JP6606562B2 - Method for producing gallium nitride single crystal and apparatus for producing group III element nitride single crystal - Google Patents

Method for producing gallium nitride single crystal and apparatus for producing group III element nitride single crystal Download PDF

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Description

本発明は、窒化ガリウム単結晶の製造方法と、III 族元素窒化物単結晶の製造装置とに関する。 The present invention relates to a method for producing a gallium nitride single crystal and an apparatus for producing a group III element nitride single crystal .

III 族元素窒化物の半導体は、例えば、ヘテロ接合高速電子デバイスや光電子デバイス(半導体レーザ、発光ダイオード、センサ等)の分野に使用されており、特に、その素材として、窒化ガリウム(GaN)が注目されている。
従来の方法として、窒化ガリウムの単結晶を得るために、ガリウムと窒素ガスとを直接反応させることが行われていた(J.Phys.Chem.Solids,1995 、Vol.56、p.639 参照)。
しかし、この方法は、ガリウムと窒素ガスとを反応させるために、1300℃〜1600℃、8000atm〜17000atm(0.81GPa〜1.72GPa)という超高温高圧を必要とする。
この問題を解決するために、ナトリウム(Na)フラックス中で窒化ガリウム単結晶を育成する技術(以下、「Naフラックス法」ともいう)が開発された(例えば、米国特許公報5868837号参照)。このNaフラックス法によれば、加熱温度が600℃〜800℃と大幅に下がり、また圧力も、約50atm(約5MPa)程度まで下げることができる。しかし、このNaフラックス法では、得られる単結晶が黒化することがあり、品質に問題がある。また、このNaフラックス法では、透明で転位密度が少なく均一厚み(結晶表面がほぼ水平)で高品位であり、かつバルク状の大きな窒化ガリウムの単結晶を製造することはできず、窒化ガリウムの単結晶の収率も悪かった。すなわち、従来のNaフラックス法では、成長速度が著しく遅く、これまで報告された窒化ガリウム単結晶の最大のものでも、最大径が1cm程度であるため、窒化ガリウムの単結晶製造の実用化にはつながらない。
別の方法として、窒化リチウム(Li3 N)とガリウムとを反応させて窒化ガリウム単結晶を成長させる方法が報告されているが(Journal of Crystal Growth 247(2003) 、pp.275-278参照)、得られた結晶の大きさは1mm〜4mm程度である。
上記した問題は、窒化ガリウムに限らず、他のIII 族元素窒化物の半導体においても同様である。
Group III element nitride semiconductors are used, for example, in the field of heterojunction high-speed electronic devices and optoelectronic devices (semiconductor lasers, light-emitting diodes, sensors, etc.). In particular, gallium nitride (GaN) has attracted attention as its material. Has been.
As a conventional method, in order to obtain a single crystal of gallium nitride, gallium and nitrogen gas are directly reacted (see J. Phys. Chem. Solids, 1995, Vol. 56, p. 639). .
However, this method requires ultrahigh temperature and high pressure of 1300 ° C. to 1600 ° C. and 8000 atm to 17000 atm (0.81 GPa to 1.72 GPa) in order to react gallium with nitrogen gas.
In order to solve this problem, a technique for growing a gallium nitride single crystal in sodium (Na) flux (hereinafter also referred to as “Na flux method”) has been developed (see, for example, US Pat. No. 5,868,837). According to the Na flux method, the heating temperature is greatly reduced to 600 ° C. to 800 ° C., and the pressure can be reduced to about 50 atm (about 5 MPa). However, in this Na flux method, the obtained single crystal may be blackened, and there is a problem in quality. In addition, this Na flux method cannot produce a single crystal of gallium nitride that is transparent, has a low dislocation density, a uniform thickness (crystal surface is almost horizontal), a high quality, and a large bulk gallium nitride. The yield of single crystals was also poor. That is, in the conventional Na flux method, the growth rate is extremely slow, and even the largest gallium nitride single crystal reported so far has a maximum diameter of about 1 cm. it dose not connect.
As another method, a method in which lithium nitride (Li 3 N) and gallium are reacted to grow a gallium nitride single crystal has been reported (see Journal of Crystal Growth 247 (2003), pp.275-278). The size of the obtained crystal is about 1 mm to 4 mm.
The above problem is not limited to gallium nitride, but also applies to other Group III element nitride semiconductors.

このような問題を解消する製造方法及び製造装置が特許第4030125号として開示れされている。同方製造方法及び製造装置は、透明で転位密度が少なく、均一な厚みで高品質であり、かつバルク状の大きなIII 族元素窒化物の単結晶を収率良く製造可能である。   Japanese Patent No. 4030125 discloses a manufacturing method and a manufacturing apparatus that solve such problems. The isotropic production method and production apparatus can produce a large Group III element nitride single crystal that is transparent, has a low dislocation density, has a uniform thickness and is of high quality, and has a good bulk yield.

特許第4030125号公報Japanese Patent No. 4030125

この特許第4030125号公報記載のIII 族元素窒化物単結晶の製造方法は『アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)およびインジウム(In)からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素とを入れた反応容器を加熱して前記金属元素のフラックスを形成し、前記反応容器に窒素含有ガスを導入して、前記フラックス中でIII 族元素と窒素とを反応させてIII 族元素窒化物の単結晶を成長させるIII 族元素窒化物単結晶の製造方法であって、前記反応容器を揺動させて前記フラックスと前記III 族元素とを攪拌混合し、その状態で前記単結晶の成長を行う製造方法。』である。   The method for producing a group III element nitride single crystal described in Japanese Patent No. 4030125 is “at least one metal element selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals, gallium (Ga), and aluminum (Al). And heating a reaction vessel containing at least one group III element selected from the group consisting of indium (In) to form a flux of the metal element, introducing a nitrogen-containing gas into the reaction vessel, A method for producing a group III element nitride single crystal in which a group III element nitride is reacted with nitrogen in a flux to grow a group III element nitride single crystal, wherein the flux and A production method in which a group III element is mixed with stirring, and the single crystal is grown in that state. ].

