JP6389424B2 - Method for regenerating reaction vessel for crystal growth and method for crystal growth - Google Patents

Method for regenerating reaction vessel for crystal growth and method for crystal growth Download PDF

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Description

本発明は、結晶育成用反応容器の再生方法に関するものである。   The present invention relates to a method for regenerating a reaction vessel for crystal growth.

Naフラックス法を用いて窒化ガリウム単結晶を育成する方法が研究されている。この際、反応性のきわめて高いナトリウム等をルツボに入れて高温で長時間加熱することから、これに耐えるルツボ材質が要求されている。   A method for growing a gallium nitride single crystal using the Na flux method has been studied. At this time, since highly reactive sodium or the like is put in the crucible and heated at a high temperature for a long time, a crucible material that can withstand this is required.

特許文献1(特開2004−300024)には、窒化ホウ素やアルミナ製のルツボが開示されている。特許文献2(特開2005−263622)にもアルミナ製のルツボが開示されている。特許文献3(特開2005−263535)にはイットリア製のルツボが開示されている。   Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2004-300024) discloses a crucible made of boron nitride or alumina. Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-263622) also discloses an alumina crucible. Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2005-263535) discloses a crucible made of yttria.

しかし、Naフラックス法では、アルカリ金属フラックスと金属ガリウムを坩堝内に入れ、高温高圧で育成工程を実施する。このため、結晶育成中に、坩堝が高温のナトリウムにより腐蝕され、育成された結晶に不純物発光帯が見られることがあった。このため、坩堝の再生方法として特許文献4を提案した。   However, in the Na flux method, an alkali metal flux and metal gallium are put in a crucible and a growth process is performed at a high temperature and a high pressure. For this reason, during crystal growth, the crucible was corroded by high-temperature sodium, and an impurity emission band was sometimes observed in the grown crystal. For this reason, Patent Document 4 has been proposed as a method for regenerating crucibles.

特許文献4記載の再生方法では、使用済みの坩堝を超音波洗浄した後、酸素含有雰囲気下で1300〜1600℃の温度で加熱する。これは、結晶育成工程において、高温ナトリウムとアルミナ坩堝との接触によってアルミナが還元されており、不純物が堆積する原因となっていることから、還元されたアルミナを1300℃以上の高温熱処理によって再酸化し、復元するものである。また、特許文献4では、使用済み坩堝を酸素雰囲気下で1300℃以上の高温で酸化する前に、純水や濃度10%以下の希塩酸を用いて超音波洗浄することが記載されている。   In the regeneration method described in Patent Document 4, a used crucible is ultrasonically cleaned and then heated at a temperature of 1300 to 1600 ° C. in an oxygen-containing atmosphere. This is because alumina is reduced by contact between high-temperature sodium and an alumina crucible in the crystal growth process, which causes impurities to accumulate. Therefore, the reduced alumina is re-oxidized by high-temperature heat treatment at 1300 ° C. or higher. And restore it. Patent Document 4 describes ultrasonic cleaning with pure water or dilute hydrochloric acid having a concentration of 10% or less before oxidizing a used crucible at a high temperature of 1300 ° C. or higher in an oxygen atmosphere.

特開2004−300024JP2004-300024 特開2005−263622JP-A-2005-263622 特開2005−263535JP 2005-263535 A 特開2011−136898JP2011-136898A

しかし、本発明者が、特許文献4記載の方法で坩堝を再生し、結晶を育成してみたところ、以下の問題点が生じた。すなわち、種結晶基板上に窒化ガリウム等の結晶を育成してみたが、坩堝の外観が問題なく再生していても、種結晶基板と育成した結晶との界面に沿って不純物がたまりやすく、成長レートのバラツキ及び界面近傍での結晶不良が発生することがあった。   However, when the present inventor regenerated the crucible by the method described in Patent Document 4 and grew the crystal, the following problems occurred. In other words, I tried to grow a crystal such as gallium nitride on the seed crystal substrate, but even if the external appearance of the crucible was regenerated without any problems, impurities easily collect along the interface between the seed crystal substrate and the grown crystal. In some cases, rate fluctuations and crystal defects near the interface occurred.

本発明の課題は、アルミナからなる反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成した後に、反応容器を再生するのに際して、育成する結晶の初期の成長レートのバラツキと結晶不良を抑制することである。   The problem of the present invention is that, when a crystal is grown in a state in which a melt containing sodium and gallium is accommodated in a reaction vessel made of alumina, the initial growth rate of the crystal to be grown varies when the reaction vessel is regenerated. It is to suppress crystal defects.

本発明は、アルミナからなる反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成した後に、前記反応容器を再生する方法であって、
前記アルミナの純度が99.9重量%以上であり、前記アルミナの嵩密度が99.5%以上であり、前記反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬する浸漬浸漬して静置する浸漬工程、および
次いで前記反応容器を超音波洗浄する洗浄工程
を有しており、前記反応容器の再生中の環境温度を300℃以下としつつ、前記反応容器の前記酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間を30分以上とし、前記反応容器に付着した水酸化ガリウムを除去することを特徴とする。
The present invention is a method for regenerating the reaction vessel after growing a crystal in a state in which a melt containing sodium and gallium is contained in a reaction vessel made of alumina,
A dipping step in which the purity of the alumina is 99.9% by weight or more, the bulk density of the alumina is 99.5% or more, and the reaction vessel is dipped in an acid solution or an alkali solution and left standing. And a cleaning step of ultrasonically cleaning the reaction vessel, and setting the immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkali solution to 30 ° C. or less while the environmental temperature during regeneration of the reaction vessel is 300 ° C. or less. And the gallium hydroxide adhering to the reaction vessel is removed.

また、本発明は、アルミナからなる反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成する第一の育成工程、
次いで前記反応容器を再生する再生工程、および
次いで前記反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成する第二の育成工程
を有しており、前記アルミナの純度が99.9重量%以上であり、前記アルミナの嵩密度が99.5%以上であり、前記再生工程が、
前記反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬して静置する浸漬工程、および
次いで前記反応容器を超音波洗浄する洗浄工程
を有しており、前記第一の育成工程から前記第二の育成工程の間の環境温度を300℃以下としつつ、前記反応容器の前記酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間を30分以上とし、前記反応容器に付着した水酸化ガリウムを除去することを特徴とする。
Further, the present invention is a first growth step of growing a crystal in a state in which a melt containing sodium and gallium is contained in a reaction vessel made of alumina,
Next, a regeneration step for regenerating the reaction vessel, and a second growth step for growing crystals in a state in which a melt containing sodium and gallium is accommodated in the reaction vessel, and the purity of the alumina is 99 9.9% by weight or more, and the bulk density of the alumina is 99.5% or more, and the regeneration step comprises:
A dipping step in which the reaction vessel is immersed in an acid solution or an alkaline solution and left standing, and then a washing step in which the reaction vessel is ultrasonically cleaned, and the second growing step from the first growing step. While the ambient temperature is 300 ° C. or lower , the immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkaline solution is 30 minutes or longer, and gallium hydroxide adhering to the reaction vessel is removed.

