° C. or lower, more preferably 80 ° C. or lower. The optimum temperature and pressure in the reaction vessel can be appropriately determined depending on the type and amount of mineralizer and additive used during crystal growth.

前記の反応容器内の温度範囲、圧力範囲を達成するための反応容器への溶媒の注入割合、すなわち充填率は、反応容器のフリー容積、すなわち、反応容器に多結晶原料、及び種結晶を用いる場合には、種結晶とそれを設置する構造物の体積を反応容器の容積から差し引いて残存する容積、またバッフル板を設置する場合には、さらにそのバッフル板の体積を反応容器の容積から差し引いて残存する容積の溶媒の沸点における液体密度を基準として、通常20%以上、好ましくは30%以上、さらに好ましくは40%以上とし、また、通常95%以下、好ましくは80%以下、さらに好ましくは70%以下とする。   In order to achieve the temperature range and pressure range in the reaction vessel, the injection rate of the solvent into the reaction vessel, that is, the filling rate is the free volume of the reaction vessel, that is, the polycrystalline raw material and the seed crystal are used in the reaction vessel. In this case, subtract the volume of the seed crystal and the structure where it is installed from the volume of the reaction vessel, and if a baffle plate is installed, subtract the volume of the baffle plate from the volume of the reaction vessel. Based on the liquid density at the boiling point of the remaining volume of solvent, it is usually 20% or more, preferably 30% or more, more preferably 40% or more, and usually 95% or less, preferably 80% or less, more preferably 70% or less.

反応容器内での窒化物結晶の成長は、熱電対を有する電気炉などを用いて反応容器を加熱昇温することにより、反応容器内をアンモニア等の溶媒の亜臨界状態および/または超臨界状態に保持することにより行われる。加熱の方法、所定の反応温度への昇温速度に付いては特に限定されないが、通常、数時間から数日かけて行われる。必要に応じて、多段の昇温を行ったり、温度域において昇温スピードを変えたりすることもできる。また、部分的に冷却しながら加熱したりすることもできる。
なお、前記の「反応温度」は、反応容器の外面に接するように設けられた熱電対、および/または外表面から一定の深さの穴に差し込まれた熱電対によって測定され、反応容器の内部温度へ換算して推定することができる。これら熱電対で測定された温度の平均値をもって平均温度とする。通常は、原料域の温度と結晶育成域の温度の平均値を平均温度とする。
Nitride crystals grow in the reaction vessel by heating and raising the temperature of the reaction vessel using an electric furnace having a thermocouple, etc., so that the reaction vessel is subcritical and / or supercritical in a solvent such as ammonia. It is performed by holding. The heating method and the rate of temperature increase to a predetermined reaction temperature are not particularly limited, but are usually performed over several hours to several days. If necessary, the temperature can be raised in multiple stages, or the temperature raising speed can be changed in the temperature range. It can also be heated while being partially cooled.
The “reaction temperature” is measured by a thermocouple provided so as to be in contact with the outer surface of the reaction vessel and / or a thermocouple inserted into a hole having a certain depth from the outer surface. It can be estimated in terms of temperature. The average value of the temperatures measured with these thermocouples is taken as the average temperature. Usually, the average value of the temperature of the raw material region and the temperature of the crystal growth region is taken as the average temperature.

本発明の窒化物結晶の製造方法においては、種結晶に前処理を加えておくことができる。前記前処理としては、例えば、種結晶にメルトバック処理を施したり、種結晶の成長面を研磨したり、種結晶を洗浄するなどが挙げられる。   In the method for producing a nitride crystal of the present invention, a pretreatment can be added to the seed crystal. Examples of the pretreatment include subjecting the seed crystal to a meltback process, polishing the growth surface of the seed crystal, and washing the seed crystal.

所定の温度に達した後の反応時間については、窒化物結晶の種類、用いる原料、鉱化剤の種類、製造する結晶の大きさや量によっても異なるが、通常、数時間から数百日とすることができる。反応中、反応温度は一定にしてもよいし、徐々に昇温又は降温させることもできる。所望の結晶を生成させるための反応時間を経た後、降温させる。降温方法は特に限定されないが、ヒーターの加熱を停止してそのまま炉内に反応容器を設置したまま放冷してもかまわないし、反応容器を電気炉から取り外して空冷してもかまわない。必要であれば、冷媒を用いて急冷することも好適に用いられる。   The reaction time after reaching a predetermined temperature varies depending on the type of nitride crystal, the raw material used, the type of mineralizer, and the size and amount of the crystal to be produced, but is usually several hours to several hundred days. be able to. During the reaction, the reaction temperature may be constant, or the temperature may be gradually raised or lowered. After a reaction time for producing desired crystals, the temperature is lowered. The temperature lowering method is not particularly limited, but the heating may be stopped while the heating of the heater is stopped and the reaction vessel is installed in the furnace as it is, or the reaction vessel may be removed from the electric furnace and air cooled. If necessary, quenching with a refrigerant is also preferably used.

反応容器外面の温度、あるいは推定される反応容器内部の温度が所定温度以下になった後、反応容器を開栓する。このときの所定温度は特に限定はなく、通常−80℃以上、好ましくは−33℃以上であり、また、通常200℃以下、好ましくは100℃以下である。ここで、反応容器に接続したバルブの配管接続口に配管を接続し、水などを満たした容器に通じておき、バルブを開けてもよい。さらに必要に応じて、真空状態にするなどして反応容器内のアンモニア溶媒を十分に除去した後、乾燥し、反応容器の蓋等を開けて生成した窒化物結晶及び未反応の原料や鉱化剤等の添加物を取り出すことができる。なお、結晶成長後には例えば自然冷却または強制冷却により1〜48時間かけて室温まで冷却することができる。   After the temperature of the outer surface of the reaction vessel or the estimated temperature inside the reaction vessel is below a predetermined temperature, the reaction vessel is opened. The predetermined temperature at this time is not particularly limited, and is usually −80 ° C. or higher, preferably −33 ° C. or higher, and is usually 200 ° C. or lower, preferably 100 ° C. or lower. Here, the valve may be opened by connecting a pipe to the pipe connection port of the valve connected to the reaction vessel, leading to a vessel filled with water or the like. Furthermore, if necessary, remove the ammonia solvent in the reaction vessel sufficiently by applying a vacuum, etc., then dry, open the reaction vessel lid, etc., and generate nitride crystals and unreacted raw materials and mineralization. Additives such as agents can be removed. In addition, after crystal growth, it can cool to room temperature over 1 to 48 hours, for example by natural cooling or forced cooling.

