WO2009081687A1

WO2009081687A1 - 窒化物単結晶の育成装置

Info

Publication number: WO2009081687A1
Application number: PCT/JP2008/071593
Authority: WO
Inventors: Mikiya Ichimura
Original assignee: Ngk Insulators, Ltd.
Priority date: 2007-12-21
Filing date: 2008-11-20
Publication date: 2009-07-02
Also published as: JP5261401B2; JPWO2009081687A1

Abstract

窒化物単結晶の育成装置において、原料となる窒素ガス中の不純物による結晶品質の低下を抑制するのと同時に、坩堝内での対流の不全による結晶品質の低下を防止する。本発明の装置は、溶液１２を収容するための坩堝１１、坩堝１１を収容する反応容器７、反応容器７を収容し、少なくとも窒素ガスを充填するための圧力容器１、圧力容器１内の空間２に少なくとも窒素ガスを導入するための外側配管４、圧力容器１内の窒素ガスを反応容器７内へと導入するための供給部材８であって、外側配管４とは分離されている供給部材８、圧力容器１内の空間２と坩堝１１との間で窒素ガスと接触させるためのアルカリ金属またはアルカリ土類金属の溶融物を保持する保持部１０、および反応容器１１を動かすための駆動機構５を備える。

Description

明細書

窒化物単結晶の育成装置発明の属する技術分野

本発明は、窒化物単結晶の育成装置に関するものである。背景技術

WO 2 0 0 7 - 1 0 2 6 1 0では、 N aフラックスを用いて G a N単結晶を育成するのに際して、フラックスを含む溶液中に球状の撹拌媒体を浸漬し、坩堝を揺動させながら G a N単結晶を育成している。

また、 WO 2 0 0 7— 1 0 8 3 3 8では、 N aフラックスを用いて G a N単結晶を育成するのに際して、坩堝内でフラックスおよび原科を溶融させて G a N単結晶を育成すると共に、坩堝の外にカーボンなどの酸素吸収材を設置している。これによつて、圧力容器内のヒーターなどから発生する酸素を吸着し、酸素が融液内に溶解することを防止している。また、特開 2 0 0 7— 2 54 1 84では、圧力容器の内側に坩堝を設置し、坩堝内で Na フラックスを含む融液を用いて G a N単結晶を育成している。ここで、窒素ボンベから圧力容器へと窒素ガスを供給する配管に溶融 N a溜まりを設置することで、圧力容器内部の N a圧力を一定に保持し、融液からの N aの蒸発を抑制している。

また、特開 2 0 0 7— 1 6 1 5 2 9では、圧力容器の内側に内側反応容器を設置し、内側反応容器内に坩堝を設置し、坩堝内で N aフラックスを含む融液を用いて G a N単結晶を育成している。ここで、窒素ボンベから内側反応容器へと窒素ガスを供給する配管に溶融 N a溜まりを設置することで、内側反応容器の内部の N a圧力を一定に保持し、融液からの N aの蒸発を抑制している。発明の開示

本発明者が更に量産を検討していくと、以下の問題点が残されていることがわかった。即ち、窒素ガスボンベ中の窒素ガス中には、等級によつては、ある程度の不純物が含まれる。量産の観点からは、低コストの窒素ガスを使用することが望ましいが、しかし低コストの窒素ガスは一般に不純物が多く、これを圧力容器内に導入すると、窒化物単結晶の品質が低下する。

特開 2 0 0 7— 2 5 4 1 8 4、特開 2 0 0 7— 1 6 1 5 2 9記载のように、窒素ガスボンベから窒素ガスを坩堝へと供給するための配管に溶融 N a溜まりを形成すると、反応容器内の N a濃度が一定に保持されるだけでなく、窒素ガス内の不純物は除去されるものと考えられる。しかし、特開 2 0 0 7— 2 5 4 1 84、特開 2 0 0 7— 1 6 1 5 2 9記載の方法では、坩堝を例えば回転させると、溶融 N a溜まりが固定されている配管が変形し、破壌されてしまう。このため、 WO 2 0 0 7— 1 0 2 6 1 0記載のように、育成中に坩堝に運動を与えることができず、このために坪内の融液の対流が充分ではなく、単結晶の品質が低下したり、基板上での単結晶膜厚が不揃いとなる。

