JP6831536B2 - Manufacturing method of aluminum nitride crystal - Google Patents

Manufacturing method of aluminum nitride crystal Download PDF

Info

Publication number
JP6831536B2
JP6831536B2 JP2017028170A JP2017028170A JP6831536B2 JP 6831536 B2 JP6831536 B2 JP 6831536B2 JP 2017028170 A JP2017028170 A JP 2017028170A JP 2017028170 A JP2017028170 A JP 2017028170A JP 6831536 B2 JP6831536 B2 JP 6831536B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
crucible
aln
crystal
aluminum nitride
raw material
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2017028170A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2018131367A (en
Inventor
一成 佐藤
一成 佐藤
忠昭 金子
忠昭 金子
晃嗣 芦田
晃嗣 芦田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kwansei Gakuin Educational Foundation
Sumitomo Electric Industries Ltd
Original Assignee
Kwansei Gakuin Educational Foundation
Sumitomo Electric Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kwansei Gakuin Educational Foundation, Sumitomo Electric Industries Ltd filed Critical Kwansei Gakuin Educational Foundation
Priority to JP2017028170A priority Critical patent/JP6831536B2/en
Publication of JP2018131367A publication Critical patent/JP2018131367A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP6831536B2 publication Critical patent/JP6831536B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)

Description

本発明は、窒化アルミニウム結晶およびその製造方法に関する。 The present invention relates to an aluminum nitride crystal and a method for producing the same.

国際公開第2010/084863号(特許文献1)は、耐久性を有しかつ坩堝の外部からの不純物の混入が抑制された窒化物半導体結晶をするために、原料を内部に配置するための坩堝と、坩堝の外周に配置され坩堝の内部を加熱するための加熱部と、坩堝と加熱部との間に配置された被覆部とを備え、被覆部は、坩堝に対向する側に形成され原料の融点よりも高い融点の金属よりなる第1の層と、第1の層の外周部に形成されかつ第1の層を構成する金属の炭化物よりなる第2の層とを含む窒化物半導体結晶の製造装置、それを用いた窒化物半導体結晶の製造方法、およびそれらにより製造された窒化物半導体結晶を開示する。 International Publication No. 2010/084863 (Patent Document 1) describes a crucible for arranging raw materials inside in order to produce a nitride semiconductor crystal having durability and suppressing contamination of impurities from the outside of the crucible. A heating portion arranged on the outer periphery of the crucible to heat the inside of the crucible and a covering portion arranged between the crucible and the heating portion are provided, and the covering portion is formed on the side facing the crucible and is a raw material. Nitride semiconductor crystal containing a first layer made of a metal having a melting point higher than the melting point of the first layer and a second layer made of a carbide of a metal formed on the outer peripheral portion of the first layer and forming the first layer. The production apparatus of the above, a method for producing a nitride semiconductor crystal using the same, and a nitride semiconductor crystal produced by them are disclosed.

国際公開第2010/084863号International Publication No. 2010/084863

国際公開第2010/084863号(特許文献1)で開示された窒化物半導体結晶の製造装置および製造方法においては、坩堝と加熱部との間に配置された被覆部が存在するため、製造する窒化物半導体結晶のサイズが大きくなるほど、被覆部の内径が大きくなり、製造装置の大型化による被覆部の自重の増大および繰り返し昇降温による被覆部の劣化が激しく、製造装置の長期安定性および製造する窒化物半導体結晶の再現性に問題があった。 In the nitride semiconductor crystal manufacturing apparatus and manufacturing method disclosed in International Publication No. 2010/084863 (Patent Document 1), since there is a covering portion arranged between the pit and the heating portion, the nitride to be manufactured is produced. As the size of the product semiconductor crystal increases, the inner diameter of the coating part increases, the weight of the coating part increases due to the increase in size of the manufacturing equipment, and the coating part deteriorates severely due to repeated elevating and lowering temperatures. There was a problem in the reproducibility of the nitride semiconductor crystal.

そこで、被覆部などの複雑な構造を有する製造装置を用いることなく製造できる不純物元素であるシリコンおよび炭素が少ない結晶品質の高い窒化アルミニウム結晶およびその製造方法を提供することを目的とする。 Therefore, it is an object of the present invention to provide a high crystal quality aluminum nitride crystal having a small amount of silicon and carbon, which are impurity elements, which can be produced without using a production apparatus having a complicated structure such as a coating portion, and a method for producing the same.

本発明の一態様にかかる窒化アルミニウム結晶は、不純物元素として、1×1019cm-3未満のシリコンと、1×1019cm-3未満の炭素と、1×1016cm-3以上のタンタルと、を含む。 Aluminum nitride crystal according to one aspect of the present invention, as the impurity element, 1 × and 10 19 cm -3 than silicon, 1 × 10 19 cm -3 less carbon, 1 × 10 16 cm -3 or more tantalum And, including.

本発明の一態様にかかる窒化アルミニウム結晶の製造方法は、窒化アルミニウム原料および下地基板を内部に配置するための坩堝と、坩堝を加熱するための加熱体と、坩堝および加熱体を内部に配置するための反応容器と、を備える製造装置を準備する工程と、坩堝内に窒化アルミニウム原料および下地基板を配置する工程と、窒化アルミニウム原料を昇華させて下地基板上に窒化アルミニウム結晶を成長させる工程と、を備え、坩堝は、Ta2CおよびTa5Si3の少なくともいずれかにより被覆されており、加熱体および反応容器がシリコンおよび炭素を含有しない。 In the method for producing an aluminum nitride crystal according to one aspect of the present invention, a pit for arranging an aluminum nitride raw material and a base substrate inside, a heating body for heating the pit, and a pit and a heating body are arranged inside. A step of preparing a manufacturing apparatus equipped with a reaction vessel for silicon, a step of arranging an aluminum nitride raw material and a base substrate in a pit, and a step of sublimating the aluminum nitride raw material to grow aluminum nitride crystals on the base substrate. , The pit is coated with at least one of Ta 2 C and Ta 5 Si 3 , and the heating body and reaction vessel do not contain silicon and carbon.

上記によれば、被覆部などの複雑な構造を有する製造装置を用いることなく製造できる不純物元素であるシリコンおよび炭素が少ない結晶品質の高い窒化アルミニウム結晶およびその製造方法を提供できる。 According to the above, it is possible to provide an aluminum nitride crystal having high crystal quality and low in silicon and carbon, which are impurity elements, which can be produced without using a production apparatus having a complicated structure such as a coating portion, and a method for producing the same.

図1は、本発明の一形態にかかる窒化アルミニウム結晶の製造方法を示すフローチャートである。FIG. 1 is a flowchart showing a method for producing an aluminum nitride crystal according to an embodiment of the present invention. 図2は、本発明の一態様にかかる窒化アルミニウム結晶の製造に用いられる製造装置の一例を示す概略断面図である。FIG. 2 is a schematic cross-sectional view showing an example of a manufacturing apparatus used for manufacturing an aluminum nitride crystal according to an aspect of the present invention.

[本発明の実施形態の説明]
最初に本発明の実施態様を列記して説明する。
[Explanation of Embodiments of the Present Invention]
First, embodiments of the present invention will be listed and described.

