JP2011530471A - Manufacturing method of gallium nitride bowl by large-scale ammonothermal method - Google Patents
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Classifications
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Abstract
窒化ガリウムボウルの大規模製造方法である。大面積単結晶種プレートは、ラックに吊るされており、アンモニア及び鉱化剤と共に大直径加圧滅菌器又は内部加熱高圧装置中に配置されており、そして、アンモノサーマル法により成長される。種の方向及び取り付け配置は、種プレート、及び加熱滅菌器又は高圧装置中のかたまり、の効率的な利用を提供するように選択される。この方法は、非常に大きいかたまりにまで拡張可能であり、また費用効果が高い。 This is a large-scale manufacturing method of a gallium nitride bowl. Large area single crystal seed plates are suspended in a rack, placed in a large diameter autoclave or internal heating high pressure apparatus with ammonia and mineralizer, and grown by ammonothermal methods. The orientation and mounting arrangement of the seed is selected to provide efficient utilization of the seed plate and the mass in the heat sterilizer or high pressure apparatus. This method is scalable to very large chunks and is cost effective.
Description
[関連出願の相互参照]
本出願は、同一出願人による、2008年8月7日に出願された米国仮出願61/087,122、2008年8月7日に出願された米国仮出願61/087,135、2008年8月7日に出願された米国仮出願61/086,801、2008年8月7日に出願された米国仮出願61/086,800、2008年8月7日に出願された米国仮出願61/086,799に優先権を主張し、それらが参照されて内容が本出願に組み入れられる。
[連邦政府によって資金援助された研究開発の下でなされた発明に対する権利に関する声明]
[Cross-reference of related applications]
This application is filed by the same applicant as US provisional application 61 / 087,122 filed August 7, 2008, US provisional application 61 / 087,135 filed August 7, 2008, 8 August 2008. United States provisional application 61 / 086,801 filed on May 7, US provisional application 61 / 086,800 filed August 7, 2008, United States provisional application 61/08, filed August 7, 2008 No. 086,799 claims priority and is incorporated herein by reference.
[Statement on rights to inventions made under research and development funded by the federal government]
非適用
[コンパクトディスクによって提出された、「配列表」、表、又はコンピュータプログラムリストの別表への参照]
N / A [Refer to “Sequence Listing”, Table, or Computer Program List Submitted by Compact Disc]
非適用 Not applicable
本発明は、概して、結晶成長のための材料の処理に関する。より具体的には、本発明は、アンモノ塩基又はアンモノ酸技術によるガリウム含有窒化物結晶を得るための方法を提供するが、他のものもある。他の実施態様においては、本発明は、窒化物結晶の大規模処理のための装置を提供するが、他の結晶や材料も処理され得ることが分かるであろう。そのような結晶や材料は、バルクやパターニングされた基板の製造のための、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)及び窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)及びその他のものを含むがこれに限定されない。そのようなバルクやパターニングされた基板は、他の装置の中でもとりわけ、オプトエレクトロニクスデバイス、レーザー、LED(Light Emitting Diodes)、ソーラーセル、光電気化学水分解及び水素発生、光検知器、集積回路、及びトランジスタを含む、多様な応用に使用される。 The present invention generally relates to processing materials for crystal growth. More specifically, the present invention provides a method for obtaining gallium-containing nitride crystals by ammonobase or ammonoacid technology, but others are also available. In other embodiments, the present invention provides an apparatus for large scale processing of nitride crystals, but it will be appreciated that other crystals and materials may be processed. Such crystals and materials include gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN) for the manufacture of bulk and patterned substrates. ) And aluminum indium gallium nitride (AlInGaN) and others. Such bulk and patterned substrates are among other devices optoelectronic devices, lasers, LEDs (Light Emitting Diodes), solar cells, photoelectrochemical water splitting and hydrogen generation, photodetectors, integrated circuits, And used in a variety of applications, including transistors.
結晶性物質を含む窒化ガリウムは、従来のオプトエレクトロニクスデバイスの製造のための出発点としての役割を果たし、そのようなデバイスには、青色LEDやレーザーがある。そして、このようなオプトエレクトロニクスデバイスは、共通して、堆積された窒化物層と組成が異なる、サファイアや炭化珪素の基板の上に製造されている。従来の有機金属化学気相成長法(MOCVD)では、GaNの堆積は、気相内でアンモニアや有機金属の化合物を用いて行なわれている。このような手法は成功はしているが、このような従来の成長速度では、GaN物質のバルク層の提供を困難にさせていた。加えて、転位密度が高いので、オプトエレクトロニクスデバイスの性能の低下を招いていた。 Gallium nitride containing crystalline material serves as a starting point for the manufacture of conventional optoelectronic devices, such devices include blue LEDs and lasers. Such optoelectronic devices are commonly manufactured on a sapphire or silicon carbide substrate having a composition different from that of the deposited nitride layer. In conventional metal organic chemical vapor deposition (MOCVD), GaN is deposited using ammonia or an organometallic compound in the gas phase. Although such techniques have been successful, such conventional growth rates have made it difficult to provide a bulk layer of GaN material. In addition, since the dislocation density is high, the performance of the optoelectronic device is degraded.
バルク単結晶窒化ガリウムを得るために、他の技術が提案されている。このような技術としては、気相にハロゲン化合物と水素化物を用いたエピタキシャル成長を用いたものも含まれ、ハロゲン化気相エピタキシー法(HVPE)と呼ばれている(Growth and characterization of freestanding GaN substrates、K. Motoku et AL.,Journal of Crystal Growth 237‐239,912(2002)参照)。残念ながら、いくつかの欠点がこのHVPE法にはある。時として、バルク単結晶の窒化ガリウムの品質が、高品質のレーザーダイオードに対して一般的に不十分なのである。これは、転移密度や圧力などの問題のためである。 Other techniques have been proposed to obtain bulk single crystal gallium nitride. Such techniques include those using epitaxial growth using a halogen compound and a hydride in the gas phase, which is called a halogenated vapor phase epitaxy method (HVPE) (Growth and characterization of freezing GaN substrates, K. Motoku et al., Journal of Crystal Growth 237-239, 912 (2002)). Unfortunately, there are several drawbacks to this HVPE method. Sometimes the quality of bulk single crystal gallium nitride is generally insufficient for high quality laser diodes. This is due to problems such as transition density and pressure.
超臨界のアンモニアを用いた技術も提案されている。ピーターらは、アンモノサーマル法を用いた窒化アルミニウムの合成を説明している(J.Cryst.Growth 104、411‐418(1990)を参照)。R.Dwilinskiらは、特に、アンモニアがアルカリメタルアミド(KNH2あるいはLiNH2)を含むことを条件に、ガリウムとアンモニアの合成によって、微結晶の窒化ガリウムの生成が可能であることを示している。これらの技術は、「Ammono method of BN、 AlN,and GaN synthesis and crystal growth」, Proc.EGW‐3、 Warsaw、 Jun.22 24、 1998、 MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research、 http://nsr.mij.mrs.org/3/25や「Crystal growth of gallium nitride in supercritical ammonia」 J.W.Kolis et al., J.Cryst.Growth 222, 431‐434(2001), and Mat.Res.Soc.Symp.Proc.495,367‐372(1998) by J.W.Kolis et al.に記載されている。しかしながら、これらの超臨界アンモニアプロセスを用いることでも、大規模なバルク単結晶の生成が実現できない。 A technique using supercritical ammonia has also been proposed. Peter et al. Describe the synthesis of aluminum nitride using the ammonothermal method (see J. Cryst. Growth 104, 411-418 (1990)). R. Dwilinski et al. Show that microcrystalline gallium nitride can be produced by the synthesis of gallium and ammonia, particularly on the condition that ammonia contains an alkali metal amide (KNH 2 or LiNH 2 ). These techniques are described in “Ammono method of BN, AlN, and GaN synthesis and crystal growth”, Proc. EGW-3, Warsaw, Jun. 22 24, 1998, MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor Research, http: // nsr. mij. mrs. org / 3/25 and “Crystal growth of gallium nitride in supercritical ammonia” J. Org. W. Kolis et al. , J. et al. Cryst. Growth 222, 431-434 (2001), and Mat. Res. Soc. Symp. Proc. 495, 367-372 (1998) by J. et al. W. Kolis et al. It is described in. However, even when these supercritical ammonia processes are used, it is not possible to produce a large-scale bulk single crystal.
Dwilinskiは米国特許第6,656,615号及び米国特許第7,335,262号において、D’Evelnは米国特許第7,078,731号及び米国特許第7,101,433号において、従来のアンモノサーマル法によるGaNの結晶成長方法及び装置について議論している。これらの方法は、比較的小さいGaN結晶の成長に有用である。残念ながら、これらの方法は大規模な製造には限界がある。内径40mmの従来の装置は、小さい直径のGaN結晶の成長には有用であるが、大規模なGaNボウル(インゴット等)の成長には適していない。加えて、ワイヤーを使って種晶を吊るし、レーザーで開けられた一つの穴を通す従来の方法は、小さい結晶には適しているが、大規模製造には長時間かかり効果がないと思われる。その他の制限も存在するかもしれない。 Dwillinski in US Pat. No. 6,656,615 and US Pat. No. 7,335,262, D′ Eveln in US Pat. No. 7,078,731 and US Pat. No. 7,101,433 We discuss GaN crystal growth method and apparatus by ammonothermal method. These methods are useful for growing relatively small GaN crystals. Unfortunately, these methods have limitations for large scale production. A conventional apparatus having an inner diameter of 40 mm is useful for growing a GaN crystal having a small diameter, but is not suitable for growing a large-scale GaN bowl (such as an ingot). In addition, the traditional method of hanging a seed crystal using a wire and passing through a single hole drilled with a laser is suitable for small crystals, but seems to be ineffective for large-scale manufacturing. . Other restrictions may also exist.
上述より、大規模な結晶成長のための技術は大いに望まれていると考えられる。 From the above, it is considered that a technique for large-scale crystal growth is highly desired.
本発明によれば、結晶成長のための物質の処理に関する技術が提供される。より具体的には、本発明は、アンモノ塩基技術によりガリウム含有窒化物結晶を得る方法を提供するが、他のものも提供され得る。他の実施形態においては、本発明は、窒化物結晶の大規模処理のための装置を提供するが、他の結晶や物質も処理され得ることも理解されるであろう。そのような結晶や物質には、GaN、AlN、InN、InGaN、AlGaN及びAlInGaN、並びにバルク又はパターニングされた基板の製造のためのその他のものを含むが、これらに限定されない。そのようなバルクやパターニングされた基板は、他の装置の中でもとりわけ、オプトエレクトロニクスデバイス、レーザー、LED(Light Emitting Diodes)、ソーラーセル、光電気化学水分解及び水素発生、光検知器、集積回路、及びトランジスタを含む、多様な応用に使用される。 According to the present invention, a technique related to processing of a substance for crystal growth is provided. More specifically, the present invention provides a method for obtaining gallium-containing nitride crystals by ammonobase technology, but others can also be provided. In other embodiments, the present invention provides an apparatus for large scale processing of nitride crystals, but it will also be understood that other crystals and materials may be processed. Such crystals and materials include, but are not limited to, GaN, AlN, InN, InGaN, AlGaN and AlInGaN, and others for the production of bulk or patterned substrates. Such bulk and patterned substrates are among other devices optoelectronic devices, lasers, LEDs (Light Emitting Diodes), solar cells, photoelectrochemical water splitting and hydrogen generation, photodetectors, integrated circuits, And used in a variety of applications, including transistors.
特定の実施形態においては、本発明は、ガリウム含有窒化物結晶、例えばGaN、の成長方法を提供する。前記方法は、ガリウム含有ソース材料(gallium−containing source material)の準備と鉱化剤の準備を含む。特定の実施形態においては、その方法は、少なくとも2つの種プレート(seed plate)を準備することを含み、その2つの種プレートには第1の種プレートと第2の種プレート含む。その方法は、種ラック(seed rack)の第1のサイトと第2のサイトに第1の種プレートと第2の種プレートを支持することを含む。好適な実施形態においては、第1の種プレート及び第2の種プレートは、5度以内と実質的に等しい結晶方位を有する。特定の実施形態によれば、第1の種プレート及び第2の種プレートのそれぞれは、例えば少なくとも1センチメートルの長さを有する。その方法は、ソース材料(source material)、鉱化剤及び種プレートを密封可能な容器に設置すること、及び窒素含有溶剤をその密封可能な容器に導入すること、を含む。特定の実施形態においては、その方法は、例えば約400℃より高い温度で、例えば約2kbarより高い圧力で、超臨界液中の密封可能な容器に収容されたソース材料、鉱化剤及び種プレートを処理することを含む。もちろん、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 In certain embodiments, the present invention provides a method for growing a gallium-containing nitride crystal, such as GaN. The method includes preparation of a gallium-containing source material and preparation of a mineralizer. In certain embodiments, the method includes providing at least two seed plates, the two seed plates including a first seed plate and a second seed plate. The method includes supporting a first seed plate and a second seed plate at a first site and a second site of a seed rack. In a preferred embodiment, the first seed plate and the second seed plate have a crystal orientation substantially equal to within 5 degrees. According to certain embodiments, each of the first seed plate and the second seed plate has a length of at least 1 centimeter, for example. The method includes installing a source material, a mineralizer and a seed plate in a sealable container, and introducing a nitrogen-containing solvent into the sealable container. In certain embodiments, the method includes source material, mineralizer and seed plate contained in a sealable container in supercritical fluid, for example, at a temperature greater than about 400 ° C., such as at a pressure greater than about 2 kbar. Processing. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
他の特定の実施形態においては、本発明は、ガリウム含有窒化物結晶の成長方法を提供する。この方法は、ガリウム含有ソース材料を準備すること及び鉱化剤を準備することを含む。この方法は少なくとも第1の種プレート及び第2の種プレートを準備することをも含む。特定の実施形態においては、第1の種プレートは、第1の結晶方位を有する第1の側面と、第2の結晶方位を有する第2の側面とを有する。特定の実施形態においては、第2の種プレートは、第1の結晶方位を有する第1の側面と、第2の結晶方位を有する第2の側面とを有する。特定の実施形態においては、第1の種晶の第1の側面が第2の種晶の第1の側面に面し、また、第1の種晶の第1の側面と第2の種晶の第1の側面とはそれらの間に所定の間隙を設けて配置されるように、第1の種プレートと第2の種プレートとを支持することを含む。この方法は、ソース材料、鉱化剤及び種プレートを密封可能な容器に設置することを含む。この方法は、密封可能な容器の中に窒素含有溶剤を導入し、そして、例えば約400℃より高い温度と例えば約2kbarより高い圧力において、超臨界液中の密封可能な容器に収容されたソース材料、鉱化剤及び種プレートを処理する。 In another particular embodiment, the present invention provides a method for growing a gallium-containing nitride crystal. The method includes providing a gallium-containing source material and providing a mineralizer. The method also includes providing at least a first seed plate and a second seed plate. In certain embodiments, the first seed plate has a first side having a first crystal orientation and a second side having a second crystal orientation. In certain embodiments, the second seed plate has a first side having a first crystal orientation and a second side having a second crystal orientation. In a specific embodiment, the first side surface of the first seed crystal faces the first side surface of the second seed crystal, and the first side surface and the second seed crystal of the first seed crystal. The first side surface includes supporting the first seed plate and the second seed plate so as to be disposed with a predetermined gap therebetween. The method includes placing the source material, mineralizer and seed plate in a sealable container. This method introduces a nitrogen-containing solvent into a sealable container and the source contained in the sealable container in a supercritical liquid at a temperature, for example, greater than about 400 ° C. and a pressure, for example, greater than about 2 kbar. Process material, mineralizer and seed plate.
さらに、本発明はガリウム含有窒化物結晶、例えばGaN、の成長方法を提供する。この方法は、ガリウム含有ソース材料を準備することを含む。特定の実施形態においては、この方法は鉱化剤を準備すること及び少なくとも第1の種プレート及び第2の種プレートを準備することをも含む。特定の実施形態においては、第1の種プレートは、第1のa面結晶方位を有する第1の側面と、第2のa面結晶方位を有する第2の側面とを有する。特定の実施形態においては、第2の種プレートは、第1のa面結晶方位を有する第1の側面と、第2のa面結晶方位を有する第2の側面とを有する。特定の実施形態においては、この方法は、第1の種プレートと第2の種プレートとを支持することを含む。特定の実施形態によれば、第1の種プレート及び第2の種プレートのそれぞれは、少なくとも1センチメートルの長さを有する。特定の実施形態においては、この方法は、ソース材料、鉱化剤及び種プレートを密封可能な容器に設置すること、及び、密封可能な容器の中に窒素含有溶剤を導入すること、を含む。好適な実施形態においては、この方法は、約400℃より高い温度と約2kbarより高い圧力において、超臨界液中の密封可能な容器に収容されたソース材料、鉱化剤及び種プレートを処理すること、を含む。この方法は、第1の種プレートの第1の側面若しくは第2の側面又は第2の種プレートの第1の側面若しくは第2の側面におけるあらゆる空間的部分を、a面特性からm面方位特性にその特性を変化させる。好ましくは、この方法は、結晶成長によって種プレートのそれぞれを概して厚くする。 Furthermore, the present invention provides a method for growing gallium-containing nitride crystals, such as GaN. The method includes providing a gallium-containing source material. In certain embodiments, the method also includes providing a mineralizer and providing at least a first seed plate and a second seed plate. In certain embodiments, the first seed plate has a first side surface having a first a-plane crystal orientation and a second side surface having a second a-plane crystal orientation. In certain embodiments, the second seed plate has a first side surface having a first a-plane crystal orientation and a second side surface having a second a-plane crystal orientation. In certain embodiments, the method includes supporting a first seed plate and a second seed plate. According to certain embodiments, each of the first seed plate and the second seed plate has a length of at least 1 centimeter. In certain embodiments, the method includes installing the source material, mineralizer and seed plate in a sealable container and introducing a nitrogen-containing solvent into the sealable container. In a preferred embodiment, the method treats source material, mineralizer and seed plate contained in a sealable container in supercritical fluid at a temperature above about 400 ° C. and a pressure above about 2 kbar. Including. In this method, any spatial portion on the first side or the second side of the first seed plate or the first side or the second side of the second seed plate is converted from the a-plane characteristic to the m-plane orientation characteristic. Change its characteristics. Preferably, the method generally thickens each of the seed plates by crystal growth.
