[go: up one dir, main page]

JP2007001805A - Method for producing aluminum nitride single crystal - Google Patents

Method for producing aluminum nitride single crystal Download PDF

Info

Publication number
JP2007001805A
JP2007001805A JP2005183497A JP2005183497A JP2007001805A JP 2007001805 A JP2007001805 A JP 2007001805A JP 2005183497 A JP2005183497 A JP 2005183497A JP 2005183497 A JP2005183497 A JP 2005183497A JP 2007001805 A JP2007001805 A JP 2007001805A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
single crystal
raw material
aluminum nitride
sublimation
crystal
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.)
Pending
Application number
JP2005183497A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshiaki Mabuchi
利明 馬淵
Kazuo Sanada
和夫 真田
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.)
Fujikura Ltd
Original Assignee
Fujikura 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 Fujikura Ltd filed Critical Fujikura Ltd
Priority to JP2005183497A priority Critical patent/JP2007001805A/en
Publication of JP2007001805A publication Critical patent/JP2007001805A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Crystals, And After-Treatments Of Crystals (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manufacturing method which can efficiently manufacture a high quality single crystal with a large diameter as a result of preventing the introduction of defects into the single crystal to be obtained when manufacturing a nitride single crystal by a sublimation method. <P>SOLUTION: When growing aluminium nitride on a seed crystal 7 by heating and sublimating a raw material powder 9 of the aluminium nitride in a heating furnace 1, the manufacturing method uses as the raw material powder 9 of the aluminium nitride one that has an average particle diameter of 10 μm or larger or a specific surface area of 0.02 m<SP>2</SP>/g or smaller. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、窒化アルミニウム単結晶の製造方法に関する。   The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride single crystal.

窒化アルミニウム(AlN)の単結晶材料は、窒化ガリウム(GaN)を用いた半導体デバイス、例えば半導体発光デバイスの基板などとして期待されている。これは、窒化ガリウムの光半導体デバイスの基板には、従来はサファイアの単結晶材料が用いられているのであるが、前記窒化アルミニウムは、サファイアに比べて熱伝導率が高く、かつ、窒化ガリウムとの格子の不整合性が小さいからであり、また、バンドギャップの大きさも、サファイアと同様に可視領域での光吸収が無い程度以上の大きさを具備しているからである。   A single crystal material of aluminum nitride (AlN) is expected as a semiconductor device using gallium nitride (GaN), for example, a substrate of a semiconductor light emitting device. This is because a single crystal material of sapphire is conventionally used for the substrate of a gallium nitride optical semiconductor device, but the aluminum nitride has a higher thermal conductivity than sapphire and This is because the incompatibility of the lattice is small, and the band gap has a size larger than the extent of no light absorption in the visible region as in the case of sapphire.

このような有利な特質を有する窒化アルミニウムの単結晶材料は、工業的に用いられる温度、圧力の条件下では、安定な液相を持たないことから、シリコンの単結晶のように液相から種結晶を引き上げるCZ法などの方法では製造することができない。そのため、種々の方法が提案されている。   An aluminum nitride single crystal material having such advantageous characteristics does not have a stable liquid phase under industrially used temperature and pressure conditions. It cannot be produced by a method such as the CZ method for pulling up the crystal. For this reason, various methods have been proposed.

例えば、非特許文献1には、高純度AlNの結晶成長に関して、昇華法やその他の結晶粒成長技術について概説されており、このうち、昇華法に関しては、AlNを装入したカーボン製のるつぼを加熱して、AlN単結晶が製造可能であることが記されている。しかし、この非特許文献に開示されているAlN単結晶は、粉状又は粒状程度の微小な単結晶であって、半導体発光デバイスの基板として使用できる大きさの単結晶については開示されていない。   For example, Non-Patent Document 1 outlines a sublimation method and other crystal grain growth techniques for crystal growth of high-purity AlN. Among these, for a sublimation method, a carbon crucible charged with AlN is used. It is stated that an AlN single crystal can be produced by heating. However, the AlN single crystal disclosed in this non-patent document is a fine single crystal in a powdery or granular form, and does not disclose a single crystal of a size that can be used as a substrate of a semiconductor light emitting device.