本発明の課題は、フラックスおよび原料を含む溶液を使用して坩堝内で窒化物単結晶を育成する装置において、原料となる窒素ガス中の不純物による結晶品質の低下を抑制するのと同時に、坩堝内での対流の不全による結晶品質の低下を防止することである。

本発明は、フラックスおよび原料を含む溶液を使用して窒化物単結晶を育成する装置であって、

溶液を収容するための坩堝、

坩堝を収容する反応容器、反応容器を収容し、少なくとも窒素ガスを充填するための圧力容器、圧力容器内の空間に少なくとも窒素ガスを導入するための外側配管、圧力容器内の窒素ガスを反応容器内へと導入するための供給部材であつて、外側配管とは分離されている供給部材、

圧力容器内の空間と坩堝との間で窒素ガスと接触させるためのアル力リ金属またはアル力リ土類金属の溶融物を保持する保持部、および反応容器を動かすための駆動機構を備えていることを特徴とする。本発明によれば、圧力容器内の空間に窒素ガスを導入するための外側配管と、圧力容器内の窒素ガスを反応容器内へと導入するための供給部材とを別個に設け、両者を分離した。この結果、ガスボンベから外側配管を通して供給された窒素ガスは、いったん圧力容器内空間に入り、圧力容器内空間の雰囲気となる。そして、この窒素ガス含有雰囲気は、外側配管とは分離された供給部材を通過し、内側反応容器内の坩堝に供給される。このとき、圧力容器内の空間と坩堝との間でアルカリ金属溶融物を窒素ガスと接触させることで、窒素ガス中の不純物を除去し、結晶品質を向上させることができる。

これと同時に、本発明によれば、反応容器を動かすための駆動機構を設けることで、反応容器内の坩堝に運動を与え、溶液の対流を適度に促進し、結晶品質を安定、向上させることができる。反応容器を動かしても、反応容器の供給部材は、ボンベにつながる外側配管とは分離されているので、外側配管が動くことはなく、障害にはならない。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の一実施形態に係る育成装置を模式的に示す断面図である。

図 2は、本発明の装置で使用可能な溶融物保持部付きの反応容器 7を模式的に示す断面図である。

図 3は、本発明の装置で使用可能な溶融物保持部付きの反応容器 7を模式的に示す断面図である。

図 4は、本発明の装置で使用可能な溶融物保持部付きの反応容器 7を模式的に示す断面図である。発明を実施するための最良の形態

図 1は、本発明の一実施形態に係る結晶育成装置を模式的に示す断面図である。

本例では、 H I P (熱間等方圧プレス）装置の圧力容器 1の中に内側反応容器 7を設置し、反応容器 7内に坩堝 1 1を設ける。圧力容器 1の外部には、図示しないガスボンベを設ける。ガスボンベは，窒素ガスボンべだけであってよく、あるいは、窒素ガスボンベと不活性ガスボンべとの組み合わせであってよい。少なくとも窒素ガスを所定圧力とし、外側配管 4を通して圧力容器 1内に矢印 Aのように供給する。この窒素ガス（および必要に応じて不活性ガス）は、外側配管 4から矢印 Bのように圧力容器内の空間 2に流入する。空間 2における窒素ガスの分圧は、図示しない圧力計によって監視する。圧力容器 1中では、反応容器 7の周囲にヒーター 3 A、 3 B、 3 Cが設置されており、坩堝 1 1内の育成温度を制御可能となっている。

内側反応容器 7には供給部材 8が取り付けられており、供給部材 8の外側開口 8 aから矢印 Cのように少なくとも窒素ガスを供給する。このガスは、供給部材 8の内側開口 8 bから矢印 Dのように反応容器 7内空間 9へと供給さる。このガスは、空間 9から坩堝内空間 2 0 と供給され、坩堝 1 1内の溶液 1 2に溶解する。そして、溶液 1 2に浸漬された種結晶 1 3上に窒化物単結晶を生成させる。本発明では、圧力容器 1内の空間 2と坩堝 1 1 との間に窒素ガスと接触させるためのアルカリ金属溶融物を保持する保持部 1 0を設ける。この保持部 1 0は、図 1の模式図では、内側配管 8の途中に取り付けてあるが、その必要はなく、空間 2と坩堝 1 1内空間 2 0との間のどこ力こ保持部 1 0を設けることができる。