さらに、本発明は結晶性ガリウム含有窒化物、例えばGaN、の成長方法を提供する。この方法は、一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、を備えた密封可能な容器を有する高圧装置を準備することを含む。この方法は、超臨界液を形成することが可能な溶剤を少なくとも一の区域及び他の区域の中に導入すること、及び、溶剤を一の区域及び他の区域の中に導入する間、一の区域及び他の区域の中の圧力を約7気圧以上に維持すること、をも含む。この方法は、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備するために、超臨界液中のガリウム含有原料の一以上の部分を処理する。特定の実施形態において、この方法は、第2の温度において、種上の超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることを含む。この第2の温度は、ガリウム含有種が種上に結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられるものである。 Furthermore, the present invention provides a method for growing a crystalline gallium-containing nitride, such as GaN. The method includes providing a high pressure device having a sealable container with a gallium-containing source in one area and at least one species in another area. This method involves introducing a solvent capable of forming a supercritical fluid into at least one zone and other zones, and while introducing the solvent into one zone and other zones. And maintaining the pressure in these areas and other areas above about 7 atmospheres. The method treats one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical liquid to prepare a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature. In certain embodiments, the method includes growing a crystalline gallium-containing nitride material from a supercritical solution on the seed at a second temperature. This second temperature is characterized as such that the gallium-containing species forms a crystalline gallium-containing nitride material on the seed.
さらに他の実施形態において、本発明は、結晶性ガリウム含有窒化物の成長方法を提供する。このプロセスは、一の区域にガリウム含有原料を、他の区域に少なくとも一つの種を有する加圧滅菌器を準備することを含む。この方法は、超臨界液を形成することが可能な第1の溶剤を少なくとも一の区域及び他の区域の中に導入することをも含む。この方法は、溶剤を一の区域及び他の区域の中に導入する間、一の区域及び他の区域の中の圧力を約7気圧以上に維持することを含む。特定の実施形態においては、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備するために、超臨界液中のガリウム含有原料の一以上の部分を処理することを含む。特定の実施形態においては、この方法は、第2の温度において、種上の超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させる。この第2の温度は、ガリウム含有種が種上に結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられるものである。特定の実施形態においては、この方法は、加圧滅菌器から熱エネルギーを除去し、超臨界溶液から第2の溶剤を形成すること、及び第2の溶剤を加圧滅菌器から排水口を通して除去すること、を含む。 In yet another embodiment, the present invention provides a method for growing crystalline gallium-containing nitride. The process includes providing an autoclave having a gallium-containing source in one area and at least one species in another area. The method also includes introducing a first solvent capable of forming a supercritical fluid into at least one zone and the other zone. The method includes maintaining the pressure in one area and the other area above about 7 atmospheres while introducing the solvent into the one area and the other area. Certain embodiments include treating one or more portions of the gallium-containing source in the supercritical fluid to prepare a supercritical solution comprising at least a gallium-containing species at a first temperature. In certain embodiments, the method grows a crystalline gallium-containing nitride material from a supercritical solution on the seed at a second temperature. This second temperature is characterized as such that the gallium-containing species forms a crystalline gallium-containing nitride material on the seed. In certain embodiments, the method removes thermal energy from the autoclave, forms a second solvent from the supercritical solution, and removes the second solvent from the autoclave through a drain. Including.
さらに他の実施形態においては、本発明は、結晶性ガリウム含有窒化物の成長方法を提供する。この方法は、一の区域中のバスケット構造体中にガリウム含有原料を、他の区域中に少なくとも一つの種を、及び超臨界液を形成することが可能な溶剤を有する加圧滅菌器を準備することを含む。好適な実施形態においては、バスケット構造体は、原料の一以上の固形部分が一の区域から他の区域に移動することを実質的に妨げるように構成されている。この方法は、超臨界液中のガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備することをも含む。この方法は、ガリウム含有種を含む超臨界溶液の一以上の部分を、一の区域からバスケットの一部を通過して他の領域へ流す。この方法は、第2の温度において、種上の超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることを含む。この第2の温度は、ガリウム含有種が種上に結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられる。 In yet another embodiment, the present invention provides a method for growing crystalline gallium-containing nitride. The method provides a pressure sterilizer having a solvent capable of forming a gallium-containing source in a basket structure in one zone, at least one species in another zone, and a supercritical fluid. Including doing. In a preferred embodiment, the basket structure is configured to substantially prevent one or more solid portions of the raw material from moving from one zone to another. The method also includes providing a supercritical solution including at least a gallium-containing species at a first temperature by treating one or more portions of the gallium-containing source in the supercritical liquid. This method allows one or more portions of a supercritical solution containing a gallium-containing species to flow from one zone through a portion of the basket to another region. The method includes growing a crystalline gallium-containing nitride material from a supercritical solution on the seed at a second temperature. This second temperature is characterized as such that the gallium-containing species forms a crystalline gallium-containing nitride material on the seed.
さらに、本発明は結晶性ガリウム含有窒化物の他の成長方法を提供する。本方法は、一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、アジド鉱化剤と、少なくとも一つの金属と、を有する高圧装置を準備することを含む。一以上の実施形態においては、アジド鉱化剤と金属は、アジド鉱化剤の分解によって生成された窒素と金属と超臨界液の反応によって生成された水素との比率が略1:3になるように、所定の比率で準備されるが、その他であっても良い。特定の実施形態では、この方法は、超臨界液中のガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備することを含む。この方法は、第2の温度において、種上の超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料をも成長させる。この第2の温度は、ガリウム含有種が種上に結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられる。 Furthermore, the present invention provides another method for growing crystalline gallium-containing nitride. The method includes providing a high pressure apparatus having a gallium-containing source in one area, at least one species, an azide mineralizer, and at least one metal in another area. In one or more embodiments, the azide mineralizer and metal have a ratio of nitrogen produced by decomposition of the azide mineralizer to hydrogen produced by the reaction of the metal and the supercritical fluid of approximately 1: 3. Thus, it is prepared at a predetermined ratio, but may be other. In certain embodiments, the method includes providing a supercritical solution comprising at least a gallium-containing species at a first temperature by treating one or more portions of the gallium-containing source in the supercritical liquid. This method also grows a crystalline gallium-containing nitride material from a supercritical solution on the seed at a second temperature. This second temperature is characterized as such that the gallium-containing species forms a crystalline gallium-containing nitride material on the seed.
他の実施形態においては、本発明は結晶性ガリウム含有窒化物の成長方法を提供する。この方法は、一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、アジド鉱化剤と、少なくとも一つの金属と、一の区域又は/及び他の区域のいずれか又は両方の近傍に触媒とを有する高圧装置を準備することを含む。特定の実施形態においては、アジド鉱化剤と金属は、アジド鉱化剤の分解によって生成された窒素と少なくとも金属と超臨界アンモニアの反応によって生成された水素ガス種との比率が略1:3以上になるように、所定の比率で準備される。なお、他の比率であっても良い。この方法は、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界アンモニア溶液を準備するために、超臨界アンモニア中のガリウム含有原料の一以上の部分を処理し、また、第2の温度において、種上の超臨界アンモニア溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させる。この第2の温度は、ガリウム含有種が種上に結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられる。この方法は、少なくとも金属と超臨界アンモニア液との間の反応から水素ガス種を生成すること、及び、少なくとも触媒を用いて水素ガス種を処理し、水素ガス種及び窒素ガス種を超臨界アンモニア液に変換すること、を含む。 In another embodiment, the present invention provides a method for growing crystalline gallium-containing nitride. This method comprises a gallium-containing source in one zone, at least one species in another zone, an azide mineralizer, at least one metal, and / or one zone and / or another zone. Providing a high pressure device having a catalyst in the vicinity thereof. In certain embodiments, the azide mineralizer and the metal have a ratio of nitrogen generated by decomposition of the azide mineralizer to hydrogen gas species generated by the reaction of at least the metal and supercritical ammonia is approximately 1: 3. As described above, preparation is made at a predetermined ratio. Other ratios may be used. The method treats one or more portions of a gallium-containing source in supercritical ammonia to prepare a supercritical ammonia solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature, and at a second temperature, Crystalline gallium-containing nitride material is grown from a supercritical ammonia solution on the seed. This second temperature is characterized as such that the gallium-containing species forms a crystalline gallium-containing nitride material on the seed. This method generates hydrogen gas species from a reaction between at least a metal and a supercritical ammonia solution, and treats the hydrogen gas species using at least a catalyst, and converts the hydrogen gas species and nitrogen gas species into supercritical ammonia. Converting to a liquid.
本発明を用いることで、既存の技術を上回る利益が達成される。特に、本発明は、GaN、AlN、InN、InGaN及びAlInGaN及びその他などの結晶の成長のための、費用効率の高い高圧装置の提供を可能とする。特定の実施形態においては、本方法及び装置は、比較的単純で製造の費用効率が高い部品と共に動作可能である。実施形態によっては、本装置及び方法は、通常の技術的知識を有する者によって従来の材料及び/又は方法を用いて、製造され得る。本装置及び方法によれば、費用効率の高い結晶成長及び材料が提供可能となる。この結晶成長及び材料は、特定の実施形態において、0.3リットルよりおおきい、1リットルより大きい、3リットルより大きい、10リットルより大きい、30リットルより大きい、100リットルより大きい、及び300リットルより大きい、バッチ体積で、極度の圧力及び温度条件の下で処理する。実施形態によっては、一以上のこれらの利益が達成される。これら及び他の利益は、本明細書を通じて、そしてより具体的には以下に、記載されるかもしれない。 By using the present invention, benefits over existing technologies are achieved. In particular, the present invention makes it possible to provide a cost-effective high-pressure apparatus for the growth of crystals such as GaN, AlN, InN, InGaN and AlInGaN and others. In certain embodiments, the method and apparatus are operable with relatively simple and cost-effective parts to manufacture. In some embodiments, the apparatus and method can be manufactured using conventional materials and / or methods by those having ordinary technical knowledge. The present apparatus and method can provide cost-effective crystal growth and materials. This crystal growth and material, in certain embodiments, is greater than 0.3 liters, greater than 1 liter, greater than 3 liters, greater than 10 liters, greater than 30 liters, greater than 100 liters, and greater than 300 liters. Process in batch volume under extreme pressure and temperature conditions. In some embodiments, one or more of these benefits are achieved. These and other benefits may be described throughout this specification and more specifically below.
本発明は、公知の処理技術を背景として、これらの利益及びその他を実現する。しかしながら、本発明の特質及び利点の更なる理解は、本明細書の後半部分及び添付図面を参照して実現されるかもしれない。 The present invention realizes these benefits and others in the context of known processing techniques. However, a further understanding of the nature and advantages of the present invention may be realized by reference to the latter portions of the specification and attached drawings.
本発明によれば、結晶成長のための材料の処理に関する技術が提供される。より具体的には、本発明は、アンモノ塩基又はアンモノ酸技術によるガリウム含有窒化物結晶を得るための方法を提供するが、他の方法もあり得る。他の実施形態では、本発明は、窒化物結晶の大規模処理のための装置を提供するが、他の結晶及び材料も処理され得ると考えられるべきである。そのような結晶及び材料は、バルクやパターニングされた基板の製造のための、窒化ガリウム(GaN)、窒化アルミニウム(AlN)、窒化インジウム(InN)、窒化インジウムガリウム(InGaN)、窒化アルミニウムガリウム(AlGaN)及び窒化アルミニウムインジウムガリウム(AlInGaN)及びその他のものを含むがこれに限定されない。そのようなバルクやパターニングされた基板は、他の装置の中でもとりわけ、オプトエレクトロニクスデバイス、レーザー、LED(Light Emitting Diodes)、ソーラーセル、光電気化学水分解及び水素発生、光検知器、集積回路、及びトランジスタを含む、多様な応用に使用される。 According to the present invention, a technique related to processing of a material for crystal growth is provided. More specifically, the present invention provides a method for obtaining gallium-containing nitride crystals by ammonobase or ammonoacid technology, although other methods are possible. In other embodiments, the present invention provides an apparatus for large scale processing of nitride crystals, but it should be considered that other crystals and materials can also be processed. Such crystals and materials include gallium nitride (GaN), aluminum nitride (AlN), indium nitride (InN), indium gallium nitride (InGaN), aluminum gallium nitride (AlGaN) for the manufacture of bulk and patterned substrates. ) And aluminum indium gallium nitride (AlInGaN) and others. Such bulk and patterned substrates are among other devices optoelectronic devices, lasers, LEDs (Light Emitting Diodes), solar cells, photoelectrochemical water splitting and hydrogen generation, photodetectors, integrated circuits, And used in a variety of applications, including transistors.
本発明において、一以上の実施形態によれば以下の定義が適用される。そのような定義は限定する意図があるのではなく、読み手にとって役立つものと捉えられるべきものである。もちろん、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 In the present invention, the following definitions apply according to one or more embodiments. Such definitions are not intended to be limiting, but should be taken as useful to the reader. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
ガリウム含有窒化物とは、ガリウム及び任意の他の第13族(IUPAC1989による)に属する元素の窒化物を意味する。それは、GaNのような二元化合物、並びにAlGaN、InGaN及びAlInGaNのような三元化合物を含むがこれらに限定されない。また、第13族に属する他の元素のGaに対するの比は、幅広い範囲で変わり得る。もちろん、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 By gallium-containing nitride is meant nitrides of elements belonging to gallium and any other group 13 (according to IUPAC 1989). It includes, but is not limited to, binary compounds such as GaN and ternary compounds such as AlGaN, InGaN and AlInGaN. Also, the ratio of other elements belonging to Group 13 to Ga can vary over a wide range. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
加圧滅菌器とは、本発明によるアンモノ塩基又はアンモノ酸の処理が実行される反応チャンバを有する閉鎖された容器を意味する。技術的に従来から用いられているように、閉鎖された、とは、通常の意味における密封されていること及び気密性を意味すると理解される。技術的に従来から用いられているように、加圧滅菌器は極度に加熱されるものと理解される。すなわち、通常の意味において、加圧滅菌器の内壁の温度が加圧滅菌器の壁に隣接した超臨界液の温度と略同一となるように、加熱されるものである。もちろん、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 By autoclaver is meant a closed container having a reaction chamber in which an ammonobase or ammonoacid treatment according to the invention is carried out. As conventionally used in the art, closed is understood to mean hermetically sealed and hermetic in the usual sense. It is understood that the autoclave is extremely heated as conventionally used in the art. That is, in a normal sense, the heating is performed so that the temperature of the inner wall of the autoclave is substantially the same as the temperature of the supercritical fluid adjacent to the autoclave wall. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
高圧装置とは、約100℃から約800℃の温度及び約1キロバール(kbar)から約10kbarの圧力で、超臨界アンモニア及びガリウム含有窒化物の成長環境を包含可能な装置を意味する。一の実施形態では、高圧装置は米国特許第7,335,262号において説明されているような加圧滅菌器を含み、この特許はその全体が参照されてここに組み入れられる。他の実施形態では、高圧装置は、米国特許第7,125,453号、並びに米国特許出願2006/0177362A1及び米国シリアル番号12/133,364において説明されているような、内部加熱による高圧装置であり、これらの特許及び特許出願はその全体が参照されてここに組み入れられる。もちろん、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 By high-pressure apparatus is meant an apparatus that can include a supercritical ammonia and gallium-containing nitride growth environment at a temperature of about 100 ° C. to about 800 ° C. and a pressure of about 1 kbar to about 10 kbar. In one embodiment, the high pressure device includes an autoclave as described in US Pat. No. 7,335,262, which is hereby incorporated by reference in its entirety. In other embodiments, the high pressure device is a high pressure device with internal heating, as described in US Pat. No. 7,125,453, and US patent application 2006/0177362 A1 and US serial number 12 / 133,364. These patents and patent applications are hereby incorporated by reference in their entirety. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
以後の説明において、本装置は、垂直指向(vertically oriented)のものとして説明される。他の実施形態では、この装置は、代わりに水平指向(horizontally oriented)又は垂直と水平の間の斜めの角度に指向されている。そして、高圧装置内部で超臨界液の対流を促進するように揺り動かされても良い。本方法は、密封可能な容器及び高圧装置と連動して用いられても良い。代表的な適用可能な装置の例は、米国特許第7,101,433号、7,125,453号及び7,160,388号、並びに米国特許出願61/073,687、12/133,365及び12/133,364において説明されており、これらの特許及び特許出願はその全体が参照されてここに組み入れられる。図5についても言及されるべきである。本発明の実施形態によれば、図5には、結晶成長の処理実行のための一般的な工程が列挙されている。示されるように、図5は単なる例示であり、この特許請求の範囲を不当に限定すべきものではない。当業者は、他の変形、改変及び代替手段を理解できるであろう。 In the following description, the apparatus will be described as being vertically oriented. In other embodiments, the device is instead oriented horizontally oriented or at an oblique angle between vertical and horizontal. And it may be swung so as to promote the convection of the supercritical fluid inside the high pressure apparatus. The method may be used in conjunction with a sealable container and high pressure device. Examples of typical applicable devices are US Pat. Nos. 7,101,433, 7,125,453 and 7,160,388, and US patent applications 61 / 073,687, 12 / 133,365. And 12 / 133,364, which are hereby incorporated by reference in their entirety. Reference should also be made to FIG. According to an embodiment of the present invention, FIG. 5 lists general steps for performing crystal growth processing. As shown, FIG. 5 is merely exemplary and should not unduly limit the scope of this claim. Those skilled in the art will appreciate other variations, modifications, and alternatives.