また、非特許文献2には、アルミニウムを窒素雰囲気中で蒸発させることにより、AlN単結晶の成長が確認できたことが記載されている。   Non-Patent Document 2 describes that the growth of AlN single crystals could be confirmed by evaporating aluminum in a nitrogen atmosphere.

近年では、窒化物単結晶の製造方法として、昇華法が有望視されるようになってきており、この昇華法について技術開発が進められている。例えば、特許文献1には、窒化物の粉末と、この窒化物と反応して窒化物を分解気化させる酸化物の粉末とを混合し、窒素雰囲気などで昇華温度よりも低い温度で加熱することにより、バルク素材として実用に供し得る大きさの窒化物単結晶が得られたことが記載されている。   In recent years, the sublimation method has come to be regarded as promising as a method for producing a nitride single crystal, and technical development of this sublimation method is underway. For example, in Patent Document 1, a nitride powder and an oxide powder that reacts with the nitride to decompose and vaporize the nitride are mixed and heated in a nitrogen atmosphere or the like at a temperature lower than the sublimation temperature. Describes that a nitride single crystal having a size that can be practically used as a bulk material is obtained.

図1は、昇華法を用いた一般的な窒化物単結晶の製造装置の一例を示す模式図である。図中1は、加熱炉であり、この加熱炉1は、加熱手段である誘導加熱コイル2と、この誘導加熱コイルの内側に設けられた加熱炉本体3とを備えている。加熱炉本体3の内側下部には、原料9を収容する黒鉛るつぼ4が設けられている。また、加熱炉本体3には雰囲気ガスの流入口5及び排出口6が設けられていて、流入口5から雰囲気ガスを導入する一方、排出口6から排出させて、加熱炉本体3の内側を所定のガス雰囲気でかつ、所定のガス圧力に調整できるようになっている。   FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of a general nitride single crystal manufacturing apparatus using a sublimation method. In the figure, reference numeral 1 denotes a heating furnace, and the heating furnace 1 includes an induction heating coil 2 as a heating means and a heating furnace body 3 provided inside the induction heating coil. A graphite crucible 4 that accommodates the raw material 9 is provided at the inner lower portion of the heating furnace body 3. In addition, the heating furnace body 3 is provided with an inlet 5 and an outlet 6 for the atmospheric gas, and the atmospheric gas is introduced from the inlet 5 while being discharged from the outlet 6 so that the inside of the heating furnace body 3 A predetermined gas atmosphere can be adjusted to a predetermined gas pressure.

また、加熱炉本体3の内側上部には、窒化物単結晶の種結晶7が貼り付けられたサセプター8が固定されている。このサセプター8は、黒鉛などからなる板状のものであり、その種結晶7を貼り付ける面は、原料9を収容した黒鉛るつぼ4と対向するように水平に配設されている。また、種結晶7の表面もサセプター8の表面と平行となるように、水平に配設されている(ジャスト方向と言われることがある。)。   A susceptor 8 to which a nitride single crystal seed crystal 7 is attached is fixed to the inside upper portion of the heating furnace body 3. The susceptor 8 is a plate-shaped member made of graphite or the like, and the surface to which the seed crystal 7 is attached is disposed horizontally so as to face the graphite crucible 4 containing the raw material 9. Further, the surface of the seed crystal 7 is also arranged horizontally so as to be parallel to the surface of the susceptor 8 (sometimes referred to as a just direction).

そして、このような窒化物単結晶の製造装置を用いて昇華法により窒化物単結晶を製造するときは、まず、黒鉛るつぼ4の内側に原料9となる窒化物の粉末や焼結体などを装入する。次いで、加熱炉1内を排出口6に接続された図示しない排気ポンプにより真空排気した後、雰囲気ガスの流入口5から窒素などの雰囲気ガスを導入する。そして、誘導加熱コイルを動作させることにより、黒鉛るつぼ4内に収容した原料9である窒化物粉末や焼結体を所定の昇華温度になるよう加熱するとともに、サセプター8及び種結晶7を所定の析出温度になるよう加熱する。また、加熱中は、加熱炉1上部の排出口6から加熱炉1内の雰囲気ガスを排気しつつ下部の流入口5から雰囲気ガスを加熱炉1内に供給することにより、加熱炉1内のガス圧力、流量を適切に調整している。   When a nitride single crystal is manufactured by a sublimation method using such a nitride single crystal manufacturing apparatus, first, a nitride powder or a sintered body as a raw material 9 is placed inside the graphite crucible 4. Insert. Next, after the inside of the heating furnace 1 is evacuated by an exhaust pump (not shown) connected to the discharge port 6, an atmosphere gas such as nitrogen is introduced from the atmosphere gas inlet 5. Then, by operating the induction heating coil, the nitride powder or sintered body, which is the raw material 9 accommodated in the graphite crucible 4, is heated to a predetermined sublimation temperature, and the susceptor 8 and the seed crystal 7 are Heat to deposition temperature. During heating, the atmospheric gas in the heating furnace 1 is exhausted from the discharge port 6 at the upper part of the heating furnace 1 while the atmospheric gas is supplied into the heating furnace 1 from the lower inlet 5. The gas pressure and flow rate are adjusted appropriately.