特許文献4記載の再生方法では、高温での熱処理によって坩堝表面の酸素欠陥を補い、強度を維持すると共に、坩堝表面の酸素欠陥部分に付着したアルカリ成分を除去していた。これは、単なる超音波洗浄や酸による洗浄では、酸素欠陥部分に混入したアルカリ成分を除去できないためである。   In the regeneration method described in Patent Document 4, oxygen defects on the crucible surface are compensated by heat treatment at a high temperature to maintain the strength, and alkali components attached to the oxygen defect portion on the crucible surface are removed. This is because the alkaline component mixed in the oxygen defect portion cannot be removed by simple ultrasonic cleaning or acid cleaning.

しかし、再生した坩堝を使用して実際に種結晶基板上に窒化ガリウム結晶等を育成してみると、結晶の初期の成長レートのバラツキと結晶不良とが生じた。   However, when a gallium nitride crystal or the like was actually grown on a seed crystal substrate using the regenerated crucible, variations in the initial growth rate of the crystal and crystal defects occurred.

本発明者はこの原因を探索したところ、以下のことを見いだした。すなわち、育成結晶の初期結晶不良や成長レートのバラツキが生じた反応容器について、表面を超音波洗浄し、洗浄液を元素分析したところ、Gaと少量のFeやNaを検出した。次いでこの洗浄液を酸で中和するとGa塩が析出した。これは、水酸化ガリウムが反応容器の表面や内部で生成して残留していることを示す。   As a result of searching for the cause, the present inventor found the following. That is, the reaction vessel in which the initial crystal defect of the grown crystal or the variation in the growth rate occurred was subjected to ultrasonic cleaning of the surface and elemental analysis of the cleaning solution. As a result, Ga and a small amount of Fe and Na were detected. Next, when this washing solution was neutralized with an acid, a Ga salt was precipitated. This indicates that gallium hydroxide is produced and remains on the surface or inside of the reaction vessel.

水酸化ガリウムは、安定物質であるものの、Naのような強還元物質に対しては容易に還元され、水酸化ガリウムを構成している酸素が育成溶液に溶け出すことにより、フラックス溶液中の酸素濃度が上昇して、初期の窒化を阻害するものと考えられる。こうした反応容器に残留する水酸化ガリウムは微量であるため、検出は容易ではなく、また結晶育成の初期において結晶性を劣化させ、成長レートのバラツキをもたらしたものと考えられる。   Although gallium hydroxide is a stable substance, it is easily reduced to a strong reducing substance such as Na, and oxygen constituting the gallium hydroxide dissolves into the growth solution, so that oxygen in the flux solution It is considered that the concentration increases and inhibits the initial nitriding. Since the amount of gallium hydroxide remaining in such a reaction vessel is very small, it is not easy to detect, and it is considered that the crystallinity was deteriorated at the initial stage of crystal growth, resulting in variations in the growth rate.

また、特許文献4記載の再生方法では、バルク結晶を育成していたので、坩堝に残留する微量の水酸化ガリウムの影響までは発見できていなかったものと考えられる。   Further, in the regeneration method described in Patent Document 4, since bulk crystals were grown, it is considered that the influence of a small amount of gallium hydroxide remaining in the crucible could not be found.

このため、本発明者は、まず反応容器を構成するアルミナの材質を検討した。この結果、純度99.9%以上のアルミナを用いることで不純物を抑制した上で、嵩密度99.5%以上の緻密性の高いアルミナによって反応容器を構成することで、結晶育成後に反応容器表面の着色や変質層が見られなくなり、すなわち表面酸素欠陥がほとんど見られないことを見いだした。この結果、酸素雰囲気下での高温加熱によって酸素欠陥を充填する必要が無くなった。   For this reason, the present inventor first examined the material of alumina constituting the reaction vessel. As a result, after suppressing impurities by using alumina having a purity of 99.9% or more, the reaction vessel is composed of highly dense alumina having a bulk density of 99.5% or more, so that the surface of the reaction vessel after crystal growth It was found that no coloring or deteriorated layer was observed, that is, almost no surface oxygen defects were observed. As a result, it is no longer necessary to fill oxygen defects by high-temperature heating in an oxygen atmosphere.

その上で、水酸化ガリウムは酸やアルカリに可溶であるので、反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液中で超音波洗浄することで除去することを試みた。しかし、実際に試みてみると、水酸化ガリウムは反応容器に付着するだけでなく、セラミックス中の粒界への入り込みや雑結晶によって、保護・内包されており、一般的な洗浄作業における薬液接触時間では反応が限定的になる。このため、一般的な洗浄作業よりも薬液との接触時間の長時間化が必要であることがわかった。   In addition, since gallium hydroxide is soluble in acid and alkali, an attempt was made to remove the reaction vessel by ultrasonic cleaning in an acid solution or an alkali solution. However, in actual trials, gallium hydroxide not only adheres to the reaction vessel, but is also protected and included by entering the grain boundaries in the ceramics and miscellaneous crystals, and contact with chemicals in general cleaning operations The reaction becomes limited in time. For this reason, it has been found that a longer contact time with the chemical solution is required than a general cleaning operation.

このため、本発明者は、前記の緻密な反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬した状態で保持する浸漬工程を設けた。反応容器が酸溶液またはアルカリ容器内に浸漬されている間に、反応容器表面付近で粒界や雑結晶によって保護・内包されている水酸化ガリウムの溶解が進む。その上で、更に反応容器を洗浄処理することによって、反応容器表面に付着した酸、アルカリと溶解した水酸化ガリウムを除去することに成功した。   For this reason, this inventor provided the immersion process which hold | maintains the said precise | minute reaction container in the state immersed in the acid solution or the alkali solution. While the reaction vessel is immersed in the acid solution or alkali vessel, dissolution of gallium hydroxide protected and encapsulated by the grain boundaries and miscellaneous crystals proceeds in the vicinity of the reaction vessel surface. In addition, by further washing the reaction vessel, the acid and alkali adhered to the reaction vessel surface and the dissolved gallium hydroxide were successfully removed.

更に、本発明では、反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬し、次いで洗浄を行うことで反応容器を再生できる。したがって、高温処理によって反応容器の表面の粗れが生ずるのを避けることができる。このため、反応容器の粗れた表面に水酸化ガリウムが内包されにくく、確実に溶解させて次の育成工程への影響を最小限とすることができ、更に雑結晶としての種基板上の異常結晶核形成や種基板から離れた場所での結晶核生成を抑制することができる。   Furthermore, in the present invention, the reaction vessel can be regenerated by immersing the reaction vessel in an acid solution or an alkali solution and then washing. Therefore, it is possible to avoid the surface of the reaction vessel from becoming rough due to the high temperature treatment. For this reason, gallium hydroxide is difficult to be included in the rough surface of the reaction vessel, and it can be surely dissolved to minimize the influence on the next growth process. Crystal nucleation and crystal nucleation at a location away from the seed substrate can be suppressed.