種晶及び原材料(raw material)のための骨組みの概略図が、図1A及び1Bに示される。この骨組みによって、種晶及び原材料が、高圧装置の内側に配置される前に、かつ、後に続く処理に便利な形態で、結晶成長に適した配置に投入されることを可能にする。骨組みは、結晶成長条件の下で良好な剛性を保持すべきであり、かつ、結晶成長環境に対して化学的に不活性であるべきである。これによって、成長結晶に対する汚染に寄与することなく、かつ、著しい腐食を被ることもない。骨組みの構造の材料及びその構成要素は、銅、銅基合金、金、金基合金、銀、銀基合金、パラジウム、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、チタン、バナジウム、クロム、鉄、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、シリカ、アルミナ、これらの組み合わせ、及びこれらに類似したものうち一以上を含んでも良い。骨組みを形成するために使用可能な鉄基合金は、ステンレス鋼を含むがこれに限定されない。骨組みを形成するために使用可能なニッケル基合金は、インコネル、ハステロイ及び同類のものを含むがこれらに限定されない。繰り返しになるが、他の変形、改変及び代替手段もあり得る。いくつかの実施形態においては、骨組みの構成要素は、硬度とクリープ抵抗の向上のために、少なくとも2つの要素を有する合金から製造される。骨組みとその構成要素は、ワイヤー、ワイヤークロス又は金網、箔、板、シート、角棒、丸棒、長方形棒、管、ねじ棒、及び留め具からなっても良い。骨組み及びその構成要素は、溶接、アーク溶接、抵抗溶接、ろう着、クランプ締め、アタッチメント、及びこれらと同類のものを用いて取り付けられても良い。なお、アタッチメントは、ねじ、ボルト、ねじ棒及びナットのうち少なくとも一つのような留め具を用いたものである。 A schematic diagram of the framework for seed crystals and raw material is shown in FIGS. 1A and 1B. This framework allows the seed crystals and raw materials to be put into an arrangement suitable for crystal growth before being placed inside the high pressure apparatus and in a form convenient for subsequent processing. The framework should retain good stiffness under crystal growth conditions and be chemically inert to the crystal growth environment. This does not contribute to contamination of the grown crystal and does not suffer significant corrosion. The materials of the framework structure and its constituent elements are copper, copper base alloy, gold, gold base alloy, silver, silver base alloy, palladium, platinum, iridium, ruthenium, rhodium, osmium, titanium, vanadium, chromium, iron, iron One or more of a base alloy, nickel, nickel base alloy, zirconium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium, silica, alumina, combinations thereof, and the like may be included. Iron-based alloys that can be used to form the framework include, but are not limited to, stainless steel. Nickel-based alloys that can be used to form the framework include, but are not limited to, Inconel, Hastelloy and the like. Again, there can be other variations, modifications, and alternatives. In some embodiments, the framework components are manufactured from an alloy having at least two elements for increased hardness and creep resistance. The framework and its components may consist of wire, wire cloth or wire mesh, foil, plate, sheet, square bar, round bar, rectangular bar, tube, screw bar, and fastener. The skeleton and its components may be attached using welding, arc welding, resistance welding, brazing, clamping, attachments, and the like. The attachment uses a fastener such as at least one of a screw, a bolt, a screw rod, and a nut.
骨組みは、その構成要素として、バッフル、原材料バスケット、及び種晶プレートを吊るすためのラック、加えて上述の構成要素のうち少なくとも2つを取り付けるための手段を含んでも良い。複数の実施形態においては、図1Aに示されるように、成長される結晶が温度の上昇と共にその溶解度が増加する場合に好適なように、バスケットはバッフルの下方に位置し、種ラックはバッフルの上方に位置する。他の複数の実施形態においては、図1Bに示されるように、成長される結晶が温度の上昇と共にその溶解度が減少する場合(すなわち退行固溶度)に好適なように、バスケットはバッフルの上方に位置し、種ラックはバッフルの下方に位置する。栄養物領域、すなわちバスケットを収容する領域、よりも、結晶成長領域、すなわち種ラックを収容する領域、の方が体積が大きくても良い。ある特定の実施形態においては、結晶成長領域と栄養物領域の体積比は1から5の間であっても良い。他の実施形態では、この比は1.25から3の間、又は1.5から2.5の間であっても良い。骨組みの全体的な直径及び高さは、高圧装置内部にぴったり合うように選択される。これにより、利用可能な体積の利用を最大化し、流体力学を最適化する。骨組みの直径は、1インチから2インチの間、2インチから3インチの間、3インチから4インチの間、4インチから6インチの間、6インチから8インチの間、8インチから10インチの間、10インチから12インチの間、12インチから16インチの間、16インチから24インチの間、又は24インチより大きいものであっても良い。骨組みの全体的な高さのその直径に対する比は、1から2、2から4、4から6、6から8、8から10、10から12、12から15、15から20、又は20より大きいものであっても良い。 The framework may include as its components, a baffle, a raw material basket, a rack for suspending the seed crystal plate, and means for attaching at least two of the above-described components. In embodiments, as shown in FIG. 1A, the basket is located below the baffle and the seed rack is located on the baffle so that the crystal to be grown increases in solubility with increasing temperature. Located above. In other embodiments, as shown in FIG. 1B, the basket is positioned above the baffle so that it is suitable when the crystal being grown decreases in solubility with increasing temperature (ie, regressive solid solubility). The seed rack is located below the baffle. The volume of the crystal growth region, ie, the region containing the seed rack, may be larger than the nutrient region, ie, the region containing the basket. In certain embodiments, the volume ratio of the crystal growth region to the nutrient region may be between 1 and 5. In other embodiments, this ratio may be between 1.25 and 3, or between 1.5 and 2.5. The overall diameter and height of the skeleton is selected to fit snugly inside the high pressure device. This maximizes utilization of the available volume and optimizes fluid dynamics. The skeleton diameter is between 1 inch and 2 inches, between 2 inches and 3 inches, between 3 inches and 4 inches, between 4 inches and 6 inches, between 6 inches and 8 inches, and between 8 inches and 10 inches. Between 10 inches and 12 inches, between 12 inches and 16 inches, between 16 inches and 24 inches, or greater than 24 inches. The ratio of the overall height of the skeleton to its diameter is 1 to 2, 2 to 4, 4 to 6, 6 to 8, 8 to 10, 10 to 12, 12 to 15, 15 to 20, or greater than 20 It may be a thing.
バッフルは、骨組みが挿入される高圧装置を2つの別個の領域に分割する手段を提供し、また、一以上のディスクを含む。この2つの領域は、バッフルが複数の貫通孔又は開口部を有するので、互いに流体連結されている。ゆえに、バッフルの断面領域の一部分は開いている。特定の実施形態においては、バッフルは、約0.5%から約30%の部分的に開いた領域を有するが、他のパーセントであっても良い。他の実施形態においては、2%から20%の間又は5%から15%の間の部分的に開いた領域を有する。溶剤を、及び高圧高温(HPHT)条件の下で超臨界液を、高圧装置を通じてバッフル中の貫通孔を自由に通過することで移動することを許容する間、バッフルは、少なくとも一つの(又はより多くの)ソース材料を特定の領域又はチャンバ108の端部に閉じ込める目的を果たす。多くの場合、この特徴は結晶成長のような応用に特に有益である。すなわちこのような応用においては、超臨界液は、少なくとも一つの材料や栄養物質を、バッフルの配置によって定義されるチャンバの一の領域から種晶の結晶成長が起きる他の領域に移動させる。ある特定の実施形態においては、バッフルの直径は、骨組み全体の最大直径と等しい。他の実施形態においては、バッフルの直径は骨組み全体の最大直径よりもわずかに小さく、これによって、結晶成長条件の下で液体が流れることができる環状の空間を提供する。バッフルの直径は、骨組み全体の最大直径よりも0.5インチまたはそれより小さい分だけ小さくてもよい。バッフルの開口部は、容易に詰まらないように十分大きくあるべきである。一の特定の実施形態では、バッフルの開口部の直径は、0.020インチから0.5インチの間である。他の実施形態では、バッフルの開口部の直径は、0.050インチから0.25インチの間である。一の特定の実施形態では、バッフルは、0.020インチから0.5インチの厚さの一枚のディスクを有する。他の実施形態では、バッフルは、0.050インチから0.25インチの厚さの一枚のディスクを有する。いくつかの実施形態では、バッフルは2枚、3枚又はそれより多い数のディスクを有する。いくつかの複数のディスクの実施形態では、複数のディスクの一以上の開口部は、互いの上に位置している。他の複数のディスクの実施形態では、複数のディスクの一以上の開口部は、互いの上に位置していない。従って、複数のディスクのバッフルの実施形態における効果的な部分的開口部は、上部境界としてのそれぞれのディスクの部分的開口部領域と、それぞれのディスクの部分的開口部領域の共通部分(product)との間に位置しても良い。 The baffle provides a means for dividing the high pressure device into which the skeleton is inserted into two separate areas and includes one or more disks. The two regions are fluidly connected to each other because the baffle has a plurality of through holes or openings. Therefore, a part of the cross-sectional area of the baffle is open. In certain embodiments, the baffle has a partially open area from about 0.5% to about 30%, although other percentages may be used. In other embodiments, it has a partially open area between 2% and 20% or between 5% and 15%. While allowing the solvent and supercritical fluid under high pressure and high temperature (HPHT) conditions to move freely through the through holes in the baffle through the high pressure device, the baffle has at least one (or more) It serves the purpose of confining (many) source material to a particular region or end of the chamber 108. In many cases, this feature is particularly beneficial for applications such as crystal growth. That is, in such applications, the supercritical fluid moves at least one material or nutrient from one region of the chamber defined by the baffle arrangement to another region where seed crystal growth occurs. In certain embodiments, the baffle diameter is equal to the maximum diameter of the entire skeleton. In other embodiments, the baffle diameter is slightly smaller than the maximum diameter of the entire framework, thereby providing an annular space through which liquid can flow under crystal growth conditions. The baffle diameter may be smaller by 0.5 inches or less than the maximum diameter of the entire skeleton. The baffle opening should be large enough so that it does not clog easily. In one particular embodiment, the diameter of the baffle opening is between 0.020 inches and 0.5 inches. In other embodiments, the diameter of the baffle opening is between 0.050 inches and 0.25 inches. In one particular embodiment, the baffle has a single disk that is 0.020 inches to 0.5 inches thick. In other embodiments, the baffle has a single disk that is 0.050 inches to 0.25 inches thick. In some embodiments, the baffle has two, three or more disks. In some multiple disk embodiments, one or more openings of the multiple disks are located on top of each other. In other multiple disk embodiments, one or more openings of the multiple disks are not located on top of each other. Thus, the effective partial opening in the multiple disk baffle embodiment is the partial opening area of each disk as the upper boundary and the product of the partial opening areas of each disk. It may be located between.
原材料バスケットは、ソース材料(source material)及び鉱化剤を含む原材料を高圧装置に移送するのに都合の良い手段を提供する。これにより、バスケット内部のソース材料粒子と結晶成長領域との間の領域からの容易な流体連結を可能にし、また、成長実行の結果として消費されていないソース材料を反応炉から除去する。一の実施形態では、バスケットは、図に概略的に示されるように、金網又はワイヤークロスからなっても良い。網又はクロス中のワイヤーの直径は、0.001インチから0.25インチの間、0.005インチから0.125インチの間、又は0.010インチから0.080インチの間であっても良い。金網又はワイヤークロスは、より大きい直径のワイヤーを有する骨組みの中に収容されてもよく、任意的には骨組みに取り付けられていても良い。これにより、より改善された機械的支持を提供できる。他の実施形態においては、バスケットは、複数の貫通孔又は開口部と共に箔又は板からなっていても良い。金網、ワイヤークロス、箔又は板中の開口部の大きさは、たとえ結晶成長動作によって原材料の重要な部分がエッチングされる及び/又は消費された後であっても原材料粒子が結晶成長の最中に開口部を通過しないように、十分小さくあるべきである。ある特定の実施形態においては、金網、ワイヤークロス、箔又は板の開口部は、0.005インチから0.5インチの間の直径を有する。他の実施形態では、開口部は、0.010インチから0.125インチの間又は0.025インチから0.080インチの間の直径を有する。いくつかの実施形態では、金網によって被覆された開口部を有する中空管が、原材料の投入の前にバスケット内部に配置される。これにより、バスケット内部の原材料粒子間の領域と結晶成長領域との間の流体連結を改善する。そのような中空間の適切な構成は、米国特許第3,245,760号によって教示されており、その全体が参照されてここに取り込まれる。 The raw material basket provides a convenient means for transporting raw materials, including source material and mineralizer, to the high pressure apparatus. This allows easy fluid coupling from the region between the source material particles inside the basket and the crystal growth region, and removes unconsumed source material from the reactor as a result of the growth run. In one embodiment, the basket may consist of a wire mesh or wire cloth, as schematically shown in the figure. The diameter of the wire in the mesh or cloth may be between 0.001 inch and 0.25 inch, between 0.005 inch and 0.125 inch, or between 0.010 inch and 0.080 inch. good. The wire mesh or wire cloth may be housed in a skeleton having a larger diameter wire and optionally attached to the skeleton. This can provide improved mechanical support. In other embodiments, the basket may consist of foil or plate with a plurality of through holes or openings. The size of the opening in the wire mesh, wire cloth, foil or plate is such that the raw material particles are in the middle of crystal growth even after a significant part of the raw material has been etched and / or consumed by the crystal growth operation. Should be small enough not to pass through the opening. In certain embodiments, the opening in the wire mesh, wire cloth, foil or plate has a diameter between 0.005 inches and 0.5 inches. In other embodiments, the opening has a diameter between 0.010 inches and 0.125 inches or between 0.025 inches and 0.080 inches. In some embodiments, a hollow tube having an opening covered by a wire mesh is placed inside the basket prior to input of raw materials. This improves the fluid connection between the region between the raw material particles inside the basket and the crystal growth region. A suitable configuration of such an interior space is taught by US Pat. No. 3,245,760, which is hereby incorporated by reference in its entirety.
いくつかの実施形態においては、種ラック上に種晶を配置する前に、ソース材料がバスケットの中に配置される。これにより、後者が破損するおそれを最小化する。ソース材料は様々な形態で供給されても良い。いくつかの実施形態において、ソース材料は、単結晶又は塊若しくは粒の多結晶材料からなっても良い。他の実施形態においては、ソース材料は、焼結された多結晶材料の塊からなる。窒化ガリウムの場合は、ソース材料は、水素化物気相エピタキシ(HVPE)反応炉を用いて壁面や多岐に渡る表面上に堆積された単結晶又は多結晶のGaNの副産物から派生したものであっても良い。他の特定の実施形態では、ソース材料は、HVPEによって基板上に成長した単結晶又は多結晶のGaNの板からなる。他の特定の実施形態では、ソース材料は、米国特許第6,861,130号に開示されるような、焼結されたGaN粉末から派生したものである。なお、この特許はその全体が参照されてここに組み入れられる。他の特定の実施形態では、ソース材料は、米国特許出願2007/0142204A1に開示されるような、円柱状の微細構造からなる多結晶GaN板から派生したものである。なお、この出願はその全体が参照されてここに組み入れられる。ソース材料は、1019cm−3より低い、1018cm−3より低い、又は1017cm−3より低い濃度で酸素を含んでも良い。ソース材料は、1016cm−3から1021cm−3の濃度で、SiやOのようなn型ドーパント、MgやZnのようなp型ドーパント、FeやCoのような補償ドーパント、又はFe、Ni、Co又はMnのような磁気ドーパントを含んでも良い。一の特定の実施形態では、ソース材料の粒径分布は、約0.020インチから約5インチの間にある。他の実施形態では、ソース材料の粒径分布は、約0.050インチから約0.5インチの間にある。好適な実施形態では、ソース材料の全表面積は、種ラックの中に配置された全ての種晶板の全表面積よりも、少なくとも3の倍数だけ大きい。 In some embodiments, the source material is placed in the basket prior to placing the seed crystal on the seed rack. This minimizes the possibility of the latter being damaged. The source material may be supplied in various forms. In some embodiments, the source material may consist of a single crystal or a bulk or grain polycrystalline material. In other embodiments, the source material consists of a mass of sintered polycrystalline material. In the case of gallium nitride, the source material is derived from a monocrystalline or polycrystalline GaN byproduct deposited on a wall or a variety of surfaces using a hydride vapor phase epitaxy (HVPE) reactor. Also good. In other specific embodiments, the source material comprises a single crystal or polycrystalline GaN plate grown on a substrate by HVPE. In another particular embodiment, the source material is derived from sintered GaN powder, as disclosed in US Pat. No. 6,861,130. This patent is incorporated herein by reference in its entirety. In another particular embodiment, the source material is derived from a polycrystalline GaN plate consisting of a columnar microstructure as disclosed in US patent application 2007 / 0142204A1. This application is incorporated herein by reference in its entirety. The source material may include oxygen at a concentration lower than 10 19 cm −3 , lower than 10 18 cm −3 , or lower than 10 17 cm −3 . The source material has a concentration of 10 16 cm −3 to 10 21 cm −3 , an n-type dopant such as Si or O, a p-type dopant such as Mg or Zn, a compensating dopant such as Fe or Co, or Fe Magnetic dopants such as Ni, Co or Mn may be included. In one particular embodiment, the source material particle size distribution is between about 0.020 inches and about 5 inches. In other embodiments, the particle size distribution of the source material is between about 0.050 inches and about 0.5 inches. In a preferred embodiment, the total surface area of the source material is at least a multiple of 3 greater than the total surface area of all the seed plates placed in the seed rack.