前記反応容器は『BN、AlN、アルミナ、SiC、グラファイト、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料等が使用でき、この中で、AlN、SiC、ダイヤモンドライクカーボンが好ましい。また、前記反応容器として、例えば、BN坩堝、AlN坩堝、アルミナ坩堝、SiC坩堝、グラファイト坩堝、ダイヤモンドライクカーボン等の炭素系材料の坩堝等が使用できる。このなかで、前記フラックスに溶解し難いという理由から、AlN坩堝、SiC坩堝、ダイヤモンドライクカーボン坩堝が好ましい。また、これらの素材で坩堝表面を被覆しているということでも良い。』とされている(特許第4030125号の段落番号0029参照)。   As the reaction vessel, carbon-based materials such as BN, AlN, alumina, SiC, graphite, and diamond-like carbon can be used, and among these, AlN, SiC, and diamond-like carbon are preferable. Further, as the reaction vessel, for example, a BN crucible, an AlN crucible, an alumina crucible, a SiC crucible, a graphite crucible, a crucible made of a carbon-based material such as diamond-like carbon, or the like can be used. Among these, an AlN crucible, a SiC crucible, and a diamond-like carbon crucible are preferable because they are difficult to dissolve in the flux. In addition, the crucible surface may be covered with these materials. (See paragraph No. 0029 of Japanese Patent No. 4030125).

しかしながら、反応容器には常にフラックスが触れているため、フラックス中に反応容器の素材が溶けだしてしまい、それがIII 族元素窒化物単結晶の不純物となってしまうという問題があった。特に反応容器を高温に保つ必要があるため、反応容器の素材が溶けだす点は大きな問題となっていた。また、フラックス中に基板を浸漬させてエピタキシャル成長を行う際に基板以外の部分で多結晶が成長することが問題となっている。
さらに、フラックスは常に反応容器内にあるため、III 族元素窒化物単結晶が成長するに従って、フラックス中のIII 族元素窒化物単結晶の成長に必要な成分、すなわちIII 族元素の濃度が低くなり、III 族元素窒化物単結晶の成長が停止するという問題もあった。
However, since the flux is always in contact with the reaction vessel, there is a problem that the material of the reaction vessel starts to dissolve in the flux, which becomes an impurity of the group III element nitride single crystal. In particular, since it is necessary to keep the reaction vessel at a high temperature, the point that the material of the reaction vessel starts to melt has been a big problem. Further, when epitaxial growth is performed by immersing the substrate in the flux, there is a problem that polycrystals grow in a portion other than the substrate.
Furthermore, since the flux is always in the reaction vessel, as the group III element nitride single crystal grows, the component necessary for the growth of the group III element nitride single crystal in the flux, that is, the concentration of the group III element decreases. There was also a problem that the growth of the group III element nitride single crystal stopped.

本発明は、上記事情に鑑みて創案されたもので、窒化ガリウム単結晶に不純物が混入せず、且つ成長速度が低下しない窒化ガリウム単結晶の製造方法と、この製造方法を実現することができるIII 族元素窒化物単結晶の製造装置とを提供することを目的としている。 The present invention was developed in view of the above problem, it is possible to achieve without mixing impurities in the gallium nitride single crystal, and and the growth rate does not drop method for producing a gallium nitride single crystal, the manufacturing process It aims at providing the manufacturing apparatus of a group III element nitride single crystal .

本発明に係る窒化ガリウム単結晶の一態様の製造方法は、ナトリウム(Na)と、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、ストロンチウム(Sr)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ガリウム(Ga)との混合溶液を加熱してフラックスを形成し、反応室に窒素含有ガスを導入して、前記反応室内の内部圧力を0.5MPa〜5.0MPaにし、前記フラックス中のガリウム(Ga)と窒素とを反応させて窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させており、前記反応室内の雰囲気温度を700℃〜900℃に維持し、ベース基板を水平回転させつつ、当該ベース基板上に上から前記フラックスを滴下させて前記窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させるようになっている。 The manufacturing method of the one aspect | mode of the gallium nitride single crystal which concerns on this invention is from the group which consists of sodium (Na), lithium (Li), calcium (Ca), potassium (K), strontium (Sr), and magnesium (Mg). A mixed solution of at least one selected element and gallium (Ga) is heated to form a flux, a nitrogen-containing gas is introduced into the reaction chamber, and the internal pressure in the reaction chamber is set to 0.5 MPa to 5.MPa. The gallium nitride (GaN) single crystal is grown by reacting gallium (Ga) and nitrogen in the flux to 0 MPa, the atmospheric temperature in the reaction chamber is maintained at 700 ° C. to 900 ° C., and the base substrate is The gallium nitride (GaN) single crystal is grown by dropping the flux from above onto the base substrate while horizontally rotating.

また、本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、ベース基板上にIII 族元素窒化物単結晶が製造される反応室と、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)およびインジウム(In)からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液を加熱してフラックスにするために前記反応室を加熱する加熱部と、前記反応室中に前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させるために窒素含有ガスを導入する窒素含有ガス導入部と、前記ベース基板を前記反応室内で水平回転させる回転駆動部と、前記ベース基板の上から前記フラックスを滴下させる滴下部と、前記反応室に設けられており且つ前記ベース基板から振り落とされたフラックスを回収する回収部とを備えている。 The apparatus for producing a group III element nitride single crystal according to the present invention is selected from the group consisting of a reaction chamber in which a group III element nitride single crystal is produced on a base substrate and an alkali metal and an alkaline earth metal. The reaction for heating a mixed solution of at least one metal element and at least one group III element selected from the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al) and indium (In) to form a flux. A heating unit that heats the chamber, a nitrogen-containing gas introduction unit that introduces a nitrogen-containing gas to react the group III element in the flux with nitrogen in the reaction chamber, and the base substrate horizontally in the reaction chamber. A rotation drive unit that rotates, a dropping unit that drops the flux from above the base substrate, and the reaction chamber and is shaken off from the base substrate. And a collection unit for collecting the flux .

本発明に係る窒化ガリウム単結晶の一態様の製造方法は、反応室中でベース基板を水平回転させつつ、ベース基板上にフラックスを滴下させて窒化ガリウム単結晶を成長させるので、従来のような反応容器は必要としない。このため、反応容器の素材が溶けだすことに起因する窒化ガリウム単結晶への不純物の混入という問題は発生しない。
また、フラックスは次々と滴下されるので、従来のように窒化ガリウム単結晶が成長する従ってガリウムの濃度が低くなることはない。すなわち、常に新鮮なフラックスが供給されるので、窒化ガリウム単結晶の成長が停止するという問題は発生しない。
The manufacturing method of one embodiment of the gallium nitride single crystal according to the present invention grows the gallium nitride single crystal by dropping a flux on the base substrate while horizontally rotating the base substrate in the reaction chamber. A reaction vessel is not required. For this reason, the problem of mixing of impurities into the gallium nitride single crystal due to melting of the material of the reaction vessel does not occur.
Further, since the flux is dripped one after another, the gallium nitride single crystal grows as in the prior art, so the gallium concentration does not decrease. That is, since a fresh flux is always supplied, the problem that the growth of the gallium nitride single crystal stops does not occur.