(反応容器)
本発明に言う反応容器は、フラックスの液体や蒸気に対して接触する容器全般を意味しており、例えば坩堝、坩堝にかぶせる蓋、圧力容器、坩堝を収容する外側反応容器を含む概念である。本発明は、フラックスを直接に収容して溶融させるための坩堝に適用したときに特に効果的である。
(Reaction vessel)
The reaction container referred to in the present invention means all containers that come into contact with the liquid or vapor of the flux, and includes a crucible, a lid that covers the crucible, a pressure container, and an outer reaction container that houses the crucible. The present invention is particularly effective when applied to a crucible for directly containing and melting a flux.

反応容器を構成する材質のアルミナの嵩密度は99.5%以上とし、99.9%以上とすることが更に好ましい。特許文献4記載の実施例では嵩密度99%のアルミナを用いている。
嵩密度はアルキメデス法によって測定する。
The bulk density of the alumina constituting the reaction vessel is 99.5% or more, and more preferably 99.9% or more. In the example described in Patent Document 4, alumina having a bulk density of 99% is used.
The bulk density is measured by the Archimedes method.

反応容器を構成するアルミナの純度は、育成時の単結晶へのドーピングのおそれを最小限にするために、99.9重量%以上とし、99.95重量%以上が更に好ましい。   The purity of the alumina constituting the reaction vessel is 99.9% by weight or more, and more preferably 99.95% by weight or more in order to minimize the risk of doping into the single crystal during growth.

反応容器を構成するアルミナは、単結晶であってよく、また多結晶(セラミックス)であってよい。セラミックスはHIP処理などで、相対密度を高めた、いわゆる透光性を持たせたものであってよい。   The alumina constituting the reaction vessel may be single crystal or polycrystalline (ceramics). Ceramics may be a so-called translucent material having a high relative density, such as HIP treatment.

アルミナ多結晶の平均粒径は、10μm以上、100μm以下であることが、フラックスに対する耐蝕性の点で特に好ましく、この観点からは、原料粉末の粒度を0.1μm以上、10μm以下とすることが更に好ましい。また、反応容器を構成する材質のヤング率は、100GPa以上であることが好ましく、200GPa以上であることが更に好ましい。   The average particle size of the alumina polycrystal is particularly preferably 10 μm or more and 100 μm or less from the viewpoint of corrosion resistance to the flux. From this viewpoint, the particle size of the raw material powder is 0.1 μm or more and 10 μm or less. Further preferred. The Young's modulus of the material constituting the reaction vessel is preferably 100 GPa or more, and more preferably 200 GPa or more.

反応容器を構成するアルミナの製造方法は限定されない。例えば原料粉末を混合し、成形する。この成形方法としては一軸プレス法、コールドアイソスタティックプレス法、キャスティング法を例示できる。また、成形時にはPVA(ポリビニルアルコール)、PVB(ポリビニルブチラール)のようなバインダーを使用することもできる。   The method for producing alumina constituting the reaction vessel is not limited. For example, raw material powders are mixed and molded. Examples of this forming method include a uniaxial pressing method, a cold isostatic pressing method, and a casting method. Also, a binder such as PVA (polyvinyl alcohol) or PVB (polyvinyl butyral) can be used at the time of molding.

成形工程後に脱脂を行うこともできる。脱脂温度は特に限定されないが、例えば300℃以上、更には400℃以上とすることもできる。また、脱脂温度の上限は特にないが、600℃以下、更には500℃以下とすることもできる。   Degreasing can also be performed after the molding step. The degreasing temperature is not particularly limited, but may be, for example, 300 ° C. or higher, and further 400 ° C. or higher. The upper limit of the degreasing temperature is not particularly limited, but may be 600 ° C. or lower, and further 500 ° C. or lower.

焼成方法は特に限定されないが、ホットプレス、ホットアイソスタティックプレス法、放電プラズマ焼結を例示できる。焼成温度は限定されず、例えば1700〜2000℃とすることもできる。   The firing method is not particularly limited, and examples include hot pressing, hot isostatic pressing, and discharge plasma sintering. The firing temperature is not limited, and can be 1700 to 2000 ° C., for example.

アルミナが単結晶である場合には、チョクラルスキー法、カイロポーラス法、EFG法(Edge-defined Film-fed Growth Method)で製造することが好ましい。   When the alumina is a single crystal, it is preferably produced by the Czochralski method, the Cairoporous method, or the EFG method (Edge-defined Film-fed Growth Method).

反応容器の嵩密度を上げる方法として、原料粉末の一次粒子を小さくすることを例示できる。小粒子の原料粉末を用いることにより、低温で緻密化が進む為、嵩密度を上げることが出来る。   An example of a method for increasing the bulk density of the reaction vessel is to reduce the primary particles of the raw material powder. By using a small raw material powder, the bulk density can be increased because densification proceeds at a low temperature.

(再生時の温度条件)
本発明においては、再生工程は、後述する洗浄工程のみからなっていて良いが、洗浄工程以外の工程(例えば浸漬工程)も含んでいて良い。再生工程の全体にわたって、環境温度は、酸溶液またはアルカリ溶液の溶媒の蒸発温度以下を保持する。この温度は、実用的には100℃以下とすることが更に好ましい。また、再生工程を実施する温度の下限は特にないが、水酸化ガリウムの溶出を促進するという観点からは、0℃以上が好ましく、10℃以上が更に好ましい。
(Temperature conditions during regeneration)
In the present invention, the regeneration process may consist only of a cleaning process described later, but may also include a process other than the cleaning process (for example, an immersion process). Throughout the regeneration process, the ambient temperature remains below the evaporation temperature of the acid or alkaline solution solvent. This temperature is more preferably practically 100 ° C. or less. Further, there is no particular lower limit to the temperature at which the regeneration step is performed, but from the viewpoint of promoting the dissolution of gallium hydroxide, 0 ° C. or higher is preferable, and 10 ° C. or higher is more preferable.

(再生工程)
本発明では、結晶育成に供した反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬して保持し、次いで洗浄する。
(Regeneration process)
In the present invention, the reaction vessel used for crystal growth is immersed and held in an acid solution or an alkali solution, and then washed.

この酸、アルカリとしては、反応容器を構成するアルミナに対する侵食性が低く、水酸化ガリウムをエッチングすることが可能である物質であれば、特に限定されない。具体的には塩酸、硫酸、硝酸、リン酸、クエン酸、酢酸、シュウ酸、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどがあげられる。   The acid or alkali is not particularly limited as long as it is a substance that has low erosion with respect to alumina constituting the reaction vessel and can etch gallium hydroxide. Specific examples include hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, phosphoric acid, citric acid, acetic acid, oxalic acid, sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like.

また、酸、アルカリは、溶液の形態であり、水溶液であることが特に好ましい。水溶液中に水溶性有機溶媒が含有されていてもよい。   The acid and alkali are in the form of a solution, and an aqueous solution is particularly preferable. A water-soluble organic solvent may be contained in the aqueous solution.