また、本発明では、反応容器 7は駆動機構によって駆動可能な状態になっている。図 1の例では、テーブル 6上に反応容器 7が載置および固定されている。テープル 6は駆動軸 5に取り付けられており、これによつて反応容器 7は矢印 Eのように回動可能である。

好適な実施形態においては、例えば図 1に示すように、保持部 1 0が供給部材 8に取り付けられている。

図 2は、他の実施形態に.使用する内側容器 7を模式的に示す断面図である。図 2においては、図 1に示した外側容器 1 ,、ヒーター、駆動機構および外側配管を図示省略している。

反応容器 7には供給部材 8が取り付けられており、供給部材 8の外側開口 8 aから矢印 Cのように少なくとも窒素ガスを供給する。このガスは、供給部材 8の内側開口 8 bから流出する。ここで、供給部材 8の内側末端には、溶融物溜め 1 0 Aを固定しており、溶融物溜め 1 0 A中には、アル力リ金属またはアル力リ土類金属の溶融物 1 4が収容されている。供給部材 8の末端部分が溶融物 1 4内に浸漬されている。

この結果、供給部材 8から供給されたガスは、溶融物 1 4を通過し、溶融物 1 4の表面から矢印 Dのように空間 9内へと流入する。そして、このガスは、空間 9から坩堝内空間 2 0へと供給され、坩堝 1 1内の溶液 1 2に溶解する。そして、溶液 1 2に浸漬された種結晶 1 3上に窒化物単結晶を生成させる。

図 3は、他の実施形態に使用する内側容器 7を模式的に示す断面図である。図 3においては、図 1に示した外側容器 1、ヒーター、駆動機構およぴ外側配管を図示省略している。

反応容器 7の上側外周面には、リング状の供給部材 8 Aが取り付けられている。供給部材 8 Aは、反応容器 7のふたに取り付けられた上側部材 2 1と、反応容器 7の本体に取り付けられた下側部材 2 2とからなり、上側部材 2 1と下側部材 2 2とはボルト 1 5によつて締結されている。上側部材 2 1と下側部材 2 2との間にはガス供給路 2 3および保持部 1

O Bが形成されている。保持部 1 0 B内には、アルカリ金属またはアル力リ土類金属からなる溶融物 1 4が収容されている。上側部材 2 1には流路形成突起 2 4が形成されており、流路形成突起 2 4の末端部分は、保持部 1 0 Bに保持された溶融物 1 4内に浸潰されている。

供給部材 8 Aの外側開口 8 aから矢印 Cのように少なくとも窒素ガスを供給する。このガスは、保持部 1 0 Bにおいて、溶融物 1 4と接触して不純物が除去され、次いで供給部材 8の内側開口 8 bから矢印 Dのように流出する。そして、このガスは、空間 9から坩堝内空間 2 0へと供給され、坩堝 1 1内の溶液 1 2に溶解する。そして、溶液 1 2に浸漬された種結晶 1 3上に窒化物単結晶を生成させる。

好適な実施形態においては、反応容器内に設置される流路形成材を更に備えており、保持部が、反応容器内の空間かつ坩堝の外側に設けられており、流路形成材が金属溶融物に接触する。図 4は、この実施形態に係る反応容器を模式的に示す断面図である。図 4においては、図 1に示した外側容器 1、ヒータ一、駆動機構および外側配管を図示省略している。

反応容器 7の上側には供給部 8が取り付けられている。供給部材 8の外側開口 8 aから矢印 Cのように少なくとも窒素ガスを供給する。このガスは、供給配管 8の内側開口 8 bから空間 9へと流出する。反応容器 7内には、流路形成材 1 8が設置、固定されている。流路形成材 1 8の内側には坩堝 1 1が収容されており、坩堝 1 1 と反応容器 7 との間には、溶融物 1 4を収容する保持部 1 0 Cが設けられている。この溶融物 1 4内に、流路形成材 1 8の末端部 1 8 aが浸漬されている。この結果、供給部 8から供給されたガスは、流路形成材 1 8と反応容器 7との間の空間 9を流れ、溶融物 1 4を通過し、流路形成材 1 8と坩堝 1 1との間の空間 1 9を矢印 Dのように上昇する。次いで、ガスは、坩堝内空間 2 0へと供給され、坩堝 1 1内の溶液 1 2に溶解する。そして、溶液 1 2に浸漬された種結晶 1 3上に窒化物単結晶を生成させる。