本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の一態様の製造装置も、上記のとおり、水平回転するベース基板上にフラックスを滴下するため、従来のような反応容器は必要としない。たのため、反応容器の素材が溶けだすことに起因するIII 族元素窒化物単結晶への不純物の混入という問題は発生しない。
また、フラックスは次々と滴下されるので、従来のようにIII 族元素窒化物単結晶が成長するに従ってIII 族元素の濃度が低くなることはない。すなわち、常に新鮮なフラックスが供給されるので、III 族元素窒化物単結晶の成長が低下するという問題は発生しない。
さらに、本発明に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、ベース基板から振り落とされたフラックスを回収する回収部を有しているため、濃度を調整した上でのフラックスの再利用が可能になるというメリットがある。
As described above, the manufacturing apparatus of one embodiment of the group III element nitride single crystal according to the present invention does not require a conventional reaction vessel because the flux is dropped on the horizontally rotating base substrate. Therefore, there is no problem of mixing impurities into the group III element nitride single crystal due to melting of the reaction vessel material.
Further, since the flux is dripped one after another, the concentration of the group III element does not decrease as the group III element nitride single crystal grows as in the conventional case. That is, since a fresh flux is always supplied, there is no problem that the growth of the group III element nitride single crystal is lowered.
Furthermore, the apparatus for producing a group III element nitride single crystal according to the present invention has a recovery unit that recovers the flux shaken off from the base substrate, so that the flux can be reused after adjusting the concentration. There is a merit that it becomes possible.

本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置の製造装置の概略的説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the manufacturing apparatus of the manufacturing apparatus of the group III element nitride single crystal which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置によってフラックスがベース基板の表面に拡がる状態を示す概略的斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the state which a flux spreads on the surface of a base substrate by the manufacturing apparatus of the group III element nitride single crystal which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の他の製造装置の概略的説明図である。It is a schematic explanatory drawing of the other manufacturing apparatus of the group III element nitride single crystal concerning embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成された窒化ガリウム単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the section of the gallium nitride single crystal formed on the surface of the base substrate by the manufacturing method of the gallium nitride single crystal concerning the embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成された窒化ガリウム単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the section of the gallium nitride single crystal formed on the surface of the base substrate by the manufacturing method of the gallium nitride single crystal concerning the embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法でベース基板の表面に形成された窒化ガリウム単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。It is an electron micrograph of the section of the gallium nitride single crystal formed on the surface of the base substrate by the manufacturing method of the gallium nitride single crystal concerning the embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法の対照実験を行ったベース基板の断面の電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph of the cross section of the base substrate which performed the control experiment of the manufacturing method of the gallium nitride single crystal which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法の対照実験を行ったベース基板の断面の電子顕微鏡写真である。It is the electron micrograph of the cross section of the base substrate which performed the control experiment of the manufacturing method of the gallium nitride single crystal which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法の対照実験で窒化ガリウム単結晶が成長できなかった原因と考えられる多結晶を示すベース基板の表面の電子顕微鏡写真及び模式図である。It is the electron micrograph and schematic diagram of the surface of the base substrate which show the polycrystal considered to be the cause that the gallium nitride single crystal was not able to grow in the control experiment of the manufacturing method of the gallium nitride single crystal concerning an embodiment of the invention.

本発明の実施の形態に係る窒化ガリウム単結晶の製造方法は、ナトリウム(Na)と、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、ストロンチウム(Sr)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ガリウム(Ga)との混合溶液910を加熱してフラックス911を形成し、反応室100に窒素含有ガスを導入して、前記反応室100内の内部圧力を0.5MPa〜5.0MPaにし、前記フラックス911中のガリウム(Ga)と窒素とを反応させて窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させており、前記反応室100内の雰囲気温度を700℃〜900℃に維持し、ベース基板800を水平回転させつつ、当該ベース基板800上に上から前記フラックス911を滴下させて前記窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させるようになっている。 A method for producing a gallium nitride single crystal according to an embodiment of the present invention includes a group consisting of sodium (Na), lithium (Li), calcium (Ca), potassium (K), strontium (Sr), and magnesium (Mg). A mixed solution 910 of at least one element selected from gallium (Ga) is heated to form a flux 911, a nitrogen-containing gas is introduced into the reaction chamber 100, and the internal pressure in the reaction chamber 100 is increased. The gallium nitride (GaN) single crystal is grown by reacting gallium (Ga) and nitrogen in the flux 911 at 0.5 MPa to 5.0 MPa, and the ambient temperature in the reaction chamber 100 is set to 700 ° C. The flux 911 is dropped on the base substrate 800 from above while maintaining the temperature at 900 ° C. while the base substrate 800 is rotated horizontally. Gallium is adapted to grow a (GaN) single crystal.

このような製造方法を実現するIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、ベース基板800上に窒化ガリウム単結晶が製造される反応室100と、ナトリウム(Na)と、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、ストロンチウム(Sr)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ガリウム(Ga)との混合溶液を加熱してフラックス911にするために前記反応室100を加熱する加熱部400と、前記反応室100中に前記フラックス911中のガリウム(Ga)と窒素とを反応させるために窒素含有ガスを導入する窒素含有ガス導入部500と、前記ベース基板800を前記反応室100内で水平回転させる回転駆動部200と、前記ベース基板800の上にから前記フラックス911を滴下させる滴下部300と、前記反応室100に設けられており且つ前記ベース基板800から振り落とされたフラックス911を回収する回収部600とを有している。 A group III element nitride single crystal manufacturing apparatus that realizes such a manufacturing method includes a reaction chamber 100 in which a gallium nitride single crystal is manufactured on a base substrate 800, sodium (Na), lithium (Li), and calcium. In order to heat the mixed solution of at least one element selected from the group consisting of (Ca), potassium (K), strontium (Sr), and magnesium (Mg) and gallium (Ga) to form flux 911, A heating unit 400 that heats the reaction chamber 100; a nitrogen-containing gas introduction unit 500 that introduces a nitrogen-containing gas to react gallium (Ga) and nitrogen in the flux 911 in the reaction chamber 100; A rotation driving unit 200 that horizontally rotates the substrate 800 in the reaction chamber 100 and the flux 9 from above the base substrate 800. 11 and a collection unit 600 that is provided in the reaction chamber 100 and collects the flux 911 shaken off from the base substrate 800.