[1]本発明の一実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶は、不純物元素として、1×1019cm-3未満のシリコンと、1×1019cm-3未満の炭素と、1×1016cm-3以上のタンタルと、を含む。本実施形態の窒化アルミニウム結晶は、シリコンおよび炭素の含有量が少ないため、高い結晶品質を有する。 [1] Aluminum nitride crystal according to an embodiment of the present invention, as the impurity element, and 1 × 10 19 cm -3 than silicon, and less than 1 × 10 19 cm -3 carbon, 1 × 10 16 cm - Includes 3 or more tantalum and. The aluminum nitride crystal of the present embodiment has high crystal quality because of its low content of silicon and carbon.

[2]本実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶は、不純物元素として、1×1017cm-3未満の酸素をさらに含むことができる。かかる窒化アルミニウム結晶は、酸素の含有量が少ないため、高い熱伝導率および高いヤング率を有する。 [2] The aluminum nitride crystal according to the present embodiment can further contain oxygen of less than 1 × 10 17 cm -3 as an impurity element. Such aluminum nitride crystals have a high thermal conductivity and a high Young's modulus due to the low oxygen content.

[3]本実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶は、X線回折のロッキングカーブ測定における(0002)面についての最大回折ピークの半値幅を100arcsec未満とすることができる。かかる窒化アルミニウム結晶は、最大回折ピークの半値幅が小さいため、高い結晶品質を有する。 [3] In the aluminum nitride crystal according to the present embodiment, the half width of the maximum diffraction peak for the (0002) plane in the rocking curve measurement of X-ray diffraction can be set to less than 100 arcsec. Such an aluminum nitride crystal has a high crystal quality because the half width of the maximum diffraction peak is small.

[4]本実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶は、主表面の算術平均粗さRaを1nm未満とすることができる。かかる窒化アルミニウム結晶は、主表面の算術平均粗さRaが小さいため、かかる主表面を用いることにより、高品質なエピタキシャル膜の形成が可能となり、また、異種材料との接合において強固な接合の形成が可能となる。 [4] The aluminum nitride crystal according to the present embodiment can have an arithmetic average roughness Ra of the main surface of less than 1 nm. Since such an aluminum nitride crystal has a small arithmetic mean roughness Ra of the main surface, it is possible to form a high-quality epitaxial film by using such a main surface, and also to form a strong bond in bonding with different materials. Is possible.

[5]本実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶は、不純物元素として、1×1019cm-3未満のシリコンと、1×1019cm-3未満の炭素と、1×1017cm-3未満の酸素と、1×1016cm-3以上のタンタルと、を含み、X線回折のロッキングカーブ測定における(0002)面についての最大回折ピークの半値幅を100arcsec未満とし、主表面の算術平均粗さRaが1nm未満とすることができる。かかる窒化アルミニウム結晶は、高い結晶品質を有し、特に高い熱伝導率および高いヤング率を有する。 [5] The aluminum nitride crystal according to this embodiment, as the impurity element, 1 and silicon less than × 10 19 cm -3, and less than 1 × 10 19 cm -3 carbon, less than 1 × 10 17 cm -3 It contains oxygen and tantalum of 1 × 10 16 cm -3 or more, and the half-value width of the maximum diffraction peak for the (0002) plane in the rocking curve measurement of X-ray diffraction is set to less than 100 arcsec, and the arithmetic average roughness of the main surface is set. Ra can be less than 1 nm. Such aluminum nitride crystals have high crystal quality, particularly high thermal conductivity and high Young's modulus.

[6]本発明の一実施形態にかかる窒化アルミニウム結晶の製造方法は、窒化アルミニウム原料および下地基板を内部に配置するための坩堝と、坩堝を加熱するための加熱体と、坩堝および加熱体を内部に配置するための反応容器と、を備える製造装置を準備する工程と、坩堝内に窒化アルミニウム原料および下地基板を配置する工程と、窒化アルミニウム原料を昇華させて下地基板上に窒化アルミニウム結晶を成長させる工程と、を備え、坩堝はTa2CおよびTa5Si3の少なくともいずれかにより被覆されており、加熱体および反応容器はシリコンおよび炭素を含有しない。本実施形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、シリコンおよび炭素の含有量が少なく結晶品質が高い窒化アルミニウム結晶を安定して再現性よく製造できる。 [6] In the method for producing an aluminum nitride crystal according to an embodiment of the present invention, a pit for arranging an aluminum nitride raw material and a base substrate inside, a heating body for heating the pit, and a pit and a heating body are used. A step of preparing a manufacturing apparatus including a reaction vessel for arranging inside, a step of arranging an aluminum nitride raw material and a base substrate in a pit, and a step of sublimating the aluminum nitride raw material to form an aluminum nitride crystal on the base substrate. With a step of growing, the pit is coated with at least one of Ta 2 C and Ta 5 Si 3 , and the heater and reaction vessel are silicon and carbon free. The method for producing an aluminum nitride crystal of the present embodiment can stably produce an aluminum nitride crystal having a low content of silicon and carbon and high crystal quality with good reproducibility.

[本発明の実施形態の詳細]
<窒化アルミニウム結晶>
本実施形態にかかるAlN(窒化アルミニウム)結晶は、不純物元素として、1×1019cm-3未満のSi(シリコン)と、1×1019cm-3未満のC(炭素)と、1×1016cm-3以上のTa(タンタル)を含む。本実施形態のAlN結晶は、SiおよびCの含有量がそれぞれ1×1019cm-3未満と少ないため、高い結晶品質を有する。
[Details of Embodiments of the present invention]
<Aluminum nitride crystal>
AlN (aluminum nitride) crystal according to the present embodiment, as the impurity element, and 1 × 10 19 cm -3 of less than Si (silicon), less than 1 × 10 19 cm -3 and C (carbon), 1 × 10 Includes Ta (tantal) of 16 cm -3 or more. The AlN crystal of the present embodiment has high crystal quality because the Si and C contents are as small as less than 1 × 10 19 cm -3, respectively.

(シリコンの含有量)
AlN結晶中のSi(シリコン)の含有量は、結晶品質が高い観点から、1×1019cm-3未満であり、1×1018cm-3以下が好ましく、1×1017cm-3以下がより好ましい。AlN結晶中のSiの含有量は、ダイナミックSIMS(二次イオン質量分析法)により測定する。
(Silicon content)
The content of Si (silicon) in the AlN crystal is less than 1 × 10 19 cm -3 , preferably 1 × 10 18 cm -3 or less, preferably 1 × 10 17 cm -3 or less, from the viewpoint of high crystal quality. Is more preferable. The content of Si in the AlN crystal is measured by dynamic SIMS (secondary ion mass spectrometry).

(炭素の含有量)
AlN結晶中のC(炭素)の含有量は、結晶品質が高い観点から、1×1019cm-3未満であり、1×1018cm-3以下が好ましく、1×1017cm-3以下がより好ましい。AlN結晶中のCの含有量は、ダイナミックSIMSにより測定する。
(Carbon content)
The content of C (carbon) in the AlN crystal is less than 1 × 10 19 cm -3 , preferably 1 × 10 18 cm -3 or less, preferably 1 × 10 17 cm -3 or less, from the viewpoint of high crystal quality. Is more preferable. The C content in the AlN crystal is measured by dynamic SIMS.