耐圧性容器は高温環境での強度に優れた材料からなることが必要であり、その内壁がNi又はCrを含む金属からなることが好ましい。また耐圧性容器は、本発明で用いる反応容器全体を装填することができる内容積を有するものであることが必要である。反応容器を装填して密封したときに、耐圧性容器の内壁と反応容器の外壁の間には空隙が存在するが、その空隙の体積は反応容器の内容積を100体積%としたときに、5体積%以上であることが好ましく、10体積%以上であることがより好ましく、また、200体積%以下であることが好ましく、100体積%以下であることがより好ましい。空隙の体積の割合が小さすぎる場合、反応容器の外壁と耐圧性容器の内壁の間隔が狭くなりすぎるために、カプセルの変形により反応容器の外壁が耐圧性容器と接触することがあり反応容器を耐圧性容器から取り出すことが困難になることがある。また、空隙の体積の割合が大きすぎる場合、反応容器の体積が小さくなり生産可能な窒化物結晶の量および結晶の大きさが制限され生産性を低下させることがある。   The pressure-resistant container needs to be made of a material excellent in strength in a high temperature environment, and the inner wall is preferably made of a metal containing Ni or Cr. In addition, the pressure-resistant container needs to have an internal volume capable of loading the entire reaction container used in the present invention. When the reaction vessel is loaded and sealed, there is a gap between the inner wall of the pressure-resistant vessel and the outer wall of the reaction vessel. The volume of the gap is 100% by volume when the inner volume of the reaction vessel is 100% by volume. It is preferably 5% by volume or more, more preferably 10% by volume or more, more preferably 200% by volume or less, and even more preferably 100% by volume or less. If the volume ratio of the void is too small, the distance between the outer wall of the reaction vessel and the inner wall of the pressure-resistant vessel becomes too narrow, and the outer wall of the reaction vessel may come into contact with the pressure-resistant vessel due to deformation of the capsule. It may be difficult to remove from the pressure resistant container. In addition, when the volume ratio of the voids is too large, the volume of the reaction vessel is reduced, and the amount of nitride crystals that can be produced and the size of the crystals are limited, which may reduce productivity.

反応容器はアンモニア溶媒や鉱化剤などに対する耐腐食性に優れた材料からなることが必要であり、Rh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Ta、TiおよびWからなる群から選ばれる少なくとも1種類の金属、または該金属を主成分とする合金からなることが好ましい。ここでいう該金属を主成分とする合金とは、合金におけるRh、Pd、Ag、Ir、Pt、Au、Ta、TiおよびWの合計含有量が合金の全重量の50%以上であることを意味し、好ましくは60%以上であり、より好ましくは70%以上である。反応容器は、上記金属群のうち、少なくともIr,Pt,Taのいずれかを含むことが好ましく、少なくともIr,Ptのいずれかを含むことがより好ましい。さらに好ましくは、PtもしくはPt(100-x)Ir(x)[x=0〜30(重量%)]合金からなる反応容器である。中でもxは3以上であることが好ましく、5以上であることがより好ましく、20以下であることが好ましく、15以下であることがより好ましい。 The reaction vessel needs to be made of a material having excellent corrosion resistance against ammonia solvent, mineralizer, etc., and at least selected from the group consisting of Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Ta, Ti and W. It is preferably made of one kind of metal or an alloy containing the metal as a main component. The alloy having the metal as a main component here means that the total content of Rh, Pd, Ag, Ir, Pt, Au, Ta, Ti and W in the alloy is 50% or more of the total weight of the alloy. Means 60% or more, more preferably 70% or more. The reaction vessel preferably contains at least one of Ir, Pt, and Ta among the above metal group, and more preferably contains at least one of Ir and Pt. More preferably, it is a reaction vessel made of Pt or Pt (100-x) Ir (x) [x = 0 to 30 (wt%)] alloy. Among these, x is preferably 3 or more, more preferably 5 or more, preferably 20 or less, and more preferably 15 or less.

反応容器の具体的な構造は特に制限されないが、典型的な反応容器は結晶育成用の原料を入れる原料域と結晶を育成させる結晶育成域を備えている。結晶育成域には種結晶を設置することができ、結晶育成領域と原料域とはバッフル板で分けられているのが一般的である。
本発明に用いる反応容器は、少なくとも一部に圧力調整領域を備えることを特徴とする。ここでいう圧力調整領域とは、本発明の製造方法における圧力変動に対して、圧力調整領域以外の領域(非圧力調整領域)よりも形状が変化しやすいために反応容器にかかる圧力をより多く吸収することができる領域を意味する。すなわち、圧力調整領域は、それ以外の領域よりも小さな圧力変動で変形しやすい。圧力調整領域は、例えば、圧力により変形可能な材料で形成されているものであってもよいし、圧力により変形可能な構造を有するものであってもよい。
Although the specific structure of the reaction vessel is not particularly limited, a typical reaction vessel is provided with a raw material region for containing a raw material for crystal growth and a crystal growth region for growing crystals. A seed crystal can be installed in the crystal growth region, and the crystal growth region and the raw material region are generally separated by a baffle plate.
The reaction vessel used in the present invention is characterized by having a pressure adjustment region at least partially. The pressure adjustment region here means that the pressure applied to the reaction vessel is larger because the shape is more easily changed than the region other than the pressure adjustment region (non-pressure adjustment region) with respect to the pressure fluctuation in the production method of the present invention. It means an area that can be absorbed. That is, the pressure adjustment region is likely to be deformed with a smaller pressure fluctuation than the other regions. For example, the pressure adjustment region may be formed of a material that can be deformed by pressure, or may have a structure that can be deformed by pressure.

圧力調整領域を圧力により変形可能な材料で形成する場合は、圧力変化に対して変形しやすい材料を圧力調整領域に用い、それ以外の領域には圧力変化に対して変形しにくい材料を用いることができる。例えば、Pt−Ir合金の場合には、Irの含有率を増加させると、圧力変化に対してより変形しにくくなることから、圧力調整領域をPt(100-x1)Ir(x1)、圧力調整領域以外の反応容器をPt(100-x2)Ir(x2)から形成する場合に、x1<x2(x1、x2ともに重量%)とすることが挙げられる。Irの含有率の差であるx2−x1は、圧力変化による変形のしやすさに十分な差を付けるために2%以上に設定することが好ましく、5%以上に設定することがより好ましく、また、適度な強度を得るために30%以下に設定することが好ましく、15%以下に設定することがより好ましい。材料を選択することにより形成した圧力調整領域の具体例を図2に示す。図中、圧力調整領域23はハッチで示されており、非圧力調整領域24は白抜きで示されている。図2(a)は、原料域8を画定する反応容器の側壁と底部を圧力により変形しやすい材料で構成して圧力調整領域23としたものである。図2(b)は、結晶育成域7の上端にのみ種結晶4を設置してその周りだけを非圧力調整領域24として、それ以外を圧力調整領域23としたものである。図2(c)は、結晶育成域7の下方にのみ種結晶4を設置してその周りの内壁だけを非圧力調整領域24として、それ以外を圧力調整領域23としたものである。図2(d)は、原料域8の下方壁面だけを圧力により変形しやすい材料で構成して圧力調整領域23としたものである。このように、圧力調整領域は任意の位置に形成することが可能である。 When the pressure adjustment area is formed of a material that can be deformed by pressure, use a material that is easily deformable with respect to the pressure change in the pressure adjustment area, and use a material that is not easily deformable with respect to the pressure change in the other areas. Can do. For example, in the case of a Pt—Ir alloy, if the content of Ir is increased, it becomes more difficult to deform with respect to a pressure change, so the pressure adjustment region is Pt (100−x1) Ir (x1) When a reaction vessel other than the region is formed from Pt (100-x2) Ir (x2) , x1 <x2 (x1 and x2 are both wt%) can be mentioned. X2-x1 which is the difference in Ir content is preferably set to 2% or more, more preferably set to 5% or more in order to give a sufficient difference in the ease of deformation due to pressure change, In order to obtain an appropriate strength, it is preferably set to 30% or less, and more preferably set to 15% or less. A specific example of the pressure adjustment region formed by selecting the material is shown in FIG. In the drawing, the pressure adjustment region 23 is indicated by hatching, and the non-pressure adjustment region 24 is indicated by white. FIG. 2A shows the pressure adjustment region 23 in which the side wall and bottom of the reaction vessel defining the raw material region 8 are made of a material that is easily deformed by pressure. FIG. 2B shows a case where the seed crystal 4 is installed only at the upper end of the crystal growth region 7 and only the periphery thereof is set as the non-pressure adjustment region 24 and the others are set as the pressure adjustment region 23. FIG. 2C shows a case where the seed crystal 4 is installed only below the crystal growth region 7, and only the inner wall around the seed crystal 4 is used as the non-pressure adjustment region 24, and the others are used as the pressure adjustment region 23. FIG. 2D shows the pressure adjustment region 23 in which only the lower wall surface of the raw material region 8 is made of a material that is easily deformed by pressure. As described above, the pressure adjustment region can be formed at an arbitrary position.