いくつかの実施形態においては、ソース材料は、例えばガリウムやインジウムのような高温下で溶融する金属からなる。いくつかの実施形態では、鉱化剤は、例えばナトリウム、カリウム又はリチウムのような高温下で溶融する金属からなる。もし、加圧滅菌器又はカプセルの内面と直接接触するように配置された場合、金属は合金を形成し、加圧滅菌器又はカプセルの無傷さを損なうかもしれない。それゆえに、いくつかの実施形態では、少なくとも一つのるつぼが原材料バスケットの内部又は最も近い位置に配置され、そして少なくとも一の金属を含む。るつぼは、超臨界液結晶成長環境に関して化学的に不活性であるべきであり、また、少なくとも一の金属と反応したり合金になったりすべきではない。一の特定の実施形態においては、るつぼは、モリブデン、タンタル、ニオブ、イリジウム、白金、パラジウム、金、銀又はタングステンからなる。他の実施形態では、るつぼは、アルミナ、マグネシア、カルシア、ジルコニア、イットリア、窒化アルミニウム又は窒化ガリウムからなる。るつぼは、焼結された又は他の多結晶材料からなっても良い。 In some embodiments, the source material comprises a metal that melts at high temperatures, such as gallium or indium. In some embodiments, the mineralizer comprises a metal that melts at high temperatures, such as sodium, potassium, or lithium. If placed in direct contact with the inner surface of the autoclave or capsule, the metal may form an alloy and damage the autoclave or capsule intact. Thus, in some embodiments, at least one crucible is disposed within or closest to the raw material basket and includes at least one metal. The crucible should be chemically inert with respect to the supercritical liquid crystal growth environment and should not react or become alloyed with at least one metal. In one particular embodiment, the crucible consists of molybdenum, tantalum, niobium, iridium, platinum, palladium, gold, silver or tungsten. In other embodiments, the crucible consists of alumina, magnesia, calcia, zirconia, yttria, aluminum nitride or gallium nitride. The crucible may be made of sintered or other polycrystalline material.
種ラックは、種晶又は種プレートを高圧装置に移送するのに都合の良い手段を提供する。これにより、種晶又は種プレートとバッフルの他の側面上の栄養物領域との間の容易な流体連結を可能にし、また、成長実行の結果として成長した結晶を反応炉から除去する。種ラックは、投入及び取出しが容易であるべきであり、利用可能な結晶成長量の効率的な使用を可能とすべきであり、そして、結晶の破損及び他の歩留まり損失を最小化すべきである。 The seed rack provides a convenient means for transferring seed crystals or seed plates to the high pressure apparatus. This allows easy fluid connection between the seed crystal or seed plate and the nutrient region on the other side of the baffle, and removes crystals grown as a result of the growth run from the reactor. Seed racks should be easy to load and unload, should allow efficient use of available crystal growth, and should minimize crystal breakage and other yield losses. .
好適な実施形態では、種晶又は種プレートは窒化ガリウムからなる。他の実施形態では、種晶又は種プレートは、窒化アルミニウム、サファイア、炭化珪素、MgAl2O4スピネル、酸化亜鉛、又はこれらと同類のものからなっても良い。種プレートは、少なくとも1センチメートルの最小横寸法を有する。いくつかの実施形態では、種プレートは、少なくとも2センチメートルの最大横寸法及び少なくとも1センチメートルの最小横寸法を有する。他の実施形態では、種プレートは、少なくとも3センチメートルの、少なくとも4センチメートルの、少なくとも5センチメートルの、少なくとも6センチメートルの、少なくとも8センチメートルの、又は少なくとも10センチメートルの、最小横寸法を有する。いくつかの実施形態では、種プレートは窒化ガリウムのバルク単結晶である。いくつかの実施形態では、種プレートは、水素化物気相エピタキシによって成長された結晶から準備されたものである。他の実施形態では、種プレートは、アンモノサーマル法によって成長された結晶から準備されたものである。さらに他の実施形態では、種プレートは、溶剤中で溶剤から成長された結晶から準備されたものである。一の特定の実施形態では、種プレートは、米国特許出願番号61/078,704に開示された方法によって準備されたものであり、この特許出願は参照されてここに組み入れられる。いくつかの実施形態では、種プレートの大面積表面の転位密度は、約106cm−2より小さい。いくつかの実施形態では、種プレートの大面積表面の転位密度は、約105cm−2より小さい、約104cm−2より小さい、約103cm−2より小さい、又は約102cm−2より小さい。いくつかの実施形態では、大面積表面の結晶方位に相当するX線回折線の半値全幅は、300秒(arc seconds)より小さい、150秒(arc seconds)より小さい、100秒(arc seconds)より小さい、又は50秒(arc seconds)より小さい。 In a preferred embodiment, the seed crystal or seed plate consists of gallium nitride. In other embodiments, the seed crystal or seed plate may comprise aluminum nitride, sapphire, silicon carbide, MgAl 2 O 4 spinel, zinc oxide, or the like. The seed plate has a minimum lateral dimension of at least 1 centimeter. In some embodiments, the seed plate has a maximum lateral dimension of at least 2 centimeters and a minimum lateral dimension of at least 1 centimeter. In other embodiments, the seed plate has a minimum lateral dimension of at least 3 centimeters, at least 4 centimeters, at least 5 centimeters, at least 6 centimeters, at least 8 centimeters, or at least 10 centimeters Have In some embodiments, the seed plate is a bulk single crystal of gallium nitride. In some embodiments, the seed plate is prepared from crystals grown by hydride vapor phase epitaxy. In other embodiments, the seed plate is prepared from crystals grown by an ammonothermal method. In yet another embodiment, the seed plate is prepared from crystals grown from a solvent in a solvent. In one particular embodiment, the seed plate was prepared by the method disclosed in US Patent Application No. 61 / 078,704, which is incorporated herein by reference. In some embodiments, the dislocation density of the large-area surfaces of the seed plates is about 10 6 cm- 2 smaller. In some embodiments, the dislocation density of the large-area surfaces of the seed plates is about 10 5 cm- 2 less than about 10 4 cm- 2 is less than about 10 3 cm- 2 less than or about 10 2 cm -Less than 2 . In some embodiments, the full width at half maximum of the X-ray diffraction line corresponding to the crystal orientation of the large area surface is less than 300 seconds (arc seconds), less than 150 seconds (arc seconds), and more than 100 seconds (arc seconds). Small or less than 50 seconds (arc seconds).
窒化ガリウムは、特徴のある成長セクタを有する六方晶系のウルツ鉱型構造結晶(空間群P63mc;点群6mm)である。所定の成長条件の下で、異なる速度で、+c方向、−c方向、m方向、a方向及び他の結晶方位に、成長が起こる。一般的に、成長が早い方向は自身の存在をなくすように成長する傾向にあり、これによって、主に成長が遅い方向に関連するファセットによって、結果として生ずる結晶が終端する。アンモノサーマル法によって最も一般的に生ずるファセットは、c面(0 0 0 1)及び(0 0 0 −1)及びm面{1 −1 0 0}である。例えばa面{1 1 −2 0}及び半極性{1 −1 0 −1}などの他の面は、より少ない頻度で起きるか、より少ない面積で起きる。比較的成長が遅い寸法において既に大きい種晶又は種プレートを用いることで、及び、比較的成長が早い方向において支配的な結晶成長を実行することで、製造効率は高められる。好適な実施形態において、種プレートの大面積の面は、予め選択された成長条件の下で安定である。すなわちこの成長条件は、面を刻まずに、(0 0 0 1)、(0 0 0 −1)、{1 −1 0 0}、{1 1 −2 0}又は{1 −1 0 −1}方位の種プレートを選択することで促進される。 Gallium nitride is a hexagonal wurtzite structure crystal (space group P6 3 mc; point group 6 mm) having a characteristic growth sector. Under certain growth conditions, growth occurs in the + c direction, -c direction, m direction, a direction, and other crystal orientations at different rates. In general, the fast growing direction tends to grow out of its presence, thereby terminating the resulting crystal primarily by facets associated with the slow growing direction. The facets most commonly generated by the ammonothermal method are the c-planes (0 0 0 1) and (0 0 0 -1) and the m-plane {1 -1 0 0}. Other surfaces, such as a-plane {1 1 -2 0} and semipolar {1 -1 0 -1}, occur less frequently or in a smaller area. Manufacturing efficiency is increased by using seed crystals or plates that are already large in relatively slow growth dimensions and by performing dominant crystal growth in a relatively fast growth direction. In a preferred embodiment, the large area surface of the seed plate is stable under preselected growth conditions. That is, this growth condition is (0 0 0 1), (0 0 0 -1), {1 -1 0 0}, {1 1 -2 0} or {1 -1 0 -1 } Promoted by selecting an orientation seed plate.
加えて、不純物取り込みの特性が一の成長セクタと他の成長セクタとで異なる。例えば、Frayssinet及びその同僚らによるJournal of Crystal Grouth、第230巻、442−447ページ(2001年)の著作物によれば、点欠陥によって引き起こされた自由キャリアの濃度は、特定の技術によって成長された意図せずドープされたバルクGaN結晶の+c及び−c成長セクタにおいて、著しく異なる。同様の結果は他の著者によっても報告されている。すなわち、[0 0 0 −1]又は−c成長セクタは、[0 0 0 1]又は+c成長セクタよりも高い不純物濃度を有するという一般的な傾向が報告されている。異なる不純物の取り込みは少なくとも2つの理由により望ましくない。第1に、結晶内部に濃度の勾配が存在することによって、結晶の製造者が一定の製品仕様を維持することがより難しくなる。第2に、結晶内部に濃度の勾配が存在することによって、負担(典型的には、GaN中の不純物は格子定数のわずかな増加を引き起こす)を発生させる。この負担によって、弓形、亀裂、転移発生及び他の有害作用を引き起こしうる。歩留まり、製品品質及び製品の一貫性を含む製造効率は、支配的な結晶成長が一の成長セクタ内のみで起きることを抑制することによって向上させられる。 In addition, the characteristics of impurity incorporation differ between one growth sector and another growth sector. For example, according to the work of Journal of Crystal Grout, Volume 230, pp. 442-447 (2001) by Freyssinet and colleagues, the concentration of free carriers caused by point defects has been increased by specific techniques. In the unintentionally doped bulk GaN crystals + c and -c growth sectors are significantly different. Similar results have been reported by other authors. That is, a general tendency is reported that the [0 0 0 −1] or −c growth sector has a higher impurity concentration than the [0 0 0 1] or + c growth sector. The incorporation of different impurities is undesirable for at least two reasons. First, the presence of a concentration gradient within the crystal makes it more difficult for the crystal manufacturer to maintain a constant product specification. Second, the presence of a concentration gradient within the crystal creates a burden (typically, impurities in GaN cause a slight increase in lattice constant). This burden can cause bowing, cracking, metastasis and other adverse effects. Manufacturing efficiency, including yield, product quality, and product consistency, can be improved by suppressing dominant crystal growth from occurring within only one growth sector.
一以上の実施形態において、成長の製造はm面において支配的に起きることが望まれる。例えば、所定の成長条件の下で、結晶成長はm方向においてよりもa方向においての方がより急速に起き、また、+c又は−c方向においてよりもm方向においての方がより急速に起きる。そのような所定の成長条件の下で、自然発生的に核となった成長した結晶は六角形のプレートレットの形状を有し、この形状は大きいcファセットと長いm面終端側端と直径より小さい厚さを有する。m方向における成長は、改善された結晶品質、減少した不純物取り込み、又は反対に、Al又はInのようなドーパント又はバンドギャップ変更物を取り込む能力の向上、という理由によって好適である。m方向における成長は、m面方向ウエハの製造のためにも理想的である。m面方向の種晶又は種プレート上の向かい合った面は両方ともm面を構成し、そのような種晶の使用は単一の結晶成長セクタにおける成長を生み出すことになる。 In one or more embodiments, it is desired that growth production occurs predominantly in the m-plane. For example, under certain growth conditions, crystal growth occurs more rapidly in the a direction than in the m direction, and more rapidly in the m direction than in the + c or −c direction. Under such predetermined growth conditions, the spontaneously nucleated grown crystal has the shape of a hexagonal platelet, which is larger than the large c facet, the long m-plane end and the diameter. Has a small thickness. Growth in the m direction is preferred because of improved crystal quality, reduced impurity incorporation, or conversely, increased ability to incorporate dopants such as Al or In or bandgap modifications. Growth in the m direction is also ideal for the manufacture of m-plane wafers. Both m-plane seeds or opposing faces on the seed plate constitute m-planes, and the use of such seed crystals will produce growth in a single crystal growth sector.
複数の実施形態においては、図2A及び2Bに概略的に示されるように、種晶は種ラックに取り付けられる。個々の種晶は略同一の高さを有するように選択されるか切断されても良く、これによって、複数の種晶が種ラックの列の中に互いに隣接して配置されても良い。種晶は、矩形の大面積の面を有しても良い。種晶は、上部種ラックバーと下部種ラックバーの間に配置されても良く、クリップによってその場所に固定されても良い。クリップが独立して立っておりかつ緩められている場合に、種晶がクリップの向かい合う面の間の距離よりも厚いということに基づいて、クリップは種晶をスプリング力で固定しても良い。他の複数の実施形態では、クリップ、種晶及び種ラックに隣接して位置する、両端にナットを有するねじ棒のような留め具によって、種晶はクリップに添付されても良い。さらに他の複数の実施形態では、クリップはまず種晶に取り付けられ、次に種ラックに取り付けられる。いくつかの実施形態では、クリップは、結晶がそれを通り抜けて成長できる少なくとも一つの開口部を有し、それによって負担や欠陥の発生を最小限にすることができる。さらに他の複数の実施形態では、種ラックは、くぼみ、スロット、空洞及びこれらと類似のものを有していても良く、それらの中に向かって、種晶の両端が滑り込む。箔片は、種ラック中の種晶とくぼみの間に配置されており、これにより、結晶成長後の除去を促進する。好適な実施形態では、種晶のそれぞれは少なくとも2つの位置において種ラックに取り付けられており、これによって、結晶成長の前、最中及び後の種又は結晶の破損の可能性を最小限にし、また、反応炉中の所望の位置に正確に種晶を保持するようにする。隣接する種晶又は種プレートは、結晶分離プレートによって分離されていても良い。結晶分離プレートは、種ラックバーの上方をスライドする穴を有していても良いし、種ラックバーの上方をスライドするように一端が開いているスロットを有していても良いし、これらと同様のものを有していても良い。 In embodiments, the seed crystal is attached to a seed rack, as schematically shown in FIGS. 2A and 2B. Individual seed crystals may be selected or cut to have substantially the same height, so that a plurality of seed crystals may be placed adjacent to each other in a row of seed racks. The seed crystal may have a rectangular large-area surface. The seed crystal may be disposed between the upper seed rack bar and the lower seed rack bar, or may be fixed in place by a clip. When the clip stands independently and is loosened, the clip may fix the seed crystal with a spring force based on the fact that the seed crystal is thicker than the distance between the opposing faces of the clip. In other embodiments, the seed crystal may be attached to the clip by a fastener, such as a threaded rod with nuts at both ends, located adjacent to the clip, seed crystal and seed rack. In still other embodiments, the clip is first attached to the seed crystal and then attached to the seed rack. In some embodiments, the clip has at least one opening through which the crystal can grow, thereby minimizing the burden and occurrence of defects. In still other embodiments, the seed rack may have indentations, slots, cavities, and the like, into which both ends of the seed crystal slide. The foil piece is disposed between the seed crystal and the indentation in the seed rack, thereby facilitating removal after crystal growth. In a preferred embodiment, each of the seed crystals is attached to the seed rack in at least two locations, thereby minimizing the possibility of seed or crystal breakage before, during and after crystal growth, Also, the seed crystal is accurately held at a desired position in the reaction furnace. Adjacent seed crystals or seed plates may be separated by a crystal separation plate. The crystal separation plate may have a hole that slides above the seed rack bar, or may have a slot that is open at one end so as to slide above the seed rack bar. You may have the same thing.
いくつかの実施形態では、穴又はスロットは種晶又は種プレート中に提供され、種晶又は種プレートは少なくとも一のワイヤ又は細長の箔によって種ラックから吊るされる。いくつかの実施形態では、種晶は少なくとも2つのワイヤ又は細長の箔によって吊るされる。種晶又は種プレート中の穴又はスロットは、レーザードリル若しくはレーザー切断、超音波ドリル、機械的ドリル若しくはフライス削り、研削、研磨、放電加工、水ジェット切断、又はこれらと同類の方法によって形成されても良い。 In some embodiments, the holes or slots are provided in seed crystals or seed plates, which are suspended from the seed rack by at least one wire or elongated foil. In some embodiments, the seed crystal is suspended by at least two wires or elongated foils. Holes or slots in seed crystals or seed plates are formed by laser drilling or laser cutting, ultrasonic drilling, mechanical drilling or milling, grinding, polishing, electrical discharge machining, water jet cutting, or the like. Also good.
複数の実施形態では、成長の製造は、a面上で支配的に起こることが望まれる。a方向における成長は、半極性の基板方向を準備するのに便利な手段を提供しても良い。a方向における成長は、改善された結晶品質、減少した不純物取り込み、又は反対に、Al又はInのようなドーパント又はバンドギャップ変更物を取り込む能力の向上、という理由によって好適である。a面方向の種晶又は種プレート上の向かい合った面は両方ともa面を構成し、そのような種晶の使用は単一の結晶成長セクタにおける成長を生み出すことになる。 In embodiments, it is desired that growth production occurs predominantly on the a-plane. Growth in the a direction may provide a convenient means for preparing a semipolar substrate direction. Growth in the a-direction is preferred because of improved crystal quality, reduced impurity incorporation, or conversely, increased ability to incorporate dopants such as Al or In or bandgap modifications. Both a-plane seeds or opposing faces on the seed plate constitute the a-plane, and the use of such seeds will produce growth in a single crystal growth sector.