水酸化ガリウムの除去効率の観点からは、酸溶液のpHは、5以下が好ましく、3以下が更に好ましい。また、アルカリ溶液のpHは、9以上が好ましく、12以上が更に好ましい。   From the viewpoint of gallium hydroxide removal efficiency, the pH of the acid solution is preferably 5 or less, and more preferably 3 or less. Further, the pH of the alkaline solution is preferably 9 or more, and more preferably 12 or more.

浸漬工程においては、酸溶液またはアルカリ溶液中で反応容器を静置する。   In the dipping process, the reaction vessel is left in an acid solution or an alkaline solution.

洗浄工程においては、反応容器表面に付着した酸、アルカリやこれらに溶解した水酸化ガリウムを洗浄して除去する。   In the washing step, the acid, alkali and gallium hydroxide dissolved in the reaction vessel surface are removed by washing.

超音波洗浄を行う際の溶液の温度は、本発明の観点からは、0℃以上が好ましく、10℃以上が更に好ましく、20℃以上が一層好ましく、30℃以上が特に好ましい。また、超音波洗浄時の温度は、溶媒の沸点以下であり、(溶媒の沸点マイナス10°C)以下が更に好ましい。実用的には100℃以下が好ましい。   From the viewpoint of the present invention, the temperature of the solution when performing ultrasonic cleaning is preferably 0 ° C. or higher, more preferably 10 ° C. or higher, still more preferably 20 ° C. or higher, and particularly preferably 30 ° C. or higher. Further, the temperature at the time of ultrasonic cleaning is not higher than the boiling point of the solvent, and more preferably not higher than (the boiling point of the solvent minus 10 ° C.). Practically, 100 ° C. or lower is preferable.

更に、洗浄工程においては、洗浄媒体を液滴状とし、液滴を反応容器に向かって噴霧することで洗浄することもできる。   Further, in the cleaning step, the cleaning medium can be made into droplets, and cleaning can be performed by spraying the droplets toward the reaction vessel.

洗浄時の洗浄媒体としては、酸溶液、アルカリ溶液を使用できるが、中性の純水や有機溶媒を利用することもできる。   An acid solution or an alkali solution can be used as a cleaning medium at the time of cleaning, but neutral pure water or an organic solvent can also be used.

反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に0.5時間以上浸漬することによって、反応容器に浸透し、付着、内包された水酸化ガリウムに対する接触を確保できる。この観点からは、反応容器の酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間は、1.0時間以上が更に好ましい。また、この接触時間の上限は特にないが、生産性の観点からは、浸漬時間は24時間以下でも良い。   By immersing the reaction vessel in an acid solution or an alkali solution for 0.5 hour or more, it is possible to ensure contact with the gallium hydroxide that has penetrated into the reaction vessel and has been adhered and contained. From this viewpoint, the immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkali solution is more preferably 1.0 hour or more. Moreover, although there is no upper limit in particular in this contact time, from a viewpoint of productivity, immersion time may be 24 hours or less.

反応容器の酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間は、浸漬工程の時間と、洗浄工程において反応容器が酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬されている時間との合計である。
例えば、酸溶液またはアルカリ溶液内で反応容器を超音波洗浄する場合には、超音波洗浄工程の間反応容器が酸溶液またはアルカリ溶液内に浸漬される。一方、洗浄工程において、酸溶液またはアルカリ溶液以外の洗浄媒体を利用した場合には、反応容器の酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間は、浸漬工程の時間である。
The immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkali solution is the sum of the time of the immersion step and the time during which the reaction vessel is immersed in the acid solution or alkali solution in the cleaning step.
For example, when the reaction vessel is ultrasonically cleaned in an acid solution or an alkaline solution, the reaction vessel is immersed in the acid solution or the alkaline solution during the ultrasonic cleaning step. On the other hand, when a cleaning medium other than an acid solution or an alkaline solution is used in the cleaning step, the immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkaline solution is the time of the immersion step.

再生工程を実施した後に、反応容器を比較的低温で加熱処理することによって、反応容器に付着した有機物等を飛散させることができる。この場合にも、反応容器の加熱温度は300℃以下とすることが好ましく、200℃以下とすることが更に好ましい。本加熱処理工程では、反応容器を構成するアルミナの再酸化は起こらず、反応容器の表面の粗れが生じず、水酸化ガリウムの除去に支障がない。
また、同様の理由から、第一の育成工程と第二の育成工程との間の全体にわたって、環境の最高温度を300℃以下とすることが好ましく、200℃以下とすることが更に好ましい。
After carrying out the regeneration step, the organic matter adhering to the reaction vessel can be scattered by heating the reaction vessel at a relatively low temperature. Also in this case, the heating temperature of the reaction vessel is preferably 300 ° C. or less, and more preferably 200 ° C. or less. In this heat treatment step, reoxidation of alumina constituting the reaction vessel does not occur, the surface of the reaction vessel is not roughened, and gallium hydroxide removal is not hindered.
For the same reason, the maximum temperature of the environment is preferably 300 ° C. or less, and more preferably 200 ° C. or less, throughout the first and second growth steps.

(第一の育成工程および第二の育成工程)
各育成工程では、ナトリウムおよびガリウムを含む融液を用いて結晶を育成する。
(First training process and second training process)
In each growth step, crystals are grown using a melt containing sodium and gallium.

好適な実施形態においては、フラックスを収容した坩堝を圧力容器内に収容し、熱間等方圧プレス装置を用いて高圧下で加熱する。この際には、窒素を含む雰囲気ガスを所定圧力に圧縮し、圧力容器内に供給し、圧力容器内の全圧および窒素分圧を制御する。   In a preferred embodiment, the crucible containing the flux is housed in a pressure vessel and heated under high pressure using a hot isostatic press. At this time, the atmospheric gas containing nitrogen is compressed to a predetermined pressure, supplied into the pressure vessel, and the total pressure and the nitrogen partial pressure in the pressure vessel are controlled.

フラックスはナトリウムおよびガリウムを含有しているが、更に例えば、アルミニウム、インジウム、ホウ素、亜鉛、ケイ素、錫、アンチモン、ビスマスを添加することができる。また、フラックス中には、目的とする窒化物の原料が含有されている。   Although the flux contains sodium and gallium, for example, aluminum, indium, boron, zinc, silicon, tin, antimony, and bismuth can be added. Further, the target nitride raw material is contained in the flux.

各育成方法によって、例えば以下の単結晶を好適に育成できる。また、第一の育成工程と第二の育成工程とにおいて、異なる単結晶を育成することもできる。
窒化ガリウム、窒化アルミニウム、窒化インジウム、これらの混晶(窒化アルミニウムガリウムなど)、BN。
For example, the following single crystals can be suitably grown by each growing method. Further, different single crystals can be grown in the first growth step and the second growth step.
Gallium nitride, aluminum nitride, indium nitride, mixed crystals thereof (such as aluminum gallium nitride), BN.

