JP6548509B2 - 13族窒化物単結晶の製造方法、および13族窒化物単結晶の製造装置 - Google Patents
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Description
以下、製造装置1を用いた、13族窒化物単結晶40の製造方法について詳細に説明する。
本実施の形態の13族窒化物単結晶40の製造方法では、まず、配置工程を実行する。
結晶成長工程では、反応容器52内の原料が溶融して混合融液24となった状態で、混合融液24に気相22から窒素を溶解させ、結晶成長温度の混合融液24中に配置された種結晶30に13族窒化物結晶32を成長させる。
温度調整工程は、昇温工程、および、降温工程、の少なくとも一方を含む。
昇温工程は、上記配置工程と上記結晶成長工程との工程間に行われる。本実施の形態の昇温工程は、150℃/時間以下の昇温速度で原料を結晶成長温度に昇温する。
降温工程は、結晶成長工程の後に150℃/時間以下の降温速度で混合融液24を降温する工程である。
種結晶30を作製した。まず、φ2インチのサファイア基板を用意し、サファイア基板のc面上にHVPE法でGaN結晶を成長させた。結晶成長後に、サファイア基板を剥離することで、結晶成長したGaN結晶による種結晶30を作製した。
本実施例1では、撹拌機構42として、反応容器52を回転することで混合融液24を撹拌する撹拌機構42Aを備えた製造装置1を用いて、13族窒化物単結晶40の製造を行った。
図1に示す製造装置1により、配置工程を行った。なお、配置工程では、アルカリ金属としてナトリウムを用い、13族金属としてガリウムを用いた。そして、GaN(窒化ガリウム)単結晶を、13族窒化物単結晶として製造した。
次に、反応容器52を内部容器51内に収容し、グローブボックスから取り出して、外部耐圧容器50内に組み込んだ。なお、反応容器52は、ターンテーブル81上に設置した。そして、バルブ61を閉じてArガスが充填された内部容器51を密閉し、反応容器52内部を外部雰囲気と遮断した。次に、内部容器51をグローブボックスから出して、製造装置1に組み込んだ。すなわち、反応容器52を、第1加熱部70、第2加熱部72、およびターンテーブル81に対して所定の位置に設置し、バルブ61部分でガス供給管54に接続した。
次に、バルブ55を開け、圧力を8MPaとした。これにより、結晶成長によって消費された窒素が反応容器52内に供給され、常に窒素分圧を一定(本実施例では3.8MPa)に保持しておくことができる。この状態で、反応容器52を80時間保持し(結晶成長時間を80時間とし)、種結晶30上に13族窒化物結晶32を成長させた。
次に、100℃/時の降温速度で混合融液24を降温した。混合融液24の降温速度は、制御部10の制御によって第1加熱部70および第2加熱部72による混合融液24の降温速度を調整することで、100℃/時の降温速度となるように調整した。
本実施例で作製した13族窒化物単結晶40について、クラックおよび転位密度の評価を行った。
作製した13族窒化物単結晶40について、13族窒化物結晶32の結晶成長前に発生したクラックを評価した。
作製した13族窒化物単結晶40について、13族窒化物結晶32の結晶成長後に発生したクラックを評価した。
作製した13族窒化物単結晶40について、クラックが入っている場合にはクラックの入っていない部分を切出した。そして、切出した13族窒化物単結晶40の両面を研削して平坦にした後、ダイヤモンド砥粒を用いて研磨し、最後にCMPを行いて、c面を主面とする13族窒化物単結晶40とした。
用いる種結晶30または比較種結晶、昇温工程における昇温速度、昇温工程における撹拌の有無、降温工程における降温速度、および降温工程における撹拌の有無の組合せを、表1に示す組合せに替えた以外は、実施例1と同様にして13族窒化物単結晶を製造し、実施例1と同様にして、クラックおよび転位密度を評価した。評価結果を表1に示した。
32 13族窒化物結晶
40 13族窒化物単結晶
Claims (8)
- 13族窒化物結晶からなり結晶成長面の表面粗さRaが0.1μm以上5μm以下の種結晶と、アルカリ金属と13族金属を含む原料と、を反応容器内に配置する配置工程と、
前記原料が溶融して混合融液となった状態で、前記混合融液に窒素を溶解させ、結晶成長温度の前記混合融液中に配置された前記種結晶に13族窒化物結晶を成長させる結晶成長工程と、
前記配置工程と前記結晶成長工程との工程間に150℃/時間以下の昇温速度で前記原料を前記結晶成長温度に昇温する昇温工程、および、前記結晶成長工程の後に150℃/時間以下の降温速度で前記混合融液を降温する降温工程、の少なくとも一方の温度調整工程と、
を含む、13族窒化物単結晶の製造方法。 - 前記種結晶の前記結晶成長面は、+c面の平坦領域と、該平坦領域から突出した複数の凸部からなる凸部領域と、を含む、請求項1に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 前記昇温工程は、前記配置工程と前記結晶成長工程との工程間に、前記混合融液を撹拌しながら、150℃/時間以下の昇温速度で前記結晶成長温度に昇温する、請求項1または請求項2に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 前記降温工程は、前記結晶成長工程の後に、前記混合融液を撹拌しながら、150℃/時間以下の降温速度で前記混合融液を降温する、請求項1〜請求項3の何れか1項に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 前記昇温速度は、100℃/時間以下である、請求項1〜請求項4の何れか1項に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 前記降温速度は、100℃/時間以下である、請求項1〜請求項5の何れか1項に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 前記種結晶の前記結晶成長面の表面粗さRaは、0.2μm以上2.0μm以下である、請求項1〜請求項6の何れか1項に記載の13族窒化物単結晶の製造方法。
- 13族窒化物結晶からなり結晶成長面の表面粗さRaが0.1μm以上5μm以下の種結晶と、アルカリ金属と13族金属を含む原料と、を保持した反応容器と、
前記反応容器内に窒素を供給する供給部と、
前記反応容器を加熱する加熱部と、
前記原料が溶融して混合融液となった状態で、前記混合融液に窒素を溶解させ、結晶成長温度の前記混合融液中に配置された前記種結晶に13族窒化物結晶を成長させるように前記供給部および前記加熱部を制御する結晶成長制御と、前記結晶成長制御の前に150℃/時間以下の昇温速度で前記原料を結晶成長温度に昇温する昇温制御、および前記結晶成長制御の後に150℃/時間以下の降温速度で前記混合融液を降温する降温制御、の少なくとも一方を行うように前記加熱部を制御する温度調整制御と、を行う制御部と、
を備えた、13族窒化物単結晶の製造装置。
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