(タンタルの含有量)
AlN結晶中のTa(タンタル)の含有量は、後述する製造方法によるものであり、AlN結晶の半導体特性に悪影響をほとんど与えないため、Taの含有量は、1×1016cm-3以上であってもよい。AlN結晶中のTaの含有量は、高い結晶品質を維持する観点から、1×1019cm-3以下が好ましく、1×1018cm-3以下がより好ましい。AlN結晶中のTaの含有量は、ダイナミックSIMSにより測定する。
(Tantalum content)
The Ta (tantalum) content in the AlN crystal is based on the manufacturing method described later and has almost no adverse effect on the semiconductor characteristics of the AlN crystal. Therefore, the Ta content is 1 × 10 16 cm -3 or more. There may be. The content of Ta in the AlN crystal is preferably 1 × 10 19 cm -3 or less, and more preferably 1 × 10 18 cm -3 or less, from the viewpoint of maintaining high crystal quality. The Ta content in the AlN crystal is measured by dynamic SIMS.

(酸素の含有量)
AlN結晶中のO(酸素)の含有量は、熱伝導率およびヤング率が高い観点から、1×1017cm-3未満が好ましい。AlN結晶中のOの含有量は、ダイナミックSIMSにより測定する。
(Oxygen content)
The content of O (oxygen) in the AlN crystal is preferably less than 1 × 10 17 cm -3 from the viewpoint of high thermal conductivity and Young's modulus. The content of O in the AlN crystal is measured by dynamic SIMS.

(X線回折のロッキングカーブ測定における最大回折ピークの半値幅)
AlN結晶は、結晶品質が高い観点から、X線回折のロッキングカーブ測定における(0002)面についての最大回折ピークの半値幅が、100arcsec未満が好ましく、70arcsec以下がより好ましい。
(Half width of maximum diffraction peak in X-ray diffraction locking curve measurement)
From the viewpoint of high crystal quality, the full width at half maximum of the maximum diffraction peak for the (0002) plane in the X-ray diffraction locking curve measurement is preferably less than 100 arcsec, and more preferably 70 arcsec or less.

(主表面の算術平均粗さRa)
AlN結晶は、高品質なエピタキシャル膜を形成する、および/または、異種材料との強固な接合を形成する観点から、主表面の算術平均粗さRaが、1nm未満が好ましく、0.7nm以下がより好ましい。ここで、主表面の算術平均粗さRaは、JIS B0601:2013に規定される算術平均粗さRaをいい、AFM(原子間力顕微鏡)により測定する。
(Arithmetic Mean Roughness Ra on the main surface)
The Arithmetic Mean Roughness Ra of the main surface of the AlN crystal is preferably less than 1 nm, preferably 0.7 nm or less, from the viewpoint of forming a high-quality epitaxial film and / or forming a strong bond with different materials. More preferred. Here, the arithmetic mean roughness Ra of the main surface refers to the arithmetic average roughness Ra defined in JIS B0601: 2013, and is measured by an AFM (atomic force microscope).

(熱伝導率)
AlN結晶は、これを基板として発光デバイスまたは電子デバイスを作製する際の放熱性を高める観点から、熱伝導率が、150W・m-1・K-1以上が好ましく、160W・m-1・K-1以上がより好ましい。AlN結晶は、Oの含有量を低減することにより、熱伝導率を高めることができる。熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により測定する。
(Thermal conductivity)
The AlN crystal preferably has a thermal conductivity of 150 W · m -1 · K -1 or more, preferably 160 W · m -1 · K, from the viewpoint of enhancing heat dissipation when manufacturing a light emitting device or an electronic device using the AlN crystal as a substrate. -1 or more is more preferable. The thermal conductivity of AlN crystals can be increased by reducing the O content. Thermal conductivity is measured by laser flash method.

(ヤング率)
AlN結晶は、これを基板として発光デバイスまたは電子デバイスを作製する際の堅牢性を高める観点から、ヤング率が、150GPa以上が好ましく、170GPa以上がより好ましい。AlN結晶は、Oの含有量を低減することにより、ヤング率を高めることができる。ヤング率は、共振法により測定する。
(Young's modulus)
The Young's modulus of the AlN crystal is preferably 150 GPa or more, more preferably 170 GPa or more, from the viewpoint of enhancing the robustness when producing a light emitting device or an electronic device using the AlN crystal as a substrate. The Young's modulus of the AlN crystal can be increased by reducing the O content. Young's modulus is measured by the resonance method.

<窒化アルミニウム結晶の製造方法>
図1および図2を参照して、本実施形態にかかるAlN(窒化アルミニウム)結晶の製造方法は、AlN原料15および下地基板10を内部に配置するための坩堝23と、坩堝23を加熱するための加熱体25と、坩堝23および加熱体25を内部に配置するための反応容器21と、を備える製造装置20を準備する工程S10と、坩堝23内にAlN原料15および下地基板10を配置する工程S20と、AlN原料15を昇華させて下地基板10上にAlN結晶11を成長させる工程S30と、を備え、坩堝23はTa2CおよびTa5Si3の少なくともいずれかにより被覆されており、加熱体25および反応容器21はSi(シリコン)およびC(炭素)を含有しない。本実施形態の窒化アルミニウム結晶の製造方法は、SiおよびC含有量が少なく結晶品質が高い窒化アルミニウム結晶を安定して再現性よく製造できる。
<Manufacturing method of aluminum nitride crystal>
With reference to FIGS. 1 and 2, the method for producing an AlN (aluminum nitride) crystal according to the present embodiment is for heating the pit 23 for arranging the AlN raw material 15 and the base substrate 10 inside, and the pit 23 for heating the pit 23. Step S10 for preparing the manufacturing apparatus 20 including the heating body 25, the pit 23, and the reaction vessel 21 for arranging the heating body 25 inside, and arranging the AlN raw material 15 and the base substrate 10 in the pit 23. A step S20 and a step S30 of sublimating the AlN raw material 15 to grow the AlN crystal 11 on the base substrate 10 are provided, and the 坩 堝 23 is covered with at least one of Ta 2 C and Ta 5 Si 3 . The heating body 25 and the reaction vessel 21 do not contain Si (silicon) and C (carbon). The method for producing an aluminum nitride crystal of the present embodiment can stably produce an aluminum nitride crystal having a low Si and C content and high crystal quality with good reproducibility.

(製造装置を準備する工程)
製造装置を準備する工程S10において、AlN原料15および下地基板10を内部に配置するための坩堝23と、坩堝23を加熱するための加熱体25と、坩堝23および加熱体25を内部に配置するための反応容器21と、を備える製造装置20を準備する。
(Process to prepare manufacturing equipment)
In the step S10 of preparing the manufacturing apparatus, the crucible 23 for arranging the AlN raw material 15 and the base substrate 10 inside, the heating body 25 for heating the crucible 23, and the crucible 23 and the heating body 25 are arranged inside. A manufacturing apparatus 20 including a reaction vessel 21 for the purpose is prepared.

坩堝23は、結晶品質の高いAlN結晶を安定して成長させる観点およびAlN結晶の成長の際のOの取り込みを抑制してAlN結晶中のOの含有量を低減する観点から、Ta2CおよびTa5Si3の少なくともいずれかにより被覆されている。かかるTa2C被覆層およびTa5Si3被覆層の厚さは、特に制限はないが、結晶品質の高いAlN結晶を安定して成長させる観点および成長させるAlN結晶中のOの含有量を低減する観点から、100μm以上1000μm以下が好ましく、200μm以上800μm以下がより好ましい。ここで、被覆層を形成する材料がTa2CおよびTa5Si3のいずれであるかは、X線回折法により同定する。また、被覆層の厚さは、X線反射率法により測定する。 The crucible 23 has Ta 2 C and Ta 2 C from the viewpoint of stably growing an AlN crystal having high crystal quality and suppressing the uptake of O during the growth of the AlN crystal to reduce the content of O in the AlN crystal. It is coated with at least one of Ta 5 Si 3 . The thickness of the Ta 2 C coating layer and the Ta 5 Si 3 coating layer is not particularly limited, but from the viewpoint of stably growing an AlN crystal having high crystal quality and reducing the content of O in the growing AlN crystal. From the viewpoint of the above, 100 μm or more and 1000 μm or less are preferable, and 200 μm or more and 800 μm or less are more preferable. Here, whether the material forming the coating layer is Ta 2 C or Ta 5 Si 3 is identified by X-ray diffraction. The thickness of the coating layer is measured by the X-ray reflectivity method.