前記反応室100は、円筒形状の下方部110と、この下方部110の上端に着脱可能に取り付けられる蓋部120とから構成されている。この反応室100は、ニッケル合金から構成されている。
前記蓋部120の中央には、後述する滴下部300を構成するノズル310が設置されている。また、円筒形状の下方部110の下方端部は、内側に湾曲しさらに上側に湾曲している。下方部110の湾曲した部分に環状の角部が形成されている。このた角部が受け溝部122となっており、後述する回収部600の一部を構成している。受け溝部122の最も低い部分を最低部と称する。また、この下方部110の湾曲した部分の中心には、当該中心を垂直方向に貫通する貫通穴121が開設されている。この貫通穴121内に後述する回転駆動部200の回転軸210が差し込まれている。
The reaction chamber 100 includes a cylindrical lower portion 110 and a lid portion 120 that is detachably attached to the upper end of the lower portion 110. The reaction chamber 100 is made of a nickel alloy.
In the center of the lid part 120, a nozzle 310 constituting a dropping part 300 described later is installed. Further, the lower end portion of the cylindrical lower portion 110 is curved inward and further curved upward. An annular corner is formed in the curved portion of the lower part 110. These corner portions serve as receiving groove portions 122 and constitute a part of a collecting portion 600 described later. The lowest part of the receiving groove part 122 is called the lowest part. Further, a through hole 121 is formed in the center of the curved portion of the lower portion 110 so as to penetrate the center in the vertical direction. A rotation shaft 210 of the rotation driving unit 200 described later is inserted into the through hole 121.

この反応室100は、加熱部400の電気炉410の内部にセットされている。この電気炉410はヒーター420を有している。ヒーター420が電気炉410の内部を加熱し反応室100の内部の雰囲気温度を700℃〜900℃の範囲で維持するようになっている。   The reaction chamber 100 is set inside the electric furnace 410 of the heating unit 400. The electric furnace 410 has a heater 420. A heater 420 heats the inside of the electric furnace 410 and maintains the atmospheric temperature inside the reaction chamber 100 in a range of 700 ° C. to 900 ° C.

前記製造装置は、水平回転するベース基板800から振り落とされたフラックス911を回収する回収部600を備えている。前記回収部600は、前記受け溝部122と、この受け溝部122で受けられたものを貯留する回収タンク610と、回収パイプ620とを有している。回収パイプ620は、前記受け溝部122の最低部に開口しかつ前記回収タンク610につながっている。この回収部600は、耐熱耐圧チャンバー700の内部に設置されている。 The manufacturing apparatus includes a collecting unit 600 that collects the flux 911 shaken off from the horizontally rotating base substrate 800. The collection part 600 includes the receiving groove part 122, a collection tank 610 for storing what is received by the receiving groove part 122, and a collection pipe 620. The recovery pipe 620 opens to the lowest part of the receiving groove 122 and is connected to the recovery tank 610. The recovery unit 600 is installed inside the heat and pressure resistant chamber 700.

前記製造装置は、耐熱耐圧チャンバー700をさらに備えている。このIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、耐熱耐圧チャンバー700内に電気炉410が収まり、その電気炉410に反応室100が収まっている。前記耐熱耐圧チャンバー700の窒化ガリウム単結晶の製造中の内部圧力は、0.5MPa〜5.0MPaに設定されている。 The manufacturing apparatus further includes a heat and pressure resistant chamber 700. In this group III element nitride single crystal manufacturing apparatus, an electric furnace 410 is housed in a heat and pressure resistant chamber 700, and a reaction chamber 100 is housed in the electric furnace 410. The internal pressure during the production of the gallium nitride single crystal in the heat and pressure resistant chamber 700 is set to 0.5 MPa to 5.0 MPa.

なお、上述したIII 族元素窒化物単結晶の製造装置の反応室100は、加熱部400である電気炉410内に設けられるとしたが、本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置は、これに限定されるものではない。
例えば、図3に示すように、単に反応室100の周囲に加熱部400としての複数のヒーター420を設置するようにしてもよい。
なお、図3では、ヒーター420は反応室100の上側及び下側に配置するとしているが、それに加えて反応室100の側面側に設置してもよいし、反応室100の上側、下側及び側面側のいずれかのみに設置することも可能である。
Although the reaction chamber 100 of the group III element nitride single crystal manufacturing apparatus described above is provided in the electric furnace 410 as the heating unit 400, the group III element nitride single crystal according to the embodiment of the present invention is provided. The crystal manufacturing apparatus is not limited to this.
For example, as shown in FIG. 3, a plurality of heaters 420 as the heating unit 400 may simply be installed around the reaction chamber 100.
In FIG. 3, the heater 420 is arranged on the upper side and the lower side of the reaction chamber 100, but in addition to this, the heater 420 may be installed on the side surface side of the reaction chamber 100, or on the upper side, the lower side and the reaction chamber 100. It is also possible to install only on either side.

前記回転駆動部200は、前記回転軸210と、ターンテーブル220と、前記回転軸210を回転駆動させるモータ230とを有している。前記ターンテーブル220は、回転軸210の先端に設けられており且つ反応室100内に配置されている。前記ターンテーブル220は、モータ230によって回転軸210回りに水平回転されるようになっている。ターンテーブル220は、例えば5〜300回転/分で駆動されるようになっている。また、前記ターンテーブル220の素材としては、アルミナ(Al2 3 )又はニッケル合金が適しているが、これに限定されることはない。
ターンテーブル220は円形であり、外周縁部には凸脈221が形成されている。この凸脈221の内側にベース基板800をはめ込むことで、ターンテーブル220の回転中にベース基板800が外れないようになっている。また、このターンテーブル220の中心は、前記ノズル310の直下に位置するようになっている。
なお、前記モータ230と回転軸210との間には減速機構が設けられているが、図面ではその図示を省略している。
The rotation drive unit 200 includes the rotation shaft 210, a turntable 220, and a motor 230 that rotates the rotation shaft 210. The turntable 220 is provided at the tip of the rotating shaft 210 and is disposed in the reaction chamber 100. The turntable 220 is horizontally rotated around the rotation shaft 210 by a motor 230. The turntable 220 is driven at, for example, 5 to 300 revolutions / minute. The turntable 220 is preferably made of alumina (Al 2 O 3 ) or nickel alloy, but is not limited thereto.
The turntable 220 is circular, and convex veins 221 are formed on the outer peripheral edge. By fitting the base substrate 800 inside the convex vein 221, the base substrate 800 is prevented from being detached while the turntable 220 is rotating. Further, the center of the turntable 220 is positioned directly below the nozzle 310.
Note that a speed reduction mechanism is provided between the motor 230 and the rotary shaft 210, but the illustration thereof is omitted in the drawings.