単結晶育成工程における加熱温度、圧力は、単結晶の種類によって選択するので特に限定されない。加熱温度は例えば800〜1500℃とすることができる。好ましくは800〜1200℃であり、更に好ましくは800〜1100℃である。圧力も特に限定されないが、圧力は1MPa以上であることが好ましく、2MPa以上であることが更に好ましい。圧力の上限は特に規定しないが、例えば200MPa以下とすることができ、100MPa以下が好ましい。   The heating temperature and pressure in the single crystal growth step are not particularly limited because they are selected depending on the type of single crystal. The heating temperature can be set to, for example, 800 to 1500 ° C. Preferably it is 800-1200 degreeC, More preferably, it is 800-1100 degreeC. The pressure is not particularly limited, but the pressure is preferably 1 MPa or more, and more preferably 2 MPa or more. The upper limit of the pressure is not particularly defined, but can be, for example, 200 MPa or less, and preferably 100 MPa or less.

窒化ガリウム結晶を育成する際には、フラックスには、ガリウム原料物質を溶解させる。ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。   When growing the gallium nitride crystal, the gallium source material is dissolved in the flux. As the gallium source material, a gallium simple metal, a gallium alloy, and a gallium compound can be applied, but a gallium simple metal is also preferable in terms of handling.

このフラックスには、ナトリウム以外の金属、例えばリチウムを含有させることができる。ガリウム原料物質とナトリウムなどのフラックス原料物質との使用割合は、適宜であってよいが、一般的には、ナトリウム過剰量を用いることが考慮される。もちろん、このことは限定的ではない。   This flux can contain metals other than sodium, such as lithium. The use ratio of the gallium source material and the flux source material such as sodium may be appropriate, but in general, it is considered to use an excess amount of sodium. Of course, this is not limiting.

この実施形態においては、窒素ガスを含む混合ガスからなる雰囲気下で、全圧1MPa以上、200MPa以下の圧力下で窒化ガリウム単結晶を育成する。全圧を1MPa以上とすることによって、例えば800℃以上の高温領域において、更に好ましくは850℃以上の高温領域において、良質の窒化ガリウム単結晶を育成可能であった。   In this embodiment, a gallium nitride single crystal is grown under a pressure of a total pressure of 1 MPa or more and 200 MPa or less in an atmosphere composed of a mixed gas containing nitrogen gas. By setting the total pressure to 1 MPa or more, it was possible to grow a good quality gallium nitride single crystal in a high temperature region of, for example, 800 ° C. or higher, more preferably in a high temperature region of 850 ° C. or higher.

好適な実施形態においては、育成時雰囲気中の窒素分圧を1MPa以上、200MPa以下とする。
雰囲気中の窒素以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリウム、ネオンが特に好ましい。窒素以外のガスの分圧は、全圧から窒素ガス分圧を除いた値である。
In a preferred embodiment, the nitrogen partial pressure in the growth atmosphere is 1 MPa or more and 200 MPa or less.
A gas other than nitrogen in the atmosphere is not limited, but an inert gas is preferable, and argon, helium, and neon are particularly preferable. The partial pressure of a gas other than nitrogen is a value obtained by subtracting the nitrogen gas partial pressure from the total pressure.

好適な実施形態においては、窒化ガリウム結晶の育成温度は、800℃以上であり、850℃以上とすることが更に好ましい。窒化ガリウム結晶の育成温度の上限は特にないが、1500℃以下とすることが好ましく、1200℃以下とすることが更に好ましい。   In a preferred embodiment, the growth temperature of the gallium nitride crystal is 800 ° C. or higher, and more preferably 850 ° C. or higher. The upper limit of the growth temperature of the gallium nitride crystal is not particularly limited, but is preferably 1500 ° C. or lower, more preferably 1200 ° C. or lower.

本発明の結晶をエピタキシャル成長させるための育成用基板の材質は限定されないが、サファイア、AlNテンプレート、GaNテンプレート、GaN自立基板、シリコン単結晶、SiC単結晶、MgO単結晶、スピネル(MgAl)、LiAlO、LiGaO、LaAlO,LaGaO,NdGaO等のペロブスカイト型複合酸化物を例示できる。また組成式〔A1−y(Sr1−xBa〕〔(Al1−zGa1−u・D〕O(Aは、希土類元素である;Dは、ニオブおよびタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である;y=0.3〜0.98;x=0〜1;z=0〜1;u=0.15〜0.49;x+z=0.1〜2)の立方晶系のペロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。また、SCAM(ScAlMgO)も使用できる。 The material of the growth substrate for epitaxially growing the crystal of the present invention is not limited, but sapphire, AlN template, GaN template, GaN free-standing substrate, silicon single crystal, SiC single crystal, MgO single crystal, spinel (MgAl 2 O 4 ) Examples thereof include perovskite complex oxides such as LiAlO 2 , LiGaO 2 , LaAlO 3 , LaGaO 3 , and NdGaO 3 . The composition formula [A 1-y (Sr 1- x Ba x) y ] [(Al 1-z Ga z) 1-u · D u ] O 3 (A is a rare earth element; D is niobium and One or more elements selected from the group consisting of tantalum; y = 0.3-0.98; x = 0-1; z = 0-1; u = 0.15-0.49; x + z = 0 .1 to 2) cubic perovskite structure composite oxides can also be used. SCAM (ScAlMgO 4 ) can also be used.

種結晶膜の製法は特に限定されないが、有機金属化学気相成長(MOCVD: Metal Organic Chemical Vapor Deposition)法、ハイドライド気相成長(HVPE)法、パルス励起堆積(PXD)法、MBE法、昇華法などの気相法、フラックス法などの液相法を例示できる。また、種結晶膜の材質としては、13族元素窒化物が好ましく、窒化ガリウム、窒化ガリウムアルミニウムが特に好ましい。   The method for producing the seed crystal film is not particularly limited, but the metal organic chemical vapor deposition (MOCVD) method, the hydride vapor deposition (HVPE) method, the pulse excitation deposition (PXD) method, the MBE method, and the sublimation method. Examples thereof include a vapor phase method such as a liquid phase method such as a flux method. Further, the material of the seed crystal film is preferably a group 13 element nitride, and particularly preferably gallium nitride or gallium aluminum nitride.

(有機溶媒でフラックスを処理する工程)
第一の育成工程後、フラックスからナトリウムを除去し、結晶を分離する必要がある。この際には結晶を機械的に分離することもできるが、好ましくは有機溶媒でフラックスを処理してナトリウムを除去する。
こうした有機溶媒としては、以下を例示できる。
エタノール、イソプロパノール(IPA)、灯油、アセトン
また、有機溶媒による処理温度は、−15〜30°Cが好ましい。
(Process to process flux with organic solvent)
After the first growth step, it is necessary to remove sodium from the flux and separate the crystals. At this time, the crystals can be mechanically separated, but the sodium is preferably removed by treating the flux with an organic solvent.
Examples of such organic solvents include the following.
Ethanol, isopropanol (IPA), kerosene, acetone The treatment temperature with an organic solvent is preferably -15 to 30 ° C.