坩堝23の表面を被覆するTa2C被覆層の形成方法は、特に制限はなく、たとえば、Ta製またはTa合金製の坩堝に炭素(C)源を導入して0.15Pa以上0.30Pa以下の真空雰囲気中で2050K以上2600K以下の雰囲気温度で熱処理する。ここで、炭素源としては、特に制限はなく、アモルファスカーボン、グラファイトなどが用いられる。このようにして、Ta製またはTa合金製の坩堝の表面上にTa2C被覆層およびTaC被覆層がこの順に形成される。次いで、最表面に位置するTaC被覆層を研削、研磨、および/またはエッチングなどにより除去することにより、Ta2C被覆層が最表面に現れる。 The method for forming the Ta 2 C coating layer that covers the surface of the crucible 23 is not particularly limited. For example, a carbon (C) source is introduced into a crucible made of Ta or a Ta alloy and 0.15 Pa or more and 0.30 Pa or less. Heat treatment is performed at an atmospheric temperature of 2050 K or more and 2600 K or less in the vacuum atmosphere of. Here, the carbon source is not particularly limited, and amorphous carbon, graphite, or the like is used. In this way, Ta steel or Ta on the surface of the alloy crucible Ta 2 C coating layer and TaC coating layer are formed in this order. Then, the Ta 2 C coating layer located on the outermost surface is removed by grinding, polishing, and / or etching, so that the Ta 2 C coating layer appears on the outermost surface.

坩堝23の表面を被覆するTa5Si3被覆層の形成方法は、特に制限なく、たとえば、上記の方法によりTa製またはTa合金製の坩堝の表面上にTa2C被覆層およびTaC被覆層をこの順に形成する。次に、Ta2C被覆層およびTaC被覆層をこの順に形成された坩堝にケイ素(Si)源を導入して10Pa以下の真空雰囲気中で2275Kの雰囲気温度で熱処理する。ここで、ケイ素源としては、特に制限はなく、アモルファスシリコン、多結晶シリコン、単結晶シリコンなどが用いられる。これにより、TaC被覆層上にTa5Si3被覆層が形成されて、Ta5Si3被覆層が最表面に現れる。 The method for forming the Ta 5 Si 3 coating layer that covers the surface of the crucible 23 is not particularly limited, and for example, the Ta 2 C coating layer and the Ta C coating layer are formed on the surface of the crucible made of Ta or Ta alloy by the above method. It is formed in this order. Next, the Ta 2 C coating layer and the Ta C coating layer are heat-treated at an atmospheric temperature of 2275 K in a vacuum atmosphere of 10 Pa or less by introducing a silicon (Si) source into the crucible formed in this order. Here, the silicon source is not particularly limited, and amorphous silicon, polycrystalline silicon, single crystal silicon, and the like are used. Thus, is formed Ta 5 Si 3 coating layer on the TaC coating layer, Ta 5 Si 3 coating layer appears on the outermost surface.

なお、坩堝23は、排気口23cを有することが好ましい。坩堝23内部の不純物を排気口23cを通じて除去することができ、AlN結晶への不純物の混入を低減できる。 The crucible 23 preferably has an exhaust port 23c. Impurities inside the crucible 23 can be removed through the exhaust port 23c, and the mixing of impurities into the AlN crystal can be reduced.

加熱体25および反応容器21は、結晶品質の高いAlN結晶を安定して成長させる観点から、Si(シリコン)およびC(炭素)を含有しない材料で形成されている。SiおよびCを含有しないとは、不可避不純物として含有されるものを除いて実質的にSiおよびCを含有しないことをいい、具体的には、SiおよびCのそれぞれの含有量が1×1017cm-3未満であることをいう。加熱体25および反応容器21中の不可避不純物として含まれるSiおよびCの含有量は、特に制限はないが、ダイナミックSIMSにより測定できる。 The heating body 25 and the reaction vessel 21 are made of a material that does not contain Si (silicon) and C (carbon) from the viewpoint of stably growing AlN crystals having high crystal quality. The term "free of Si and C" means that it is substantially free of Si and C except for those contained as unavoidable impurities. Specifically, the respective contents of Si and C are 1 × 10 17 It means that it is less than cm -3 . The contents of Si and C contained as unavoidable impurities in the heating body 25 and the reaction vessel 21 are not particularly limited, but can be measured by dynamic SIMS.

加熱体25を形成する材料としては、SiおよびCを含有しない材料としてW(タングステン)、Ta(タンタル)などが挙げられ、Cを含有する材料としてグラファイトなどが挙げられる。また、反応容器21を形成する材料としては、SiおよびCを含有しない材料としてステンレス鋼、アルミナ(Al23)、スピネル(MgAl24)などが挙げられ、Siを含有する材料として石英(SiO2)、ムライト(3Al23・2SiO2〜2Al23・SiO2)などが挙げられる。 Examples of the material for forming the heating body 25 include W (tungsten) and Ta (tantalum) as materials that do not contain Si and C, and graphite and the like as materials that contain C. Examples of the material forming the reaction vessel 21 include stainless steel, alumina (Al 2 O 3 ), spinel (Mg Al 2 O 4 ) as a material containing no Si and C, and quartz as a material containing Si. (SiO 2), mullite (3Al 2 O 3 · 2SiO 2 ~2Al 2 O 3 · SiO 2) , and the like.

反応容器21の端部には、反応容器21の坩堝23の外部にキャリアガスを流すためのキャリアガス導入口21aおよびキャリアガス排出口21bと、坩堝23の下面および上面の温度を測定するための放射温度計29が設けられている。キャリアガスを流すことにより、反応容器21内の不純物を除去して、AlN結晶への不純物の混入を低減できる。キャリアガスとしてはN2(窒素)ガスが好適である。 At the end of the reaction vessel 21, a carrier gas introduction port 21a and a carrier gas discharge port 21b for flowing a carrier gas to the outside of the crucible 23 of the reaction vessel 21, and a temperature of the lower surface and the upper surface of the crucible 23 are measured. A radiation thermometer 29 is provided. By flowing the carrier gas, impurities in the reaction vessel 21 can be removed, and the mixing of impurities in the AlN crystal can be reduced. As the carrier gas, N 2 (nitrogen) gas is suitable.

製造装置20において、坩堝23を加熱するための加熱体25を加熱する方式は、特に制限はなく、高周波誘導加熱コイル(図示せず)を用いる誘導加熱方式、抵抗(図示せず)を用いる抵抗加熱方式などが好適に挙げられる。 In the manufacturing apparatus 20, the method of heating the heating body 25 for heating the crucible 23 is not particularly limited, and is an induction heating method using a high-frequency induction heating coil (not shown) and a resistor using a resistor (not shown). A heating method and the like are preferable.