他の複数の実施形態においては、成長の製造は、c面上で、すなわち+c方向([0 0 0 1] Ga極性方向)又は−c方向([0 0 0 −1]N極性方向)のいずれかにおいて、支配的に起こることが望まれる。例えば、所定の成長条件の下では、結晶成長はm方向においてよりも+c又は−c方向においての方がより急速に起きる。このような所定の成長条件の下では、自然発生的に核となった成長した結晶は六角形系の柱、プリズム又は針の形状を有し、この形状は小さいcファセットと長いm面終端側端と直径より小さい長さを有する。+c又は−c方向における成長は、改善された結晶品質、減少した不純物取り込み、又は反対に、Al又はInのようなドーパント又はバンドギャップ変更物を取り込む能力の向上、という理由によって好適である。+c又は−c方向における成長は、c面方向ウエハの製造のためにも理想的である。c面方向の種晶又は種プレート上の向かい合った面は異なる面を構成し、そのような種晶の使用のみによって2つの際立った結晶成長セクタにおける成長を生み出すことになる。単一の結晶成長セクタにおける成長は、同様の面を互いに隣接して向かい合わせにしてc面方向の種晶又は種プレートの対を連続して積み重ねることによって実現されても良い。例えば、2つのc面方向種晶又は種プレートの−c面は互いに隣接して向かい合っても良く、これによって2つのc面方向種晶又は種プレートの+c面が外側を向き、そして単一の結晶方向において成長を生じさせるようにする。反対に、2つのc面方向種晶又は種プレートの+c面は互いに隣接して向かい合っても良く、これによって2つのc面方向種晶又は種プレートの−c面が外側を向き、そして単一の結晶方向において成長を生じさせるようにする。複数対の種晶は、互いに直接接触して配置されるか、又は結晶分離プレートによって分離されても良い。もし、成長実行の最中に種晶又は種プレートの対が一緒に成長する場合、望まれる場合には実行後に分離されても良いし、又は、次の実行において種晶若しくは種双晶として用いられるために一緒に残されても良い。c面方位双晶は、その上で両方の大面積の面が+c又は−c面を構成するものであり、種としての使用に適している。これは、大面積の面上での成長が単一の結晶方向のみにおいて起きるからである。少なくとも一の双子接点又は積層欠陥は、大面積の表面に実質的に並行に向くものであり、双晶中に存在しても良い。 In other embodiments, the fabrication of growth is on the c-plane, ie in the + c direction ([0 0 0 1] Ga polarity direction) or the −c direction ([0 0 0 −1] N polarity direction). In either case, it is desired to occur predominantly. For example, under certain growth conditions, crystal growth occurs more rapidly in the + c or −c direction than in the m direction. Under such predetermined growth conditions, the grown crystal that spontaneously nucleates has the shape of a hexagonal column, prism, or needle, which has a small c facet and a long m-plane termination side. It has a length smaller than the end and diameter. Growth in the + c or -c direction is preferred because of improved crystal quality, reduced impurity incorporation, or conversely, increased ability to incorporate dopants such as Al or In or bandgap modifications. Growth in the + c or -c direction is also ideal for the production of c-plane wafers. The c-plane seeds or the opposing faces on the seed plate constitute different planes, and the use of such seed crystals alone will produce growth in two distinct crystal growth sectors. Growth in a single crystal growth sector may be achieved by successively stacking pairs of seed crystals or seed plates in the c-plane direction with similar faces adjacent to each other. For example, two c-plane seeds or -c faces of a seed plate may be adjacent to each other such that two c-plane seeds or + c faces of a seed plate face outward and a single Growth is caused to occur in the crystal direction. Conversely, the two c-plane seeds or the + c planes of the seed plates may be adjacent to each other so that the -c planes of the two c-plane seeds or seed plates face outward and a single Growth is caused to occur in the crystal direction. Multiple pairs of seed crystals may be placed in direct contact with each other or separated by a crystal separation plate. If a seed or seed plate pair grows together during a growth run, it may be separated after the run if desired, or used as a seed or seed twin in the next run May be left together to be The c-plane oriented twins are those on which both large area planes constitute the + c or -c plane and are suitable for use as seeds. This is because growth on a large area plane occurs only in a single crystal direction. At least one twin contact or stacking fault is oriented substantially parallel to the large area surface and may be present in the twin.
さらに他の複数の実施形態では、成長の製造は、半極性{1 −1 0 −1}面上で、支配的に起こることが望まれる。この半極性方向における成長は、改善された結晶品質、減少した不純物取り込み、又は反対に、Al又はInのようなドーパント又はバンドギャップ変更物を取り込む能力の向上、という理由によって好適である。{1 −1 0 −1}面に対して垂直の成長も、{1 −1 0 −1}方向ウエハの製造のために理想的である。{1 −1 0 −1}方向の種晶又は種プレート上の向かい合った面は異なる面を構成し、そのような種晶の使用のみによって2つの際立った結晶成長セクタにおける成長を生み出すことになる。単一の結晶成長セクタにおける成長は、{1 −1 0 1}方向の面を互いに隣接して向かい合わせにして{1 −1 0 −1}方向の種晶又は種プレートの対を連続して積み重ねることによって実現されても良い。複数対の種晶は、互いに直接接触して配置されるか、又は結晶分離プレートによって分離されても良い。もし、成長実行の最中に種晶又は種プレートの対が一緒に成長する場合、望まれる場合には実行後に分離されても良いし、又は、次の実行において種晶若しくは種双晶として用いられるために一緒に残されても良い。{1 −1 0 −1}方位双晶は、その上で両方の大面積の面が{1 −1 0 −1}面を構成するものであり、種としての使用に適している。これは、大面積の面上での成長が単一の結晶方向のみにおいて起きるからである。少なくとも一の双子接点は、大面積の表面に実質的に並行に向くものであり、双晶中に存在しても良い。 In still other embodiments, it is desired that growth fabrication occurs predominantly on the semipolar {1 -1 0 -1} plane. This growth in the semipolar direction is preferred because of improved crystal quality, reduced impurity incorporation, or conversely, increased ability to incorporate dopants such as Al or In or bandgap modifications. Growth perpendicular to the {1 -1 0 -1} plane is also ideal for the production of {1 -1 0 -1} oriented wafers. Opposite faces on the {1 -1 0 -1} direction seed crystal or seed plate constitute different faces, and the use of such seed crystals alone will produce growth in two distinct crystal growth sectors. . Growth in a single crystal growth sector consists of successive pairs of seed crystals or seed plates in the {1 -1 0 -1} direction with faces in the {1 -1 0 1} direction adjacent to each other. It may be realized by stacking. Multiple pairs of seed crystals may be placed in direct contact with each other or separated by a crystal separation plate. If a seed or seed plate pair grows together during a growth run, it may be separated after the run if desired, or used as a seed or seed twin in the next run May be left together to be The {1 -1 0 -1} -oriented twin crystal is one in which both large-area planes constitute the {1 -1 0 -1} plane, and is suitable for use as a seed. This is because growth on a large area plane occurs only in a single crystal direction. At least one twin contact is oriented substantially parallel to the large area surface and may be present in the twin.
より一般的には、成長の製造は半極性(h k i l)面(i=−(h+k), lはゼロ以外であり、かつ、h及びkのうち少なくとも一つはゼロ以外である)上で支配的に起こることが望まれても良い。この半極性方向における成長は、改善された結晶品質、減少した不純物取り込み、又は反対に、Al又はInのようなドーパント又はバンドギャップ変更物を取り込む能力の向上、という理由によって好適である。(h k i l)方向の種晶又は種プレート上の向かい合った面は異なる面を構成し、そのような種晶の使用のみによって2つの際立った結晶成長セクタにおける成長を生み出すことになる。単一の結晶成長セクタにおける成長は、(h k i l)方向の面を互いに隣接して向かい合わせにして(h k i l)方向の種晶又は種プレートの対を連続して積み重ねることによって実現されても良い。これによって2つの種晶又は種プレートの(h k i −l)面が外側を向き、そして単一の結晶方向において成長を生じさせるようにする。複数対の種晶は、互いに直接接触して配置されるか、又は結晶分離プレートによって分離されても良い。もし、成長実行の最中に種晶又は種プレートの対が一緒に成長する場合、望まれる場合には実行後に分離されても良いし、又は、次の実行において種晶若しくは種双晶として用いられるために一緒に残されても良い。半極性双晶は、その上で両方の大面積の面が同じ半極性方位を構成するものであり、種としての使用に適している。これは、大面積の面上での成長が単一の結晶方向のみにおいて起きるからである。 More generally, the production of growth is a semipolar (h k i l) plane (i = − (h + k), l is non-zero, and at least one of h and k is non-zero) It may be desired to occur predominantly above. This growth in the semipolar direction is preferred because of improved crystal quality, reduced impurity incorporation, or conversely, increased ability to incorporate dopants such as Al or In or bandgap modifications. Opposite faces on the seed crystal or seed plate in the (h k i l) direction constitute different faces, and the use of such seed crystals alone will produce growth in two distinct crystal growth sectors. Growth in a single crystal growth sector is achieved by sequentially stacking pairs of seed crystals or seed plates in the (h k i l) direction with faces in the (h k i l) direction facing each other. It may be realized. This causes the (h k i −1) faces of the two seed crystals or seed plates to face outward and cause growth in a single crystal direction. Multiple pairs of seed crystals may be placed in direct contact with each other or separated by a crystal separation plate. If a seed or seed plate pair grows together during a growth run, it may be separated after the run if desired, or used as a seed or seed twin in the next run May be left together to be A semipolar twin is one in which both large area surfaces constitute the same semipolar orientation and is suitable for use as a seed. This is because growth on a large area plane occurs only in a single crystal direction.
いくつかの実施形態において、種晶又は種プレートは、矩形又は略矩形の形状を有する。略矩形形状は、m面又はa面の種プレートに特に適している。いくつかの実施形態において、種晶又は種プレートの角は丸いか面取りされおり、これによって破損の可能性を最小限にしている。矩形の形状は、高圧結晶成長反応炉内部で、搭載したり、空間を効率的に利用したりするために便利である。他の実施形態においては、種晶や種プレートは、六角形又は略六角形の形状を有する。六角形の形状は、c面方向の種晶又は種プレートを用いる場合には特に便利である。さらに他の実施形態においては、種晶又は種プレートは、円形、楕円形、略円形、又は略楕円形の形状を有する。 In some embodiments, the seed crystal or seed plate has a rectangular or substantially rectangular shape. The substantially rectangular shape is particularly suitable for an m-plane or a-plane seed plate. In some embodiments, the seed crystal or seed plate corners are rounded or chamfered, thereby minimizing the possibility of breakage. The rectangular shape is convenient for mounting inside the high-pressure crystal growth reactor and for efficiently using space. In other embodiments, the seed crystal or seed plate has a hexagonal or substantially hexagonal shape. The hexagonal shape is particularly convenient when a seed crystal or seed plate in the c-plane direction is used. In still other embodiments, the seed crystal or seed plate has a circular, elliptical, generally circular, or generally elliptical shape.
いくつかの実施形態では、特に非矩形の種晶又は種プレートの場合には、図2Cに示されるように、種は、非矩形の密集した方法で配置されていても良い。垂直方向に積み重ねられた複数の層に配置された、直線的な配列のバーとして構成するよりも、種ラックは、六角形、円形、矩形又は他の形状の規則的なパターンに準備された切り出しを有する、ハニカム型の配列を有していても良い。ハニカム構造は、放電加工、水ジェット切断、フライス削り、ドリル、又はこれらと同類の方法によってシートから形成されても良い。その他、ハニカム構造は、垂直補強構造を取り付けられた折り曲げ擬似水平バーから製造されても良い。 In some embodiments, particularly in the case of non-rectangular seed crystals or seed plates, the seeds may be arranged in a non-rectangular dense manner, as shown in FIG. 2C. Rather than constructing as a linear array of bars arranged in multiple layers stacked vertically, the seed rack is cut out prepared in a regular pattern of hexagons, circles, rectangles or other shapes It may have a honeycomb type arrangement. The honeycomb structure may be formed from the sheet by electrical discharge machining, water jet cutting, milling, drilling, or the like. Alternatively, the honeycomb structure may be manufactured from a folded pseudo horizontal bar fitted with a vertical reinforcement structure.
いくつかの実施形態において、とりわけ高圧装置として加圧滅菌器の使用を含むものに関して、骨組みは、その上端の上に一組の積層されたディスク又はバッフルをさらに含む。積層されたディスク又はバッフルは、加圧滅菌器の上端への結晶成長の最中の超臨界液からの対流熱伝達を減少させる。これにより、加圧滅菌器の密封材が加圧滅菌器の内部の上端と比較して低い温度になるようにする。他の実施形態では、一以上のディスク又はバッフルは、後者を高圧装置に挿入した後に骨組みの上に配置される。 In some embodiments, particularly those involving the use of autoclaves as high pressure devices, the skeleton further includes a set of stacked disks or baffles on top of it. The stacked disk or baffle reduces convective heat transfer from the supercritical fluid during crystal growth to the top of the autoclave. Thereby, the sealing material of the autoclave is set to a temperature lower than the upper end inside the autoclave. In other embodiments, one or more disks or baffles are placed on the skeleton after the latter is inserted into the high pressure device.
骨組みを種晶及び原材料と共に投入した後に、骨組みは密封可能な容器の内部に配置される。この密封可能な容器は、内部加熱による高圧装置と共に使用されるように設計された加圧滅菌器又はカプセルの構成要素となっても良い。少なくとも一つの鉱化剤が加えられても良い。鉱化剤は、Li、Na、K、Rb若しくはCsのようなアルカリ金属、Mg、Ca、Sr若しくはBaのようなアルカリ土類金属、アルカリ若しくはアルカリ土類水素化物、アミド、イミド、アミドイミド、窒化物又はアジドを含んでも良い。鉱化剤は、NH4F、NH4Cl、NH4Br若しくはNH4Iのようなハロゲン化アンモニウム、GaF3、GaCl3、GaBr3若しくはGaI3のようなハロゲン化ガリウム、又は、HF、HCl、HBr、HI、Ga及びNH3のうち一以上の反応によって形成され得るあらゆる化合物、を含んでも良い。鉱化剤は、他のアルカリ、アルカリ土類若しくはアンモニウムの塩、他のハロゲン化物、尿素、硫黄若しくは硫化物の塩、又は、リン若しくはリン含有の塩を含んでも良い。鉱化剤は、金属として、遊離した粉末として、顆粒として、又は少なくとも一つの圧縮された成形体や錠剤として、提供されても良い。鉱化剤は、原材料バスケットに加えられても良いし、るつぼの中に配置されても良いし、高圧装置又はカプセルの中に直接配置されても良い。好適な実施形態では、鉱化剤は、グローブボックスの内部のように空気に曝されることがない状態で、高圧装置又はカプセルに加えられる。 After the skeleton is loaded with seed crystals and raw materials, the skeleton is placed inside a sealable container. This sealable container may be a component of an autoclave or capsule designed for use with high pressure devices with internal heating. At least one mineralizer may be added. Mineralizers are alkali metals such as Li, Na, K, Rb or Cs, alkaline earth metals such as Mg, Ca, Sr or Ba, alkali or alkaline earth hydrides, amides, imides, amideimides, nitridings Or azide. Mineralizers include ammonium halides such as NH 4 F, NH 4 Cl, NH 4 Br or NH 4 I, gallium halides such as GaF 3 , GaCl 3 , GaBr 3 or GaI 3 , or HF, HCl , HBr, HI, Ga, and NH 3 may be included in any compound that can be formed by one or more reactions. Mineralizers may include other alkali, alkaline earth or ammonium salts, other halides, urea, sulfur or sulfide salts, or phosphorus or phosphorus containing salts. The mineralizer may be provided as a metal, as a free powder, as a granule, or as at least one compressed body or tablet. The mineralizer may be added to the raw material basket, placed in a crucible, or placed directly in a high pressure device or capsule. In a preferred embodiment, the mineralizer is added to the high pressure device or capsule without being exposed to air as inside the glove box.
ゲッタも反応混合体に加えられても良い。ゲッタは、好ましくは残余の若しくは付随的な酸素又は存在する水分と反応し、成長したGaN結晶の純度及び透明度を向上させる。ゲッタは、アルカリ土類金属、Sc、Ti、V、Cr、Y、Zr、Nb、Hf、Ta、W、希土類金属及びこれらの窒化物、アミド、イミド、アミドイミド又はハロゲン化物のうち少なくとも一つを有する。 A getter may also be added to the reaction mixture. The getter preferably reacts with residual or incidental oxygen or moisture present to improve the purity and transparency of the grown GaN crystal. The getter comprises at least one of alkaline earth metals, Sc, Ti, V, Cr, Y, Zr, Nb, Hf, Ta, W, rare earth metals and their nitrides, amides, imides, amideimides or halides. Have.
いくつかの実施形態では、鉱化剤及びゲッタのうちの少なくとも一つは、原材料バスケットの内部又は原材料バスケットに最も近い場所にあるるつぼの中に配置されている。 In some embodiments, at least one of the mineralizer and getter is disposed within the crucible at the location within the raw material basket or closest to the raw material basket.
原材料、鉱化剤、及び/又はゲッタのための金属前駆体の使用は、いくつかの点で便利である。例えば、金属は高純度のものが典型的に市販で入手でき、更なる合成が不要である。しかしながら、反応条件(例えばGa、Na、K)の下で融解する金属を適切に支持する複雑さに加えて、純金属の使用は水素などの好ましくないガスを生成するかもしれない。例えば、アンモノサーマル法の反応条件の下では、以下に記載された金属は、以下の反応のうち一以上のものを経ると思われる。
Ga + NH3 = GaN + 3/2 H2
Na + NH3 = NaNH2 + 1/2 H2
K + NH3 = KNH2 + 1/2 H2
Mg + 2NH3 = Mg(NH2)2 + H2
3Mg + 2NH3 = Mg3N2 + 3H2
Y + 3NH3 = Y(NH2)3 + 3/2 H2
Y + NH3 = YN + 3/2 H2
The use of metal precursors for raw materials, mineralizers, and / or getters is convenient in several ways. For example, high purity metals are typically commercially available and require no further synthesis. However, in addition to the complexity of properly supporting metals that melt under reaction conditions (eg, Ga, Na, K), the use of pure metals may produce undesirable gases such as hydrogen. For example, under ammonothermal method reaction conditions, the metals described below may undergo one or more of the following reactions.
Ga + NH 3 = GaN + 3/2 H 2
Na + NH 3 = NaNH 2 + 1/2 H 2
K + NH 3 = KNH 2 + 1/2 H 2
Mg + 2NH 3 = Mg (NH 2) 2 + H 2
3Mg + 2NH 3 = Mg 3 N 2 + 3H 2
Y + 3NH 3 = Y (NH 2 ) 3 + 3/2 H 2
Y + NH 3 = YN + 3/2 H 2
超臨界液の溶剤中の水素の存在がガリウム含有種の溶解度を減少させるかもしれず、そして更に、加圧滅菌器の壁を構成する金属を砕けやすくするかもしれない。 The presence of hydrogen in the supercritical fluid solvent may reduce the solubility of the gallium-containing species, and may further make the metals that make up the autoclave walls fragile.