この炉内加熱により、黒鉛るつぼ4に収容された原料9である窒化物粉末などが溶融、昇華し、昇華した窒化物の原料ガスが種結晶7の表面で析出することにより、窒化物の単結晶が結晶成長する。この結晶成長中においては、種結晶7上での結晶成長の結晶化速度を制御するため、種結晶7の温度と原料9から昇華する昇華ガスの昇華速度(単位時間当たりの昇華量)とをそれぞれ最適化する制御が行われている。
Glen A.SLACK and T.F.McNELLY, Journal of Crystal Growth 34(1976),p.263−279 R.Shelesser, Z.Sitar, Journal of Crystal Growth 234(2002),p.349−353 特開平10−53495号公報
By heating in the furnace, the nitride powder as the raw material 9 accommodated in the graphite crucible 4 is melted and sublimated, and the sublimated nitride raw material gas is deposited on the surface of the seed crystal 7, so that the nitride single substance is obtained. Crystal grows. During this crystal growth, in order to control the crystallization speed of crystal growth on the seed crystal 7, the temperature of the seed crystal 7 and the sublimation speed of the sublimation gas sublimated from the raw material 9 (sublimation amount per unit time) are set. Control to optimize each is performed.
Glen A. SLACK and T.W. F. McNELLY, Journal of Crystal Growth 34 (1976), p. 263-279 R. Shelesser, Z. et al. Sital, Journal of Crystal Growth 234 (2002), p. 349-353 Japanese Patent Laid-Open No. 10-53495

昇華法による結晶成長において、前述した窒化アルミニウムの昇華速度は、昇華させる原料の表面積と相関関係があり、原料の表面積が大きいほど昇華速度は大きくなることが知られている。そのため、前述した製造装置内のるつぼに装入される原料の表面積を大きくするために原料粉末の粒径を小さくすると、昇華速度が大きくなるので、窒化アルミニウム単結晶を製造する際の生産性を向上させるためには有利である。しかしながら、このように原料の表面積を大きくしたり、原料の原料粉末の粒径を小さくしたりした原料を用いて、窒化アルミニウム単結晶を製造すると、るつぼ内で高温加熱された窒化アルミニウム原料は、昇華するとともに原料粉末相互の焼結が生じ、その焼結が進行するため、時間の経過とともに昇華速度が変化してしまう。このような昇華速度の変動は、作製する窒化アルミニウム単結晶の質に大きく影響を与え、良好な品質の窒化アルミニウム単結晶が得られない場合があった。   In the crystal growth by the sublimation method, the sublimation rate of aluminum nitride described above is correlated with the surface area of the raw material to be sublimated, and it is known that the sublimation rate increases as the surface area of the raw material increases. Therefore, if the particle size of the raw material powder is reduced in order to increase the surface area of the raw material charged in the crucible in the manufacturing apparatus described above, the sublimation rate increases, so the productivity when manufacturing the aluminum nitride single crystal is increased. It is advantageous to improve. However, when an aluminum nitride single crystal is produced using a raw material with a large raw material surface area or a small raw material powder particle size, the aluminum nitride raw material heated at a high temperature in the crucible is As sublimation occurs, sintering of the raw material powders occurs, and the sintering proceeds, so that the sublimation rate changes with the passage of time. Such a change in the sublimation rate has a great influence on the quality of the aluminum nitride single crystal to be produced, and a good quality aluminum nitride single crystal may not be obtained in some cases.