本発明においては、アルカリ金属またはアルカリ土類金属の溶融物の保持部を設ける。この金属としては、リチウム、ナトリウム、カリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム、バリゥムが好ましく、ナトリゥムが最も好ましい。

反応容器側のガス供給部は、配管であることが好ましいが、これには限定されず、ガス供給路を形成可能な形態であればよい。また、反応容器側のガス供給部と、圧力容器側の外側配管とは、互いに直接接触していないことと、互いに物理的に拘束されていないことが必要である。これによって、反応容器が運動して外側配管と供給部との空間的位置関係が変化しても、外側配管が破損しない。

本発明においては、反応容器を動かすための駆動機構を設ける。ここで、反応容器に加えられる運動は特に限定されず、自転 '公転 ·揺動 ' 首振り運動（歳差） ·摇動、上下運動 ·左右運動を例示できる。

即ち、反応容器を、水平面に沿って公転、自転、首振り運動をさせてよい。首振り運動とは、反応容器の中心線を鉛直線から傾斜させた状態で、鉛直線の周りに回転させる運動をいう。

また、図 1に示す駆動軸 5を、矢印 Eのように回転させる代わりに、矢印 Fのように上下動させることができ、また，矢印 Gのように左右に振動させることができる。

反応容器を上下動、左右動、揺動させる際の振動周期は、雑晶の防止効果を上げるためには、 1 r p m以上とすることが好ましく、 5 r p m 以上とすることが更に好ましい。また、坩堝内での種結晶の衝突による不具合を防止するという観点からは、反応容器を上下動、左右動、揺動させる際の振動周期は、 2 0 r p m以下とすることが好ましく、 1 5 r p m以下とすることが更に好ましい。

本発明においては、溶液 1 2内に撹拌媒体を更に投入することができる。攪拌媒体の少なくとも表面を構成する固形物の材質は、フラックスと反応しないことが必要である。従ってこの材質は、使用するフラックスの種類に応じて、当業者が適宜選択する。攪拌媒体の全体がこうした材質からなっていてよく、あるいは攪拌媒体の表面のみがこうした材質からなつていてよい。通常、アルカリ金属，アルカリ土類金属を含有するフラックスに適用する場合には、攪拌媒体の材質は金属タンタルがもつとも好ましいが、金属タングステン、金属モリプデン、等の金属、ァルミナ、イットリア、力ルシア、等の酸化物セラミックス、サファイアなどの単結晶、タングステンカーパイド、タンタルカーバイドなどの炭化物セラミックス、窒化アルミニウム、窒化チタン、窒化ジルコニウム等の窒化物セラミックスも使用できる。また、他の材質からなる固形物の表面を、上述したような、溶液と反応しない材質によって被覆することもできる。従って、例えば鋼球を金属タンタルによって被覆した攪拌媒体も好ましい。

攪拌媒体の形態は特に限定されないが、パルク体であることが好ましく、傾斜面上で転がりやすい形状が好ましい。具体的には、球状、回転楕円体などの回転体、三角錐、四角錐、 6角錐などの角錐状、円錐、立方体などの多面体を例示できる。

攪拌媒体が大きいほど、攪拌による雑晶生成の防止効果は高い。この観点からは、各攪拌媒体の径は、 1 m m以上が好ましく、 5 m ni以上が更に好ましい。しかし、攪拌媒体が大きくなりすぎると、重量が重くなるので、径は 1 5 m m以下が好ましく、 1 0 m m以下が更に好ましい。本発明において、圧力容器の炉材は特に限定されないが、高アルミナ質耐火煉瓦（イソライト、 ISO-COR (以上商品名）、グラフアイト系耐火物（GRAFSHIELD (商品名））、中空球電融アルミナ（アルミナバブル）を例示できる。