(窒化アルミニウム原料および下地基板を配置する工程)
AlN(窒化アルミニウム)原料および下地基板を配置する工程S20において、坩堝23にAlN原料15および下地基板10を配置する。
(Process of arranging aluminum nitride raw material and base substrate)
In the step S20 of arranging the AlN (aluminum nitride) raw material and the base substrate, the AlN raw material 15 and the base substrate 10 are arranged in the crucible 23.

下地基板10上に成長させるAlN結晶11に不純物が混入するのを低減する観点から、AlN原料15は、特に制限はないが、AlN多結晶であることが好ましく、同じ製造装置20を用いて別の坩堝内にAlN原料のみを配置して、2300K〜2600Kに昇温させることにより、AlN原料を昇華させて得られるAlN多結晶であることがより好ましい。AlN原料15の純度は、特に制限はないが、成長させるAlN結晶11への混入を抑制する観点から、99.99質量%以上が好ましく、99.999質量%以上がより好ましい。AlN原料15の純度は、ICP−MS(結合誘導プラズマ−質量分析法)により測定する。 From the viewpoint of reducing contamination of the AlN crystal 11 grown on the base substrate 10, the AlN raw material 15 is not particularly limited, but is preferably an AlN polycrystal, and is separately used using the same manufacturing apparatus 20. It is more preferable that the AlN polycrystal is obtained by sublimating the AlN raw material by arranging only the AlN raw material in the pit and raising the temperature to 2300K to 2600K. The purity of the AlN raw material 15 is not particularly limited, but is preferably 99.99% by mass or more, more preferably 99.999% by mass or more, from the viewpoint of suppressing contamination with the grown AlN crystal 11. The purity of the AlN raw material 15 is measured by ICP-MS (inductively coupled plasma-mass spectrometry).

下地基板10は、特に制限はないが、結晶品質の高いAlN結晶11を成長させる観点から、4H−SiC(炭化ケイ素)基板、6H−SiC基板、Al23基板上AlNテンプレートなどが好適に挙げられる。 The base substrate 10 is not particularly limited, but a 4H-SiC (silicon carbide) substrate, a 6H-SiC substrate, an AlN template on an Al 2 O 3 substrate, or the like is preferable from the viewpoint of growing an AlN crystal 11 having high crystal quality. Can be mentioned.

AlN原料15および下地基板10の配置構造は、特に制限はなく、坩堝23内の下部にAlN原料15を配置し上部に下地基板10を配置するフェイスダウン構造(図2参照)であってもよく、坩堝内の下部に下地基板を配置し上部にAlN原料を配置するフェイスアップ構造(図示せず)であってもよい。 The arrangement structure of the AlN raw material 15 and the base substrate 10 is not particularly limited, and may be a face-down structure (see FIG. 2) in which the AlN raw material 15 is arranged in the lower part of the crucible 23 and the base substrate 10 is arranged in the upper part. , A face-up structure (not shown) may be used in which the base substrate is arranged in the lower part of the crucible and the AlN raw material is arranged in the upper part.

(窒化アルミニウム結晶を成長させる工程)
AlN(窒化アルミニウム)結晶を成長させる工程S30において、AlN原料15を昇華させて下地基板10上にAlN結晶を成長させる。AlN結晶を成長させる際の温度は、結晶品質の高いAlN結晶を効率よく成長させる観点から、坩堝23のAlN原料15側の温度を2200K〜2500Kとし、坩堝23の下地基板10側の温度をAlN原料15側の温度より1K〜100K低くすることが好ましい。また、AlN結晶への不純物の混入を低減する観点から、AlN結晶の成長の際、反応容器21内の坩堝23の外側にキャリアガスとしてN2ガスを、ガス分圧が101.3hPa〜1013hPa程度になるように流すことが好ましい。
(Step of growing aluminum nitride crystals)
In the step S30 for growing AlN (aluminum nitride) crystals, the AlN raw material 15 is sublimated to grow AlN crystals on the base substrate 10. From the viewpoint of efficiently growing AlN crystals with high crystal quality, the temperature on the AlN raw material 15 side of the pit 23 is set to 2200K to 2500K, and the temperature on the base substrate 10 side of the pit 23 is set to AlN. It is preferable that the temperature is 1K to 100K lower than the temperature on the raw material 15 side. Further, from the viewpoint of reducing the mixing of impurities into the AlN crystal, when the AlN crystal grows, N 2 gas is used as a carrier gas on the outside of the crucible 23 in the reaction vessel 21, and the gas partial pressure is about 101.3 hPa to 1013 hPa. It is preferable to flow so that

(実施例I)
実施例Iにおいては、結晶品質の高いAlN結晶を安定して再現性よく成長させるために好適な坩堝表面の被覆材料を選定するために、以下の検討を行なった。
(Example I)
In Example I, the following studies were carried out in order to select a suitable coating material for the crucible surface in order to stably grow AlN crystals having high crystal quality with good reproducibility.

まず、2インチ径のウエハを収容できる円筒形状のTa坩堝を3つ準備した。1つめのTa坩堝に、炭素源としてグラファイトを導入して、0.20Paの真空雰囲気中で2300Kの雰囲気温度で熱処理することにより、Ta坩堝の表面を厚さ100μmのTa2C層および厚さ100μmのTaC層でこの順に被覆して、Ta坩堝の最表面が厚さ100μmのTaC層で被覆されたTaC坩堝を形成した(例I−1)。2つめのTa坩堝に、上記と同様にしてTa坩堝の表面が厚さ100μmのTa2C層および厚さ100μmのTaC層でこの順に被覆されたTaC坩堝を形成した後、厚さ100μmのTaC層を研削および研磨により除去して上記厚さ100μmのTa2C層を表面に露出させることにより、Ta坩堝の最表面が厚さ100μmのTa2C層で被覆されたTa2C坩堝を形成した(例I−2)。3つめのTa坩堝に、上記と同様にしてTa坩堝の表面が厚さ100μmのTa2C層および厚さ100μmのTaC層でこの順に被覆されたTaC坩堝を形成した後、ケイ素源としてアモルファスシリコンを導入して、1.0Paの真空雰囲気中で2275Kの雰囲気温度で熱処理することにより、Ta坩堝の最表面が厚さ100μmのTa5Si3層で被覆されたTa5Si3坩堝を形成した(例I−3)。 First, three cylindrical Ta crucibles capable of accommodating a wafer having a diameter of 2 inches were prepared. By introducing graphite as a carbon source into the first Ta crucible and heat-treating it at an ambient temperature of 2300 K in a vacuum atmosphere of 0.20 Pa, the surface of the Ta crucible is coated with a Ta 2 C layer having a thickness of 100 μm and a thickness of 100 μm. The TaC crucible was coated with a 100 μm TaC layer in this order to form a TaC crucible in which the outermost surface of the Ta crucible was coated with a TaC layer having a thickness of 100 μm (Example I-1). The second of Ta crucible, after forming the a TaC crucible coated in this order in the TaC layer of Ta 2 C layer and thickness 100 [mu] m of the surface thickness of 100 [mu] m of Ta crucible in the same manner, a thickness of 100 [mu] m TaC by removing the layers by grinding and polishing to expose the surface of the Ta 2 C layer of the thickness of 100 [mu] m, forming a Ta 2 C crucible outermost surface covered with Ta 2 C layer having a thickness of 100 [mu] m of Ta crucible (Example I-2). In the third Ta crucible, a Ta C crucible whose surface is coated with a Ta 2 C layer having a thickness of 100 μm and a Ta C layer having a thickness of 100 μm in this order is formed in the same manner as above, and then amorphous silicon is used as a silicon source. Was introduced and heat-treated at an ambient temperature of 2275 K in a vacuum atmosphere of 1.0 Pa to form a Ta 5 Si 3 crucible whose outermost surface was covered with a Ta 5 Si 3 layer having a thickness of 100 μm. (Example I-3).

