JP2015168600A - Apparatus and method for manufacturing group iii nitride single crystal - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、昇華再結晶法によって窒化アルミニウム(AIN)単結晶等のIII族窒化物単結晶を製造する製造装置及び製造方法に関するものである。 The present invention relates to a manufacturing apparatus and a manufacturing method for manufacturing a group III nitride single crystal such as an aluminum nitride (AIN) single crystal by a sublimation recrystallization method.
耐熱性や耐腐食性の高いタングステンやタンタル等の反応物から形成される坩堝に原料を入れて加熱し、当該原料を昇華させることによって窒化アルミニウム単結晶を製造する装置が知られている(例えば特許文献1参照)。 An apparatus for producing an aluminum nitride single crystal by heating a raw material in a crucible formed from a reaction product such as tungsten or tantalum having high heat resistance or corrosion resistance and sublimating the raw material is known (for example, Patent Document 1).
上記の技術では、使用した原料の純度や、単結晶成長時における当該単結晶周辺の酸素の影響等により、製造した単結晶においてカーボンや酸素等の不純物濃度が高まるため、所望の光吸収特性を有する単結晶を得ることができない場合があるという問題がある。 In the above technique, the concentration of impurities such as carbon and oxygen in the manufactured single crystal is increased due to the purity of the raw material used and the influence of oxygen around the single crystal during single crystal growth. There is a problem that it may not be possible to obtain a single crystal.
本発明が解決しようとする課題は、所望の光吸収特性を有するIII族窒化物単結晶を得ることができるIII族窒化物単結晶製造装置及び製造方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a group III nitride single crystal production apparatus and production method capable of obtaining a group III nitride single crystal having desired light absorption characteristics.
[1]本発明に係るIII族窒化物単結晶製造装置は、昇華再結晶法を用いて下地基板上の所定領域にIII族窒化物単結晶を製造するIII族窒化物単結晶製造装置であって、原料を収容する収容空間を有する容器本体と、前記所定領域が前記原料に対向するように前記下地基板を保持する蓋体と、を有する坩堝と、前記収容空間内に設けられ、酸素又は炭素の少なくとも一方の濃度を低減させる不純物ゲッターと、を備え、前記不純物ゲッターは、前記所定領域に対向する第1の開口と、前記原料に対向する第2の開口と、を持つ筒型形状を有することを特徴とする。 [1] A group III nitride single crystal manufacturing apparatus according to the present invention is a group III nitride single crystal manufacturing apparatus for manufacturing a group III nitride single crystal in a predetermined region on a base substrate using a sublimation recrystallization method. A crucible having a container body having a storage space for storing the raw material, a lid for holding the base substrate so that the predetermined region faces the raw material, and provided in the storage space, oxygen or An impurity getter that reduces the concentration of at least one of the carbons, and the impurity getter has a cylindrical shape having a first opening facing the predetermined region and a second opening facing the raw material. It is characterized by having.
[2]上記発明において、前記不純物ゲッターは、前記第2の開口から前記第1の開口に向かって内径が縮径するテーパ筒型形状、又は、前記第1の開口の内径と前記第2の開口の内径とが実質的に同一である直筒型形状を有していてもよい。 [2] In the above invention, the impurity getter may have a tapered cylindrical shape whose inner diameter is reduced from the second opening toward the first opening, or the inner diameter of the first opening and the second opening. The opening may have a straight cylinder shape that is substantially the same as the inner diameter of the opening.
[3]上記発明において、前記不純物ゲッターは、ジルコニウムを含んでいてもよい。 [3] In the above invention, the impurity getter may contain zirconium.
[4]上記発明において、前記蓋体は、前記容器本体の上部開口を覆うと共に、前記下地基板を保持する蓋部材を有しており、前記蓋部材は、前記所定領域に対応した貫通開口を有していてもよい。 [4] In the above invention, the lid body has a lid member for covering the upper opening of the container body and holding the base substrate, and the lid member has a through-opening corresponding to the predetermined region. You may have.
[5]上記発明において、前記蓋体は、前記容器本体の上部開口を覆っており、前記下地基板は、前記蓋体の内側面に取り付けられていてもよい。 [5] In the above invention, the lid body may cover an upper opening of the container body, and the base substrate may be attached to the inner side surface of the lid body.
[6]本発明に係るIII族窒化物単結晶の製造方法は、昇華再結晶法を用いて、下地基板上の所定領域にIII族窒化物単結晶を製造する製造方法であって、原料を収容する収容空間を有する容器本体、及び、前記所定領域が前記原料に対向するように前記下地基板を保持する蓋体を有する坩堝と、前記収容空間内に設けられ、酸素又は炭素の少なくとも一方の濃度を低減させる不純物ゲッターと、を備えた製造装置を準備する第1の工程と、前記坩堝を加熱することにより前記原料から発生する昇華ガスを、前記不純物ゲッターを介して前記所定領域に到達させて前記III族窒化物単結晶を成長させる第2の工程と、を有することを特徴とする。 [6] A manufacturing method of a group III nitride single crystal according to the present invention is a manufacturing method of manufacturing a group III nitride single crystal in a predetermined region on a base substrate using a sublimation recrystallization method, A container main body having an accommodating space for accommodating; a crucible having a lid for holding the base substrate so that the predetermined region faces the raw material; and at least one of oxygen and carbon provided in the accommodating space A first step of preparing a manufacturing apparatus including an impurity getter for reducing the concentration; and heating the crucible to cause sublimation gas generated from the raw material to reach the predetermined region via the impurity getter. And a second step of growing the group III nitride single crystal.