また、反応容器全体を同じ材料で形成した後に、圧力調整領域とする部分を高温で焼きなます方法も採用することができる。焼きなましの条件は、変形可能な材料とすることができれば特に規定されないが、例えば500〜1200℃で1〜12時間、大気または窒素または不活性ガス雰囲気中で金属を加熱すればよい。なお、本明細書において「焼きなまし」とは、材料に熱処理を施すことにより、熱処理前の材料と比較して軟化させ、展延性を向上させることができればよい。
さらに、圧力調整領域を溶接で形成する方法なども採用することができる。溶接することにより、圧力変化に対して変形しやすい領域とすることができる。溶接方法は特に問わないが、例えば、TIG溶接、ガス溶接等がある。
Moreover, after forming the whole reaction container with the same material, the method of annealing the part used as a pressure adjustment area | region at high temperature is also employable. The annealing conditions are not particularly limited as long as the material can be deformed. For example, the metal may be heated at 500 to 1200 ° C. for 1 to 12 hours in the atmosphere, nitrogen, or an inert gas atmosphere. Note that “annealing” in this specification is not limited as long as heat treatment is performed on the material so that the material can be softened and the spreadability can be improved as compared with the material before the heat treatment.
Furthermore, a method of forming the pressure adjustment region by welding or the like can be employed. By welding, it can be set as the area | region which is easy to deform | transform with respect to a pressure change. The welding method is not particularly limited, and examples thereof include TIG welding and gas welding.

圧力調整領域を圧力により変形可能な構造とする場合は、圧力変化に対して変形しやすい構造を圧力調整領域に形成し、それ以外の領域には圧力変化に対して変形しにくい構造を形成することができる。変形可能な構造の例として、ベローズや、圧力調整領域以外の反応容器の厚みよりも薄くした構造が挙げられる。
ベローズの具体的な構造については、水熱合成法に用いられる構造などを適宜選択して採用することができる。具体的には、図3に示すベローズ25を例示することができる。ベローズの形成位置は得られる窒化物結晶を損傷しない位置であれば特に制限されない。例えば、図3(a)に示すように原料域8の下方に形成してもよいし、図3(b)に示すように結晶育成域7の上方に形成してもよい。原料域8の下方に形成すれば、圧力調整領域が収縮ないし破損した場合であっても、結晶から遠いために結晶に影響が及びにくいという利点がある。一方、結晶育成域7の上方に形成すれば、バッフル板6の開孔に多結晶などが析出して結晶育成域7と原料域8の通気性が低下した場合であっても、結晶育成域7に形成された窒化物結晶を保護しやすいという利点がある。ベローズ25は、原料域8の下方と結晶育成域7の上方の両方に形成してもよい。なお、ベローズの材質は、他の反応容器の壁面と同じであってもよいし、異なっていてもよい。
When the pressure adjustment area has a structure that can be deformed by pressure, a structure that is easily deformed by a pressure change is formed in the pressure adjustment area, and a structure that is not easily deformed by a pressure change is formed in the other areas. be able to. Examples of the deformable structure include a bellows and a structure made thinner than the thickness of the reaction vessel other than the pressure adjustment region.
About the specific structure of a bellows, the structure etc. which are used for a hydrothermal synthesis method can be selected suitably, and can be employ | adopted. Specifically, the bellows 25 shown in FIG. 3 can be illustrated. The formation position of the bellows is not particularly limited as long as it does not damage the obtained nitride crystal. For example, it may be formed below the source region 8 as shown in FIG. 3A, or may be formed above the crystal growth region 7 as shown in FIG. If it is formed below the raw material region 8, even if the pressure adjustment region is contracted or broken, there is an advantage that the crystal is hardly affected because it is far from the crystal. On the other hand, if it is formed above the crystal growth region 7, even if polycrystals or the like are deposited in the openings of the baffle plate 6 and the air permeability between the crystal growth region 7 and the raw material region 8 is lowered, the crystal growth region There is an advantage that the nitride crystal formed in 7 is easy to protect. The bellows 25 may be formed both below the raw material region 8 and above the crystal growth region 7. In addition, the material of bellows may be the same as the wall surface of another reaction container, and may differ.

反応容器の厚みを調整することにより圧力調整領域を形成する場合は、圧力調整領域の反応容器の厚みをT1、圧力調整領域以外における反応容器の厚みをT2としたときに、T1<T2となるようにする。T1は、強度や取り扱い易さのため、0.2mm以上にすることが好ましく、0.3mm以上にすることがより好ましい。また、T2はコストや取り扱い易さのため、2.0mm以下にすることが好ましく、1.0mm以下にすることがより好ましい。また、T1とT2の厚みの比(T1/T2)は、必要な強度の維持と変形しやすさのバランスを取りやすいという理由で、0.5以上にすることが好ましく、また、1未満にすることが好ましい。厚みを調整した圧力調整領域の具体例を図4に示す。図4(a)と(b)は、原料域8を画定する反応容器の側壁と底部の厚みを薄くしたものである。図4(a)では非圧力調整領域24を画定する反応容器の側壁が内側へ厚くなるように肉厚化して結晶育成域7の内容積が小さくなるように構成されている。図4(b)では非圧力調整領域24を画定する反応容器の側壁が外側へ厚くなるように肉厚化して結晶育成域7の内径が原料域8と変わらないように構成されている。図4(c)は原料域8の底部だけを薄くして圧力調整領域23としたものであり、図4(d)は原料域8を画定する側壁の下方の一部だけを薄くして圧力調整領域23としたものである。図4(c)と(d)のように構成することにより、圧力調整により変形する箇所を任意の位置に限定することが可能である。   When the pressure adjustment region is formed by adjusting the thickness of the reaction vessel, T1 <T2 when the thickness of the reaction vessel in the pressure adjustment region is T1 and the thickness of the reaction vessel outside the pressure adjustment region is T2. Like that. T1 is preferably 0.2 mm or more and more preferably 0.3 mm or more because of strength and ease of handling. Further, T2 is preferably 2.0 mm or less, and more preferably 1.0 mm or less because of cost and ease of handling. Further, the ratio of the thicknesses of T1 and T2 (T1 / T2) is preferably 0.5 or more because it is easy to balance the maintenance of the required strength and the ease of deformation. It is preferable to do. A specific example of the pressure adjustment region in which the thickness is adjusted is shown in FIG. 4 (a) and 4 (b) show a case where the thickness of the side wall and the bottom of the reaction vessel defining the raw material region 8 is reduced. In FIG. 4A, the inner wall of the crystal growth region 7 is reduced by increasing the thickness of the side wall of the reaction vessel defining the non-pressure adjusting region 24 so as to increase inward. In FIG. 4 (b), the side wall of the reaction vessel that defines the non-pressure adjusting region 24 is thickened so as to be thickened outward so that the inner diameter of the crystal growth region 7 does not change from the raw material region 8. FIG. 4C shows the pressure adjustment region 23 by thinning only the bottom of the raw material region 8, and FIG. 4D shows the pressure by thinning only a part of the lower side of the side wall defining the raw material region 8. This is the adjustment area 23. By configuring as shown in FIGS. 4C and 4D, it is possible to limit a portion deformed by pressure adjustment to an arbitrary position.