(比較例1)
アルミナ焼結体からなる円筒丸底坩堝(外径86mm、内径80mm、高さ50mm)を準備した。アルミナの材質は以下のとおりである。
純度: 99.99重量%
嵩密度: 99.0重量%
平均結晶粒径:1.0μm
(Comparative Example 1)
A cylindrical round bottom crucible (outer diameter 86 mm, inner diameter 80 mm, height 50 mm) made of an alumina sintered body was prepared. The material of alumina is as follows.
Purity: 99.99% by weight
Bulk density: 99.0% by weight
Average crystal grain size: 1.0 μm

アルゴン雰囲気のグローブボックス中にて、純度99.9999%の金属ガリウム(Ga) 30g、純度99.95%の金属ナトリウム(Na) 40g、添加物として純度99%の炭素0.08g、および直径2インチの種結晶基板を坩堝中に収容した。
ここで、種結晶基板は、サファイアからなる支持基板上に窒化ガリウム結晶からなる種結晶膜をMOCVD法によって形成したものである。
In a glove box in an argon atmosphere, 30 g of 99.9999% pure metal gallium (Ga), 40 g of 99.95% pure metal sodium (Na), 0.08 g of 99% pure carbon as an additive, and a 2-inch diameter seed crystal substrate Was housed in a crucible.
Here, the seed crystal substrate is obtained by forming a seed crystal film made of gallium nitride crystal on a support substrate made of sapphire by MOCVD.

次いで、坩堝本体に蓋をかぶせた。これらをステンレス容器に密閉し、グローブボックスから出して、育成装置に移した。育成条件は、窒素圧力4.5MPa、平均温度875℃にして、20時間保持し、結晶育成を行った(第一の育成工程)。   Next, the crucible body was covered with a lid. These were sealed in a stainless steel container, removed from the glove box, and transferred to a growing apparatus. The growth conditions were such that the nitrogen pressure was 4.5 MPa and the average temperature was 875 ° C., and the crystals were grown for 20 hours (first growth step).

10時間かけて25℃まで坩堝を冷却したのち、坩堝を回収し、育成原料の残渣をエタノールを用いて除去し、結晶を回収した(有機溶媒でフラックスを処理する工程)。得られたGaN結晶は種結晶とLPE部(フラックス法で育成された結晶)の界面に一部着色が見られるものの、本体は無色透明であり、300μm成長していた。このとき、坩堝は、灰色に変色していた。   After cooling the crucible to 25 ° C. over 10 hours, the crucible was recovered, the residue of the growing material was removed using ethanol, and the crystals were recovered (step of treating the flux with an organic solvent). Although the obtained GaN crystal was partially colored at the interface between the seed crystal and the LPE part (crystal grown by the flux method), the main body was colorless and transparent and grew 300 μm. At this time, the crucible had turned gray.

エタノール処理後のルツボを、エタノールを用いて25℃で10分超音波洗浄した(超音波洗浄工程)。次いでルツボを乾燥し、大気炉(ヒーター材質:カンタルスーパー)にて熱処理を行った。昇温および冷却速度は300℃/hrとした(加熱処理工程)。熱処理温度は1500℃とし、1500℃での保持時間は15時間とした。次いで25℃まで冷却した。   The crucible after the ethanol treatment was subjected to ultrasonic cleaning with ethanol at 25 ° C. for 10 minutes (ultrasonic cleaning step). Next, the crucible was dried and heat-treated in an atmospheric furnace (heater material: Kanthal Super). The temperature rise and cooling rate were 300 ° C./hr (heat treatment step). The heat treatment temperature was 1500 ° C., and the holding time at 1500 ° C. was 15 hours. It was then cooled to 25 ° C.

この結果、坩堝の本体も蓋も変色が無くなった。そこで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さに110〜450μmとバラツキが見られた。また、育成結晶の結晶性が低下した。   As a result, neither the crucible body nor the lid was discolored. Then, the 2nd crystal growth process was implemented on the same conditions as the 1st crystal growth process. Then, the variation of 110 to 450 μm was observed in the thickness of the grown crystal. In addition, the crystallinity of the grown crystal was lowered.

そこで、再生後の坩堝表面を希釈塩酸で超音波洗浄し、洗浄液をICP−AESによって分析したところ、Al及びGaと微量のNa、Feを検出した。この洗浄液をアルカリ溶液で中和したところ、GaClが析出した。これは坩堝にGaOHが内包され、結晶成長に影響していることを示唆している。   Therefore, the regenerated crucible surface was ultrasonically cleaned with diluted hydrochloric acid, and the cleaning liquid was analyzed by ICP-AES. As a result, Al and Ga, and trace amounts of Na and Fe were detected. When this cleaning solution was neutralized with an alkaline solution, GaCl was deposited. This suggests that GaOH is included in the crucible and affects the crystal growth.

(比較例2)
比較例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
次いで、エタノール処理後の坩堝を、5%塩酸水溶液を用いて25℃で10分超音波洗浄した(超音波洗浄工程)。次いでルツボを乾燥し、大気炉(ヒーター材質:カンタルスーパー)にて熱処理を行った。昇温および冷却速度は300℃/hrとした(加熱処理工程)。熱処理温度は1500℃とし、1500℃での保持時間は15時間とした。次いで25℃まで冷却した。
(Comparative Example 2)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Comparative Example 1.
Next, the crucible after the ethanol treatment was subjected to ultrasonic cleaning at 25 ° C. for 10 minutes using a 5% hydrochloric acid aqueous solution (ultrasonic cleaning step). Next, the crucible was dried and heat-treated in an atmospheric furnace (heater material: Kanthal Super). The temperature rise and cooling rate were 300 ° C./hr (heat treatment step). The heat treatment temperature was 1500 ° C., and the holding time at 1500 ° C. was 15 hours. It was then cooled to 25 ° C.

この結果、坩堝の本体も蓋も変色が無くなった。そこで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さに150〜420μmとバラツキが見られた。また、育成結晶の結晶性が低下した。   As a result, neither the crucible body nor the lid was discolored. Then, the 2nd crystal growth process was implemented on the same conditions as the 1st crystal growth process. Then, the variation of 150 to 420 μm was observed in the thickness of the grown crystal. In addition, the crystallinity of the grown crystal was lowered.

(比較例3)
比較例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
ただし、坩堝を構成するアルミナを、以下の物性を有するアルミナに変更した。
純度: 99.99重量%
嵩密度: 99.5重量%
平均結晶粒径:0.3μm
(Comparative Example 3)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Comparative Example 1.
However, the alumina constituting the crucible was changed to alumina having the following physical properties.
Purity: 99.99% by weight
Bulk density: 99.5% by weight
Average crystal grain size: 0.3 μm

得られたGaN結晶は種結晶とLPEとの界面に着色がみられるが、LPEした結晶本体は無色透明であり、約280mm成長していた。また、坩堝の変色は外観上見られなかった。   The obtained GaN crystal was colored at the interface between the seed crystal and the LPE, but the LPE crystal body was colorless and transparent and grew about 280 mm. Moreover, no discoloration of the crucible was seen in appearance.