次に、例I−1〜例I−3で得られた各坩堝の内部において、低温部となる上部に下地基板である2インチ径の4H−SiC基板を配置し、高温部となる下部に純度が99.99質量%のAlN原料粉末を配置した。配置時(初期)の各成分のモル比は、AlN:SiC:α−Al23(AlN原料中の酸化成分):被覆材料=3:1:0.03:10とした。 Next, in each of the crucibles obtained in Examples I-1 to I-3, a 2 inch diameter 4H-SiC substrate, which is a base substrate, is placed on the upper part which becomes a low temperature part, and in the lower part which becomes a high temperature part. AlN raw material powder having a purity of 99.99% by mass was placed. The molar ratio of each component at the time of placement (initial) was AlN: SiC: α-Al 2 O 3 (oxidizing component in the AlN raw material): coating material = 3: 1: 0.03: 10.

上記下地基板および上記AlN原料粉末を配置した各坩堝およびW(タングステン)製の加熱体をそれぞれTaC製の反応容器内に配置し、反応容器内にキャリアガスとしてN2ガスを導入して雰囲気圧力を90kPaに保持して、2500Kまで昇温して20時間保持することにより、下地基板上にAlN結晶を成長させた。 Each crucible on which the base substrate and the AlN raw material powder are arranged and a W (tungsten) heater are placed in a TaC reaction vessel, and N 2 gas is introduced into the reaction vessel as a carrier gas to create an atmospheric pressure. Was maintained at 90 kPa, the temperature was raised to 2500 K, and the temperature was maintained for 20 hours to grow AlN crystals on the underlying substrate.

その後、被覆材を含む坩堝、残存したAlN原料粉末、下地基板、および成長させたAlN結晶をボールミルで粉砕した。得られた粉末の各成分の種類およびモル分率をXRD(X線回折)により同定および算出した。結果を表1にまとめた。 Then, the crucible containing the coating material, the remaining AlN raw material powder, the base substrate, and the grown AlN crystals were crushed by a ball mill. The type and mole fraction of each component of the obtained powder were identified and calculated by XRD (X-ray diffraction). The results are summarized in Table 1.

Figure 0006831536
Figure 0006831536

表1を参照して、例I−1においては、3C−SiCが生成していた。このことから、表面がTaCで被覆されたTaC坩堝では、AlN結晶(六方晶)と結晶系が異なる3C−SiC相(立方晶)が生成したため、AlN結晶の結晶品質が低下するものと考えられた。例I−2においては、TaCが生成していた。このことから、表面がTa2Cで被覆されたTa2C坩堝では、下地基板である4H−SiC基板の一部分解により発生したCを吸収して、Ta2Cの一部がTaCとなったため、結晶品質の高いAlN結晶が安定して再現性よく成長させることができるものと考えられた。さらに、Ta2Cの一部がTaCになるときに発生するTaがAlN原料中の酸化物不純物(たとえばα−Al23など)を還元することにより低減することが期待された。例I−3においては、Ta2CおよびTaSi2が生成していた。このことから、表面がTa5Si3で被覆されたTa5Si3坩堝では、下地基板である4H−SiC基板の一部分解により発生したCを吸収して、Ta5Si3の一部がTa2Cとなったため、結晶品質の高いAlN結晶が安定して再現性よく成長させることができるものと考えられた。さらに、Ta5Si3の一部がTa2CまたはTaSi2になるときに発生するTaがAlN原料中の酸化物不純物(たとえばα−Al23など)を還元することにより低減することが期待された。上記の結果から、結晶品質の高いAlN結晶が安定して再現性よく成長させることができる坩堝の被覆材料は、Ta2CおよびTa5Si3であることが分かった。 With reference to Table 1, in Example I-1, 3C-SiC was produced. From this, it is considered that in the TaC pit whose surface is coated with TaC, a 3C-SiC phase (cubic crystal) having a different crystal system from the AlN crystal (hexagonal crystal) is generated, so that the crystal quality of the AlN crystal is deteriorated. It was. In Example I-2, TaC was generated. From this, in the Ta 2 C crucible whose surface is coated with Ta 2 C, C generated by partial decomposition of the 4H-SiC substrate which is the base substrate is absorbed, and a part of Ta 2 C becomes Ta C. It was considered that AlN crystals having high crystal quality could be stably grown with good reproducibility. Furthermore, it was expected that Ta generated when a part of Ta 2 C became Ta C could be reduced by reducing oxide impurities (for example, α-Al 2 O 3 ) in the AlN raw material. In Example I-3, Ta 2 C and Ta Si 2 were produced. Therefore, the Ta 5 Si 3 crucible surface covered with Ta 5 Si 3, absorbs C generated by some decomposition of 4H-SiC substrate as the base substrate, a part of Ta 5 Si 3 is Ta Since it became 2 C, it was considered that an AlN crystal having high crystal quality could be stably grown with good reproducibility. Furthermore, Ta generated when a part of Ta 5 Si 3 becomes Ta 2 C or Ta Si 2 can be reduced by reducing oxide impurities (for example, α-Al 2 O 3 ) in the AlN raw material. I was expected. From the above results, it was found that the coating materials for the crucible, in which AlN crystals with high crystal quality can grow stably and with good reproducibility, are Ta 2 C and Ta 5 Si 3 .

(実施例II)
実施例IIおよび次の実施例IIIにおいては、結晶品質の高いAlN結晶を安定して再現性よく成長させるために好適な加熱材および反応容器の材料を選定するために、以下の検討を行なった。
(Example II)
In Example II and the following Example III, the following studies were carried out in order to select suitable heating materials and reaction vessel materials for stable and reproducible growth of AlN crystals having high crystal quality. ..

2インチ径のウエハを収容できる円筒形状のTa坩堝を7つ準備した。これらのTa坩堝について、実施例Iの例I−2と同様にして、Ta坩堝の最表面が厚さ100μmのTa2C層で被覆されたTa2C坩堝を形成した。これらのTa2C坩堝について、表2に示す加熱方式、加熱体材料、および反応容器材料で構成される製造装置を用いて、以下の条件で繰り返し昇降温度耐性の評価を行なった(例II−1〜例II−7)。坩堝を、その高温部が2373Kになるまで2時間で昇温させ、10時間保持、室温(300K)になるまで2時間で降温させることを1回の昇降温として、繰り返し昇降温させた。繰り返し昇降温度耐性の評価は、坩堝の劣化(ひび割れおよび/または被覆材剥離)が発生するまでの昇降温回数を調べて、昇降温回数が10回未満であるものを低、昇降温回数が10回以上50回未満であるものを中、昇降温回数が50回以上であるものを高とした。結果を表2にまとめた。 Seven cylindrical Ta crucibles capable of accommodating 2-inch diameter wafers were prepared. For these Ta crucibles, a Ta 2 C crucible was formed in which the outermost surface of the Ta crucible was covered with a Ta 2 C layer having a thickness of 100 μm in the same manner as in Example I-2 of Example I. These Ta 2 C crucibles were repeatedly evaluated for elevating temperature resistance under the following conditions using a manufacturing apparatus composed of the heating method shown in Table 2, the heating body material, and the reaction vessel material (Example II-). 1-Example II-7). The temperature of the crucible was repeatedly raised and lowered by raising the temperature of the crucible in 2 hours until the high temperature portion reached 2373 K, holding it for 10 hours, and lowering the temperature in 2 hours until it reached room temperature (300 K). In the evaluation of repeated elevating temperature resistance, the number of elevating temperatures until deterioration of the crucible (cracking and / or peeling of the coating material) is examined, and those with an elevating temperature less than 10 times are low, and the number of elevating temperatures is 10. Those having a temperature of 50 times or more were defined as medium, and those having a temperature increase / decrease of 50 times or more were rated high. The results are summarized in Table 2.