これらの変形可能な材料や構造は、単独で採用してもよく、または複数を組み合わせて採用して圧力調整領域としてもよい。加工のしやすさ、扱いやすさ、単純な構造を維持できる等の理由から、圧力調整領域の材質がPt(100-x1)Ir(x1)、圧力調整領域以外の反応容器の材質がPt(100-x2)Ir(x2)からなる場合にx1<x2とすること、圧力調整領域を焼きなましで形成すること、圧力調整領域の厚み(T1)を圧力調整容器以外の反応容器の厚み(T2)より薄くする(T1<T2)とすることが好ましい。 These deformable materials and structures may be employed singly or in combination as a pressure adjustment region. For reasons such as ease of processing, ease of handling, and maintenance of a simple structure, the material of the pressure adjustment region is Pt (100-x1) Ir (x1) , and the material of the reaction vessel other than the pressure adjustment region is Pt ( 100-x2) When Ir (x2) , x1 <x2 is formed, the pressure adjustment region is formed by annealing, and the thickness (T1) of the pressure adjustment region is the thickness of the reaction vessel other than the pressure adjustment vessel (T2) It is preferable to make it thinner (T1 <T2).

本発明の効果を達成できる限り、圧力調整領域は反応容器のいずれの部分に形成してもよい。また、圧力調整領域は、一箇所に形成してもよいし、図2(c)に示すように複数箇所に形成してもよい。圧力調整領域は、得られる結晶の損傷防止のために、本発明の製造方法を実施中の圧力変動による変形により窒化物結晶に接触しない位置に形成されていることが好ましい。   As long as the effects of the present invention can be achieved, the pressure adjustment region may be formed in any part of the reaction vessel. Moreover, the pressure adjustment area | region may be formed in one place, and as shown in FIG.2 (c), you may form in multiple places. In order to prevent damage to the obtained crystal, the pressure adjustment region is preferably formed at a position where it does not contact the nitride crystal due to deformation due to pressure fluctuation during the manufacturing method of the present invention.

反応容器の外圧が上昇して、反応容器が潰れた場合に、育成した窒化物結晶が押しつぶされることによる損傷の防止や、反応容器が破損して、反応容器外側の第二溶媒が反応容器内に流入することによる結晶の汚染を防止するためには、圧力調整領域は、反応容器の原料域に形成するのが好ましい。圧力調整領域は、反応容器内の原料域の内表面積(原料域において内容物が接することができる反応容器の内表面積)の10〜100%であることが好ましく、20〜100%であることがより好ましい。また、結晶育成域に調整領域を設ける場合は、窒化物結晶の損傷の防止するため、結晶育成域内に種結晶を配置しない部分を作り、その部分に圧力調整領域を設けるのが好ましい。例えば、結晶育成域最上部(原料域とは反対側の閉端部付近)には種結晶を配置せず、その部分を圧力調整領域にすることができる。なお、圧力調整領域は、反応容器内の全内表面積(内容物が接することができる反応容器の全内表面積)の4%以上であることが好ましく、8%以上であることがより好ましく、12%以上であることがさらに好ましく、また、70%以下であることが好ましく、60%以下であることがより好ましい。   When the external pressure of the reaction vessel rises and the reaction vessel is crushed, the grown nitride crystals are prevented from being crushed and the reaction vessel is damaged, and the second solvent outside the reaction vessel is placed inside the reaction vessel. In order to prevent crystal contamination due to inflow into the reactor, the pressure adjustment region is preferably formed in the raw material region of the reaction vessel. The pressure adjustment region is preferably 10 to 100% of the inner surface area of the raw material region in the reaction vessel (the inner surface area of the reaction vessel with which the contents can contact in the raw material region), and preferably 20 to 100%. More preferred. In the case where the adjustment region is provided in the crystal growth region, it is preferable that a portion where no seed crystal is arranged is formed in the crystal growth region and the pressure adjustment region is provided in that portion in order to prevent damage to the nitride crystal. For example, the seed crystal is not disposed at the uppermost part of the crystal growth region (near the closed end on the side opposite to the raw material region), and that portion can be used as the pressure adjustment region. The pressure adjustment region is preferably 4% or more, more preferably 8% or more, of the total inner surface area in the reaction vessel (the total inner surface area of the reaction vessel with which the contents can come into contact). % Or more is more preferable, 70% or less is preferable, and 60% or less is more preferable.

図1に、本発明の結晶製造装置の例を示す。本発明で反応容器と耐圧性容器の間の空隙に充填される第二溶媒は、反応容器の内側と外側をほぼ等しい圧力にすることができる溶媒であればその種類は限定されない。そのような第二溶媒としては、例えば、アンモニア、水、アルコール、二酸化炭素などを用いることができる。反応容器の内側と外側の圧力差を小さくするためには、第二溶媒は、反応容器内の第一溶媒として用いられるアンモニアと性質の近い(つまり内容積一定条件において充填率と温度−圧力の関係がアンモニアの温度−圧力変化に近い)溶媒であることが好ましく、アンモニアを用いることが特に好ましい。その理由は、性質の近い溶媒を用いると、原料の溶解析出によって結晶成長反応を行うために温度を上げたとき、特に昇温過程において、反応容器の内側と外側の圧力をほぼ同じに保つことが容易になるからである。通常、反応容器の内側と外側には同質の溶媒を用い、反応容器内の溶媒の充填率と反応容器と耐圧性容器の間の空隙の充填率をほぼ同じにすることが好ましい。具体的には、充填率を百分率で表したときに、反応容器内の溶媒の充填率と反応容器と耐圧性容器の間の空隙の充填率の差が±10%以内にすることが好ましく、±5%以内にすることがより好ましい。より厳密には加熱炉のデザイン、耐圧性容器内の反応容器の配置などにより、反応容器内と反応容器外のアンモニアの温度が異なることがあるため、それぞれの温度に合わせて充填率を変化させ反応容器内と反応容器外との圧力がほぼ同じになるようにすることがより好ましい。   FIG. 1 shows an example of the crystal production apparatus of the present invention. The type of the second solvent that fills the gap between the reaction vessel and the pressure-resistant vessel in the present invention is not limited as long as it is a solvent that can bring the inside and outside of the reaction vessel to substantially the same pressure. As such a second solvent, for example, ammonia, water, alcohol, carbon dioxide and the like can be used. In order to reduce the pressure difference between the inside and outside of the reaction vessel, the second solvent has a property close to that of ammonia used as the first solvent in the reaction vessel (that is, the filling rate and the temperature-pressure are constant under a constant internal volume condition). The solvent is preferably a solvent whose relationship is close to the temperature-pressure change of ammonia, and it is particularly preferable to use ammonia. The reason for this is that when a solvent with similar properties is used, the pressure inside and outside the reaction vessel is kept approximately the same when the temperature is raised to perform crystal growth reaction by dissolution and precipitation of the raw materials, especially during the temperature rise process. This is because it becomes easy. Usually, it is preferable to use the same solvent on the inside and outside of the reaction vessel, and to make the filling rate of the solvent in the reaction vessel and the filling rate of the gap between the reaction vessel and the pressure-resistant vessel substantially the same. Specifically, when the filling rate is expressed as a percentage, the difference between the filling rate of the solvent in the reaction vessel and the filling rate of the gap between the reaction vessel and the pressure-resistant vessel is preferably within ± 10%, More preferably within ± 5%. More strictly, the temperature of ammonia inside and outside the reaction vessel may differ depending on the design of the heating furnace and the arrangement of the reaction vessel in the pressure-resistant vessel. Therefore, the filling rate is changed according to each temperature. More preferably, the pressure inside and outside the reaction vessel is approximately the same.