前記滴下部300は、前記ノズル310と、このノズル310に対する前記混合溶液910の供給を制御する供給弁320と、この混合溶液910を貯留しておく貯留タンク330と、配管340と、ヒーター350とを有している。ヒーター350は、少なくとも貯留タンク330周りに配置され、当該貯留タンク330内の前記混合溶液910を加熱している。
前記ノズル310は、反応室100の蓋部120の中央に設置されている。従って、ノズル310は、ターンテーブル220の中心の真上に位置することになる。このノズル310は、ニッケル合金から構成されており、ノズル310の素材が混合溶液910中に溶けださないように500℃〜600℃に加熱されている。
また、前記供給弁320は、例えば、ノズル310から滴下されるフラックス911の滴下量が1g〜10g/分となるように開かれる。
なお、前記貯留タンク330、供給弁320、ノズル310のみならず、これらをつなぐ配管340周りにも混合溶液910の温度を一定に保つようにヒーター350が配置されていてもよい。
この滴下部300は、耐熱耐圧チャンバー700の内部に設置されている。
The dripping unit 300 includes the nozzle 310, a supply valve 320 that controls the supply of the mixed solution 910 to the nozzle 310, a storage tank 330 that stores the mixed solution 910, a pipe 340, a heater 350, have. The heater 350 is disposed at least around the storage tank 330 and heats the mixed solution 910 in the storage tank 330.
The nozzle 310 is installed at the center of the lid 120 of the reaction chamber 100. Therefore, the nozzle 310 is positioned directly above the center of the turntable 220. The nozzle 310 is made of a nickel alloy and is heated to 500 ° C. to 600 ° C. so that the material of the nozzle 310 does not dissolve in the mixed solution 910.
Further, the supply valve 320 is opened, for example, so that the dropping amount of the flux 911 dropped from the nozzle 310 is 1 g to 10 g / min.
Note that a heater 350 may be disposed not only in the storage tank 330, the supply valve 320, and the nozzle 310, but also around the pipe 340 connecting them so as to keep the temperature of the mixed solution 910 constant.
The dripping unit 300 is installed inside the heat and pressure resistant chamber 700.

前記混合溶液910は、アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)およびインジウム(In)からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素とが混合されたものである。なお、ヘテロ接合高速電子デバイスや光電子デバイス(半導体レーザ、発光ダイオード、センサ等)を作成するために最も適した混合溶液910は、III 族元素としてはガリウム(Ga)が好適である。   The mixed solution 910 includes at least one metal element selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals, and at least one selected from the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al), and indium (In). It is a mixture of two Group III elements. Note that gallium (Ga) is suitable as the group III element for the mixed solution 910 that is most suitable for producing heterojunction high-speed electronic devices and optoelectronic devices (semiconductor lasers, light-emitting diodes, sensors, and the like).

また、アルカリ金属としては、リチウム(Li)、ナトリウム(Na)、カリウム(K)、ルビジウム(Rb)、セシウム(Cs)およびフランシウム(Fr)であり、アルカリ土類金属は、カルシウム(Ca)、マグネシウム(Mg)、ストロンチウム(Sr)、バリウム(Ba)およびラジウム(Ra)である。
これらの金属は、単独で使用しても良いし、二種類以上で併用してもよい。このなかで、好ましいのは、Li、Na、Ca、K、Sr、Mgであり、より好ましいのはLi、NaおよびCaであり、さらに好ましいのは、NaとCaとの混合フラックスおよびNaとLiとの混合フラックスである。これらの場合、ナトリウム(Na)とカルシウム(Ca)もしくはリチウム(Li)との合計に対するカルシウム(Ca)若しくはリチウム(Li)の比率(mol%)は、例えば、0.1mol%〜99mol%の範囲であり、好ましくは、0.1mol%〜50mol%の範囲であり、より好ましくは2.5mol%〜30mol%の範囲である。また、ガリウム(Ga)とナトリウム(Na)との合計に対するナトリウム(Na)の比率(mol%)は、例えば、0.1mol%〜99.9mol%の範囲であり、好ましくは、30mol%〜99mol%の範囲であり、より好ましくは60mol%〜95mol%の範囲である。ガリウム:ナトリウム:リチウム若しくはカルシウムのmol比は、3.7:9.75:0.25が、特に好ましい。
The alkali metal is lithium (Li), sodium (Na), potassium (K), rubidium (Rb), cesium (Cs), and francium (Fr). The alkaline earth metal is calcium (Ca), Magnesium (Mg), strontium (Sr), barium (Ba) and radium (Ra).
These metals may be used alone or in combination of two or more. Among these, preferred are Li, Na, Ca, K, Sr, and Mg, more preferred are Li, Na, and Ca, and more preferred is a mixed flux of Na and Ca and Na and Li. And mixed flux. In these cases, the ratio (mol%) of calcium (Ca) or lithium (Li) to the total of sodium (Na) and calcium (Ca) or lithium (Li) is, for example, in the range of 0.1 mol% to 99 mol%. Preferably, it is the range of 0.1 mol%-50 mol%, More preferably, it is the range of 2.5 mol%-30 mol%. The ratio (mol%) of sodium (Na) to the total of gallium (Ga) and sodium (Na) is, for example, in the range of 0.1 mol% to 99.9 mol%, preferably 30 mol% to 99 mol. %, And more preferably in the range of 60 mol% to 95 mol%. The molar ratio of gallium: sodium: lithium or calcium is particularly preferably 3.7: 9.75: 0.25.

また、上述したように、III 族元素としてはガリウム(Ga)が好ましく、この場合、III 族元素窒化物単結晶が窒化ガリウム(GaN)単結晶である。   Further, as described above, the group III element is preferably gallium (Ga). In this case, the group III element nitride single crystal is a gallium nitride (GaN) single crystal.

ベース基板800としては、表面に予めGaN薄膜が形成されたサファイア基板が適している。このベース基板800は、前記ターンテーブル220の凸脈221内に収まるサイズ、例えば直径6インチ(15.24cm)のものが使用される。   As the base substrate 800, a sapphire substrate having a GaN thin film previously formed on the surface is suitable. The base substrate 800 is of a size that fits within the convex veins 221 of the turntable 220, for example, 6 inches (15.24 cm) in diameter.