鉱化剤としてのアジドの使用は、便利である。その理由は、アジドは、高純度のものが市販で入手しやすいこと、さらに精製できること、そして、例えばアルカリ金属若しくはアミド、又はアルカリ土類窒化物よりも相当に吸湿性が低いことである。アジド鉱化剤の使用は米国特許番号第7,364,619号のDwilinskiによって示唆されており、その全体が参照されてここに組み入れられる。しかしながら、アジドは反応条件の下で概して分解し、窒素などの望ましくないガスを生成する:
3NaN3 + 2NH3 = 3NaNH2 + 4N2
The use of azide as a mineralizer is convenient. The reason for this is that azides are highly commercially available, can be further purified, and are considerably less hygroscopic than, for example, alkali metals or amides, or alkaline earth nitrides. The use of an azide mineralizer is suggested by Dwilinski of US Pat. No. 7,364,619, which is incorporated herein by reference in its entirety. However, azides generally decompose under reaction conditions and produce undesirable gases such as nitrogen:
3NaN 3 + 2NH 3 = 3NaNH 2 + 4N 2
好適な実施形態においては、これらの2つの効果は互いを相殺するように組み合わされる。原材料、鉱化剤及びゲッタを含む金属は、H2及びN2が略3:1の比で生成されるように、アジド鉱化剤前駆体と共に加えられる。反応容器は、H2及びN2からNH3を形成するよう触媒作用を引き起こす手段をさらに含む。アンモニアを再び形成するための、金属とアンモニアとの反応において遊離されたH2及びN2の間の反応の触媒作用、及び、アジドの分解は、それぞれ、加圧滅菌器の壁によって又は添加された触媒によって、実行される。この添加された触媒は、粉末、顆粒、箔、上塗り(coating)、バルク材又は多孔質の小球(porous pellet)から成っても良い。この添加された触媒は、鉄、コバルト、ニッケル、チタン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、カリウム、セシウム、カルシウム、マグネシウム、バリウム、ジルコニウム、オスミウム、ウラン又はランタノイド、ルテニウム、白金、パラジウム又はロジウムのうち少なくとも一つを有しても良い。例えば、1モルの添加されたNaN3は4/3モルのN2を生成すると思われる。後者は8/3モルのGa金属を添加することで相殺され得る。これは8/3ラ3/2モル=4モルのH2、すなわちNaN3からのN2のモル数の3倍を、生成すると思われる。 In a preferred embodiment, these two effects are combined to cancel each other. Metals including raw materials, mineralizers and getters are added with the azide mineralizer precursor so that H 2 and N 2 are produced in a ratio of approximately 3: 1. The reaction vessel further includes a means for catalyzing the formation of NH 3 from H 2 and N 2 . Catalysis of the reaction between H 2 and N 2 liberated in the reaction of metal and ammonia to form ammonia and the decomposition of azide, respectively, are added by the walls of the autoclave or It is carried out by the catalyst. The added catalyst may consist of powders, granules, foils, coatings, bulk materials or porous pellets. The added catalyst is at least one of iron, cobalt, nickel, titanium, molybdenum, tungsten, aluminum, potassium, cesium, calcium, magnesium, barium, zirconium, osmium, uranium or lanthanoid, ruthenium, platinum, palladium or rhodium. You may have one. For example, 1 mole of NaN 3 added would produce 4/3 moles of N 2 . The latter can be offset by adding 8/3 moles of Ga metal. This appears to produce 8/3 ra 3/2 moles = 4 moles of H 2 , ie three times the number of moles of N 2 from NaN 3 .
次に、密封可能な容器は、ガス、液体又は真空マニホールドへの連結部を除いて、閉じられ、密閉される。一つの実施形態においては、密封可能な容器は米国特許第7,335,262号に教示されるような加圧滅菌器を含み、この特許はその全体が参照されてここに組み入れられる。他の実施形態においては、密封可能な容器は、米国特許第7,125,453号において説明されているような金属缶、米国特許出願番号2007/0234946において説明されているような容器、又は「高圧処理のための改善されたカプセル及び超臨界液の使用方法」と題された米国特許出願番号12/133,365において説明されているようなカプセルを含む。これらの特許及び特許出願のすべてはその全体が参照されてここに組み入れられる。加圧滅菌器又はカプセルの内径は、1インチから2インチの間、2インチから3インチの間、3インチから4インチの間、4インチから6インチの間、6インチから8インチの間、8インチから10インチの間、10インチから12インチの間、12インチから16インチの間、16インチから24インチの間、又は24インチより大きいものであっても良い。加圧滅菌器又はカプセルの内径と骨組みの外形との間の間隔は、0.005インチから1インチ、又は0.010インチから0.25インチであっても良い。加圧滅菌器又はカプセルの内側の高さとその内径との比は、1から2、2から4、4から6、6から8、8から10、10から12、12から15、15から20、又は20より大きいものであっても良い。 The sealable container is then closed and sealed with the exception of connections to gas, liquid or vacuum manifolds. In one embodiment, the sealable container includes an autoclave as taught in US Pat. No. 7,335,262, which is hereby incorporated by reference in its entirety. In other embodiments, the sealable container is a metal can as described in US Pat. No. 7,125,453, a container as described in US Patent Application No. 2007/0234946, or “ Including capsules as described in US patent application Ser. No. 12 / 133,365 entitled “Improved Capsules and Methods of Using Supercritical Fluids for High Pressure Processing”. All of these patents and patent applications are incorporated herein by reference in their entirety. The inner diameter of the autoclave or capsule is between 1 inch and 2 inches, between 2 inches and 3 inches, between 3 inches and 4 inches, between 4 inches and 6 inches, between 6 inches and 8 inches, It may be between 8 inches and 10 inches, between 10 inches and 12 inches, between 12 inches and 16 inches, between 16 inches and 24 inches, or greater than 24 inches. The spacing between the inner diameter of the autoclave or capsule and the outline of the skeleton may be 0.005 inches to 1 inch, or 0.010 inches to 0.25 inches. The ratio between the inner height of the autoclave or capsule and its inner diameter is 1 to 2, 2 to 4, 4 to 6, 6 to 8, 8 to 10, 10 to 12, 12 to 15, 15 to 20, Or it may be larger than 20.
いくつかの実施形態では、空気、水分及び他の揮発性の汚染物質を除去するために、加圧滅菌器又はカプセルは排気される。いくつかの実施形態では、排気の際に、高圧装置は約25℃から約500℃の温度まで加熱される。いくつかの実施形態では、加圧滅菌器又はカプセルは、高圧処理の際に用いられたのと同じ発熱体を用いて、加熱される。ある特定の実施形態では、カプセルは、内部加熱による圧力装置の内部に配置することで加熱され、後者のためのヒータを用いて加熱される。 In some embodiments, the autoclave or capsule is evacuated to remove air, moisture, and other volatile contaminants. In some embodiments, the high pressure device is heated to a temperature of about 25 ° C. to about 500 ° C. during evacuation. In some embodiments, the autoclave or capsule is heated using the same heating element used during high pressure processing. In certain embodiments, the capsule is heated by being placed inside a pressure device with internal heating and heated using a heater for the latter.
他の複数の実施形態においては、図3A及び3Bに示されるように、充填された骨組みを包含する加圧滅菌器又はカプセルは、空気、水分及び他の揮発性の汚染物質を除去するためにパージされる。パージは、加圧滅菌器又はカプセルの内部へ達する管又は長い穴の伝導性が限定されているため、排気と比較して、空気、水分及び他の揮発性の汚染物質の優れた除去を提供する。次いで、特定の実施形態によれば、好ましくはカプセルの内容物を空気に曝すことなく、少なくとも一つの充填管又はパージ管を用いて、加圧滅菌器又はカプセルをガス源に接続する。ガス源は、とりわけ、窒素、アルゴン、水素、ヘリウム及び溶媒蒸気のうち少なくとも一つから成っていても良い。ある実施形態においては、第1の充填又はパージ管及び第2の充填又はパージ管の両方が、ガス源及び/又は排気管に接続される。他の実施形態においては、内側パージ管は、充填又は外側パージ管の内側に配置され、また、その一端が加圧滅菌器又はカプセルの底端部に最も近い位置になるように配置される。内側パージ管及び外側パージ管は、銅、銅基合金、金、金基合金、銀、銀基合金、パラジウム、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、鉄、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、モリブデン、及びこれらの組み合わせのうち少なくとも一つから作られても良い。内側パージ管及び外側パージ管を形成するために用いられる鉄基合金は、ステンレス鋼を含むがこれに限定されない。内側パージ管及び外側パージ管を形成するために用いられるニッケル基合金は、インコネル、ハステロイ及び同類のものを含むがこれらに限定されない。示されるように、内側パージ管の外径は、充填又は外側パージ管内径よりも少なくとも0.010インチだけ小さい。特定の実施形態によれば、内側パージ管は、ティーフィッティング(tee fitting)又は他の適切な技術によって充填又は外側パージ管と接続されている。これにより、内側パージ管を通じて導入されたパージガスが、加圧滅菌器又はカプセルの底端部付近に排出され、内側パージ管及びティーフィッティングの外側であって充填又は外側パージ管の中の環状の空間を通じて排出される前に加圧滅菌器又はカプセルの長さを通過し、気相の汚染物質の効率的な除去を提供する。ティーフィッティング及び内側パージ管の間の接合部分は、スライド密封材であってよく、例えば、Oリング、又は、テフロン密封材若しくはOリングの差動排気されるセットである。パージガスの流量は、0.05から10標準リットル/分の間の範囲であっても良い。より効率的に水及び他の吸収された汚染物質を除去するために、パージ作業中に、加圧滅菌器又はカプセルを、例えば25℃から500℃の温度まで加熱しても良い。パージガスの流入を止めた後に、パージガスの大部分又は全てを除去するために、例えば気相アンモニアなどの溶媒蒸気が加圧滅菌器又はカプセルを通じて流入されても良い。 In other embodiments, as shown in FIGS. 3A and 3B, an autoclave or capsule containing a filled skeleton may be used to remove air, moisture, and other volatile contaminants. Purged. Purging provides superior removal of air, moisture, and other volatile contaminants compared to exhaust due to limited conductivity of tubes or long holes reaching the interior of an autoclave or capsule To do. Then, according to certain embodiments, the autoclave or capsule is connected to a gas source using at least one fill or purge tube, preferably without exposing the contents of the capsule to air. The gas source may consist of at least one of nitrogen, argon, hydrogen, helium and solvent vapor, among others. In some embodiments, both the first fill or purge tube and the second fill or purge tube are connected to a gas source and / or an exhaust tube. In other embodiments, the inner purge tube is positioned inside the fill or outer purge tube and is positioned so that one end is closest to the bottom end of the autoclave or capsule. Inner purge pipe and outer purge pipe are copper, copper base alloy, gold, gold base alloy, silver, silver base alloy, palladium, platinum, iridium, ruthenium, rhodium, osmium, iron, iron base alloy, nickel, nickel base alloy , Molybdenum, and combinations thereof. The iron-base alloy used to form the inner and outer purge tubes includes, but is not limited to, stainless steel. Nickel-based alloys used to form the inner and outer purge tubes include, but are not limited to, Inconel, Hastelloy and the like. As shown, the outer diameter of the inner purge tube is at least 0.010 inches smaller than the inner diameter of the fill or outer purge tube. According to certain embodiments, the inner purge tube is connected to the fill or outer purge tube by tee fitting or other suitable technique. As a result, the purge gas introduced through the inner purge pipe is discharged near the bottom end of the autoclave or the capsule, and is outside the inner purge pipe and the tee fitting, and the annular space in the filling or outer purge pipe Pass through the length of the autoclave or capsule before being discharged through, providing for efficient removal of gas phase contaminants. The junction between the tee fitting and the inner purge tube may be a slide seal, for example an O-ring or a differentially evacuated set of Teflon seals or O-rings. The purge gas flow rate may range from 0.05 to 10 standard liters per minute. In order to remove water and other absorbed contaminants more efficiently, the autoclave or capsule may be heated to a temperature of, for example, 25 ° C. to 500 ° C. during the purge operation. After stopping the purge gas flow, a solvent vapor, such as gas phase ammonia, may be flowed through the autoclave or capsule to remove most or all of the purge gas.
次いで、特定の実施形態において、例えば第2の充填管又はパージ管などのガス流入の吸気口が、液体溶媒の源に接続される。加圧滅菌器又はカプセル及び充填管が冷却されるか、又は液体溶媒の搬送機構及び移送ラインが加熱されても良い。これにより、前者が後者よりも、1から50℃だけ低温になるようにする。次いで、液体溶媒が、0.1から1000グラム/分のレートで加圧滅菌器又はカプセルの中に導入される。室温において、アンモニアの蒸気圧は約10気圧である。ゆえに、溶媒源の温度に応じて、溶媒搬送の間の機構の圧力は、7気圧より大きいか、8気圧より大きいか、9気圧より大きいか、10気圧より大きくても良い。ある実施形態において、パージ排気口は閉じられ、そして、充填動作中に、液体上の溶媒蒸気は液化せざるを得なくなる。この実施形態において、溶媒蒸気の液化によって放出された熱を消散させるために、加圧滅菌器又はカプセルは積極的に冷却されても良い。他の実施形態において、パージ排気口には逆止弁が取り付けられている。これによって、圧力が所定の閾値を超えたときに残余のパージガスや溶媒蒸気は排出され、一方、空気や他のガスは加圧滅菌器の中に逆流することがない。加圧滅菌器又はカプセル中の溶媒の量は、搬送される液体の質量を正確に測定し制御できる液体搬送機構を用いて、測定されても良い。正確に計量された高純度の液体アンモニアの搬送のための適切な装置の例は、iCon Dynamics, LLC.によって製造された、InScaleTM systemである。いくつかの実施形態において、加圧滅菌器又はカプセルに搬送されたアンモニアの量は、少なくとも一のアンモニア供給シリンダの重量の低下によって計量される。もし、液体の充填中に溶媒ガスが排出可能であって、アンモニアが溶媒である場合には、放出された溶媒の量は、まずそれを水溶液中に閉じ込めた上で、pHの変化、及び、加圧滅菌器又はカプセルの中の液体の量を測定するために搬送された全液体から差し引かれた量、を計測することによって、測定されても良い。溶媒がアンモニアではない場合に、放出された溶媒の量の測定のための類似の方法が実行されても良い。 Then, in certain embodiments, a gas inlet, such as a second fill or purge tube, is connected to a source of liquid solvent. The autoclave or capsule and filling tube may be cooled, or the liquid solvent transport mechanism and transfer line may be heated. Thereby, the former is made to be 1 to 50 ° C. lower than the latter. The liquid solvent is then introduced into the autoclave or capsule at a rate of 0.1 to 1000 grams / minute. At room temperature, the vapor pressure of ammonia is about 10 atmospheres. Thus, depending on the temperature of the solvent source, the pressure of the mechanism during solvent delivery may be greater than 7 atmospheres, greater than 8 atmospheres, greater than 9 atmospheres, or greater than 10 atmospheres. In certain embodiments, the purge outlet is closed and the solvent vapor on the liquid must be liquefied during the filling operation. In this embodiment, the autoclave or capsule may be actively cooled to dissipate the heat released by the liquefaction of the solvent vapor. In another embodiment, a check valve is attached to the purge exhaust port. Thus, when the pressure exceeds a predetermined threshold, the remaining purge gas and solvent vapor are discharged, while air and other gases do not flow back into the autoclave. The amount of solvent in the autoclave or capsule may be measured using a liquid transport mechanism that can accurately measure and control the mass of the liquid being transported. An example of a suitable device for the delivery of accurately metered high purity liquid ammonia is iCon Dynamics, LLC. InScale ™ system manufactured by In some embodiments, the amount of ammonia delivered to the autoclave or capsule is metered by a decrease in the weight of at least one ammonia supply cylinder. If solvent gas can be evacuated during the filling of the liquid and ammonia is the solvent, the amount of solvent released is first confined in the aqueous solution, then the pH change, and It may be measured by measuring the amount subtracted from the total liquid delivered to measure the amount of liquid in the autoclave or capsule. A similar method for measuring the amount of solvent released may be performed when the solvent is not ammonia.