反応容器と耐圧性容器の間の空隙に充填される第二溶媒がアンモニアである場合、通常は、該アンモニアは原料等と直接触れることはないので、不純物等の物性に関しては特に問題とならないが、反応容器内のアンモニアと反応容器と耐圧性容器の間の空隙に充填されるアンモニアの物理的な物性をほぼ等しくするためには、アンモニアに含まれる水や酸素の量をできるだけ少なくすることが望ましい。水と酸素の合計含有量は、好ましくは1000ppm以下であり、さらに好ましくは100ppm以下である。水や酸素量をできるだけ少なくすることは、耐圧性容器の腐食を抑制する観点からも有効である。   When the second solvent filled in the space between the reaction vessel and the pressure-resistant vessel is ammonia, usually the ammonia does not come into direct contact with the raw material, so there is no particular problem with respect to physical properties such as impurities. In order to make the physical properties of ammonia in the reaction vessel and the ammonia filled in the gap between the reaction vessel and the pressure-resistant vessel substantially equal, it is necessary to reduce the amount of water and oxygen contained in the ammonia as much as possible. desirable. The total content of water and oxygen is preferably 1000 ppm or less, more preferably 100 ppm or less. Reducing the amount of water and oxygen as much as possible is also effective from the viewpoint of suppressing corrosion of the pressure resistant container.

本発明者らの検討においては、耐圧性容器及び反応容器に用いる材料として特定のものを用いた場合に、特に反応容器の外側の圧力が上昇しやすく、その結果、反応容器内外での圧力バランスが崩れやすくなるとの課題を見出すに至った。この要因については明らかではないが、次のようなことが考えられる。一般的に、反応容器としては、Ptなどの貴金属といった耐腐食性に優れた材料を用いるのに対して、耐圧性容器としてはNi,Crなどを含む高温環境での強度に優れた材料を用いる。つまり、反応容器の内側のアンモニアは貴金属しか接していないが、反応容器の外側のアンモニアは貴金属以外にNi,Cr等のアンモニアを分解させ得る金属に接している。よって、結晶成長反応を行うために温度を上げたときに、反応容器の外側のアンモニアのごく一部が分解して窒素と水素になることにより、圧力がわずかに上昇してしまうことが考えられる。   In the study by the present inventors, when a specific material is used for the pressure-resistant vessel and the reaction vessel, the pressure outside the reaction vessel tends to increase, and as a result, the pressure balance inside and outside the reaction vessel I came to find the problem that it is easy to collapse. Although this factor is not clear, the following can be considered. In general, a material having excellent corrosion resistance such as a noble metal such as Pt is used as a reaction vessel, whereas a material having excellent strength in a high temperature environment including Ni, Cr and the like is used as a pressure resistant vessel. . That is, the ammonia inside the reaction vessel is in contact with only the noble metal, but the ammonia outside the reaction vessel is in contact with a metal capable of decomposing ammonia such as Ni and Cr in addition to the noble metal. Therefore, when the temperature is increased to perform the crystal growth reaction, it is considered that a small amount of ammonia outside the reaction vessel is decomposed to become nitrogen and hydrogen, so that the pressure slightly increases. .

このような場合に、圧力調整領域を少なくとも一部に有する反応容器を使用することで、結晶育成域にある窒化物結晶から離れた反応容器の圧力調整領域が変形することで育成した窒化物結晶に損傷を与えずに窒化物結晶を得ることができる。変形した圧力調整領域は、変形の程度がわずかであればそのまま次の窒化物結晶の成長に利用することができる。また、変形した圧力調整領域は元の形に復元してから次の窒化物結晶の成長に利用することもできる。復元の方法としては、例えば、金型を用いて機械的に成型する方法、水、油、気体を反応容器内に充填することにより内部圧力を上昇させて膨張させる方法、ロール成形機により修正する方法などを挙げることができる。また、変形した圧力調整領域を切断して、新たな圧力調整領域を接合することにより非圧力調整領域のみを再利用することも可能である。   In such a case, by using a reaction vessel having at least a part of the pressure adjustment region, a nitride crystal grown by deformation of the pressure adjustment region of the reaction vessel away from the nitride crystal in the crystal growth region A nitride crystal can be obtained without damaging the substrate. The deformed pressure adjustment region can be used as it is for the next nitride crystal growth as long as the degree of deformation is slight. Further, the deformed pressure adjustment region can be used for the growth of the next nitride crystal after the original shape is restored. As a restoration method, for example, a method of mechanically molding using a mold, a method of increasing the internal pressure by filling water, oil, or gas into a reaction vessel to expand, a correction by a roll molding machine The method etc. can be mentioned. It is also possible to reuse only the non-pressure adjustment region by cutting the deformed pressure adjustment region and joining a new pressure adjustment region.