本発明は、上記の問題を有利に解決するものであり、昇華法により単結晶を製造する際に、得られる単結晶に欠陥が導入されないにようにして、その結果、良質で、大口径の単結晶を効率よく製造することのできる窒化アルミニウム単結晶の製造方法を提供することを目的とする。   The present invention advantageously solves the above problems, and when producing a single crystal by a sublimation method, it is ensured that no defects are introduced into the resulting single crystal, resulting in a high quality, large diameter. An object of the present invention is to provide a method for producing an aluminum nitride single crystal capable of efficiently producing a single crystal.

本発明は、加熱炉内で窒化アルミニウムの原料粉末を加熱して昇華させ、種結晶上で窒化アルミニウムを成長させる窒化アルミニウム単結晶の製造方法において、前記窒化アルミニウムの原料粉末に、平均粒径が10μm以上又は比表面積が0.02m/g以下のものを用いることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造方法である。 The present invention relates to a method for producing an aluminum nitride single crystal in which an aluminum nitride raw material powder is heated and sublimated in a heating furnace to grow aluminum nitride on a seed crystal. A method for producing an aluminum nitride single crystal characterized by using a material having a surface area of 10 μm or more or a specific surface area of 0.02 m 2 / g or less.

前記本発明の製造方法においては、前記窒化アルミニウムの原料粉末に、平均粒径が20μm以上又は比表面積が0.01m/g以下のものを用いることが、より好ましい。 In the production method of the present invention, it is more preferable to use the aluminum nitride raw material powder having an average particle size of 20 μm or more or a specific surface area of 0.01 m 2 / g or less.

本発明の窒化物単結晶の製造方法によれば、窒化アルミニウム原料の平均粒子径を10μm以下、又は前記窒化アルミニウム原料の比表面積を0.02m/g以下とすることにより、昇華中の昇華速度の変動を抑え、安定的な昇華速度により単結晶を製造することができる。したがって、得られる窒化アルミニウム単結晶に欠陥がなく、良質で大口径の単結晶が効率よく製造できる。 According to the method for producing a nitride single crystal of the present invention, the average particle diameter of the aluminum nitride raw material is 10 μm or less, or the specific surface area of the aluminum nitride raw material is 0.02 m 2 / g or less. A single crystal can be manufactured with a stable sublimation speed while suppressing fluctuations in speed. Therefore, the obtained aluminum nitride single crystal has no defects, and a high-quality and large-diameter single crystal can be produced efficiently.

窒化アルミニウムの原料粉末からの昇華は、その原料粉末の表面から生ずる。そのため、所定の大きさの容器内に装入された窒化アルミニウムの原料粉末の昇華は、他の条件が同じであるとすると、原料の表面積が大きいほど、すなわち、原料粉末の粒径が小さいほど、又は比表面積が大きいほど、昇華速度が高くなる。   Sublimation from the raw material powder of aluminum nitride occurs from the surface of the raw material powder. Therefore, the sublimation of the aluminum nitride raw material powder charged in a container of a predetermined size is the same as other conditions, the larger the surface area of the raw material, that is, the smaller the particle size of the raw material powder. Or, the greater the specific surface area, the higher the sublimation rate.

一方、加熱炉内で所定の大きさの容器内に装入された窒化アルミニウムの原料粉末は、昇華のための高温加熱によって相互に接触している粒子同士が焼結する。よって、原料粉末の焼結を考えると、昇華速度は、他の条件が同じであるとすると、昇華の初期から時間の経過とともに低下し、ほぼ一定となる。そして、原料粉末の粒径が小さいほど焼結温度が低下するので、昇華の初期での昇華速度の低下が大きい。   On the other hand, the aluminum nitride raw material powder charged in a container of a predetermined size in the heating furnace sinters the particles that are in contact with each other by high-temperature heating for sublimation. Therefore, considering the sintering of the raw material powder, if the other conditions are the same, the sublimation rate decreases with the passage of time from the initial stage of sublimation and becomes substantially constant. And since sintering temperature falls, so that the particle size of raw material powder is small, the fall of the sublimation speed in the initial stage of sublimation is large.