前記窒素含有ガス導入部500は、窒素含有ガスを収容可能なガスタンク510と、このガスタンク510を耐熱耐圧チャンバー700につなぐ配管520とを有している。前記窒素含有ガスとしては、窒素(N2 )ガス、アンモニア(NH3 )ガスおよび混合ガスからなる群から選択される少なくとも1つが用いられる。前記混合ガスは、窒素(N2 )ガスとアンモニア(NH3 )との混合ガスである。
また、ガスタンク510内の窒素含有ガスはアルゴン(Ar)等の不活性ガスで希釈されていてもよい。
The nitrogen-containing gas introduction unit 500 includes a gas tank 510 that can store a nitrogen-containing gas, and a pipe 520 that connects the gas tank 510 to the heat and pressure resistant chamber 700. As the nitrogen-containing gas, at least one selected from the group consisting of nitrogen (N 2 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, and mixed gas is used. The mixed gas is a mixed gas of nitrogen (N 2 ) gas and ammonia (NH 3 ).
Further, the nitrogen-containing gas in the gas tank 510 may be diluted with an inert gas such as argon (Ar).

このように構成されたIII 族元素窒化物単結晶の製造装置による窒化ガリウム単結晶の製造は以下のように行われる。
まず、耐熱耐圧チャンバー700の外で反応室100の蓋部120を外し、ターンテーブル220にベース基板800をセットする。
蓋部120を閉じた反応室100を耐熱耐圧チャンバー700内に設置し、耐熱耐圧チャンバー700内に窒素含有ガス導入部500によって窒素含有ガスを導入して内部圧力を0.5MPa〜5.0MPaまで昇圧させる。また、同時に耐熱耐圧チャンバー700の内部の雰囲気温度を加熱部400で700℃〜900℃まで上げる。
また、滴下部300の貯留タンク330に貯留されている混合溶液910の温度を550℃〜650℃に上げる。
Production of a gallium nitride single crystal by the apparatus for producing a group III element nitride single crystal thus configured is performed as follows.
First, the lid 120 of the reaction chamber 100 is removed outside the heat and pressure resistant chamber 700, and the base substrate 800 is set on the turntable 220.
The reaction chamber 100 with the lid 120 closed is installed in a heat-resistant pressure-resistant chamber 700, and a nitrogen-containing gas is introduced into the heat-resistant pressure-resistant chamber 700 by a nitrogen-containing gas introduction unit 500, so that the internal pressure is 0.5 MPa to 5.0 MPa. Increase the pressure. At the same time, the atmospheric temperature inside the heat and pressure resistant chamber 700 is raised to 700 ° C. to 900 ° C. by the heating unit 400.
Further, the temperature of the mixed solution 910 stored in the storage tank 330 of the dropping unit 300 is raised to 550 ° C. to 650 ° C.

耐熱耐圧チャンバー700の内部圧力及び雰囲気温度、ならびに混合溶液910の温度が一定になった状態で、ターンテーブル220を5〜300回転/分で回転させる。   The turntable 220 is rotated at 5 to 300 revolutions / minute while the internal pressure and atmospheric temperature of the heat and pressure resistant chamber 700 and the temperature of the mixed solution 910 are constant.

滴下部300の供給弁320を開いて、混合溶液910を貯留タンク330からノズル310に供給する。ノズル310に供給された混合溶液910は反応室100内で加熱され、フラックス911となり、このフラックス911がノズル310から1g〜10g/分の割合で滴下される。
ノズル310から滴下されたフラックス911は、図2に矢印Aで示すようにベース基板800の表面に膜状に拡がる。そして、膜状となったフラックス911に含まれる金属元素(ナトリウム(Na)と、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、ストロンチウム(Sr)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択される少なくとも一つの元素)と窒素含有ガスに含まれる窒素とが反応することでIII 族元素窒化物単結晶である窒化ガリウム単結晶がベース基板800の表面で成長する。
The supply valve 320 of the dropping unit 300 is opened, and the mixed solution 910 is supplied from the storage tank 330 to the nozzle 310. The mixed solution 910 supplied to the nozzle 310 is heated in the reaction chamber 100 to become a flux 911, and this flux 911 is dropped from the nozzle 310 at a rate of 1 g to 10 g / min.
The flux 911 dropped from the nozzle 310 spreads in the form of a film on the surface of the base substrate 800 as indicated by an arrow A in FIG. The metal element ( sodium (Na) and lithium (Li), calcium (Ca), potassium (K), strontium (Sr), and magnesium (Mg)) contained in the film-like flux 911 is selected. it is the at least one element) and gallium nitride single crystal is a group III element nitride single crystal by a nitrogen contained in the nitrogen-containing gas to react to grow on the surface of the base substrate 800.

ベース基板800は5〜300回転/分で回転しているため、ベース基板800に滴下したフラックス911は遠心力でベース基板800の中心から外周に向かって拡がってムラなく表面に付着する。ベース基板800には次々に新たなフラックス911が供給されるので、III 族元素窒化物単結晶である窒化ガリウム単結晶はベース基板800の表面に順次成長することになる。
ベース基板800は回転しているので、余分なフラックス911はベース基板800の外周から飛び散り、反応室100の下方部110の湾曲した回収部600の受け溝部122に回収され、回収パイプ620を介して回収タンク610に回収される。
Since the base substrate 800 rotates at 5 to 300 revolutions / minute, the flux 911 dropped onto the base substrate 800 spreads from the center of the base substrate 800 toward the outer periphery by centrifugal force and adheres to the surface without unevenness. Since new flux 911 is successively supplied to the base substrate 800, a gallium nitride single crystal, which is a group III element nitride single crystal, sequentially grows on the surface of the base substrate 800.
Since the base substrate 800 is rotating, excess flux 911 scatters from the outer periphery of the base substrate 800 and is collected in the receiving groove portion 122 of the curved collection portion 600 of the lower portion 110 of the reaction chamber 100, via the collection pipe 620. It is recovered in the recovery tank 610.

ベース基板800に供給されるフラックス911は、常に新しいものであるので、その濃度は常に一定であり、III 族元素窒化物単結晶である窒化ガリウム単結晶の成長に伴って濃度が低くなり,成長が停止するという従来の問題点は本発明の実施の形態に係るIII 族元素窒化物単結晶の製造装置には存在しない。
また、余分なフラックス911は回収部600によって回収されるので、濃度を調整した上での再利用が可能になる。
Since the flux 911 supplied to the base substrate 800 is always new, the concentration is always constant, and the concentration decreases as the gallium nitride single crystal, which is a group III element nitride single crystal , grows. The conventional problem of stopping is not present in the group III element nitride single crystal manufacturing apparatus according to the embodiment of the present invention.
Further, since the excess flux 911 is recovered by the recovery unit 600, it can be reused after adjusting the concentration.

以下のような条件で実験1〜実験3を行なった。 Experiments 1 to 3 were performed under the following conditions.