本発明によれば、下地基板の所定領域に対向する第1の開口を有する筒型形状の不純物ゲッターが坩堝の収容空間内に設けられている。このため、III族窒化物単結晶の成長時において、昇華ガスから不純物を取り除くことが可能となり、製造するIII族窒化物単結晶中の不純物濃度を低減させることができるため、所望の光吸収特性を有するIII族窒化物単結晶を得ることができる。 According to the present invention, the cylindrical impurity getter having the first opening facing the predetermined region of the base substrate is provided in the crucible housing space. For this reason, it is possible to remove impurities from the sublimation gas during the growth of the group III nitride single crystal, and the impurity concentration in the group III nitride single crystal to be manufactured can be reduced. A group III nitride single crystal having the following can be obtained.
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
<<第1実施形態>>
図1は本実施形態におけるIII族窒化物単結晶製造装置を示す概略構成図であり、図2は本実施形態における坩堝及び不純物ゲッターを示す断面図である。
<< first embodiment >>
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a group III nitride single crystal manufacturing apparatus in the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view showing a crucible and an impurity getter in the present embodiment.
本実施形態における単結晶製造装置1は、昇華再結晶法(改良レーリー法)によって窒化アルミニウム(AIN)単結晶2(以下、AIN単結晶2と称する。)を製造する装置である。具体的には、高温領域で原料を加熱して昇華させ、低温領域に設けられた種結晶4上で当該昇華ガスを再凝縮させることによりAIN単結晶2を製造する。本実施形態における種結晶4が本発明における下地基板の一例に相当し、本実施形態における単結晶製造装置1が本発明におけるIII族窒化物単結晶製造装置の一例に相当する。
The single
この単結晶製造装置1は、図1に示すように、原料3を収容する第1の坩堝10と、第1の坩堝10を収容する第2の坩堝20と、第1の坩堝10内に設けられた不純物ゲッター30と、第2の坩堝20を覆う断熱容器40と、断熱容器40に覆われた第1及び第2の坩堝10、20を収容する結晶成長炉50と、結晶成長炉50内に窒素ガスを供給するガス供給装置60と、結晶成長炉50内を減圧する減圧装置70と、結晶成長炉50の外側に配置された誘導コイル80と、坩堝10、20の温度を測定する第1の温度計91及び第2の温度計92と、を備えている。
As shown in FIG. 1, the single
第1の坩堝10は、図2に示すように、容器本体11と蓋体12とを備えている。容器本体11は、円筒状の筒部111および筒部111の下端を塞ぐ底部112によって形成される収容空間101を有している。筒部111は、下筒部111aと、上端に上部開口113を有する上筒部111bと、から構成されており、それら下筒部111aと上筒部111bとの間には不純物ゲッター30のフランジ部32が挟まれている。本実施形態における下筒部111aと上筒部111bは、互いに略等しい内径及び厚さを有しているが、それらの上下筒部111a、111bが互いに異なる内径及び厚さを有していてもよい。この容器本体11の収容空間101には原料3が収容されている。原料3の具体例としては、窒化アルミニウムの粉末や焼結体を挙げることができる。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態における蓋体12は、第1の坩堝10の上部開口113を覆う第1の蓋部材13と、種結晶4を介して当該第1の蓋部材13の上方に設けられた第2の蓋部材14と、を有している。
The
第1の蓋部材13は、中央部に円形状の貫通開口131が設けられた平板ドーナツ状であり、第1の坩堝10の上部開口113を覆うように第1の坩堝10の容器本体上に設けられている。この第1の蓋部材13は、容器本体11に載置されているだけであり、当該容器本体11及び第1の蓋部材13で閉じられた領域は、流体の出入りが容易な準密閉構造となっている。このため、結晶成長炉50内に導入された窒素ガス等が当該領域内に流入することが可能となっている。この第1の蓋部材13は、当該第1の蓋部材13の上面で種結晶4を保持しており、AlN単結晶の製造時には、図2に示すように、種結晶4における貫通開口131に対応する領域(以下、所定領域4aとも称する。)に当該AlN単結晶2が形成される。本実施形態における第1の蓋部材13が本発明の蓋部材の一例に相当する。
The
第2の蓋部材14は、容器本体11に対応する径の円板形状を有しており、種結晶4の上面を覆うように設けられている。なお、第2の蓋部材14を省略してもよく、この場合には、第1の蓋部材13の貫通開口131を覆うように種結晶4のみを当該第1の蓋部材13上に載置することとなる。
The
本実施形態において、第1の坩堝10を構成する材料としては、AlN単結晶2の結晶成長時(2000[℃]程度)において、窒化アルミニウムの昇華ガスによる腐食を受けないものが好ましく、この様な材料としては、モリブデン、タングステン、タンタル、窒化モリブデン、窒化タングステン、窒化タンタル、炭化モリブデン、炭化タングステン、炭化タンタル等を例示することができる。
In the present embodiment, the material constituting the