別の実施形態において、溶媒は、高められた圧力において蒸気として、加圧滅菌器又はカプセルに搬送される。例えば第2の充填管又はパージ管などのガス流入の吸気口は、次いで、気相の溶媒の源に接続される。加圧滅菌器又はカプセル及び充填管が冷却されるか、又は溶媒の搬送機構及び移送ラインが加熱されても良い。これにより、前者が後者よりも、1から50℃だけ低温になるようにする。次いで、気相の溶媒が、0.1から1000グラム/分のレートで加圧滅菌器又はカプセルの中に導入され、加圧滅菌器又はカプセルの中で液化可能となる。溶媒蒸気の圧力は、加圧滅菌器又はカプセルの温度において、平衡蒸気圧よりも高くあるべきである。加圧滅菌器又はカプセル及び溶媒搬送機構の温度に応じて、溶媒搬送中の圧力は、7気圧よりも大きい、8気圧よりも大きい、9気圧よりも大きい、又は10気圧よりも大きい。ある実施形態において、パージ排気口は閉じられており、充填動作中の液体上の溶媒蒸気は液化せざるを得ない。この実施形態において、溶媒蒸気の液化によって放出された熱を消散させるために、加圧滅菌器又はカプセルは積極的に冷却されても良い。他の実施形態において、パージ排気口には逆止弁が取り付けられている。これによって、圧力が所定の閾値を超えたときに残余のパージガスや溶媒蒸気は排出され、一方、空気や他のガスは加圧滅菌器の中に逆流することがない。加圧滅菌器又はカプセル中の溶媒の量は、質量流量メータ(mass flow meter)を装備した蒸気搬送機構を用いて、測定されても良い。いくつかの実施形態においては、加圧滅菌器又はカプセルに搬送されたアンモニアの量は、少なくとも一のアンモニア供給シリンダの重量の低下によって計量される。もし、液体の充填中に溶媒ガスが排出可能であって、アンモニアが溶媒である場合には、放出された溶媒の量は、まずそれを水を含む溶液中に閉じ込めた上で、pHの変化、及び、カプセルの中の液体の量を測定するために搬送された全液体から差し引かれた量、を計測することによって、測定されても良い。溶媒がアンモニアではない場合に、放出された溶媒の量の測定のための類似の方法が実行されても良い。 In another embodiment, the solvent is delivered to the autoclave or capsule as a vapor at elevated pressure. A gas inlet, such as a second fill or purge tube, is then connected to a gas phase solvent source. The autoclave or capsule and fill tube may be cooled, or the solvent transport mechanism and transfer line may be heated. As a result, the former is set to a temperature lower by 1 to 50 ° C. than the latter. The gas phase solvent is then introduced into the autoclave or capsule at a rate of 0.1 to 1000 grams / min and can be liquefied in the autoclave or capsule. The solvent vapor pressure should be higher than the equilibrium vapor pressure at the autoclave or capsule temperature. Depending on the temperature of the autoclave or capsule and the solvent delivery mechanism, the pressure during solvent delivery is greater than 7 atmospheres, greater than 8 atmospheres, greater than 9 atmospheres, or greater than 10 atmospheres. In some embodiments, the purge outlet is closed and the solvent vapor on the liquid during the filling operation must be liquefied. In this embodiment, the autoclave or capsule may be actively cooled to dissipate the heat released by the liquefaction of the solvent vapor. In another embodiment, a check valve is attached to the purge exhaust port. Thus, when the pressure exceeds a predetermined threshold, the remaining purge gas and solvent vapor are discharged, while air and other gases do not flow back into the autoclave. The amount of solvent in the autoclave or capsule may be measured using a vapor transport mechanism equipped with a mass flow meter. In some embodiments, the amount of ammonia delivered to the autoclave or capsule is metered by a decrease in the weight of at least one ammonia supply cylinder. If solvent gas can be evacuated during the filling of the liquid and ammonia is the solvent, the amount of solvent released can be changed by changing the pH after first confining it in a solution containing water. , And by measuring the amount subtracted from the total liquid transported to measure the amount of liquid in the capsule. A similar method for measuring the amount of solvent released may be performed when the solvent is not ammonia.
加圧滅菌器又はカプセルの充填に続いて、内側パージ管がある場合には、それが除去されても良い。いくつかの実施形態においては、パージ工程の後であって充填工程の前に、内側パージ管が除去される。次いで、加圧滅菌器へのゲートバルブ又はカプセルへの充填管が密封される。一度密封されると、加圧滅菌器又はカプセルの内部は実質的に空気がない状態となり、そこに収容されている少なくとも一つの材料は汚染の危険性を少なくして処理することができる。もちろん、他の他の変形、改変及び代替手段もあり得る。 Following autoclaving or capsule filling, if there is an inner purge tube, it may be removed. In some embodiments, the inner purge tube is removed after the purge step and before the filling step. The gate valve to the autoclave or the filling tube to the capsule is then sealed. Once sealed, the interior of the autoclave or capsule is substantially free of air and at least one material contained therein can be processed with reduced risk of contamination. Of course, there can be other variations, modifications, and alternatives.
いくつかの実施形態において、次いで、加圧滅菌器は結晶成長条件まで加熱される。他の実施形態においては、カプセルは、加圧滅菌器、内部加熱による圧力装置又は他の高圧装置の内部に配置され、結晶成長条件まで加熱される。ある実施形態において、熱サイクルは、鉱化剤、多結晶窒化ガリウム、溶解ガリウム含有合成物又はこれらと同類のものを形成するために、反応前区分を含む。ある実施形態において、加圧滅菌器中の雰囲気が実行中に変更されても良い。例えば、ガリウム金属とアンモニアとの反応によって形成された過剰なH2は、ゲートバルブを通じて流れ出るか、加熱されたパラジウム薄膜を通じて拡散可能となっても良い。アジド鉱化剤の分解によって形成された過剰な窒素は、ゲートバルブを通じて流れ出ても良い。高圧装置中の溶剤を補充するために、追加のアンモニアが添加されても良い。 In some embodiments, the autoclave is then heated to crystal growth conditions. In other embodiments, the capsule is placed inside an autoclave, a pressure device with internal heating, or other high pressure device, and heated to crystal growth conditions. In certain embodiments, the thermal cycle includes a pre-reaction section to form a mineralizer, polycrystalline gallium nitride, dissolved gallium-containing composite, or the like. In certain embodiments, the atmosphere in the autoclave may be changed during execution. For example, excess H 2 formed by the reaction of gallium metal and ammonia may flow out through a gate valve or be diffusible through a heated palladium film. Excess nitrogen formed by decomposition of the azide mineralizer may flow out through the gate valve. Additional ammonia may be added to replenish the solvent in the high pressure apparatus.
結晶成長のための適切な熱サイクルは、米国特許第6,656,615号及び7,078,731号に説明されており、これらはその全体が参照されてここに組み入れられる。結晶は、大部分は大口径面に対して垂直に成長するが、多少水平方向に成長しても良い。連続して積み重ねられたc面又は{1 −1 0 ア1}種という考えられる例外はあるが、結晶分離板によって、結晶は互いに向かって成長することを妨げられる。 Suitable thermal cycles for crystal growth are described in US Pat. Nos. 6,656,615 and 7,078,731, which are hereby incorporated by reference in their entirety. Most of the crystals grow perpendicular to the large diameter surface, but may grow somewhat in the horizontal direction. With the possible exception of c-planes or {1 −1 0 a1} species stacked in series, the crystal separators prevent the crystals from growing towards each other.
所定の時間結晶成長を実行した後、加圧滅菌器又は高圧装置は冷却される。加圧滅菌器又はカプセルが、100℃より低く、75℃より低く、50℃より低く、又は35℃より低くなるまで冷却された場合、加圧滅菌器へのバルブが開けられるかカプセルが排気され、アンモニアが除去される。一の実施形態においては、気相のアンモニアは加圧滅菌器又はカプセルから排出可能となり、そして、化学的に捕捉されるために酸性の水溶液中に泡立てられる。他の実施形態においては、気相のアンモニアは、アンモニアを燃やすために炎の中を通り抜け、H2O及びN2を形成する。好適な実施形態においては、図6A及び6Bにおいて説明されるように、アンモニアは再利用又は再使用のために捕捉される。 After performing crystal growth for a predetermined time, the autoclave or high-pressure apparatus is cooled. If the autoclave or capsule is cooled to below 100 ° C, below 75 ° C, below 50 ° C, or below 35 ° C, the valve to the autoclave is opened or the capsule is evacuated. Ammonia is removed. In one embodiment, gaseous ammonia can be drained from the autoclave or capsule and bubbled into an acidic aqueous solution to be chemically captured. In other embodiments, gas phase ammonia passes through the flame to burn ammonia, forming H 2 O and N 2 . In a preferred embodiment, ammonia is captured for reuse or reuse, as illustrated in FIGS. 6A and 6B.
図6Aに示されるように、シングルエンド加圧滅菌器又はカプセルに適切に、アンモニアは液体又はガスのいずれかとして除去されても良い。アンモニアを液体として除去するためには、内側パージ管(図3A3B参照)が外側パージ又は充填管の中に再度挿入され、内側パージ管の排出口が受け入れ/精製タンクに接続される。パージガス排出接続部(図3A及び3B参照)を閉じた状態で、内側パージ管に達するラインの中のバルブを開くことで、液体アンモニアが加圧滅菌器中の内側パージ管を通過して受け取り/精製タンクの中に流入することを可能とする。それ以外のときにはバルブは閉じられている。アンモニア移送動作の際に、受け取り/精製タンクが例えば冷水によって冷却されても良いし、これに加えて又はこれに代えて、加圧滅菌器又はカプセル及び移送ラインが加熱されても良い。これによって、加圧滅菌器中のアンモニアの蒸気圧が受け取り/精製タンク中の蒸気圧と比較して高くなっているように維持される。加圧滅菌器又はカプセルと受け取り/精製タンクとの間の温度差は1から50℃の間に保たれても良い。他の実施形態においては、アンモニアは気体として除去される。加圧滅菌器又はカプセルの排出口は、受け取り/精製タンクの上方の液化装置と、開いたバルブとに接続されている。気相のアンモニアは液化装置に入り、例えば約100から250ポンド/平方インチの圧力で、熱交換器の中で液化する。加圧滅菌器及び移送ラインは、1から50℃だけ液化装置よりも高い温度まで加熱されても良い。例えばN2及びH2などの剰余のガスは、気体洗浄装置(scrubber)及び/又は炎(flame)に向けて排出されることで解放されても良い。 As shown in FIG. 6A, as appropriate for single-ended autoclaves or capsules, ammonia may be removed as either liquid or gas. To remove the ammonia as a liquid, the inner purge tube (see FIG. 3A3B) is reinserted into the outer purge or fill tube, and the outlet of the inner purge tube is connected to the receiving / purification tank. With the purge gas exhaust connection (see FIGS. 3A and 3B) closed, the valve in the line reaching the inner purge pipe is opened, allowing liquid ammonia to pass through the inner purge pipe in the autoclave / It is possible to flow into the purification tank. Otherwise, the valve is closed. During the ammonia transfer operation, the receiving / purification tank may be cooled, for example by cold water, and in addition or alternatively, the autoclave or capsule and the transfer line may be heated. This maintains that the vapor pressure of ammonia in the autoclave is high compared to the vapor pressure in the receiving / purification tank. The temperature difference between the autoclave or capsule and the receiving / purification tank may be kept between 1 and 50 ° C. In other embodiments, ammonia is removed as a gas. The autoclave or capsule outlet is connected to a liquefier above the receiving / purification tank and to an open valve. The gaseous ammonia enters the liquefier and liquefies in the heat exchanger, for example at a pressure of about 100 to 250 pounds per square inch. The autoclave and transfer line may be heated to a temperature higher than the liquefier by 1 to 50 ° C. For example, surplus gases such as N 2 and H 2 may be released by being exhausted towards a gas scrubber and / or a flame.
図6Bに示されるように、ダブルエンド加圧滅菌器又はカプセルに適切に、アンモニアは液体として除去されても良い。加圧滅菌器の底端部上のポート又はカプセルの底端部上の充填管は、受け入れ/精製タンク及び開いたバルブと接続され、液体アンモニアが受け取り/精製タンクの中に流入することを可能とする。それ以外のときにはバルブは閉じられている。アンモニア移送動作の際に、受け取り/精製タンクが例えば冷水によって冷却されても良いし、これに加えて又はこれに代えて、加圧滅菌器及び移送ラインが加熱されても良い。これによって、加圧滅菌器中のアンモニアの蒸気圧が受け取り/精製タンク中の蒸気圧と比較して高くなっているように維持される。加圧滅菌器と受け取り/精製タンクとの間の温度差は1から50℃の間に保たれても良い。 As shown in FIG. 6B, the ammonia may be removed as a liquid, suitable for a double-ended autoclave or capsule. A port on the bottom end of the autoclave or a filling tube on the bottom end of the capsule is connected to the receiving / purification tank and an open valve, allowing liquid ammonia to flow into the receiving / purification tank And Otherwise, the valve is closed. During the ammonia transfer operation, the receiving / purification tank may be cooled, for example by cold water, and in addition or alternatively, the autoclave and transfer line may be heated. This maintains that the vapor pressure of ammonia in the autoclave is high compared to the vapor pressure in the receiving / purification tank. The temperature difference between the autoclave and the receiving / purification tank may be kept between 1 and 50 ° C.
再利用の目的においては、例えばナトリウム金属などの精製するための物質が、受け取り/精製タンクの中に配置されても良い。ナトリウムは、アンモニア中の剰余の酸素及び/又は水と反応し、非常に高純度に回復させる。1時間から30日の期間の後、アンモニアは配送タンクに移送されても良い。好適な実施形態においては、この移送は、精製するための物質を受け取り/精製タンク中に残すように、液化装置を経由して気相で実行される。液体アンモニアは、次の結晶成長実行のために、配送タンクから浸漬管を経由して加圧滅菌器に移送されても良い。他の実施形態においては、気相のアンモニアは、次の結晶成長実行のために、配送タンクから加圧滅菌器又はカプセルに移送されても良い。 For reuse purposes, a substance for purification, such as sodium metal, may be placed in the receiving / purification tank. Sodium reacts with excess oxygen and / or water in ammonia and recovers to very high purity. After a period of 1 hour to 30 days, ammonia may be transferred to the delivery tank. In a preferred embodiment, this transfer is performed in the gas phase via a liquefier so that the material to be purified remains in the receiving / purification tank. Liquid ammonia may be transferred from the delivery tank to the autoclave via a dip tube for the next crystal growth run. In other embodiments, gas phase ammonia may be transferred from the delivery tank to an autoclave or capsule for subsequent crystal growth runs.
冷却、アンモニアの除去、並びに、加圧滅菌器又は内部加熱による高圧装置及びカプセルの開放の後に、骨組みが加圧滅菌器又はカプセルから除去され、また、成長した結晶は種ラックから除去される。必要であれば、結晶物質によって成長し過ぎたクリップ(clips)の部分は、塩酸、硫酸、硝酸、及び弗酸のうち少なくとも一つのような適切な酸の中でエッチングすることにより除去されても良い。 After cooling, removal of ammonia, and opening of the high pressure apparatus and capsule by autoclave or internal heating, the framework is removed from the autoclave or capsule and the grown crystals are removed from the seed rack. If necessary, the portion of the clip that has grown too much by the crystalline material may be removed by etching in a suitable acid such as at least one of hydrochloric acid, sulfuric acid, nitric acid, and hydrofluoric acid. good.
図4A、4B及び4Cに要約されるように、結晶は、予め選択された方位にスライスされる。一の実施形態では、図4Aに示されるように、種晶はm面方位を有し、m面方位ウエハにスライスされる。他の実施形態においては、図4Bに示されるように、種晶は+c又は−c方位(又は上述の双結晶)であり、c面方位ウエハにスライスされる。他の実施形態においては、種晶は{1 −1 0 −1}方位であり、{1 −1 0 ア1}方位ウエハにスライスされる。他の実施形態では、種晶はm面方位を有し、{1 −1 0 ア1}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のm面に対して約28度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶は{1 −1 0 −1}方位であり、{1 −1 0 ア2}方位の半極性ウエハを準備するために大面積の面に対して約18.8度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶は{1 −1 0 −1}方位であり、{1 −1 0 ア3}方位の半極性ウエハを準備するために大面積の面に対して約29.9度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶は{1 −1 0 −1}方位であり、{1 1 −2 ア2}方位の半極性ウエハを準備するために大面積の面に対して約26.2度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 −1 0 ア3}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約32度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶はm面方位であり、{1 1 −2 ア2}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のm面に対して約42.5度の角度でスライスされる。さらに他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 −1 0 ア2}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約43.2度の角度でスライスされる。さらに他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 −1 0 ア1}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約62.0度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 1 −2 ア2}方位の半極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約58.4度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 −1 0 0}方位の非極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約90.0度の角度でスライスされる。他の実施形態では、種晶はc面方位であり、{1 1 −2 0}方位の非極性ウエハを準備するために大面積のc面に対して約90.0度の角度でスライスされる。 As summarized in FIGS. 4A, 4B and 4C, the crystal is sliced in a preselected orientation. In one embodiment, the seed crystal has an m-plane orientation and is sliced into an m-plane orientation wafer, as shown in FIG. 4A. In other embodiments, as shown in FIG. 4B, the seed crystal is in the + c or −c orientation (or the bicrystal described above) and sliced into a c-plane oriented wafer. In other embodiments, the seed crystals are {1 −1 0 −1} oriented and sliced into {1 −1 0 a1} oriented wafers. In another embodiment, the seed crystal has an m-plane orientation and is sliced at an angle of about 28 degrees with respect to a large area m-plane to prepare a semipolar wafer of {1 -1 0 a1} orientation. The In other embodiments, the seed crystals are {1 -1 0 -1} oriented and about 18.8 for a large area surface to prepare a semipolar wafer of {1 -1 0 a2} orientation. Sliced at a degree angle. In other embodiments, the seed crystals are {1 -1 0 -1} orientation, and about 29.9 for a large area surface to prepare a semipolar wafer of {1 -1 0 a3} orientation. Sliced at a degree angle. In other embodiments, the seed crystals are {1 -1 0 -1} orientation, and about 26.2 for a large area surface to prepare a semipolar wafer of {1 1 -2 a2} orientation. Sliced at a degree angle. In another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and sliced at an angle of about 32 degrees with respect to the large-area c-plane to prepare a {1 -1 0 a3} -oriented semipolar wafer. . In another embodiment, the seed crystal is m-plane oriented and sliced at an angle of about 42.5 degrees to a large area m-plane to prepare a semipolar wafer with {1 1 -2 a 2} orientation. Is done. In yet another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and at an angle of about 43.2 degrees with respect to the large-area c-plane to prepare a semipolar wafer of {1 -1 0 a2} orientation. Sliced. In yet another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and at an angle of about 62.0 degrees with respect to the large-area c-plane to prepare a semipolar wafer of {1 -1 0 a1} orientation. Sliced. In another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and sliced at an angle of about 58.4 degrees relative to a large area c-plane to prepare a {1 1 -2 a 2} -oriented semipolar wafer. Is done. In another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and sliced at an angle of about 90.0 degrees with respect to a large area c-plane to prepare a non-polar wafer of {1 -1 0 0} orientation. The In another embodiment, the seed crystal is c-plane oriented and sliced at an angle of about 90.0 degrees with respect to the large-area c-plane to prepare a {1 1 -2 0} -oriented non-polar wafer. The
他の実施形態では、種晶は、少なくとも一の大表面が比較的成長が速い表面であるような結晶方位を有する。一の特定の実施形態では、種晶はa面方位を有する。他の実施形態では、種晶は半極性の方位を有する。特定の実施形態では、種晶の方位は、{1 −1 0 ア1}、{1 −1 0 ア2}、{1 −1 0 ア3}又は{1 1 −2 ア2}である。いくつかの実施形態では、一緒に搭載された種晶の向かい合った面が等しい結晶方位を有するように、2つの種晶は連続して一緒に配置されている。成長が速い方位の使用は、高品質結晶の製造を、全体的により速くすることを可能とする。図4Cに示されるように、ある特定の実施形態においては、種はa面方位である。最初のa方向への急速な成長は、結晶の上端及び下端付近にm面が形成されるにつれて、遅くなる。結晶成長サイクルの終わりには、図4Cの端部に示されるように、結晶は4つの大面積m面ファセット(facet)によって終端される。形状としては、m面ファセットは、最初のa面種プレートの長さの約58%である。結晶は、複数のm面結晶を製造するためのある角度でスライスされても良い。他の実施形態では、結晶は、複数のc面ウエハ、a面ウエハ、又は半極性ウエハを製造するための他の角度でスライスされても良い。半極性ウエハは、{1 −1 0 ア1}方位、{1 −1 0 ア2}方位、{1 −1 0 ア3}方位、{2 0 −2 ア1}方位、{1 1 −2 ア2}方位、又は、より一般的には(h k i l)方位(i=−(h+k), lはゼロ以外であり、かつ、h及びkのうち少なくとも一つはゼロ以外である)、を有していても良い。 In another embodiment, the seed crystal has a crystal orientation such that at least one large surface is a relatively fast growing surface. In one particular embodiment, the seed crystal has an a-plane orientation. In other embodiments, the seed crystal has a semipolar orientation. In a specific embodiment, the orientation of the seed crystal is {1 -1 0 a 1}, {1 -1 0 a 2}, {1 -1 0 a 3} or {1 1 -2 a 2}. In some embodiments, the two seed crystals are arranged together sequentially so that the opposing faces of the seed crystals mounted together have equal crystal orientation. The use of a fast growing orientation allows the production of high quality crystals to be overall faster. As shown in FIG. 4C, in certain embodiments, the seed is a-plane orientation. The initial rapid growth in the a direction becomes slower as m-planes are formed near the upper and lower ends of the crystal. At the end of the crystal growth cycle, the crystal is terminated by four large area m-plane facets, as shown at the end of FIG. 4C. As a shape, the m-plane facet is about 58% of the length of the first a-plane seed plate. The crystal may be sliced at an angle to produce a plurality of m-plane crystals. In other embodiments, the crystal may be sliced at other angles to produce multiple c-plane wafers, a-plane wafers, or semipolar wafers. Semipolar wafers are {1 -1 0 a 1} orientation, {1 -1 0 a 2} orientation, {1 -1 0 a 3} orientation, {2 0 -2 a 1} orientation, {1 1 -2 A)} orientation, or more generally (h k i l) orientation (i = − (h + k), l is non-zero, and at least one of h and k is non-zero) , May be included.