窒化アルミニウム単結晶を製造するには、単結晶が得られるような一定の昇華条件(温度、圧力など)に制御する必要がある。この点、窒化アルミニウムの原料粉末の粒径が小さい又は比表面積が大きい場合には、昇華の初期では昇華速度が高く、時間の経過とともに昇華速度が低下してほぼ一定の昇華速度になるので、その昇華速度の変動量が大きくなり、しかも、原料粉末の粒径が小さいと焼結温度が低下しているために昇華速度が短時間で変動することになる。よって単結晶を得るための制御は難しい。なお、この場合においても、昇華の初期段階で、昇華速度がほぼ一定になるまで種結晶上へ結晶成長を何らかの手段で防止する方策をとれば、単結晶を得るための制御は容易になるが、このような方策では、昇華の初期段階において、昇華のための原料や時間やエネルギーが無駄になるおそれがある。   In order to produce an aluminum nitride single crystal, it is necessary to control to certain sublimation conditions (temperature, pressure, etc.) so that the single crystal can be obtained. In this regard, when the particle size of the aluminum nitride raw material powder is small or the specific surface area is large, the sublimation rate is high at the initial stage of sublimation, and the sublimation rate decreases with time, resulting in a substantially constant sublimation rate. The fluctuation amount of the sublimation speed becomes large, and if the particle size of the raw material powder is small, the sintering temperature is lowered, so that the sublimation speed fluctuates in a short time. Therefore, control for obtaining a single crystal is difficult. Even in this case, in the initial stage of sublimation, if measures are taken to prevent crystal growth on the seed crystal until the sublimation rate becomes substantially constant, control for obtaining a single crystal is facilitated. In such a measure, there is a possibility that raw materials, time and energy for sublimation are wasted in the initial stage of sublimation.

そこで、本発明においては、昇華法により窒化アルミニウム単結晶を製造するときの窒化アルミニウムの原料粉末について、平均粒径10μm以上のもの、又は比表面積0.02m/g以下のものを用いる。本発明に従い、平均粒径が大きい又は比表面積が小さい原料粉末を用いることにより、焼結はさほど進行せず、昇華の初期からの昇華速度の変動量が小さくなり、単結晶を安定して製造することができる。 Therefore, in the present invention, as the aluminum nitride raw material powder for producing an aluminum nitride single crystal by the sublimation method, an average particle diameter of 10 μm or more or a specific surface area of 0.02 m 2 / g or less is used. According to the present invention, by using a raw material powder having a large average particle size or a small specific surface area, sintering does not proceed so much, the amount of fluctuation in the sublimation rate from the initial stage of sublimation is reduced, and a single crystal is stably produced. can do.

平均粒径について10μm以上と限定したのは、発明者らの研究により、平均粒径が10μm未満では、単結晶が得られない場合があるからであり、10μm以上で安定して窒化アルミニウム単結晶が得られる。平均粒径が20μm以上では、得られる窒化アルミニウム単結晶の品質がいっそう良好になるので、より好ましい。なお、平均粒径の上限については、昇華速度の変動を少なくして良好な単結晶を安定して得るという観点からは、特に限定されない。多様な形状や大きさの容器への収容のし易さなどの観点からは例えば1000μm以下とすることは好ましい。   The reason why the average particle size is limited to 10 μm or more is that, according to the research by the inventors, a single crystal may not be obtained if the average particle size is less than 10 μm. Is obtained. An average particle size of 20 μm or more is more preferable because the quality of the obtained aluminum nitride single crystal becomes even better. The upper limit of the average particle diameter is not particularly limited from the viewpoint of stably obtaining a good single crystal by reducing fluctuations in the sublimation rate. From the viewpoint of easy accommodation in containers of various shapes and sizes, for example, it is preferably set to 1000 μm or less.