種結晶4は、第1の蓋部材13の貫通開口131の径よりも大きな外径を有する円板形状であり、当該貫通開口131を塞ぐように第1の坩堝10上に載置されている。第2の蓋部材14及び種結晶4は、第1の蓋部材13によって支持されていると共に、種結晶4の所定領域4aは第1の蓋部材13の貫通開口131を介して原料3に対向している。
The
種結晶4の具体例としては、AlN単結晶や、バッファー層を有する結晶(例えば、AlN/SiC単結晶(SiC単結晶上に膜厚200〜500[μm]程度のAlN単結晶膜をヘテロ成長させた単結晶))等から構成される板状又は円板状の基板を挙げることができる。なお、種結晶4の種類は、製造するIII族窒化物単結晶と同種であることが好ましい。
Specific examples of the
本実施形態における第2の坩堝20は、容器本体21と蓋体22とを有している。容器本体21は、筒形状の筒部211と、当該筒部211の下側を塞ぐ底部212と、から構成されている。上述した第1の坩堝10は、図2に示すように、第2の坩堝20の筒部211内に収まっていると共に第2の坩堝20の底部212上に設置されている。
The
また、第2の坩堝20の底部212には、図2に示すように、後述する第1の温度計91の視路を確保するための円形の開口212aが設けられている。また、蓋体22には、後述する第2の温度計92の視路を確保するための円形の開口22aが設けられている。これらの開口212a、22aは、外部への放熱を抑制するためにできる限り小さな内径(例えば10[mm]程度)を有している。
In addition, as shown in FIG. 2, a
第2の坩堝20を構成する材料としては、窒化アルミニウム単結晶の結晶成長時の温度(2000[℃]程度)において耐熱性を有する材料であればよい。この様な材料としては、例えば、黒鉛、窒化硼素、窒化アルミニウム、窒化ガリウム、炭化珪素、窒化珪素、モリブデン、タングステン、タンタル、炭化モリブデン、炭化ジルコニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、窒化モリブデン、窒化ジルコニウム、窒化タングステン、及び窒化タンタル等を挙げることができる。これらの中でも、耐熱性及び加工の容易性から黒鉛を用いることが好ましい。
The material constituting the
本実施形態における不純物ゲッター30は、第1の坩堝10における容器本体11の収容空間101に設けられており、ジルコニウム(Zr)から構成されている。なお、不純物ゲッター30を構成する材料は、特に上記に限定されない。例えば、酸化ジルコニウム(ZrO2)、炭化ジルコニウム(ZrC)、窒化ジルコニウム(ZrN)等から不純物ゲッター30を構成してもよい。因みに、これらの中でも、AlN単結晶製造時における不純物回収効果の観点から、ジルコニウム(Zr)を用いて不純物ゲッター30を構成することが好ましい。
The
不純物ゲッター30は、図2に示すように、筒型形状のテーパ筒部31とフランジ部32とを有している。テーパ筒部31は、図2中の上部に第1の開口311を有していると共に下部に第2の開口312とを有しており、第1の開口311の径は第2の開口312の径よりも小さくなっている。また、第1の開口311は、第2の蓋部材14に取り付けられた種結晶4の所定領域4aに、第1の蓋部材13の貫通開口131を介して対向している。この第1の開口311の形状は、種結晶4の所定領域4aの形状に対応する円形状となっている。
As shown in FIG. 2, the
本実施形態における不純物ゲッター30のテーパ筒部31は、第2の開口312から第1の開口311に向かって直線状に縮径する円錐筒状である。なお、テーパ筒部31の形状は特にこれに限定されず、例えば、第2の開口312から第1の開口311に向かって曲線状に縮径する形状であってもよい。
The tapered
不純物ゲッター30のフランジ部32は、テーパ筒部31の第2の開口312に沿って当該第2の開口312の水平方向外側に環状に形成されており、フランジ部32の長さ(図2中の横幅)は、第1の坩堝10の筒部111の幅(厚さ)と略等しくなっている。本実施形態の不純物ゲッター30において、テーパ筒部31とフランジ部32は一体的に形成されているが、テーパ筒部31とフランジ部32とがそれぞれ独立して形成されていてもよい。
The
この不純物ゲッター30は、図2に示すように、フランジ部32が、第1の坩堝10の筒部111における下筒部111aと上筒部111bとの間で挟まれている。これにより、不純物ゲッター30の第1の開口311が、第1の蓋部材13を介して種結晶4の所定領域4aに対向した状態で保持されていると共に、第2の開口312が原料3に対向した状態で保持されている。
As shown in FIG. 2, the
また、本実施形態における不純物ゲッター30では、テーパ筒部31の第1の開口311と第1の坩堝10における第1の蓋部材13とは、所定距離Dほど互いに離間している。これにより、AlN単結晶の製造時において、当該結晶成長後に第1の坩堝10内に充満する余分なガスを、当該第1の坩堝10の容器本体11と第1の蓋部材13との間から外部に逃がし、AlN単結晶の表面に不純物が積層されることを抑制できる。
Further, in the
本実施形態における第2の坩堝20の周囲には、図2に示すように、外部への放熱を抑制するために断熱容器40が設けられている。この断熱容器40を構成する材料としては、炭素繊維を用いた成形断熱材等を例示することができる。
As shown in FIG. 2, a
断熱容器40は、図1に示すように、円筒状の筒部41と、当該筒部41の下端を塞ぐ底部42と、筒部41の上部を覆う蓋部43を有している。筒部41の内径は、第2の坩堝20の外径よりも大きくなっていると共に、当該筒部41の高さは、第2の坩堝20の高さよりも高くなっている。これにより、断熱容器40の筒部41は、第2の坩堝20の筒部211を覆っており、断熱容器40の底部42は第2の坩堝20の底部212を直接覆っている。また、断熱容器40の蓋部43は、第2の坩堝20の蓋体22を離れて覆っており、断熱容器40の蓋部43と第2の坩堝20の蓋体22との間には間隔Sが形成されている。こうした間隔Sを設けることにより、開口431(後述)を介した種結晶4の放熱の均一化を図ることが可能となっている。
As shown in FIG. 1, the
断熱容器40の底部42には、後述する第1の温度計91の視路を確保するための円形の開口421が形成されている。この開口421は、外部への放熱を抑制するためにできる限り小さな内径(例えば10[mm]程度)を有している。
A
断熱容器40の蓋部43にも、後述する第2の温度計92の視路を確保するための円形の開口431が形成されている。なお、この開口431の内径も、外部への放熱を抑制するためにできる限り小さいことが好ましい(例えば10[mm]程度)。