スライス後、結晶ウエハは、一般に知られている方法により、粗研磨され、研磨され、そして化学的機械的に研磨されても良い。 After slicing, the crystal wafer may be rough polished, polished and chemically mechanically polished by generally known methods.
結晶ウエハは、次のような光電子工学及び電子デバイスを製造するための基板として有用である。すなわち、LED(Light Emitting Diodes)、レーザーダイオード、光検知器、アバランシェフォトダイオード、トランジスタ、整流器、サイリスタのうち少なくとも一つ;トランジスタ、整流器、ショットキー整流器、サイリスタ、p−i−nダイオード、金属−半導体−金属ダイオード、高電子移動度トランジスタ、金属−半導体電界効果トランジスタ、金属−酸化物電界効果トランジスタ、パワーMOS(Metal Oxide Semiconductor)電界効果トランジスタ、パワーMIS(Metal Insulator Semiconductor)電界効果トランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、金属−絶縁体電界効果トランジスタ、ヘテロジャンクションバイポーラトランジスタ、パワー絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、パワー垂直接合電界効果トランジスタ、カスケードスイッチ、内部サブバンドエミッタ、量子井戸赤外光検出器及び量子ドット赤外光検出器、ソーラーセル、並びに光電気化学水分解及び水素発生用ダイオードのうち少なくとも一つ。 The crystal wafer is useful as a substrate for manufacturing the following optoelectronics and electronic devices. That is, at least one of LED (Light Emitting Diodes), laser diode, photodetector, avalanche photodiode, transistor, rectifier, thyristor; transistor, rectifier, Schottky rectifier, thyristor, pin diode, metal- Semiconductor-metal diode, high electron mobility transistor, metal-semiconductor field effect transistor, metal-oxide field effect transistor, power MOS (Metal Oxide Semiconductor) field effect transistor, power MIS (Metal Insulator Semiconductor) field effect transistor, bipolar junction Transistors, metal-insulator field effect transistors, heterojunction bipolar transistors, transistors -Insulated gate bipolar transistors, power vertical junction field effect transistors, cascade switches, internal subband emitters, quantum well infrared photodetectors and quantum dot infrared photodetectors, solar cells, and for photoelectrochemical water splitting and hydrogen generation At least one of the diodes.
特定の実施形態においては、上述の連続した工程のいずれもが、本発明のある実施形態に従って、方法を提供する。ある特定の実施形態においては、本発明は、バスケット構造体を有する圧力装置によって提供された方法及びその結果生ずる結晶物質を提供する。本クレームの範囲から逸脱することなく、いくつかの工程が追加されたり、一以上の工程が除かれたり、一以上の工程が異なる手順で提供されたりする、他の手段が提供されても良い。 In certain embodiments, any of the sequential steps described above provide a method in accordance with certain embodiments of the present invention. In certain embodiments, the present invention provides a method and resulting crystalline material provided by a pressure device having a basket structure. Other means may be provided in which some steps are added, one or more steps are omitted, or one or more steps are provided in different procedures without departing from the scope of this claim. .
上記が特定の実施形態の全ての説明であるが、多様な改変、代替構成、及び同等物が使用されても良い。それゆえ、上記の説明及び解説は、添付のクレームによって定義された本発明の範囲を限定するものと捉えられるべきではない。
While the above is a complete description of a particular embodiment, various modifications, alternative constructions, and equivalents may be used. Therefore, the above description and description should not be taken as limiting the scope of the invention which is defined by the appended claims.
Claims (50)
鉱化剤を準備すること、
第1の種プレート及び第2の種プレートを含む少なくとも2つの種プレートを準備すること、
種ラックの第1のサイトと第2のサイトに前記第1の種プレートと前記第2の種プレートを支持することであって、前記第1の種プレート及び前記第2の種プレートは5度以内と実質的に等しい結晶方位を有し、前記第1の種プレート及び前記第2の種プレートのそれぞれはある長さを有し、
前記ソース材料、前記鉱化剤及び前記種プレートを密封可能な容器に設置すること、
前記密封可能な容器の中に窒素含有溶剤を導入すること、及び
ある温度とある圧力において、超臨界液中の前記密封可能な容器に収容された前記ソース材料、前記鉱化剤及び前記種プレートを処理することを含む、
ガリウム含有窒化物結晶の成長方法。 Preparing a gallium-containing source material;
Preparing a mineralizer,
Providing at least two seed plates including a first seed plate and a second seed plate;
Supporting the first seed plate and the second seed plate on a first site and a second site of a seed rack, wherein the first seed plate and the second seed plate are 5 degrees; Having a crystal orientation substantially equal to within, each of the first seed plate and the second seed plate having a length;
Installing the source material, the mineralizer and the seed plate in a sealable container;
Introducing a nitrogen-containing solvent into the sealable container; and at a temperature and pressure, the source material, the mineralizer and the seed plate contained in the sealable container in a supercritical liquid Including processing,
A method for growing a gallium-containing nitride crystal.
鉱化剤を準備すること、
少なくとも第1の種プレート及び第2の種プレートを準備することであって、
前記第1の種プレートは、第1の結晶方位を有する第1の側面と第2の結晶方位を有する第2の側面とを有し、
前記第2の種プレートは、第1の結晶方位を有する第1の側面と第2の結晶方位を有する第2の側面とを有し、
前記第1の種プレートの前記第2の側面と前記第2の種プレートの前記第2の側面とは、5度以内と実質的に等しい結晶方位を有し、少なくとも1センチメートルの最小横寸法を有し、
前記第1の種プレートと前記第2の種プレートとを支持し、これにより、第1の種晶の前記第1の側面が第2の種晶の前記第1の側面に面し、また、前記第1の種晶の前記第1の側面と前記第2の種晶の前記第1の側面とはそれらの間に所定の間隙を設けて配置されるようすること、
前記ソース材料、前記鉱化剤及び前記種プレートを密封可能な容器に設置すること、
前記密封可能な容器の中に窒素含有溶剤を導入すること、及び
約400℃より高い温度と約2kbarより高い圧力において、超臨界液中の前記密封可能な容器に収容された前記ソース材料、前記鉱化剤及び前記種プレートを処理することを含む、
ガリウム含有窒化物結晶の成長方法。 Preparing a gallium-containing source material;
Preparing a mineralizer,
Providing at least a first seed plate and a second seed plate,
The first seed plate has a first side surface having a first crystal orientation and a second side surface having a second crystal orientation;
The second seed plate has a first side surface having a first crystal orientation and a second side surface having a second crystal orientation;
The second side surface of the first seed plate and the second side surface of the second seed plate have a crystal orientation substantially equal to within 5 degrees and have a minimum lateral dimension of at least 1 centimeter Have
Supporting the first seed plate and the second seed plate, whereby the first side surface of the first seed crystal faces the first side surface of the second seed crystal; The first side surface of the first seed crystal and the first side surface of the second seed crystal are arranged with a predetermined gap therebetween,
Installing the source material, the mineralizer and the seed plate in a sealable container;
Introducing the nitrogen-containing solvent into the sealable container, and the source material contained in the sealable container in supercritical fluid at a temperature greater than about 400 ° C. and a pressure greater than about 2 kbar; Treating the mineralizer and the seed plate,
A method for growing a gallium-containing nitride crystal.
種ラック装置と、一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に前記種ラック装置中の少なくとも一つの種と、を備えた密封可能な容器を有する高圧装置を準備すること、
超臨界液を形成することが可能な溶剤を少なくとも前記一の区域及び前記他の区域の中に導入すること、
前記超臨界液中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備すること、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられることを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride using one or more seed racks, comprising:
Providing a high pressure apparatus having a seed rack apparatus, a gallium-containing source in one area, and at least one seed in the seed rack apparatus in another area, and a sealable container.
Introducing a solvent capable of forming a supercritical fluid into at least one of the zones and the other zone;
Treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical fluid to prepare a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature; and at a second temperature on the seed Growing a crystalline gallium-containing nitride material from the supercritical solution, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species. A growth method, including being characterized.
一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、を備えた密封可能な容器を有する高圧装置を準備すること、
超臨界液を形成することが可能な溶剤を少なくとも前記一の区域及び前記他の区域の中に導入すること、
前記溶剤を前記一の区域及び前記他の区域の中に導入する間、前記一の区域及び前記他の区域の中の圧力を約7気圧以上に維持すること、
前記超臨界液中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備すること、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられることを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride, comprising:
Providing a high pressure device having a sealable container with a gallium-containing source in one area and at least one species in another area;
Introducing a solvent capable of forming a supercritical fluid into at least one of the zones and the other zone;
Maintaining the pressure in the one zone and the other zone at about 7 atmospheres or more while introducing the solvent into the one zone and the other zone;
Treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical fluid to prepare a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature; and at a second temperature on the seed Growing a crystalline gallium-containing nitride material from the supercritical solution, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species. A growth method, including being characterized.
一の区域にガリウム含有原料を、他の区域に少なくとも一つの種を有する加圧滅菌器を準備すること、
超臨界液を形成することが可能な第1の溶剤を少なくとも前記一の区域及び前記他の区域の中に導入すること、
前記溶剤を前記一の区域及び前記他の区域の中に導入する間、前記一の区域及び前記他の区域の中の圧力を約7気圧以上に維持すること、
前記超臨界液中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備すること、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられ、
前記加圧滅菌器から熱エネルギーを除去し、前記超臨界溶液から第2の溶剤を形成すること、及び
前記第2の溶剤を前記加圧滅菌器から排水口を通して除去することを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride, comprising:
Providing an autoclave having a gallium-containing source in one zone and at least one species in another zone;
Introducing a first solvent capable of forming a supercritical fluid into at least the one and the other zones;
Maintaining the pressure in the one zone and the other zone at about 7 atmospheres or more while introducing the solvent into the one zone and the other zone;
Treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical fluid to prepare a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature; and at a second temperature on the seed Growing a crystalline gallium-containing nitride material from the supercritical solution, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species. Is characterized by
Removing the thermal energy from the autoclave, forming a second solvent from the supercritical solution, and removing the second solvent from the autoclave through a drain. .
一の区域中のバスケット構造体中にガリウム含有原料を、他の区域中に少なくとも一つの種を、及び超臨界液を形成することが可能な溶剤を有する加圧滅菌器を準備することであって、前記バスケット構造体は、前記原料の一以上の固形部分が前記一の区域から前記他の区域に移動することを実質的に妨げるように構成されており、
前記超臨界液中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備すること、
ガリウム含有種を含む前記超臨界溶液の一以上の部分を、前記一の区域から前記バスケットの一部を通過して前記他の領域へ流すこと、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられることを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride, comprising:
Providing an autoclave with a gallium-containing source in a basket structure in one zone, at least one species in another zone, and a solvent capable of forming a supercritical fluid. The basket structure is configured to substantially prevent one or more solid portions of the raw material from moving from the one area to the other area;
Preparing a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature by treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical fluid;
Flowing one or more portions of the supercritical solution comprising a gallium-containing species from the one area through a portion of the basket to the other region, and at a second temperature, the Growing a crystalline gallium-containing nitride material from a supercritical solution, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species; A growth method comprising being characterized.
前記バスケット構造体は、銅、銅基合金、金、金基合金、銀、銀基合金、パラジウム、白金、イリジウム、ルテニウム、ロジウム、オスミウム、チタン、バナジウム、クロム、鉄、鉄基合金、ニッケル、ニッケル基合金、ジルコニウム、ニオブ、モリブデン、タンタル、タングステン、レニウム、シリカ、アルミナ及びこれらの組み合わせから選択される一以上の物質からなる一以上の支持構造体を有する、請求項35の方法。 And at least one crucible in which at least one of gallium metal and alkali metal is disposed in the one region,
The basket structure is made of copper, copper base alloy, gold, gold base alloy, silver, silver base alloy, palladium, platinum, iridium, ruthenium, rhodium, osmium, titanium, vanadium, chromium, iron, iron base alloy, nickel, 36. The method of claim 35, comprising one or more support structures comprising one or more materials selected from nickel-based alloys, zirconium, niobium, molybdenum, tantalum, tungsten, rhenium, silica, alumina, and combinations thereof.
一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、アジド鉱化剤と、少なくとも一つの金属と、を有する高圧装置を準備することであって、前記アジド鉱化剤と前記金属は、前記アジド鉱化剤の分解によって生成された窒素と前記金属と超臨界液の反応によって生成された水素との比率が略1:3になるように、所定の比率で準備され、
前記超臨界液中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界溶液を準備すること、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられることを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride, comprising:
Providing a high pressure apparatus having a gallium-containing raw material in one zone, at least one species in another zone, an azide mineralizer, and at least one metal, the azide mineralizer and the The metal is prepared at a predetermined ratio such that the ratio of nitrogen generated by the decomposition of the azide mineralizer and hydrogen generated by the reaction of the metal and the supercritical liquid is approximately 1: 3.
Treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical fluid to prepare a supercritical solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature; and at a second temperature on the seed Growing a crystalline gallium-containing nitride material from the supercritical solution, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species. A growth method, including being characterized.
一の区域にガリウム含有原料と、他の区域に少なくとも一つの種と、アジド鉱化剤と、少なくとも一つの金属と、前記一の区域又は/及び前記他の区域のいずれか又は両方の近傍に触媒とを有する高圧装置を準備することであって、前記アジド鉱化剤と前記金属は、前記アジド鉱化剤の分解によって生成された窒素と少なくとも前記金属と超臨界アンモニアの反応によって生成された水素ガス種との比率が略1:3以上になるように、所定の比率で準備され、
前記超臨界アンモニア中の前記ガリウム含有原料の一以上の部分を処理することで、第1の温度において少なくともガリウム含有種を含む超臨界アンモニア溶液を準備すること、及び
第2の温度において、前記種上の前記超臨界アンモニア溶液から結晶性ガリウム含有窒化物材料を成長させることであって、前記第2の温度は、前記ガリウム含有種が前記種上に前記結晶性ガリウム含有窒化物材料を形成するようなものと特徴付けられ、
少なくとも前記金属と前記超臨界アンモニア液との間の反応から、前記水素ガス種を生成し、
少なくとも前記触媒を用いて前記水素ガス種を処理し、前記水素ガス種及び窒素ガス種を前記超臨界アンモニア液に変換することを含む、成長方法。 A method for growing crystalline gallium-containing nitride, comprising:
A gallium-containing source in one zone, at least one species in another zone, an azide mineralizer, at least one metal, and in the vicinity of one or both of the one zone and / or the other zone. A high pressure apparatus having a catalyst, wherein the azide mineralizer and the metal are produced by a reaction of nitrogen produced by decomposition of the azide mineralizer and at least the metal and supercritical ammonia. Prepared at a predetermined ratio so that the ratio with the hydrogen gas species is about 1: 3 or more,
Treating one or more portions of the gallium-containing raw material in the supercritical ammonia to prepare a supercritical ammonia solution containing at least a gallium-containing species at a first temperature; and at a second temperature, the species Growing a crystalline gallium-containing nitride material from the supercritical ammonia solution above, wherein the second temperature is such that the gallium-containing species forms the crystalline gallium-containing nitride material on the species It is characterized as
At least from the reaction between the metal and the supercritical ammonia solution, the hydrogen gas species is generated,
A growth method comprising treating the hydrogen gas species with at least the catalyst and converting the hydrogen gas species and nitrogen gas species into the supercritical ammonia liquid.
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