実験1
Ga:フラックス=30:70 単位:重量%
フラックス重量 Ga:3.19(g)
Na:2.37(g)
Li:0.08(g)
フラックス混合比
Na:90(%)
Li:10(%)
フラックス滴下量:5.64g/分
使用基板:株式会社パウデック製 HVPE GaNエピタキシャルウエハ
育成圧力:0.98Mpa
育成時間:60分
育成温度:800℃
基板回転数:300回転/分
窒素含有ガス:窒素ガス
Experiment 1
Ga: Flux = 30: 70 Unit:% by weight
Flux weight Ga: 3.19 (g)
Na: 2.37 (g)
Li: 0.08 (g)
Flux mixing ratio
Na: 90 (%)
Li: 10 (%)
Flux dripping amount: 5.64 g / min Substrate used: HVPE GaN epitaxial wafer manufactured by Paudec Co., Ltd. Growth pressure: 0.98 Mpa
Growth time: 60 minutes Growth temperature: 800 ° C
Substrate rotation speed: 300 rotations / minute Nitrogen-containing gas: Nitrogen gas

実験2
Ga:フラックス=30:70 単位:重量%
フラックス重量 Ga:3.17(g)
Na:2.31(g)
Li:0.13(g)
フラックス混合比
Na:85(%)
Li:15(%)
フラックス滴下量:5.61g/分
使用基板:株式会社パウデック製 HVPE GaNエピタキシャルウエハ
育成圧力:0.98Mpa
育成時間:60分
育成温度:800℃
基板回転数:300回転/分
窒素含有ガス:窒素ガス
Experiment 2
Ga: Flux = 30: 70 Unit:% by weight
Flux weight Ga: 3.17 (g)
Na: 2.31 (g)
Li: 0.13 (g)
Flux mixing ratio
Na: 85 (%)
Li: 15 (%)
Flux dripping amount: 5.61 g / min Substrate used: HVPE GaN epitaxial wafer manufactured by Paudec Co., Ltd. Growth pressure: 0.98 Mpa
Growth time: 60 minutes Growth temperature: 800 ° C
Substrate rotation speed: 300 rotations / minute Nitrogen-containing gas: Nitrogen gas

実験3
Ga:フラックス=30:70 単位:重量%
フラックス重量 Ga:3.05(g)
Na:2.17(g)
Li:0.177(g)
フラックス混合比
Na:80(%)
Li:20(%)
フラックス滴下量:5.40g/分
使用基板:株式会社パウデック製 HVPE GaNエピタキシャルウエハ
育成圧力:0.98Mpa
育成時間:60分
育成温度:800℃
板回転数:300回転/分
窒素含有ガス:窒素ガス
Experiment 3
Ga: Flux = 30: 70 Unit:% by weight
Flux weight Ga: 3.05 (g)
Na: 2.17 (g)
Li: 0.177 (g)
Flux mixing ratio
Na: 80 (%)
Li: 20 (%)
Flux dripping amount: 5.40 g / min Substrate used: HVPE GaN epitaxial wafer manufactured by Paudec Co., Ltd. Growth pressure: 0.98 Mpa
Growth time: 60 minutes Growth temperature: 800 ° C
Plate rotation speed: 300 rev / min Nitrogen-containing gas: Nitrogen gas

上記実験1〜3では、ベース基板800の表面にIII 族元素窒化物単結晶である窒化ガリウム単結晶(GaN単結晶)を成長させることに成功した。
図4は実験1で、図5は実験2で、図6は実験3で得られた均一なGaN単結晶の断面の電子顕微鏡写真である。
なお、各図の下側の黒色の部分がベース基板800の断面であり、その上側の灰色の部分がGaN単結晶の断面である。
また、各図の倍率は、図4が15000倍、図5が5000倍、図6は10000倍になっている。各図で倍率が異なるのは、ベース基板800の表面に成長したGaN単結晶の厚みが異なるので、同一倍率にすると、GaN単結晶が不明確になるという不具合を避けるためである。
In the above experiments 1 to 3, a gallium nitride single crystal (GaN single crystal) that is a group III element nitride single crystal was successfully grown on the surface of the base substrate 800.
4 is an experiment 1, FIG. 5 is an experiment 2, and FIG. 6 is an electron micrograph of a cross section of a uniform GaN single crystal obtained in experiment 3.
In addition, the black part below each figure is a cross section of the base substrate 800, and the gray part above it is a cross section of the GaN single crystal.
Further, the magnification of each figure is 15000 times in FIG. 4, 5000 times in FIG. 5, and 10,000 times in FIG. The reason why the magnification is different in each figure is to avoid a problem that the GaN single crystal becomes unclear when the same magnification is used because the thickness of the GaN single crystal grown on the surface of the base substrate 800 is different.

また、実験1及び実験2の対照実験として対照実験A及び対照実験Bを行なった。
対照実験A及び対照実験Bは、実験1及び実験2でベース基板800を300回転/分で回転させていたのに対し、ベース基板800をまったく回転させない静止状態としたものである。ベース基板800の回転以外の条件は、それぞれ実験1及び実験2に準じている。
Moreover, the control experiment A and the control experiment B were performed as a control experiment of experiment 1 and experiment 2.
In the control experiment A and the control experiment B, the base substrate 800 was rotated at 300 revolutions / minute in Experiments 1 and 2, whereas the base substrate 800 was not rotated at all. Conditions other than the rotation of the base substrate 800 are in accordance with Experiment 1 and Experiment 2, respectively.

図7は対照実験Aの、図8は対照実験Bのベース基板800の断面の電子顕微鏡写真である。
な、図7及び図8からは、回転していない静止状態のベース基板800上にフラックス911を滴下させたとしても、ベース基板800の表面にIII 族元素窒化物単結晶である窒化ガリウム単結晶(GaN単結晶)はまったく成長しないことがわかる。
このGaN多結晶の電子顕微鏡写真(倍率1000倍)及び模式図を図9に示す。
ベース基板800の表面に窒化ガリウム単結晶(GaN単結晶)がまったく成長しない理由は、ベース基板800の表面に蓋のようなGaN多結晶が形成され、その結果、ベース基板800の上に窒素が到達しないためと推測される。
すなわち、ベース基板800を水平回転させることで、ベース基板800の上に滴下されたフラックス911が薄く均一な膜状に拡がり、蓋のようなGaN多結晶が生成されない。その結果、均一なGaN単結晶がベース基板800の表面に成長すると考えられる。なお、図7及び図9は、図9に示したGaN多結晶を除去した状態での電子顕微鏡写真である。
FIG. 7 is an electron micrograph of a cross section of the base substrate 800 of the control experiment A and FIG. 8 is a control experiment B.
7 and 8, even if the flux 911 is dropped on the stationary base substrate 800 that is not rotating , a gallium nitride single crystal that is a group III element nitride single crystal is formed on the surface of the base substrate 800. It can be seen that (GaN single crystal) does not grow at all.
An electron micrograph (magnification 1000 times) and a schematic diagram of this GaN polycrystal are shown in FIG.
The reason why a gallium nitride single crystal (GaN single crystal) does not grow at all on the surface of the base substrate 800 is that a GaN polycrystal like a lid is formed on the surface of the base substrate 800, and as a result, nitrogen is formed on the base substrate 800. It is estimated that it does not reach.
That is, by rotating the base substrate 800 horizontally, the flux 911 dropped on the base substrate 800 spreads into a thin and uniform film, and a GaN polycrystal like a lid is not generated. As a result, it is considered that a uniform GaN single crystal grows on the surface of the base substrate 800. 7 and 9 are electron micrographs with the GaN polycrystal shown in FIG. 9 removed.