A
図1に示すように、断熱容器40に覆われた第1及び第2の坩堝10、20は、不図示の固定手段を介して結晶成長炉50内に固定されている。この結晶成長炉50は、例えば二重構造の透明な石英管から構成されており、その上部にガス導入口51が設けられていると共に、その下部にガス排出口52が設けられている。ガス導入口51には、窒素(N2)ガス等を供給可能なガス供給装置60が接続されている。一方、ガス排出口52には、特に図示しない圧力調整弁を介して真空ポンプ等の減圧装置70が接続されている。このガス供給装置60や減圧装置70を駆動させることで、結晶成長炉50内の雰囲気を所定の圧力に調整することが可能となっている。
As shown in FIG. 1, the 1st and
結晶成長炉50の周囲には誘導コイル80が配置されている。この誘導コイル80は、結晶成長炉50内の第1及び第2の坩堝10、20を取り囲んでおり、この誘導コイル80に高周波電流を通電することで坩堝10、20が自己発熱し、これにより原料3及びAlN単結晶2が所望の温度に加熱される。なお、誘導コイル80に代えて、抵抗加熱や赤外加熱を利用した加熱手段を用いてもよい。
An
また、結晶成長炉50の外側には2つの温度計91、92が配置されている。第1及び第2の温度計91、92の具体例としては、例えば放射温度計等を例示することができる。この放射温度計91、92は、結晶成長炉50の透明な壁面を介して、第1の坩堝10から放射される赤外線や可視光線の強度を測定することで当該坩堝10の温度を検出する。
Two
第1の温度計91は、断熱容器40の下部に形成された開口421及び第2の坩堝20の下部に形成された開口212aを介して、結晶成長炉50内における第1の坩堝10の底部212に対向するように配置されており、当該坩堝10の下部の温度を測定することが可能となっている。
The
一方、第2の温度計92は、断熱容器40の蓋部43の開口431及び第2の坩堝20の上部に形成された開口22aを介して、結晶成長炉50内の第1の坩堝10の第2の蓋部材14の上面に対向するように配置されており、当該坩堝10の上部の温度を測定することが可能となっている。つまり、本実施形態では、第1の温度計91によって原料3の温度を測定し、第2の温度計92によって種結晶4の温度を測定する。
On the other hand, the
次に、以上に説明した単結晶製造装置1を用いたAlN単結晶2の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the AlN
先ず、第2の坩堝20の容器本体21内に、第1の坩堝10の容器本体11における底部112及び下筒部111aを設置する。次いで、窒化アルミニウム粉末等の原料3を、当該第1の坩堝10内にセットする。この際、原料3の上面の高さは下筒部111aの上端以下となるようにする。次いで、下筒部111aの上にフランジ部32が位置するよう不純物ゲッター30を設置し、当該フランジ部32の上に上筒部111bを設置する。続いて、当該上筒部111bの上に第1の蓋部材13を設置した後、種結晶4が貼り付けられた第2の蓋部材14を第1の蓋部材13に設置する。これにより、原料3が第1の坩堝10内に収容されると共に、当該原料3に対向するように種結晶4が第1の坩堝10内に保持される。
First, in the container
なお、蓋体12の第2の蓋体14に貼り付ける種結晶4は、図2中下側の主面(原料3に対向する主面)がCMP(Chemical Mechanical Polishing)等により鏡面研磨仕上げされていることが好ましく、図2中の上下両方の主面が鏡面研磨仕上げされていることが更に好ましい。
The
その後、第1及び第2の坩堝10、20を、断熱容器40の底部42に設置した後、蓋部43を筒部41に向かって押し込むことにより、断熱容器40内の流体が出入り容易な準密閉状態とする。
Then, after installing the first and
次いで、断熱容器40で覆った第1及び第2の坩堝10、20を結晶成長炉50内に設置する(第1の工程)。そして、減圧装置70を駆動させてガス排出口52を介して結晶成長炉50内の大気を除去し、当該結晶成長炉50内を真空引きする。次いで、ガス供給装置60を駆動させ、ガス導入口51を介して結晶成長炉50内に窒素ガスを導入して結晶成長炉50内を450[torr]程度まで昇圧すると共に、種結晶4を1000[℃]で1時間程度加熱して当該種結晶4の表面を清浄にする。
Next, the first and
次いで、誘導コイル80に高周波電流を通電して坩堝20を発熱させることで、原料3及び種結晶4を加熱すると共に結晶成長炉50内を昇圧する。この時の種結晶4の温度は1700[℃]〜2300[℃]であることが好ましく、圧力は450[torr]〜760[torr]であることが好ましい。
Next, a high-frequency current is passed through the
この際、第1の坩堝10の上部と下部の温度は、上述の第1及び第2の温度計91、92によってそれぞれ測定し、第1の坩堝10の上部温度(すなわち種結晶4の温度)が、第1の坩堝10の下部温度(すなわち原料3の温度)よりも30[℃]程度低くなるようにする。なお、このような温度調整は、例えば、第1の坩堝10に対する誘導コイル80の位置を調整することにより行う。
At this time, the upper and lower temperatures of the
第1の坩堝10の温度が上記の設定温度に達したら、減圧装置70によって結晶成長炉50内を100[torr]〜600[torr]に減圧する。この減圧により、AlN単結晶2の成長が始まる。例えば、窒化アルミニウム単結晶の製造時には、下記の(1)式及び(2)式に示すように、上述の第1及び第2の坩堝10、20の上部と下部の間に設定された温度勾配によって、原料3から発生した昇華ガスが、種結晶4の所定領域4aに向かって移送され、当該種結晶4上で再結晶化しAlN単結晶2が成長する(第2の工程)。
When the temperature of the
2AlN(s) → 2Al(g)+N2(g) …(1)
2Al(g)+N2(g) → 2AlN(s) …(2)
2AlN (s) → 2Al (g) + N 2 (g) (1)
2Al (g) + N 2 (g) → 2AlN (s) (2)