次いで、エタノール処理後の坩堝を、別のエタノールを用いて25℃で30分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして坩堝に付着しているエタノールを除去した。(超音波洗浄工程)。   Next, the ethanol-treated crucible was ultrasonically washed with another ethanol at 25 ° C. for 30 minutes, and then rinsed with pure water to remove ethanol adhering to the crucible. (Ultrasonic cleaning process).

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さに150〜370μmとバラツキが見られた。また、育成結晶の結晶性が低下した。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation of 150 to 370 μm was observed in the thickness of the grown crystal. In addition, the crystallinity of the grown crystal was lowered.

そこで、第二の結晶育成工程を実施する直前の坩堝表面を希塩酸水溶液で洗浄し、洗浄液をICP-AESによって分析したところ、Al及びGaと微量のNa、Feを検出した。この洗浄液をアルカリで中和したところ、GaClが析出した。これは坩堝にGaOHが内包され、結晶成長に影響していることを示唆している。   Therefore, the surface of the crucible immediately before the second crystal growth step was washed with a dilute hydrochloric acid aqueous solution, and the washing solution was analyzed by ICP-AES. As a result, Al and Ga, and trace amounts of Na and Fe were detected. When this cleaning solution was neutralized with alkali, GaCl was deposited. This suggests that GaOH is included in the crucible and affects the crystal growth.

(実施例1)
比較例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
ただし、坩堝を構成するアルミナを、以下の物性を有するアルミナに変更した。
純度: 99.99重量%
嵩密度: 99.5重量%
平均結晶粒径: 0.3μm
Example 1
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Comparative Example 1.
However, the alumina constituting the crucible was changed to alumina having the following physical properties.
Purity: 99.99% by weight
Bulk density: 99.5% by weight
Average crystal grain size: 0.3 μm

得られたGaN結晶は無色透明であり、約220mm成長していた。また、坩堝の変色は外観上見られなかった。   The obtained GaN crystal was colorless and transparent and grew about 220 mm. Moreover, no discoloration of the crucible was seen in appearance.

次いで、エタノール処理後の坩堝を、15%塩酸水溶液(pH1未満)に25℃で50分間時間浸漬し、次いで15%塩酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、母材に付着した塩酸を除去した。   Next, the crucible after the ethanol treatment was immersed in a 15% hydrochloric acid aqueous solution (less than pH 1) at 25 ° C. for 50 minutes, then ultrasonically washed with a 15% hydrochloric acid aqueous solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water, Hydrochloric acid adhering to the base material was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さのバラツキは190〜250μmであった。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation in the thickness of the grown crystal was 190 to 250 μm. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.

そこで、また、再生後の坩堝表面を純水で超音波洗浄し、洗浄液をICP-AESによって分析したところ、Alは検出されたが、Ga、Na、Feが検出されなかった。   Therefore, the regenerated crucible surface was ultrasonically cleaned with pure water and the cleaning solution was analyzed by ICP-AES. As a result, Al was detected, but Ga, Na, and Fe were not detected.

(実施例2)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
次いで、エタノール処理後の坩堝を、20%クエン酸水溶液(pH2.5)に25℃で50分間浸漬し、次いで20%クエン酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスし、反応容器に付着しているクエン酸を除去した。
(Example 2)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1.
Next, the ethanol-treated crucible is immersed in a 20% aqueous citric acid solution (pH 2.5) at 25 ° C. for 50 minutes, then ultrasonically washed with a 20% aqueous citric acid solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water. The citric acid adhering to the reaction vessel was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さのバラツキは190〜280μmであった。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation in the thickness of the grown crystal was 190 to 280 μm. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.

そこで、また、再生後の坩堝表面を純水で超音波洗浄し、洗浄液をICP−AESによって分析したところ、Alは検出されたが、Ga、Na、Feが検出されなかった。   Therefore, when the surface of the crucible after the regeneration was ultrasonically cleaned with pure water and the cleaning liquid was analyzed by ICP-AES, Al was detected, but Ga, Na, and Fe were not detected.

(実施例3)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
次いで、エタノール処理後の坩堝を、48%水酸化ナトリウム水溶液(pH14)に25℃で50分間浸漬し、次いで48%水酸化ナトリウム水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、水酸化ナトリウムを除去した。
(Example 3)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1.
Next, the ethanol-treated crucible was immersed in a 48% aqueous sodium hydroxide solution (pH 14) at 25 ° C. for 50 minutes, then ultrasonically washed with a 48% aqueous sodium hydroxide solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water. The sodium hydroxide was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さのバラツキは170〜270μmであった。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation in the thickness of the grown crystal was 170 to 270 μm. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.

そこで、また、再生後の坩堝表面を純水で超音波洗浄し、洗浄液をICP−AESによって分析したところ、Alは検出されたが、Ga、Na、Feが検出されなかった。   Therefore, when the surface of the crucible after the regeneration was ultrasonically cleaned with pure water and the cleaning liquid was analyzed by ICP-AES, Al was detected, but Ga, Na, and Fe were not detected.

(実施例4)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
次いで、エタノール処理後の坩堝を、3%塩酸水溶液(pH<1)に25℃で1時間50分間時間浸漬し、次いで3%塩酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、塩酸を除去した。
(Example 4)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1.
Next, the ethanol-treated crucible was immersed in a 3% aqueous hydrochloric acid solution (pH <1) at 25 ° C. for 1 hour and 50 minutes, then ultrasonically washed with a 3% aqueous hydrochloric acid solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water. Then, hydrochloric acid was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さのバラツキは190〜260μmであった。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation in the thickness of the grown crystal was 190 to 260 μm. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.

(実施例5)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
ただし、坩堝を構成するアルミナを、以下の物性を有するアルミナに変更した。
純度: 99.99重量%
嵩密度: 99.9重量%
平均結晶粒径:0.3μm
(Example 5)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1.
However, the alumina constituting the crucible was changed to alumina having the following physical properties.
Purity: 99.99% by weight
Bulk density: 99.9% by weight
Average crystal grain size: 0.3 μm

得られたGaN結晶は無色透明であり、約260mm成長していた。また、坩堝の変色は外観上見られなかった。   The obtained GaN crystal was colorless and transparent and grew about 260 mm. Moreover, no discoloration of the crucible was seen in appearance.

次いで、エタノール処理後の坩堝を、15%塩酸水溶液(pH<1)に25℃50分間浸漬し、次いで15%塩酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、塩酸を除去した。   Next, the ethanol-treated crucible was immersed in a 15% aqueous hydrochloric acid solution (pH <1) at 25 ° C. for 50 minutes, then ultrasonically washed with a 15% aqueous hydrochloric acid solution for 10 minutes, then rinsed with pure water, Was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さに160〜230μmとバラツキが見られた。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, a variation of 160 to 230 μm was observed in the thickness of the grown crystal. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.