また、本発明において原料粉末の比表面積について、0.02m/g以下と限定したのは、発明者らの研究により、0.02m/gを超えると、単結晶が得られない場合があるからであり、0.02m/g以下で安定して窒化アルミニウム単結晶が得られる。比表面積が0.01m/g以下では、得られる窒化アルミニウム単結晶の品質がいっそう良好になるので、より好ましい。なお、比表面積の下限については、昇華速度の変動を少なくして良好な単結晶を安定して得るという観点からは、特に限定されない。多様な形状や大きさの容器への収容のし易さなどの観点からは例えば0.0002m/g以上とすることは好ましい。 In addition, the specific surface area of the raw material powder in the present invention is limited to 0.02 m 2 / g or less, and the inventors have studied that if it exceeds 0.02 m 2 / g, a single crystal may not be obtained. This is because an aluminum nitride single crystal can be stably obtained at 0.02 m 2 / g or less. A specific surface area of 0.01 m 2 / g or less is more preferable because the quality of the obtained aluminum nitride single crystal becomes even better. The lower limit of the specific surface area is not particularly limited from the viewpoint of stably obtaining a good single crystal by reducing fluctuations in the sublimation rate. From the standpoint of ease of accommodation in containers of various shapes and sizes, for example, it is preferably set to 0.0002 m 2 / g or more.

現在市販されている窒化アルミニウム粉末は、幾つかの製法があるが、いずれもエンジニアリングセラミックス(多結晶体)の原料としての用途、又はゴムやプラスチックスの添加剤としての用途に適合するように、1μm未満のサブミクロンオーダーの粒径になっている。このような粒径の粉末では本発明の要件を満たしていない。本発明に従う粒径、又は比表面積になる窒化アルミニウム粉末は、前記市販されている窒化アルミニウムを一旦焼結してから粉砕し、本発明の範囲の平均粒径になるものに分級したものを用いることができる。   There are several production methods for aluminum nitride powder currently on the market, all of which are suitable for use as raw materials for engineering ceramics (polycrystals) or as additives for rubber and plastics. The particle size is on the order of submicron less than 1 μm. A powder having such a particle size does not satisfy the requirements of the present invention. As the aluminum nitride powder having a particle size or specific surface area according to the present invention, the commercially available aluminum nitride is once sintered and then pulverized and classified into an average particle size within the range of the present invention. be able to.

図1に示す製造装置を用いて、AlN単結晶を製造した。原料9にはAlNの純度が99質量%のAlN粉体(粒径:0.2μm)を原料として、焼結、粉砕及び分級を順次に行って、種々の平均粒径になる原料粉末を用意した。   An AlN single crystal was manufactured using the manufacturing apparatus shown in FIG. The raw material 9 is made of AlN powder (particle size: 0.2 μm) with an AlN purity of 99% by mass, and is sequentially sintered, pulverized, and classified to prepare raw material powders having various average particle sizes. did.

これらの粉末について、黒鉛るつぼ4に収容し、一方、種結晶7をサセプター8に取り付け、そして炉内圧力を0.4atm、炉内温度を2000℃の条件で昇華を行って、窒化アルミニウム単結晶の結晶成長を行った。昇華時の一時間当たりの昇華量(グラム)について、昇華の初期(昇華開始より1時間後)及び5時間後のそれぞれを表1に示すとともに、得られた窒化アルミニウム生成物について表1に併記した。

Figure 2007001805
These powders are accommodated in a graphite crucible 4, while a seed crystal 7 is attached to a susceptor 8, and sublimation is performed at a furnace pressure of 0.4 atm and a furnace temperature of 2000 ° C. Crystal growth was performed. Regarding the amount of sublimation (gram) per hour during sublimation, the initial stage of sublimation (1 hour after the start of sublimation) and 5 hours after are shown in Table 1, and the obtained aluminum nitride products are also shown in Table 1. did.
Figure 2007001805

表1に示したように、AlN原料粉末の平均粒径が0.2μm及び5μmの場合は、多結晶のみが生成した。これはいずれも初期の昇華速度が速すぎるために、種結晶上での核生成速度が結晶成長速度よりも速くなり、単結晶が生成できなかったと考えられる。   As shown in Table 1, when the average particle size of the AlN raw material powder was 0.2 μm and 5 μm, only polycrystals were formed. In any case, since the initial sublimation rate is too high, the nucleation rate on the seed crystal becomes faster than the crystal growth rate, and it is considered that a single crystal could not be formed.