一般に、AlN単結晶2を成長させる際の第1の坩堝10内の温度において、酸化ジルコニウム(ZrO2)の標準生成エネルギーは、酸化アルミニウム(Al2O3)の標準生成エネルギーよりも小さい。このため、第1の坩堝10内において下記(3)式が進行し、種結晶4の所定領域4aに到達する昇華ガスに含まれる酸化アルミニウム(Al2O3)の量を低減することができる(酸素吸収効果)。
Zr+O2 → ZrO2 …(3)
In general, the standard generation energy of zirconium oxide (ZrO 2 ) is smaller than the standard generation energy of aluminum oxide (Al 2 O 3 ) at the temperature in the
Zr + O 2 → ZrO 2 (3)
また、AlN単結晶2を成長させる際の第1の坩堝10内の温度において、炭化ジルコニウム(ZrC)の標準生成エネルギーは、炭化アルミニウム(Al4C3)の標準生成エネルギーよりも小さい。このため、第1の坩堝10内において下記(4)式が進行し、種結晶4の所定領域4aに到達する昇華ガスに含まれる炭化アルミニウム(Al4C3)の量を低減することができる(炭素吸収効果)。
Zr+C → ZrC …(4)
In addition, at the temperature in the
Zr + C → ZrC (4)
これら酸素吸収効果及び炭素吸収効果により、製造するAlN単結晶に含まれる不純物(Al2O3、Al4C3)の量を低減し、所望の光吸収特性を有するAlN単結晶を製造することができる。 Due to these oxygen absorption effect and carbon absorption effect, the amount of impurities (Al 2 O 3 , Al 4 C 3 ) contained in the produced AlN single crystal is reduced, and an AlN single crystal having desired light absorption characteristics is produced. Can do.
特に、本実施形態においては、図2に示すように、不純物ゲッター30が第1の坩堝10における容器本体11の収容空間101内に設けられている。当該不純物ゲッター30は、第2の開口312から第1の開口311に向かって縮径する形状のテーパ筒部31を有しており、第1の開口311は種結晶4の所定領域4aに対向している。そして、当該第1の開口311は種結晶4の所定領域4aと対応した形状となっている。これにより、AlN単結晶製造時における原料3からの昇華ガスは、不純物ゲッター30のテーパ筒部31の形状に沿って上昇するため、酸素吸収効果および炭素吸収効果を効率的に奏することができる。
In particular, in the present embodiment, as shown in FIG. 2, the
なお、不純物ゲッター30が、酸化カルシウム(CaO)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化イットリウム(Y2O3)、酸化ストロンチウム(SrO)、又は酸化バリウム(BaO)等の二価の酸化物からなる群より選ばれる少なくとも一種類の材料等の添加物を含んでいてもよい。この場合には、不純物ゲッター30に高い靭性を付与することができると共に、温度変化に伴う不純物ゲッター30の体積変化を軽減し、不純物ゲッター30にクラックが発生することを抑制できる。
The
AlN単結晶2の成長を停止させる場合には、ガス導入口51から窒素ガスを結晶成長炉50内に供給して結晶成長炉50内を700[torr]程度まで昇圧させた後に、誘導コイル80への通電を停止して原料3及び種結晶4を室温まで自然冷却又は一定速度(例えば100[℃/hr])で降温し、成長したAlN単結晶2を第1の坩堝10から取り出す。
When stopping the growth of the AlN
<<第2実施形態>>
図3は、本実施形態における第1の坩堝、不純物ゲッター、及び支持部を示す断面図である。第2実施形態における単結晶製造装置は、不純物ゲッター30Bの形状が第1実施形態の酸素ゲッター30と異なると共に、当該不純物ゲッター30Bが収容空間101内で支持部33によって支持されていること以外は、上述した第1実施形態と同様である。このため、第1実施形態と相違する部分についてのみ説明し、第1実施形態と同一である部分については、第1実施形態と同一の符号を付して説明を省略する。
<< Second Embodiment >>
FIG. 3 is a cross-sectional view showing the first crucible, the impurity getter, and the support part in the present embodiment. The single crystal manufacturing apparatus according to the second embodiment is different from the
本実施形態における不純物ゲッター30Bは、図3に示すように、第1の開口311の内径と第2の開口312Bの内径とが実質的に同一である直筒型形状であり、当該開口311、312Bの間において略一定の厚さを有している。この不純物ゲッター30Bは、第1実施形態で説明した不純物ゲッター30と同様の材料から構成されている。不純物ゲッター30Bの第1の開口311は、第1の蓋部材13を介して種結晶4の所定領域4aに対向していると共に、当該種結晶4の所定領域4aに対応した円形状を有している。一方、不純物ゲッター30Bの第2の開口312Bは、原料3に対向している。
As shown in FIG. 3, the
本実施形態における不純物ゲッター30Bも、第1の開口311と第1の坩堝10の第1の蓋部材13とは、所定距離Dほど互いに離間している。これにより、AlN単結晶の表面に不純物が積層されることを抑制できる。この不純物ゲッター30Bは、支持部33上に設置されている。
Also in the
支持部33は、中心に開口331が形成された平板ドーナツ状を有しており、例えば、第1の坩堝10を構成する材料と同様の材料から形成されている。開口331の径は不純物ゲッター30Bにおける第2の開口312Bの内径に対応していると共に、支持部33の外径は第1の坩堝10の容器本体11の径に対応している。この支持部33は、第1の坩堝10の下筒部11aと上筒部11bとの間に挟まれて保持されている。
The