また、本発明において、発熱体の材質は特に限定されないが、タンタル、 SiC、 SiC コートしたグラフアイト、ニクロム、力ンタルスーパ一 (商品名）を例示できる。

本発明の単結晶育成装置において、原料混合物を加熱して溶液を生成させるための装置は特に限定されない。この装置は熱間等方圧プレス装置が好ましいが、それ以外の雰囲気加圧型加熱炉であってもよい。

溶液を生成するためのフラックスは特に限定されないが、アル力リ金属およびアル力リ土類金属からなる群より選ばれた一種以上の金属またはその合金が好ましい。この金属としては、ナトリウム、リチウム、力ルシゥムが特に好ましく、ナトリゥムが最も好ましい。

また、原料混合物中に添加するフラックスおよび単結晶原料以外の物質としては、以下の金属を例示できる。

カリウム、ルビジウム、セシウム、マグネシウム、ストロンチウム、バリウム、錫

またドーパントとして少量の不純物元素を添加することができる。例えば、 _n型ドーパントとしてシリコンを添加することができる。

本発明の育成方法によって、例えば以下の単結晶を好適に育成できる。 G a N、 A 1 N、 I nN、これらの混晶（A l G a l nN)ゝ B N 単結晶育成工程における加熱温度、圧力は、単結晶の種類によって選択するので特に限定されない。加熱温度は例えば 800〜 1.500°Cとすることができる。圧力も特に限定されないが、圧力は IMP a以上であることが好ましく、 5MP a以上であることが更に好ましい。圧力の上限は特に規定しないが、例えば 20 OMP a以下とすることができる。反応を行うための坩堝の材質は特に限定されず、目的とする加熱および加圧条件において耐久性のある気密性材料であればよい。こうした材料としては、金属タンタル、タングステン、モリブデンなどの高融点金属、アルミナ、サファイア、イットリアなどの酸化物、窒化アルミニゥム、窒化チタン、窒化ジルコニウム、窒化ホウ素などの窒化物セラミツクス、タングステンカーパイド、タンタルカーバイドなどの高融点金属の炭化物、 p—BN (パイロリティック BN)、 p— Gr (パイロリテイツクグラフアイト）などの熱分解生成体が挙げられる。 ' 以下、更に具体的な単結晶およびその育成手順について例示する。

(窒化ガリゥム単結晶の育成例）

本発明を利用し、少なくともナトリゥム金属を含むフラックスを使用して窒化ガリウム単結晶を育成できる。このフラックスには、ガリウム原料物質を混合する。ガリウム原料物質としては、ガリウム単体金属、ガリウム合金、ガリウム化合物を適用できるが、ガリウム単体金属が取扱いの上からも好適である。

このフラックスには、ナトリウム以外の金属、例えばリチウムを含有させることができる。ガリウム原料物質とナトリゥムなどのフラックス原料物質との使用割合は、適宜であってよいが、一般的には、ナトリウム過剰量を用いることが考慮される。もちろん、このことは限定的ではない。雰囲気中の窒素以外のガスは限定されないが、不活性ガスが好ましく、アルゴン、ヘリゥム、ネオンが特に好ましい。窒素以外のガスの分圧は、全圧から窒素ガス分圧を除いた値である。

窒化ガリゥム単結晶の育成温度の上限は特にないが、育成温度が高すぎると結晶が成長しにくくなるので、 1 5 0 0°C以下とすることが好ましく、この観点からは、 1 2 0 0 °C以下とすることが更に好ましい。各種窒化物単結晶をェピタキシャル成長させるための育成用基板の材質は限定されないが、サファイア、 A 1 Nテンプレート、 G a Nテンプレート、 G a N自立基板、シリコン単結晶、 S i C単結晶、 Mg O単結晶、スピネル（Mg A l ₂0₄)、 L i A 1 0₂、 L i G a 0₂、 L a A 1 O 3 , L a G a 0₃， N d G a 0₃等のぺロブスカイト型複合酸化物を例示できる。また組成式〔丄— _y (S r！ _ _x B a _x) _y〕