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

<実施例1>
図1に示す結晶製造装置を用いてアモノサーマル法にてGaN結晶の製造を行った。ここでは、内寸が直径30mm、長さが450mmのRENE41製オートレーブ1を耐圧性容器として使用し、内寸が直径25mm、長さが300mm、厚みが0.6mmの筒状の内筒2を反応容器として使用した。内筒2は、長さが160mmのPt90%−Ir10%合金からなる結晶育成域7と、長さが140mmのPtからなる原料域8で構成されており、原料域8が圧力調整領域23として機能するようになっている(図2(a)参照)。内筒2をオートクレーブ1内に挿入してオートクレーブ蓋3をした状態で、オートクレーブ1と内筒2との間には第二溶媒を充填することができる空隙(オートクレーブ内容積−内筒容積)が約70cm3存在していた。
十分に乾燥した窒素雰囲気グローブボックス内にて多結晶GaN粒子を内筒2の下部領域(原料域)8内に原料5として設置した。さらに下部の原料域8と上部の結晶育成域7の間に白金製のバッフル板6(開口率20%)を設置した。種結晶4としてHVPE法により成長した六方晶系GaN単結晶(10mm×5mm×0.3mm)4枚とHVPE法によって自発核生成した粒子状結晶(約5mm×5mm×5mm)2個を用いた。これら種結晶4を直径0.2mmの白金ワイヤーにより白金製種子結晶支持枠に吊るし、内筒上部の結晶育成域7に設置した。真空ポンプを用いて内筒2内を真空脱気して、内筒2内を窒素ガスにて5回パージした後、鉱化剤としてHClガスをアンモニアに対する濃度が3mol%になるように液体窒素温度にて充填した。次にNH3を内筒2の有効容積の約58%に相当する液体として充填(−33℃のNH3密度で換算)した後、内筒2を密封した。
<Example 1>
A GaN crystal was manufactured by the ammonothermal method using the crystal manufacturing apparatus shown in FIG. Here, the RENE41 autoclave 1 having an inner dimension of 30 mm in diameter and 450 mm in length is used as a pressure-resistant container, and a cylindrical inner cylinder 2 having an inner dimension of 25 mm in diameter, a length of 300 mm, and a thickness of 0.6 mm. Was used as a reaction vessel. The inner cylinder 2 includes a crystal growth region 7 made of a Pt90% -Ir10% alloy having a length of 160 mm and a raw material region 8 made of Pt having a length of 140 mm. The raw material region 8 is used as the pressure adjustment region 23. It functions (see FIG. 2 (a)). In a state where the inner cylinder 2 is inserted into the autoclave 1 and the autoclave lid 3 is closed, a gap (autoclave inner volume−inner cylinder volume) that can be filled with the second solvent is provided between the autoclave 1 and the inner cylinder 2. About 70 cm 3 was present.
Polycrystalline GaN particles were placed as the raw material 5 in the lower region (raw material region) 8 of the inner cylinder 2 in a sufficiently dry nitrogen atmosphere glove box. Further, a platinum baffle plate 6 (opening ratio 20%) was placed between the lower raw material region 8 and the upper crystal growth region 7. As the seed crystal 4, four hexagonal GaN single crystals (10 mm × 5 mm × 0.3 mm) grown by the HVPE method and two particulate crystals (about 5 mm × 5 mm × 5 mm) spontaneously nucleated by the HVPE method were used. . These seed crystals 4 were suspended from a platinum seed crystal support frame by a platinum wire having a diameter of 0.2 mm, and placed in the crystal growth region 7 at the upper part of the inner cylinder. After vacuum degassing the inner cylinder 2 using a vacuum pump and purging the inner cylinder 2 with nitrogen gas five times, liquid nitrogen is added so that the concentration of HCl gas as a mineralizer is 3 mol% with respect to ammonia. Filled at temperature. Next, NH 3 was filled as a liquid corresponding to about 58% of the effective volume of the inner cylinder 2 (converted to an NH 3 density of −33 ° C.), and then the inner cylinder 2 was sealed.

内筒2をオートクレーブ1内に挿入してオートクレーブ蓋3を閉じた。オートクレーブ1内を真空脱気して窒素ガスパージを複数回行った後、第二溶媒としてNH3をオートクレーブ1内に充填した。このとき、NH3をオートクレーブ1と内筒2の空隙の約60%に相当する液体として充填(−33℃のNH3密度で換算)した。
続いてオートクレーブ1を上下に2分割されたヒーター11,12で構成された電気炉内に収納した。熱電対16で測定したオートクレーブ1外表面の結晶育成域7の温度が620℃、熱電対17で測定した原料域の温度が640℃(温度差20℃:平均温度630℃)になるように9時間かけて昇温し、設定温度に達した後、その温度にて4日間保持した。オートクレーブ1内の圧力は230MPaであった。
The inner cylinder 2 was inserted into the autoclave 1 and the autoclave lid 3 was closed. After the inside of the autoclave 1 was vacuum degassed and nitrogen gas purge was performed several times, NH 3 was filled into the autoclave 1 as a second solvent. At this time, NH 3 was filled as a liquid corresponding to about 60% of the space between the autoclave 1 and the inner cylinder 2 (converted with an NH 3 density of −33 ° C.).
Subsequently, the autoclave 1 was accommodated in an electric furnace composed of heaters 11 and 12 divided into two parts in the vertical direction. The temperature of the crystal growth region 7 on the outer surface of the autoclave 1 measured with the thermocouple 16 is 620 ° C., and the temperature of the raw material region measured with the thermocouple 17 is 640 ° C. (temperature difference 20 ° C .: average temperature 630 ° C.). The temperature was raised over time, and after reaching the set temperature, the temperature was maintained for 4 days. The pressure in the autoclave 1 was 230 MPa.

その後、オートクレーブ1の外面の温度が室温に戻るまで8時間かけて自然冷却し、オートクレーブ1に付属したバルブ9を開放し、オートクレーブ1内のNH3を取り除いた。その後オートクレーブ1を計量しNH3の排出を確認した後、オートクレーブ蓋3を開け、内筒2を取り出した。内筒2上部に付属したチューブ(図示せず)に穴を開け内筒2内部からNH3を取り除いた。
内筒2の原料域8は収縮したが、結晶育成域7は変形せず、結晶を無事に取り出すことができた。また、収縮した原料域8は容易に元の形状に復元することができ、再利用することができた。また、復元せずに原料域8を付け替えることにより結晶育成域を再利用することも可能であった。
結晶を確認したところ、すべての種結晶全面に均一に窒化ガリウム結晶が析出していた。種結晶上に成長した窒化ガリウム結晶をX線回折測定した結果、結晶系は六方晶系であり、立方晶GaNは含まれていないことが確認された。
Then, it naturally cooled over 8 hours until the temperature of the outer surface of the autoclave 1 returned to room temperature, the valve 9 attached to the autoclave 1 was opened, and NH 3 in the autoclave 1 was removed. Thereafter, the autoclave 1 was weighed to confirm that NH 3 was discharged, and then the autoclave lid 3 was opened and the inner cylinder 2 was taken out. A hole was made in a tube (not shown) attached to the upper part of the inner cylinder 2 to remove NH 3 from the inner cylinder 2.
Although the raw material area 8 of the inner cylinder 2 contracted, the crystal growth area 7 did not deform, and the crystals could be taken out safely. Further, the contracted raw material area 8 could be easily restored to its original shape and reused. It was also possible to reuse the crystal growth region by replacing the raw material region 8 without restoring it.
When the crystals were confirmed, gallium nitride crystals were uniformly deposited on the entire surface of all seed crystals. As a result of X-ray diffraction measurement of the gallium nitride crystal grown on the seed crystal, it was confirmed that the crystal system was hexagonal and contained no cubic GaN.

<実施例2>
表1に記載されるように、厚みが0.5mmのPt80%−Ir20%合金からなる結晶育成域7と、厚みが0.5mmのPt90%−Ir10%からなる原料域8で構成されており、原料域8が圧力調整領域23として機能する内筒2(図2(a)参照)を用いること以外は、実施例1と同様の条件で結晶成長を行う。
内筒2の原料域8は収縮するが結晶育成域7は変形せず、結晶を無事に取り出すことができる。
<Example 2>
As shown in Table 1, the crystal growth region 7 is made of a Pt80% -Ir20% alloy having a thickness of 0.5 mm, and the raw material region 8 is made of Pt90% -Ir10% having a thickness of 0.5 mm. Crystal growth is performed under the same conditions as in Example 1 except that the inner cylinder 2 (see FIG. 2A) in which the raw material region 8 functions as the pressure adjustment region 23 is used.
The raw material region 8 of the inner cylinder 2 contracts, but the crystal growth region 7 does not deform, and the crystal can be taken out safely.