本実施形態における単結晶製造装置を用いてAlN単結晶2を製造する際は、まず、第2の坩堝20の容器本体21における底部112及び下筒部111aを設置する。次いで、窒化アルミニウム粉末等の原料3を、当該第1の坩堝10内にセットする。この際、原料3の上面の高さは下筒部111aの上端以下となるようにする。次いで、下筒部111aの上に支持部33を設置した後、支持部33の上に不純物ゲッター30Bを設置する。この際、支持部33の開口331が不純物ゲッター30Bの第2の開口312Bに対応するように配置する。続いて、支持部33の上に上筒部111bを設置する。その後は、第1実施形態で説明した単結晶製造装置1と同様にしてAlN単結晶2を製造する。
When manufacturing the AlN
本実施形態における単結晶製造装置においても、AlN単結晶製造時における原料3からの昇華ガスが不純物ゲッター30Bを通過する際に、酸素吸収効果及び炭素吸収効果を奏することができる。このため、所望の光吸収特性を有するAlN単結晶2を製造することができる。
Also in the single crystal manufacturing apparatus in this embodiment, when the sublimation gas from the
また、不純物ゲッター30Bが、上述した酸化カルシウム(CaO)等の添加物を含む場合には、不純物ゲッター30Bに高い靭性を付与することができると共に、温度変化に伴う不純物ゲッター30Bの体積変化を軽減し、不純物ゲッター30Bにクラックが発生することを抑制できる。
In addition, when the
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 The embodiment described above is described for facilitating the understanding of the present invention, and is not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.
例えば、図4に示すように、第1実施形態で説明した単結晶製造装置1から第1の蓋部材13を省略してもよい。この場合には、第1の坩堝10の第2の蓋部材14の内側面141に種結晶4が接着剤で取り付けられた状態で、第1の坩堝10の上筒部111bの上部開口113を直接覆うように、当該第2の蓋部材14が上筒部111b上に設置される。このような接着剤としては、樹脂、無機化合物系セラミックス、黒鉛を主成分とした高温用接着剤等を例示することができる。この場合においても、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
For example, as shown in FIG. 4, the
また、例えば、第2の坩堝20を省略して第1の坩堝10のみから構成される坩堝構造を採用してもよいし、第2の坩堝20を第3の坩堝内に収容した三重坩堝構造を採用してもよい。
Further, for example, a crucible structure composed of only the
また、上述の実施形態では、III族窒化物単結晶として窒化アルミニウム(AlN)単結晶を製造する装置及び方法について説明したが、特にこれに限定されず、窒化ガリウム(GaN)単結晶や、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)、窒化インジウム(InN)単結晶を製造する装置及び方法に本発明を適用してもよい。 In the above-described embodiment, an apparatus and a method for manufacturing an aluminum nitride (AlN) single crystal as a group III nitride single crystal have been described. However, the present invention is not particularly limited thereto, and the gallium nitride (GaN) single crystal, nitride The present invention may be applied to an apparatus and method for manufacturing aluminum gallium (AlGaN) and indium nitride (InN) single crystals.
また、上述の実施形態では、第1の坩堝10における蓋体12の第2の蓋体14に取り付けられた種結晶4を用いてIII族窒化物単結晶を製造する装置及び方法について説明したが、特にこれに限定されない。例えば、種結晶4に代えて、製造するIII族窒化物単結晶とは異なる表面材料から構成される下地基板を第2の蓋体14に取り付け、当該下地基板上でIII族窒化物単結晶を成長させる装置及び方法に本発明を適用してもよい。
In the above-described embodiment, the apparatus and method for producing a group III nitride single crystal using the
以下に、本発明をさらに具体化した実施例及び比較例により本発明の効果を確認した。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における酸素吸収効果及び炭素吸収効果を確認するためのものである。 Below, the effect of the present invention was confirmed by examples and comparative examples that further embody the present invention. The following examples and comparative examples are for confirming the oxygen absorption effect and the carbon absorption effect in the above-described embodiment.
<実施例1>
実施例1では、第1実施形態で説明した図1に示すような単結晶製造装置を作製した。
<Example 1>
In Example 1, a single crystal manufacturing apparatus as shown in FIG. 1 described in the first embodiment was manufactured.