[(A 1 ! _ _z G a Z ) ! __u · D _u] O 3 (Aは、希土類元素である； D は、ニオブおょぴタンタルからなる群より選ばれた一種以上の元素である； y = 0. 3〜0. 9 8 ; x = 0〜 l ; z = 0〜 l ; u = 0. 1 5〜 0. 4 9 ； X + z = 0. 1〜 2) の立方晶系のベロブスカイト構造複合酸化物も使用できる。また、 S CAM (S c A l Mg 0₄) も使用できる。

(A 1 N単結晶の育成例）

本発明は、少なくともアルミニウムとアル力リ土類を含むフラックスを含む融液を特定の条件下で窒素含有雰囲気中で加圧することによって、 A 1 N単結晶を育成する場合にも有効であることが確認できた。実施例

(実施例 1 )

図 1及び図 2を参照しながら説明した方法に従って、窒化ガリゥム単結晶を育成した。

( 1 ) 原料の抨量

金属 Ga5 0 g、金属 Nal O Ogを、 φ2ィンチの GaNテンプレート基板 1 3 とともに、内径 φ 70mm のアルミナ製坩堝 1 1内に秤量した。供給配管 8の保持部 1 O A内に Na20g が封入されている反応容器 7内に、上記坩堝 1 1を密封した。一連の作業は、原料が酸化しないよう、グローブボックス内で実施した。 GaNテンプレート基板 1 3 とは、サフアイァ基板上に GaN単結晶薄膜を 3μ mェピタキシャル成長させた基板である。

(2) 圧力容器内への設置

上記反応容器 7を圧力容器 1内に設置したのち、圧力容器 1を密封した。

(3) 圧力容器 1内のガス置換

圧力容器 1内の大気を除去するために、真空ポンプにて真空引きした後、窒素ガスを用いてガス置換した。ガス置換後の圧力容器 1内の圧力は、およそ 1気圧とした。

(4) 昇温 ·窒素ガス導入

1時間かけて 850°C、 40気圧に昇温 ·加圧した。炉内温度が Naの融点（98°C)以上になり、反応容器 7に付属する配管 8内に封入した Na が融解した後に窒素ガスの導入を開始した。配管内の Naが反応容器内に押し出されないよう、窒素ガスの導入はゆつくりと行った。

(5) 駆動機構の稼動

850°C、 40気圧に達した後に、反応容器 7の回転を開始し、最適と思われる撹拌状態に 200時間保持した。

(6) 降温 ·窒素ガス排気

200時間保持後、 10時間かけて 100°C、 1気圧に降温 ·減圧した。次いで、室温まで自然放冷した。

(7) 圧力容器からの取出し及びフラックス処理

装置から反応容器 7及び坩堝 1 1を取出し、エタノールで処理することにより、 Naを溶かした。その後、薄い塩酸につけ、残った Gaを除去し、 GaN単結晶を取出した。

(8) 結晶評価

得られた GaN単結晶の重量は 5 5 gであった。（0002)面における X 線口ッキングカーブを測定したところ、半値幅 30arcsecのシングルピークが観測された。外観検查を行ったところ、ステップ成長痕を有する厚さの均一な透明結晶であった。

(実施例 2)

図 1及び図 4を参照しながら説明した方法に従って、窒化ガリゥム単結晶を育成した。

(1 ) 原料の秤量

金属 Ga40 g、金属 Na80 gを、 φ 2インチの GaNテンプレート基板 1 3とともに、内径 φ 65mmのアルミナ製坩堝 1 1内に抨量した。反応容器 7内に、後に溶融物 1 4となる金属 Na2 Ogと坩堝 1 1を配置し、，アルミナ製流路形成材 1 8で坩堝 1 1を覆った後、反応容器 7を密封した。一連の作業は、原料が酸化しないよう、グローブボックス内で実施した。 GaNテンプレート基板 1 3とは、サファイア基板上に GaN単結晶薄膜を 3 μ mェピタキシャル成長させた基板である。

(2) (3) は実施例 1 と同じである。

(4) 昇温 ·窒素ガス導入

1時間かけて 850°C、 40気圧に昇温 ·加圧した。炉内温度が Naの融点（98°C)以上になり、保持部 1 0 C に溶融 Naが溜まった後に窒素ガスの導入を開始した。保持部 1 0C内の Naが反応容器内に押し出されないよう、窒素ガスの導入はゆっくりと行った。