これに対して、AlN原料の平均粒径が10μm以上の場合は、いずれも単結晶が成長した。これは種結晶上での核生成速度が結晶成長速度以下の条件になったと考えられる。また、AlN原料の平均粒径が10μm以上の場合、平均粒径が大きくなるほど、X線ロッキングカーブ半値幅が小さくなり、窒化アルミニウム単結晶の質が向上していることが明らかである。   On the other hand, when the average particle diameter of the AlN raw material was 10 μm or more, single crystals grew in all cases. This is probably because the nucleation rate on the seed crystal was below the crystal growth rate. In addition, when the average particle diameter of the AlN raw material is 10 μm or more, it is clear that as the average particle diameter increases, the X-ray rocking curve half-value width decreases and the quality of the aluminum nitride single crystal improves.

実施例1と同じ加熱炉を用いてAlN単結晶を製造した。原料9にはAlNの純度が99質量%のAlN粉体(粒径:0.2μm)を原料として、焼結、粉砕及び分級を順次に行って、種々の比表面積になる原料粉末を用意した。   An AlN single crystal was produced using the same heating furnace as in Example 1. As the raw material 9, raw material powders having various specific surface areas were prepared by using an AlN powder (particle size: 0.2 μm) with an AlN purity of 99 mass% as a raw material, followed by sintering, pulverization, and classification. .

これらの粉末について、黒鉛るつぼ4に収容し、一方、種結晶7をサセプター8に取り付け、そして炉内圧力を0.4atm、炉内温度を2000℃の条件で昇華を行って、窒化アルミニウム単結晶の結晶成長を行った。昇華時の一時間当たりの昇華量(グラム)について、昇華の初期(昇華開始より1時間後)及び5時間後のそれぞれを表2に示すとともに、得られた窒化アルミニウム生成物について表2に併記した。

Figure 2007001805
These powders are accommodated in a graphite crucible 4, while a seed crystal 7 is attached to a susceptor 8, and sublimation is performed at a furnace pressure of 0.4 atm and a furnace temperature of 2000 ° C. Crystal growth was performed. About the amount of sublimation (gram) per hour during sublimation, the initial stage of sublimation (1 hour after the start of sublimation) and after 5 hours are shown in Table 2, and the obtained aluminum nitride product is also shown in Table 2. did.
Figure 2007001805

表2に示したように、AlN原料粉末の比表面積が1.0m/g及び0.04m/gの場合は、多結晶のみが生成した。これはいずれも初期の昇華速度が速すぎるために、種結晶上での核生成速度が結晶成長速度よりも速くなり、単結晶が生成できなかったと考えられる。 As shown in Table 2, when the specific surface area of the AlN raw material powder was 1.0 m 2 / g and 0.04 m 2 / g, only polycrystals were produced. In any case, since the initial sublimation rate is too high, the nucleation rate on the seed crystal becomes faster than the crystal growth rate, and it is considered that a single crystal could not be formed.

これに対して、AlN原料の比表面積が0.02m/g以下の場合は、いずれも単結晶が成長した。これは種結晶上での核生成速度が結晶成長速度以下の条件になったと考えられる。また、AlN原料の比表面積が0.02m/g以下の場合、比表面積が小さくなるほど、X線ロッキングカーブ半値幅が小さくなり、窒化アルミニウム単結晶の質が向上していることが明らかである。 On the other hand, when the specific surface area of the AlN raw material was 0.02 m 2 / g or less, single crystals grew in all cases. This is probably because the nucleation rate on the seed crystal was below the crystal growth rate. In addition, when the specific surface area of the AlN raw material is 0.02 m 2 / g or less, it is clear that as the specific surface area becomes smaller, the half width of the X-ray rocking curve becomes smaller and the quality of the aluminum nitride single crystal is improved. .

昇華法を用いた窒化物単結晶の製造装置の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the manufacturing apparatus of the nitride single crystal using a sublimation method.