具体的には、第1の坩堝10を構成する材料として炭化タンタルを使用し、第2の坩堝20を構成する材料として高純度黒鉛を使用した。また、種結晶4は、(0001)面を成長面とする直径25mmの円板上の窒化アルミニウム単結晶基板を用いた。不純物ゲッター30を構成する材料としてはジルコニウム(Zr)を使用し、テーパ筒部31の形状は、第1の開口311を直径26mmの円形状の開口とし、第2の開口312を直径50mmの円形状の開口とし、高さを4mmとする形状とした。
Specifically, tantalum carbide was used as the material constituting the
AlN単結晶を成長させる際は、まず、結晶成長炉50内を十分に真空排気した後、窒素ガス等のプロセスガスを導入し、圧力を100〜600[torr]に設定した。圧力が安定した後、誘導コイル80による誘導加熱により、種結晶4の温度を1700〜2200[℃]、原料3の温度を1800〜2200[℃]に設定し、100時間の成長を行った後、室温まで徐冷し、AlN単結晶を厚さ5mmまで成長させた。なお、昇温速度は30[℃ / min]とし、降温速度は10[℃ / min]とした。この様にして得られたAlN単結晶を評価サンプルとして用いた。
When growing the AlN single crystal, first, the inside of the
以上に説明した実施例1の評価サンプルについて、炭素濃度と酸素濃度の測定を行った。炭素濃度及び酸素濃度の測定は、SIMS(Secondary Ion Mass Spectrometry、CAMECA社製)を用いた。本例では、一次イオン種としてはCs+を用い、一次イオンの加速電圧は14.5[kV]の条件で、AlN単結晶の表面における元素(C、O)の分布量を測定した。 About the evaluation sample of Example 1 demonstrated above, the carbon concentration and the oxygen concentration were measured. For measurement of the carbon concentration and the oxygen concentration, SIMS (Secondary Ion Mass Spectrometry, manufactured by CAMECA) was used. In this example, Cs + was used as the primary ion species, and the distribution amount of the elements (C, O) on the surface of the AlN single crystal was measured under the condition that the acceleration voltage of the primary ions was 14.5 [kV].
<実施例2>
実施例2では、第2実施形態で説明した図3に示すような形状の不純物ゲッター30B及び支持部33を用いたこと以外は、実施例1と同様にして単結晶製造装置を作製した。不純物ゲッター30Bを構成する材料としてはジルコニウム(Zr)を使用し、支持部33としては炭化タンタルを使用した。不純物ゲッター30Bの形状は、第1及び第2の開口311、312Bの内径を26mmとし、高さを4mmとする円筒形状とした。
<Example 2>
In Example 2, a single crystal manufacturing apparatus was manufactured in the same manner as Example 1 except that the
この単結晶製造装置を用いて作製した評価サンプル(AlN単結晶)についても、実施例1と同様にして炭素濃度および酸素濃度の測定を行った。 For the evaluation sample (AlN single crystal) produced using this single crystal production apparatus, the carbon concentration and the oxygen concentration were measured in the same manner as in Example 1.
<実施例3>
実施例3では、不純物ゲッターの材料として窒化ジルコニウム(ZrN)を用いたこと以外は、実施例1と同様にして単結晶製造装置を作製した。
<Example 3>
In Example 3, a single crystal manufacturing apparatus was manufactured in the same manner as in Example 1 except that zirconium nitride (ZrN) was used as the material of the impurity getter.
この単結晶製造装置を用いて作製した評価サンプル(AlN単結晶)についても、実施例1と同様にして炭素濃度および酸素濃度の測定を行った。 For the evaluation sample (AlN single crystal) produced using this single crystal production apparatus, the carbon concentration and the oxygen concentration were measured in the same manner as in Example 1.
<比較例1>
比較例1では、炭化タンタルを用いて、不純物ゲッター30と同一形状の擬似ゲッターを作製し、当該擬似ゲッターを不純物ゲッター30に代えて設置したこと以外は、実施例1と同様にして単結晶製造装置を作製した。
<Comparative Example 1>
In Comparative Example 1, a single crystal is manufactured in the same manner as in Example 1 except that a pseudo getter having the same shape as the
この単結晶製造装置を用いて作製した評価サンプル(AlN単結晶)についても、実施例1と同様にして炭素濃度および酸素濃度の測定を行った。 For the evaluation sample (AlN single crystal) produced using this single crystal production apparatus, the carbon concentration and the oxygen concentration were measured in the same manner as in Example 1.
実施例1、実施例2、実施例3、及び比較例1のそれぞれの測定結果を表1に示す。
表1に示す結果によると、実施例1の評価サンプルでは、炭素濃度および酸素濃度が比較例1の評価サンプルに比べて有意に減少していることが分かった。また、実施例2及び実施例3の評価サンプルでは、酸素濃度が比較例1の評価サンプルに比べ有意に減少していることが分かった。 According to the results shown in Table 1, it was found that in the evaluation sample of Example 1, the carbon concentration and the oxygen concentration were significantly reduced as compared with the evaluation sample of Comparative Example 1. Moreover, in the evaluation samples of Example 2 and Example 3, it was found that the oxygen concentration was significantly reduced as compared with the evaluation sample of Comparative Example 1.
以上のように、実施例1における単結晶製造装置で作製したAlN単結晶では、不純物としての炭素及び酸素が減少していることが確認された。また、実施例2及び実施例3における単結晶製造装置でそれぞれ作製したAlN単結晶では、不純物としての酸素が減少していることが確認された。 As described above, it was confirmed that carbon and oxygen as impurities were reduced in the AlN single crystal manufactured by the single crystal manufacturing apparatus in Example 1. In addition, it was confirmed that oxygen as impurities was reduced in the AlN single crystals produced by the single crystal production apparatuses in Example 2 and Example 3, respectively.