また、ベース基板800を回転数以外の条件を等しくし、回転数を2000回転/分とした対照実験も行ったが、この対照実験ではベース基板800の表面にGaN単結晶を成長させることはできなかった
ベース基板800を2000回転/分という高速で回転させると、GaN単結晶が成長するよりも早く、フラックス911がベース基板800の表面から飛び散ってしまうことが原因と考えられる。
In addition, a control experiment was performed in which the conditions other than the rotation speed of the base substrate 800 were made equal and the rotation speed was 2000 rotations / minute. In this control experiment, a GaN single crystal could be grown on the surface of the base substrate 800. There wasn't .
When the base substrate 800 is rotated at a high speed of 2000 revolutions / minute, it is considered that the flux 911 is scattered from the surface of the base substrate 800 faster than the growth of the GaN single crystal.

100 反応室
200 回転駆動部
300 滴下部
400 加熱部
500 窒素含有ガス導入部
800 ベース基板
910 混合溶液
911 フラックス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Reaction chamber 200 Rotation drive part 300 Dripping part 400 Heating part 500 Nitrogen-containing gas introduction part 800 Base substrate 910 Mixed solution 911 Flux

Claims (5)

ナトリウム(Na)と、リチウム(Li)、カルシウム(Ca)、カリウム(K)、ストロンチウム(Sr)およびマグネシウム(Mg)からなる群から選択される少なくとも一つの元素と、ガリウム(Ga)との混合溶液を加熱してフラックスを形成し、
反応室に窒素含有ガスを導入して、前記反応室内の内部圧力を0.5MPa〜5.0MPaにし、前記フラックス中のガリウム(Ga)と窒素とを反応させて窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させており、
前記反応室内の雰囲気温度を700℃〜900℃に維持し、ベース基板を水平回転させつつ、当該ベース基板上に上から前記フラックスを滴下させて前記窒化ガリウム(GaN)単結晶を成長させる窒化ガリウム単結晶の製造方法
A mixture of sodium (Na), at least one element selected from the group consisting of lithium (Li), calcium (Ca), potassium (K), strontium (Sr), and magnesium (Mg), and gallium (Ga) The solution is heated to form a flux,
A nitrogen-containing gas is introduced into the reaction chamber, the internal pressure in the reaction chamber is set to 0.5 MPa to 5.0 MPa, and gallium (Ga) and nitrogen in the flux are reacted to form a gallium nitride (GaN) single crystal. Growing,
Gallium nitride that grows the gallium nitride (GaN) single crystal by maintaining the atmospheric temperature in the reaction chamber at 700 ° C. to 900 ° C. and horizontally rotating the base substrate while dropping the flux on the base substrate from above. A method for producing a single crystal .
前記混合溶液を550℃〜650℃に加熱し、前記フラックスを形成する請求項1記載の窒化ガリウム単結晶の製造方法 The method for producing a gallium nitride single crystal according to claim 1, wherein the mixed solution is heated to 550 ° C. to 650 ° C. to form the flux . 前記窒素含有ガスが、窒素(N2 )ガス、アンモニア(NH3 )ガス、混合ガスからなる群から選択される少なくとも一つであり、前記混合ガスは窒素(N2 )ガスとアンモニア(NH3 )ガスとの混合ガスである請求項1又は2記載の窒化ガリウム単結晶の製造方法The nitrogen-containing gas is at least one selected from the group consisting of nitrogen (N 2 ) gas, ammonia (NH 3 ) gas, and mixed gas, and the mixed gas includes nitrogen (N 2 ) gas and ammonia (NH 3). 3) The method for producing a gallium nitride single crystal according to claim 1 or 2, which is a mixed gas with a gas. 前記フラックスを1g/分〜10g/分で滴下する請求項1〜3のいずれかに記載の窒化ガリウム単結晶の製造方法 The method for producing a gallium nitride single crystal according to any one of claims 1 to 3, wherein the flux is dropped at 1 g / min to 10 g / min . III 族元素窒化物単結晶の製造装置であって、
ベース基板上にIII 族元素窒化物単結晶が製造される反応室と、
アルカリ金属およびアルカリ土類金属からなる群から選択される少なくとも一つの金属元素と、ガリウム(Ga)、アルミニウム(Al)およびインジウム(In)からなる群から選択される少なくとも一つのIII 族元素との混合溶液を加熱してフラックスにするために前記反応室を加熱する加熱部と、
前記反応室中に前記フラックス中のIII 族元素と窒素とを反応させるために窒素含有ガスを導入する窒素含有ガス導入部と、
前記ベース基板を前記反応室内で水平回転させる回転駆動部と、
前記ベース基板の上から前記フラックスを滴下させる滴下部と、
前記反応室に設けられており且つ前記ベース基板から振り落とされたフラックスを回収する回収部とを具備したIII 族元素窒化物単結晶の製造装置。
An apparatus for producing a group III element nitride single crystal,
A reaction chamber in which a group III element nitride single crystal is produced on a base substrate;
At least one metal element selected from the group consisting of alkali metals and alkaline earth metals and at least one group III element selected from the group consisting of gallium (Ga), aluminum (Al) and indium (In) A heating unit for heating the reaction chamber to heat the mixed solution into a flux;
A nitrogen-containing gas introduction part for introducing a nitrogen-containing gas in order to react the group III element in the flux and nitrogen in the reaction chamber;
A rotation drive unit for horizontally rotating the base substrate in the reaction chamber;
A dropping unit for dropping the flux from above the base substrate;
An apparatus for producing a group III element nitride single crystal, comprising: a recovery unit that is provided in the reaction chamber and recovers the flux shaken off from the base substrate .
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