(5) (6) は、実施例 1 と同じである。

(7) 圧力容器からの取出し及びフラックス処理

装置から取り出した反応容器 7を、グローブボックス内で 1 5 0°C程度に加熱することにより、保持部 1 0 Cの Naを溶解し、流路形成材 1 8及び坩堝 1 1を回収した。その後、坩堝 1 1内の Na及び未反応の Ga をエタノール及び薄い塩酸で除去し、 GaN単結晶を取出した。

(8) 結晶評価

得られた GaN単結晶の重量は 44 であった。（0002)面における X 線ロッキングカープを測定したところ、半値幅 30arcsecのシングルピ一クが観測された。外観検査を行ったところ、ステップ成長痕を有する厚さの均一な透明結晶であった。

(比較例 1)

図 1、図 2に示すような装置を使用した。ただし、反応容器 7に駆動機構 5を付けず、従って育成時に坩堝に運動を加えないことにした。

この状態で、実施例 1における（ 1 ) (2) (3) (4) (6) (7) と同様の操作を行った。ただし、「（5)駆動機構の稼動」は行わず、 8 5 0°C, 4 0気圧に達した後に、反応容器を静置したまま、 2 0 0時間保持した。この結果、以下のような結果を得た。

( 8 ) 結晶評価

得られた GaN単結晶の重量は 4 5 gであった。（0002)面における X 線ロッキングカーブを測定しところ、半値幅 30arcsec、 45arcsecのダブルビ一クが観測された。また、外観検査の結果、厚さの不均一な褐色結晶であった。

(比較例 2)

図 1、図 2に示すような装置において、溶融物を保持する保持部を設けなかった。そして以下のように結晶を育成し、以下の結果を得た。

(1 ) 原料の秤量

金属 Ga5 0 g、金属 Nal O Ogを、 φ2ィンチの GaNテンプレート基板とともに、内径 φ 70mmのアルミナ製坩堝 1 1内に秤量した。付属の供給配管 8内が空（Na 未封入）の反応容器 7内に上記坩堝 1 1を密封した。一連の作業は、原料が酸化しないようグローブボックス內で実施した。 GaNテンプレート基板とは、サファイア基板上に GaN単結晶薄膜をェピタキシャル成長させた基板である。

(2) (3) は実施例 1 と同じである。

(4) 昇温 · 窒素ガス導入

1時間かけて 850°C、 40気圧に昇温 '加圧した。炉内温度が Naの融点（ 98 °C )以上になった後に窒素ガスの導入を開始した。窒素ガスの導入は、実施例 1 と同様に、ゆっくりと行った。

( 5) ( 6) ( 7) は、実施例 1 と同じである。

(8) 結晶評価

得られた GaN 単結晶の重量は 1 5 gであった。（0002)面における X 線ロッキングカーブを測定したところ、半値幅 300arcsecのブロードピークが観測された。外観検査の結果、厚さの不均一な黒色結晶であった。なお、窒化アルミニウムについても、実施例 1 と同様の結果を得た。本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。

Claims

請求の範囲

1 . フラックスおよび原料を含む溶液を使用して窒化物単結晶を育成する装置であって、

前記溶液を収容するための坩堝、

前記坩堝を収容する反応容器、

前記反応容器を収容し、少なくとも窒素ガスを充填するための圧力容

¾=、

前記圧力容器内の空間に少なくとも前記窒素ガスを導入するための外側配管、

前記圧力容器内の前記窒素ガスを前記反応容器内へと導入するための供給部材であって、前記外側配管とは分離されている供給部材、前記圧力容器内の前記空間と前記坩堝との間で前記窒素ガスと接触させるためのアル力リ金属またはアル力リ土類金属の溶融物を保持する保持部、および

前記反応容器を動かすための駆動機構

を備えていることを特徴とする、窒化物単結晶の育成装置。

2 . 前記保持部が前記供給部材に取り付けられていることを特徴とする、請求項 1記載の装置。

3 . 前記反応容器内に設置される流路形成材を更に備えており、前記保持部が、前記反応容器内の空間かつ前記坩堝の外側に設けられており、前記流路形成材が前記溶融物に接触することを特徴とする、請求項 1記載の装置。