Figure 0006831536
Figure 0006831536

(実施例III)
2インチ径のウエハを収容できる円筒形状のTa坩堝を7つ準備した。これらのTa坩堝について、実施例I−3と同様にして、Ta坩堝の最表面が厚さ100μmのTa5Si3層で被覆されたTa53坩堝を形成した。これらのTa5Si3坩堝について、実施例IIと同様にして繰り返し昇降温度耐性の評価を行なった(例III−1〜例III−7)。結果を表3にまとめた。
(Example III)
Seven cylindrical Ta crucibles capable of accommodating 2-inch diameter wafers were prepared. For these Ta crucibles, a Ta 5 C 3 crucible was formed in which the outermost surface of the Ta crucible was coated with a Ta 5 Si 3 layer having a thickness of 100 μm in the same manner as in Example I-3. These Ta 5 Si 3 crucibles were repeatedly evaluated for elevating temperature resistance in the same manner as in Example II (Examples III-1 to III-7). The results are summarized in Table 3.

Figure 0006831536
Figure 0006831536

表2および表3を参照して、加熱体および反応容器がSiおよびCを含有しない製造装置を用いた例II−6、例II−7、例III−6および例III−7は、Ta2C坩堝およびTa5Si3坩堝の繰り返し昇降温度耐性が高かった。このことから、結晶品質の高いAlN結晶が安定して再現性よく成長させることができる加熱体および反応容器はSiおよびCを含有しないものであることが分かった。 With reference to Tables 2 and 3, Examples II-6, Example II-7, Example III-6 and Example III-7 using a manufacturing apparatus in which the heating body and reaction vessel do not contain Si and C are Ta 2 The repeated ascending / descending temperature resistance of the C crucible and the Ta 5 Si 3 crucible was high. From this, it was found that the heated body and reaction vessel capable of stably growing AlN crystals having high crystal quality with good reproducibility do not contain Si and C.

(実施例IV)
表4に示すように、実施例Iにおいて用いたTa2C坩堝およびTaC坩堝、加熱材、および反応容器を用いて、AlN結晶を成長させた。まず、Ta2C坩堝(例IV−8ではTaC坩堝)に純度が99.95質量%のAlN原料粉末のみを配置した。かかるTa2C坩堝を配置した反応容器内にキャリアガスとしてN2ガスを導入して雰囲気圧力を90kPaに保持して、高温部を2500Kまで低温部を2300Kまで昇温して10時間保持することにより、Ta2C坩堝の低温部にAlN多結晶を析出させた。次に、上記のTa2C坩堝(例IV−8ではTaC坩堝)、加熱体および反応容器を配置した製造装置を用いて、反応容器内にキャリアガスとしてN2ガスを導入して雰囲気圧力を90kPaに保持して、高温部で2500Kまで低温部で2300Kまで昇温して20時間保持することにより、下地基板上にAlN結晶を成長させた(例IV−1〜例IV−8)。
(Example IV)
As shown in Table 4, Ta 2 C crucible and TaC crucibles used in Example I, heated material, and using a reaction vessel were grown AlN crystals. First, the purity was disposed only 99.95 wt% of AlN raw material powder into Ta 2 C crucible (eg in IV-8 TaC crucible). N 2 gas is introduced as a carrier gas into the reaction vessel in which the Ta 2 C crucible is arranged, the atmospheric pressure is maintained at 90 kPa, the high temperature portion is raised to 2500 K, and the low temperature portion is raised to 2300 K and held for 10 hours. As a result, AlN polycrystals were precipitated in the low temperature part of the Ta 2 C crucible. Next, using the manufacturing apparatus in which the above-mentioned Ta 2 C crucible (eg, Ta C crucible in IV-8), the heater and the reaction vessel are arranged, N 2 gas is introduced into the reaction vessel as a carrier gas to reduce the atmospheric pressure. AlN crystals were grown on the underlying substrate by holding at 90 kPa, raising the temperature to 2500 K in the high temperature part and 2300 K in the low temperature part, and holding for 20 hours (Examples IV-1 to IV-8).

得られたAlN結晶について、上述の方法で、X線回折のロッキングカーブ測定における(0002)面の最大回折ピークの半値幅、主表面の算術平均粗さRa、熱伝導率、およびヤング率を測定した(例IV−1〜例IV−8)。結果を表4にまとめた。 For the obtained AlN crystal, the half-value width of the maximum diffraction peak of the (0002) plane, the arithmetic mean roughness Ra of the main surface, the thermal conductivity, and the Young's coefficient are measured by the above-mentioned method in the rocking curve measurement of X-ray diffraction. (Example IV-1 to Example IV-8). The results are summarized in Table 4.

Figure 0006831536
Figure 0006831536

表4を参照して、例IV−6および例IV−7に示すように、表面がTa2Cで被覆されたTa2C坩堝、SiおよびCを含有しない加熱材および反応容器を用いることにより、Siの含有量が1×1019cm-3未満、Cの含有量が1×1019cm-3未満、Taの含有量が1×1016cm-3以上である結晶品質が高いAlN結晶が得られた。 Table 4 See, as shown in Example IV-6 and Example IV-7, Ta 2 C crucible surface is coated with Ta 2 C, by using a heating material and a reaction vessel containing no Si and C , Si content less than 1 × 10 19 cm -3 , C content less than 1 × 10 19 cm -3 , Ta content 1 × 10 16 cm -3 or more High crystal quality AlN crystal was gotten.

(実施例V)
表5に示すように、実施例Iにおいて用いたTa5Si3坩堝およびTaC坩堝、加熱材、および反応容器を用いて、実施例IVと同様にして、AlN結晶を成長させて、得られたAlN結晶のX線回折のロッキングカーブ測定における(0002)面の最大回折ピークの半値幅、主表面の算術平均粗さRa、熱伝導率、およびヤング率を測定した(例V−1〜例V−8)。結果を表5にまとめた。
(Example V)
As shown in Table 5, AlN crystals were grown in the same manner as in Example IV using the Ta 5 Si 3 diffracted and TaC diffracted, heating material, and reaction vessel used in Example I. The half-value width of the maximum diffraction peak of the (0002) plane, the arithmetic mean roughness Ra of the main surface, the thermal conductivity, and the Young's ratio were measured in the rocking curve measurement of the X-ray diffraction of the AlN crystal (Examples V-1 to Example V). -8). The results are summarized in Table 5.