符号の説明Explanation of symbols

1 加熱炉
2 誘導加熱コイル
3 加熱炉本体
4 黒鉛るつぼ
7 種結晶
8 サセプター
9 原料

1 Heating furnace 2 Induction heating coil 3 Heating furnace body 4 Graphite crucible 7 Seed crystal 8 Susceptor 9 Raw material

Claims (2)

加熱炉内で窒化アルミニウムの原料粉末を加熱して昇華させ、種結晶上で窒化アルミニウムを成長させる窒化アルミニウム単結晶の製造方法において、
前記窒化アルミニウムの原料粉末に、平均粒径が10μm以上又は比表面積が0.02m/g以下のものを用いることを特徴とする窒化アルミニウム単結晶の製造方法。
In the method for producing an aluminum nitride single crystal, the aluminum nitride raw material powder is heated and sublimated in a heating furnace to grow aluminum nitride on the seed crystal.
A method for producing an aluminum nitride single crystal, wherein the aluminum nitride raw material powder has an average particle size of 10 μm or more or a specific surface area of 0.02 m 2 / g or less.
前記窒化アルミニウムの原料粉末に、平均粒径が20μm以上又は比表面積が0.01m/g以下のものを用いることを特徴とする請求項1記載の窒化アルミニウム単結晶の製造方法。

2. The method for producing an aluminum nitride single crystal according to claim 1, wherein the aluminum nitride raw material powder has an average particle diameter of 20 μm or more or a specific surface area of 0.01 m 2 / g or less.

JP2005183497A 2005-06-23 2005-06-23 Method for producing aluminum nitride single crystal Pending JP2007001805A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005183497A JP2007001805A (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method for producing aluminum nitride single crystal

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2005183497A JP2007001805A (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method for producing aluminum nitride single crystal

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2007001805A true JP2007001805A (en) 2007-01-11

Family

ID=37687742

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2005183497A Pending JP2007001805A (en) 2005-06-23 2005-06-23 Method for producing aluminum nitride single crystal

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2007001805A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190086978A (en) * 2018-01-15 2019-07-24 한국세라믹기술원 Method for AlN growth on Sapphire seed crystal

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190086978A (en) * 2018-01-15 2019-07-24 한국세라믹기술원 Method for AlN growth on Sapphire seed crystal
KR102028366B1 (en) 2018-01-15 2019-10-04 한국세라믹기술원 Method for AlN growth on Sapphire seed crystal

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2000567B1 (en) Method for growing iii nitride single crystal
JP5374381B2 (en) Aluminum nitride single crystal polygonal column and method for producing plate-like aluminum nitride single crystal using the same
JP4558584B2 (en) Method for producing aluminum nitride single crystal
US9856577B2 (en) Bulk diffusion crystal growth of nitride crystal
CN109183143B (en) Method for improving AlN single crystal purity by using reducing gas
CN111719181B (en) Preparation method of crystal ingot, raw material for crystal ingot growth and preparation method thereof
TW201443302A (en) Low carbon Group III nitride crystal
JP6623736B2 (en) Compound single crystal manufacturing apparatus and compound single crystal manufacturing method
TWI793167B (en) Gallium Arsenide Compound Semiconductor Crystal and Wafer Group
JP2007001805A (en) Method for producing aluminum nitride single crystal
JP3970789B2 (en) Nitride single crystal manufacturing method and manufacturing apparatus thereof
JP2021059483A (en) Gallium nitride particles and method for their production
JP4670002B2 (en) Method for producing nitride single crystal
JP4736365B2 (en) Method for producing aluminum nitride single crystal
CN100434573C (en) Method for growing large-sized aluminum nitride crystals by plasma flame
CN116393044A (en) A large particle (3mm) SiC material synthesis device and process
US20160284545A1 (en) System and method for producing polycrystalline group iii nitride articles and use thereof in production of single crystal group iii nitride articles
JP4668600B2 (en) Method for producing nitride single crystal
WO2008023635A1 (en) SINGLE-CRYSTAL SiC AND PROCESS FOR PRODUCING THE SAME
WO2008018320A1 (en) MATERIAL FOR FABRICATING SINGLE CRYSTAL SiC, METHOD FOR FABRICATING THE MATERIAL, METHOD FOR FABRICATING SINGLE CRYSTAL SiC USING THE MATERIAL, AND SINGLE CRYSTAL SiC OBTAINED BY THE METHOD FOR FABRICATING SINGLE CRYSTAL SiC
JP5182758B2 (en) Method and apparatus for producing nitride single crystal
JP4760652B2 (en) Method for producing Ga-containing nitride crystal and method for producing semiconductor device using the same
JP5392317B2 (en) Crystal manufacturing method and crystal growth rate control method
JP5392318B2 (en) Crystal manufacturing method and crystal growth rate control method
KR102101600B1 (en) Method for producing nitride crystal, and nitride crystal