(比較例4)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。
次いで、エタノール処理後の坩堝を、15%塩酸水溶液(pH<1)に浸漬して保持する工程を設けず、直ちに超音波洗浄を開始した。そして、15%塩酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、塩酸を除去した。
(Comparative Example 4)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1.
Next, ultrasonic cleaning was started immediately without providing a step of immersing and holding the crucible after ethanol treatment in a 15% aqueous hydrochloric acid solution (pH <1). Then, it was ultrasonically washed with a 15% hydrochloric acid aqueous solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water to remove hydrochloric acid.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さに120〜300μmとバラツキが見られた。また、育成結晶の結晶性の低下が見られた。   Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation of 120 to 300 μm was observed in the thickness of the grown crystal. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was lowered.

(実施例6)
実施例1と同様にして第一の結晶育成工程を実施した。 次いで、エタノール処理後の坩堝を、15%塩酸水溶液(pH1未満)に25℃で20分間浸漬し、次いで15%塩酸水溶液で10分超音波洗浄し、次いで純水を用いてリンスして、母材に付着した塩酸を除去した。
(Example 6)
The first crystal growth step was performed in the same manner as in Example 1. Next, the ethanol-treated crucible is immersed in a 15% aqueous hydrochloric acid solution (less than pH 1) at 25 ° C. for 20 minutes, then ultrasonically washed with a 15% aqueous hydrochloric acid solution for 10 minutes, and then rinsed with pure water. The hydrochloric acid adhering to the material was removed.

次いで、第一の結晶育成工程と同じ条件で第二の結晶育成工程を実施した。すると、育成された結晶の厚さのバラツキは150〜270μmであった。また、育成結晶の結晶性の低下が見られなかった。
そこで、また、再生後の坩堝表面を純水で超音波洗浄し、洗浄液をICP-AESによって分析したところ、Alは検出されたが、Ga、Na、Feが検出されなかった。
Next, the second crystal growth step was performed under the same conditions as the first crystal growth step. Then, the variation in the thickness of the grown crystal was 150 to 270 μm. Moreover, the crystallinity of the grown crystal was not lowered.
Therefore, the regenerated crucible surface was ultrasonically cleaned with pure water and the cleaning solution was analyzed by ICP-AES. As a result, Al was detected, but Ga, Na, and Fe were not detected.

Claims (10)

アルミナからなる反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成した後に、前記反応容器を再生する方法であって、
前記アルミナの純度が99.9重量%以上であり、前記アルミナの嵩密度が99.5%以上であり、前記反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬して静置する浸漬工程、および
次いで前記反応容器を超音波洗浄する洗浄工程
を有しており、前記反応容器の再生中の環境温度を300℃以下としつつ、前記反応容器の前記酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間を30分以上とし、前記反応容器に付着した水酸化ガリウムを除去することを特徴とする、結晶育成用反応容器の再生方法。
A method for regenerating the reaction vessel after growing a crystal in a state in which a melt containing sodium and gallium is contained in a reaction vessel made of alumina,
A dipping process in which the purity of the alumina is 99.9% by weight or more, the bulk density of the alumina is 99.5% or more, and the reaction vessel is dipped in an acid solution or an alkali solution and left standing; A washing step of ultrasonically washing the reaction vessel, and setting the environmental temperature during regeneration of the reaction vessel to 300 ° C. or less, and setting the immersion time of the reaction vessel in the acid solution or alkali solution to 30 minutes or more A method for regenerating a crystal growth reaction vessel, wherein gallium hydroxide adhering to the reaction vessel is removed.
前記洗浄工程において前記反応容器を前記酸溶液またはアルカリ溶液によって超音波洗浄することを特徴とする、請求項記載の方法。 Wherein in the washing step by the reaction vessel wherein the acid solution or an alkaline solution, characterized in that ultrasonic cleaning method of claim 1, wherein. 前記結晶が、窒化ガリウム、窒化ガリウムアルミニウムまたは窒化ガリウムインジウムであることを特徴とする、請求項1または2記載の方法。 The crystals, gallium nitride, characterized in that it is a gallium aluminum or gallium indium nitride nitride, The method of claim 1 or 2. 前記酸が塩酸またはクエン酸であり、前記アルカリが水酸化ナトリウムであることを特徴とする、請求項1〜のいずれか一つの請求項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 3 , wherein the acid is hydrochloric acid or citric acid, and the alkali is sodium hydroxide. フラックス法によって前記結晶を育成することを特徴とする、請求項1〜のいずれか一つの請求項に記載の方法。 The method according to any one of claims 1 to 4 , wherein the crystal is grown by a flux method. アルミナからなる反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成する第一の育成工程、
次いで前記反応容器を再生する再生工程、および
次いで前記反応容器内にナトリウムおよびガリウムを含む融液を収容した状態で結晶を育成する第二の育成工程
を有しており、前記アルミナの純度が99.9重量%以上であり、前記アルミナの嵩密度が99.5%以上であり、前記再生工程が、
前記反応容器を酸溶液またはアルカリ溶液に浸漬して静置する浸漬工程、および
次いで前記反応容器を超音波洗浄する洗浄工程
を有しており、前記第一の育成工程から前記第二の育成工程の間の環境温度を300℃以下としつつ、前記反応容器の前記酸溶液またはアルカリ溶液への浸漬時間を30分以上とし、前記反応容器に付着した水酸化ガリウムを除去することを特徴とする、単結晶の育成方法。
A first growth step for growing a crystal in a state in which a melt containing sodium and gallium is contained in a reaction vessel made of alumina;
Next, a regeneration step for regenerating the reaction vessel, and a second growth step for growing crystals in a state in which a melt containing sodium and gallium is accommodated in the reaction vessel, and the purity of the alumina is 99 9.9% by weight or more, and the bulk density of the alumina is 99.5% or more, and the regeneration step comprises:
A dipping step in which the reaction vessel is immersed in an acid solution or an alkaline solution and left standing, and then a washing step in which the reaction vessel is ultrasonically cleaned, and the second growing step from the first growing step. The immersion time in the acid solution or alkali solution of the reaction vessel is 30 minutes or more while the ambient temperature is 300 ° C. or less, and gallium hydroxide attached to the reaction vessel is removed. Single crystal growth method.
前記第一の育成工程および前記第二の育成工程において、種結晶基板上に前記結晶を育成することを特徴とする、請求項記載の方法。 The method according to claim 6 , wherein the crystal is grown on a seed crystal substrate in the first growing step and the second growing step. 前記結晶が、窒化ガリウム、窒化ガリウムアルミニウムまたは窒化ガリウムインジウムであることを特徴とする、請求項6または7記載の方法。 The method according to claim 6 or 7 , characterized in that the crystal is gallium nitride, gallium aluminum nitride or gallium indium nitride. 前記酸が塩酸またはクエン酸であり、前記アルカリが水酸化ナトリウムであることを特徴とする、請求項6〜8のいずれか一つの請求項に記載の方法。 9. A method according to any one of claims 6 to 8 , characterized in that the acid is hydrochloric acid or citric acid and the alkali is sodium hydroxide. フラックス法によって前記結晶を育成することを特徴とする、請求項6〜9のいずれか一つの請求項に記載の方法。

The method according to any one of claims 6 to 9 , wherein the crystal is grown by a flux method.

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