<実施例3>
表1に記載されるように、厚みが0.6mmのPt90%−Ir10%合金からなる結晶育成域7と、厚みが0.45mmのPt90%−Ir10%からなる原料域8で構成されており、原料域8が圧力調整領域23として機能する内筒2(図4(b)参照)を用いること以外は、実施例1と同様の条件で結晶成長を行う。
内筒2の原料域8は収縮するが結晶育成域7は変形せず、結晶を無事に取り出すことができる。
<Example 3>
As shown in Table 1, it is composed of a crystal growth region 7 made of a Pt90% -Ir10% alloy having a thickness of 0.6 mm and a raw material region 8 made of Pt90% -Ir10% having a thickness of 0.45 mm. Crystal growth is performed under the same conditions as in Example 1 except that the inner cylinder 2 (see FIG. 4B) in which the raw material region 8 functions as the pressure adjustment region 23 is used.
The raw material region 8 of the inner cylinder 2 contracts, but the crystal growth region 7 does not deform, and the crystal can be taken out safely.

<実施例4>
表1に記載されるように、内筒2の材料をPt90%−Ir10%(厚みは0.6mm)とし、内筒2の原料域8のみを空気中、1100℃で10時間焼きなまして圧力調整領域とし、内寸が直径70mm、長さが1050mmのRENE41製オートレーブ1を耐圧性容器として使用する以外は、実施例1と同様の条件で結晶成長を行う。
内筒2の原料域8は収縮するが結晶育成域7は変形せず、結晶を無事に取り出すことができる。
<Example 4>
As shown in Table 1, the material of the inner cylinder 2 is Pt90% -Ir10% (thickness is 0.6 mm), and only the raw material region 8 of the inner cylinder 2 is annealed in air at 1100 ° C. for 10 hours to adjust the pressure. Crystal growth is performed under the same conditions as in Example 1 except that the RENE41 autoclave 1 having a diameter of 70 mm and a length of 1050 mm is used as the pressure resistant container.
The raw material region 8 of the inner cylinder 2 contracts, but the crystal growth region 7 does not deform, and the crystal can be taken out safely.

<比較例1>
表1に記載されるように、厚みが0.6mmのPtからなり、圧力調整領域が形成されていない内筒2を用いること以外は、実施例1と同様の条件で結晶成長を行う。
内筒2は、原料域8、結晶育成域7ともに収縮し、反応容器内壁が結晶に接触し、結晶の一部にクラックが発生する。
<Comparative Example 1>
As described in Table 1, crystal growth is performed under the same conditions as in Example 1 except that the inner cylinder 2 made of Pt having a thickness of 0.6 mm and having no pressure adjustment region is used.
The inner cylinder 2 contracts in both the raw material region 8 and the crystal growth region 7, the inner wall of the reaction vessel comes into contact with the crystal, and a crack is generated in a part of the crystal.

<比較例2>
表1に記載されるように、厚みが0.45mmのPt90%−Ir10%からなり、圧力調整領域が形成されていない内筒2を用いること以外は、実施例1と同様にして結晶成長を行った。
内筒2は、原料域8、結晶育成域7ともに収縮し、反応容器内壁が結晶に接触し、または結晶同士がぶつかり、結晶の一部にクラックが発生した。
実施例1〜4により、反応容器の少なくとも一部に圧力調整領域を設置することにより、育成した結晶に損傷を与えることなく取り出すことができる一方、比較例1、2のように、反応容器に圧力調整領域を設置しない場合には、反応容器全体が収縮し、反応容器内壁が結晶に接触し結晶にクラックが発生するなどの問題がある。
<Comparative Example 2>
As described in Table 1, crystal growth was performed in the same manner as in Example 1 except that the inner cylinder 2 made of Pt90% -Ir10% having a thickness of 0.45 mm and having no pressure adjustment region was used. went.
In the inner cylinder 2, both the raw material region 8 and the crystal growth region 7 contracted, the inner wall of the reaction vessel contacted the crystal, or the crystals collided with each other, and a crack occurred in a part of the crystal.
According to Examples 1 to 4, by installing a pressure adjustment region in at least a part of the reaction vessel, it can be taken out without damaging the grown crystal, while in Comparative Reaction Examples 1 and 2, When the pressure adjustment region is not provided, there is a problem that the entire reaction vessel contracts, the inner wall of the reaction vessel comes into contact with the crystal, and a crack occurs in the crystal.

本発明は、III族窒化物の塊状単結晶、とりわけGaNの塊状単結晶の育成に有用である。本発明の製造方法によれば容易に反応容器内外の圧力バランスを保つことができ、品質の高い窒化物結晶を得ることができる。さらに反応容器を複数回用いることが可能であり、時間とコストの両面において大幅な改善が期待できる。よって、本発明は産業上の利用可能性が極めて高い。   INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention is useful for growing group III nitride bulk single crystals, particularly GaN bulk single crystals. According to the production method of the present invention, the pressure balance inside and outside the reaction vessel can be easily maintained, and a high-quality nitride crystal can be obtained. Furthermore, it is possible to use the reaction vessel a plurality of times, and significant improvement can be expected in both time and cost. Therefore, the present invention has very high industrial applicability.

1 耐圧性容器(オートクレーブ)
2 反応容器(内筒)
3 オートクレーブ蓋
4 種結晶
5 原料
6 バッフル板
7 結晶育成域
8 原料域
9 バルブ
10 保温材
11 結晶育成域ヒーター
12 原料域ヒーター
13 導管
14 排気管
15 真空ポンプ
16 熱電対1
17 熱電対2
18 破裂板
19 マスフローメーター
20 アンモニアボンベ
21 窒素ボンベ
22 圧力センサー
23 圧力調整領域
24 非圧力調整領域
25 ベローズ
1 Pressure resistant container (autoclave)
2 reaction vessel (inner cylinder)
3 Autoclave lid 4 Seed crystal 5 Raw material 6 Baffle plate 7 Crystal growth zone 8 Raw material zone 9 Valve 10 Insulating material 11 Crystal growth zone heater 12 Raw material zone heater 13 Conduit 14 Exhaust pipe 15 Vacuum pump 16 Thermocouple 1
17 Thermocouple 2
18 Rupture plate 19 Mass flow meter 20 Ammonia cylinder 21 Nitrogen cylinder 22 Pressure sensor 23 Pressure adjustment area 24 Non-pressure adjustment area 25 Bellows

Claims (21)