1・・・単結晶製造装置
2・・・窒化アルミニウム単結晶
3・・・原料
4・・・種結晶
4a・・・所定領域
10・・・第1の坩堝
11・・・容器本体
111・・・筒部
112・・・底部
113・・・上部開口
12・・・蓋体
13・・・第1の蓋部材
131・・・貫通開口
14・・・第2の蓋部材
141・・・内側面
20・・・第2の坩堝
21・・・容器本体
211・・・筒部
212・・・底部
22・・・蓋体
30、30B・・・不純物ゲッター
31・・・テーパ筒部
311・・・第1の開口
312、312B・・・第2の開口
32・・・フランジ部
33・・・支持部
40・・・断熱容器
50・・・結晶成長炉
60・・・ガス供給装置
70・・・減圧装置
80・・・誘導コイル
91・・・第1の温度計
92・・・第2の温度計
DESCRIPTION OF
Claims (6)
原料を収容する収容空間を有する容器本体と、前記所定領域が前記原料に対向するように前記下地基板を保持する蓋体と、を有する坩堝と、
前記収容空間内に設けられ、酸素又は炭素の少なくとも一方の濃度を低減させる不純物ゲッターと、を備え、
前記不純物ゲッターは、前記所定領域に対向する第1の開口と、前記原料に対向する第2の開口と、を持つ筒型形状を有することを特徴とするIII族窒化物単結晶製造装置。 A group III nitride single crystal manufacturing apparatus for manufacturing a group III nitride single crystal in a predetermined region on a base substrate using a sublimation recrystallization method,
A crucible having a container body having a storage space for storing a raw material, and a lid for holding the base substrate so that the predetermined region faces the raw material;
An impurity getter that is provided in the housing space and reduces the concentration of at least one of oxygen and carbon;
The group III nitride single crystal manufacturing apparatus, wherein the impurity getter has a cylindrical shape having a first opening facing the predetermined region and a second opening facing the raw material.
前記不純物ゲッターは、前記第2の開口から前記第1の開口に向かって内径が縮径するテーパ筒型形状、又は、前記第1の開口の内径と前記第2の開口の内径とが実質的に同一である直筒型形状を有することを特徴とするIII族窒化物単結晶製造装置。 It is the group III nitride single-crystal manufacturing apparatus of Claim 1,
The impurity getter has a tapered cylindrical shape whose inner diameter is reduced from the second opening toward the first opening, or the inner diameter of the first opening and the inner diameter of the second opening are substantially equal. And a group III nitride single crystal manufacturing apparatus characterized by having a straight cylindrical shape identical to each other.
前記不純物ゲッターは、ジルコニウムを含むことを特徴とするIII族窒化物単結晶製造装置。 The group III nitride single crystal production apparatus according to claim 1 or 2,
The group III nitride single crystal manufacturing apparatus, wherein the impurity getter contains zirconium.
前記蓋体は、前記容器本体の上部開口を覆うと共に、前記下地基板を保持する蓋部材を有しており、
前記蓋部材は、前記所定領域に対応した貫通開口を有することを特徴とするIII族窒化物単結晶製造装置。 It is a group III nitride single-crystal manufacturing apparatus of any one of Claims 1-3,
The lid body has a lid member for covering the upper opening of the container body and holding the base substrate,
The III-nitride single crystal manufacturing apparatus, wherein the lid member has a through-opening corresponding to the predetermined region.
前記蓋体は、前記容器本体の上部開口を覆っており、
前記下地基板は、前記蓋体の内側面に取り付けられていることを特徴とする特徴とするIII族窒化物単結晶製造装置。 It is a group III nitride single-crystal manufacturing apparatus of any one of Claims 1-3,
The lid covers an upper opening of the container body;
The group III nitride single crystal manufacturing apparatus according to claim 1, wherein the base substrate is attached to an inner surface of the lid.
原料を収容する収容空間を有する容器本体、及び、前記所定領域が前記原料に対向するように前記下地基板を保持する蓋体を有する坩堝と、前記収容空間内に設けられ、酸素又は炭素の少なくとも一方の濃度を低減させる不純物ゲッターと、を備えた製造装置を準備する第1の工程と、
前記坩堝を加熱することにより前記原料から発生する昇華ガスを、前記不純物ゲッターを介して前記所定領域に到達させて前記III族窒化物単結晶を成長させる第2の工程と、を有することを特徴とするIII族窒化物単結晶の製造方法。 A manufacturing method for manufacturing a group III nitride single crystal in a predetermined region on a base substrate using a sublimation recrystallization method,
A container main body having a storage space for storing the raw material, a crucible having a lid for holding the base substrate so that the predetermined region faces the raw material, and provided in the storage space, at least of oxygen or carbon A first step of preparing a manufacturing apparatus including an impurity getter for reducing one concentration;
And a second step of growing the group III nitride single crystal by causing the sublimation gas generated from the raw material by heating the crucible to reach the predetermined region via the impurity getter. A method for producing a group III nitride single crystal.
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2022061384A1 (en) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Device for growing single crystals, in particular single crystals of silicon carbide |
WO2024201307A1 (en) * | 2023-03-29 | 2024-10-03 | Hexatech, Inc. | Single crystalline aluminum nitride substrate and optoelectronic devices made therefrom |
-
2014
- 2014-03-07 JP JP2014044755A patent/JP2015168600A/en active Pending
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---|---|---|---|---|
WO2022061384A1 (en) * | 2020-09-28 | 2022-03-31 | Ebner Industrieofenbau Gmbh | Device for growing single crystals, in particular single crystals of silicon carbide |
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