Figure 0006831536
Figure 0006831536

表5を参照して、例V−6および例V−7に示すように、表面がTa5Si3で被覆されたTa5Si3坩堝、SiおよびCを含有しない加熱材および反応容器を用いることにより、Siの含有量が1×1019cm-3未満、Cの含有量が1×1019cm-3未満、Taの含有量が1×1016cm-3以上である結晶品質が高いAlN結晶が得られた。 Table 5 with reference to, as shown in Example V-6 and Example V-7, the surface coated Ta 5 Si 3 crucible Ta 5 Si 3, using a heating material and a reaction vessel containing no Si and C As a result, the Si content is less than 1 × 10 19 cm -3 , the C content is less than 1 × 10 19 cm -3 , and the Ta content is 1 × 10 16 cm -3 or more. AlN crystals were obtained.

今回開示された実施の形態および実施例はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態および実施例ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments and examples disclosed this time should be considered as exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is shown by the scope of claims rather than the embodiments and examples described above, and is intended to include meaning equivalent to the scope of claims and all modifications within the scope.

10 下地基板
11 AlN結晶
15 AlN原料
20 製造装置
21 反応容器
21a キャリアガス導入口
21b キャリアガス排出口
23 坩堝
23c 排気口
25 加熱体
29 放射温度計
S10 製造装置を準備する工程
S20 窒化アルミニウム原料および下地基板を配置する工程
S30 窒化アルミニウム結晶を成長させる工程
10 Base substrate 11 AlN crystal 15 AlN raw material 20 Manufacturing equipment 21 Reaction vessel 21a Carrier gas introduction port 21b Carrier gas discharge port 23 坩 堝 23c Exhaust port 25 Heater 29 Radiation thermometer S10 Process of preparing manufacturing equipment S20 Aluminum nitride raw material and base Step of arranging the substrate S30 Step of growing aluminum nitride crystal

Claims (1)

窒化アルミニウム原料および下地基板を内部に配置するための坩堝と、前記坩堝を加熱するための加熱体と、前記坩堝および前記加熱体を内部に配置するための反応容器と、を備える製造装置を準備する工程と、
前記坩堝内に前記窒化アルミニウム原料および前記下地基板を配置する工程と、
前記窒化アルミニウム原料を昇華させて前記下地基板上に窒化アルミニウム結晶を成長させる工程と、を備え、
前記坩堝は、Ta2CおよびTa5Si3の少なくともいずれかにより被覆されており、
前記加熱体および前記反応容器はシリコンおよび炭素を含有しない窒化アルミニウム結晶の製造方法。
Prepare a manufacturing apparatus including a crucible for arranging the aluminum nitride raw material and the base substrate inside, a heating body for heating the crucible, and a reaction vessel for arranging the crucible and the heating body inside. And the process of
A step of arranging the aluminum nitride raw material and the base substrate in the crucible, and
A step of sublimating the aluminum nitride raw material to grow aluminum nitride crystals on the base substrate is provided.
The crucible is coated with at least one of Ta 2 C and Ta 5 Si 3 .
A method for producing aluminum nitride crystals in which the heater and the reaction vessel do not contain silicon and carbon.
JP2017028170A 2017-02-17 2017-02-17 Manufacturing method of aluminum nitride crystal Active JP6831536B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017028170A JP6831536B2 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Manufacturing method of aluminum nitride crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017028170A JP6831536B2 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Manufacturing method of aluminum nitride crystal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018131367A JP2018131367A (en) 2018-08-23
JP6831536B2 true JP6831536B2 (en) 2021-02-17

Family

ID=63248074

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017028170A Active JP6831536B2 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Manufacturing method of aluminum nitride crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP6831536B2 (en)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7115257B2 (en) * 2018-11-29 2022-08-09 Tdk株式会社 Piezoelectric thin film element
EP4137620A4 (en) * 2020-04-14 2024-05-22 Kwansei Gakuin Educational Foundation Manufacturing method of modified aluminum nitride raw material, modified aluminum nitride raw material, manufacturing method of aluminum nitride crystals, and downfall defect prevention method
CN114250517B (en) * 2021-12-31 2023-04-14 深圳大学 Method for preparing aluminum nitride crystal by adopting gas phase transmission

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018131367A (en) 2018-08-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10106913B2 (en) System for growth of large aluminum nitride single crystals with thermal-gradient control
JP5779171B2 (en) Method and apparatus for sublimation growth of SiC single crystal
KR101425498B1 (en) Apparatus for manufacturing aluminum nitride single crystal, method for manufacturing aluminum nitride single crystal, and aluminum nitride single crystal
JP5068423B2 (en) Silicon carbide single crystal ingot, silicon carbide single crystal wafer, and manufacturing method thereof
JP4603386B2 (en) Method for producing silicon carbide single crystal
JP6831536B2 (en) Manufacturing method of aluminum nitride crystal
WO2021025085A1 (en) SiC SUBSTRATE, SiC EPITAXIAL SUBSTRATE, SiC INGOT AND PRODUCTION METHODS THEREOF
WO2020179796A1 (en) SiC EPITAXIAL SUBSTRATE MANUFACTURING METHOD AND MANUFACTURING DEVICE THEREFOR
WO2007013286A1 (en) AlN CRYSTAL AND METHOD FOR GROWING THE SAME, AND AlN CRYSTAL SUBSTRATE
WO2006070480A1 (en) Silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal wafer, and process for producing the same
EP3816328A1 (en) Method for preparing a sic ingot, method for preparing a sic wafer, and a device for preparing a sic ingot
WO2021025084A1 (en) SiC SEED CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME, SiC INGOT PRODUCED BY GROWING SAID SiC SEED CRYSTAL AND METHOD FOR PRODUCING SAME, AND SiC WAFER PRODUCED FROM SAID SiC INGOT AND SiC WAFER WITH EPITAXIAL FILM AND METHODS RESPECTIVELY FOR PRODUCING SAID SiC WAFER AND SAID SiC WAFER WITH EPITAXIAL FILM
US20210047749A1 (en) Diameter expansion of aluminum nitride crystals during growth by physical vapor transport
JP4460236B2 (en) Silicon carbide single crystal wafer
WO2020179793A1 (en) METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURING SiC SUBSTRATE, AND METHOD FOR REDUCING MACRO-STEP BUNCHING OF SiC SUBSTRATE
WO2009096123A1 (en) METHOD FOR GROWING AlxGa1-xN SINGLE CRYSTAL
WO2010001804A1 (en) PROCESS FOR PRODUCTION OF AlXGa(1-X)N SINGLE CRYSTAL, AlXGa(1-X)N SINGLE CRYSTAL, AND OPTICS
JP2005343722A (en) METHOD FOR GROWING AlN CRYSTAL, AlN CRYSTAL SUBSTRATE AND SEMICONDUCTOR DEVICE
JP5135545B2 (en) Seed crystal for growing silicon carbide single crystal ingot and method for producing the same
JP2008230868A (en) Method for growing gallium nitride crystal and gallium nitride crystal substrate
JP4595592B2 (en) Single crystal growth method
JP2003137694A (en) Seed crystal for growing silicon carbide single crystal, silicon carbide single crystal ingot and method of producing the same
TWI839934B (en) Silicon carbide wafer and method of manufacturing same
WO2023181258A1 (en) Aln single crystal substrate and device
WO2023067983A1 (en) Aln single crystal

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170309

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20170309

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20190924

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20200423

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200526

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200717

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20210105

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20210114

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6831536

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250