反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を装填し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、該反応容器内で結晶成長を行う窒化物結晶の製造方法であって、
該反応容器の一部に圧力調整領域を備えること、
前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されていること、および
前記圧力調整領域がPt(100-x1)Ir(x1)からなり、前記反応容器の前記圧力調整領域以外の部分がPt(100-x2)Ir(x2)からな、x1<x2(x1、x2ともに重量%)であることを特徴とする、窒化物結晶の製造方法。
After filling the reaction vessel with at least a raw material and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is charged into a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is filled with a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere, A method for producing a nitride crystal in which a crystal is grown in a reaction vessel,
Providing a pressure adjustment region in a part of the reaction vessel;
The pressure adjustment region is formed of a material that can be deformed by pressure, and the pressure adjustment region is made of Pt (100-x1) Ir (x1) , and a portion other than the pressure adjustment region of the reaction vessel is Pt. (100-x2) Ir (x2 ) Tona Ri, x1 <x2, characterized in that a (x1, x2 both wt%), production method for nitride crystals.
反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を装填し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、該反応容器内で結晶成長を行う窒化物結晶の製造方法であって、
該反応容器の一部に圧力調整領域を備えること、
前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されていること、および
前記圧力調整領域を、反応容器の少なくとも一部を焼きなますことにより形成することを特徴とする、窒化物結晶の製造方法。
After filling the reaction vessel with at least a raw material and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is charged into a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is filled with a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere, A method for producing a nitride crystal in which a crystal is grown in a reaction vessel,
Providing a pressure adjustment region in a part of the reaction vessel;
The pressure regulation region is formed of a material that can be deformed by pressure, and the pressure regulation region is formed by annealing at least a part of a reaction vessel. Method.
前記圧力調整領域が、前記製造方法を実施中の圧力変動による変形により前記窒化物結晶に接触しない位置に形成されている請求項1または2に記載の窒化物結晶の製造方法。   3. The method for producing a nitride crystal according to claim 1, wherein the pressure adjustment region is formed at a position where the pressure adjustment region does not contact the nitride crystal due to deformation due to pressure fluctuation during the production method. 前記反応容器が、原料を配置する原料域と種結晶を配置する結晶育成域を備えており、前記圧力調整領域が前記原料域に形成されている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の窒化物結晶製造方法。   The reaction container includes a raw material region in which a raw material is disposed and a crystal growth region in which a seed crystal is disposed, and the pressure adjustment region is formed in the raw material region. The nitride crystal manufacturing method described. 前記反応容器がPt(100-x)Ir(x)〔X=0〜30(重量%)〕からなる、請求項1〜4のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。 The manufacturing method of the nitride crystal | crystallization of any one of Claims 1-4 with which the said reaction container consists of Pt (100-x) Ir (x) [X = 0-30 (weight%)]. 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な構造を有する、請求項1〜5のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a nitride crystal according to claim 1, wherein the pressure adjustment region has a structure that can be deformed by pressure. 前記圧力調整領域の反応容器の厚みをT1、前記圧力調整領域以外における反応容器の厚みをT2とした場合に、T1<T2である、請求項1〜6のいずれか1項に記載の窒化物結晶の製造方法。   The nitride according to any one of claims 1 to 6, wherein T1 <T2, where T1 is a thickness of the reaction vessel in the pressure adjustment region and T2 is a thickness of the reaction vessel other than the pressure adjustment region. Crystal production method. T1/T2が0.5以上1未満である、請求項7に記載の窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a nitride crystal according to claim 7, wherein T1 / T2 is 0.5 or more and less than 1. x2−x1が2〜30%である、請求項1に記載の窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a nitride crystal according to claim 1, wherein x2-x1 is 2 to 30%. 前記圧力調整領域を、反応容器の少なくとも一箇所を溶接して接続することにより形成する、請求項1〜9のいずれか一項に記載の窒化物結晶の製造方法。   The method for producing a nitride crystal according to any one of claims 1 to 9, wherein the pressure adjustment region is formed by welding and connecting at least one portion of a reaction vessel. 反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を設置し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、反応容器内で窒化物結晶を成長させるための反応容器であって、
前記反応容器の少なくとも一部に圧力調整領域を備えること、
前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されていること、および
前記圧力調整領域がPt(100-x1)Ir(x1)からなり、前記反応容器の前記圧力調整領域以外の部分がPt(100-x2)Ir(x2)からな、x1<x2(x1、x2ともに重量%)であることを特徴とする反応容器。
After filling the reaction vessel with at least raw materials and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is placed in a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is placed in a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere to react. A reaction vessel for growing nitride crystals in the vessel,
Providing a pressure adjustment region in at least a part of the reaction vessel;
The pressure adjustment region is formed of a material that can be deformed by pressure, and the pressure adjustment region is made of Pt (100-x1) Ir (x1) , and a portion other than the pressure adjustment region of the reaction vessel is Pt. (100-x2) Ir (x2 ) Tona Ri, x1 <x2 reaction vessel, characterized in that the (x1, x2 both wt%).
反応容器に少なくとも原料とアンモニア溶媒を充填して該反応容器を密閉した後、耐圧性容器内に該反応容器を設置し、該反応容器中を超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にして、反応容器内で窒化物結晶を成長させるための反応容器であって、
前記反応容器の少なくとも一部に圧力調整領域を備えること、
前記圧力調整領域が圧力により変形可能な材料で形成されていること、および
前記圧力調整領域が、反応容器の少なくとも一部を焼きなますことにより形成されていることを特徴とする反応容器。
After filling the reaction vessel with at least raw materials and an ammonia solvent and sealing the reaction vessel, the reaction vessel is placed in a pressure-resistant vessel, and the reaction vessel is placed in a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere to react. A reaction vessel for growing nitride crystals in the vessel,
Providing a pressure adjustment region in at least a part of the reaction vessel;
A reaction vessel, wherein the pressure adjustment region is formed of a material that can be deformed by pressure, and the pressure adjustment region is formed by annealing at least a part of the reaction vessel.
前記圧力調整領域が、前記窒化物結晶を成長させる際の圧力変動による変形により前記窒化物結晶に接触しない位置に形成されている請求項11または12に記載の反応容器。   The reaction vessel according to claim 11 or 12, wherein the pressure adjusting region is formed at a position where the pressure adjusting region does not contact the nitride crystal due to deformation due to pressure fluctuation when growing the nitride crystal. 前記反応容器が、原料を配置する原料域と種結晶を配置する結晶育成域を備えており、前記圧力調整領域が前記原料域に形成されている、請求項11〜13のいずれか一項に記載の反応容器。   The said reaction container is equipped with the raw material area | region which arrange | positions a raw material, and the crystal growth area | region which arrange | positions a seed crystal, The said pressure regulation area | region is formed in the said raw material area | region, The statement to any one of Claims 11-13 The reaction vessel as described. 前記反応容器がPt(100-x)Ir(x)〔X=0〜30(重量%)〕からなる、請求項11〜14のいずれか1項に記載の反応容器。 The reaction container according to any one of claims 11 to 14, wherein the reaction container is made of Pt (100-x) Ir (x) [X = 0 to 30 (% by weight)]. 前記圧力調整領域が圧力により変形可能な構造を有する、請求項11〜15のいずれか1項に記載の反応容器。   The reaction container according to claim 11, wherein the pressure adjustment region has a structure that can be deformed by pressure. 前記圧力調整領域の反応容器の厚みをT1、前記圧力調整領域以外における反応容器の厚みをT2とした場合に、T1<T2である、請求項11〜16のいずれか1項に記載の反応容器。   The reaction container according to any one of claims 11 to 16, wherein T1 <T2, where T1 is a thickness of the reaction container in the pressure adjustment region and T2 is a thickness of the reaction container in a region other than the pressure adjustment region. . T1/T2が0.5以上1未満である、請求項17に記載の反応容器。   The reaction container according to claim 17, wherein T1 / T2 is 0.5 or more and less than 1. x2−x1が2〜30%である、請求項11に記載の反応容器。   The reaction container according to claim 11, wherein x2-x1 is 2 to 30%. 前記圧力調整領域が、反応容器の少なくとも一箇所を溶接して接続することにより形成されている、請求項16〜19のいずれか一項に記載の反応容器。   The reaction container according to any one of claims 16 to 19, wherein the pressure adjustment region is formed by welding and connecting at least one part of the reaction container. 超臨界および/または亜臨界アンモニア雰囲気にて窒化物結晶を成長させる結晶製造装置であって、
請求項11〜20のいずれか1項に記載の反応容器と、該反応容器全体を装填するための耐圧性容器を含む結晶製造装置。
A crystal manufacturing apparatus for growing a nitride crystal in a supercritical and / or subcritical ammonia atmosphere,
A crystal production apparatus comprising the reaction vessel according to any one of claims 11 to 20 and a pressure-resistant vessel for loading the entire reaction vessel.
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